数电第二章门电路
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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
数电第二章门电路
E
三极管截止，iB=0， iC ≈ 0，uO=UOH=UCC0
uBE/V
可靠截止条件为:UBE<0V
等效电路 输入特性
截止时，iB、iC都很小，三个极均可看作开路
UCC
UCC / RC
iC
iC RC
ICS
RB
ui=0.3V iB
uO
T
饱和区
uCE
0
输出特性
IBS
截止区
IB=0
UCC
uCE
2.三极管的饱和条件和等效电路
•
当规定“真”记作“1”，“假”记作“0”时，
正则逻为辑正可 逻辑描；述反为之：，若则UO为H代负表逻“辑1。”，UOL代表“0”，
• 内部结UO构H和不U同OL而统异称(为后逻述辑)。电平，其值因逻辑器件
•
UOH和UOL的差值(叫逻辑摆幅)愈大，则“１”
和“0”的区别越明显，电路可靠性越高。
2.2 TTL逻辑门电路
UIL
当基极施加一矩形电压uI时
uI UIL
iC、uO波形不够陡峭， iC、uO滞后于uI，
ICS
即三极管在截止与饱和状态转换需要
0
一定的时间。这是由三极管的结电容 iC 引起的，内部载流子的运动过程比较
ton
toff
复杂。
Ucc
截止到饱和所需的时间称为开启时间 uO ton，它基本上由三极管自身决定。
急剧下低降电，平因U为OLT=2、0.T33V、，T4且、UO不随 T5U均I的处增于大放而大变状化态。
TTL与非门的外特性及主要参数
噪声容限
噪声容限表示门电路抗干扰能力的参数。
低电平噪声容限U NL： 高电平噪声容限U NH：
数字电子技术基础-第二章--逻辑门电路基础共71页PPT资料
第二章 逻辑门电路基础
本章主要内容
第一节 二极管、三极管的开关特性 第二节 二极管逻辑门电路 第三节 TTL逻辑门电路 第四节 射极耦合逻辑门电路 第五节 CMOS逻辑门电路 第六节 各种逻辑的门电路之间的接口问题
第一节 二极管、三极管的开关特性
一、二极管的开关特性
（一）二极管的静态开关特性 （二）二极管的动态开关特性
输入信号vi的正半周的宽度要求比较低。 输入信号vi的频率不可太高，由tre时间决定
二、双极型三极管的开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性 （二）双极型三极管的动态开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性
判断三极管工作状态的解题思路：
（1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管 的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三 极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于 饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。
二、正或门电路
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
正逻辑体制
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
A
≥1
B
L=A+B
负逻辑体制呢?
三、非门电路
输入 VA 0V 3V
输出 VL 5V 0.3V
VL
0V 0V 0V
0V 5V 0V
5V 0V 0V
5V 5V 5V
正逻辑体制
本章主要内容
第一节 二极管、三极管的开关特性 第二节 二极管逻辑门电路 第三节 TTL逻辑门电路 第四节 射极耦合逻辑门电路 第五节 CMOS逻辑门电路 第六节 各种逻辑的门电路之间的接口问题
第一节 二极管、三极管的开关特性
一、二极管的开关特性
（一）二极管的静态开关特性 （二）二极管的动态开关特性
输入信号vi的正半周的宽度要求比较低。 输入信号vi的频率不可太高，由tre时间决定
二、双极型三极管的开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性 （二）双极型三极管的动态开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性
判断三极管工作状态的解题思路：
（1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管 的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三 极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于 饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。
二、正或门电路
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
正逻辑体制
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
A
≥1
B
L=A+B
负逻辑体制呢?
三、非门电路
输入 VA 0V 3V
输出 VL 5V 0.3V
VL
0V 0V 0V
0V 5V 0V
5V 0V 0V
5V 5V 5V
正逻辑体制
电子课件《数字电子技术》2第2章 逻辑门电路
如图2-9所示为OC门的电路结构与逻辑符号。
（a）电路结构
（b）逻辑符号
图2-9 OC门电路
OC门电路又称集电极开路与非门电路（Open Collector）， 是一种可以实现线与功能的门电路，它的输出端是三极管集电 极悬空电路。
（1）当输入端不全为1时，uB1 1 V，T2，T5截止，Y 1 。 （2）当输入端全为1时，uB1 2.1 V，T2，T5饱和导通，Y 0 。
图2-3 二极管与门的电路结构图
设输入信号电压为5 V（高电平1）或0 V（低电平0），二极 管为理想元件，则电路的工作原理如下。
（1）当输入端A， B都为高电平1时，二极管D1 ，D2 均处于反 向截止状态，输出端 为高电平1（5 V）。 （2）当输入端 A， B都为低电平0时，二极管 D1 ，D2 均处于正 向导通状态，输出端 为低电平0（0 V）。 （3）当输入端一端为高电平、另一端为低电平时，如A 端为5 V， B端为0 V时，则 D2会优先导通，输出端 Y被钳制在0 V， 输出为低电平0。在 D2的钳位作用下， D1此时处于截止状态。
此时 iB iBS，三极管工作在饱和状态，输出电压 uY uCE 0.3 V。
通过电路实验论证，可得三极管非门电路的工作状态表， 如表2-5所示。
uA
uY
0V
5V
5V
0.3 V
T 截止 导通
表2-5 三极管非门电路工作状态表
由上述可知，在非门电路中，当输入信号为低电平，输出 Y是高电平；当输入信号为高电平，输出Y是低电平，可得非门 电路的逻辑表达式为
（1）在 tF t0 内，正向电流减小。 （2）在 t0 t2 内，反向电流先增大后减小，这段时间 即为反 向恢复时间。 （3）当反向电流由峰值 减小到其10%时，二极管截止。
数电第2章(门电路)课件
T1集电结正偏，
发射结反偏，倒 置工作状态
VIH A
3.4V
R1 4kW R2
1.6KW
2.1V
1V
+Vcc R4 130W 5V
数字电子技术(jìshù )基础 Fundamentals of Digital Electronic Technology
第二章 门电路
1
精品资料
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(jiǎndān)的与、或、非门电路
2.4 TTL门电路
*2.5 其它类型的双极型数字集成电路
存储时间ts 下降时间tf 关闭时间1133toff
(1) 开启时间ton 三极管从截止(jiézhǐ)到饱和所需的时间。
ton = td +tr td ：延迟时间 tr ：上升时间
(2) 关闭时间toff 三极管从饱和到截止(jiézhǐ)所需的时间。
toff = ts +tf ts ：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长） tf ：下降时间
4
精品资料
获得高、低电平的基本原理
Vcc
Vcc
R
Vo
只要(zhǐyào) 能判断高低电 平即可
1
Vi
K
可用二、三
极管代替
0V
0
K开------Vo=1, 输出(shūchū)高电平 K合------Vo=0, 输出(shūchū)低电平 对电路元件参数、电源的要求比模拟电路要低。
5
精品资料
2.2 半导体二极管和三极管的开关 (kāiguān)特性
rD≈几Ω ～几十Ω
应用(yìngyòng)于二
数字电子技术第二章
2.4 双极型集成门电路
二、I 2 L电路的主要特点：
优点：1）电路结构简单，这样节省了硅片面积又降低了功耗；
2）各逻辑单元之间无需隔离，这样简化了工艺， 省了片上的隔离槽，使集成度大大提高；
抗干扰差，
* IIL ——集成度很大，功耗最低，
速度低；
MOS型：* CMOS——常用之一，低功耗，抗干扰能力强；
* NMOS
* PMOS
Bi-CMOS型：功率小，输出阻抗小。
《数字电子技术》
2.4 双极型集成门电路
§2.4.2 TTL集成门电路 （一） TTL集成门电路的结构
图2.4.2 TTL集成门电路结构图 《数字电子技术》
2、常用的门电路在逻辑功能上有：与门、或门、 非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。
3、在电子电路中，用高、低电平分别表示1、0两 种二值逻辑状态，此为正逻辑，否则为负逻辑。 如图2.1.1所示。
《数字电子技术》
2.1 概述
图2.1.1 正逻辑和负逻辑
对元、器件参数精度和电源稳定度较模拟电路低一些。
《数字电子技术》
2.4 双极型集成门电路
§2.4.3 ECL门电路（*） 一、ECL（Emitter Coupled Logic）门电路的基本单元：
VIH 0.8V VIL 1.6V
T1、T3均工作在非 饱和状态
图2.4.9 ECL门电路的基本单元（差动放大器） 《数字电子技术》
2.4 双极型集成门电路
流和较高电压，可以直接驱动小型继电器。
《数字电子技术》
2.4 双极型集成门电路
3、三态输出门
使T4也截止，输出 呈高阻态
《数字电子技术》
2.4 双极型集成门电路
数字电子技术基础第二章门电路PPT课件
或门
实现逻辑或运算，当至少 一个输入为高电平时，输 出为高电平；否则输出为 低电平。
非门
实现逻辑非运算，当输入 为高电平时，输出为低电 平；当输入为低电平时， 输出为高电平。
门电路的分类
按功能分类
可分为与门、或门、非门、 与非门、或非门等。
按结构分类
可分为晶体管-晶体管逻辑 门（TTL）、金属氧化物 半导体逻辑门（MOS）等。
实践能力。
02 门电路的基本概念
逻辑门电路
逻辑门电路是数字电路的基本 单元，用于实现逻辑运算。
常见的逻辑门电路有与门、或 门、非门、与非门、或非门等。
逻辑门电路通常由晶体管、电 阻、电容等元件组成，具有高 电平、低电平和高阻态三种输 出状态。
常用逻辑门电路
01
02
03
与门
实现逻辑与运算，当所有 输入都为高电平时，输出 为高电平；否则输出为低 电平。
门电路在其他领域的应用
自动化控制
门电路可以用于实现自动化控制中的逻辑控制、 顺序控制等功能。
电子游戏
门电路可以用于实现电子游戏中的逻辑运算、状 态检测等功能。
智能家居
门电路可以用于实现智能家居中的控制逻辑、传 感器检测等功能。
05 门电路的实例分析
实例一：基本逻辑门电路的应用
基本逻辑门电路
包括与门、或门、非门等，是数字电路中最基本的逻辑单 元。
06 总结与展望
门电路的重要性和作用
门电路是数字电子技术的核心组件，它在数字电路中起到逻辑运算和信号控制的作 用。
门电路能够实现逻辑函数的运算，从而实现各种复杂的逻辑功能，是构成各种数字 系统和电子设备的基础。
门电路在计算机、通信、自动化等领域中有着广泛的应用，对现代科技的发展起着 至关重要的作用。
《数字电子技术(第二版)》 第2章 门电路
2.1.3 场效应管的开关特性
RD G ui +VDD
D
S
ui
工作原理电路 截止状态 G RD
转移特性曲线
输出特性线 RD
+VD
D
导通状态
uo=+VDD
+VD
D
D
G
ui>UT
D
S
ui<UT
uo≈0
S
2.2 分立元件
门电路
2.2.1 二极管与门
Y=AB
2.2.2 二极管或门
Y=A+B
2.2.3 晶体管非门
2.1 半导体元件的开关特性 2.2 分立元件门电路
2.3 TTL集成门电路
2.4 CMOS集成门电路
2.5 集成门电路的使用
退出
件的开关特性
2.1 半导体元
逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电 路。简称门电路。 基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、 与非门、或非门、与或非门和异或门等。 逻辑0和1： 电子电路中用高、低电平来表示。 获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件 的导通、截止（即开、关）两种工作状态。
2.1.1 二极管的开关特性
＋ uD 二极管符号： 正极
－
负极
Ui<0.5V时，二 极管截止，iD=0。
Ui>0.5V时， 二极管导通。
uo
uo
ui＝0V时，二极管截止， 如同开关断开，uo＝0V。
ui ＝ 5V 时，二极管导通，如 同 0.7V 的电压源， uo ＝ 4.3V 。
二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。
三极管临界饱和时 的基极电流为：
iB＞IBS，三极管工作 在饱和状态。输出电 压uY＝UCES＝0.3V。
数字电子技术门电路PPT
第2章 门电路
2.2.3 TTL与非门的电气性能
1. TTL与非门的输入特性 输入特性是描述输入电流与输入电压之间的关系曲线 ，如图 示：
第2章 门电路
2. TTL与非门的输出特性 输出电压与负载电流之间的关系曲线，称为输出特性。 (1)输出为低电平时的输出特性曲线：
第2章 门电路
(2)输出为高电平时的输出特性曲线：
第2章 门电路
真值表为：
逻辑表达式为： F A B
第2章 门电路
3.三极管非门电路 非门：实现非运算的电路。 电路及其逻辑符号如图所示。当输入A为低电平时，三极 管截止，输出F为高电平，输入A为高电平时，三极管饱和，
输出F为低电平。逻辑表达式F= A 。
第2章 门电路
2.1.2 与非门、或非门电路
时间 tPLH 。通常把二者的平均值称作平均传输延迟时间，
t 以
pd
表示。 t pd
tPHL tPLH 2
2章 门电路
2. 动态尖峰电流 与非门从导通状态转换为截止状态或从截止状态转换为导通 状态，在这个转换过程中，都会出现T4、T5两管瞬间同时导 通，这瞬间的电源电流比静态时的电源电流要大，但持续时 间较短，故称之为尖峰电流或浪涌电流，如图示。
第2章 门电路
2. TTL门驱动CMOS门 当TTL电路和CMOS电路相连接时，必须考虑它们之间电流 驱动能力及高、低电平的配合等接口技术问题。当TTL门驱 动CMOS门时，可能出现TTL门输出高电平低于CMOS门要 求输入高电平的值，所以，常用TTL OC门作为接口电路， 其输出端上拉电阻R必须接到CMOS门的正电源VDD上，如 图示。
第2章 门电路
抗干扰能力分为输入低电平的抗干扰能力VNL和输入高电平 的抗干扰能力VNH。 低电平的抗干扰能力为：
数字电子技术基础 第二章 门电路 课件
• 外部特性是指通过集成电路芯片引脚反映出来的特性
• 电压传输特
– 曲线段AB，因为vi<0,6,所以vb1<1.3v ,T2和T5导通，T4截止;
vo=VCC-Vr2-vb4-Vd2=3.6v
– BC段，1.3> vi>0,6,T2通，T5截止，T2工作在放大区，随vi增加，
Vc2和vo线形下降
vO
AB F 000 010 100 111
三极管非门
+12V
A RA
Rc F
T
F=A
TTL 非门电路
• 结构与原理
4kW R1
R2
1.6kW
Avl
T1
T2
D1
3 1k W R
+5V
130W R4
T3 D2
T4 vOY
输入级
倒相级
输出级
• vi =VL=0.2V,T1发射级导通，导通后T1基极电压 为0.7v +0.2v=0.9v , T2,T5截止，T2集电极为5V， T4导通。vo上电压为3.6 v，高电平;
A0
1
&
S A1A0 Y
1 0
&
&
Y
0 0 0 D0
&
0 0 1 D1
0 1 0 D2
&
0 1 1 D3
四选一数据选择器
A1A0: 选择控制(地址) D3D2D1D0: 数据输入
S: 使能端(选通端、片选端) 低电平有效
A1 B1
>1
Y1 A B Y1 Y2 Y3
>1
Y2
0 0 01 0 0 1 00 1
数字电子技术第二章门电路讲解
Vcc
R
Vo Vcc
Vi
K
只要能判断高 低电平即可
1
可用三极
0
管代替 0V
K开------Vo=1, 输出高电平 K合------Vo=0, 输出低电平
2.1半导体二极管门电路 半导体二极管的结构和外特性 （Diode）
• 二极管的结构： PN结 + 引线 + 封装构成
P
N
2.1.1二极管的开关特性：
③ 截止区：条件VBE = 0V, iB = 0, iC = 0, c—e间“断开” 。
iC f (VCE )
三、双极型三极管的基本开关电路
只要参数合理：
VI=VIL时，T截止，VO=VOH VI=VIH时，T导通，VO=VOL
四、三极管的开关等效电路
截止状态
饱和导通状态
五、动态开关特性
从二极管已知， PN结存在电容效 应。
(2)输出的高低电平受输入端数目的影响
输入端越多，VOL 越高，VOH 也更低 (3)使T2、T4的VGS 达到开启电压时， 对应的VI 值不同
解决方法
或非门 缓冲器 与非门
Y ABC ABC A B C
二 漏极开路的门电路（OD门）
1.可将输出并联使用，实现线与 或用作电平转换、驱动器
二、电压传输特性
CD段：转折区 VI VTH 1.4V , 所以VB1 2.1V T2 ,T5同时导通，T4截止，所以VO迅速 VOL 0 DE段：饱和区 VI继续，而VO不变 VO VOL
• 需要说明的几个问题： ①T2的输出VC 2和Ve2变化方向相反,故称倒相级。
2.3 CMOS门电路
2.3.1MOS管的开关特性氧化物层 金属层
数电第二章 门电路
通过其中的电流IOFF ＝0. 闭合：无论流过其中的电流在多大范围内变化，其等效电阻
ROFF ＝0，电压UAK ＝0.
2.1.2 二极管的开关特性
二极管符号：
阳极
＋ uD －
阴极
伏安特性曲线：
Ui<0.5V时， 二极管截止， iD=0
UBR
0
iD(mA)
IF
0.5 0.7
uD(V)
伏安特性 Ui>0.7V时， 二极管导通
关门电阻Roff=0.7kΩ
以上分析说明： 悬空的输入端相当于接高电平。为了 防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。
TTL与非门在使用时多余输入端处理：
1. 若悬空，UI=“1”。 2. 接+5V。 3. 输入端并联使用。
讨论：TTL与门、或门、或非门 多余输入端如何处理
四、输入伏安特性——
反映输入电流iI和输入电压uI关系的曲线 1. 输入低电平，即uI＝0V时
逻辑符号：
B
Y
二、二极管或门
A D1
Y
B D2
-12V
uA
uB
uY
0V 0V -0.3V
0V 3V 2.7V
3V 0V 2.7V
3V 3V 2.7V
uA
uB
uY
AB
Y
0V 0V -0.3V 0 0
0
0V 3V 2.7V
01
1
3V 0V 2.7V 1 0
1
3V 3V 2.7V 1 1
1
逻辑式：Y=A+B
R2
b1 c1 T1
T2
逻辑关系：全1则0。
R3
+5V
uO =0.3V Y
ROFF ＝0，电压UAK ＝0.
2.1.2 二极管的开关特性
二极管符号：
阳极
＋ uD －
阴极
伏安特性曲线：
Ui<0.5V时， 二极管截止， iD=0
UBR
0
iD(mA)
IF
0.5 0.7
uD(V)
伏安特性 Ui>0.7V时， 二极管导通
关门电阻Roff=0.7kΩ
以上分析说明： 悬空的输入端相当于接高电平。为了 防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。
TTL与非门在使用时多余输入端处理：
1. 若悬空，UI=“1”。 2. 接+5V。 3. 输入端并联使用。
讨论：TTL与门、或门、或非门 多余输入端如何处理
四、输入伏安特性——
反映输入电流iI和输入电压uI关系的曲线 1. 输入低电平，即uI＝0V时
逻辑符号：
B
Y
二、二极管或门
A D1
Y
B D2
-12V
uA
uB
uY
0V 0V -0.3V
0V 3V 2.7V
3V 0V 2.7V
3V 3V 2.7V
uA
uB
uY
AB
Y
0V 0V -0.3V 0 0
0
0V 3V 2.7V
01
1
3V 0V 2.7V 1 0
1
3V 3V 2.7V 1 1
1
逻辑式：Y=A+B
R2
b1 c1 T1
T2
逻辑关系：全1则0。
R3
+5V
uO =0.3V Y
《数字电路课件》第二章门电路
非门电路NAND和NOR
NAND和NOR是两种重要的非门电路。它们不仅可以实现逻辑运算，还可以构建其他类型的门电路。
与门电路
与门电路是一种逻辑门电路，其输出只在所有输入都为高电平时为高电平， 否则为低电平。与门常用于逻辑运算和数据处理。
或门电路
或门电路是一种逻辑门电路，其输出只在至少有一个输入为高电平时为高电 平，否则为低电平。或门常用于信号合并和逻辑运算。
多位译码器
多位译码器是一种特殊的译码器，可以同时译码多个输入信号。它常用于处 理多位二进制数据和地址信号。
资料选择器
资料选择器是一种特殊的译码器，用于选择和提取存储器中的数据。它常用 于计算机存储和数据检索系统。
多路选择器
多路选择器是一种数字电路，用于根据控制信号从多个输入信号中选择一个 输出信号。它常用于数据交换和信号路由。
多路复用器
多路复用器是一种数字电路，用于将多个输入信号传输到一个输出线路。它 常用于数据通信和多路信号传输。
输出缓存器
输出缓存器是一种特殊的数字电路，用于暂存输出信号并提供更强的驱动能 力。它常用于信号放大和数据传输。
比较器
比较器是一种数字电路，用于将两个输入信号进行比较。它常用于模拟信号 转换和数字信号处理。
数字电路知识
门电路是数字电路中的基本构建块，用于处理和操作二进制逻辑。了解门电 路的基础知识是理解数字电路设计的关键。
逻辑门电路分类
逻辑门电路按照其功能和操作特性进行分类，包括与门、或门、非门和异或门等。每种门电路都有其特定的真值表。
七种基本门电路
基本门电路包括与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门和同或门。它 们是数字电路中最基本的电路逻辑组件。
译码器与翻译器
数字电路课件》第二章门电路
• 非门电路
• 分析 • 三极管反相器之2 • 逻辑真值表、逻辑表达式和逻辑符号
真值表
逻辑表达式
逻辑符号
AY 01
YA
10
返回
三极管反相器_原理分析
• 非门电路
• 分析
* 输入电压为低电平Vi=ViL=0.3V ∵VB＜VBE ∴T管截止 有: V0 = VCC * 输入电压为高电平Vi=ViH=3.2V 设：T导通 则：VB=VBE=0.7V
• 结论：实现非功能
返回
TTL反相器的工作原理
• TTL反相器的工作原理
• 当输入为低电平Vi= ViL，T1导通、T2截止、T5截止，输出通 路由T3、T4构成，
VO = VCC– iB3 R2 -VBE3 –V BE4 ≈5-0.7-0.7V=3.6V
• 当输入为高电平Vi= ViH时，T1倒置、T2导通、T5为深度饱和
返回
2.3 TTL反相器
• TTL反相器 • TTL反相器的电气特性
*传输特性 *输入特性 *输入负载特性 *输出特性
• TTL反相器的动态特性 • 举例
返回
TTL反相器_电路结构
• TTL反相器的结构
T1、R1构成输入级
T2、R2、R3为中间级（倒相级）
T3、T4、T5、R4、R5为输出级
• TTL反相器的工作原理
IB I1 I 2 VIH VBE VBE VEE 3.2 0.7 0.7 12 0.96mA
R1
R2
1.5
18
∵IB＞0 ∴T导通成立
又∵IBS=VCCC/ ßRC=12/30×1=0.4mA
有 IB＞IBS ∴T饱和导通 有: VO=VCES=0.3V
返回
• 分析 • 三极管反相器之2 • 逻辑真值表、逻辑表达式和逻辑符号
真值表
逻辑表达式
逻辑符号
AY 01
YA
10
返回
三极管反相器_原理分析
• 非门电路
• 分析
* 输入电压为低电平Vi=ViL=0.3V ∵VB＜VBE ∴T管截止 有: V0 = VCC * 输入电压为高电平Vi=ViH=3.2V 设：T导通 则：VB=VBE=0.7V
• 结论：实现非功能
返回
TTL反相器的工作原理
• TTL反相器的工作原理
• 当输入为低电平Vi= ViL，T1导通、T2截止、T5截止，输出通 路由T3、T4构成，
VO = VCC– iB3 R2 -VBE3 –V BE4 ≈5-0.7-0.7V=3.6V
• 当输入为高电平Vi= ViH时，T1倒置、T2导通、T5为深度饱和
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2.3 TTL反相器
• TTL反相器 • TTL反相器的电气特性
*传输特性 *输入特性 *输入负载特性 *输出特性
• TTL反相器的动态特性 • 举例
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TTL反相器_电路结构
• TTL反相器的结构
T1、R1构成输入级
T2、R2、R3为中间级（倒相级）
T3、T4、T5、R4、R5为输出级
• TTL反相器的工作原理
IB I1 I 2 VIH VBE VBE VEE 3.2 0.7 0.7 12 0.96mA
R1
R2
1.5
18
∵IB＞0 ∴T导通成立
又∵IBS=VCCC/ ßRC=12/30×1=0.4mA
有 IB＞IBS ∴T饱和导通 有: VO=VCES=0.3V
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IB =40µA
C
B E 符号
IB 减小
IB = 20µA IB =0
截止区
UCE
1. 双极型三极管的基本开关电路
(1) vI<UON T处于截止区 处于截止区 处于
高电平 “1”
iB=0, i三极管相当于=VCC C=0, UO =VOH (2) vI 一个受V 进入放大区。 >VON T进入放大区 一个受V 进入放大区。 控制的开关
UDS
。
ID = 0 UGS
G D
N+ N+
S
+ + N
PN结 结 P型硅衬底 型硅衬底
B
第2章 2. 1
(3) UGS >UGS(th) 栅极下P型半导 体中的少子电子 被吸引到衬底表 形成N型导 面，形成 型导 电沟道（ 电沟道（感生沟 道）。 UGS越高 反型感生沟道愈 厚。 当D、S间加上正 、 间加上正 向电压后可产生 漏极电流I 漏极电流 D 。 UDS
2.二极管动态特性 2.二极管动态特性
是反向电流衰减到峰值 所经过的时间。 的1/10所经过的时间。 所经过的时间
Tre为反向恢复时间， 为反向恢复时间，
tre数值很小，约几纳秒。 数值很小，约几纳秒。
Tre
三、半导体三极管的开关特性
1.静态特性： 静态特性： 静态特性
第2章 2.1 章
（1）三极管的结构分类及符号 1. NPN 型三极管 c
门电路
概述 2. 1 半导体二极管、三极管和MOS管 半导体二极管、三极管和MOS管 的开关特性 2. 2 分立元器件门电路 2. 3 CMOS集成门电路 CMOS集成门电路 2. 4 TTL集成门电路 TTL集成门电路
概述
用以实现逻辑运算的单元电路统称为门电路。 用以实现逻辑运算的单元电路统称为门电路。 一 、获得高低电平的基本原理 二、 正逻辑与负逻辑
b e N 符号
发射极e 发射极 发射区 基极b 基极 集电极c 集电极 集电区
N P
集电结 基区 发射结
第2章 2.1 章
2. PNP型三极管
集电极c 集电极 集电区
c
P N 基极b 基极 N P
集电结 基区 发射结 发射区 发射极e 发射极
b e
N
符号
第2章 2.1 章
（2） 三极管的输入特性 IB = f (UBE )
3.双极型三极管动态开关特性 3.双极型三极管动态开关特性
由于三级管b 由于三级管be间、c-e间结 电容效应， 电容效应，存 在滞后现象。 在滞后现象。
第2章 2. 1
四、 场效应管及CMOS门电路 场效应管及CMOS门电路
一、金属、氧化物、绝缘删型场效应管(MOS管) (MOS管 金属、氧化物、绝缘删型场效应管(MOS
设 uA= 0V，
•
RB –12V
A
1
Y
Y= A
第2章 2. 3
2.3 CMOS门电路 CMOS门电路
1. CMOS反相器 CMOS反相器 当A为高电平时， 为高电平时， 为高电平时 TN导通 P截止， 导通T 截止， 输出Y为低电平。 输出 为低电平。 为低电平
PMOS管结构示意图 管结构示意图
第2章 2. 1
二、MOS三极管的开关特性 MOS三极管的开关特性
1. MOS三极管的基本开关电路 MOS三极管的基本开关电路 VDD RD D RG vI
G S
(1)vI= UGS < UGS(th), T截止， vo≈VDD,(开关断开 截止， 开关断开) 截止 开关断开 vo (2) vI >UGS(th),恒流区 放大 恒流区,放大 恒流区 (3) vI 再增加，Ron下降 下降, 开关闭合) 当RD >>Ron，VOL≈0,(开关闭合 开关闭合
DA、DB、DC都导通
R
A B C DC DA DB
uY=4.3V
Y
uY= 4.3V
Y= 1
第2章 2.2 章
+5v
由以上分析可知： 由以上分析可知： 只有当A、 、 全为 只有当 、B、C全为 高电平时， 高电平时，输出端才 为高电平。 为高电平。正好符合 与门的逻辑关系。 与门的逻辑关系。
R
A B C DC DA DB Y
R
–5v A B C
>1
Y
Y= A+B+C
第2章 2.2 章
三、 非门电路
+5V Rc RA A RB –12V • T
设 uA= 3.6V，T饱和导通 饱和导通 uY=0.3V
Y
uY= 0.3V
Y= 0
第2章 2.2 章
+5V Rc A Rk • Y T
T截止 ， 截止 U Y ≈ 5V ，Y= 1 由以上分析可知： 由以上分析可知： 当A为低电平时，输出端为 为低电平时， 为低电平时 高电平。 为高电平时， 高电平。当A为高电平时， 为高电平时 输出端为低电平。 输出端为低电平。正好符合 非门的逻辑关系。 非门的逻辑关系。
第2章 2. 1
2.MOS三极管开关等效电路 2.MOS三极管开关等效电路
CI 代表删极输入电容, 存在动态滞后现象。 代表删极输入电容, 存在动态滞后现象。
3.三极管、 MOS管的比较 3.三极管、 MOS管的比较 三极管
++ +
B B E E C
第2章 2. 1
--
C
电流控制电流源 PNP --
I
(3) vI 大到一定程度，T进入饱和区。 大到一定程度， 进入饱和区 进入饱和区。 低电平“ 则UO = VOL ≈0 V 低电平“0”
2.双极型三极管开关等效电路 2.双极型三极管开关等效电路
截止时相当c 间开关断开； 截止时相当c、e间开关断开； 饱和时相当c 间开关闭合。 饱和时相当c、e间开关闭合。
金属-氧化物 绝缘栅型场效应管 金属 氧化物-绝缘栅型场效应管 氧化物
N沟道增强型绝缘栅场效应管 1. 结构和符号
源极S 源极 栅极G 栅极 漏极D 漏极 D
NMOS
SiO2 N+
P型硅衬底 型硅衬底 衬底引线B 衬底引线 结构示意图 符号
N+
G S
B
2. 工作原理
(1) UGS =0 D与S之间是 与 之间是 两个PN结 两个 结（背靠 反向串联， 背）反向串联， 无论D与 之间加 无论 与S之间加 什么极性的电压， 什么极性的电压， 漏极电流均接近 于零。 于零。 UDS
逻辑状态：低电平(L) 逻辑状态：低电平(L) 、高 电平(H)分别用0 (H)分别用 表示。 电平(H)分别用0、1表示。
正逻辑： 正逻辑：L=0,H=1 ； 负逻辑： 负逻辑：H=0,L=1 。
一、理想开关的开关特性： 理想开关的开关特性： .静态特性 1 .静态特性 2. 动态特性 二、半导体二极管的开关特性 1.静态特性 静态特性： 1.静态特性： 半导体二极管的结构示意图、 半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性
A B C
& Y
Y=ABC
第2章 2.2 章
二、二极管或门A B C D DB DCuY=2.9V
Y
设 uA= 3.6V，uB= uC= 0V ， 则 DA导通 uY=3.6–0.7= 2.9V
DB 、DC截止， 截止，
R
–12v
Y=1
第2章 2.2 章
A B
DA DB DC
设 uA= uB= uC= 3.6V uY=2. 9V
NPN
++
D
B S G
D B S
+
G
电压控制电流源
N沟道 增强型 沟道(增强型 沟道 增强型)
P沟道 增强型 沟道(增强型 沟道 增强型)
2.2 分立元器件门电路
一、二极管与门
设二极管正向导通压降为0.7伏 设二极管正向导通压降为 伏
+5v
第2章 2.2 章
R
A B C DC DA DB
uY=0.7V
Y DA 、DB、DC都导通
C
R
–12v
uY= 2.9V Y=1
第2章 2.2 章
A B C
DA DB DC
设 uA= uB= uC= 0V
DA、 DB、DC都导通
uY= – 0.7V
Y
uY= – 0.7V
R
–5v
Y=0
第2章 2.2 章
A B C
DA DB DC Y 由以上分析可知： 由以上分析可知： 只有当A、 、 全为 只有当 、B、C全为 低电平时，输出端才 低电平时， 为低电平。 为低电平。正好符合 或门的逻辑关系。 或门的逻辑关系。
2
4
6
UGS / V
特性
RON近似反比于UGS 近似反比于
第2章 2. 1
• P沟道绝缘栅场效应管（PMOS） 沟道绝缘栅场效应管（PMOS）
UDS
。
D G B S
S
+
UGS P+
G
D ID 符号
N+
P沟道 沟道
耗尽层 N型硅衬底 型硅衬底 B
P+
PMOS管与 管与NMOS管 管与 管 互为对偶关系， 互为对偶关系，使用 时UGS 、UDS的极性 也与NMOS管相反。 管相反。 也与 管相反
。
S
+
UGS N+
G
D
ID
N型导电沟道
N+
N+
耗尽层
P型硅衬底 型硅衬底
B
当UGS≥UGS(th)后:
。
C
B E 符号
IB 减小
IB = 20µA IB =0
截止区
UCE
1. 双极型三极管的基本开关电路
(1) vI<UON T处于截止区 处于截止区 处于
高电平 “1”
iB=0, i三极管相当于=VCC C=0, UO =VOH (2) vI 一个受V 进入放大区。 >VON T进入放大区 一个受V 进入放大区。 控制的开关
UDS
。
ID = 0 UGS
G D
N+ N+
S
+ + N
PN结 结 P型硅衬底 型硅衬底
B
第2章 2. 1
(3) UGS >UGS(th) 栅极下P型半导 体中的少子电子 被吸引到衬底表 形成N型导 面，形成 型导 电沟道（ 电沟道（感生沟 道）。 UGS越高 反型感生沟道愈 厚。 当D、S间加上正 、 间加上正 向电压后可产生 漏极电流I 漏极电流 D 。 UDS
2.二极管动态特性 2.二极管动态特性
是反向电流衰减到峰值 所经过的时间。 的1/10所经过的时间。 所经过的时间
Tre为反向恢复时间， 为反向恢复时间，
tre数值很小，约几纳秒。 数值很小，约几纳秒。
Tre
三、半导体三极管的开关特性
1.静态特性： 静态特性： 静态特性
第2章 2.1 章
（1）三极管的结构分类及符号 1. NPN 型三极管 c
门电路
概述 2. 1 半导体二极管、三极管和MOS管 半导体二极管、三极管和MOS管 的开关特性 2. 2 分立元器件门电路 2. 3 CMOS集成门电路 CMOS集成门电路 2. 4 TTL集成门电路 TTL集成门电路
概述
用以实现逻辑运算的单元电路统称为门电路。 用以实现逻辑运算的单元电路统称为门电路。 一 、获得高低电平的基本原理 二、 正逻辑与负逻辑
b e N 符号
发射极e 发射极 发射区 基极b 基极 集电极c 集电极 集电区
N P
集电结 基区 发射结
第2章 2.1 章
2. PNP型三极管
集电极c 集电极 集电区
c
P N 基极b 基极 N P
集电结 基区 发射结 发射区 发射极e 发射极
b e
N
符号
第2章 2.1 章
（2） 三极管的输入特性 IB = f (UBE )
3.双极型三极管动态开关特性 3.双极型三极管动态开关特性
由于三级管b 由于三级管be间、c-e间结 电容效应， 电容效应，存 在滞后现象。 在滞后现象。
第2章 2. 1
四、 场效应管及CMOS门电路 场效应管及CMOS门电路
一、金属、氧化物、绝缘删型场效应管(MOS管) (MOS管 金属、氧化物、绝缘删型场效应管(MOS
设 uA= 0V，
•
RB –12V
A
1
Y
Y= A
第2章 2. 3
2.3 CMOS门电路 CMOS门电路
1. CMOS反相器 CMOS反相器 当A为高电平时， 为高电平时， 为高电平时 TN导通 P截止， 导通T 截止， 输出Y为低电平。 输出 为低电平。 为低电平
PMOS管结构示意图 管结构示意图
第2章 2. 1
二、MOS三极管的开关特性 MOS三极管的开关特性
1. MOS三极管的基本开关电路 MOS三极管的基本开关电路 VDD RD D RG vI
G S
(1)vI= UGS < UGS(th), T截止， vo≈VDD,(开关断开 截止， 开关断开) 截止 开关断开 vo (2) vI >UGS(th),恒流区 放大 恒流区,放大 恒流区 (3) vI 再增加，Ron下降 下降, 开关闭合) 当RD >>Ron，VOL≈0,(开关闭合 开关闭合
DA、DB、DC都导通
R
A B C DC DA DB
uY=4.3V
Y
uY= 4.3V
Y= 1
第2章 2.2 章
+5v
由以上分析可知： 由以上分析可知： 只有当A、 、 全为 只有当 、B、C全为 高电平时， 高电平时，输出端才 为高电平。 为高电平。正好符合 与门的逻辑关系。 与门的逻辑关系。
R
A B C DC DA DB Y
R
–5v A B C
>1
Y
Y= A+B+C
第2章 2.2 章
三、 非门电路
+5V Rc RA A RB –12V • T
设 uA= 3.6V，T饱和导通 饱和导通 uY=0.3V
Y
uY= 0.3V
Y= 0
第2章 2.2 章
+5V Rc A Rk • Y T
T截止 ， 截止 U Y ≈ 5V ，Y= 1 由以上分析可知： 由以上分析可知： 当A为低电平时，输出端为 为低电平时， 为低电平时 高电平。 为高电平时， 高电平。当A为高电平时， 为高电平时 输出端为低电平。 输出端为低电平。正好符合 非门的逻辑关系。 非门的逻辑关系。
第2章 2. 1
2.MOS三极管开关等效电路 2.MOS三极管开关等效电路
CI 代表删极输入电容, 存在动态滞后现象。 代表删极输入电容, 存在动态滞后现象。
3.三极管、 MOS管的比较 3.三极管、 MOS管的比较 三极管
++ +
B B E E C
第2章 2. 1
--
C
电流控制电流源 PNP --
I
(3) vI 大到一定程度，T进入饱和区。 大到一定程度， 进入饱和区 进入饱和区。 低电平“ 则UO = VOL ≈0 V 低电平“0”
2.双极型三极管开关等效电路 2.双极型三极管开关等效电路
截止时相当c 间开关断开； 截止时相当c、e间开关断开； 饱和时相当c 间开关闭合。 饱和时相当c、e间开关闭合。
金属-氧化物 绝缘栅型场效应管 金属 氧化物-绝缘栅型场效应管 氧化物
N沟道增强型绝缘栅场效应管 1. 结构和符号
源极S 源极 栅极G 栅极 漏极D 漏极 D
NMOS
SiO2 N+
P型硅衬底 型硅衬底 衬底引线B 衬底引线 结构示意图 符号
N+
G S
B
2. 工作原理
(1) UGS =0 D与S之间是 与 之间是 两个PN结 两个 结（背靠 反向串联， 背）反向串联， 无论D与 之间加 无论 与S之间加 什么极性的电压， 什么极性的电压， 漏极电流均接近 于零。 于零。 UDS
逻辑状态：低电平(L) 逻辑状态：低电平(L) 、高 电平(H)分别用0 (H)分别用 表示。 电平(H)分别用0、1表示。
正逻辑： 正逻辑：L=0,H=1 ； 负逻辑： 负逻辑：H=0,L=1 。
一、理想开关的开关特性： 理想开关的开关特性： .静态特性 1 .静态特性 2. 动态特性 二、半导体二极管的开关特性 1.静态特性 静态特性： 1.静态特性： 半导体二极管的结构示意图、 半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性
A B C
& Y
Y=ABC
第2章 2.2 章
二、二极管或门A B C D DB DCuY=2.9V
Y
设 uA= 3.6V，uB= uC= 0V ， 则 DA导通 uY=3.6–0.7= 2.9V
DB 、DC截止， 截止，
R
–12v
Y=1
第2章 2.2 章
A B
DA DB DC
设 uA= uB= uC= 3.6V uY=2. 9V
NPN
++
D
B S G
D B S
+
G
电压控制电流源
N沟道 增强型 沟道(增强型 沟道 增强型)
P沟道 增强型 沟道(增强型 沟道 增强型)
2.2 分立元器件门电路
一、二极管与门
设二极管正向导通压降为0.7伏 设二极管正向导通压降为 伏
+5v
第2章 2.2 章
R
A B C DC DA DB
uY=0.7V
Y DA 、DB、DC都导通
C
R
–12v
uY= 2.9V Y=1
第2章 2.2 章
A B C
DA DB DC
设 uA= uB= uC= 0V
DA、 DB、DC都导通
uY= – 0.7V
Y
uY= – 0.7V
R
–5v
Y=0
第2章 2.2 章
A B C
DA DB DC Y 由以上分析可知： 由以上分析可知： 只有当A、 、 全为 只有当 、B、C全为 低电平时，输出端才 低电平时， 为低电平。 为低电平。正好符合 或门的逻辑关系。 或门的逻辑关系。
2
4
6
UGS / V
特性
RON近似反比于UGS 近似反比于
第2章 2. 1
• P沟道绝缘栅场效应管（PMOS） 沟道绝缘栅场效应管（PMOS）
UDS
。
D G B S
S
+
UGS P+
G
D ID 符号
N+
P沟道 沟道
耗尽层 N型硅衬底 型硅衬底 B
P+
PMOS管与 管与NMOS管 管与 管 互为对偶关系， 互为对偶关系，使用 时UGS 、UDS的极性 也与NMOS管相反。 管相反。 也与 管相反
。
S
+
UGS N+
G
D
ID
N型导电沟道
N+
N+
耗尽层
P型硅衬底 型硅衬底
B
当UGS≥UGS(th)后:
。