集成逻辑(luójí)门电路资料掌握典型TTL、CMOS门电路的逻辑功能、特性、主要参数和使用(shǐyòng)方法。2.1半导体器件的开关(kāiguān)特性2.1.1晶体二极管的开关(kāiguān)特性一个理想开关(kāiguān)具有这样的特性：闭合时，开关(kāiguān)两端的电压为0，开关(kāiguān)两端点间呈现的电阻也为0；断开时，流过开关(kāiguān)的电流为0，开关(kāiguān)两端点间的电阻为无穷大；而且开关(kāiguān)的接通或断开动作转换可以在瞬间完成。但实际中，并不存在这样的理想开关(kāiguān)。晶体二极管在近似的开关电路分析中可以当作一个理想(lǐxiǎng)开关来分析，但它与理想(lǐxiǎng)开关是有区别的。1、二极管稳态开关特性电路处于相对稳定的状态下晶体管所呈现的开关特性称为稳态开关特性。二极管的伏安特性曲线如图2.1.1(b)所示。图2.1.1二极管的伏安(fúān)特性描述该特性的方程为：图中的Vth称为正向开启(kāiqǐ)电压(或称为门限电压、阈值电压)。一般硅管的Vth为0.6~0.7V;锗管的Vth为0.2~0.3V。当外加正向电压大于Vth时，正向电流随电压的增加按指数规律增加，二极管开始导通。由于二极管的伏安特性曲线在电压为Vth处已经(yǐjing)很陡，在一段范围内，电流有较大变化时，二极管的端电压保持在Vth左右。因此，把二极管正向电压大于Vth作为二极管导通的条件。当外加正向电压小于Vth，或者外加反向电压时，vD很小或小于0，则，流过二极管的电流iD=－IS。IS称为反向饱和电流，一般(yībān)硅管的IS为10－15~10－10A；锗管的IS为10－10~10－7A。IS数值都很小，通常可忽略不计。此时，二极管相当于一个很大的电阻，可近似认为是开路。因此，把二极管端电压小于Vth作为二极管截止的条件。当二极管作为开关使用时，可将其伏安特性(tèxìng)折线化，如图2.1.1(c)所示。当正向偏置时，二极管导通，压降为Vth，相当于开关闭合；当反向偏置时，二极管截止，流过的电流为反向饱和电流IS，非常小，相当于开关断开。由此可得出结论：在稳态情况下，二极管开关特性与理想开关存在一定差异。主要(zhǔyào)表现为，二极管开关闭合时，两端仍有电位降落；开关断开时，存在反向电流。此外，二极管的Vth和IS都与温度有关。通常温度每升高1℃，Vth约减小2~2.5mV；温度每升高10℃，反向饱和电流IS约增大一倍。有时把二极管视为理想的开关，即用一个理想开关来等效，截止时认为开路，导通时认为短路。等效电路如图2.1.2所示。图2.1.2二极管开关(kāiguān)等效电路2、二极管瞬态开关特性电路处于瞬变状态下晶体管所呈现的开关特性称为瞬态开关特性。具体地说，就是晶体管在大信号作用下，由导通到截止或者由截止到导通时呈现的开关特性。理想(lǐxiǎng)二极管作开关时，在外加跳变电压作用下，由导通到截止或者由截止到导通都是在瞬间完成，没有过渡过程，如图2.1.3所示。图2.1.3理想二极管开关(kāiguān)特性在图2.1.3所示电路中，二极管D的工作状态由输入电压vI决定。当vI=VF时，二极管导通，二极管两端的正向电压vD≈0，通过二极管的正向电流iD=IF=VF/R；当vI=－VR时，二极管截止,二极管两端的反向电压vD=－VR，通过二极管的反向电流iD≈0。事实上，二极管两端的电压vD不可能(kěnéng)像图2.1.3中那样发生突变。图2.1.4为二极管的瞬态开关特性波形。图2.1.4二极管瞬态开关(kāiguān)特性二极管是由一个PN结构成的，在稳态vI=VF时正向导通，在外加反向电压vI=－VR时，D反向截止，PN结空间电荷区变宽，iD很小。当t＜t1时，外加正向电压vI=VF，P区中的空穴向N区扩散，N区中的电子(diànzǐ)向P区扩散，这样不但使空间电荷区变窄，而且使多子在对方区域存储，建立起一定的少数载流子浓度分布。此时二极管D稳定工作在导通状态，导通电压为vD≈0.6~0.7V(以硅管为例)，导通电流iD=IF=(VF-vD)/R≈VF/R。当t=t1时，外加电压vI由VF向下突变为－VR，P区存储的电子(diànzǐ)和N区存储的空穴不会马上消失，在反向电压作用下，P区的电子(diànzǐ)被拉回N区，N区的空穴被拉回P区，形成反向漂移电流，iD=－IR=(vI-vD)/R≈-VR/R，使存储电荷不断减少。在这些存储电荷消失之前，PN结仍处于正向偏置。从vI负跳变开始至反向电流降到0.9IR所需的时间，称为存储时间ts。在这段时间内，PN结维持正向偏置，反向电流IR近似不变。/经过ts时间后，反向电流使存储电荷继