晶体管的开关特性

第2章 逻辑门电路

逻辑门：完成一些基本逻辑功能的电子电路。现使用的主要为集成逻辑门。

首先介绍晶体管的开关特性，着重讨论的TTL和CMOS门电路的逻辑功能和电气特性，简要介绍其他类型的双极型和MOS门电路

2.1 晶体管的开关特性

在数字电路中,常将半导体二极管,三极管和场效应管作为开关元件使用。

理想开关: 接通时阻抗为零;断开时阻抗为无穷大;两状态之间的转换时间为零。

实际半导体开关: 导通时具有一定的内阻;截止时有一定 的反向电流;两状态之间的转换需要时间。

2.1.1 半导体二极管的开关特性

下面以硅二极管为例

(1) 导通条件及导通时的特点

(2) 截止条件及截止时的特点

(3) 开关时间

① 开启时间: 由反向截止转换为正向导通所需要的时间.二极管的开启时间很小,可忽略不计。

②关断时间: 由正向导通转换为反向截止所需要的时间.二极管的关断时间大约几纳秒。

2.1.2 半导体三极管的开关特性

(1) 饱和导通条件及饱和时的特点

发射极和集电极之间如同闭合的开关

(2) 截止条件及截止时的特点

发射极和集电极之间如同断开的开关。

(3) 开关时间

开启时间ton : 三极管由截止到饱和所需要的时间,纳秒(ns)级。

关断时间toff : 三极管饱和由到截止所需要的时间,纳秒(ns)级, toff > ton 。

toff的大小与工作时三极管饱和导通的深度有关,饱和程度越深, toff 越长,反之则越短。

2.1.3 MOS管的开关特性

MOS管的三个工作区：

截止区；非饱和区；饱和区。

MOS管作开关使用时，通常工作在截止区和非饱和区。

数字集成电路中常用的MOS管为P沟道增强型和N沟道增强型。

(1) 导通条件及导通时的特点(以NMOS管为例)

(2) 截止条件及截止时的特点

NMOS管开关近似直流等效电路

(3) 开关时间

MOS管本身的开关时间很小.组成开关电路时,由于管子间的寄生电容和布线电容的存在,加上MOS管的输入、输出阻抗较大,使输入、输出电路的充放电时间常数增加,影响了开关时间。