2
2.1 概述
• 用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路通称 为门电路。
• 基本逻辑门电路 – 与门、或门、非门
• 常用门电路 – 与门、或门、非门 – 与非门、或非门、与或非门、异或、同或 在电子电路中，用高、低电平分别表示1和0两种逻辑 状态。
3
一、正逻辑与负逻辑 正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0 负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0 正负逻辑之间存在着简单的对偶关系，例如正逻辑与门等同于 负逻辑或门等。
IB

VI
Vbe Rb

5 - 0.7 3.3
1.3(mA)
IC
Rb 1 b
c3 T
VO
ICS

VCC3 1

4.7(
mA )
IBS ICS 4.7 0.235 mA
+ VI £-
IB
2
e
20
IB＞IBS ∴三极管饱和导 VO Vces 0.3 V
5V 1
2V
5V
0
2V
0.8V
0V
0
0.8V 1
0V
正逻辑
负逻辑
6
获得高、低输出电平 的原理图如下：
VCC
VO VI
理想开关： I
S VI S
开关闭合时：R=0 V=0
开关断开时：R=∞
S
VI控制开关S的断、通 情况。 S断开，VO为高电平； S接通，VO为低电平。
V I=0
二极管、实三际极使管开用以关的及时开场间关效：为应Δ晶管t体=等0
e
15
3. 三极管的开关特性：
截止条件及特点
条件：VBE<0.5V 特点：Ib=0，Ic=0，
相当于完全断开的
开关
饱和导通条件及特点
b
e b 0.7V
条件：VBE≥0.7V ，
e
IB >Ics/β=IBS Vi
特点：VBE= 0.7V, VCES=0.3V
相当于两个闭合开关 开关时间
Vo
Δt >0
• 一、双极型三极管的开关特性
• 1. 双极型三极管的结构和符号：
集电极
集电极
c
c
c
基
N
b
基
极
极
b
P
e Ic=βIb
b
N
Ie=Ic+Ib
c P
b N
P
e
e 发射极
e
发射极
13
2. 输入特性和输出特性： 输入特性
+Vcc
R
V
V RC
o
i
B
• Vce=0V时，等效为2个正向 二极管的并联
• Vce>0V时，若Vbe一定，则 发射电子能力一定，而集
二极管D的正向导通电阻为0，
R
反向电阻为
VI D S
Vo
（在数字电路中，为便于分析， VON 取 值 ： 硅 管 0.7V ， 锗 管
0.3V）
则: 当VI=VIH 时，D 截止，ID=0,
Vo=VCC=5V=VOH
VI=VIL时，D导通，VD=VON,
12
VO=VON=0.7V=VOL
2.2.2、半导体三极管开关特性
二、二极管等效电路
应用于二极管 外电路电阻R值与 其动态rD 电阻等量 级场合
应用于二极管
应用于二极管
电路输入电压V正向 电路输入电压 V
幅值与VON差别不大， 正向峰值
且R>>rD的场合，数 字电路属于此类
VPP>>VON，且 R>>rD 的场合 9
二极管开关特性
导通条件及特点 条件：VD>0.7V 特点：相当于0.7V压降 的闭合开关
电子器件。
这些电子器件作为开关
使用时，也是从这三个方面讨论
其开关特性。
7
2.2 半导体二极管和三极管的开关特性 i
正
2.2.1 半导体二极管开关特性
伏安特性
向
一、二极管符号
导 通
开关电路
Vcc
VI
D
S
R Vo
反向截止
v
反
向
VON
击
穿
二极管特性：单向导电性
在数字电路中，使用二极 管的正向导通区（开关闭合） 和反向截止区（开关断开） 8
用正逻辑
用负逻辑
VA VB VY 0V 0V 0V
ABY 000
ABY 111
0V 3V 0V
010
101
3V 0V 0V
100
011
3V 3V 3V
111
000
正与门
负或门
4
• 在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管和NMOS管,电 源电压是正值，一般采用正逻辑。
• 若采用的是PNP管和PMOS管，电源电压为负值，则采用负 逻辑比较方便。
c
c 0.3V
t t
16
• 三极管开关电路：
设输入电压VIH=5V， VIL=0V，VCC=5V，RC=1KΩ，Rb=3.3kΩ，三极管
的Vbe=0.7V, Vces=0.3V ，β=20，试计算输入高低电平时对应的
输出电平。 1.VI=VIH=5V时
+VCC
假设三极管饱和导通，则有：
Rc
Vbe=0.7V, Vces=0.3V
ibQ
ib=0
M
Icbo
Ec
Vce(V)
饱和区：Vbe>VON， Vbc>VON，发射结、集电结均正向偏置；由
于RC的存在，IC越大，VRC也越大， Vce减小，Vce减小到
一定值后， IC基本不变。Ic<βIb
c
倒置状态（反偏状态）：发射结加反向电
压；集电结加正向电压。即c、e互换，
b
Ie=βIb， Ic=Ie+Ib,但是β=0.01～ 0.02
截止条件及特点 条件：VD<0.5V 特点：ID=0，相当于 完全断开的开关
开关时间
Δt >0
I
VON
S
I=0 S
V
二极管相当于一个受外 加电压控制的开关。
10
二极管的动态电流波形：
v
o
t
i
原因：
二极管的电容效应
o
t
反向恢复时间
11
二极管开关电路如下图所示：
Vcc
假定：VIH=VCC=5V ,VIL=0V
第二章 门电路
1
第二章 门电路
• 2.1 概述
• 2.2 半导体二极管和三极管的开关特性
• 2.3 最简单的与、或、非门电路
• 2.4 TTL门电路
*****
• 2.5 其他类型的双极型数字集成电路
• 2.6 CMOS门电路
• 2.7 其他类型的MOS集成电路
• 2.8 TTL电路与CMOS电路的接口
• 今后除非特别说明，一律采用正逻辑。
• 逻辑电平
高电平VH：大于给定电平值的电压范围（2V～5V） 输入高电平VIH 输出高电平VOH
• 低电平VL：小于给定电平值的电压范围（0V～0.8V）
输入低电平VIL
输出低电平VOL
5
高电平和低电平都是对应的一段电压范围，因 此在数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要求及 其电源的稳定度的要求比模拟电路要低。
电极又有一定的电子收集
能力，因此Ib必减小
14
输出特性
饱和区 ic(mA)
截止区：一般地，Vbe<0.5V时
ics N
即认为三极管截止
Q
两个PN结反偏，Ib0A，Ic0A
放大区： Vbe>VON， Vbc<0；发 射结正偏，集电结反偏；
Ic=βIb，Ie=Ic+Ib
0 Vces 截止区
ibs 放大区