门电路
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&
1
Y=AB=AB
1
A B
&
Y
或 门
A B
Y=A+B=A+B
A B
≥1
Y
异 或 门
A B
≥1 ≥1
Y
A B
=1
Y
Y A B A B A B( A B) ( A B )( A B) A B AB A B
4、TTL系列集成电路及主要参数 TTL系列集成电路
74LS00内含4个2输入与非门， 74LS20内含2个4输入与非门。
2、TTL非门、或非门、与或非门、与门、或门及异或门 TTL非门
+VCC R1 3kΩ A T1 R2 750Ω T3 T2 R3 360Ω R5 3kΩ T4 T5 R4 100Ω VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 14 13 12 11 10 9 8
NPN 型三极管截止、放大、饱和 3 种工作状态的特点 工作状态 条 件 偏置情况 工 作 特 点 集电极电流 ce 间电压 ce 间等效电阻 截 止 放 大 饱 和
iB＝0 发射结反偏 集电结反偏 uBE<0，uBC<0 iC＝0 uCE ＝VCC 很大， 相当开关断开
0＜iB＜IBS 发射结正偏 集电结反偏 uBE>0，uBC<0 iC＝β iB uCE ＝VCC－ iCRc 可变
（7）输入开门电平UON：是在额定负载下使与非门的输出电平 达到标准低电平USL的输入电平。它表示使与非门开通的最小输 入电平。一般TTL门电路的UON≈1.8V。 （8）输入关门电平UOFF：使与非门的输出电平达到标准高电平 USH的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一 般TTL门电路的UOFF≈0.8V。 （9）高电平输入电流IIH：输入为高电平时的输入电流，也即当 前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。 （10）低电平输入电流IIL：输入为低电平时的输出电流，也即当 前级输出为低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。 （11）平均传输时间tpd：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。 在工作频率较高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间 延迟，会影响电路的逻辑功能。 （12）空载功耗：与非门空载时电源总电流ICC与电源电压VCC的 乘积。
数字电子技术
电子 半导体器件的开关特性
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
退出
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。
功能表
真值表
uA uB
0.3V 0.3V 0.3V 3.6V 3.6V 0.3V 3.6V 3.6V
uY
3.6V 3.6V 3.6V 0.3V
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
Y
1 1 1 0
输入有低，输出为高； 输入全高，输出为低。
逻辑表达式
Y A B
VCC 3A 14 13
3B 3Y 4A 4B 4Y
+ + － 0.7V ui =5V RL －
+ u uoo －
ui =0V 时的等效电路 ui＝0V时，二极管截止， 如同开关断开，uo＝0V。
ui =5V 时的等效电路 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。
2、三极管的开关特性
2.1 半导体器件的开关特性
1、二极管的开关特性 ＋ uD 二极管符号： 正极
－
负极
Ui<0.5V时，二 IF 极管截止，iD=0。
UBR
iD (mA)
D + ui － 开关电路
D
0
0.5 0.7
uD (V)
RL
+ uo －
Ui>0.5V时， 二极管导通。
伏安特性
D + ui =0V － RL + uoo u －
TTL与非门主要参数 （1）输出高电平UOH：TTL与非门的一个或几个输入为低电平时 的输出电平。产品规范值UOH≥2.4V，标准高电平USH＝2.4V。 （2）高电平输出电流IOH ：输出为高电平时，提供给外接负载的 最大输出电流，超过此值会使输出高电平下降。IOH表示电路的拉 电流负载能力。 （3）输出低电平UOL ：TTL与非门的输入全为高电平时的输出电 平。产品规范值UOL≤0.4V，标准低电平USL＝0.4V。 （4）低电平输出电流IOL：输出为低电平时，外接负载的最大输出 电流，超过此值会使输出低电平上升。IOL表示电路的灌电流负载 能力。 （5）扇出系数NO：指一个门电路能带同类门的最大数目，它表示 门电路的带负载能力。一般TTL门电路NO≥8，功率驱动门的NO可 达25。 （6）最大工作频率fmax：超过此频率电路就不能正常工作。
Y
1 2 3
74LS04 4 5 6 7
1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND TTL 反相器电路 6 反相器 74LS04 的引脚排列图
①A=0时，T2、T5截止，T3、T4导通，Y=1。 ②A=1时，T2、T5导通，T3、T4截止，Y=0。
YA
TTL或非门
+VCC R1 T1 R'1 B T '1 T '2 TTL 或非门电路 R2 T3 A T2 R3 R5 T4 T5 R4 VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 14 13 12 11 10 9 8
YA
2.3 TTL集成门电路
1、TTL与非门
+VCC(+5V) R1 3kΩ A B T1 R2 750Ω T3 T2 R3 360Ω R5 3kΩ R4 100Ω T4 T5
+VCC(+5V) Y
A D1 D2 R1 3kΩ b1 D3 c1
B
TTL 与非门电路
T 1 的等效电路
+VCC(+5V) R1 3kΩ
Y
1 2 3
74LS02 4 5 6 7
1Y 1B 1A 2Y 2B 3A GND 74LS02 的引脚排列图
①A、B中只要有一个为1，即高电平，如A＝1，则iB1就会经过T1集 电结流入T2基极，使T2、T5饱和导通，输出为低电平，即Y＝0。
②A＝B＝0时，iB1、i'B1均分别流入T1、T'1发射极，使T2、T'2、T5均 截止，T3、T4导通，输出为高电平，即Y＝1。
Y A B
TTL与或非门
+VCC R1 T1 R'1 T '1 T '2 R2 T3 A B T2 R3 R5 T4 T5 Y 1 2 3 R4 VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 14 13 12 11 10 9 8
74LS51 4 5 6 7
C D
2A 1A 1B 1C 1D 1Y GND 74LS51 的引脚排列图
uY
0.7V 0.7V 0.7V 5V
D1 D2 导通 导通 导通 截止 截止 导通 截止 截止
Y=AB
A B
&
Y
2、二极管或门
5V A D1 0V B D2 R Y
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
Y
0 1 1 1
3kΩ
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
uY
0V 4.3V 4.3V 4.3V
2.3 CMOS集成门电路
1、CMOS非门
+VDD
+10V TP uA uY S TN (a) 电路 (b) T N 截止、TP 导通 (c) RONN
+VDD
+10V RONP uY 10V
+VDD
+10V S uY 0V
T N 导通、TP 截止
（1）uA＝0V时，TN截止，TP导通。输出电压uY＝VDD＝10V。 （2）uA＝10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY＝0V。
YA
2、CMOS与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门 CMOS与非门 ①A、B当中有一个或全 为低电平时，TN1、TN2 中有一个或全部截止， TP1、TP2中有一个或全 部导通，输出Y为高电 平。 ②只有当输入A、B全为 高电平时，TN1和TN2才会 都导通，TP1和TP2才会都 截止，输出Y才会为低电 平。
TTL 与或非门电路
①A和B都为高电平（T2导通）、或C和D都为高电平（T‘2导通）时， T5饱和导通、T4截止，输出Y=0。 ②A和B不全为高电平、并且C和D也不全为高电平（T2和T‘2同时 截止）时，T5截止、T4饱和导通，输出Y=1。
Y A B C D
与 门
A B
& AB ≥1 A+B
输出Y为高电平。
+VCC(+5V) R1 3kΩ 2.1V
3.6V A
3.6V B
R2 750Ω + T2 0.3V R5 3kΩ T3
R4 100Ω T4 +T 5 + 0.3V 0.7V - -
T1 + 0.7V R3 360Ω
Y
②输入信号全为1：如uA=uB=3.6V 则uB1=2.1V，T2、T5导通，T3、T4截止 输出端的电位为： uY=UCES＝0.3V 输出Y为低电平。
+VDD
TP2 TP1 Y T N1
A
B
T N2
Y A B
CMOS或2D 2Y 14 13 12 11 10 9 8
12
11 10
9
8
74LS00 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3
74LS20 4 5 6 7
1A
1B 1Y
2A 2B 2Y GND
1A 1B NC 1C 1D 1Y GND 74LS20 的引脚排列图
74LS00 的引脚排列图
电路图
逻辑符号
A 0 1
Y 1 0
①uA＝0V时，三极管截止，iB＝0，iC＝0， 输出电压uY＝VCC＝5V ②uA ＝5V时，三极管导通。基极电流为：
5 0.7 iB mA 1mA 4.3
YA
RD 20kΩ
+VDD +10V Y D B A 1 Y
A
G S
电路图
逻辑符号
①当uA＝0V时，由于uGS ＝uA＝0V，小于开启电压UT， 所以MOS管截止。输出电压为uY＝VDD＝10V。 ②当uA＝10V时，由于uGS＝uA＝10V，大于开启电压UT， 所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小， 只有几百欧姆。输出电压为uY≈0V。
1V 0.3V A 3.6V B
R2 750Ω + T 2 0.7V R3 360Ω
R4 100Ω T3 T4 + 0.7VT5
T1
Y
R5 3kΩ
①输入信号不全为1：如uA=0.3V， uB=3.6V
则uB1=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，T3、T4导通
忽略iB3，输出端的电位为： uY≈5―0.7―0.7＝3.6V
D1 D2 截止 截止 截止 导通 导通 截止 导通 导通
Y=A+B
A B
≥1
Y
3、三极管非门
+5V
1kΩ 4.3kΩ
三极管临界饱和时 的基极电流为：
I BS 5 0.3 0.16 mA 30 1
Y
β =40
A
A
1
Y
iB＞IBS，三极管工作 在饱和状态。输出电 压uY＝UCES＝0.3V。
iB＞IBS 发射结正偏 集电结正偏 uBE>0，uBC>0 iC＝ICS uCE ＝UCES＝ 0.3V 很小， 相当开关闭合
3、场效应管的开关特性 +VDD
iD (mA) iD (mA) uGS=10V 8V 6V
RD G ui
D
S
ui
4V 2V 0 UT uGS(V) 0 uDS(V)
工作原理电路 截止状态 +VDD
①74：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于74系列，其典型 电路与非门的平均传输时间tpd＝10ns，平均功耗P＝10mW。
②74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路 与非门的平均传输时间tpd＝6ns，平均功耗P＝22mW。 ③74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电 路与非门的平均传输时间tpd＝3ns，平均功耗P＝19mW。 ④74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的， 其典型电路与非门的平均传输时间tpd＝9ns，平均功耗P＝2mW。 74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是 应用最广的系列。
转移特性曲线
输出特性曲线 +VDD
RD
G D uo=+VDD S
导通状态
G ui>UT
RD
D S uo≈0
ui<UT
2.2 分立元件门电路
1、二极管与门
+VCC(+5V) R 3kΩ
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
Y
0 0 0 1
5V
D1 A D2 B
Y
0V
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
1
Y=AB=AB
1
A B
&
Y
或 门
A B
Y=A+B=A+B
A B
≥1
Y
异 或 门
A B
≥1 ≥1
Y
A B
=1
Y
Y A B A B A B( A B) ( A B )( A B) A B AB A B
4、TTL系列集成电路及主要参数 TTL系列集成电路
74LS00内含4个2输入与非门， 74LS20内含2个4输入与非门。
2、TTL非门、或非门、与或非门、与门、或门及异或门 TTL非门
+VCC R1 3kΩ A T1 R2 750Ω T3 T2 R3 360Ω R5 3kΩ T4 T5 R4 100Ω VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 14 13 12 11 10 9 8
NPN 型三极管截止、放大、饱和 3 种工作状态的特点 工作状态 条 件 偏置情况 工 作 特 点 集电极电流 ce 间电压 ce 间等效电阻 截 止 放 大 饱 和
iB＝0 发射结反偏 集电结反偏 uBE<0，uBC<0 iC＝0 uCE ＝VCC 很大， 相当开关断开
0＜iB＜IBS 发射结正偏 集电结反偏 uBE>0，uBC<0 iC＝β iB uCE ＝VCC－ iCRc 可变
（7）输入开门电平UON：是在额定负载下使与非门的输出电平 达到标准低电平USL的输入电平。它表示使与非门开通的最小输 入电平。一般TTL门电路的UON≈1.8V。 （8）输入关门电平UOFF：使与非门的输出电平达到标准高电平 USH的输入电平。它表示使与非门关断所需的最大输入电平。一 般TTL门电路的UOFF≈0.8V。 （9）高电平输入电流IIH：输入为高电平时的输入电流，也即当 前级输出为高电平时，本级输入电路造成的前级拉电流。 （10）低电平输入电流IIL：输入为低电平时的输出电流，也即当 前级输出为低电平时，本级输入电路造成的前级灌电流。 （11）平均传输时间tpd：信号通过与非门时所需的平均延迟时间。 在工作频率较高的数字电路中，信号经过多级传输后造成的时间 延迟，会影响电路的逻辑功能。 （12）空载功耗：与非门空载时电源总电流ICC与电源电压VCC的 乘积。
数字电子技术
电子 半导体器件的开关特性
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
退出
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。
功能表
真值表
uA uB
0.3V 0.3V 0.3V 3.6V 3.6V 0.3V 3.6V 3.6V
uY
3.6V 3.6V 3.6V 0.3V
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
Y
1 1 1 0
输入有低，输出为高； 输入全高，输出为低。
逻辑表达式
Y A B
VCC 3A 14 13
3B 3Y 4A 4B 4Y
+ + － 0.7V ui =5V RL －
+ u uoo －
ui =0V 时的等效电路 ui＝0V时，二极管截止， 如同开关断开，uo＝0V。
ui =5V 时的等效电路 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。
2、三极管的开关特性
2.1 半导体器件的开关特性
1、二极管的开关特性 ＋ uD 二极管符号： 正极
－
负极
Ui<0.5V时，二 IF 极管截止，iD=0。
UBR
iD (mA)
D + ui － 开关电路
D
0
0.5 0.7
uD (V)
RL
+ uo －
Ui>0.5V时， 二极管导通。
伏安特性
D + ui =0V － RL + uoo u －
TTL与非门主要参数 （1）输出高电平UOH：TTL与非门的一个或几个输入为低电平时 的输出电平。产品规范值UOH≥2.4V，标准高电平USH＝2.4V。 （2）高电平输出电流IOH ：输出为高电平时，提供给外接负载的 最大输出电流，超过此值会使输出高电平下降。IOH表示电路的拉 电流负载能力。 （3）输出低电平UOL ：TTL与非门的输入全为高电平时的输出电 平。产品规范值UOL≤0.4V，标准低电平USL＝0.4V。 （4）低电平输出电流IOL：输出为低电平时，外接负载的最大输出 电流，超过此值会使输出低电平上升。IOL表示电路的灌电流负载 能力。 （5）扇出系数NO：指一个门电路能带同类门的最大数目，它表示 门电路的带负载能力。一般TTL门电路NO≥8，功率驱动门的NO可 达25。 （6）最大工作频率fmax：超过此频率电路就不能正常工作。
Y
1 2 3
74LS04 4 5 6 7
1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND TTL 反相器电路 6 反相器 74LS04 的引脚排列图
①A=0时，T2、T5截止，T3、T4导通，Y=1。 ②A=1时，T2、T5导通，T3、T4截止，Y=0。
YA
TTL或非门
+VCC R1 T1 R'1 B T '1 T '2 TTL 或非门电路 R2 T3 A T2 R3 R5 T4 T5 R4 VCC 3Y 3B 3A 4Y 4B 4A 14 13 12 11 10 9 8
YA
2.3 TTL集成门电路
1、TTL与非门
+VCC(+5V) R1 3kΩ A B T1 R2 750Ω T3 T2 R3 360Ω R5 3kΩ R4 100Ω T4 T5
+VCC(+5V) Y
A D1 D2 R1 3kΩ b1 D3 c1
B
TTL 与非门电路
T 1 的等效电路
+VCC(+5V) R1 3kΩ
Y
1 2 3
74LS02 4 5 6 7
1Y 1B 1A 2Y 2B 3A GND 74LS02 的引脚排列图
①A、B中只要有一个为1，即高电平，如A＝1，则iB1就会经过T1集 电结流入T2基极，使T2、T5饱和导通，输出为低电平，即Y＝0。
②A＝B＝0时，iB1、i'B1均分别流入T1、T'1发射极，使T2、T'2、T5均 截止，T3、T4导通，输出为高电平，即Y＝1。
Y A B
TTL与或非门
+VCC R1 T1 R'1 T '1 T '2 R2 T3 A B T2 R3 R5 T4 T5 Y 1 2 3 R4 VCC 2B 2C 2D 2E 2F 2Y 14 13 12 11 10 9 8
74LS51 4 5 6 7
C D
2A 1A 1B 1C 1D 1Y GND 74LS51 的引脚排列图
uY
0.7V 0.7V 0.7V 5V
D1 D2 导通 导通 导通 截止 截止 导通 截止 截止
Y=AB
A B
&
Y
2、二极管或门
5V A D1 0V B D2 R Y
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
Y
0 1 1 1
3kΩ
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
uY
0V 4.3V 4.3V 4.3V
2.3 CMOS集成门电路
1、CMOS非门
+VDD
+10V TP uA uY S TN (a) 电路 (b) T N 截止、TP 导通 (c) RONN
+VDD
+10V RONP uY 10V
+VDD
+10V S uY 0V
T N 导通、TP 截止
（1）uA＝0V时，TN截止，TP导通。输出电压uY＝VDD＝10V。 （2）uA＝10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY＝0V。
YA
2、CMOS与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门 CMOS与非门 ①A、B当中有一个或全 为低电平时，TN1、TN2 中有一个或全部截止， TP1、TP2中有一个或全 部导通，输出Y为高电 平。 ②只有当输入A、B全为 高电平时，TN1和TN2才会 都导通，TP1和TP2才会都 截止，输出Y才会为低电 平。
TTL 与或非门电路
①A和B都为高电平（T2导通）、或C和D都为高电平（T‘2导通）时， T5饱和导通、T4截止，输出Y=0。 ②A和B不全为高电平、并且C和D也不全为高电平（T2和T‘2同时 截止）时，T5截止、T4饱和导通，输出Y=1。
Y A B C D
与 门
A B
& AB ≥1 A+B
输出Y为高电平。
+VCC(+5V) R1 3kΩ 2.1V
3.6V A
3.6V B
R2 750Ω + T2 0.3V R5 3kΩ T3
R4 100Ω T4 +T 5 + 0.3V 0.7V - -
T1 + 0.7V R3 360Ω
Y
②输入信号全为1：如uA=uB=3.6V 则uB1=2.1V，T2、T5导通，T3、T4截止 输出端的电位为： uY=UCES＝0.3V 输出Y为低电平。
+VDD
TP2 TP1 Y T N1
A
B
T N2
Y A B
CMOS或2D 2Y 14 13 12 11 10 9 8
12
11 10
9
8
74LS00 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3
74LS20 4 5 6 7
1A
1B 1Y
2A 2B 2Y GND
1A 1B NC 1C 1D 1Y GND 74LS20 的引脚排列图
74LS00 的引脚排列图
电路图
逻辑符号
A 0 1
Y 1 0
①uA＝0V时，三极管截止，iB＝0，iC＝0， 输出电压uY＝VCC＝5V ②uA ＝5V时，三极管导通。基极电流为：
5 0.7 iB mA 1mA 4.3
YA
RD 20kΩ
+VDD +10V Y D B A 1 Y
A
G S
电路图
逻辑符号
①当uA＝0V时，由于uGS ＝uA＝0V，小于开启电压UT， 所以MOS管截止。输出电压为uY＝VDD＝10V。 ②当uA＝10V时，由于uGS＝uA＝10V，大于开启电压UT， 所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小， 只有几百欧姆。输出电压为uY≈0V。
1V 0.3V A 3.6V B
R2 750Ω + T 2 0.7V R3 360Ω
R4 100Ω T3 T4 + 0.7VT5
T1
Y
R5 3kΩ
①输入信号不全为1：如uA=0.3V， uB=3.6V
则uB1=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，T3、T4导通
忽略iB3，输出端的电位为： uY≈5―0.7―0.7＝3.6V
D1 D2 截止 截止 截止 导通 导通 截止 导通 导通
Y=A+B
A B
≥1
Y
3、三极管非门
+5V
1kΩ 4.3kΩ
三极管临界饱和时 的基极电流为：
I BS 5 0.3 0.16 mA 30 1
Y
β =40
A
A
1
Y
iB＞IBS，三极管工作 在饱和状态。输出电 压uY＝UCES＝0.3V。
iB＞IBS 发射结正偏 集电结正偏 uBE>0，uBC>0 iC＝ICS uCE ＝UCES＝ 0.3V 很小， 相当开关闭合
3、场效应管的开关特性 +VDD
iD (mA) iD (mA) uGS=10V 8V 6V
RD G ui
D
S
ui
4V 2V 0 UT uGS(V) 0 uDS(V)
工作原理电路 截止状态 +VDD
①74：标准系列，前面介绍的TTL门电路都属于74系列，其典型 电路与非门的平均传输时间tpd＝10ns，平均功耗P＝10mW。
②74H：高速系列，是在74系列基础上改进得到的，其典型电路 与非门的平均传输时间tpd＝6ns，平均功耗P＝22mW。 ③74S：肖特基系列，是在74H系列基础上改进得到的，其典型电 路与非门的平均传输时间tpd＝3ns，平均功耗P＝19mW。 ④74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基础上改进得到的， 其典型电路与非门的平均传输时间tpd＝9ns，平均功耗P＝2mW。 74LS系列产品具有最佳的综合性能，是TTL集成电路的主流，是 应用最广的系列。
转移特性曲线
输出特性曲线 +VDD
RD
G D uo=+VDD S
导通状态
G ui>UT
RD
D S uo≈0
ui<UT
2.2 分立元件门电路
1、二极管与门
+VCC(+5V) R 3kΩ
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
Y
0 0 0 1
5V
D1 A D2 B
Y
0V
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V