本帖最后由 czd886 于 2024-6-4 18:06 编辑

门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是0就是1，是一种二值量。注：门电路中以高/低电平表示逻辑状态的1/0。
1）高电平和低电平：高电平和低电平是两种状态，是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。下图2.4～5V范围内的电压，都称为高电平，用UH表示。0～0.8V范围内的电压，都称为低电平，用UL表示。

  2）正逻辑和负逻辑：用1表示高电平，用0表示低电平，称为正逻辑赋值，简称正逻辑。用1表示低电平，用0表示高电平，称为负逻辑赋值，简称负逻辑。
用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路，称为分立元件门电路。把构成门电路的元器件和连线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。
1、半导体二极管的开关特性
半导体二极管最显著的特点是具有单向导电性能。
⑴开关应用举例
  下图是最简单硅半导体二极管开关电路。输入电压为uI，其低电平UIL＝－2V，高电平为UIH＝3V。

⑵静态开关特性
  硅半导体二极管具有下列静态开关特性：
  ① 导通条件及导通时的特点：
  当外加正向电压UD＞0.7V时，二极管导通，硅半导体二极管如同一个具有0.7V压降、闭合了的开关。      
  ② 截止条件及截止时的特点：
  当外加正向电压UD＜0.5V时，二极管截止，硅半导体二极管如同一个断开了的开关。
（3）动态特性
二极管的电容效应：
  二极管存在结电容Cj和扩散电容CD， Cj和CD的存在极大地影响了二极管的动态特性，无论是开通还是关断，伴随着Cj、CD的充、放电过程，都要经过一段延迟时间才能完成。
二极管的开关时间：
  下图所示是一个简单的二极管开关电路及相应的uI和iD的波形。
  
1）开通时间
  当输入电压uI由UIL跳变到UIH时，二极管D要经过延迟时间td、上升时间tr之后，才能由截止状态转换到导通状态。半导体二极管的开通时间为：ton=td＋tr  
2）关断时间
  当输入电压uI由UIH 跳变到UIL时，二极管D要经过存储时间ts、下降时间（也称为渡越时间）tf之后，才能由导通状态转换到截止状态。半导体二极管的关断时间为：toff=ts＋tf
2、半导体三极管的开关特性
半导体三极管的输入、输出特性如下图所示。

输入特性指的是基极电流iB和基极-发射极间电压uBE之间的关系曲线。
输出特性指的是基极电流iC和集电极-发射极间电压uCE之间的关系曲线。在数字电路中，半导体三极管不是工作在截止区，就是工作在饱和区，而放大区仅仅是一种瞬间即逝的工作状态。
（1）半导体三极管的静态开关特性
饱和导通条件及饱和时的特点：
  饱和导通条件：三极管基极电流iB大于其临界饱和时的数值IBS时，饱和导通。
  饱和导通时的特点：对于硅三极管，饱和导通后
        uBE≈0.7V，uCE＝UCES≤0.3V
如同闭合的开关。

截止条件及截止时的特点：
  截止条件： uBE＜Uo＝0.5V   
式中，Uo是硅三极管发射结的死区电压。
截止时的特点：iB≈0，iC≈0
如同断开的开关。
  
（2）动态特性：
  半导体三极管和二极管一样，在开关过程中也存在电容效应，都伴随着相应电荷的建立和消散过程，因此都需要一定时间。
下图所示是三极管开关电路中uI为矩形脉冲时，相应iC和uO的波形。、

1） 开通时间
  当输入电压uI由UIL＝－2V跳变到UIH＝3V时，三极管需要经过延迟时间td和上升时间tr之后，才能由截止状态转换到饱和导通状态。开通时间为：ton=td＋tr  
2）关断时间
  当输入电压uI由UIH＝3V 跳变到UIL＝－2V时，三极管需要经过存储时间ts、下降时间tf之后，才能由饱和导通状态转换到截止状态。半导体三极管的关断时间为： toff=ts＋tf  
半导体三极管开关时间的存在，影响了开关电路的工作速度。由于toff＞ton，所以减少饱和时基区存储电荷的数量，尽可能地加速其消散过程，即缩短存储时间 tS，是提高半导体三极管开关速度的关键。
3、MOS管的开关特性
MOS管最显著的特点也是具有放大能力。不过它是通过栅极电压uGS控制其工作状态的，是一种具有放大特性的由电压uGS控制的开关元件。
N沟道增强MOS管的漏极特性和转移特性如下图所示：

反映漏极电流iD和漏极-源极电压uDS之间的关系曲线族称为漏极特性。反映漏极电流iD和栅极-源极电压uGS之间的关系曲线称为转移特性。
（1）MOS管的静态开关特性
截止条件和截止时的特点：
  截止条件：当MOS管栅源电压uGS小于其开启电压UTN时，将处于截止状态。
  截止时的特点：iD＝0，MOS管如同一个断开了的开关。

导通条件和导通时的特点：
  导通条件：当uGS大于UTN时， MOS管将处于导通状态。
  导通时的特点：MOS管导通之后，如同一个具有一定导通电阻RON闭合了的开关。

（2）动态特性
MOS管极间电容：
  MOS管三个电极之间，均有电容存在，它们分别是栅源电容CGS、栅漏电容CGD和漏源电容CDS。在数字电路中，MOS管的动态特性，即开关速度是受这些电容充、放电过程制约的。
开关时间：
  下图所示MOS管开关电路中，当uI为矩形波时，相应iD和uO的波形。  

1）开通时间
  当输入电压uI由UIL＝0V跳变到UIH＝VDD时，MOS管需要经过导通延迟时间td1和上升时间tr之后，才能由截止状态转换到饱和导通状态。开通时间为 ton=td1＋tr  
2） 关断时间
  当输入电压uI由UIH＝VDD跳变到UIL＝0V时，MOS管需要经过关断延迟td2、下降时间tf之后，才能由导通状态转换到截止状态。关断时间为toff=td2＋tf  
MOS管电容上电压不能突变是造成iD(uO)滞后uI变化的主要原因。而且，由于MOS管的导通电阻比三极管的饱和导通电阻要大得多，所以它的开通和关断时间也比三极管长，即其动态特性较差。