第一讲 集成逻辑门

二极管导通(相当于开关闭合) 二极管导通(相当于开关闭合) UD ≈ 0.7 V UD < 0.5 V 2. 外加反向电压(反偏) 外加反向电压(反偏) 二极管截止(相当于开关断开) 二极管截止(相当于开关断开)
ID ≈ 0
二极管的开关作用： 二极管的开关作用： 电路如图所示， [例] 电路如图所示，
3. 2. 3 三极管非门（反相器） 三极管非门（反相器） 一、半导体三极管非门 1. uI = UIL = 0V T 截止
iC + uI Rb iB
4.3 kΩ Ω
+VCC +5V Rc
1 kΩ Ω
uO = UOH = VCC = 5 V
2. uI = UIH = 5V
T导通 导通
T
β = 30
3. 1. 2 半导体二极管的开关特性 一、静态特性 ID/mA -A P区 - 区- -阳极
A
++ ++ 区 + + N区 ++
PN结 结 + UD K
反向 K 截止区 阴极 U(BR)
0
正向 导通区
0.5 0.7
反向 击穿区 硅二极管伏安特性
UD/V
ID
1. 外加正向电压(正偏) 外加正向电压(正偏)
TTL门电路 TTL门电路: 门电路: TTL门电路是晶体管 晶体管逻辑（TransistorTTL门电路是晶体管-晶体管逻辑（Transistor门电路是晶体管Transistor Logic）门电路的简称，这种电路由于 Logic）门电路的简称， 其输入级和输出级均采用晶体三极管而得名。 其输入级和输出级均采用晶体三极管而得名。 特点：工作速度快，驱动能力强，但功耗大， 特点：工作速度快，驱动能力强，但功耗大，集 成度低。 成度低。 MOS门电路 MOS门电路: 门电路: 特点：集成度高，功耗低，抗干扰能力强， 特点：集成度高，功耗低，抗干扰能力强，工作 电压范围宽。 电压范围宽。
第三章 集成逻辑门电路
二极管、 §3.1 二极管、三极管的开关特性 §3.2 分立元件门电路 §3.3 TTL集成逻辑门 集成逻辑门 §3.4 CMOS集成逻辑门 集成逻辑门
§ 3. 1 二极管 、三极管的开关特性 3. 1. 1 理想开关的开关特性 一、 静态特性 I 1. 断开 ROFF = ∞， OFF = 0
3.3 TTL 集成门电路
（Transistor—Transistor Logic） ） 3. 3. 1 TTL 与非门 一、电路组成及工作原理 2. 工作原理
+Ucc通过电阻 2向V3、 通过电阻R 通过电阻 V4提供基极电流，使得 提供基极电流， V3和V4导通，输出电压： 导通，输出电压： 1V 5V
图2-4 三极管开关等效电路 (a) 截止时 (b) 饱和时
二、三极管的开关时间（动态特性） 三极管的开关时间（动态特性）
延迟时间td 上升时间tr 开启时间ton
存储时间ts 下降时间tf 关闭时间toff
(1) 开启时间ton 三极管从截止到饱和所需的时间。 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ts越长） tf ：下降时间 toff > ton 。 开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。
2）当输入端输入全为 ） 高电平3V时 高电平 时 2.1V 3.7V
uB1 = (3+ 0.7)V = 3.7V
V2、V5饱和导通， 饱和导通，
U B 1 = U BC 1 + U BE 2 + U BE 5 = 2 . 1V
1.4V 0.7V
3.3 TTL 集成门电路
（Transistor—Transistor Logic） ） 3. 3. 1 TTL 与非门 一、电路组成及工作原理 2. 工作原理
3. 3. 2 TTL 与非门的特性与参数 一、电压传输特性 是指输出电压跟随 输入电压变化的关 系曲线。 系曲线。 输出高电平：UOH=3.6V 输出高电平： 输出低电平： 输出低电平：UOL=0.3V 开门电平U 开门电平 on：保持输 出电平为低电平时所允 许输入高电平的最小值 Uon=2V
U 2. 闭合 RON = 0， AK = 0 二、动态特性
A S K
1. 开通时间： 开通时间： 闭合） 闭合） ton = 0 （断开 （ 2. 关断时间： 闭合 关断时间： 断开） 断开） toff = 0
几百万/ 几百万/秒
普通开关：静态特性好， 普通开关：静态特性好，动态特性差
半导体开关：静态特性较差， 半导体开关：静态特性较差，动态特性好 几千万/秒 几千万/
§ 3. 2 分立元件门电路
门电路的概念： 实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻 辑门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的 叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器， 等等。 分立元件门电路： 分立元件门电路： 用分立的元件和导线连接起来构成的门电路。 用分立的元件和导线连接起来构成的门电路。 它的带负载能力差，体积大，目前基本上不用。 它的带负载能力差，体积大，目前基本上不用。
+ 0.7 V D D -
uI = − 2 V 或3 V
试判别二极管的工作 状态及输出电压。 状态及输出电压。 [ 解]
+ -
+
uI
uO
-
uI = UI L = − 2 V 二极管截止
uO = 0 V uO = 2.3 V
uI = UI H = 3 V 二极管导通
3. 1. 3 半导体三极管的开关特性 一、静态特性 (电流控制型) 电流控制型) ) 1. 结构、符号和输入、输出特性 (Transistor) 结构、符号和输入、 (1) 结构 )
集电极 collector N 基极 集电结 Байду номын сангаас射结
(2) 符号 ) iB b c iC e NPN
base
P N
发射极 emitter
(3) 输入特性 )
状态 iB / µA 放大 饱和 临界
iB = f (uBE ) uCE
截止 iC / mA
4
0
条 件 发射结正偏 i C= β iB 集电结反偏 uCE ≥ 1V i C ＜ β iB 两个结正偏 I CS= β IBS uBE /V 两个结反偏 iB ≈ 0, iC ≈ 0 50 µA 40µA 放大区 30 µA 20 µA 10 µA 截止区
3.3 TTL 集成门电路
（Transistor—Transistor Logic） ） 3. 3. 1 TTL 与非门 一、电路组成及工作原理 1. 电路组成
输入级
中间级
输出级
3.3 TTL 集成门电路
（Transistor—Transistor Logic） ） 3. 3. 1 TTL 与非门 一、电路组成及工作原理 2. 工作原理
1）当输入端至少有一 个输入为低电平0.3V 0.3V时 个输入为低电平0.3V时， V1的发射结导通，其基 的发射结导通， 极电压u 极电压 B1=1V。 。 1V
此时V 此时 2的基极只有很小的反 向基极电流进入V 的集电极， 向基极电流进入 1的集电极， 0.3V 所以I 所以 c1≈0，V1处于深饱和状 ， 态，Uces1≈0，Uc1 ≈0.3V ， V2、V5截止
+ uO -
UIH − uBE 5 − 0.7 iB = = mA= 1mA Rb 4.3
VCC 5 IBS ≈ mA = 0.17mA = β Rc 30×1
因为 iB > IBS 所以 T 饱和
uO = UOL = 0.3 V
饱和导通条件: 饱和导通条件 iB > IBS
三极管非门: 三极管非门:
2 4
电流关系 uCE = 0
(4) 输出特性
iC = f (uCE) iB
饱 3和 区
2 1 0
iB = 0 u /V CE
6 8
2. 饱和导通条件及饱和时的特点 （1） 饱和导通条件 在三极管工作过程中，若基极电流i 在三极管工作过程中，若基极电流iB大于临界饱 和时的数值I 则一定饱和导通。 和时的数值IBS，则一定饱和导通。 （2） 饱和时的特点 对硅管来说饱和导通以后u ≈0.7V 对硅管来说饱和导通以后uBE≈0.7V， uCE=UCES≈0.3V，如同闭合了的开关。 ≈0.3V 如同闭合了的开关。 3. 截止条件及截止时的特点 （1） 截止条件 <0.5V 管子基本上是截止的， 当uBE<0.5V时，管子基本上是截止的， uBE<UT=0.5V （UT是硅管发射结的死区电压）。 =0.5V 是硅管发射结的死区电压）。 （2） 截止时的特点 三极管截止时，iB≈0、iC≈0，如同断开了的开关。 三极管截止时， ≈0、 ≈0，如同断开了的开关。
§ 3. 2 分立元件门电路
3. 2. 1 二极管与门和或门 一、二极管与门 真值表 +VCC YR 0 0 0 uY 0 1 A B
+10V
电压关系表 uA/V uB/V 0 0 3 3 & 0 3 0 3 Y D1 导通 导通 截止 导通 D2 uY/V 导通 0.7 截止 0.7 导通 0.7 导通 3.7
B Y uY D2 0 33V u0 0 0V B 0V 0V 1 0 1 RO 1 1 0 UD = 0.7 V 1 1 -VSS 1 -10V Y=A+B 符号: 符号 A B
≥1
或门（ Y 或门（AND gate)
3.2.2 关于高低电平的概念
1. 关于高低电平的概念 电位指绝对电压的大小；电平指一定的电压范 围。 高电平和低电平：在数字电路中分别表示两段电 压范围。 例：上面二极管与门电路中规定高电平为≥3V， 低电平≤0.7V。 又如，TTL电路中，通常规定高电平的额定值为 3V，但从2V到5V都算高电平；低电平的额定值为0.3V， 但从0V到0.8V都算作低电平。