数字电路与逻辑设计1

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1、3.1晶体管的开关特性3.1.1晶体二极管开关特性3.1.2晶体三极管开关特性SRV图3-1-1理想开关＋－3.1.1晶体二极管开关特性理想开关的特性：(1)开关S断开时，通过开关的电流i=0，这时开关两端点间呈现的电阻为无穷大。(2)开关S闭合时，开关两端的电压v=0，这时开关两端点间呈现的电阻为零。(3)开关S的接通或断开动作瞬间完成。(4)上述开关特性不受其他因素（如温度等）的影响。１．二极管稳态开关特性当外加正向电压时，正向电流随电压的增加按指数规律增加。图中Vth称为正向开启电压或门限电压，也称为阈值电压。iDvDVthISO图3-1

2、-2二极管伏安特性(a)二极管电路表示(b)二极管伏安特性iD＋－vD稳态开关特性：电路处于相对稳定的状态下晶体管所呈现的开关特性。二极管的伏安特性方程为：iDvDOiDvDVthO图3-1-2二极管伏安特性(c)理想二极管开关特性(d)二极管特性折线简化当二极管作为开关使用时，可将其伏安特性折线化。当正向偏置时，二极管导通，压降为Vth值，相当于开关闭合；当反向偏置时，二极管截止，流过的电流为反向饱和电流，非常小，相当于开关断开。结论：在稳态情况下，二极管开关特性与理想开关存在一定差异。主要表现为，正向导通时，相当于开关闭合，但两端仍有电位降

3、落；反向截止时，相当于开关断开，存在反向电流。此外，二极管的Vth和IS都与温度有关。通常硅二极管的Vth值取0.7V，锗二极管取0.3V。２．二极管瞬态开关特性电路处于瞬变状态下晶体管所呈现的开关特性。具体的说，就是晶体管在大信号作用下，由导通到截止或者由截止到导通时呈现的开关特性。理想二极管作开关时，在外加跳变电压作用下，由导通到截止或者由截止到导通都是在瞬间完成，没有过渡过程。DRvI＋－图3-1-3理想二极管开关特性＋－vDiD(a)OvIt(b)OvDtOiDtVFVRVRIF图3-1-4二极管瞬态开关特性OvItOvDtOiDtVF

4、VRt1t2t1t2IF－IRtstftrrtr当t

5、ts时间后，反向电流使存储电荷继续消失，空间电荷区逐渐加宽，二极管转为截止状态。反向电流由IR减小至反向饱和电流值，这段时间称为下降时间tf。通常以从0.9IR下降到0.1IR所需时间确定tf。trr=ts+tf称为反向恢复时间。反向恢复时间是影响二极管开关速度的主要原因，是二极管开关特性的重要参数。下降时间反向恢复时间图3-1-4二极管瞬态开关特性OvItOvDtOiDtVFVRt1t2t1t2IF－IRtstftrrtr●在t

6、极管两端电压不能突变，电路中产生瞬时大电流(VR+VF)/R，二极管迅速导通，iD由(VR+VF)/R迅速下降到iD=IF=VF/R。从vI正向跳变到二极管正向导通称为二极管的正向恢复时间，通常用vD的上升时间tr来描述。与trr相比，正向恢复时间可忽略不计。上升时间DRVREF1＋－图3-1-5限幅电平为VREF1的串联下限限幅器及工作波形＋－vI(a)(b)OvIt＋－vOVREF1OvOtVREF1３．二极管开关应用电路(1)限幅电路将输入波形的一部分传送到输出端，而将其余部分抑制掉。常用的有串（并）联上限、下限和双向限幅器。图3-1-5

7、中，当vI>VREF1时，二极管导通，vO≈vI；当vI

8、VREF2。实现上限限幅，限幅电平为VREF2。当VA