数字电子技术第三章
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数字电子技术 第三章 逻辑门电路
时，所允许的最大输入低电平，即只有当 U U 时， I OFF 输出才是高电平。
（3）阈值电压UTH。 电压传输特性曲线转折区的中点所对应的输入电压 值--使输出发生高低电平转换的输入电压值，也称 门槛电压。 TTL与非门的阈值电压UTH=1.4V左右。 （4）噪声容限。 保证电路正常输出的前提下，输入电平允许波动 的最大范围。 输入高电平噪声容限UNH： 输入高电平时，保证TTL电路仍可正常输出 的最大允许负向干扰电压。
b
c e
c b + UCES + UBES - e (b)饱和时
(a)截止时
开关等效电路
三极管相当于一个由基极电流控制的开关。
（2）动态特性。
uI U IH
延迟时间td ,上升时间tr 存储时间ts ,下降时间tf 开通时间 ton=td+tr 从截止到饱和所需的时间。
(a)
iC I CS 0.9I CS
1.二极管构成的与门
+5V R A B D1 D2 F A B & F
逻辑状态表
A 0（0V） 0（0V） 1（3V） 1（3V）
B 0（0V） 1（3V） 0（0V） 1（3V）
F 0（0.7V） 0（0.7V） 0（0.7V） 1（3.7V）
与门电路波形图
A B F
2.二极管构成的或门
A B
（3）阈值电压UTH。 电压传输特性曲线转折区的中点所对应的输入电压 值--使输出发生高低电平转换的输入电压值，也称 门槛电压。 TTL与非门的阈值电压UTH=1.4V左右。 （4）噪声容限。 保证电路正常输出的前提下，输入电平允许波动 的最大范围。 输入高电平噪声容限UNH： 输入高电平时，保证TTL电路仍可正常输出 的最大允许负向干扰电压。
b
c e
c b + UCES + UBES - e (b)饱和时
(a)截止时
开关等效电路
三极管相当于一个由基极电流控制的开关。
（2）动态特性。
uI U IH
延迟时间td ,上升时间tr 存储时间ts ,下降时间tf 开通时间 ton=td+tr 从截止到饱和所需的时间。
(a)
iC I CS 0.9I CS
1.二极管构成的与门
+5V R A B D1 D2 F A B & F
逻辑状态表
A 0（0V） 0（0V） 1（3V） 1（3V）
B 0（0V） 1（3V） 0（0V） 1（3V）
F 0（0.7V） 0（0.7V） 0（0.7V） 1（3.7V）
与门电路波形图
A B F
2.二极管构成的或门
A B
(数字电子技术)第3章组合逻辑电路
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高信号处理速度。
降低延迟时间
02
优化电路的逻辑门和传输线，减少信号传输的延迟时间，提高
电路的响应速度。
增加驱动能力
03
适当增加逻辑门的驱动能力，提高信号的传输质量和范围。
降低功耗
选用低功耗元件
选择低功耗的逻辑门、晶体管等元件，从根本 上降低电路的功耗。
动态功耗管理
根据实际需求，动态地开启或关闭部分电路， 实现功耗的智能管理。
实例三：多路选择器
总结词
具有高集成度和低成本优势
详细描述
多路选择器通常采用集成电路工艺制造，具有高集成度和低成本优势。这使得多路选择器在各种电子系统中得到 广泛应用，如计算机、通信设备和消费电子产品等。
实例三：多路选择器
总结词
具有灵活的可扩展性
VS
详细描述
多路选择器的可扩展性非常灵活，可以根 据实际需求选择不同的输入路数和选择控 制方式。此外，多路选择器的输出类型也 可以根据需要进行选择，如单向输出或双 向输出等。这种灵活性使得多路选择器在 各种复杂系统中得到广泛应用。
优化工作模式
合理安排电路的工作模式，如休眠模式、工作模式等，以降低功耗。
05
组合逻辑电路的实例分 析
实例一：简单加法器
总结词
实现二进制加法的基本功能
《数字电子技术》第3章组合逻辑电路
应用场景
数值比较器常用于排序、条件判断和控制系统等 领域。
05 组合逻辑电路在现代电子 系统中的应用
在计算机系统中的应用
地址译码器
将地址信息转换为对应设备的选择信号。
数据选择器/分配器
在多路数据传输过程中，实现数据的选择或 分配。
算术逻辑单元（ALU）
执行计算机中的基本算术和逻辑运算。
在通信系统中的应用
介绍逻辑函数的多种表示方法，如真值表、逻辑表达式、逻辑图、 卡诺图等，并阐述它们之间的转换方法。
逻辑函数的应用
通过实例说明逻辑函数在数字电路中的应用，如组合逻辑电路的分 析和设计等。
逻辑函数的化简
01
逻辑函数化简的意 义
阐述逻辑函数化简的意义和目的， 以及化简后对数字电路性能和成 本的影响。
02
逻辑函数化简的方 法
实现时间的测量和计数功能，用于控制过程的定时和计数。
传感器接口电路
将传感器的模拟信号转换为数字信号，便于计算机进行处理和控制。
在其他领域中的应用
数字仪表
采用组合逻辑电路实现测量、计算和 显示等功能。
娱乐电子产品
如游戏机、音响设备等，采用组合逻 辑电路实现信号的处理和控制。
汽车电子系统
包括发动机控制、安全系统、信息娱 乐系统等，都采用了组合逻辑电路技 术。
逻辑代数的基本定律和公式
数值比较器常用于排序、条件判断和控制系统等 领域。
05 组合逻辑电路在现代电子 系统中的应用
在计算机系统中的应用
地址译码器
将地址信息转换为对应设备的选择信号。
数据选择器/分配器
在多路数据传输过程中，实现数据的选择或 分配。
算术逻辑单元（ALU）
执行计算机中的基本算术和逻辑运算。
在通信系统中的应用
介绍逻辑函数的多种表示方法，如真值表、逻辑表达式、逻辑图、 卡诺图等，并阐述它们之间的转换方法。
逻辑函数的应用
通过实例说明逻辑函数在数字电路中的应用，如组合逻辑电路的分 析和设计等。
逻辑函数的化简
01
逻辑函数化简的意 义
阐述逻辑函数化简的意义和目的， 以及化简后对数字电路性能和成 本的影响。
02
逻辑函数化简的方 法
实现时间的测量和计数功能，用于控制过程的定时和计数。
传感器接口电路
将传感器的模拟信号转换为数字信号，便于计算机进行处理和控制。
在其他领域中的应用
数字仪表
采用组合逻辑电路实现测量、计算和 显示等功能。
娱乐电子产品
如游戏机、音响设备等，采用组合逻 辑电路实现信号的处理和控制。
汽车电子系统
包括发动机控制、安全系统、信息娱 乐系统等，都采用了组合逻辑电路技 术。
逻辑代数的基本定律和公式
数字电子技术课件 第3章_集成逻辑门电路
用高、低电平分别表示二值逻辑的 1和0两种逻辑状态。如果高电平表示 逻辑1，低电平表示逻辑0，这种表示 方法称为正逻辑；
反之，如果高电平表示逻辑0，低 电平表示逻辑1，则称这种表示方法为 负逻辑 。
表3.1. 1电路输入、输出电平
VA VB
VL
LL
H
LH
L
HL
L
HH
L
表3.1.2 正逻辑真值表
VA VB
够大时使得Rd远远大于d、s之 图3.2.9 MOS管开关及输出特性曲线 间的等效电阻时，电路输出为
低电平。
图3.2.10 MOS管开关等效电路
MOS管相当于一个由
vGS 控制的无触点开关，
当输入为低电平时，MOS 管截止，相当于开关“断
开”，输出为高电平。
当输入为高电平时， MOS管工作在可变电阻 区，相当于开关“闭合”， 输出为低电平。
CMOS(Complement Metal-Oxide-Semiconductor)集 成电路出现于20世纪60年代后期，它的优点是功耗极低， 非常适于制作大规模集成电路。随着CMOS制作工艺的进 步，无论在工作速度还是在驱动能力上，目前CMOS电路 都不比TTL电路逊色。
3.2 基本逻辑门电路
3.2.1 二极管的开关特性 3.2.2 三极管的开关特性 3.2.3 MOS管的开关特性 3.2.4 分立元件门电路 3.2.5 组合逻辑门电路
反之，如果高电平表示逻辑0，低 电平表示逻辑1，则称这种表示方法为 负逻辑 。
表3.1. 1电路输入、输出电平
VA VB
VL
LL
H
LH
L
HL
L
HH
L
表3.1.2 正逻辑真值表
VA VB
够大时使得Rd远远大于d、s之 图3.2.9 MOS管开关及输出特性曲线 间的等效电阻时，电路输出为
低电平。
图3.2.10 MOS管开关等效电路
MOS管相当于一个由
vGS 控制的无触点开关，
当输入为低电平时，MOS 管截止，相当于开关“断
开”，输出为高电平。
当输入为高电平时， MOS管工作在可变电阻 区，相当于开关“闭合”， 输出为低电平。
CMOS(Complement Metal-Oxide-Semiconductor)集 成电路出现于20世纪60年代后期，它的优点是功耗极低， 非常适于制作大规模集成电路。随着CMOS制作工艺的进 步，无论在工作速度还是在驱动能力上，目前CMOS电路 都不比TTL电路逊色。
3.2 基本逻辑门电路
3.2.1 二极管的开关特性 3.2.2 三极管的开关特性 3.2.3 MOS管的开关特性 3.2.4 分立元件门电路 3.2.5 组合逻辑门电路
数字电子技术基础第三章
等效电路
二、输出特性
1、高电平输出特性
图3.5.13 TTL反相器高电平 输出等效电路
图3.5.16 TTL反相器高电平 输出特性
2、低电平输出特性
图3.5.16
图3.5.15 TTL反相器低电平 输出特性
TTL反相器低电平输出 特性
例 3.5.2 计算G1门可驱动多少同样 的门电路负载
三、输入端负载特性
VLSI(Very Large Scale Integration)
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
图3.2.1 二极管开关电路
可近似用PN结方程和下图所 示的伏安特性曲线来描述。
i Is ev/VT 1
其中：i为流过二极管的电流。 v为加到二极管两端的电压。
图3.5.25 TTL反相器电源尖峰电流的计算
图3.5.26 电源尖峰电流的近似波形
例3.5.4 计算f=5MHz下电源电流的平均值
P127
3.5.5 其他类型的TTL门电路
一、其他逻辑功能的门 电路
1、与非门
图3.5.27 TTL与非门电路
图3.5.28 多发射极三极管 （a）结构示意图 （b）符号及等效电路
图3.5.9 TTL反相器的典型电路
二、电压传输特性
AB段：截止区。 BC段：线性区。 CD段：转折区。中点为 阈值电压或门槛电压VTH。 DE段：饱和区。
二、输出特性
1、高电平输出特性
图3.5.13 TTL反相器高电平 输出等效电路
图3.5.16 TTL反相器高电平 输出特性
2、低电平输出特性
图3.5.16
图3.5.15 TTL反相器低电平 输出特性
TTL反相器低电平输出 特性
例 3.5.2 计算G1门可驱动多少同样 的门电路负载
三、输入端负载特性
VLSI(Very Large Scale Integration)
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
图3.2.1 二极管开关电路
可近似用PN结方程和下图所 示的伏安特性曲线来描述。
i Is ev/VT 1
其中：i为流过二极管的电流。 v为加到二极管两端的电压。
图3.5.25 TTL反相器电源尖峰电流的计算
图3.5.26 电源尖峰电流的近似波形
例3.5.4 计算f=5MHz下电源电流的平均值
P127
3.5.5 其他类型的TTL门电路
一、其他逻辑功能的门 电路
1、与非门
图3.5.27 TTL与非门电路
图3.5.28 多发射极三极管 （a）结构示意图 （b）符号及等效电路
图3.5.9 TTL反相器的典型电路
二、电压传输特性
AB段：截止区。 BC段：线性区。 CD段：转折区。中点为 阈值电压或门槛电压VTH。 DE段：饱和区。
数字电子技术 第三章 组合逻辑电路
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3.2 编码器及应用
在数字电路中，通常把编码后的二进制数称为代码。 根据编码规则的不同，常用的有二进制代码、二-十进制 代码等。编码器是指能够实现编码功能的组合逻辑电路。 能够实现二进制编码功能的组合逻辑电路称为二进制编码 器，能够实现二-十进制编码功能的组合逻辑电路称为二十进制编码器。
2021/6/10
每次操作只能闭合一只开关，在某只开关闭合前，必 须确保其他开关是断开的。将观察到的发光二极管发光情 况记录于表3.4。
2021/6/10
21
3.2.1 任务描述
图3.10所示是开关SY闭合时，观察到的现象。
图3.10 闭合开关SY时观察到的现象
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22
3.2.2 二进制编码器
1. 编码器的基本功能 二进制编码真值表如表3.5所示。表中，无输入指没有 开关闭合，此时输出的代码为“00”。
3.3 译码器及应用
译码是编码的逆过程。即：将编码器输出的代码所表 示的原来的信号“翻译”出来。实现译码功能的电路称为 译码器。在数字电路中，常用的译码器有二进制译码器、 二-十进制译码器、显示译码器等 。
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3.3.1 任务描述
1. 按图3.17所示连接电路，检查无误后接通电源。
图3.11 3位二进制编码器示意图
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数字电子技术第三章逻辑门电路
A 0 1 0 1
TP 断 断 断 通
TN 断 断 通 断
L 高阻 高阻 1 0
3、为什么要用三态门？ 例：74LS373芯片
8个三态门
373是一块8位 数据锁存，具有三 态输出缓冲的锁存 器。
8位外设总线 接口对应2路输出。
当（1）号芯片有8 为数据要输出时，（2） 芯片必须处在高阻状态； 反之亦然。 这样两个芯片的输出 数据就不会“打架”， 否则输出就会短路，照 成芯片损坏。
3.2 TTL逻辑门电路
5、改进形的TTL与非门
（1）存在问题：
a 拉电流负载 能力问题；
b 开关速度问 题； c 输入保护问 题。
3.2 TTL逻辑门电路
（2）解决方案： a 拉电流负载 能力问题。用 T3、T4构成 射极跟随器。 b 开关速度问 题。用肖特基 管，增加T6。 c 输入保护问 题。增加输入 二级管。
通 通 断 断
断 通 通 通
断 断 通 通
断 通 断 通
通 断 断 断
0 1 1 0
3.1.7 CMOS漏极开路（OD）门电路
（1）电路特点：输出漏极开路。 当A=B=1时，L=0，当AB=0时， L的逻辑1（高电平）靠外接上拉 电阻实现。 （2）两个以上OD门输出相连可以 实现“线与”功能。 （3）上拉电阻R的选择。 1）L=0时极端情况（灌电流全流入 一个门）
数字电子技术基础-第三章--组合逻辑电路
静态0冒险: 在组合逻辑电路中，如果输入 变化前、后稳态输出为0，而转换瞬间出现 1的毛刺，称为静态0冒险
二、静态冒险现象及其产生的原因
我们把门电路两个输入信号同时向相反的逻 辑电平跳变（一个从1变0，另一个从0变1） ，而变化的时间有差异的现象称作竞争。
逻辑表达式和真值表所描述的是静态逻辑关 系，而竞争则发生在从一种稳态到另一种稳 态的过渡过程中
4个信息编成2位代码，假设任一瞬间，4个信 息必须有一个而且只能有一个处于有效状态。
解：（1）约定：信息有效用1表示，无效用0表示 。4个信息分别用I0 、I1 、I2 、I3表示，2位代码用 A1 、A0表示，且对应的关系为：信息I0的编码为 00，信息I1的编码为01，信息I2的编码为10，信息 I3的编码为11。
三、用小规模集成电路实现不完全 描述的组合逻辑电路设计
例3-4 设计一个将余3码变换成8421BCD 码的组合逻辑电路。
（1）约定：用A3 A2 A1 A0表示输入的余3码， 用L3 L2 L1 L0表示输出的8421BCD码。
（2）根据题目要求，列出真值表如表3-5所示 。余3码中，0000，0001，0010，1101， 1110，1111没有使用，所以在真值表中作为无 关项处理。
（2）真值表见表所示，因为有4个输入变量， 所以真值表中共有16行，每行对应了一种变量取 值组合，根据题目中的叙述，其中12种变量取值 组合不会出现，所以视为无关项。
二、静态冒险现象及其产生的原因
我们把门电路两个输入信号同时向相反的逻 辑电平跳变（一个从1变0，另一个从0变1） ，而变化的时间有差异的现象称作竞争。
逻辑表达式和真值表所描述的是静态逻辑关 系，而竞争则发生在从一种稳态到另一种稳 态的过渡过程中
4个信息编成2位代码，假设任一瞬间，4个信 息必须有一个而且只能有一个处于有效状态。
解：（1）约定：信息有效用1表示，无效用0表示 。4个信息分别用I0 、I1 、I2 、I3表示，2位代码用 A1 、A0表示，且对应的关系为：信息I0的编码为 00，信息I1的编码为01，信息I2的编码为10，信息 I3的编码为11。
三、用小规模集成电路实现不完全 描述的组合逻辑电路设计
例3-4 设计一个将余3码变换成8421BCD 码的组合逻辑电路。
（1）约定：用A3 A2 A1 A0表示输入的余3码， 用L3 L2 L1 L0表示输出的8421BCD码。
（2）根据题目要求，列出真值表如表3-5所示 。余3码中，0000，0001，0010，1101， 1110，1111没有使用，所以在真值表中作为无 关项处理。
（2）真值表见表所示，因为有4个输入变量， 所以真值表中共有16行，每行对应了一种变量取 值组合，根据题目中的叙述，其中12种变量取值 组合不会出现，所以视为无关项。
数字电子技术基础 第3章
上例中三极管反相器的工 作波形是理想波形，实际波形 如左图所示。
t
UCE(sat) O
第 3 章 集成逻辑门电路
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二、三极管的动态开关特性
uI
UIH UIL O
iC
0.9IC(sat) 0.1IC(sat) O uO VCC IC(sat) ton toff
UCE(sat) O
从 uI 正跳变开始到 iC 上升到 0.9IC(sat) 所需的时间 ton 称为三极管开通时间。 从uI 负跳变开始到 iC 下降到 0.1IC(sat) 所需的时间 t toff 称为三极管关断时间。 通常 toff > ton 。 在工作频率不高时， 可忽略开关时间，而工作 频率高时，必须考虑开关 t 速度是否合适，否则导致 不能正常工作。 开关时间主要由于电荷 存储效应引起，要提高开关 速度，必须降低三极管饱和 t 深度，加速基区存储电荷的 消散。
0. 3 O
t
第 3 章 集成逻辑门电路
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二、三极管的动态开关特性
uI
UIH
UIL O iC IC(sat) O uO VCC
uI 从 UIH 负跳到 UIL时 ， 三极管不能很快由饱和转变 为截止，而需要经过一段时 t 间才能退出饱和区。
uI 从 UIL 正跳到 UIH 时， 三极管将由截止转变为饱和， iC 从 0 逐渐增大到 IC(sat)，uC t 从 VCC 逐渐减小为 UCE(sat)。
t
UCE(sat) O
第 3 章 集成逻辑门电路
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二、三极管的动态开关特性
uI
UIH UIL O
iC
0.9IC(sat) 0.1IC(sat) O uO VCC IC(sat) ton toff
UCE(sat) O
从 uI 正跳变开始到 iC 上升到 0.9IC(sat) 所需的时间 ton 称为三极管开通时间。 从uI 负跳变开始到 iC 下降到 0.1IC(sat) 所需的时间 t toff 称为三极管关断时间。 通常 toff > ton 。 在工作频率不高时， 可忽略开关时间，而工作 频率高时，必须考虑开关 t 速度是否合适，否则导致 不能正常工作。 开关时间主要由于电荷 存储效应引起，要提高开关 速度，必须降低三极管饱和 t 深度，加速基区存储电荷的 消散。
0. 3 O
t
第 3 章 集成逻辑门电路
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二、三极管的动态开关特性
uI
UIH
UIL O iC IC(sat) O uO VCC
uI 从 UIH 负跳到 UIL时 ， 三极管不能很快由饱和转变 为截止，而需要经过一段时 t 间才能退出饱和区。
uI 从 UIL 正跳到 UIH 时， 三极管将由截止转变为饱和， iC 从 0 逐渐增大到 IC(sat)，uC t 从 VCC 逐渐减小为 UCE(sat)。
《数字电子技术》教学课件(高教社) 第三章 触发器 3.4 边沿触发器
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第3章 触发器
3.4 边沿触发器
3.4 边沿触发器
3.4.1维持阻塞D触发器
维持是指在CP期间，输入发生变化的情况下，使应该开启的门维持畅通 无阻，使其完成预定的操作。
阻塞是指在CP期间，输入发生变化的情况下，使不应开启的门处于关闭 状态，阻止产生不应该的操作。
3.4 边沿触发器
百度文库3.4.1维持阻塞D触发器
维持阻塞触发器一般是在CP脉冲的上升沿接收输入控制信号并改变其状 态，其它时间均处于保持状态。以维持阻塞D触发器为例。其逻辑符号如图310（a）所示。
3.4 边沿触发器
3.4.2 负边沿触发的JK触发器
边沿触发器是利用电路内部门电路的速度差来克服“空翻”的。一般边沿 触发器多采用CP脉冲的下降沿触发，也有少数采用上升沿触发方式。边沿触 发的JK触发器的逻辑符号如图3-11（a）所示。
图3-11 边沿JK触发器 （a）逻辑符号 （b）波形图
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第3章 触发器
3.4 边沿触发器
3.4 边沿触发器
3.4.1维持阻塞D触发器
维持是指在CP期间，输入发生变化的情况下，使应该开启的门维持畅通 无阻，使其完成预定的操作。
阻塞是指在CP期间，输入发生变化的情况下，使不应开启的门处于关闭 状态，阻止产生不应该的操作。
3.4 边沿触发器
百度文库3.4.1维持阻塞D触发器
维持阻塞触发器一般是在CP脉冲的上升沿接收输入控制信号并改变其状 态，其它时间均处于保持状态。以维持阻塞D触发器为例。其逻辑符号如图310（a）所示。
3.4 边沿触发器
3.4.2 负边沿触发的JK触发器
边沿触发器是利用电路内部门电路的速度差来克服“空翻”的。一般边沿 触发器多采用CP脉冲的下降沿触发，也有少数采用上升沿触发方式。边沿触 发的JK触发器的逻辑符号如图3-11（a）所示。
图3-11 边沿JK触发器 （a）逻辑符号 （b）波形图
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精品课件-数字电子技术-第3章
A
G SN
， 截止；
TN (th )
N
u u V U T ＝ － ＝0－10＝－10V ＜
GSP
A
DD
， 导通。简化等
TP (th )
P
u V 效电路如图 1－41（b）所示，输出电压 ＝ ＝10V 。
Y
DD
u u U T ② 当 ＝10V时， ＝10V ＞
A
GSN
， 导通；
TN (th )
N
u u V U T ＝ － ＝10－10＝0V＞
＝
，如果
＝2V ， 则
DD
N
P
TN(t h)
TP(th )
TN (th)
U V U U ＝－2V 。一般情况下都要求电源电压 ＞
＋
TP(th )
DD
TN(t h)
。实际
TP(th)
V 应用中， 通常取5V ，以便与 TTL 电路兼容。 DD
第3
(2) 工作原理：
u u U T ① 当 ＝0V时， ＝0V ＜
第3
(1)小规模集成电路(SmallScaleIntegration,SSI)，每 片组件内包含10~100个元件(或10~20个等效门)
(2)中规模集成电路(MediumScaleIntegration,MSI)，每 片组件内包含100~1000个元件(或20~100个等效门)
数字电子技术 第三章 组合逻辑电路.
法（pF）的电容，利用电容电压不能突变的特性，也 可消除冒险。
28
本章小节
①组合电路的特点：在任何时刻的输出只取决于当时的输入 信号，而与电路原来所处的状态无关。实现组合电路的基础是 逻辑代数和门电路。 ②组合电路的逻辑功能可用逻辑图、真值表、逻辑表达式、 卡诺图和波形图等5种方法来描述，它们在本质上是相通的，可 以互相转换。 ③组合电路的设计步骤：逻辑图→写出逻辑表达式→逻辑表 达式化简→列出真值表→逻辑功能描述。 ④组合电路的设计步骤：列出真值表→写出逻辑表达式或画 出卡诺图→逻辑表达式化简和变换→画出逻辑图。 在许多情况下，如果用中、大规模集成电路来实现组合函数， 可以取得事半功倍的效果。
1. 竞争—冒险现象及其成因
前面分析组合逻辑电路的功能时，都假定输 入信号处于稳定状态（静态）；若输入信号处于 跳变状态（动态），且门电路的传输延迟时间tpd 不能忽略时，组合逻辑电路就有可能产生竞争冒 险—现象。
25
1. 竞争—冒险现象及其成因
竞争：某一输入变量经不同途径传输后，到达电路 中的某一汇合点的时间有先有后，这种现象称为竞 争。
7
解：为了方便写表达式，在图中标注中间变 量，比如F1、F2和F3。 S F2 F3
AF1 BF1 A AB B AB A AB B AB ( A B )( A B ) AB A B A B
28
本章小节
①组合电路的特点：在任何时刻的输出只取决于当时的输入 信号，而与电路原来所处的状态无关。实现组合电路的基础是 逻辑代数和门电路。 ②组合电路的逻辑功能可用逻辑图、真值表、逻辑表达式、 卡诺图和波形图等5种方法来描述，它们在本质上是相通的，可 以互相转换。 ③组合电路的设计步骤：逻辑图→写出逻辑表达式→逻辑表 达式化简→列出真值表→逻辑功能描述。 ④组合电路的设计步骤：列出真值表→写出逻辑表达式或画 出卡诺图→逻辑表达式化简和变换→画出逻辑图。 在许多情况下，如果用中、大规模集成电路来实现组合函数， 可以取得事半功倍的效果。
1. 竞争—冒险现象及其成因
前面分析组合逻辑电路的功能时，都假定输 入信号处于稳定状态（静态）；若输入信号处于 跳变状态（动态），且门电路的传输延迟时间tpd 不能忽略时，组合逻辑电路就有可能产生竞争冒 险—现象。
25
1. 竞争—冒险现象及其成因
竞争：某一输入变量经不同途径传输后，到达电路 中的某一汇合点的时间有先有后，这种现象称为竞 争。
7
解：为了方便写表达式，在图中标注中间变 量，比如F1、F2和F3。 S F2 F3
AF1 BF1 A AB B AB A AB B AB ( A B )( A B ) AB A B A B
《数字电子技术》第3章 组合逻辑电路
干扰信号
冒险的分类
当逻辑函数中有 Y A 形A式出现，就会产
生低电平窄脉冲，这种冒险称为“0”型冒险。
当逻辑Y A函 A数中有 Y A•形A式出现，就会产 生高电平窄脉冲，这种冒险称为“1”型冒险。
2) 竞争冒险的消除
判断冒险的方法
1. 代数法
如果逻辑函数在一定条件下可以简化成 Y A• A
8线-3线优先编码器 输平入有在高设效优I电7的先优编先码级器别中最优高先，级I别6次高之的，信依号此排类斥推级，别I低0最的低输。码。出输以出原
输
入
输出
I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 1×××××××
0 1××××××
功 0 0 1××××× 能 0 0 0 1 ×××× 表 0 0 0 0 1 ×××
S A BC ABC AB C AB C ABC ABC
3.1.4 组合逻辑电路的竞争与冒险
1) 竞争冒险现象及其产生原因
竞争和冒险
组合电路中，若某个变量通过两条以上途 径到达输入端，由于每条路径上的延迟时间不 同，到达逻辑门的时间就有先有后，这种现象 称为竞争。
由于竞争，就有可能使真值表描述的逻辑 关系受到短暂的破坏，在输出端产生错误结果， 这种现象称为冒险。
3.1.2 组合逻辑电路的分析
组合逻辑电路的分析就是根据给定的逻辑 电路图，通过分析得到其逻辑功能。
冒险的分类
当逻辑函数中有 Y A 形A式出现，就会产
生低电平窄脉冲，这种冒险称为“0”型冒险。
当逻辑Y A函 A数中有 Y A•形A式出现，就会产 生高电平窄脉冲，这种冒险称为“1”型冒险。
2) 竞争冒险的消除
判断冒险的方法
1. 代数法
如果逻辑函数在一定条件下可以简化成 Y A• A
8线-3线优先编码器 输平入有在高设效优I电7的先优编先码级器别中最优高先，级I别6次高之的，信依号此排类斥推级，别I低0最的低输。码。出输以出原
输
入
输出
I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 1×××××××
0 1××××××
功 0 0 1××××× 能 0 0 0 1 ×××× 表 0 0 0 0 1 ×××
S A BC ABC AB C AB C ABC ABC
3.1.4 组合逻辑电路的竞争与冒险
1) 竞争冒险现象及其产生原因
竞争和冒险
组合电路中，若某个变量通过两条以上途 径到达输入端，由于每条路径上的延迟时间不 同，到达逻辑门的时间就有先有后，这种现象 称为竞争。
由于竞争，就有可能使真值表描述的逻辑 关系受到短暂的破坏，在输出端产生错误结果， 这种现象称为冒险。
3.1.2 组合逻辑电路的分析
组合逻辑电路的分析就是根据给定的逻辑 电路图，通过分析得到其逻辑功能。
数字电子技术基础第3章
1111
（3-11）
3.1.2 组合电路的基本设计方法
组合逻辑功辑电路的设计是根据给定的实际逻辑问题， 求出实现其逻辑功能的逻辑电路。
一、设计方法 根据要求，设计出适合需要的组合逻辑电路应该遵循 的基本步骤，可以大致归纳如下： 1、进行逻辑抽象 ①分析设计要求，确定输入、输出信号及它们之间的 因果关系。 ②设定变量，即用英文字母表示有关输入、输出信号， 表示输入信号者称为输入变量，有时也简称为变量，表 示输出信号者称为输出变量，有时也称为输出函数或简 称函数。
FABACBC
（3-10）
第二步：原式可变换为
F A B A C B C A B + A C + B C
第三步：列出真值表如表所示。
第四步：确定电路的逻辑 功能。
由真值表可知，三个变量
输入Ａ，Ｂ，Ｃ，只有两个
及两个以上变量取值为1时， 输出才为1。可见电路可实现 多数表决逻辑功能。
ABCF 0000 0100 0010 0111 1000 1011 1101
（3-22）
练习：设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。 正常情况下，红、黄、绿只有一个亮，否则视为故障 状态，发出报警信号，提醒有关人员修理。
[解] 3. 画逻辑图
R
Z RYGRY
1
RGY G Y
1
G 1
数字电子技术第3章门电路
四. 双极性三极管的基本开关电路
① 当VI=0时, T截止： ② IB = 0 ③ IC = ICEO 0
vo = voH = vcc ② 当VI >Von时,T导通：
(3.5.1)
vo = vCE = vcc -icRc
= vcc -βiBRc
(3.5.2)
电压放大倍数：
数字电子技术第3章门电路
返回
[例3.3.3] 为保证门G1输出的高、低电平能正确地传 送到门G2的输入端，要求vo1=VOH时vI2≥VIH(min), vO1=VOL时vI2≤ VIL(max)，试计算Rp的最大允许值是多 少。已知G1 、 G2均为74系列反相器。
Rp 例3.3.3的电路
解：vo1=VOH ，vI2≥VIH(min)时
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
• A、B中有一个 30V
或一个以上为
低电平0V时， 3V
03.7V
则输出Y就为低 电平0.7V
• 只有A、B全 为高电平3V，
则输出Y才为 高电平3.7V
AB Y
0V 0V 0.7V 0V 3V 0.7V 3V 0V 0.7V 3V 3V 3.7V
图3.2.5 二极管与门
五、动态开关特性
从二极管已知，PN 结存在电容效应。
在饱和与截止两个 状态之间转换时， iC的变化将滞后于VI， 则VO的变化也滞后 于VI。
数字电子技术3章
CI是栅极输入电容，约为几皮法。
3.3.2 CMOS反相器的工作原理 一、电路结构
+VDD
+10V TP vA vY S TN (a) 电路 (b) TN 截止、TP 导通 (c) RONN
+VDD
+10V RONP vY 10V
+VDD
+10V S 0V vY
TN 导通、TP 截止
(1)vA＝0V时,TN截止,TP导通。输出电压vY＝VDD＝10V。 (2)vA＝10V时，TN导通，TP截止。输出电压vY＝0V。
三、输入端噪声容限：P82
在保证输出高、低电平基本不变(变化的大小不超过规 定的允许限度)的条件下，允许输入信号的高、低电平有 一个波动范围，这个范围称为输入端的噪声容限。
计算方法： 输入高电平噪声容限
VNH VOH (min) VIH (min)
输入低电平噪声容限
VNL VIL(max) VOL(max)
二、交流噪声容限
三、动态功耗
3.3.5 其他类型的CMOS门电路
一、 CMOS与非门
+VDD
TP2 TP1 Y TN1
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。
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1. 静态特性及开关等效电路 正向导通时 UD(ON)≈0.7V（硅） 0.3V（锗） RD≈几Ω ～几十Ω 相当于开关闭合
图3-1 二极管的伏安特性曲线
2020/3/31
5
反向截止时 反向饱和电流极小 反向电阻很大（约几百kΩ） 相当于开关断开
2020/3/31
图3-1 二极管的伏安特性曲线
6
开启电压
第3章 逻辑门电路
3.1 二极管及三极管的开关特性 3.2 简单的与、或、非门电路 3.3 TTL门电路
2020/3/31
1
3.1 二极管及三极管的开关特性
数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管工作 在开关状态。
导通状态：相当于开关闭合 截止状态：相当于开关断开。
逻辑变量←→两状态开关： 在逻辑代数中逻辑变量有两种取值：0和1； 电子开关有两种状态：闭合、断开。
（a）电路 （b）输出特性曲线
9
(1) 截止状态
条件：发射结反偏 特点：电流约为0
2020/3/31
开关等效电路
10
(2)饱和状态
条件：发射结正偏，集电结正偏 特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅
2020/3/31
11
图3-4 三极管开关等效电路 (a) 截止时 (b) 饱和时
2020/3/31
F＝A+ B
图3-7 二极管或门
（a）电路 （b）逻辑符号 （c）工作波形
2020/3/31
21
3.2.3 关于高低电平的概念及状态赋值
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
用逻辑1表示高电平（此例为≥+2.3V） 用逻辑0表示低电平（此例为≤0V）
4. 真值表
表3-2 二极管或门的真值表
A
B
F
0V
0V 0V
0V
3V 2.3V
3V
0V 2.3V
3V
3V 2.3V
A BF 0 00 0 11 1 01 1 11
2020/3/31
A、B有1，F就1。
可见实现了或逻辑
20
5. 逻辑符号 6. 工作波形 7. 逻辑表达式
半导体二极管、三极管和MOS管，则是构成这 种电子开关的基本开关元件。
2020/3/31
2
理想开关的开关特性：
(1) 静态特性： 断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻 ROFF = 无穷，电流IOFF = 0。
闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻 RON = 0，电压UAK = 0。
(2) 动态特性：开通时间 ton = 0 关断时间 toff = 0
若输入信号频率过高，二极管会双向导通，失 去单向导电作用。因此高频应用时需考虑此参数。
2020/3/31
8
3.1.2 三极管的开关特性
1. 静态特性及开关等效电路 在数字电路中，三极管作为开关元件，主要
工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极 短暂的过渡状态。
图3-3三极管的三种工作状态
2020/3/31
图3-1 二极管的伏安特性曲线
理想化 伏安特 性曲线
图3-2 二极管的开关等效电路
(a) 导通时 (b) 截止时
2020/3/31
7
2. 动态特性：
二极管从截止变为导通和从导通变为截止都需 要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。
反向恢复时间tre ：二极管从导通到截止所需的时 间。
一般为纳秒数量级（通常tre ≤5ns ）。
2020/3/31 （a）电路 （b）逻辑符号 （c）工作波形
18
3.2.2 二极管或门电路
1. 电路
2. 工作原理
A、B为输入信号（+3V或0V） F 为输出信号
2020/3/31
电路输入与输出电压的关系
A
B
F
0V
0V 0V
0V
3V 2.3V
3V
0V 2.3V
3V
3V 2.3V
19
3. 逻辑赋值并规定高低电平
4. 真值表
表3-2 二极管与门的真值表
A
B
F
0V
0V 0.7V
0V
3V 0.7V
3V
0V 0.7V
3V
3V 3.7V
A
BF
0
00
0
10
1
00
1
11
2020/3/31
A、B全1， F才为1。
可见实现了与逻辑
17
5. 逻辑符号
6. 工作波形(又一种表示逻辑功能的方法）
7. 逻辑表达式
F＝A B
图3-6 二极管与门
分立元件门电路和集成门电路:
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。简单、经济、功耗低，负载差。
集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都
制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了
集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门
电路。 2020/3/31
Hale Waihona Puke Baidu15
3.2.1 二极管与门电路
12
2. 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
2020/3/31
图3-5 三极管的开关时间
存储时间ts 下降时间tf 关闭时间13toff
(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。
1. 电路
2020/3/31
2. 工作原理
A、B为输入信号 （+3V或0V）
F 为输出信号 VCC＝+12V
表2-1 电路输入与输出电压的关系
A
B
F
0V
0V 0.7V
0V
3V 0.7V
3V
0V 0.7V
3V
3V 3.7V
16
3. 逻辑赋值并规定高低电平
用逻辑1表示高电平（此例为≥+3V） 用逻辑0表示低电平（此例为≤0.7V）
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
toff > ton 。 开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。
2020/3/31
14
3.2 简单的与、或、非门电路
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。
2020/3/31
3
客观世界中，没有理想开关。 乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分 接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电 路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。 半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用 时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。
2020/3/31
4
3.1.1 二极管的开关特性
图3-1 二极管的伏安特性曲线
2020/3/31
5
反向截止时 反向饱和电流极小 反向电阻很大（约几百kΩ） 相当于开关断开
2020/3/31
图3-1 二极管的伏安特性曲线
6
开启电压
第3章 逻辑门电路
3.1 二极管及三极管的开关特性 3.2 简单的与、或、非门电路 3.3 TTL门电路
2020/3/31
1
3.1 二极管及三极管的开关特性
数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管工作 在开关状态。
导通状态：相当于开关闭合 截止状态：相当于开关断开。
逻辑变量←→两状态开关： 在逻辑代数中逻辑变量有两种取值：0和1； 电子开关有两种状态：闭合、断开。
（a）电路 （b）输出特性曲线
9
(1) 截止状态
条件：发射结反偏 特点：电流约为0
2020/3/31
开关等效电路
10
(2)饱和状态
条件：发射结正偏，集电结正偏 特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅
2020/3/31
11
图3-4 三极管开关等效电路 (a) 截止时 (b) 饱和时
2020/3/31
F＝A+ B
图3-7 二极管或门
（a）电路 （b）逻辑符号 （c）工作波形
2020/3/31
21
3.2.3 关于高低电平的概念及状态赋值
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
用逻辑1表示高电平（此例为≥+2.3V） 用逻辑0表示低电平（此例为≤0V）
4. 真值表
表3-2 二极管或门的真值表
A
B
F
0V
0V 0V
0V
3V 2.3V
3V
0V 2.3V
3V
3V 2.3V
A BF 0 00 0 11 1 01 1 11
2020/3/31
A、B有1，F就1。
可见实现了或逻辑
20
5. 逻辑符号 6. 工作波形 7. 逻辑表达式
半导体二极管、三极管和MOS管，则是构成这 种电子开关的基本开关元件。
2020/3/31
2
理想开关的开关特性：
(1) 静态特性： 断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻 ROFF = 无穷，电流IOFF = 0。
闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻 RON = 0，电压UAK = 0。
(2) 动态特性：开通时间 ton = 0 关断时间 toff = 0
若输入信号频率过高，二极管会双向导通，失 去单向导电作用。因此高频应用时需考虑此参数。
2020/3/31
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3.1.2 三极管的开关特性
1. 静态特性及开关等效电路 在数字电路中，三极管作为开关元件，主要
工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极 短暂的过渡状态。
图3-3三极管的三种工作状态
2020/3/31
图3-1 二极管的伏安特性曲线
理想化 伏安特 性曲线
图3-2 二极管的开关等效电路
(a) 导通时 (b) 截止时
2020/3/31
7
2. 动态特性：
二极管从截止变为导通和从导通变为截止都需 要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。
反向恢复时间tre ：二极管从导通到截止所需的时 间。
一般为纳秒数量级（通常tre ≤5ns ）。
2020/3/31 （a）电路 （b）逻辑符号 （c）工作波形
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3.2.2 二极管或门电路
1. 电路
2. 工作原理
A、B为输入信号（+3V或0V） F 为输出信号
2020/3/31
电路输入与输出电压的关系
A
B
F
0V
0V 0V
0V
3V 2.3V
3V
0V 2.3V
3V
3V 2.3V
19
3. 逻辑赋值并规定高低电平
4. 真值表
表3-2 二极管与门的真值表
A
B
F
0V
0V 0.7V
0V
3V 0.7V
3V
0V 0.7V
3V
3V 3.7V
A
BF
0
00
0
10
1
00
1
11
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A、B全1， F才为1。
可见实现了与逻辑
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5. 逻辑符号
6. 工作波形(又一种表示逻辑功能的方法）
7. 逻辑表达式
F＝A B
图3-6 二极管与门
分立元件门电路和集成门电路:
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。简单、经济、功耗低，负载差。
集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都
制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了
集成门电路。现在使用最多的是CMOS和TTL集成门
电路。 2020/3/31
Hale Waihona Puke Baidu15
3.2.1 二极管与门电路
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2. 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
2020/3/31
图3-5 三极管的开关时间
存储时间ts 下降时间tf 关闭时间13toff
(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。
1. 电路
2020/3/31
2. 工作原理
A、B为输入信号 （+3V或0V）
F 为输出信号 VCC＝+12V
表2-1 电路输入与输出电压的关系
A
B
F
0V
0V 0.7V
0V
3V 0.7V
3V
0V 0.7V
3V
3V 3.7V
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3. 逻辑赋值并规定高低电平
用逻辑1表示高电平（此例为≥+3V） 用逻辑0表示低电平（此例为≤0.7V）
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
toff > ton 。 开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。
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3.2 简单的与、或、非门电路
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。
2020/3/31
3
客观世界中，没有理想开关。 乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分 接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电 路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。 半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用 时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。
2020/3/31
4
3.1.1 二极管的开关特性