第三章 门电路

第三章门电路内容提要：
本章主要内容
3.1 概述
1. 门电路：
2. 正负逻辑系统(1) 正逻辑：
3.1 概述
(2) 负逻辑：
所示。

同一逻辑电路采用不同的逻辑关系，其逻辑功能是完全不同的，如表3.1.1正负逻辑对应的逻辑电路
正负逻辑式互为对偶式，
本书采用
正逻辑表3.1.1 正负逻辑对应的门电路正逻辑负逻辑
与门或门
或门与门
与非门或非门
或非门与非门
异或门同或门
同或门异或门
3. 高低电平的实现
的获得是通过开关电路来实现，
3.1 概述
V cc
I v o v S 1
S 2
输入信号
输出
信号
图3.1.3 互补开关电路
V cc
I v o v S 1
S 2
输入信号
输出信号
图3.1.3 互补开关电路
互补开关电路由于两个开关总有一个是断开的，流过的电流为零，故电路的功耗非常低，因此在数字电路中得到广泛的应用
4. 数字电路的概述（1）优点：
(2) 分类：
可分为分立元件逻辑门电路和集成逻辑门电路：分立元件逻辑门电路是由半导体器件、电阻和电容连接而成。

集成逻辑门电路是将大量的分立元件通过特殊工艺集成在很小的半导体芯片上。

数字集成电路根据规模可分为
⎪⎪⎪⎩
⎪
⎪⎪
⎨⎧）－超大规模（－大规模（中规模（）－小规模（所含元器件数）按规模分（每片n Integratio Scale Large Very VLSI n)Integratio
Scale Large LSI n)Integratio
Scale Medium -MSI n Integratio
Scale mall SSI IC S ≤100/片（100～1000）/片
103~ 105/片105以上/片
⎪⎩
⎪
⎨⎧）＋兼容型（）
双极型（）单极型（按导电类型BJT FET BJT FET 3.1 概述
3.2 半导体二极管门电路
3.2.1半导体二极管的开关特性
1. 稳态开关特性
所示的半导体二极管开关电路
电路，由于二极管具有单向导电性，故它可相当受外加电压控制的开关。

设v i 的高电平为V IH ＝V CC ，v i 的低电平为V IL ＝0，且D 为理想元件，即正向导通电阻为0，反向电阻无穷大，则稳态时当v I ＝V IH ＝V CC 时，D 截止，输出电压v D ＝V OH ＝V CC
稳态开关特性
导通，2.二极管动态特性：
正向恢复时间（开通时间）t
on
反向恢复时间（关断时间）t
re
t
on << t re
3.2.3 二极管动态电流波形
t
re
t
on
3.2.2 二极管与门
当A、B中有一个是低电平0V时，至少有一个二极管导通，使得输出Y的电压为0.7V，为低电平；只有A、B 中都加高电平3V时，两个二极管同时导通，使得输出Y 为3.7V，为高电平。

3.2.2 二极管与门
规定3V以上为“1”
3.7V
3V
3V
0.7V
0V
3V
0.7V
3V
0V
0.7V
0V
0V
Y
B
A
1
1
1
1
1
Y
B
A
B
A
Y⋅
=
3.2.3 二极管或门
当A、B中有一个是低电平0V时，至少有一个二极管导通，使得输出Y的电压为0.7V，为低电平；只有A、B 中都加高电平3V时，两个二极管同时导通，使得输出Y 为3.7V，为高电平。

3.2.2 二极管或门
B
A
Y+
=
规定2.3V以上为1
0V以下为0
2.3V
3V
3V
2.3V
0V
3V
2.3V
3V
0V
0V
0V
0V
Y
B
A
1
1
1
1
1
1
1
Y
B
A
3.2.2 二极管或门
3.3 CMOS门电路
G D
S
B
(a)标准符号G
D
S (b)简化符号
图3.3.1 增强型NMOS管的符号3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性
3.3.1 MOS
管(绝缘栅）的开关特性
(b) 3.3.1 MOS 管(绝缘栅）的开关特性
开启电压
当v GS <V GS (th)，管子截止，i D = 0, R OFF > 109Ω
V GS
>V GS (th)时,管子导通，i D ∝V 2GS ，R ON <1kΩ
3.3.1 MOS 管(绝缘栅）的开关特性
G D
S
B
(a)标准符号G
D
S (b)简化符号
图3.3.4增强型P MOS管的符号
(a)共源极接法
(b)转移特性图3.3.5 增强型P MOS 管共源极接法和转移特性
+-
v
GS +
-
v DS
v GS
i D
v GS(th)
当v GS >V GS (th)，管子截止，i D = 0
v GS
<
V GS
(th)时,管子导通，i D ∝V 2GS
(a)共源极接法
(b)转移特性图3.3.5 增强型P MOS 管共源极接法和转移特性
+-
v
GS +
-
v DS
v GS
i D
v GS(th)
G D
S
B
(a)标准符号G
D
S (b)简化符号
图3.3.6耗尽型NMOS管的符号
(a)共源极接法(b)转移特性图 3.3.7 耗尽型NMOS 管共源极接法和转移特性
+
-v GS +-v DS v GS
i D
0v GS(off)当v GS < V GS(off)(负值），管子截止，i D = 0；v GS
< V GS(off)时,管子导通
G D
S
B
(a)标准符号G
D
S (b)简化符号
图3.3.8耗尽型P MOS管的符号
(a)共源极接法
(b)转移特性图3.3.9 耗尽型P MOS 管共源极接法和转移特性
+
-v GS +-v DS v GS
i D
v GS(off)当v GS > V GS(off)(正值），管子截止，i D = 0；v GS < V GS(off) 时,管子导通
一、CMOS反相器的电路结构及工作原理
1.结构：
2.工作原理
当v I ＝V IL ＝0为低电平时，
T 2截止，T 1管导通，输出电压
为高电平，即)(OH off on DD
DD on off off
R R V V R R R v <<≈⋅+=
当v
I ＝V
IH
＝V
DD
为高电平时，
T2导通，T1管截止，输出电压为低电平，即
) (0
OL
off on
DD on
off
on
R R
V R
R R
v
<<
≈
⋅
+
=
特点
二、电压传输特性和电流传输特性N )th (GS P )th (GS DD N
)th (GS P )th (GS V V V V V +>=之间的关系曲线，
1. 电压传输特性
AB 段：输入低电平0==OL O V V N
G S I V V )th (<D D
O H O V V V ==3.3.2 CMOS 反相器的电路结构和工作原理CD 段：输入高电平
P
TH GS DD I V V V )(->
BC 段：
P
TH GS DD I N TH GS V V V V )()(-<<3.3.2 CMOS 反相器的电路结构和工作原理DD O DD I V V V V 2
121==时，当
2.电流传输特性
3.3.2 CMOS 反相器的电路结构和工作原理
AB 段：输入低电平
N
G S I V V )th (
CD 段：输入高电平
P
TH GS DD I V V V )(->
BC 段：
P
TH GS DD I N TH GS V V V V )()(-<<
三、输入端噪声容限
1.定义：
输入端噪声容限：是指在
2.计算方法
由图中可知，如果是多个门电路相连时，前一级门电路的输出即为后一级门电路的输入
其中：
(max)(max)(min)
(min)OL IL NL IH OH NH V V V V V V -=-=
输入噪声容限和电源电压V DD 有关，当V DD 增加时，电压传输特性右移，如图3.3.14所示↑
↑⇒)(N L N H D D V V V 结论：可以通过提高
V DD 来提高噪声容限
3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特性
一、输入特性
3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特性。