33
B、当ui=UIH=3.6V时:(设T1倒置时的β为0.02) 显然从T1的
基极向下看：
射极支路的 电位为：
uB1 UIH uBE1
3.6V 0.7V
4.3V 集电极支路的电位为： uB1 uBC1 uBE2 uBE4 0.7V 0.7V 0.7V 2.1V
所以基极的电位被钳在2.1V上，出现射极不通 集电极通的现象，这就是所谓倒置使用的状态。
– 饱和区：Vbe>VT， Vbc>VT，均正向偏置；由 于Rc的存在，Ic越大，VRC也越大，因此Vce 到一定值后，基本不变。
– 反偏状态：发射结加反向电压；集电结加正向 电压。
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分区等效电路：（NPN晶体三极管）
工作 状态
特点
条件
等效电路
发射结、集电结均反偏
截止
ib=－Icbo≈0 ic=Icbo≈0
当0.7<Vi<1.3v时，T2管的发射极电阻R3直接接地，故
T2管开始导通并处于放大状态，所以Vc2和Vo随Vi的
增高而线性地降低。但T4管仍截止。故BC段称为线性
区。
40
C、CD段(转折区)
Uth=1.4V
在该区域：uI增大到接近1.4V并继续增大时，T4开始
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估算各级的参数：
i B1
VCC uB1 R1
5V 2.1V 4K
0.725mA
iB2 uC2
T1颠倒使用时 iB2 iC1 iB1 iB1 1(很小,约为0.02)
0.725mA 0.0145mA 0.74mA 此电流可使
uC2 uCES2 uBE4 0.3V 0.7V 1V T2和T4饱和
3V 0V 0.7V 1
0
3V 3V 3.7V 1
1
所以： Y A B
Y 0 0 0 1
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2.1.2 二极管的或门 一、电路组成
二、工作原理 1、当uA=uB=0V，D1和D2都导通，所以:uO=-0.7V
18
优先导通
2、当uA=0V，uB=3V，D1截止，D2导通 所以: uO=2.3V
–因此，输出为高电平VOH=3.6v。
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0.9V 0.2V
3.6V
28
• ② 当输入信号为高电平VIH=3.6v，假 设暂不考虑T1管的集电极支路，则T1 管的发射结均应导通，可能使 Vb1=VIH+0.7=4.3v。
–但是，由于Vcc经R1作用于T1管的集电 极、T2和T4管的发射结，使三个PN结必 定导通，Tb1=Vbc1+Vbe2+Vbe5=2.1v，使 T1管的所有发射结均反偏，T1管处于倒 置工作状态，T1、T2和T4管饱和导通， Vo=VoL=Vces5=0.3v， Vc2=Vces2+Vbe4=0.3+0.7=1v，T3管截止。
饱 和 区 ic(m A )
ics N
Q
ibs 放大区
i bQ
0 V ces 截止区
ib= 0
M
I cbo
Ec
V ce(V )
共射晶体三极管的伏安特性
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• （1） 三极管输入特性 – Vce=0V时，等效为2个正向二极管的并联 – Vce>0V时，若Vbe一定，则发射电子能力一定， 而集电极又有一定的电子收集能力，因此Ib 必减小
所以iB4就可以估算出来
这个电流非常大，可使 T4工作在深度饱和状态。
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综上所述，TTL非门输入端输入低电平， 输出即为高电平；当输入端输入高电平时， 输出为低电平，实现了非逻辑功能。
• 推拉式输出级作用：降低功耗，提高 负载能力
• 三极管射极输入级作用：提高输入电 阻
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2. 电压传输特性和参数
26
2.工作原理
• (1)定性分析
• .① A为低电平时，T1的发射结导通，并将 T1的集电极电位钳在VIL+Vo=0.9v；
–因为T1的集电极回路电阻为R2和T2的b-c结反向 电阻之和，阻值非常大，所以T1工作在深度饱 和区，Vces1 0。
–显然，T2的发射结不导通，T2截止，Vc2为高电 平，Ve2为低电平，使T4截止，故 R2上的压降 很小，Vc2Vcc，T3管导通。
ib>ibs≈ E c 对硅管 R c
Vbe=Vbes=0.7~ 0.8V
b
ib
rbe
ic c
V ces
e
14
2.3 分立元件逻辑门电路 2.3.1 二极管的与门 一、电路组成
二、工作原理 1、当uA=uB=0V，D1和D2都导通，所以:uO=0.7V
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优先导通
2、当uA=0V，uB=3V，D1导通，D2截止 所以: uO=0.7V
Vo=VOH=VCC
VI=VIL时，D导通，VO=VOL=0
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2.2.2晶体三极管开关特性
• 1.稳态开关特性：
– 晶体三极管工作于截止区时，内阻很大，相 当于开关断开状态；工作于饱和区时，内阻 很低，相当于开关接通状态。
• 输入控制信号Vi为矩形电压脉冲，电源电 压Ec，负载电阻Rc
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三极管开关电路
3、当uA=3V，uB=0V，D1导通，D2截止 所以: uO=2.3V
4、当uA=uB=3V，D1和D2都导通，所以:uO=2.3V
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三、逻辑关系
• 按正逻辑约定
• 设(VH)MIN=2.4V，(VL)MAX=0.8V
uA
uB
uO
ABY
0V 0V -0.7V
000
0V 3V 2.3V
011
3V 0V 2.3V
返回
2
3
逻辑电平电平VIH – 输出高电平VOH
• 低电平VL：小于给定电平值的电压范围
– 输入低电平VIL – 输出低电平VOL • 逻辑“0”和逻辑“1”对应的电压范围宽，因此 在数字电路中，对电子元件、器件参数精度的 要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低。
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2.1V 4.3V
3.6V
1V 0.7V
0.3V
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(2) 定量分析
A、当ui=UIL=0.2V时：
i B1
VCC uBE1 R1
5V 0.7V 4K
1.1mA
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由于T1集电极回路电阻是R2和T2的b-c结反向
电阻之和，阻值很大，因此T1管处于深度饱和状态。
其饱和电压为：
uCE1 UCES1 0V
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三极管工作于倒置工作状态
• 三极管工作于倒置工作状态
– 条件： VB>VC，电流从B流向C – 此时三极管的放大倍数很小
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2.4 TTL集成逻辑门电路 2.4.1 TTL反相器 一、电路组成及工作原理 1. 电路组成
（Transister-Transister-Logic的缩写）
输入级 中间级 输出级
3、当uA=3V，uB=0V，D1截止，D2导通 所以: uO=0.7V
4、当uA=uB=3V，D1和D2都导通，所以:uO=3.7V
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三、逻辑关系
• 按正逻辑约定
• 设(VIH)MIN=2.4V， (VIL)MAX=0.8V
uA
uB
uO
AB
0V 0V 0.7V 0 0
0V 3V 0.7V 0 1
– 另一类为MOS集成电路， 其有源器件采用金属—氧 化物—半导体场效应管，它又可分为NMOS、 PMOS和CMOS等几种类型。
5
• 目前数字系统中普遍使用TTL和CMOS集 成电路。
– TTL集成电路工作速度高、 驱动能力强，但 功耗大、集成度低；
– CMOS集成电路集成度高、功耗低。
• 超大规模集成电路基本上都是MOS集成电路， 其缺点是工作速度略低。目前已生产了 BiCMOS器件，它由双极型晶体管电路和MOS 型集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优 势， 缺点是制造工艺复杂。
Vce≈Ec
Vbe<VT 对硅管
VT≈0.5V
c Icbo
b e
放大
发射结正偏，集电结反偏 ic=βib Vce=Ec－icRc
0<ib<ibs 对硅管
Vbe=0.6~0.7V
b+
－
V bes
+
c
－
V ces
e
发射结、集电结均正偏
饱和
ic=ics≈ Vce=Vces
Ec Rc
对硅管 Vces≈0.1~0.3V
6
小规模集成电路(SSI-Small Scale Integration)， 每片 组件内包含10~100个元件(或10~20个等效门)。
中规模集成电路(MSI-Medium Scale Integration)，每 片组件内含100~1000个元件(或20~100个等效门)。
大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)， 每片 组件内含1000~100 000个元件(或100~1000个等效门)。
• 截止条件及特点 条件： VD<0.7V 特点：相当于完全断开的开关
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利用二极管的单项导电性，相当于一个受外加 电压极性控制的开关。如图示：
Vcc 假定：VIH=VCC,VIL=0
R 二极管D的正向电阻为0，反向电阻为
（在数字电路中，为便于分析，取单一值：硅管0.7V，锗
VI
D S
管0.3V）
Vo 则当VI=VIH时，D截止，
101
3V 3V 2.3V
111
所以： Y A B 20
2.1.3 三极管的非门 一、电路组成
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二、工作原理 1、当uA=0V，三极管截止，所以： uO=5V 2、当uA=3V，三极管饱和导通，所以：uO=0.3V