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第三章 逻辑门电路
第一节 晶体二极管的开关特性
第二节 晶体三极管的开关特性
第三节 TTL集成逻辑门
第四节 其他类型的双极型数字集成电路
第五节 CMOS门电路
2
复习
请回忆实现与、或、非逻辑的开关电路形式？
它们有何共同特点？
开关电路与逻辑电路是如何联系起来的？
3
第一节 晶体二极管的开关特性
数字电路中的晶体二极管工作在开关状态。
导通状态：相当于开关闭合
截止状态：相当于开关断开。
逻辑变量 ←→ 两状态开关：
在逻辑代数中逻辑变量有两种取值,0和 1；
电子开关有两种状态：闭合、断开。
半导体二极管、三极管和 MOS管，则是构成这
种电子开关的基本开关元件。
4
(1) 静态特性：
断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻
ROFF = 无穷，电流 IOFF = 0。
闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻
RON = 0，电压 UAK = 0。
(2) 动态特性：开通时间 ton = 0
关断时间 toff = 0
理想开关的开关特性,
5
客观世界中，没有理想开关 。
乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分
接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电
路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。
半导体二极管、三极管和 MOS管做为开关使用
时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好 。
6
一,二极管的静态开关特性
1,静态特性及开关等效电路
正向导通时,UD(ON)≈0.7（硅）
,0.3V（锗）
RD≈几 Ω ～几十 Ω
相当于开关闭合
图 3－ 1－ 1 二极管的伏安特性曲线
7
二极管的开关等效电路
(a) 导通时 (b) 截止时
图 2-1 二极管的伏安特性曲线
开启电压
理想化
伏安特
性曲线
8
反向截止时
反向饱和电流极小
反向电阻很大（约几百 kΩ ）
相当于开关断开
图 3－ 1－ 1 二极管的伏安特性曲线
9
若输入信号频率过高，二极管会双向导通，
失去单向导电作用。因此 高频应用时 需考虑此参
数。
二极管从截止变为导通和从导通变为截止都
需要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。
反向恢复时间 tre,二极管从导通到截止所需
的时间。
一般为纳秒数量级（通常 tre ≤5ns ）。
二,二极管的动态开关特性
10
三、晶体二极管的开关参数
? 最大正向电流：二极管正向导通电流的最大允
许值。在使用时不得超过这一数值。
? 最高反向工作电压：二极管反向工作电压的最
大允许值。在使用时不得超过这一数值。
? 反向击穿电压：二极管在一定反向电流（例如
100uA）下的反向电压。在此电压下认为二极
管已被击穿。
二极管主要稳态及瞬态开关参数如下：
11
? 反向电流：二极管在最高反向工作电压
下的电流。
? 零偏压电容：二极管在零偏压下的结电
容。
? 反向恢复时间：在一定负载条件下，二
极管从正向电流（例如 10mA）变化到反
向电流一定值（例如 10mA的 10%）时所
需时间。
12
第二节 晶体三极管的开关特性
? 一、静态开关特性
? 二、动态开关特性
? 三、晶体三极管开关参数
? 四、晶体三极管反向器
13
一,静态开关特性
在数字电路中，三极管作为开关元件，主要
工作在 饱和 和 截止 两种开关状态，放大区只是极
短暂的过渡状态。
图 3－ 2－ 1 三极管开关电路及其静态输出特性
（ a）电路 （ b）输出特性曲线
14
开关等效电路
(1) 截止状态
条件：发射结反偏
特点：电流约为 0
15
(2)饱和状态
条件：发射结正偏，集电结正偏
特点,UBES=0.7V,UCES=0.3V/硅
16
三极管开关等效电路
(a) 截止时 (b) 饱和时
17
二、动态开关特性
图 3－ 2－ 4 三极管的开关时间
开启时间 ton
上升时间 tr
延迟时间 td
关闭时间 toff
下降时间 tf
存储时间 ts
18
(1) 开启时间 ton
三极管从截止到饱和所需的时间。
ton = td +tr
td, 延迟时间 tr, 上升时间
(2) 关闭时间 toff
三极管从饱和到截止所需的时间。
toff = ts +tf
ts,存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）
tf,下降时间
toff > ton 。
开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。
19
三、晶体三极管的开关参数
? 1、稳态开关参数
? 2、瞬态开关参数
20
四、晶体三极管反向器
? 1、晶体三极管反相器工作原理
? 2、负载的影响
? 3、反相器的带负载能力
21
作业题
3-1
第三章 逻辑门电路
第一节 晶体二极管的开关特性
第二节 晶体三极管的开关特性
第三节 TTL集成逻辑门
第四节 其他类型的双极型数字集成电路
第五节 CMOS门电路
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复习
请回忆实现与、或、非逻辑的开关电路形式？
它们有何共同特点？
开关电路与逻辑电路是如何联系起来的？
3
第一节 晶体二极管的开关特性
数字电路中的晶体二极管工作在开关状态。
导通状态：相当于开关闭合
截止状态：相当于开关断开。
逻辑变量 ←→ 两状态开关：
在逻辑代数中逻辑变量有两种取值,0和 1；
电子开关有两种状态：闭合、断开。
半导体二极管、三极管和 MOS管，则是构成这
种电子开关的基本开关元件。
4
(1) 静态特性：
断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻
ROFF = 无穷，电流 IOFF = 0。
闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻
RON = 0，电压 UAK = 0。
(2) 动态特性：开通时间 ton = 0
关断时间 toff = 0
理想开关的开关特性,
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客观世界中，没有理想开关 。
乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分
接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电
路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。
半导体二极管、三极管和 MOS管做为开关使用
时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好 。
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一,二极管的静态开关特性
1,静态特性及开关等效电路
正向导通时,UD(ON)≈0.7（硅）
,0.3V（锗）
RD≈几 Ω ～几十 Ω
相当于开关闭合
图 3－ 1－ 1 二极管的伏安特性曲线
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二极管的开关等效电路
(a) 导通时 (b) 截止时
图 2-1 二极管的伏安特性曲线
开启电压
理想化
伏安特
性曲线
8
反向截止时
反向饱和电流极小
反向电阻很大（约几百 kΩ ）
相当于开关断开
图 3－ 1－ 1 二极管的伏安特性曲线
9
若输入信号频率过高，二极管会双向导通，
失去单向导电作用。因此 高频应用时 需考虑此参
数。
二极管从截止变为导通和从导通变为截止都
需要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。
反向恢复时间 tre,二极管从导通到截止所需
的时间。
一般为纳秒数量级（通常 tre ≤5ns ）。
二,二极管的动态开关特性
10
三、晶体二极管的开关参数
? 最大正向电流：二极管正向导通电流的最大允
许值。在使用时不得超过这一数值。
? 最高反向工作电压：二极管反向工作电压的最
大允许值。在使用时不得超过这一数值。
? 反向击穿电压：二极管在一定反向电流（例如
100uA）下的反向电压。在此电压下认为二极
管已被击穿。
二极管主要稳态及瞬态开关参数如下：
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? 反向电流：二极管在最高反向工作电压
下的电流。
? 零偏压电容：二极管在零偏压下的结电
容。
? 反向恢复时间：在一定负载条件下，二
极管从正向电流（例如 10mA）变化到反
向电流一定值（例如 10mA的 10%）时所
需时间。
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第二节 晶体三极管的开关特性
? 一、静态开关特性
? 二、动态开关特性
? 三、晶体三极管开关参数
? 四、晶体三极管反向器
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一,静态开关特性
在数字电路中，三极管作为开关元件，主要
工作在 饱和 和 截止 两种开关状态，放大区只是极
短暂的过渡状态。
图 3－ 2－ 1 三极管开关电路及其静态输出特性
（ a）电路 （ b）输出特性曲线
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开关等效电路
(1) 截止状态
条件：发射结反偏
特点：电流约为 0
15
(2)饱和状态
条件：发射结正偏，集电结正偏
特点,UBES=0.7V,UCES=0.3V/硅
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三极管开关等效电路
(a) 截止时 (b) 饱和时
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二、动态开关特性
图 3－ 2－ 4 三极管的开关时间
开启时间 ton
上升时间 tr
延迟时间 td
关闭时间 toff
下降时间 tf
存储时间 ts
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(1) 开启时间 ton
三极管从截止到饱和所需的时间。
ton = td +tr
td, 延迟时间 tr, 上升时间
(2) 关闭时间 toff
三极管从饱和到截止所需的时间。
toff = ts +tf
ts,存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）
tf,下降时间
toff > ton 。
开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。
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三、晶体三极管的开关参数
? 1、稳态开关参数
? 2、瞬态开关参数
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四、晶体三极管反向器
? 1、晶体三极管反相器工作原理
? 2、负载的影响
? 3、反相器的带负载能力
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作业题
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