注电考试最新版教材-第31讲 第十八章集成逻辑门电路(一)

第18章 集成逻辑门电路
大纲要求
2.1 掌握TTL 集成逻辑门电路的组成和特性 2.2 掌握MOS 集成门电路的组成和特性
18.1 半导体器件的开关特性和开关电路 18.1.1 开关特性和开关电路
（1）半导体二极管的开关特性和开关电路 单向导电性：
正向导通——P 、N 间很小的压降，相当于开关闭合。

反向截止——P 、N 间等效很大电阻，相当于开关断开。

二极管的开关特性表现在正向导通和反向截止这样两种不同状态之间的转换过程。

当二极管两端的电压a U ＞b U 时，二极管导通，开关等效电路如图所示，相当于开关闭合；当二极管两端的电压a U ≤b U 时，二极管截止，开关等效电路如图所示，相当于开关断开。

可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压V I 控制的开关。

当外加电压V I 为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在“开”态与“关”态之间转换。

当然，在转换期间，二极管内部电荷有一个“消散”和“建立”过程，需要一定的时间，这个转换过程是二极管开关的动态特性，
动态特性这里不作研究
二极管与门
二极管与门电路如图所示。

由图可知，在输入A 、B 中只有一个（或一个以上）为低电平，则与输入端相连的二极管必然获得正偏电压而导通，使输出F 为低电平，只有所有输入（A,B…）同时为高电平，输出F 才是高电平。

可见，输入对输出呈现与逻辑关系，即F=A ·B ，其逻辑符号如图所示，其真值表如表。

输入端的个数当然可以多于两个，有几个输入端就有几个二极管。

A B F A B
F 0 0 0 1 0 0 0
1
1
1
1
（2）三极管开关等效电路（静态特性）
理想情况下，三极管静态开关等效电路如图所示。

当三极管的输入电压为高电平,即
IH I U V =时，三极管饱和导通，开关等效电路如图，相当于开关闭合；当三极管的输入电压为低电平,即IL I U V =时，三极管截止，开关等效电路如图所示，相当于开关断开。

图三极管开关等效电路
同二极管一样，给三极管加上脉冲信号，三极管将时而截止，时而饱和导通，在“开”态与“关”态之间转换。

三极管在两种状态之间转换时，内部电荷也有一个“消散”和“建立”过程，也需要一定的时间，此时三极管的开关特性是动态特性。

动态特性这里不作研究。

（3） MOS 管开关等效电路
MOS 管是金属—氧化物—半导体场效应管（Metal —Oxide —Semiconductor —Field —Effect —Transistor ）的简称，MOS 管分为N 型MOS 管（记为NMOS 管或TN 管）和P 型MOS 管（记为PMOS 管或TP 管）两大类，TN 管和TP 管又各有增强型和耗尽型两种类型。

以增强型NMOS 管为例，当其栅－源电压GS U ≥2V 时，TN 管导通，因此，TN 管的开启电压V TN ＝2V 。

理想情况下，增强型TN 管导通时的静态开关等效电路如图所示，相当于开关闭合；当TN 管
栅－源电压GS U ＜2V 时，TN 管截止，截止的静态开关等效电路如图所示，相当于开关断开。

图2.1.3 NMOS 管开关等效电路
以增强型PMOS 管为例，当TP 管的栅－源电压GS U ≤-2V 时，TP 管导通，因此，TP 管的开启电压V TP ＝-2V 。

理想情况下，TP 管导通时的静态开关等效电路如图所示，相当于开关闭合；当TP 管的栅－源电压GS U ＞-2V 时，TP 管截止，截止的静态开关等效电路如图所示，相当于开关断开。

18.1.2集成逻辑门电路的性能要求 （1）电压传输特性
电压传输特性是指输出电压u O 随输入电压u I 变化的关系，即u O =f （u I ）。

图为TTL 与非门的电压传输特性。

O
A B
C D E 1
2
3
4
1
2 3
4 u O /V u I /V
O
VT N 截止 10 2
4
6
8
2
4
6 8
u O /V
10
VT N 在饱和区
VT P 可变电阻区
VT N 和VT P 均在饱和区
VT P 在饱和区 VT N 可变电阻区
VT P 截止
u I /V u OL =0
u OH =V DD。