真值表
ABF 000 010 100
111
A B A
& B
VCC R F=AB
F
2.二极管或门
功能表
AB F 0V 0V 0V 0V 5V 5V 5V 0V 5V 5V 5V 5V
A 真值表 ABF B 000
011
101 111 A
B
F=A+B R
1
F
3.与非门
真值表
ABF 001 011 101 110
因为ICCH≈1.1mA 所以空载截止功耗 PH= ICCH× VCC≈5.5mW
因为ICCL≈3.4mA 所以空载导通功耗PL= ICCL× VCC≈17mW
平均功耗P=(PL +PH)/2
6.平均延迟时间tpd
A
A
F
&
F
tpd=
1 2
(tPHL+ tPLH)
tPHL 导通时延
tpd≈10ns，一般小于40ns。
具有单向导电特性，但并非理想开关电路。
主要差异：
A.从二极管的伏安特性看实际的二极管并非理想 开关，它的正向导通电阻rD非0(约为数十欧)， 反向截止电阻r0也非无穷大(数百千欧)。
B.电压和电流之间是指数关系而不是线性关系。
因此，在工程上都做近似处理，以简化分析。
ID rD=0
A
B
r0=∞ 0
UD
A
B&
F
(2)与信号端并接使用；
(3)不允许闲置/悬浮。
2.5 CMOS集成逻辑门电路
单极型集成电路, 电压控制型器件, 工作时只有一种 载流子参与导电，输入阻抗高，温度稳定性好 。
有PMOS、NMOS、CMOS电路3种类型， CMOS 电路是目前应用最广泛的一类;
具有制造工艺简单\集成度高\功耗小\抗干扰能力强 等优点;
&
IiL
Ui“1” &
“0” IiL
&
IOL
N个
& IiL
IOL：灌入输出端的低电平电流；IiL：从输入端流 出的低电平电流。 故选N=10;工程上选N=6～8。
Ni=IOL／IiL=16mA／1mA=16
5.平均功耗：空载条件下工作时所消耗的电功率
VCC ICCH
ICCL VCC
& VOH
“1” & VOL
A B C
F
TTL门闲置输入端的处理：
处理原则：不影响信号端的正常逻辑运算。
1.与门、与非门 (1)接”1”(VCC)，优点是不增加信号端的驱动电流； (2)与信号端并接使用，优点是能提高逻辑可靠性， 但使信号端要提供的驱动电流增大； (3)闲置(TTL门输入端闲置等效输入为“1”)。
2.或门、或非门 (1)接“0”(地)；
（1）工程上： Ui > Ui <
2
3 VDD ，输入为“1”；
1 3
VDD ，输入为“0”。
（2）TTL器件输入端闲置逻辑上等效为“1”，但 CMOS器件输入端不允许浮空闲置，否则会造成逻 辑混乱。
A
&F
△
B
EN
高电平有效
A
&F
△
B
EN
低电平有效
(3)三态门可以把多个门的输出连接在一起，作为 总线输出形式；但任一时刻只允许一个门处于工 作态，其余的必须处于高阻态，以便分时传送。
A1
& F1
B1
EN1
总线
△ △
An
&
Bn
Fn
ENn
例：画出输出波形。 1
A EN
C
B
△
&
F
C 1，Z1 AB A B； C 0，Z1 B.
3.集成规模分类
小规模(SSI):<100元器件 中规模(MSI):100-999元器件 大规模(LSI):1000-9999元器件 超大规模(VLSI):>100000元器件
4.设计方法和功能分类
非定制电路（标准逻辑器件） 全定制电路（专用集成电路） 半定制电路（PLD）
2.1 晶体管的开关特性
A B
A B
VCC
RC
Rb1
F
Rb2
－Vbb
&
F
4.或非门
真值表
A B FA
0 0
0 1
1 0
B
100
110
VCC RC Rb1 F=A+B Rb2
－Vbb
A
B ≥1
F
2.3 TTL集成逻辑门电路
1.根据工作环境温度和电源电压工作范围的 差别分为54系列和74系列。
2.根据工作速度和功耗分:
系列
2.动态特性
UD
t
ID
ID=UD/R
t
t1
t2
由图可见，反向恢复时间Δt2>>Δt1，影响二极管 开关速度的主要是Δt2。
时延的产生：
A.当外加电压由反向突然变为正向时，须等待PN结 内部建立起足够的电荷浓度梯度才会有扩散电流形 成，因而ID滞后于UD的跳变。
B.当外加电压突然由正向变成反向时，由于PN结内 部尚有一定数量的存储电荷，因而瞬间有较大的反 向电流，此后以指数规律趋于0。(实际有反向漏电 流is)。
IC Ib Ui Rb UBE
VCC RC
UCE
3.饱和状态(等效开关导通)
Ube>0(e结正偏) Ubc>0(c结正偏) 饱和状态: Ib≥Ibs=
VCC- Uces =
βRC
ICS β
Ib Ui Rb
(Ibs称为临界饱和基极电流)
VCC IC RC
UCE=0.3V UBE=0.7V
b
cb
c
Ubes
几乎所有超大规模集成器件，如超大规模存储器 件\可编程器件等都采用CMOS工艺制造。
2.5.1 场效应晶体管
场效应管有两种: 结型场效应管JFET
绝缘栅型场效应管MOS
N沟道 P沟道
耗尽型
增强型 耗尽型
增强型
MOS绝缘栅场效应管（N沟道） （1） 结构 金属铝 S G D SiO2绝缘层
N
N
P
P型基底
2.输入高电压
VCC
A 3.6V B
3.6V
R1 4K
2.1V
R2 1.6K 1V
T11.4V T2 R3 0.7V 1K
R4 130
Ω
T4
D3 F
T5 0.3V
A、B均为“1”
T1反向导通、T2饱和导通 T4截止、D3截止 T5通（深饱和）、输出“0”
2.3.2 参数与指标
TTL与非门主要外部特性参数： 输入开门电平、关门电平、输出逻辑电平、扇入 系数、扇出系数、平均传输时延和空载功耗等。 1.输入开门电平和关门电平 “1”:[U(1)-△U(1),U(1)],U(1)-△U(1)≈1.4V “0”:[U(0),U(0)+△U(0)],U(0)+△U(0)≈1V
2.1.1 二极管开关特性
一、理想开关
闭合 RAB=0
静态特性
U
AB R
断开 RAB ->∞
动态特性: △t
△t
0( 断开
闭合)
二、二极管开关 1.静态特性
二极管开关电路及特性曲线如图所示:
ID
UD
AB
R
ID
1/rD
UBR IS Ⅱ UTH
UD
Ⅲ
UD
I D I S (e VT 1)
硅管 UTH=0.7V
2.3.1 TTL与非门电路结构及工作原理
VCC
1.输入低电压 R1 4K
R2 1.6K
R4 130
Ω
A 0.3V
1V 5V
T4 4.3V
B 0.3V
T10.6V T2
R3 1K
0V
D3
F
T5 3.6V
A、B中任一个为“0” 或均为“0”
T1通（深饱和）、T2截止 T4通、D3通 T5截止、输出“1”
F
T2
T1
T1 T2 驱动管串联连接，T3 T4 负载管并联连接。
三、传输门(模拟开关) C
Ui
TG Uo
C
四、CMOS漏极开路输出门(OD)
可实现“线与”，必须外加上拉电阻，用于输出 驱动或用于输出电平的转换。
五、三态门(TS)
以TS反相器为例：
EN=0，F=A； EN=1，F=高阻态
CMOS电路注意事项：
2.1.2 双极型晶体三极管开关特性
一、静态特性
IC Ib Ui Rb UBE
VCC RC
UCE
晶体管开关电路
1.截止状态
截止条件:Ube≤0(工程上<0.5V)
结果: IC=0
c
c
Icbo
b
b
e
e
2.放大状态 Ube≈0.5～0.7V Ube>0(e结正偏) Ubc<0(c结反偏) IC=βIb
F A B (工作态)。
R1 4K
R2 1.6K
R4 130
VCC
A
M
T4
B
T1
T2
D3
EN
1
G
1
H
P
1RK3
F T5
EN=“0”时，M点为0.9V，Vb5=0V，故T4、T5均截止， 输出为高阻态(第三态)，相当于开路。
TS门的特点:Leabharlann (1)TS门不需外接上拉电阻；
(2)EN=1，电路处于工作状态，称为使能控制端高 电平有效的三态与非门；