《数字电路与逻辑设计》第三章的Part1主要讲解了二极管和三极管的开关特性,这是理解数字逻辑电路基础的重要部分。本章占据了整个课程20%的分数,意味着这部分内容对于掌握数字电路至关重要。
二极管在数字电路中常常被用作开关元件。它的开关特性体现在静态特性和动态特性上。静态特性指的是二极管在导通和截止状态下的表现。当二极管正向偏置时,它导通,等效电阻极小,形成低阻通路,此时电压UD(ON)大约为0.7V(硅二极管)或0.3V(锗二极管),电流可自由流动,相当于开关的闭合状态。而反向偏置时,二极管截止,反向饱和电流极小,等效电阻极高,相当于开关断开。然而,真实世界中没有理想开关,二极管的动态特性表明,其开通和关断都需要一定时间,特别是在高频应用中,反向恢复时间tre需考虑。
三极管作为另一种重要的开关元件,分为pnp和npn两种类型。它有发射极、基极和集电极三个端口。在数字电路中,三极管主要工作在截止和饱和状态,这两个状态可以分别看作开关的断开和闭合。截止时,发射结反偏,几乎没有电流通过;饱和时,发射结和集电结都正偏,电流达到饱和,此时基极-发射极电压UBES接近0.7V,集电极-发射极电压UCES接近0.3V。三极管的开关等效电路可以帮助我们直观理解其工作状态。
本章还会介绍数字集成器件的基础知识,常见的组合逻辑模块,以及如何分析和设计组合电路。组合电路的特性是其输出仅取决于当前的输入,不依赖于历史状态。同时,章节还将讨论组合电路中可能出现的险象和竞争现象,这些现象可能导致电路不稳定,需要在设计时予以避免。
学习这部分内容不仅要求理解二极管和三极管的工作原理,还要掌握它们在数字电路中的实际应用,包括如何利用它们实现逻辑功能。此外,熟悉数字集成器件的性能参数,如开关速度、驱动能力等,对于设计高效可靠的数字系统至关重要。在实际工程中,还需要考虑温度、噪声等因素对开关特性的影响,以确保电路的稳定性和可靠性。因此,这部分内容的学习是深入理解和应用数字电路的基础。