9-1数字电路的特点及分析方法9-2晶体管的开关特性
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数字逻辑电路的用途和特点数字电子电路中的后起之秀是数字逻辑电路。
把它叫做数字电路是因为电路中传递的虽然也是脉冲,但这些脉冲是用来表示二进制数码的,例如用高电平表示"1",低电平表示"0"。
声音图像文字等信息经过数字化处理后变成了一串串电脉冲,它们被称为数字信号。
能处理数字信号的电路就称为数字电路。
这种电路同时又被叫做逻辑电路,那是因为电路中的"1"和"0"还具有逻辑意义,例如逻辑"1"和逻辑"0"可以分别表示电路的接通和断开、事件的是和否、逻辑推理的真和假等等。
电路的输出和输入之间是一种逻辑关系。
这种电路除了能进行二进制算术运算外还能完成逻辑运算和具有逻辑推理能力,所以才把它叫做逻辑电路。
由于数字逻辑电路有易于集成、传输质量高、有运算和逻辑推理能力等优点,因此被广泛用于计算机、自动控制、通信、测量等领域。
一般家电产品中,如定时器、告警器、控制器、电子钟表、电子玩具等都要用数字逻辑电路。
数字逻辑电路的第一个特点是为了突出"逻辑"两个字,使用的是独特的图形符号。
数字逻辑电路中有门电路和触发器两种基本单元电路,它们都是以晶体管和电阻等元件组成的,但在逻辑电路中我们只用几个简化了的图形符号去表示它们,而不画出它们的具体电路,也不管它们使用多高电压,是TTL电路还是CMOS电路等等。
按逻辑功能要求把这些图形符号组合起来画成的图就是逻辑电路图,它完全不同于一般的放大振荡或脉冲电路图。
数字电路中有关信息是包含在0和1的数字组合内的,所以只要电路能明显地区分开0和1,0和1的组合关系没有破坏就行,脉冲波形的好坏我们是不大理会的。
所以数字逻辑电路的第二个特点是我们主要关心它能完成什么样的逻辑功能,较少考虑它的电气参数性能等问题。
也因为这个原因,数字逻辑电路中使用了一些特殊的表达方法如真值表、特征方程等,还使用一些特殊的分析工具如逻辑代数、卡诺图等等,这些也都与放大振荡电路不同。
电子技术基础课程标准[课程名称]《电子技术基础》[适用专业]中等职业学校电工电子专业[课程性质]本课程是中等职业学校电工电子专业应用性很强的的一门基础必修课程,贯彻以培养学生实践技能为重点,基础理论与实际应用相结合的指导思想。
主要内容分为两类:第一类为模拟电子技术。
第二类为数字电子技术。
在教学中要根据中职学生的知识基础及就业岗位需求组织教学内容,注重理论与实践相结合,从而提高学生分析问题及解决问题的能力,增强学生适应职业变化的能力,为继续学习打下基础。
[课程目标]1、知识目标与技能目标通过本课程的学习,使学生掌握电子技术各种基本功能电路的组成、基本工作原理、性能特点,熟悉电子技术工艺技能和电子仪器的正确使用方法,初步具有查阅电子元器件手册,正确使用元器件的能力、读识常见电子线路图的能力、测试常用电路功能及排除故障的能力。
能复述逻辑门电路的功能,并能利用逻辑门电路设计简单的组合逻辑电路,并能分析简单时序逻辑电路的功能。
为后续课程学习准备必要的知识,为今后从事实际工作打下必要的基础。
2、过程与方法学会理论联系实际,使课内与课外实验,科技活动紧密结合,提高学生学习兴趣,增强掌握运用所学理论知识解决相关专业领域实际问题的能力。
充分利用实验设备,加大实验比重,使学生动手能力明显提高。
培养学生查阅科技资料的能力。
3、情感态度与价值观参与科技活动的热情,勇于探究与日常生活有关的电学问题;享受快乐的学习过程及学习成果,养成持之以恒的学习精神;形成主动与他人合作的精神,具有团队精神;关心国内外科技发展现状与趋势,有强烈的使命感与责任感。
[课程基本理念]注重以人为本的教学理念,培养学生个性发展;以理论与实验相结合,充分体会有关电子基础知识的重要性;注重学科渗透,关注科技发展,有机结合时代的新产品;创造团结协作的氛围,提倡学习方式的多样化;从分析解决实际问题,提高学生应知能力;建立学习结果与学习过程并重的评价机制。
[课程内容和要求]序教学内容课程内容与要求考核要求号1 晶体二极1、熟悉二极管器 1.半导体的概念;二极管的单管及整流电路件的外形和电路图形符号2、熟悉二极管的主要特性和参数3、了解整流电路的基本组成,理解其工作原理,能进行简单的工程计算。
不同类型晶体管的区别和特点晶体管是一种电子器件,用于控制电流通过的开关。
根据其结构和材料特性的不同,晶体管可以分为多种类型,每种类型都具有不同的特点和应用领域。
一、晶体管的分类根据材料类型的不同,晶体管可以分为两大类:硅基晶体管和化合物半导体晶体管。
1. 硅基晶体管硅基晶体管是最常见的晶体管类型,其主要由硅材料制成。
硅材料具有丰富的资源、制造工艺成熟、价格低廉等优点,因此硅基晶体管是最广泛应用的晶体管类型。
硅基晶体管又可分为三类:NPN型、PNP型和MOS型。
(1)NPN型晶体管:NPN型晶体管是最常见的硅基晶体管类型。
其结构由两个N型半导体夹一个P型半导体构成,中间的P型半导体称为基区。
NPN型晶体管通常用于放大电路和开关电路,其特点是集电极和发射极之间的电流放大倍数高,适用于高频和高速的电路。
(2)PNP型晶体管:PNP型晶体管与NPN型晶体管结构相反,由两个P型半导体夹一个N型半导体构成。
PNP型晶体管与NPN型晶体管的工作原理及应用领域相似,但由于电流流动的方向相反,其极性也相反。
(3)MOS型晶体管:MOS型晶体管(金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种基于金属-绝缘体-半导体结构的晶体管。
它的主要特点是电流消耗小,输入电阻高,适用于低功耗和高速的电路。
MOS型晶体管广泛应用于数字电路和微处理器等领域。
2. 化合物半导体晶体管化合物半导体晶体管由多种化合物材料构成,如砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)等。
与硅基晶体管相比,化合物半导体晶体管具有更高的载流子迁移率和更好的高频特性,因此在高频和高速电路中具有广泛的应用。
化合物半导体晶体管主要有以下几种类型:HBT、HEMT和MESFET。
(1)HBT(异质结双极型晶体管):HBT是由不同的材料构成的异质结构,常见的是砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)的组合。
HBT具有高迁移率和高频特性,适用于高速数字电路和射频放大器等领域。
(2)HEMT(高电子迁移率晶体管):HEMT是一种基于异质结构的晶体管,其材料组合主要是砷化镓(GaAs)和铝镓砷(AlGaAs)。
睢宁县职业教育中心教师课程教案
授课过程
等效为开关闭合
等效为开关断开
C、E极间等效为开关闭合
C、E极间等效为开关断开
、开关特性:表现在正向导通和反向截止这两种状态之间
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
开关时间一般在纳秒数量级
放大状态时他的过渡过程
3、(1) 截止状态
条件:发射结反偏
特点:输入电流I B≈0 → I C≈0, V CE≈V CC 等效电路为
(2)饱和状态
条件:发射结正偏,集电结正偏
特点:U BES=0.7V,U CES=0.3V/硅
四、三极管工作状态的判别
BE 判断三极管是截止还是导通。
B 和I BS 判断三极管是放大还是饱和c CC BS R V I β= 则三极管是饱和B <c CC BS R V I β= 则三极管是放大在电路的输入电阻1R 的两端并联一个适量的电容器到提高开关速度的。
晶体管开关特性、限幅器与钳位器实验二晶体管开关特性、限幅器与钳位器1. 实验目的(1)观察晶体二极管、三极管的开关特性,了解外电路参数变化对晶体管开关特性的影响(2)掌握限幅器和钳位器的基本工作原理。
2. 实验原理(1)晶体二极管的开关特性由于晶体二极管具有单向导电性,故英开关特性表现在正向导通与反向截止两种不同状态的转换过程。
如图2—1电路,输入端施加一方波激励信号%,由于二极管结电容的存在,因而有充电、放电和存贮电荷的建立与消散的过程。
因此当加在二极管上的电压突然由正向偏B(+K)变为反向偏置(-?时,二极管并不立即截止,而是出现一个较大的反向电流-冬,并维持R一段时间:(称为存贮时间)后,电流才开始减小,再经徐(称为下降时间)后,反向电流才等于静态特性上的反向电流厶,将tr=ts+tf叫做反向恢复时间,纭与二极管的结构有关,PN结面积小,结电容小,存贮电荷就少,匚就短,同时也与正向导通电流和反向电流有关。
当管子选泄后,减小正向导通电流和增大反向驱动电流,可加速电路的转换过程。
(2)晶体三极管的开关特性晶体三极管的开关特性是指它从截止到饱和导通,或从饱和导通到截止的转换过程,而且这种转换都需要一泄的时间才能完成。
如图2-2电路的输入端,施加一个足够幅度(在-%和+%之间变化)的矩形脉冲电压%激励信号,就能使晶体管从截止状态进入饱和导通,再从饱和进入截止。
可见晶体管T的集电极电流几和输出电压K 的波形已不是一个理想的矩形波,其起始部分和平顶部分都延迟了一段时间,苴上升沿和下降沿都变得缓慢了,如图2—2波形所示,从上开始跃升到丄上升到0.1A,所需时间定义为延迟时间乱,而丄从0.1矗增长到0.9矗的时间为上升时间“从K开始跃降到i.下降到0.9厶s 的时间为存贮时间ts,而几从0.9lcs下降到0.1忑的时间为下降时间如通常称1^=1Atr为三极管开关的“接通时间”,toff=ts+tf称为“断开时间”,形成上述开关特性的主要原因乃是晶体管结电容之故。
晶体管数字电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述晶体管数字电路是现代电子技术中的重要组成部分,它是实现数字系统功能的基本单元。
晶体管的发明和应用在电子领域带来了革命性的变化,极大地推动了计算机和通信技术的发展。
晶体管是一种半导体器件,它基于半导体材料的电导特性来控制电流的流动。
晶体管由三个主要组成部分构成,即基极、发射极和收集极。
通过调节基极电流的大小,可以实现对晶体管的控制,从而改变电路中的电流和电压。
晶体管的工作原理基于PN结的电导特性。
当PN结正向偏置时,电流可以流动,晶体管处于导通状态;当PN结反向偏置时,电流无法流动,晶体管处于截止状态。
这样,通过控制基极电流和电压,可以实现晶体管的开关控制。
晶体管数字电路的设计与应用是基于开关特性实现的。
通过将多个晶体管连接在一起,可以构建出各种复杂的数字电路,如逻辑门、触发器和计数器等。
这些数字电路在计算机、通信和控制系统中起着重要的作用,实现了数字信号的处理和转换。
晶体管数字电路的重要性不仅体现在其在计算机领域的广泛应用,还在于其在推动技术进步和社会发展方面的影响。
晶体管的小巧、高可靠性和低功耗等特点,使得数字电路可以更加紧凑和高效。
晶体管数字电路的快速发展也催生了计算机和通信技术的迅猛发展,为人类社会的进步做出了巨大贡献。
展望未来,晶体管数字电路仍然具有广阔的发展空间。
随着科技的不断进步,晶体管的尺寸会越来越小,集成度会越来越高,功耗会越来越低。
同时,晶体管数字电路的应用领域也将不断扩展,涵盖更多的领域和行业,如物联网、人工智能和新能源等。
总之,晶体管数字电路作为现代电子技术的基础,具有重要的应用价值和发展前景。
通过深入研究晶体管基础知识和工作原理,不断探索和创新晶体管数字电路的设计与应用,我们可以为推动技术进步和社会发展做出更大的贡献。
文章结构部分的内容可参考以下写法:1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分,我们将概述晶体管数字电路的重要性及其应用领域,并阐述本文的目的。
《电子技术基础》教案---数字电路---第八章逻辑门电路§8-1 数字电路特点及分析方法教学目的:1、让学生对该科产生浓厚的兴趣2、培养学生的学习个性,建立起学生的发展方向3、指导好该科目的学习重点与学习方法教学重点:如何去学习数字电路及二极管的开关特性教学难点:让学生产生学习兴趣教学方法:讲授法,讨论法教学课时:一课时教学过程:一、数字电路的特点及分析方法1、数字信号的特点:数字信号在时间上和数值上均是离散的,即在数值上是不连续的,它不随时间连续变化,即为离散的电信号。
常用数字0和1表示。
这里的0和1代表的是逻辑0和逻辑1,而不是十进制数中的数字。
而模拟信号在时间上是连续的,数值也是连续的。
它具有无穷多的数值,其数值表达式也较复杂,例如正弦函数、指数函数等。
2、数字电路的特点:数字电路的基本工作信号是二进制的数字信号,而二进制数只有0和1两个基本数字,对应在电路上只需要在两种不同状态下工作,即低电平和高电平两种工作状态。
所以电路简单,易于集成化,数字电路多采用集成电路数字通信系统:抗干扰能力强,保密性好,容量大;(例如手机)数字化测量:精度高,功能完备,具有数控测试功能:(例如数字示波器)数字设备:精度高、功能完备、智能化。
(扩展讲数字电视和数码照相机)计算机:最具代表性的数字系统,具有极强的信息处理和控制能力。
3、数字电路的分析方法:数字电路主要是研究电路的输出信号与输入信号之间的状态关系,即所谓的逻辑关系。
通常数字电路用逻辑代数、真值表、逻辑电路图、卡诺图、波形图等方法进行分析。
数字电路和模拟电路是电子电路的两个分支,在实际中,两者常配合应用。
4、数字电路学习资料来源(以提高学生的学习兴趣,扩宽知识面)(1)、《电子技术基础》不同版本教材(例如康华光主编)(2)、《555集成电路应用手册>(3)、《电子报》5、网络资料(部分参考网址)/new/%CA%FD%D7%D6%B5%E7%C2%B7%BC%B0%C6%E4%D3%A6%D3%C31.htm 数字电路及其应用于(1.htm可以改为2.htm或者改为3.htm)共有22种/read.php?owner=gumu&page=4&commentID=1033035082数字电路基础知识自测是非判断题及其他内容/read.php?owner=gumu&page=4&commentID=1033034981数字集成电路四个基本引脚识图方法(也就是上一个网址的上一个主题)/hnmcu/SZDL/XUESEN/2/251/j.htm代数法化简逻辑函数/printpage.asp?ArticleID=101数字电路基础(课件)/jytd/test2003-1/jsj/szdl/szdl.htm山东大学网络教育学院数字电路基础模拟题电子技术信息网§8-2 晶体管的开关特性(一)教学目的:让学生掌握二极管开关特性的应用之一----串联限幅电路的工作原理教学重点:串联限幅电路的工作原理的分析教学难点:会画限幅电路的工作波形教学方法:讲授法教学课时:一课时教学过程:一、复习提问:1、数字信号有什么特点?数字电路有何优越性?二、新授:(一)二极管的开关特性1、二极管导通时,其正向电阻小,相当于开关接通;当二极管反向截止时,其反向电阻很大,相当于开关断开。
晶体管特性对电路放大与开关性能的分析晶体管是现代电子技术中最重要的器件之一,它在电路中扮演着放大和开关的重要角色。
本文将对晶体管的特性进行分析,探讨其对电路放大和开关性能的影响。
晶体管的特性主要包括输入电阻、输出电阻、电流放大倍数和开关速度等。
首先,输入电阻是指晶体管对输入信号的阻抗,它决定了信号源与晶体管之间的匹配程度。
输入电阻越大,输入信号的损耗越小,从而能够更有效地传递信号。
而输出电阻则决定了晶体管输出信号的阻抗,它对于驱动负载电阻的能力至关重要。
输出电阻越小,晶体管输出信号的失真越小,对负载的驱动能力越强。
其次,电流放大倍数是指晶体管输出电流与输入电流之间的比值。
电流放大倍数越大,晶体管的放大效果越好。
晶体管的电流放大倍数与其工作状态有关,常见的有共射、共集和共基三种工作状态。
其中,共射工作状态下的晶体管具有较大的电流放大倍数,适用于放大弱信号;而共集工作状态下的晶体管具有较小的电流放大倍数,适用于驱动负载电阻;共基工作状态下的晶体管则具有中等的电流放大倍数,适用于高频放大。
最后,晶体管的开关速度是指其从关断到导通或从导通到关断的时间。
开关速度决定了晶体管在数字电路中的应用能力。
晶体管的开关速度受到其内部结构和工作电压的影响。
当晶体管处于导通状态时,其内部电荷会导致导通延迟;而当晶体管处于关断状态时,内部电荷的消散时间也会导致关断延迟。
因此,在设计数字电路时,需要充分考虑晶体管的开关速度,以确保电路的正常运行。
综上所述,晶体管的特性对电路的放大和开关性能有着重要的影响。
在电路设计中,我们需要根据实际需求选择合适的晶体管,并合理利用其特性,以实现电路的最佳性能。
同时,我们也需要注意晶体管的工作状态和工作电压,以确保其正常工作。
只有深入理解晶体管的特性,我们才能更好地应用它,推动电子技术的发展。
题
新课
端,VD导通,它呈现的正向压降很小,相当于开关的接通状态。
端,VD截止,它呈现的反向电阻很大,相当于开关的断开状态。
当二极管的正向电阻和反相电阻有很大差别时,二极管即可作为开关使用。
二极管开关的应用
限幅电路又称削波电路。
削波就是指将输入波形中不需要的部分去掉。
)串联型上限幅电路
电路及限幅波形如图所示。
② 工作过程
1v ≥G V →VD 截止→I O v v = 1v < G V →VD 导通→G O V v =
它是限幅电平为G V 的下限幅度电路,又因二极管与负载电阻并联,所以电路全称为“限幅电平为G V 的并联型下限幅电路”。
(3)结论
串联型限幅电路是利用二极管截止起限幅作用;而并联限幅电路是利用二极管导通起限幅作用。
2.钳位电路 (1)电路组成
把输入信号的底部或顶部钳制在规定电平上的电路称为钳位电路。
顶部电位在零电平的钳位电路如图所示。
(1)三极管的饱和条件
条件:基极电流足够大,即BS B I I >>。
BS I 为临界饱和基极电流。
也可表示为:
B I ≥c
CC
BS R V I β=
(2)特点
三极管处于饱和导通状态相当于开关的接通状态。
2.截止条件及其特点 (1)三极管的截止条件为
输入为低电位时,即V 0I =v 时,三极管V 截止,输出为高电位,
输入为高电位时,即V 3I =v 时,三极管V 饱和导通,输出为低电位,
1R 的两端并联一个适量的电容器S C ,就可达到提高开关速度的
V
新课 当决定一件事情的几个条件完全具备之后,这件事情才能发生,否则不发生。
能实现与逻辑功能的电路称为与门电路。
两输入端均为高电平时,二极管1VD 、2VD 导通,两输入端均为低电平,或有一个输入端为低电平时,与低电平相连接的二0 V )。
出1 出0
Y = A ·B
当决定一件事情的几个条件中,只要有一个条件得到满足,这件事情就会发生。
两输入端均为低电平时,二极管1VD 、2VD 截止,两输入端有一个输入端为高电平,或全为高电平时,与高电平相连接的二就高电平(3 V )。
1出1 0出0
事情(输出信号)和条件(输入信号)总是呈相反状态。
输出信号与输入信号存在“反相”关系。
即输入低电平,输出为高电平;输入高电
)逻辑功能:有0出1
有1出0
)逻辑函数数式:
输入输出A Y
0 1 1 0
将一个与门和一个非门联结起来,就构成了一个与非门。
Y B
A⋅
A B A B Y =B
A⋅
0 0 1 1 0
1
1
1
1
1
1
.逻辑功能:全1出0
有0出1
在或门后面接一个非门,就构成或非门。
Y B
A+
A B A +B Y =B
A+
0 0 1 1 0
1
1
1
1
1
1
Y CD
AB+
.真值表:如图表所示。
B C D
0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
.逻辑功能:一组全1出0;
各组有0出1。
.逻辑函数数式:
Y
B A B A +或B A Y ⊕=
.真值表:如图表所示。
输 入
输 出 A B Y 0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
.逻辑功能:同出0,异出1 .逻辑函数数式:
Y
B A AB +或=Y A ⊙B
.真值表:如图表所示。
输 入
输A B Y 0 0 1 1
0 1 0 1
1 0 0 1
.逻辑功能:同出1 异出0
新课新课
原理:接通电源,A 点电压约5 V 左右,绿色1LED 保持常亮。
在电源正常时,调节电位器,使B 点电位刚好处于与非门的门槛电压,此时黄色2LED 和红色3LED 均不亮。
当电源电压偏低时,B 点电位低于门槛电压,则门1输入为低电平,输出为高电平,故E 点为高电平,F 点为低电平,黄色2LED 导通而发光,而红色3LED 截止,不发光。
当电源电压偏高时,B 点电位上升,E 点电位下降,F 点电位上升,因而红色3LED 通而发光,黄色2
LED 因截止而不发光。
时,1V 截止;DD GS2V V -=,2V 时,1V 的TN GS1V V >,1V 饱和导通,极间相当于开路,1S 与1D 相当于短路。
所以当输入低电平时,输出为高电平;当输入为高电平时,输出为低电平,实现了逻辑反相器不论是输出高电平还是低电平,都只有一个管子导通,因此电源电流均是极小的漏电流,功耗极低。
由于管子导通时电阻都很小,这就大大缩短了负载端杂散电容的充放电时间,反相器的电压传输特性比较理想,特性曲线的转折区比反相器输出高电平DD OH V V ≈,输出低电平OL V
端有高电平1时,驱动管1V 或2V 导通,输出端Y
.工作原理
)当控制端C 加高电平,若输入信号I v 在0 ~DD V 之间变化,则1V 和有一个管子导通,传输门的输入和输出之间程低阻状态,传输门导通,相当于开关接通。
)当控制端C 加低电平,只要I v 在0 ~DD V 之间变化,则1V 、2V 两个管子均截止,即传输门截止,相当于开关断开。
.功能
传输门是一种传输信号的可控开关电路,由于MOS 管结构对称,其源极与漏极可对调使用,因此,传输门具有双向性,也称双向开关。
CMOS 电路的应用
.产品系列和外形封装
CMOS 集成电路的产品系列可参考表。
子系列 名称 国标符号 CMOS
互补场效晶体管型 CC4000 HCMOS 高速CMOS
CT54/74HC HCMOST
与TTL 兼容的高速CMOS
CT54/74HCT
CMOS 电路使用注意事项 )输入端不能悬空。
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