晶體管的開關特性

第2章 邏輯門電路

邏輯門：完成一些基本邏輯功能的電子電路。現使用的主要為集成邏輯門。

首先介紹晶體管的開關特性，著重討論的TTL和CMOS門電路的邏輯功能和電氣特性，簡要介紹其他類型的雙極型和MOS門電路

2.1 晶體管的開關特性

在數字電路中,常將半導體二極管,三極管和場效應管作為開關元件使用。

理想開關: 接通時阻抗為零;斷開時阻抗為無窮大;兩狀態(tài)之間的轉換時間為零。

實際半導體開關: 導通時具有一定的內阻;截止時有一定 的反向電流;兩狀態(tài)之間的轉換需要時間。

2.1.1 半導體二極管的開關特性

下面以硅二極管為例

(1) 導通條件及導通時的特點

(2) 截止條件及截止時的特點

(3) 開關時間

① 開啟時間: 由反向截止轉換為正向導通所需要的時間.二極管的開啟時間很小,可忽略不計。

②關斷時間: 由正向導通轉換為反向截止所需要的時間.二極管的關斷時間大約幾納秒。

2.1.2 半導體三極管的開關特性

(1) 飽和導通條件及飽和時的特點

發(fā)射極和集電極之間如同閉合的開關

(2) 截止條件及截止時的特點

發(fā)射極和集電極之間如同斷開的開關。

(3) 開關時間

開啟時間ton : 三極管由截止到飽和所需要的時間,納秒(ns)級。

關斷時間toff : 三極管飽和由到截止所需要的時間,納秒(ns)級, toff > ton 。

toff的大小與工作時三極管飽和導通的深度有關,飽和程度越深, toff 越長,反之則越短。

2.1.3 MOS管的開關特性

MOS管的三個工作區(qū)：

截止區(qū)；非飽和區(qū)；飽和區(qū)。

MOS管作開關使用時，通常工作在截止區(qū)和非飽和區(qū)。

數字集成電路中常用的MOS管為P溝道增強型和N溝道增強型。

(1) 導通條件及導通時的特點(以NMOS管為例)

(2) 截止條件及截止時的特點

NMOS管開關近似直流等效電路

(3) 開關時間

MOS管本身的開關時間很小.組成開關電路時,由于管子間的寄生電容和布線電容的存在,加上MOS管的輸入、輸出阻抗較大,使輸入、輸出電路的充放電時間常數增加,影響了開關時間。