23逻辑门电路

压。即输入低电压的最大值。在产品手册中常称为输入低电平电压，用 VIL（max）表示。产品规定VIL（max）≥0.8V。
（4）开门电平电压VON——是指输出电压下降到VOL（max）时对应的输入电
压。即输入高电压的最小值。在产品手册中常称为输入高电平电压，用 VIH（min）表示。产品规定VIH（min）≤2V。
3
2T 2
1
R e2 1kΩ
Vo
3
2T 3
25
（2）采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给负载电容充放电。
+ VC C（ + 5 V ） R c4
T4
1
导通
D 导通
T3
1
截止
3 2
充电
3 2
Vo CL
+ VC C（ + 5 V ） R c4
T4
1
截止
D 截止
T3
1
导通
3 2
3 2
放电
Vo CL
D1 A
B
D2
C
D3
R 3kΩ
P D4
D5
1
R1 4.7kΩ
+VCC（+5V） Rc 1kΩ
3
L
2T
20
3.3 TTL逻辑门电路
一、TTL与非门的基本结构及工作原理
1．TTL与非门的基本结构
+ VC C （ + 5 V ） R
A
NP PN
B
NP
C
NP
+VCC(+5V) R b1
3
A B
T1
C
21
+ VC C（ + 5 V ）
这时T2也饱和导通，
故有VC2=VE2+ VCE2=1V。 使T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻辑功能之一：
Rc2
R b1
1. 6k Ω
4k Ω
1V
1
输入全为高电平时， 输出为低电平。
1
2.1V
1.4V
31
A
B
T1
C
倒置状态
3
2T 2 饱 和
0.7V
1
3.6V
R e2
1K
+ VC C（ + 5 V ） R c4 13 0Ω
12
（3）将RC改为6.8kW，再将Rb改为60kW，重复以上计算。
IB3-600.70.03m8A )(
IBS≈0.029 mA
∵IB＞IBS ∴三极管饱和。
ICICSV RC CC6 1.2 81.7m 6)A (
VOVCE S0.3V
+
由上定例三可极见管，是R否b 饱、和R。C 、β等参数都能决
14
3.2 基本逻辑门电路
一、二极管与门和或门电路
1．与门电路
+ VC C （ + 5V ）
D1 A
D2 B
R 3kΩ
L
A
&
L=A· B
B
15
2．或门电路
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
A
≥1
B
L=A+B
16
二、三极管非门电路
+
V
C
C
（
+ 5V ）
RC
A
Rb 1
3
T
L
2
A1
L=A A
1 L=A
17
二极管与门和或门电路的缺点： （1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值 的情况。 （2）负载能力差
+VCC （+5V）
+VCC （+5V）
D1 0V
D2 5V
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
R 3kΩ
1. 4 V L
18
解决办法： 将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组合起来。
+ VC C （ + 5V ）
+
V
C
C
（
+ 5V ）
D1 A
D2 B
R
RC
3kΩ
LA
Rb 1
3
T
L
2
19
三、DTL与非门电路

R c2
R c4
R b1
1.6kΩ
130Ω
4kΩ
V c2
1
3
T2 4
1
3
A
31
2T 2
D Vo
B
T1
C
Ve2
1
3
2T 3
R e2
1kΩ
输入级
中间级
输出级
22
2．TTL与非门的逻辑关系
（1）输入全为高电平3.6V时。
T2、T3导通，VB1=0.7×3=2.1（V ），
由于T3饱和导通，输出电压为：VO=VCES3≈0.3V
（ a）
（ b）
26
2．TTL与非门传输延迟时间tpd
导通延迟时间tPHL——从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿 的中点所经历的时间。
截止延迟时间tPLH——从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿 的中点所经历的时间。
与非门的传输延迟时间tpd是tPHL和tPLH的平均值。即
tpd
tPLHtPHL 2
(1)加正向电压VF时，二极管导通，管压降VD可忽略。
二极管相当于一个闭合的开关。
D
V
F
IF
RL
(a )
K
V
F
IF
RL
(b)
3
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。
二极管相当于一个断开的开关。
D
V
R
IS
RL
K
V
R
RL
(a )
(b)
可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的开 关。当外加电压vi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。这个转换
1．三极管的三种工作状态
+ VCC
RC
iC
Rb b
c3
1
T
2
+
VI
iB
－
e
iC
VC C/RC
E
IC S D
C
0 .7V
IB 5 IB 4 = IB S IB 3
IB 2
B
IB 1
A IB= 0 v
VC C
CE
（1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压时，IB＝ICBO≈0，IC ＝ICEO≈0，VCE≈VCC，三极管工作在截止区，对应图1.4.5（b）中的A点。
IB31-00.070.02m3A ()
IBSVR CCC610 1200.0m 20)A(
∵IB＞IBS ∴三极管饱和。
ICICSVRCCC11021.2m(A )
+ VI －
Rb
1
100k Ω
+ VC C （ + 1 2 V ） RC 10kΩ
3
T
+
2
VO
-
VOVCE S0.3V
过程就是二极管开关的动态特性。
4
2．二极管开关的动态特性
给二极管电路加入 一个方波信号，电流的 波形怎样呢？
D
+
i
vi
RL
－
(a)
ts为存储时间，tt称为渡 越 时 间 ， tre ＝ ts 十 tt 称 为 反向恢复时间。
5
反向恢复时间：tre＝ts十tt
产生反向恢复过程的原因：
反向恢复时间tre就是存储电荷消散所需要的时间。
3
T2 4 截 止
D截止
Vo 3 0.3V 2T 3 饱和
23
（2）输入有低电平0.3V 时。
该发射结导通，VB1=1V。所以T2、T3都截止。由于T2截止，流过RC2的 电流较小，可以忽略，所以VB4≈VCC=5V ，使T4和D导通，则有：
VO≈VCC-VBE4-VD=5-0.7-0.7=3.6（V）
第三章 逻辑门电路
第三章 逻辑门电路
§3.1 数字电路中的二极管与三极管 §3.2 基本逻辑门电路 §3.3 TTL逻辑门电路 §3.4 MOS逻辑门电路 §3.5 集成逻辑门电路的应用 §3.6 混合逻辑中逻辑符号的变换
2
3.1 数字电路中的二极管与三极管 一、二极管的开关特性
1．二极管的静态特性
（5）阈值电压Vth——电压传输特性的过渡区所对应的输入电压，即决定
电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。 近似地：Vth≈VOFF≈VON
即Vi＜Vth，与非门关门，输出高电平； Vi＞Vth，与非门开门，输出低电平。 Vth又常被形象化地称为门槛电压。Vth的值为1.3V～1.４V。
30
四、TTL与非门的带负载能力
1．输入低电平电流IIL与输入高电平电流IIH
（1）输入低电平电流IIL——是指当负载门电路的输入端
接低电平时，从负载门电路输入端流出的电流。
三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压
7
（2）放大状态：当VI为正值且大于死区电压时，三极管导通。有
IBVI
VBEVI
Rb
Rb
此时，若调节Rb↓，则IB↑，IC↑，VCE↓，工作点沿着负载线由A
点→B点→C点→D点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，
其特点为IC＝β IB。
（2）将RC改为6.8kW，重复以上计算。
图 1.4.6 例 1.4.1电 路
IB不变，仍为0.023mA
IBSVR CCC610 62. 80.0m 29)A(
∵IB＜IBS ∴三极管处在放大状态。 IC IB 6 0 0. 0 12 m .4 3 )A (
V O V C E V C -C I C R C 1- 1 2 6 .4 .2 8V .) 48(
结变为零偏，称为临界饱和状态，对应图（b）中的E点。此时的
集电极电流称为集电极饱和电流，用ICS表示，基极电流称为基极 临界饱和电流，用IBS表示，有:
ICSVCCR-C 0.7V VRCCC
IBS
ICS

VCC
RC
9
若再减小Rb，IB会继续增加，但IC已接近于最大值VCC/RC，不会再增加， 三极管进入饱和状态。饱和时的VCE电压称为饱和压降VCES，其典型
VI －
Rb
1
100k Ω
+ VC C （ + 1 2 V ） RC 10kΩ
3
T
+
2
VO
-
该电路的则饱和条件可写为：
VI Rb
＞
V CC RC
图 1.4.6 例 1.4.1电 路
即在VI一定（要保证发射结正偏）和VCC一定的条件下，Rb越小，
β越大，RC越大，三极管越容易饱和。在数字电路中总是合理
三极管工作在放大状态的条件为：发射结正偏，集电结反偏
+ VCC
RC
iC
Rb b
c3
1
T
+
2
VI
iB
－
e
iC
VC C/RC
E
IC S D
C
0 .7V
IB 5 IB 4 = IB S IB 3
IB 2
B
IB 1
A IB= 0 v
VC C
CE
8
（3）饱和状态：保持VI不变，继续减小Rb，当VCE ＝0.7V时，集电
地选择这几个参数，使三极管在导通时为饱和导通。
13
2．三极管的动态特性
（1）延迟时间td—— 从输入信号vi正跳变的 瞬间开始，到集电极电流iC 上升到0.1ICS所需的时间 （2）上升时间tr—— 集电极电流从0.1ICS上 升到0.9ICS所需的时间。 （3）存储时间ts—— 从输入信号vi下跳变的 瞬间开始，到集电极电流iC 下降到0.9ICS所需的时间。 （4）下降时间tf—— 集电极电流从0.9ICS下降 到0.1ICS所需的时间。
一般TTL与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒～十几个纳秒。
27
三、TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力
1．电压传输特性曲线：Vo=f（Vi）
28
2．几个重要参数
（1V）OH输的出理高论电值平为电3.压6VVO，H—产—品在规正定逻输辑出体高制电中压代的表最逻小辑值“V1O”H（的mi输n）出=2电.4压V。。 （2V）OL输的出理低论电值平为电0.压3VVO，L—产—品在规正定逻输辑出体低制电中压代的表最逻大辑值“V0O”L（的ma输x）出=0电.4压V。。 （3）关门电平电压VOFF——是指输出电压下降到VOH（min）时对应的输入电
值为：VCES≈0.3V。
三极管工作在饱和状态的电流条件为：IB＞ IBS
电压条件为：集电结和发射结均正偏
10
11
例 电路及参数如图1.4.6所示，设输入电压VI=3V，三极管的VBE=0.7V。 （1）若β＝60，试判断三极管是否饱和，并求出IC和VO的值。
解： 根据饱和条件IB＞IBS解题。
工作原理：
（1）当A、B、C全接为高电平5V时，二极管D1～D3都截止，而D4、 D5和T导通，且T为饱和导通， VL=0.3V，即输出低电平。
（2）A、B、C中只要有一个为低电平0.3V时，则VP≈1V，从而使D4、 D5和T都截止，VL=VCC=5V，即输出高电平。
所以该电路满足与非逻辑关系，即： LABC
P Çø
ºÄ ¾¡ ²ã N Çø
(a) +
£-
P Çø ÖÐ µç ×Ó Å¨È¶ ·Ö ²¼ (b)
Ln
N Çø ÖÐ ¿Õ Ѩ Ũȶ ·Ö ²¼
x Lp
同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段 时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多， 一般可以忽略不计。
6
二、三极管的开关特性
D导通
Vo 3 3.6V 2T 3 截止
24
二、TTL与非门的开关速度
1．TTL与非门提高工作速度的原理 （1）采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。
iB 1
R b1
4kΩ
+ VC C Rc2 1 . 6 kΩ
3 .6 V
A B C
1
1V 1 .4 V
31
T1 β iB 1
0 .7 V
0 .3 V
实现了与非门的逻辑功能的另一方面：
输入有低电平时，输出为高电平。
综合上述两种情况，
该电路满足与非的
逻辑功能，即：
3.6V
A
LABC
B
C
1
R b1 4kΩ
5V 1V
31
T1 饱和
0.3V
Rc2 1.6 kΩ
1
4.3V
3
2T 2 截 止
1
R e2 1kΩ
+ VC C R c4 130 Ω
3
T2 4 导 通
29
3．抗干扰能力
TTL门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。同样，它 的输入高低电平也有一个范围，即它的输入信号允许一定的容差， 称为噪声容限。
低电平噪声容限 VNL＝VOFF-VOL（max）＝0.8V-0.4V＝0.4V 高电平噪声容限 VNH＝VOH（min）-VON＝2.4V-2.0V＝0.4V