第2章 逻辑门电路
数电讲义--2章
1.0
VOL（max）0.5
输入标 准低电
平
0.4V
VNL
D VNH
E
V V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
SL VOFF VON
SH
Vi (V)
输入标准
高电平
2. 输入特性
+VCC
1) 输入伏安特性
iI
R1 3kΩ
1
-1.6 mA
<50 uA vI A
31
B
T1
1.4 V
和边沿，T4放大。 VO随iOH变化不大。 当由i于Oi以OHH受↑：线时功性,R耗变4上的化压限。降制增，大i0，H过T大3 、会T4烧饱毁和T，4管V，O随所
功耗 1mW IOH 400 A
输出高电平时的扇出系数 3.6V
R2 750Ω 2T3 Vc2 1 3 R4
VO
+VCC
R 4 +5V 100Ω
抗干扰能力越强。 高电平噪声容限
VNH= VSH ¯ VON 。
VNH越大，输入为1态下
抗干扰能力越强。
Vo (V)
4.0 A B
3.5
3.0
VOH（min）2.5 2.4V
C
2.0
1.5
A(0V, 3. 6V) B(0.6V, 3.6V) C(1.3V, 2.48V) D(1.4V, 0.3V) E(3.6V, 0.3V)
• 导通(VD>VTH) • 2、二极管的开关时间
截止5V(VDR<VT+H)
0V
D VD
uo
_
VF Vi
二极管开关状态的转换需要时间：
t1 t2
第02章 逻辑门电路
OC门的几种主要应用
实现线与逻辑
电路如右图所示，逻辑关系为
L L1 L2 AB CD
实现电平转换
如下图所示，可使输出高电平变为+12V
+12V
R
A& 3.4V 0.3V
12V F
0.3V
用作驱动电路
右图是用来驱动发光二极管的电路。
2.3.5 三态门
R1 4K
R2 1.6K
A
T1
T2 B
输出低电平时：NOL = IOLmax / IiLmax 输出高电平时：NOH = IOHmax / IiHmax
考虑最坏的情况，扇出系数：N = min(NL , NH)
TTL与非门的灌电流与拉电流负载
2.3.2 TTL与非门的特性及参数
平均传输延迟时间
tpd = 0.5(tpdL + tpdH ) 输出信号略滞后于输入信号. 典型值：纳秒级
Vo(V) VOH A 2.7
电压传输特性及相关参数 (1) 输出高电平 VOH
R1 4K
R2 1.6K
R4
VCC
130
A
B
B
T1
T3
T2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D3
F
D1
D2
R3
T4
1K
典型值VOH ≥ 3.4V
VOHmin是满足输出电流指标时， 输出高电平允许的最低值，一 般要求 VOHmin ≥ 2.7V
C
(2) 输出低电平 VOL
(5) 关门电平 VOFF
保证T4截止 输出高电平 时, 输入低电平的最大值.
VOFF ≥ 0.8V
2.3.2 TTL与非门的特性及参数
数字电子技术基础第三版第二章答案
第二章逻辑门电路第一节重点与难点一、重点：1．TTL与非门外特性（1）电压传输特性及输入噪声容限：由电压传输特性曲线可以得出与非门的输出信号随输入信号的变化情况，同时还可以得出反映与非门抗干扰能力的参数U on、U off、U NH和U NL。
开门电平U ON是保证输出电平为最高低电平时输入高电平的最小值。
关门电平U OFF 是保证输出电平为最小高电平时，所允许的输入低电平的最大值。
（2）输入特性：描述与非门对信号源的负载效应。
根据输入端电平的高低，与非门呈现出不同的负载效应，当输入端为低电平U IL时，与非门对信号源是灌电流负载，输入低电平电流I IL通常为1～1.4mA。
当输入端为高电平U IH时，与非门对信号源呈现拉电流负载，输入高电平电流I IH通常小于50μA。
（3）输入负载特性：实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入电阻的情况，电阻的取值不同，将影响相应输入端的电平取值。
当R≤关门电阻R OFF时，相应的输入端相当于输入低电平；当R≥ 开门电阻R ON时，相应的输入端相当于输入高电平。
2．其它类型的TTL门电路（1）集电极开路与非门（OC门）多个TTL与非门输出端不能直接并联使用，实现线与功能。
而集电极开路与非门（OC 门）输出端可以直接相连，实现线与的功能，它与普通的TTL与非门的差别在于用外接电阻代替复合管。
（2）三态门TSL三态门即保持推拉式输出级的优点，又能实现线与功能。
它的输出除了具有一般与非门的两种状态外，还具有高输出阻抗的第三个状态，称为高阻态，又称禁止态。
处于何种状态由使能端控制。
3．CMOS逻辑门电路CMOS反相器和CMOS传输门是CMOS逻辑门电路的最基本单元电路，由此可以构成各种CMOS逻辑电路。
当CMOS反相器处于稳态时，无论输出高电平还是低电平，两管中总有一管导通，一管截止，电源仅向反相器提供nA级电流，功耗非常小。
CMOS器件门限电平U TH近似等于1/2U DD，可获得最大限度的输入端噪声容限U NH和U NL=1/2U DD。
第二章 逻辑门电路
• （2）放大状态：当VI为正值且大于死区电压时，三极 管导通。有 V V V
IB
I BE
Rb
I
Rb
• 此时，若调节Rb↓，则IB↑，IC↑，VCE↓，工作点沿着负 载线由A点→B点→C点→D点向上移动。在此期间，三极管 工作在放大区， 其特点为： IC＝βIB。 • 三极管工作在放大状态的条件为： 发射结正偏，集电结反偏
VIL VOL
VNL
0
4、扇入与扇出数： 1）扇入数： 取决于它的输入端的个数。 2）扇出数: MIN (NOH, NOL)
拉电流工作情况： 输出为高电平时，与 非门带拉电流负载
N OH
I OH （驱动门） I IH （负载门）
0 1
4
IIH II
L
输出为低电平时，与 灌电流工作情况： 非门带灌电流负载
0
T3 通
该与非门输 出低电平， 门 2 T3导通
集电极开路TTL“与非”门（OC门）
OC门的结构
当输入端全为高电 VCC 逻辑符号： 平时，T2、T3导通， A A A R 输出为低电平； L B B B 输入端有一个为 低 电 平 时 ， T2 、 输出逻辑电平： T3 截 止 ， 输 出 高 低电平0.3V 电 平 接 近 电 源 电 （5-30V） TTL与非门 高电平为VC 压VC。 OC门完成 集电极开路与非门（OC门） “与非”逻辑功 能
§2.3
CC
基本逻辑门电路
真值表
一、二极管“与门”及“或门”电路 A V (5V) 1、与门电路： 0 0 R 3k 0 A 1 L 1 B 1 C 1
A，B，C 任一为0V，其中一个 二极管导通，VL被钳制在0.7V
数字电子技术基础第三版第二章答案
第二章逻辑门电路第一节重点与难点一、重点：1．TTL与非门外特性（1)电压传输特性及输入噪声容限：由电压传输特性曲线可以得出与非门的输出信号随输入信号的变化情况，同时还可以得出反映与非门抗干扰能力的参数U on、U off、U NH和U NL.开门电平U ON是保证输出电平为最高低电平时输入高电平的最小值。
关门电平U OFF是保证输出电平为最小高电平时，所允许的输入低电平的最大值.（2）输入特性：描述与非门对信号源的负载效应.根据输入端电平的高低，与非门呈现出不同的负载效应,当输入端为低电平U IL时，与非门对信号源是灌电流负载，输入低电平电流I IL通常为1～1.4mA.当输入端为高电平U IH时，与非门对信号源呈现拉电流负载,输入高电平电流I IH通常小于50μA。
(3)输入负载特性:实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入电阻的情况,电阻的取值不同，将影响相应输入端的电平取值。
当R≤关门电阻R OFF时，相应的输入端相当于输入低电平；当R≥ 开门电阻R ON时,相应的输入端相当于输入高电平.2．其它类型的TTL门电路（1）集电极开路与非门（OC门)多个TTL与非门输出端不能直接并联使用，实现线与功能.而集电极开路与非门（OC 门）输出端可以直接相连，实现线与的功能，它与普通的TTL与非门的差别在于用外接电阻代替复合管。
（2）三态门TSL三态门即保持推拉式输出级的优点，又能实现线与功能。
它的输出除了具有一般与非门的两种状态外,还具有高输出阻抗的第三个状态，称为高阻态，又称禁止态。
处于何种状态由使能端控制.3．CMOS逻辑门电路CMOS反相器和CMOS传输门是CMOS逻辑门电路的最基本单元电路，由此可以构成各种CMOS逻辑电路.当CMOS反相器处于稳态时，无论输出高电平还是低电平,两管中总有一管导通,一管截止，电源仅向反相器提供nA级电流，功耗非常小.CMOS器件门限电平U TH近似等于1/2U DD，可获得最大限度的输入端噪声容限U NH和U NL=1/2U DD。
第2章 逻辑门电路
+VCC Rb b c Rc
uo=0.3V 0.3V
b c
Rc
uo=+VCC ui=UIH
iB≥IBS 0.7V
e
e
+V C C =+5V 例： 1kR c i C Ω uo c Rb b ui β =40 i 10k Ω B e
①ui=1V时，基极电流： 时 基极电流：
第2章 逻辑门电路 章
②ui=0.3V时，因为 BE<0.5V，iB=0， 时 因为u ， ， 三极管工作在截止状态， 三极管工作在截止状态，ic=0。因 。 为ic=0，所以输出电压： ，所以输出电压：
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第2章 逻辑门电路 章 +VCC=+5V Rc
1kΩ uo c Rb b ui β=40 i 10kΩ B NPN 型三极管截止、放大、饱和 3 种工作状态的特点 e
iC
2、三极管的开关特性
工作状态 条 件
截
止
放
大
饱
和
iB＝0 发射结反偏
0＜iB＜IBS 发射结正偏 集电结反偏 uBE>0，uBC<0 iC＝βiB uCE＝VCC－ iCRc 可变
A
电路图 逻辑符号
Y 1 0
0 1
第2章 逻辑门电路
20102010-9-14
2.1.1 非门
定义：输入与输出信号状态满足“ 定义：输入与输出信号状态满足“非”逻辑关系。 逻辑关系。 逻辑符号： 逻辑符号： 非门电路： 非门波形图： 非门电路： 非门波形图：
非门工作特点： 非门工作特点： ● 当输入端A 为高电平1（+5V）时，晶体管 当输入端A 为高电平1 +5V） 导通， 端输出0.2～0.3V的电压 的电压， 导通，L 端输出0.2～0.3V的电压，属于低电平 范围； 范围； ● 当输入端为低电平0（0V）时，晶体管截止，晶体管集电 当输入端为低电平0 0V） 晶体管截止， 发射极间呈高阻状态，输出端L的电压近似等于电源电压； 极—发射极间呈高阻状态，输出端L的电压近似等于电源电压； ● 任何能够实现 L = A “非”逻辑关系的电路均称为“非门”， 逻辑关系的电路均称为“非门” 也称为反相器。式中的符号“ 表示取反， 也称为反相器。式中的符号“-”表示取反，在其逻辑符号的输出 端用一个小圆圈来表示。 端用一个小圆圈来表示。
同或门电路： 同或门电路：
逻辑符号： 逻辑符号：
提
示
双输入端同或门波形图： 双输入端同或门波形图：
当输入端A 当输入端A、B 的电平 状态互为相反时，输出端L 状态互为相反时，输出端L 一定为低电平； 一定为低电平；而当输入端 A、B 的电平状态相同时， 的电平状态相同时， 一定为高电平。 输出端 L 一定为高电平。
20102010-9-14
第二章（1） 第二章（
3
2.1.2 与门
定义：输入与输出信号状态满足“ 定义：输入与输出信号状态满足“与”逻辑关系。 逻辑关系。 与门电路： 逻辑符号： 与门波形图： 与门电路： 逻辑符号： 与门波形图：
第2章-逻辑门电路
高速，可代替74HC
高速，可代替74HCT
2.4.1．MOS反相器
2. MOS反相器
(1)电阻负载MOS电路：
如图2－37（a）所示，在这种反相器 中，输入器件是增强型MOS管，负载是线性 电阻。这种反相器在集成电路中很少采用。
(2)E/E MOS(Enhancement/Enhancement MOS) 反相器：
2.三态输出门电路(TSL门) 图227 三态门
三态输出门电路简称三态门,用 TSL(Three Sate Logic)表示，TSL电路的 主要特点是输出共有3种状态，即逻辑高电 平、逻辑低电平和高阻态。
图2-27所示为三态门电路及逻辑符号。 图中EN为三态使能端，A、B为输入逻辑变 量，Y为电路输出。
74F
速度比标准系列快近5倍, 功耗低于标准系列
2.2.1．TTL与非门的典型电路 及工作原理
1. 电路结构
电路由输入级、中间级和输出级三部 分组成。
2. 基本工作原理
（1）TTL工作在关态（截止态）
当输入信号A、B、C中少一个为低电 位（0.3V）时:
VO = VOH = VCC – VR2 – VBE3 – VD4 =5V－0.7V－0.7V =3.6V
实现了输出高电平，此时TTL工作在关 态，也称截止态。
（2）TTL工作在开态（饱和态）
输出电压Vo为
VO = VOL = VCES4 = 0.3V 实现了输出低电平，此时TTL工作在开 态，也称饱和态。
通过以上分析可知，当输入信号中至 少一个为低电位，即VI=ABC= VIL时，输出 高电平，即VO = VOH ；当输入信号全部为 高电位时，即VI=ABC= VIH时，输出低电平， 即VO = VOL。说明电路实现了与非门的逻辑 关系，即
数字电子技术_第2章_逻辑门
第2章逻辑门内容提要：本章系统地介绍数字电路的基本逻辑单元—门电路，及其对应的逻辑运算与图形描述符号，并针对实际应用介绍了三态逻辑门和集电极开路输出门，最后简要介绍TTL集成门和CMOS集成门的逻辑功能、外特性和性能参数。
2.1 基本逻辑门导读:在这一节中，你将学习：⏹与、或、非三种基本逻辑运算⏹与、或、非三种基本逻辑门的逻辑功能⏹逻辑门真值表的列法⏹画各种逻辑门电路的输出波形在逻辑代数中，最基本的逻辑运算有与、或、非三种。
每种逻辑运算代表一种函数关系，这种函数关系可用逻辑符号写成逻辑表达式来描述，也可用文字来描述，还可用表格或图形的方式来描述。
最基本的逻辑关系有三种：与逻辑关系、或逻辑关系、非逻辑关系。
实现基本逻辑运算和常用复合逻辑运算的单元电路称为逻辑门电路。
例如：实现“与”运算的电路称为与逻辑门，简称与门；实现“与非”运算的电路称为与非门。
逻辑门电路是设计数字系统的最小单元。
2.1.1 与门“与”运算是一种二元运算，它定义了两个变量A和B的一种函数关系。
用语句来描述它，这就是：当且仅当变量A和B都为1时，函数F为1；或者可用另一种方式来描述数字电子技术2它，这就是：只要变量A 或B 中有一个为0，则函数F 为0。
“与”运算又称为逻辑乘运算，也叫逻辑积运算。
“与”运算的逻辑表达式为： F A B =⋅ 式中，乘号“．”表示与运算，在不至于引起混淆的前提下，乘号“．”经常被省略。
该式可读作：F 等于A 乘B ，也可读作：F 等于A 与B 。
逻辑与运算可用开关电路中两个开关相串联的例子来说明，如图2-1所示。
开关A 、B 所有可能的动作方式如表2-1a 所示，此表称为功能表。
如果用1表示开关闭合，0表示开关断开，灯亮时F =1，灯灭时F =0。
则上述功能表可表示为表2-1b 。
这种表格叫做真值表。
它将输入变量所有可能的取值组合与其对应的输出变量的值逐个列举出来。
它是描述逻辑功能的一种重要方法。
表2-1a 功能表由“与”运算关系的真值表可知“与”逻辑的运算规律为：00001100111⋅=⋅=⋅=⋅= 表2-1b “与”运算真值表图2-1 与运算电路第二章 逻辑门 3简单地记为：有0出0，全1出1。
第2章 逻辑门电路
A
1
≥1
B1
VDD R
A&
TP
Y B
Y
TN Y
TN
VOH=VDD＇- iLR
2.1.6 CMOS漏极开路门
4．OD门和OC门的应用 应用一：可以线与，简化硬件电路。
+5V
A
&
B
C
&
D
R L
L AB CD
2.1.6 CMOS漏极开路门
线与的实际应用实例——光电报警系统
光电传 1
+5V
R3kCΩ VT5
VT6
A
&
F
B
OC 门
A
&
L
B
2.2.2 LSTTL与非门
集成与非门—74LS00
74LS00是在一个封装内有四个相同的与非门。其外形 如图所示。
绝大多数 左上角Vcc
引线排列从左下角 开始,逆时针计算
14
8
正视图
VCC
&
&
缺口标记
&
&
GND
绝大多数
右下角GND
1
7
2.2.3 LSTTL门电路的电气特性
CMOS门电路几种常见系列： （1）CD4000系列：基本系列，速度较慢 （2）74HC系列：速度比CD4000系列提高近10倍 （3）74HCT系列：与LSTTL门电路兼容 （4）LVC系列：低电压系列
TTL集电极开路门 OC 门Open-Collector
A B
VD5
R1 20kΩ VD1
VD2 VD6
2.2.2 LSTTL与非门
第二章逻辑门电路_数字逻辑与系统
第二章逻辑门电路逻辑门是组成数字电路的基本单元，集成逻辑门主要有双极型集成逻辑门和MOS集成逻辑门。
常用的双极型逻辑门电路有以下几类：①晶体管 -晶体管逻辑电路（Transistor - Transistor Logic），简称TTL电路。
②射极耦合逻辑电路（Emitter Coupled Logic），简称ECL电路。
③集成注入逻辑电路（Integrated Injection Logic），简称I2L电路。
④高阈值逻辑电路(High Threshold Logic),简称HTL电路。
常用的MOS逻辑门电路有：NMOS门电路、PMOS门电路和CMOS门电路。
数字集成电路按集成度可分为四类：①SSI (Small Scale Integration)（100个以下等效门）。
②MSI (Medium Scale Integration)（100～1000个等效门）。
③LSI (Large Scale Integration)（<104个等效门）。
④VLSI (Very Large Scale Integration)（>104个以上等效门）。
逻辑门是组成数字电路的基本单元，集成逻辑门主要有双极型集成逻辑门和MOS集成逻辑门。
常用的双极型逻辑门电路有以下几类：①晶体管 -晶体管逻辑电路（Transistor - Transistor Logic），简称TTL电路。
②射极耦合逻辑电路（Emitter Coupled Logic），简称ECL电路。
③集成注入逻辑电路（Integrated Injection Logic），简称I2L电路。
④高阈值逻辑电路(High Threshold Logic),简称HTL电路。
常用的MOS逻辑门电路有：NMOS门电路、PMOS门电路和CMOS门电路。
数字集成电路按集成度可分为四类：①SSI (Small Scale Integration)（100个以下等效门）。
电子技术基础数字部分第二章逻辑门电路经典课件
V5
A
V1
V2
F 输出管
V3
R2
输入级
中间级 （推拉式）输出级
（中间放大且驱动互补输出）
（1）A＝1时，V1管处于发射结与集电结倒置使用放大状态，V2、V3导通，V4截止,有F=0；
VCC
+2.5V
高电平箝位电路提高输出的正向抗干扰能 力；（低电平输入时正向波动导致V导通，
但只要仍有IQ的存在即VZ导通，仍可以保证 高电平输出）
加速电容
A
提高低电平输入的 正向抗干扰能力
IRC RC
VZ
IQ
Cb
F
Rb
V
R' VCC
饱和的深度提高高电平输入时的负向抗干扰能力； 但饱和深度又降低了开关速度，增加了电路损耗；
1、逻辑非：某件事物发生的条件与结果相反的逻辑关系。 2、非门：实现逻辑非运算，且单端输入单端输出的电路。
3、BJT非逻辑电路基本结构及工作原理
VCC
Rb
A
RC
V
F
电位表
VA VF V 0V 5V 止 5V 0.3V 通
4、非门符号
1
A
F
实现了非 逻辑功能
真值表
AF 01 10
5、BJT非逻辑电路改进
CMOS负载
V OH(min)/V TTL负载
CMOS负载
V OL(max)/V TTL负载
VDD/VCC/V tpd/ns PD/mW NO VNH/V VNL/V
CMOS
74HC 74HCT
0.001 －0.001 －0.02
－4
0.001 －0.001 －0.02
－4
0.02
第二章 逻辑门电路1
较大正偏 电压
0.2~0.3V
c、e间相当于一个受iB控制的开关
BJT的开关条件
工作状态
条件
截 止
iB≈0
放 大
0 < iB <
I CS
饱
和
iB > I CS
发射结和集 发射结正偏， 发射结和集 偏置情况 电结均为反偏 集电结反偏 电结均为正偏
V CC ICS iCi＝ ICS ≈ ≈ CC C＝ Rc V Rc
Rc2
截 T2 饱和 止
相当于一 R个小电阻 c4
3.6
T4
集电极电流加大， D T3迅速截止
vI
0.2 集电极电流
T1
1.4V
vO
负载 T饱和 3
Re2
基区电荷迅速消散
饱和到截止，需要基区电荷消散时间
2)在T2、T3由截止→饱和（输出1 →0），
输入级提供大的正向基流，B区电子快速积累，
T2、T3快速饱和。 VCC
2.4V
1
VOH(min) VNH VIH(min) VIL(max)
1
2V
定义： 高电平噪声容限 VNH=VOH-VIH 低电平噪声容限 VNL=VIL-VOL 体现一种容错能力 对于TTL 74系列： VNH=2.4V-2V=0.4V VNL=0.8V-0.4V=0.4V
0.4V
VNL
0
0.8V
1
&
V V
“1”: 悬空或接+5V
1
·
2.4V
VOH(min)
2.输出高电平VOH（输入至少一个为0）
典型值：3.6V; 标准高电平 VOH=2.4V 3.输出低电平VOL（输入全为1）
数字电子技术基础第二章重点(最新版)
逻辑门电路
2.2 半导体二极管和三极管的开关特性
2.2.1 二极管开关特性
Vcc
利用二极管的单向导电
性，此电路相当于一个受外
R
加电压极性控制的开关。
D
uI
uo
二极管开关电路
假定：UIH=VCC ，UIL=0 当uI=UIH时，D截止，uo=VCC=UOH 当uI=UIL时，D导通，uO=0.7=UOL
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。 今后除非特别说明，一律采用正逻辑。
EXIT
逻辑门电路
2.1 概述
二、获得高低电平的方法及高电平和低电平的含义
获得高、低电平的基本原理
－－－ 开关断开 －－－ 开关闭合
EXIT
逻辑门电路
2.2.2半导体三极管的开关特性 一、三极管的开关作用及其条件
iC 临界饱和线 放大区
uI=UIL
+ uBE
三怎极样管控为制什它么饱和I的能C(sMa开用t) T和作关开S ？关？Q
-
区
O UCE(sat)
三极管关断的条件和等效电路
当输入 uI 为低电平，使 uBE < Uth时，三极管截止。
一、电路结构
输入级主要由三极管 T1 、基极电
阻 R1 和钳位二极管D1组成。
D1 为输入钳位二极管输，出用级以抑制
V1
V输入扰导这2 入时电通不端，压，但出大输抑D1现于入制不V的二端了3工中负极负输作间极管电入V，5级性导压端当由R其V式起干通被的45输和中输构T倒扰电钳负入3V出成、V相。压在极5的3结组推D放，正时性-负2构成0拉、大与常，干.极7，。作信二扰V性上号极，干，输管对
第2章 逻辑门电路
等式两边的真值表如表1.3所示： 等式两边的真值表如表1.3所示： 1.3所示
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
A⋅ B
1 1 1 0
A+ B
1 1 1 0
2. 常用公式
利用上面的公理、定律、规则可以得到一些常用的公式。 利用上面的公理、定律、规则可以得到一些常用的公式。
（1）吸收律
A+A·B = A
工作原理 请自行分析
◆ 多变量的函数表达式
● ● ● ● ●
与 或 与非 或非
F=A·B·C… F=A+B+C…
F = A⋅ B ⋅C
F = A+ B +C
等等 ◆ 运算的优先级别
与或非 F = AB + CD
括号→非运算→与运算→ 括号→非运算→与运算→或运算
2.3 逻辑变量与逻辑函数
F=A+B
当输入端A 当输入端A、B 的电平 状态互为相反时，输出端L 状态互为相反时，输出端L 一定为高电平；当输入端A 一定为高电平；当输入端A、 B的电平状态相同时输出L 的电平状态相同时输出L 一定为低电平。 一定为低电平。
4. 同或门
◆ 能够实现 同或” L = A ⋅ B + A ⋅ B = A⊙B “同或”逻辑关系的 电路均称为“同或门” 由非门、 电路均称为“同或门”。由非门、与门和或门组合而成的同或门 及逻辑符号如下图所示。 及逻辑符号如下图所示。
F = A ⋅ B ⋅C ⋅ D ⋅ E
1. 要保持原式中逻辑运算的优先顺序； 保持原式中逻辑运算的优先顺序； 原式中逻辑运算的优先顺序 2. 不是一个变量上的反号应保持不变，否则就要出错。 不是一个变量上的反号应保持不变，否则就要出错。 上的反号应保持不变
第2章 逻辑门电路
R2 T3
VCC R5 IR5 T4 IL
RL
VO (V )
3
2
1
0
5 10 15 20 IL (mA)
低电平输出电流
V CC
T2
RL
VO (V )
T5
IL
3
2
R3
1
0.2
5 10 15 20 IL (mA )
例2.5.1：门电路的输入特性曲线和输出特性曲线 分别由图2.5.4、图2.5.8、图2.5.9给出。对于 图2.5.10所示的电路，要求G1的输出高电平满 足VOH≥3.2V，输出低电平满足VOL≤0.2V。
C
VEE
VEE
（b）
F2 =A+B+B+C+D=A+B+BC D
F3 =B +C +D F4 = A+B+BC+BC= AB+BC+BC
F5=A+B+BC+BC=A+BC+BC
2.7 MOS管的开关特性 2.7.1 MOS管的开关特性
结构示意图，符号：N沟道MOS管
SG D
N+
N+
P
D G
S
漏极特性和转移特性
&
VIL
nm
m'
... ...
VIL
&
&
I IL
&
2.5.6 三态门
VCC
R1
R2
T3
R5
A
T4
T1
T2
F
B
EN
D
T5
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第一节 基本逻辑门电路
⑵当VI=3.2V时，输入高电平，T应饱和， VCC VCES 即
I B I BS
RC
在本例中
I CS VCC VCES 12 0.3 11.7mA RC 1
I BS
11.7 0.39mA 30
I CS
第一节 基本逻辑门电路
二、2.2.2TTL与非门的电压传 输特性及抗干扰能力
DE段（饱和区）： vI＞1.4V以后，T1管 处于倒置工作状态， VB1被箝位在2.1V，T2 、T5管进入饱和导通 状态，T3管微导通， T4管截止。 由于T2、T5管饱和导 通，故称该段为饱和 区。
第三节 其他类型的TTL门电路
⒉工作原理
当输入端A、B、C中有任一 个输入信号为低电平 (VIL=0.3V)时，相应的发射结 导通，T1工作在深度负饱和 状态，使T1管的基极电位VB1 被箝制在 VB1=VIL+VBE1=0.3+0.7=1V， 集电极电位 VC1=VCES1+VIL=0.1+0.3=0.4V 使T2管截止，IC2=0， VE2=VB5=0V，故T5管截止。
第一节 基本逻辑门电路
电位关系
输入 VF(V) VF(V) 0 0 3 3 0 3 0 3
输出 VF(V) 0 0 0 3
A B
&
F
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1
F 0 0 0 1
第一节 基本逻辑门电路
或门 实现逻辑或功能的电路，称为或门。
⑴ VA=VB=3V， 由 于 R 接到电源-VEE（-12V）上， 故DA、DB均导通。 VF 因 此 为 VA-VD=2.3V ≈3V 。
第一节 基本逻辑门电路
与门 实现与逻辑功能的电路，称为与门。
⑴VA=VB=3V。由于R接 到电源+12V上，故DA、 DB均导通，
VF= VF=3+0.7V=3.7V≈3V
第一节 基本逻辑门电路
⑵VA=3V，VB=0V，由于DB导通，VF=0.7V，因 而 DA 截 止 ， 通 常 将 DB 导 通 ， 使 VF=VF=0+0.7V=0.7V≈0V称为箝位。
第一节 基本逻辑门电路
(1)VA=VB=0V:VF≈0V (2) VA=0V, VB=3V: VF≈3V (3) VA=3V, VB=0V: VF≈3V (4)VA=VB=3V: VF≈3V
输入 输出 VF(V) VF(V) VF(V) 0 0 3 3 0 3 0 3 0 3 0 3
第一节 基本逻辑门电路
⒈ TTL与非门的典型电路
中间级 由T2、R2、R3组成， 其主要作用是从T2管 的集电极c2和发射极 e2同时输出两个相位 相反的信号，分别驱 动T3和T5管，来保证 T4和T5管有一个导通 时，另一个就截止。
⒈ TTL与非门的典型电路
输出级 由 R4、R5、T3、T4、T5 组成，T5 是反相器，T3、 T4 组成复合管构成一个 射随器，作为T5 管的有 源负载，并与T5 组成推 拉式电路，使输出无论 是高电平或是低电平， 输出电阻都很小，提高 了带负载能力。
二、2.2.2TTL与非门的电压传 输特性及抗干扰能力
CD段（过渡区）： 1.3V＜vI＜1.4V，T5管开 始导通，T2、T3、T4管 也都处于导通状态，T4 、T5管有一小段时间同 时导通，故有很大电流 流过R4电阻，T2管提供 T5管很大的基极电流， T2、T5管趋于饱和导通 ，T4管趋于截止，输出 电压vO急剧下降到低电 平vO=0.3V。
二、2.2.2TTL与非门的电压传 输特性及抗干扰能力
BC段（线性区）： 0.6V＜vI＜1.3V，0.7V＜VC1 ＜1.4V。 这时T2管开始导通并处于放 大状态，T2管的集电极电压 VC2和输出电压vO随输入电压 vI的增大而线性降低，故该 段称为线性区。 由于T5管的基极电位还低于 0.7V，故T5管仍截止。T3、 T4管还是处于导通状态。
⒉工作原理
结论 总之，该电路只要输入 有一个为低电平时，输 出就为高电平；只有输 入全为高电平时，输出 才为低电平。 所以该门为与非门。
电位关系、真值表
(１)当A、B至少有一 个为低电平（0.3V） 时， VO=3.6V。 (２)当A、B全为高电 平VIH= 3.6V时， VO=VCES5=0.3V。 即：有0为1；全1为0
电位关系
输入VI (V)
输出VF (V)
0 3
输入A
3 0
输出F
0 1
1 0
第二节 TTL集成逻辑门电路
一、 TTL与非门的工作原理 ⒈ TTL与非门的典型电路 TTL与非门的典型电路如图2-6所示，它 分成输入级、中间级和输出级三个部分。
⒈ TTL与非门的典型电路
输入级 由多发射极晶体管T1 和 电阻R1 组成，通过T1 的 各个发射极实现与逻辑 功能。
⒉工作原理
因R2和IB3都很小，故R2 上的压降很小， VC2=VB3≈5V，T3、T4管 导通，VO=VOH=VB3VBE3-VB4≈3.6V。 即输入端A、B中至少有 一个为低电平时，输出 F为高电平。
⒉工作原理
当输入端全为高电平 VIH=3.6V时，T1 管的 基极电位升高，使T1 管的集电结、T2和T5 的发射结正向偏置而 导通，T1管的基极电 位VB1被箝位在2.1V (VB1=VBC1+VBES2+VBES5 =0.7×3=2.1V)。
截止时，其集电极输出高 电平（无箝位时，VO=VCC， 有箝位电路时，VO高电平将 使DQ导通，由于VQ=2.5V， 故VO=2.5V+0.7V=3.2V）。
第一节 基本逻辑门电路
⑴VI=0.3V时，一般硅管死区电压为0.5V， 故T可能截止，只考虑到VEE时
12V 1.5k VB 0.923V 18 k 1.5k
只考虑到VI时
0.3V 18 k VB 0.277V 18k 1.5k
第一节 基本逻辑门电路
⑴VI=0.3V时，
总的VB=-0.646V， T截止，VO 为高电 平。 由于此时钳位二 极管DQ导通，故 VO=VQ+VDQ=3.2V ≈3V。
第一节 基本逻辑门电路
或：
12V 0.3V VB 18k 12 18k 1.5k 11.354 12 0.646V
一、集电极开路门(OC门) 线与 :把几个逻辑门的输出 端直接连在一起,实现逻辑 与 1、TTL与非门直接线与出 现的问题： F1=1，F2=0就会在电源和 地之间形成一个低阻通路 ，破坏了逻辑关系，而且 还会把截止门中的导通管 T4烧坏。
第三节 其他类型的TTL门电路
2、集电极开路门(OC门) 电路结构：把TTL与非门 电路的推拉输出级改为三 极管集电极开路输出,称为 集电极开路(Open Collector) 门电路。 逻辑图和逻辑符号（a）逻 辑图；（b）国标逻辑符号 （c）惯用逻辑符号
电位关系、真值表
真值表为：
F AB
二、2.2.2TTL与非门的电压传 输特性及抗干扰能力
⒈电压传输特性 电压传输特性是描述 输出电压vO与输入电 压vI之间对应关系的 曲线，如图2-7所示。 （1）测试电路
二、2.2.2TTL与非门的电压传 输特性及抗干扰能力
AB段（截止区）： vI＜0.6V，输出电压vO不 随输入电压vI变化，保持 在高电平VH。 VC1＜0.7V，T2和T5管截 止，T3、T4管导通，输出 为高电平，VOH=3.6V。 由于这段T2和T5管截止， 故称截止区。
第一节 基本逻辑门电路
⑵VA=0V，VB=3V，此时DB 导通，将VF 钳位在 2 . 3 V，DA 加 反 向 电 压 截 止 。 因 此 VF=VBVD=2.3V≈3V 。
⑶VA=3V，VB=0V，此时 DA导通，DB截止， VF=VA-VD=2.3V ≈3V 。
⑷VA=VB=0V，DA、DB 均导通，VF=0-VD=-0.7V ≈0V 。
⒉工作原理
由于T1各发射极电位 均为3.6V，而其基极 电位2.1V，集电极电 位1.4V，故T1管处于 倒置工作状态（发射 结和集电结反向运用 状态，发射结反向偏 置、集电结正向偏 置）。
⒉工作原理
电源VCC 通过R1 向T2 和T5 提 供 很 大 的 偏 置 电 流， 使T2和T5管处于饱和导通 状态，饱和压降为0.3V。 T2 管 的 集 电 极 电 位 VC1=VCE2+VBE5=0.3V+0.7 V=1V，致使T3 管微导通， T4管截止。所以输出电压 VO=VCES5=0.3V。 即输入端全为高电平时， 输出端为低电平。
A 0 0 1 1
A B
B 0 1 0 1
≥1
F
0
1 1 1
F
第一节 基本逻辑门电路
非门（反相器） 实现逻辑非门功能的电路，称作非门(反相器)。
第一节 基本逻辑门电路
数字电路中，二极管，三极管均工作在开关状 态。三极管工作在饱和态和截止态。 饱和时，其集电极输出为 低电平（VO=Vces）；
第二章 逻辑门电路
本章主要内容 介绍基本门电路的概念 将讨论数字集成电路的几种主要类型,重 点是双极型TTL集成门电路 MOS型数字集成电路 TTL电路和MOS电路相互连接的问题.