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数字电路/晶体管基础

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什么是晶体管?

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晶体管是一种电子控制装置,其中一个电信号输入可以控制另一个电信号。该名称本身源于这样一个事实,即这种控制作用被视为流入一个电阻器(基极-发射极)的输入电流导致另一个电阻器(集电极-发射极)中流过更大的电流。该器件的早期名称是传输电阻器,因此得名晶体管。

有许多不同类型的晶体管适用于各种应用。现代数字电子产品中使用的晶体管通常是成对的MOSFET,但有时也会使用双极晶体管。

晶体管功能

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在数字电路中,晶体管始终用作开关。

就像常见的灯开关一样,理想的数字晶体管在任何一个时刻,要么是“关闭”状态,没有电流流过,要么是“开启”状态,在其两端几乎没有电压。两种状态之间偶尔会发生过渡,但在本书中,我们忽略了过渡期间发生的事情的细节。

晶体管电路

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晶体管可以组合在一起形成比简单二极管更灵活的配置。使用两个二极管和一个电阻,你可以构建一个与门和一个或门。如果我们将晶体管加入到组合中,我们可以构建三个基本门,即与门、或门和非门。非门允许我们进一步扩展到与非门和或非门。主要是创建电阻功能的一小部分。

传播延迟

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在当今所有的晶体管中,在控制信号被施加和输出受到影响之间存在一定的延迟。这种延迟称为传播延迟。这些延迟可以分成两个部分。

• tPLH 这是由低电平到高电平过渡引起的延迟时间。
• tPHL 这是由高电平到低电平过渡引起的延迟时间。

请记住:这两个值可能不相等,通常在器件的数据表中定义。

传播延迟会受到电路中电容的影响。传播延迟也是器件有效速度的粗略指标。例如,传播延迟为 5 纳秒的门响应速度比传播延迟为 120 纳秒的门快得多。

传播延迟是在 50% 标记处测量的,它测量输入和输出信号变化之间经过的时间。

进一步阅读

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有关晶体管的真实构成,请参见半导体

在数字电路中,我们主要关注处于截止状态或饱和状态的晶体管。有关晶体管在被迫进入“中间”状态(介于完全关闭和完全开启之间)时的行为的详细信息,请参见模拟电子学


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