半导体管的开关特性分立元件门电路课件.ppt

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时间:2020-07-25

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1、------分立元件门电路------COMS集成门电路------TTL集成门电路第二章门电路第2章门电路2.0概述2.1半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性2.2分立元件门电路一、门电路的概念实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的电子电路与或非与非或非异或与或非2.0概述与门或门非门与非门或非门异或门与或非门二、逻辑变量与两状态开关逻辑代数是分析数字电路重要的数学工具。数字电路中的逻辑均为二值逻辑。在二值逻辑逻辑中,所有逻辑变量只有两种取值(1或0)。在数字电路中,与二值逻辑对应的是电子开关的两种状态。逻辑代数中的二值量与数字电路的结合点,就是具有两种状态

2、的电子开关。二极管、三极管、MOS管是构成电子开关电路的基本元件。三、高、低电平与正、负逻辑负逻辑正逻辑0V5V2.4V0.8V010V5V2.4V0.8V10电位指绝对电压的大小;电平指一定的电压范围。高电平和低电平:相对表示两段不同的电压范围。高电平低电平3V逻辑状态低电平断开高电平3V10高电平闭合低电平0V013V通过开关S的两种状态(开或关)获得高、低电平信号。S可由二极管、三极管或MOS管实现------------电子开关(开关管)四、分立元件门电路和集成门电路①分立元件门电路:用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路。②集成门电路:把构成门电路的

3、元器件和连线,都制作在一块半导体芯片上,再封装起来。常用:CMOS和TTL集成门电路五、数字集成电路的集成度一块芯片中含有等效逻辑门或元器件的个数小规模集成电路SSI(SmallScaleIntegration)<10门/片或<100元器件/片中规模集成电路MSI(MediumScaleIntegration)10~99门/片或100~999元器件/片大规模集成电路LSI(LargeScaleIntegration)100~9999门/片或1000~99999元器件/片超大规模集成电路VLSI(VeryLargeScaleIntegration)>10000门/

4、片或>100000元器件/片一、理想开关的开关特性1、静态特性①断开②闭合SAK2.1半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性2、动态特性①开通时间:闭合)(断开②关断时间:断开)(闭合普通开关:静态特性好,动态特性差半导体开关:静态特性较差,动态特性好几百万次/秒几千万次/秒二、半导体二极管的开关特性1、静态特性①外加正向电压(正偏)二极管导通(相当于开关闭合)②外加反向电压(反偏)二极管截止(相当于开关断开)AK-+阴极A阳极KPN结P区N区++++++++--------(1)结构示意图、符号和伏安特性-+正向导通区反向截止区反向击穿区硅二极管伏安特性0.

5、50.7/mA/V0uA死区D+-+-(2)二极管的开关作用:[例]uO=0VuO=2.3V电路如图所示试判别二极管的工作状态及输出电压。二极管截止二极管导通[解]D0.7V+-综上:UD>0.7V时二极管导通,相当于一个具有0.7V的闭合了的开关;UD<0.5V时二极管截止,则相当于一个断开了的开关。2、动态特性(1)二极管的电容效应结电容Cj:扩散电容CD:PN结中的电荷量会随外加电压的大小而改变,具有电容效应,称之为结电容。PN结外加正向电压时,多数载流子的扩散运动加强。但P区的空穴和N区的电子越过PN结后,并不是立即完全复合掉,而是在PN结两边形成了一定

6、浓度梯度分布的电荷积累。而且电荷量也随外加电压的大小而改变。当外加电压增加时,多子的扩散运动增强,通过二极管的电流增加,也即二极管累积的电荷量增加,这种因电荷扩散而产生的电容效应,称之为扩散电容。2、动态特性(1)二极管的电容效应结电容Cj:扩散电容CD:PN结中的电荷量随外加电压的大小而改变所产生的电容效应,称之为结电容。PN结外加正向电压增加时,多数载流子的扩散运动加强,通过二极管的电流增加,也即二极管累积的电荷量增加,这种因电荷扩散而产生的电容效应,称之为扩散电容。二极管的电容效应极大地影响了其动态特性。伴随着Cj、CD的充电、放电过程,二极管无论开通还是

7、关断,都需要一段时间才能完成。PN结实质上是一个动态的空间电荷区。(2)二极管的开关时间ton—开通时间toff—关断时间tt00(反向恢复时间)D+-+-trtdtftstd------导通延迟时间(Cj放电时间)tr------上升时间(CD放电时间)ts------存储电荷消散时间(CD放电时间)tf------下降时间(Cj充电时间)≤ns5)(rroffonttt<<1、静态特性三、半导体三极管的开关特性发射结集电结发射极e基极b集电极c(1)结构、符号和输入、输出特性NPNbiBiCecNNP三极管是通过基极电流来控制其工作状态的。PNPbiBiCe

8、c(2)输入特性(3)输

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