逻辑门2TTL门电路.pptx
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1、(2-1)2.双极型三极管的输入特性和输出特性双极型三极管的输入特性和输出特性(1)输入特性)输入特性 以以 b 和和 e 之间之间的的发射结作为输入发射结作为输入回路回路,可得到表示,可得到表示输入输入电压电压 vBE 和输和输入入电流电流 iB 之间关系之间关系的的输入特性曲线输入特性曲线。输入特性曲线近似于输入特性曲线近似于指数曲线指数曲线,一般采用图中,一般采用图中虚线所示的折线来近似。虚线所示的折线来近似。VON 称为开启电压称为开启电压VON=0.5 0.7V(硅管硅管)VON=0.2 0.3V(锗管锗管)(2-2)(2)输出特性)输出特性 以以 c 和和 e 之间的回路之间的回路
2、作为输出回路作为输出回路,可得到在不同,可得到在不同iB 值下表示集电极值下表示集电极电流电流 iC 和集电极和集电极电压电压 vCE 之间关系的之间关系的输输出特性曲线出特性曲线。(iC 不仅受不仅受 vCE 的影响,还受输入的影响,还受输入 iB 的控制的控制)放大区(线性区)特点:放大区(线性区)特点:1.iC 随随 iB 成正比地变化,成正比地变化,几乎不受几乎不受 vCE 影响影响2.电流放大系数电流放大系数饱和区特点:饱和区特点:1.iC 不再随不再随 iB 以以 倍的比例倍的比例增加而趋于饱和增加而趋于饱和2.深度饱和状态下,饱和压深度饱和状态下,饱和压降降 VCE(sat)在在
3、 0.3V 以下以下截止区特点:截止区特点:1.iB=0,iC 几乎等于几乎等于02.仅有微小的反向穿透电仅有微小的反向穿透电流流 ICEO 流过。硅三极管流过。硅三极管通常通常 ICEO 在在1A以下以下(2-3)3.三极管的基本开关电路三极管的基本开关电路VccRCRBvo-+vI-+iBiC由输入特性可知:由输入特性可知:iB=0,三级管,三级管截止截止由输出特性可得:由输出特性可得:所以所以 vO=vOH VCCiB=0 时时 iC 0(1)当当 vI VON 时,有时,有 iB 产产生,三极管进入生,三极管进入放大区放大区由三极管的放大系数由三极管的放大系数,可得可得注:电压放大倍数
4、注:电压放大倍数(2-5)负载线负载线(3)当当vI 继续升高继续升高时,时,RC 上的压降也随之增大。上的压降也随之增大。当当RC 上的压降接近上的压降接近 VCC 时,时,三极管处于深度饱和状态三极管处于深度饱和状态 开关电路处于导通状态开关电路处于导通状态所以所以(2-6)若以若以 VCE(sat)表示表示三极管深度饱和时的压三极管深度饱和时的压降,则深度饱和时所需降,则深度饱和时所需要的基极电流为要的基极电流为IBS 称为称为基极饱和电流基极饱和电流 所以,为使三极管处于饱和工作状态,开关电路所以,为使三极管处于饱和工作状态,开关电路输出低电平,必须保证输出低电平,必须保证 由于饱和区
5、内的由于饱和区内的 值比线性区内的值比线性区内的 值小得多,值小得多,而且不是常数,所以而且不是常数,所以由上式计算出的由上式计算出的 IBS 值比实际需值比实际需要的要的IBS值要小值要小。(2-7)截止条件截止条件:截止特点截止特点:导通特点导通特点:导通条件导通条件:VccRCRBvo-+vI-+iBiC三极管开关电路的开关特性小结三极管开关电路的开关特性小结(2-8)4.三极管的开关等效电路三极管的开关等效电路 bec截止状态截止状态饱和导通状态饱和导通状态 实际电路中通常都满足实际电路中通常都满足饱和压降饱和压降 ,截止时的,截止时的反向穿透电流反向穿透电流 ,所以在分析,所以在分析
6、三极管开关电路时经常使用下面的开关等效电路。三极管开关电路时经常使用下面的开关等效电路。bce Von VCE(sat)RCE(sat)ce Von b(2-9)5.三极管的动态开关特性:三极管的动态开关特性:tuAR1R2A+uccFuFt+ucc0.3V(三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间)(三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间)(2-10)vEE为为负负电源电源6.三极管反相器三极管反相器Rc(vo)R1AYVCCvEE(vi)R21YAY3V0.30Vvcc(2-11)例例2.3.1:已知已知RC=1K,R1=3.3K,R2=10K,=20,VCE(sat)=0.1v,输
7、入的高低电平分别为输入的高低电平分别为VIH=5v,VIL=0v,求输出电平。求输出电平。解解:首先利用戴维南定理将发射结:首先利用戴维南定理将发射结的外接电路化简为如下的等效电路的外接电路化简为如下的等效电路Rc(vo)R1AYVCC=5vvEE=-8v(vi)R2VBe+-bRBe+-bR1R2VEEVI(2-12)当当VI=VIL=V时,时,三极管三极管截止截止,V0=VCC=5V。VBe+-bRBe+-bR1R2VEEVI(2-13)当当VI=VIH=5V时,时,满足满足 ,所以三极管,所以三极管饱和导通饱和导通,V0=VCE(sat)=0。因此,电路参数的设计是合理的。因此,电路参数
8、的设计是合理的。VBe+-bRBRc(vo)R1AYVCC=5vvEE=-8v(vi)R2(2-14)3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理一、电路结构一、电路结构 输入输出输入输出均为三极管,均为三极管,所以称为所以称为三极三极管管-三极管三极管逻辑逻辑电路电路(Transistor-Transistor Logic)简称)简称TTL电路。电路。图图3.5.9 TTL反相器的典型电路反相器的典型电路(2-15)(v0)+5VYR4R2R1k T2R3T4T1T5b1c1A1.6k 130 1k D2D1(vI)vCCvE2vC2vE2vC21、输入为低电平(、
9、输入为低电平(0.2V)时)时0.9V不足以让不足以让T2、T5导通导通三个三个PN结结导通需导通需2.1Vvo=VCC-vR2-vBE4-vD2 3.4V 高电平!高电平!0.2VPNN导通导通截止截止vR2=IBSR2,将将T4 看作深度饱和,看作深度饱和,IBS 在手册中查到在手册中查到(2-16)(v0)+5VYR4R2R1k T2R3T4T1T5b1c1A1.6k 130 1k D2D1(vI)vCCvE2vC22、输入高电平(、输入高电平(3.4V)时)时3.4V全导通全导通电位被电位被钳位钳位在在 2.1V倒置状态倒置状态 0.9V截止截止vO=VCE(sat)T5 0.2V 低
10、电平低电平(2-17)(v0)+5VYR4R2R1T2R3T4T1T5b1c1AD2D1(vI)vCC 输出级的工作特点是:在稳定状态下输出级的工作特点是:在稳定状态下 T4 和和 T5 总是总是一一个导通个导通而而另一个截止另一个截止,这就有效地,这就有效地降低了输出级的静态功降低了输出级的静态功耗耗并并提高了驱动负载的能力提高了驱动负载的能力。通常把这种形式的电路称为。通常把这种形式的电路称为推拉式推拉式(push-pull)电路电路或或图腾柱图腾柱(totem-pole)输出电路。输出电路。钳位二极管钳位二极管既既可以可以抑制输入端抑制输入端负极性干扰脉冲,负极性干扰脉冲,又又可以可以防
11、止输入电防止输入电压为负时压为负时T1的发射的发射极电流过大极电流过大(2-18)AB段:段:vI 0.6V 截止区截止区 所以所以 VB1 vI 0.7V 线性区线性区 T2工作于放大区,工作于放大区,T5截止截止随着随着vI的升高,的升高,vC2和和vO线性下降线性下降CD段:段:vI 1.4V 转折区转折区 T2和和T5 同时导通,输出电位急剧同时导通,输出电位急剧 下降为低电平;转折区中点对应下降为低电平;转折区中点对应 的输入电压称为的输入电压称为阈值电压阈值电压(VT H)DE段:段:饱和区饱和区 vI 继续升高时继续升高时vO不再变化不再变化.二、电压传输特性二、电压传输特性截止
12、区截止区线性区线性区转折区转折区饱和区饱和区(v0)YR4R2R1T2R5R3T4T1T5AD2D1(vI)vCC(2-19)三、输入端噪声容限三、输入端噪声容限在保证输出高低电平在保证输出高低电平基本不变的条件下,输入基本不变的条件下,输入电平的允许波动范围称为电平的允许波动范围称为输入端噪声容限。输入端噪声容限。输入为高电平时的噪声容限:输入为高电平时的噪声容限:VNH=VOH(min)-VIH(min)输入为低电平时的噪声容限:输入为低电平时的噪声容限:VNL=VIL(max)-VOL(max)VOH(min)VIL(max)VOL(max)VIH(min)=0.4 V=0.4 V74系
13、列系列(2-20)3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性反相器的静态输入特性和输出特性一、输入特性一、输入特性仅考虑输入信号是高电平和和低电平而不是某仅考虑输入信号是高电平和和低电平而不是某一个中间值,输入端的等效电路可画成下图。一个中间值,输入端的等效电路可画成下图。当当VCC=5V,vI=VIL=0.2V时,时,输入低电平电流为输入低电平电流为vI=0时的输入电流叫做时的输入电流叫做输入短路电流输入短路电流 IIS,显,显然然 IIS 比比 IIL 略大。略大。当当VI=VIH=3.4V时,时,T1管处于管处于倒置状态倒置状态,所以高电平输入电流,所以高电平输入电流 IIH 很小
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