第一节 基本内容

一. 半导体器件的开关特性

1.  二极管的开关特性

 

 

 

                                                           （a）              

                                                          

 

  理想化二极管的伏安特性

 

                                                           （b）

                                                                               

。

 

2.  三极管的开关特性

 

 

 

 

 

 

                 三极管用作为开关

                                

二.  分立元件门电路

1.  二极管与门电路

 

 

 

 

 

 

                                （a）                （b）

            图2-10  二极管构成的与门（a）电路组成（b）与门逻辑符号

 

设输入电压（V_A、V_B、V_C）高电平为5伏，低电平为0伏，电源电压（V_CC）为5伏。当输入中有一个为低电平，输出电压V_O=0V。

 

2.  二极管或门电路

 

 

 

 

 

                 （a）                  （b）

          ，

3.  三极管反相器（非门）

             由三极管构成的反相器（非门）如图2-13所示。

 

 

 

 

 

 

              （a）             （b）                （c）

        

 

 

 

 

 

三.    TTL逻辑门电路

。

1.  TTL与非门内部结构和工作原理

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                (a)                             (b)       

             

TTL与非门内部基本结构如图2-18(a)所示，多发射极管T₁为输入级，T₂为中间级，T₃和T₄组成输出级。NPN型多发射极管T₁的基极类似于图2-16中多个二极管（发射结）的共阳极，当A、B、C中有一个或一个以上为低电平，对应发射结正偏导通，V_CC经R₁为T₁提供基极电流。设输入低电平V_IL =0.3V，输入高电平V_IH =3.6V，V_BE =0.7V，则T₁基极电位V_B1 =1V，T₂因没有基极电流而截止，因此T₃也截止。因为T₂截止，V_CC经R₂为T₄提供基极电流，T₄导通输出高电平V_OH （= V_CC – I_B4R₂-V_BE4 – V_D ），由于I_B2很小，忽略该电流在R₂上直流压降，则V_OH=5V-0.7V-0.7V≈3.6V。当A、B、C全为高电平或全部悬空，V_CC经R₁经T₁集电结（类似于图2-16中D₄）为T₂提供基极电流，T₂导通。此时，T₁基极电位V_B1（为T₁集电结T₂发射结T₃发射结三个PN结正向压降之和）=2.1V。T₂导通一方面为T₃提供基极电流，使T₃也导通，另一方面因T₂集电极电位V_C2（=V_BE3 + V_CES2）≈1V，使T₄截止。T₃导通，T₄截止输出低电平V_OL（= V_CES3）≈0.3V。由此可见，图2-18所示电路实现了“见0为1，全1出0”的与非逻辑功能，是TTL与非门。

输入级多发射极管T₁不仅起到图2-16中D₁～D₄的作用，而且具有加快门电路开关速度的作用。在输入由低电平变为高电平（三输入接一起，或多余端悬空）时，T₂要由截止变为导通。输入变为高电平后，T₁相当于一倒置应用的三极管（发射结反偏，集电结正偏，输入高电平相当于电源），为T₂从截止变为导通提供较大的正向基极电流，加快T₂状态转换速度。在输入由高电平变为低电平时，T₂要由导通变为截止。输入变为低电平后，由于T₂ 、T₃存储的电荷尚未泄放，V_C1=1.4V（相当于电源），而V_B1 =1V，V_E1 =0.3V（T₁发射结正偏，集电结反偏，处于放大状态），T₁将从T₂抽取较大的反向基极电流，加快存储电荷的泄放，加快T₂状态转换速度。

T₃、T₄组成的推挽式输出级不仅具有提高开关速度的作用，而且具有提高带负载能力的作用。由于T₃、T₄工作状态相反，T₃截止、T₄导通，输出高电平，因为T₃截止，所以T₄导通所流过的电流全部流向负载，而不会被T₃分流，即带负载的能力提高了。同时此较大的电流，又可以减小输出电压上升时间；T₄截止、T₃导通，输出低电平，T₃导通能为负载电容提供较大的放电电流，减小了输出电压的下降时间。

    由于采用以上措施，TTL门电路有较高的工作速度，输出电压有较陡直的变化边沿。