第三章 逻辑门电路
重点： 1.掌握TTL门电路、MOS门电路的特点； 2.学会分析TTL门电路、MOS门电路的逻辑功能； 3.掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表
和逻辑表达式 。
§3.0 二极管特性及其组成的门电路
数字电路中常用的半导体器件有：二极管、三极管、 场效应管等。这些器件在数字电路中只有两种工作状态：开 通(导通)、关断(截止)，即开关作用。
G
B 衬底
d iD
uG
s R
S
源极
RD
+uDD
栅极G与D、B、S是绝缘的。栅极电流ig≈0 (3)分析方法
分析方法与N沟道增强型相同，只不过须将所有的电 压电流方向、大于小于号方向反过来。(P沟道管UT<0) uGS>UT (如:uG＝uDD → uGS ＝0 >UT ) : 截止， iD＝0 uGS 足够小(如: uG＝0 →uGS ＝-uDD) : 导通,uDS≈0 （1-19）
V0DDDD B V0VDDDD
VDD
TP2 L
TN2 V0DD
TN1
(2)图形符号
A＆ L
B
(3) 逻辑关系
ABL
001 011 101 110
（1-28）
2．CMOS或非门 (1)电路
VDD
BV0DDDD AV0VDDDD
TP1 TP2
LVD0D
TN2 TN1
(2)图形符号
A ≥1 L
B
(3) 逻辑关系
R
(2)当二极管上加反向电压时
I'
R'D ≈∞ , I'≈0, U'D≈E
R D+
这时二极管相当于一个： 断开的开关——称D为截止。
E
U'D R'D -
二极管具有 —— 单向导电性
（1-3）
二. 二极管门电路(DDL门电路) (2)图形符号
1. 二极管与门 (1)电路
A
＆
B
L
输入信号
输入信号 D1
A＆ L
B
(3) 逻辑关系
ABL 001 011 101 110
（1-39）
3．NMOS 或非门 (1)电路及工作原理
(2)图形符号
+UDD
A ≥1 L
B
T3
L L=A+B (3) 逻辑关系
“10”
T1
T2
A
B
有全“10”
T1 T2的导通电阻<< T3的导通电阻
ABL 001 010 100 110
—— 简称MOSFET。
1. 增强型绝缘栅场效应管——N沟道管
(1) 符号
D
漏极
栅极 (2)基本接法
d + iD RD
G
B
S
衬底 源极
g
uDS
+ uG
ig s -
-
+
uDD -
∵在出厂时栅极G与 D、B、S是绝缘的
∴栅极电流ig≈0
（1-15）
d + iD
g
uDS
+ uG
ig s -
-
RD
+
uDD -
G
+uDD d RD
0V s
衬底 B
S
源极
∵栅极G与D、B、S 是绝缘的
∴栅极电流ig≈0
（1-21）
(3) N沟道耗尽型管的工作状态及其判断方法
[1]截止状态
条件:uGS＜UP (夹断电压,<0的固定值) 如:uGS＝-uDD时 特点： iD＝0
+uDD
RD
d
iD +
这时场效应管D 、S端相当于:
(3) 逻辑关系
EN A L
1 00 1 11 0 0∞ 0 1∞
（1-32）
△
2 .其它种类的三态门 (1)三态非门
低电平有效的三态非门
A1 L
EN
EN A L 001 010 10∞ 11∞
当EN=0时，为正常的非门 当EN=1时，输出为高阻状态
高电平有效的三态非门
A1 L
EN
EN A L 101 110 00∞ 01∞ 当EN=1时，为正常的非门 当EN=0时，输出为高阻状态
ABL
0V 3V 0.7V 高低电平用
1、0等效
3V 0V 0.7V
000 010 100
3V V 3.7V
111
(5)逻辑代数式：L=A·B
有0出0，全1出1
（1-6）
2. 二极管或门 (1)电路
A D1
30BV D2 03V
L －2220..3.337VVV
-12V
(4)逻辑代数式：L=A+B
L “01”
T1
(3) 逻辑关系
AL 01 10
设计上使两管均导通时： T1的导通电阻<< T2的导通电阻 T1的导通管压降<< T2的导通管压降
（1-38）
2．NMOS 与非门 (1)电路及工作原理
(2)图形符号
+UDD
B 有全“10”
A
T3
L L=A B
T2 “10”
T1
T1 T2的导通电阻<< T3的导通电阻
ABL
001 010 100 110
（1-29）
3．CMOS异或门 (1)电路
A
V0DDDD
V0VDDDD
X
B
(2)图形符号
VDD
A ＝1
L
B
L
(3) 逻辑关系
V00DD
ABL
000
011 101 110
（1-30）
四、CMOS漏极开路(OD)与非门
1． OD与非门电路
2、图形符号
VDD RP
外接公共 上拉电阻
一、半导体二极管
1、图形符号
D
阳极
阴极
（1-2）
2、二极管的开关特性
I
(1)当二极管上加正向电压时
若E ＞ 0.7V(硅管)、 0.3V(锗管)： E
R
+ D UD
RD -
RD ≈0 0.7V(硅管)
UD =
≈0 0.3V(锗管)
相当于短接,
这时二极管相当于一个接通的开关。
称D为导通
I E UD
iD∝uGS 若uGS恒定, 则iD恒定 ——恒流源特点 这时场效应管D 、S端相当于: 一个受电压控制的恒流源
+uDD
RD
d
iD +
g
uDS
uG ig s -
（1-23）
4.耗尽型绝缘栅场效应管——P沟道管 (2)基本接法
(1)符号
D 漏极
栅极
RD d
-uDD
iD +
有时
-uDD d
R
G
B 衬底
（1-24）
例2 判断下面MOS管的工作状态。
+5V R d
+5V R d
g
0V 截止
g
0V 导通
-5V s
0V s
g +5V
-5V R d 0V 截止
s
g 0V
-5V R d
0V 导通 s
（1-25）
二、CMOS反相器(非门)
CMOS电路——由N沟道与P沟道管
组成的互补电路
1、电路
VDD TP
场效应管是一种电压控制器件(uGS~ iD)，工作时基 本上不需要信号源提供电流，所以它能耗小，且温度
稳定性好。
FET分类:
绝缘栅场效应管
增强型 耗尽型
N沟道√ P沟道 √ N沟道√
结型场效应管 N沟道
P沟道√
P沟道
（1-14）
●绝缘栅场效应管(Metal Oxide Semiconductor FET)
L A
B
A＆ L
B
3、逻辑关系
ABL
001 011 101 110
（1-31）
五、三态输出门电路(TSL)
1.三态输出门
(2)图形符号
(1)电路 A
VDD
＆
A1 L
△
TP
EN
L
EN
(控制端)
1
≥1
TN
当EN=1时, 为正常的传输门, 输出 L＝A
当EN=0时，输出为高阻状态。所以， 这是一个低电平有效的三态门。
(2)图形符号
A
≥1
B
L
(3)真值表
ABL
000 011 101 111
有1出1，全0出0 （1-7）
三、逻辑电路的性能指标
衡量逻辑电路优劣的指标如下
1、输入输出电平 ——表示输入、输出电压值的大小 高电平——＞2V，用1表示 低电平——＜1V，用0表示
不同厂家、不同系列的所对应的高低电平有所不同。 如P70表3.1.2所示。 2、噪声容限 ——表示门电路的抗干扰能力。噪声容限越大，抗干扰 能力越强。
（1-33）
△
(2)三态“与非”门
高电平有效的三态与非门
A& L B▽
EN
低电平有效的三态与非门
A& L B▽
EN
EN＝1 L AB
EN＝0 输出高阻
EN＝0 EN＝1
L AB
输出高阻
（1-34）
六、 CMOS传输门
1.电路
—C
TP
2.图形符号
C
vi/vo
+5V 0V
vo/vi
vi/vo