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晶体三极管反相器

晶体三极管反相器

一、反相器的工作原理
         反相器又称“非门”。图3.10 (a)和(b)分别给出了晶体三极管反相器的电路图和逻辑符号。图中,负电源UB的作用是保证输入ui为低电平时晶体管T能可靠截止。


      图中,二极管DQ和电源UQ组成钳位电路,使输出高电平稳定在规定的标准值(3.2V)。电路中给定的参数可以保证当输入ui为高电平3.2V时晶体管T可靠饱和导通,输出电压uo为低电平0.3V,;而当ui为低电平0.3V时,T可靠截止,输出电压uo等于钳位电源UQ与钳位二极管DQ的导通压降之和,即uo=2.5V+0.7V=3.2V,为高电平。
    输出与输入之间满足逻辑"非"的关系,实现了反相器的功能。
    二、反相器的负载能力
    反相器的负载:是指反相器输出端所接的其他电路(如图3.11中虚线框所示的电路)。它分为"灌电流负载"和"拉电流负载”两种情况。
    灌电流负载:是指负载电流IL从负载流入反相器。
    拉电流负载: 是指负载电流IL从反相器流入负载。
    1.灌电流负载  
    图3.11所示为一个带有两个带灌电流负载的晶体管反相器电路。



      当晶体管T饱和导通时,反相器输出低电平,负载电流IL流入T的集电极,形成灌电流负载。集电极电流IC=IRc+IL,IL随负载个数的增加而增大。当IC随着IL的增加而变大时,对应的基极饱和电流IBS也变大,致使三极管的饱和程度减轻。一旦因IL继续增加而导致Ib>IBS(基极临界饱和电流)这一关系被破坏时,T将由饱和状态进入放大状态,输出电压uo就会随着管压降uce的上升而变高,从而偏离输出标准低电平,严重时将破坏反相器的逻辑功能。
    为了使反相器正常工作,在带灌电流负载的情况下,不能破坏条件Ib>IBS。通常用ILmax表示三极管从饱和退到临界饱和时所允许灌入的最大负载电流,该电流反映了三极管带灌电流负载的能力。此条件限制了反相器带负载的数量。提高带灌电流负载能力的关键是加大三极管的饱和深度,饱和越深,带负载能力越强。
    三极管T截止时,反相器输出uo为高电平(3.2V),负载电流IL和IRc都流入钳位电源UQ。
    2. 拉电流负载  
    图3.12所示为一个带拉电流负载的晶体管反相器电路,负载等效电路如图中虚线框所示。



      当反相器输入低电平时,三极管截止,电流IL从反相器中流出来,形成拉电流负载。 由于三极管截止,所以Ic≈0,IRc=IL+IQ,假设输出uo=3.2V不变,则IRc=(UCC-3.2V)/Rc是一个定值。随着负载电流IL的增加,IQ必然减小,当IL≈IRc时,IQ≈0,此时钳位二极管失去作用。若IL继续增大,则IRc将不再是定值而是随之增大,从而使Rc上压降增大,致使输出电压uo降低。因此,反相器的最大拉电流应小于IRc,即
                           ILmax<IRc≈(UCC-3.2V)/Rc
    当T饱和时,输出低电平uo≈0.3V,IQ=0,IRc=IL+Ic,IL增大,Ic变小,这有利于饱和。但要求IL不超 过IRc最大值,否则将破坏反相器的正常工作。
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