数字电子技术-第二章上课讲义
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数字电子技术基础-第二章--逻辑门电路基础共71页PPT资料
第二章 逻辑门电路基础
本章主要内容
第一节 二极管、三极管的开关特性 第二节 二极管逻辑门电路 第三节 TTL逻辑门电路 第四节 射极耦合逻辑门电路 第五节 CMOS逻辑门电路 第六节 各种逻辑的门电路之间的接口问题
第一节 二极管、三极管的开关特性
一、二极管的开关特性
（一）二极管的静态开关特性 （二）二极管的动态开关特性
输入信号vi的正半周的宽度要求比较低。 输入信号vi的频率不可太高，由tre时间决定
二、双极型三极管的开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性 （二）双极型三极管的动态开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性
判断三极管工作状态的解题思路：
（1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管 的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三 极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于 饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。
二、正或门电路
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
正逻辑体制
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
A
≥1
B
L=A+B
负逻辑体制呢?
三、非门电路
输入 VA 0V 3V
输出 VL 5V 0.3V
VL
0V 0V 0V
0V 5V 0V
5V 0V 0V
5V 5V 5V
正逻辑体制
本章主要内容
第一节 二极管、三极管的开关特性 第二节 二极管逻辑门电路 第三节 TTL逻辑门电路 第四节 射极耦合逻辑门电路 第五节 CMOS逻辑门电路 第六节 各种逻辑的门电路之间的接口问题
第一节 二极管、三极管的开关特性
一、二极管的开关特性
（一）二极管的静态开关特性 （二）二极管的动态开关特性
输入信号vi的正半周的宽度要求比较低。 输入信号vi的频率不可太高，由tre时间决定
二、双极型三极管的开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性 （二）双极型三极管的动态开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性
判断三极管工作状态的解题思路：
（1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管 的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三 极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于 饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。
二、正或门电路
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
正逻辑体制
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
A
≥1
B
L=A+B
负逻辑体制呢?
三、非门电路
输入 VA 0V 3V
输出 VL 5V 0.3V
VL
0V 0V 0V
0V 5V 0V
5V 0V 0V
5V 5V 5V
正逻辑体制
数字电子技术第2章
① 线与逻辑图
演 示 文 稿 Presentation
A B
&
L1 L=L1 L2
C D
&
L2
线与逻辑图 EXIT EXIT
第2章 逻辑门电路
②
UCC
母线传输
(BUS)
B1
× ×
演 示 文 稿 Presentation
RC
B1
& 1
& 2 E2 B1
& n En B2
选 通 信 号 E1 数字信号1
(5) UOH (min) ：输出高电平的下限值，2.4 V。 输出高电平的下限值， 。 (6) UOL (max) ：输出低电平的上限值，0.4 V。 输出低电平的上限值， 。 (7) IOH (max) ：高电平输出电流（拉电流）的上限值，0.4 mA。 高电平输出电流（拉电流）的上限值， 。 (8) IOL (max) ：低电平输出电流（灌电流）的上限值，-16 mA。 低电平输出电流（灌电流）的上限值， 。 (9) VCC ：电源电压，（ ±5%）V。 电源电压，（ ，（5± ） 。 EXIT EXIT
× × √
VD3 Z VT5
0
EXIT EXIT
第2章 逻辑门电路
A
演 示 文 稿 Presentation
B 0 1 0 1
Z 1 1 1 0
0 0 1 1
Z = AB
EXIT EXIT
第2章 逻辑门电路
2．TTL与非门的电压传输特性 ． 与非门的电压传输特性
TTL与非门的电压传输特性是指其输出电压 O 与非门的电压传输特性是指其输出电压u 与非门的电压传输特性是指其输出电压 与输入电压u 的关系特性。 与输入电压 I的关系特性。
数字电子技术第2章逻辑代数基础简明教程PPT课件
2.2.2 逻辑函数的最小项表达式
最小项通常用m表示，其下标为最小项的编号。编号的方 法如下：在每一个最小项中，原变量取值为1，反变量取 值为0，则每一个最小项对应一组二进制数，该二进制数 所对应的十进制数就是这个最小项的编号。
三变量的最小项编号表
2.2.3 逻辑函数的代数化简法
代数法化简是指直接利用逻辑代数的基本定律和规则，对 逻辑函数式进行变换，消去多余项和多余变量，以获得最 简函数式的方法。判断与或表达式是否最简的条件是： (1) (2) 每个乘积项中变量最少。 代数法化简没有固定的步骤，常用的化简方法有：并项法、 吸收法、消因子法、消项法和配项法5种。
2．最小项的性质 (1) 任何一个最小项，只有一组与之对应的变量组合使其 取值为1，其他各种变量组合均使其取值为0。 (2) n变量的所有最小项之和恒为1。因为无论输入变量如 何取值，总有某个最小项的值为1，因此其和必定为1。 (3) 任意两个最小项之积为0。 (4) 具有逻辑相邻性的两个最小项相加，可合并为一项， 并消去一个不同因子。
数字电子技术
第2章 逻辑代数基础
本章知识结构图
基本定律
逻 辑 代 数 基 础
基本规则
逻辑函数表示方法
逻辑函数化简
代数法
实例电路分析
卡诺图法
第2章 逻辑代数基础
2.1 逻辑代数
2.2 逻辑函数的化简法 2.3 实例电路分析
2.1 逻辑代数
2.1.1 逻辑代数的基本定律和恒等式
1．基本定律
A B C A B A C
(5) 重叠律 (6) 互补律
电子课件《数字电子技术》2第2章 逻辑门电路
如图2-9所示为OC门的电路结构与逻辑符号。
（a）电路结构
（b）逻辑符号
图2-9 OC门电路
OC门电路又称集电极开路与非门电路（Open Collector）， 是一种可以实现线与功能的门电路，它的输出端是三极管集电 极悬空电路。
（1）当输入端不全为1时，uB1 1 V，T2，T5截止，Y 1 。 （2）当输入端全为1时，uB1 2.1 V，T2，T5饱和导通，Y 0 。
图2-3 二极管与门的电路结构图
设输入信号电压为5 V（高电平1）或0 V（低电平0），二极 管为理想元件，则电路的工作原理如下。
（1）当输入端A， B都为高电平1时，二极管D1 ，D2 均处于反 向截止状态，输出端 为高电平1（5 V）。 （2）当输入端 A， B都为低电平0时，二极管 D1 ，D2 均处于正 向导通状态，输出端 为低电平0（0 V）。 （3）当输入端一端为高电平、另一端为低电平时，如A 端为5 V， B端为0 V时，则 D2会优先导通，输出端 Y被钳制在0 V， 输出为低电平0。在 D2的钳位作用下， D1此时处于截止状态。
此时 iB iBS，三极管工作在饱和状态，输出电压 uY uCE 0.3 V。
通过电路实验论证，可得三极管非门电路的工作状态表， 如表2-5所示。
uA
uY
0V
5V
5V
0.3 V
T 截止 导通
表2-5 三极管非门电路工作状态表
由上述可知，在非门电路中，当输入信号为低电平，输出 Y是高电平；当输入信号为高电平，输出Y是低电平，可得非门 电路的逻辑表达式为
（1）在 tF t0 内，正向电流减小。 （2）在 t0 t2 内，反向电流先增大后减小，这段时间 即为反 向恢复时间。 （3）当反向电流由峰值 减小到其10%时，二极管截止。
精品课件-数字电子技术-第2章
第2章 集成逻辑门电路
图2-7 双极型三极管输入特性曲线
第2章 集成逻辑门电路
图2-8 双极型三极管输出特性曲线
第2章 集成逻辑门电路
3. 双极型晶体管的静态特性 在数字逻辑电路中，三极管作为开关元件，工作于饱和区 和截止区。图2-9是一个由双极性晶体管构成的典型的单管共 射放大电路，三极管V的门限电压为Uon，当输入电压ui小于门 限电压Uon时，发射结处于反向偏置，三极管工作于截止状态， iB≈0，iC≈0, uo=UCC。当输入电压ui大于某一数值时，发射 结和集电结均达到正向偏置，三极管工作于饱和状态，饱和导 通的条件为
第2章 集成逻辑门电路
图2-4 (a) 或门电路；(b) 逻辑符号
第2章 集成逻辑门电路
表2-2(a) 二极管或门电平
第2章 集成逻辑门电路
表2-2(b) 二极管或门真值表
第2章 集成逻辑门电路
从真值表分析可知：只要A、B当中有一个是高电平，Y即
为高电平，只有A、B同时为低电平，Y才为低电平， “或”
第2章 集成逻辑门电路
第2章 集成逻辑门电路
2.1 概述 2.2 分立元件逻辑门电路 2.3 TTL集成逻辑门 2.4 CMOS集成逻辑门
第2章 集成逻辑门电路
2.1 概 述
门电路(gate circuit)是构成数字电路的基本单元。所 谓“门”就是一种条件开关，在一定的条件下，它允许信号通 过，条件不满足时，信号无法通过，从而形成高电平和低电平 两种状态。在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是１就是０，在 电子电路中用高、低电平分别表示1 和 0
图2-2 二极管伏安特性的近似方法与等效电路
第2章 集成逻辑门电路
2. 实现与逻辑关系的电路称为与门。最简单的与门可以由二 极管和电阻组成。图2-3(a)所示是有两个输入端的与门电路， 图2-3(b)所示为它的逻辑符号。图中A、B为两个信号输入端， Y为输出端。设UCC=5 V，A、B输入端的高低电平分别为UIH=3 V 和UIL=0 V，二极管VD1、VD2的正向导通压降为UD=0.7 V。输入 端A、B
数字电子技术基础课件第二章：门电路
AB Y 00 0 01 1 10 1 11 1
三、三极管非门
第 二 章 门 电 路
Vi Vo 0V VCC VCC 0.2V
AY 01 10
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。
第 二
（2）负载能力差
章
门 电 路
D1
0V
D2 5V
+VCC （ +5V）
• MOS型工艺可分为NMOS、PMOS、CMOS
一、TTL逻辑门
第
1、TTL反相器的结
二
构和原理
章
门
1）结构
电
路
TTL反相器由三部
分构成：输入级、中
间级和输出级。
2）原理
A为低电平时(0.2V) ，
T1 饱 和 ， VB1≈0.9V ，
第
VB2≈0.2V ， T2 和 T5 截
二
止 ， T4 和 D2 导 通 ， Y
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
+VC.4V L
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。
第 二
+VCC （ +5V）
+V
CC
（
+5V）
章
R
RC
门
3kΩ
电
D1
路
A
LA
Rb 1
3
T
L
2
D2 B
2.4 TTL集成门电路
• 集成电路：把二极管、三极管、电阻和连线都
章
为高电平；
门
电 路
A 为 高 电 平 时 (3.4V) ， VB1≈2.1V ， T1 倒 置 ，
三、三极管非门
第 二 章 门 电 路
Vi Vo 0V VCC VCC 0.2V
AY 01 10
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。
第 二
（2）负载能力差
章
门 电 路
D1
0V
D2 5V
+VCC （ +5V）
• MOS型工艺可分为NMOS、PMOS、CMOS
一、TTL逻辑门
第
1、TTL反相器的结
二
构和原理
章
门
1）结构
电
路
TTL反相器由三部
分构成：输入级、中
间级和输出级。
2）原理
A为低电平时(0.2V) ，
T1 饱 和 ， VB1≈0.9V ，
第
VB2≈0.2V ， T2 和 T5 截
二
止 ， T4 和 D2 导 通 ， Y
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
+VC.4V L
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。
第 二
+VCC （ +5V）
+V
CC
（
+5V）
章
R
RC
门
3kΩ
电
D1
路
A
LA
Rb 1
3
T
L
2
D2 B
2.4 TTL集成门电路
• 集成电路：把二极管、三极管、电阻和连线都
章
为高电平；
门
电 路
A 为 高 电 平 时 (3.4V) ， VB1≈2.1V ， T1 倒 置 ，
数字电子技术基础第二章门电路PPT课件
或门
实现逻辑或运算，当至少 一个输入为高电平时，输 出为高电平；否则输出为 低电平。
非门
实现逻辑非运算，当输入 为高电平时，输出为低电 平；当输入为低电平时， 输出为高电平。
门电路的分类
按功能分类
可分为与门、或门、非门、 与非门、或非门等。
按结构分类
可分为晶体管-晶体管逻辑 门（TTL）、金属氧化物 半导体逻辑门（MOS）等。
实践能力。
02 门电路的基本概念
逻辑门电路
逻辑门电路是数字电路的基本 单元，用于实现逻辑运算。
常见的逻辑门电路有与门、或 门、非门、与非门、或非门等。
逻辑门电路通常由晶体管、电 阻、电容等元件组成，具有高 电平、低电平和高阻态三种输 出状态。
常用逻辑门电路
01
02
03
与门
实现逻辑与运算，当所有 输入都为高电平时，输出 为高电平；否则输出为低 电平。
门电路在其他领域的应用
自动化控制
门电路可以用于实现自动化控制中的逻辑控制、 顺序控制等功能。
电子游戏
门电路可以用于实现电子游戏中的逻辑运算、状 态检测等功能。
智能家居
门电路可以用于实现智能家居中的控制逻辑、传 感器检测等功能。
05 门电路的实例分析
实例一：基本逻辑门电路的应用
基本逻辑门电路
包括与门、或门、非门等，是数字电路中最基本的逻辑单 元。
06 总结与展望
门电路的重要性和作用
门电路是数字电子技术的核心组件，它在数字电路中起到逻辑运算和信号控制的作 用。
门电路能够实现逻辑函数的运算，从而实现各种复杂的逻辑功能，是构成各种数字 系统和电子设备的基础。
门电路在计算机、通信、自动化等领域中有着广泛的应用，对现代科技的发展起着 至关重要的作用。
精品课件-数字电子技术-第2章
第2章 逻辑门电路
(2) 当输入A、B全为高电位时，即当VIH=3.6 V时，V1的 集电极、V2和V5发射极均导通，则V2和V5管处于饱和状态，故 VO=VOL=VCES5=0.3 V。另外，由于VC2=VB3= VCES2+VBE5=0.3+0.7=1 V，此电压不足以使V4导通，故V4处于截
（1） 高电平输出特性。当TTL与非门输出为高电平时，若 在门电路输出端接入负载，这时将有负载电流流出驱动门，好像 是负载从与非门拉走电流，此电流称为拉电流（或高电平输出电 流），如图2-25所示，记为IOH。一般IOH≤0.4 mA
（2） 低电平输出特性。当TTL与非门输出为低电平时，若 在门电路输出端接入负载，这时将有负载电流流入驱动门，好像 是负载向与非门灌入电流，此电流称为灌电流（或低电平输出电 流），如图2-26所示，记为IOL。一般IOL≤8 mA
(2) 低电平输入电流IIL。 IIL为与非门输入低电平时流 出输入端的电流，如图2-24所示，一般IIL≤0.4 mA
第2章 逻辑门电路
图2-23 TTL与非门高电平输入特性
第2章 逻辑门电路
图2-24 TTL与非门低电平输入特性
第2章 逻辑门电路
2） 输出特性是TTL与非门接入负载后，其输出电流与负载的关
(1) 输出逻辑高电平VOH和输出逻辑低电平VOL。 VOH和VOL的典型取值分别为3.6 V和0.3 V，但是，由于器件制 造中存在不可避免的差异，因此通常规定VOH≥3.0 V VOL≤0.3 V。器件手册规定，在额定负载情况下，VOHmin >2.4 V，VOLmax<0.8 V
第2章 逻辑门电路
或更多的输入，但只有一个输出。 通常，输入画在与门的一边，输出画在与门的另一边。两
精品课件-数字电子技术-第2章
第2章 逻辑门电路
图2.2.1 (a) 电路图； (b) 伏安特性曲线
第2章 逻辑门电路
二极管导通时的电阻叫正向电阻， 其值很小， 一般在几 欧至几百欧之间。 因此， 二极管导通时，如同一个具有0.7 V压降而电阻很小的闭合开关， 如图2.2.2为二极管正向导通 时的等效电路。 在数字电路分析中经常采用简化分析的方法， 往往忽略0.7 V压降和正向电阻。
第2章 逻辑门电路
模拟信号一般通过PCM(Pulse Code Modulation)脉码调 制方法量化为数字信号， 即让模拟信号的不同幅度分别对应 不同的二进制值， 例如采用8位编码可将模拟信号量化为 28=256个量级， 实用中常采取24位或30位编码。 数字信号一 般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。 计算机、 计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号， 目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也 有由数字信号转换而得的模拟信号。
脉冲宽度tw占整个周期T的百分数，
第2章 逻辑门电路 图2.1.2 实际的矩形脉冲
第2章 逻辑门电路
一、 1. 什么是数字信号？ 什么是模拟信号？ 在我们所学 过的各种信号中哪些是数字信号， 2. 脉冲信号除了有矩形脉冲和尖脉冲外， 还有哪些
3. 脉冲信号的占空比是否都是1∶2的， 有没有其他比 例的脉冲信号？
第2章 逻辑门电路 图2.2.3 二极管截止时的等效电路
第2章 逻辑门电路
2. 工作在开关状态的二极管除了有导通和截止两种稳定状态 外， 还要在导通和截止之间转换， 这个转换的过程称为二极 管动态过程（或过渡过程）。 当输入电压波形如图2.2.4（a） 时， 理想开关的输出电流波形如图2.2.4（b）所示， 实际 的输出波形如图2.2.4（c）所示。
数字电子技术基础第二章门电路课件
内内电电场场
IF
外加的正向电压有一 部分降落在PN结区，方 向与PN结内电场方向相 反，削弱了内电场。于是， 内电场对多数载流子扩散 运动的阻碍减弱，扩散电 流加大。扩散电流远大于 漂移电流，可忽略漂移电 流的影响，PN结呈现低 阻性。
数字电子技术基础第二章门电路课件
反向截至
PN结 P 外电场 NN
数字电子技术基础第二章门电路课件
• PN节的动态开关特性
– 动态开关特性是指二极管由导通到截止，或由截止到 导通，瞬变状态下的特性
v
动态时，加到两边的电压突
t
然反向时，电流的变化要稍
微滞后，这是因为PN结要建
i
立起足够的电荷梯度后才有
扩散运动
t
数字电子技术基础第二章门电路课件
三极管的开关特性
数字电路中，三极管作为开关使用， 它工作在饱和区和截 止区，对应电路的两个状态
R 1A
0
&
B
&
&
Y
C
&
数字电子技术基础第二章门电路课件
【例3】 三层楼房，楼道只有一盏灯。试设计该楼道灯控制电 路。要求：在每一层均可控制开关。
开关—A、B、C
合——“1” 开——“0”
灯—Y
亮——“1” 灭——“0”
A、B、C Y
000
0
001
010
1
100
011
101 0
110 111 1
CB A Y 0 00 0 001 1 010 1 011 0 10 0 1 10 1 0 110 0 111 1
数字电子技术基础第二章门电路课件
组合逻辑电路设计
（1）根据设计要求，定义输入、输出逻辑变量，并给输 入、输出逻辑变量赋值，即用0和1表示信号的有关 状态；
IF
外加的正向电压有一 部分降落在PN结区，方 向与PN结内电场方向相 反，削弱了内电场。于是， 内电场对多数载流子扩散 运动的阻碍减弱，扩散电 流加大。扩散电流远大于 漂移电流，可忽略漂移电 流的影响，PN结呈现低 阻性。
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反向截至
PN结 P 外电场 NN
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• PN节的动态开关特性
– 动态开关特性是指二极管由导通到截止，或由截止到 导通，瞬变状态下的特性
v
动态时，加到两边的电压突
t
然反向时，电流的变化要稍
微滞后，这是因为PN结要建
i
立起足够的电荷梯度后才有
扩散运动
t
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三极管的开关特性
数字电路中，三极管作为开关使用， 它工作在饱和区和截 止区，对应电路的两个状态
R 1A
0
&
B
&
&
Y
C
&
数字电子技术基础第二章门电路课件
【例3】 三层楼房，楼道只有一盏灯。试设计该楼道灯控制电 路。要求：在每一层均可控制开关。
开关—A、B、C
合——“1” 开——“0”
灯—Y
亮——“1” 灭——“0”
A、B、C Y
000
0
001
010
1
100
011
101 0
110 111 1
CB A Y 0 00 0 001 1 010 1 011 0 10 0 1 10 1 0 110 0 111 1
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组合逻辑电路设计
（1）根据设计要求，定义输入、输出逻辑变量，并给输 入、输出逻辑变量赋值，即用0和1表示信号的有关 状态；
精品课件-数字电子技术-第2章
2.2.3 “与或非”逻辑 “与或非”逻辑是先“与”再“或”最后“非”。其逻辑
表达式为:
(2.2.3)
F AB CD
实现“与或非”逻辑运算的电路叫“与或非门”。 其逻辑符号如图2.2.3所示。
第2章 逻辑代数基础
图 2.2.3 (a) 常用符号;(b) 国外流行符号;(c) 国标符
号
第2章 逻辑代数基础
第2章 逻辑代数基础
图 2.2.4 (a) 常用符号;(b) 国外流行符号;(c) 国标符
号
第2章 逻辑代数基础
2. “同或”逻辑 若两个输入变量A、B取值相同，则输出变量F为1;若A、B 取值不同，则F为0。这种逻辑关系称为“同或”逻辑。其逻辑 表达式为:
F A B AB AB
第2章 逻辑代数基础
由表2.1.3的真值表可知，上述的因果关系属于非逻辑。
其逻辑函数为:
FA
(2.1.3)
这里“－ ”代表求反的运算符号，读作“非”或“反”。
完成“非运算”的电路叫非门或者叫反相器，其逻辑符号
如图2.1.6所示。其中图(a)是我国常用的传统符号，图(b)为
国外流行符号，图(c)为国家标准符号。
果的条件不满足时，结果却发生了。这种因果关系称为逻辑非 (或逻辑反)。
例如，图2.1.5所示的电路中，开关A闭合时，灯泡F不 亮;开关A断开时，灯泡F点亮。表2.1.3(a)、2.1.3(b)表示非 逻辑的真值表。
第2章 逻辑代数基础
图 2.1.5 非逻辑电路图
第2章 逻辑代数基础
表2.1.3 非逻辑真值表
如果以逻辑变量作为输入，以运算结果作为输出，那么当 输入变量的取值确定之后，输出的取值便随之而定。因此，输 出与输入是一种函数关系。这种函数关系称为逻辑函数，写作
表达式为:
(2.2.3)
F AB CD
实现“与或非”逻辑运算的电路叫“与或非门”。 其逻辑符号如图2.2.3所示。
第2章 逻辑代数基础
图 2.2.3 (a) 常用符号;(b) 国外流行符号;(c) 国标符
号
第2章 逻辑代数基础
第2章 逻辑代数基础
图 2.2.4 (a) 常用符号;(b) 国外流行符号;(c) 国标符
号
第2章 逻辑代数基础
2. “同或”逻辑 若两个输入变量A、B取值相同，则输出变量F为1;若A、B 取值不同，则F为0。这种逻辑关系称为“同或”逻辑。其逻辑 表达式为:
F A B AB AB
第2章 逻辑代数基础
由表2.1.3的真值表可知，上述的因果关系属于非逻辑。
其逻辑函数为:
FA
(2.1.3)
这里“－ ”代表求反的运算符号，读作“非”或“反”。
完成“非运算”的电路叫非门或者叫反相器，其逻辑符号
如图2.1.6所示。其中图(a)是我国常用的传统符号，图(b)为
国外流行符号，图(c)为国家标准符号。
果的条件不满足时，结果却发生了。这种因果关系称为逻辑非 (或逻辑反)。
例如，图2.1.5所示的电路中，开关A闭合时，灯泡F不 亮;开关A断开时，灯泡F点亮。表2.1.3(a)、2.1.3(b)表示非 逻辑的真值表。
第2章 逻辑代数基础
图 2.1.5 非逻辑电路图
第2章 逻辑代数基础
表2.1.3 非逻辑真值表
如果以逻辑变量作为输入，以运算结果作为输出，那么当 输入变量的取值确定之后，输出的取值便随之而定。因此，输 出与输入是一种函数关系。这种函数关系称为逻辑函数，写作
数字电子技术课件第二章
例如：开关闭合为 1 晶体管导通为 1 电位高为 1
断开为 0
截止为 0
低为 0
二、逻辑体制
正逻辑体制 规定高电平为逻辑 1、低电平为逻辑 0 负逻辑体制 规定低电平为逻辑 1、高电平为逻辑 0 通常未加说明，则为正逻辑体制
02:02:34
EXIT
2.2 逻辑函数及其表示方法
主要要求：
掌握逻辑代数的常用运算。 理解并初步掌握逻辑函数的建立和表示的方法。 掌握真值表、逻辑式和逻辑图的特点及其相 互转换的方法。
Y AB AB =Ａ⊙B A B
与或表达式(可用 2 个非门、 异或非表达式(可用 1 个异 2 个与门和 1 个或门实现) 或门和 1 个非门实现)
(3) 画逻辑图
设计逻辑电路的基本原则是使电路最简。
02:02:34
EXIT
2.3 逻辑代数的基本定律和规则
主要要求：
掌握逻辑代数的基本公式和基本定律。 了解逻辑代数的重要规则。
02:02:34
EXIT
消去法 运用吸收律 A AB A B ，消去多余因子。
Y AB AC BC AB ( A B)C AB ABC AB C
Y AB AB ABCD ABCD
AB AB CD( AB AB) A B CD A B
0 0 0 1 1 1 1 1
公式法
右式 = (A + B) (A + C)
用分配律展开
= AA + AC + BA + BC
= A + AC + AB + BC
= A (1 + C + B) + BC = A ·1 +BC = A + BC
《数字电子技术 》课件第2章
图 2.3 (a) 多发射极晶体管； (b) 等效形式
(2) 中间级。 中间级由V2、 R2和R3组成。 V2的集电极和 发射极输出两个相位相反的信号， 作为V3和V5的驱动信号。
(3) 输出级。输出级由V3、 V4、 V5和R4、 R5组成， 这种 电路形式称为推拉式电路。 其中， R4为分流电阻， 可以减小 复合管的穿透电流； R5为限流电阻， 防止负载电流过大烧毁 器件。
输入短路电流的典型值约为－1.5 mA。
图 2.5 IIS的计算
(6) 输入漏电流IIH。当UI＞Uth时, 流经输入端的电流称为 输入漏电流IIH， 即V1倒置工作时的反向漏电流。 其值很小， 约为10 μA。
(7) 扇出系数N。扇出系数是以同一型号的与非门作为负 载时， 一个与非门能够驱动同类与非门的最大数目， 通常 N≥8。
2.2.5 TTL门电路的其他类型
1. 集电极开路门（OC 在实际使用中， 可直接将几个逻辑门的输出端相连， 这 种输出直接相连， 实现输出与功能的方式称为线与。 图2.9所 示为实现线与功能的电路。 电路中， 当Y1或Y2只要有一个是 低电平时， Y为低电平； 只有当Y1、 Y2均为高电平时， Y才 为高电平。 即
2. (1) 输入全部为高电平。当输入A、 B、 C均为高电平， 即UIH = 3.6 V时， V1基极电位升高， 从图2.3（b）中可知， V1的基极电位足以使V1的集电结和V2、 V5的发射结导通。 而 V2的集电极压降可以使V3导通，但它不能使V4导通。 V5由V2 提供足够的基极电流而处于饱和状态。 因此输出为低电平:
一般, TTL与非门tpd为3～40 ns。
2.2.3 TTL与非门产品介绍
部分常用中小规模TTL门电路的型号及功能如表2.2所示。 实际应用中， 可根据电路需要选用不同的型号。
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2. 1. 1 理想开关的开关特性
一、 静态特性
A
1. 断开
R OF F， IOF 0 F
2. 闭合 R O N0， U AK 0
S
K
二、动态特性
A
1. 开通时间：
（断开 闭合） ton 0
S
K
2. 关断时间： （闭合 断开） toff 0
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，动态特性好 几百万/秒
10 uDS /V 0 2 4 6 uGS /V 转移特性
2. MOS管的开关作用： N 沟道增强型 MOS 管
RD
20 k
uI G
+VDD
+10V
RD
20 k
D uO
B
uI G
S
+VDD
+10V
RD
20 k
D uO uI G
S
+VDD
+10V
iD
D uO
RON S
开启电压 UTN = 2 V
uI UTN
1. 结构、符号和输入、输出特性(Transistor)
(1) 结构 集电极 collector
基极
base
N 集电结 P 发射结 N
发射极 emitter
(2) 符号
c
iB b
iC
e NPN
(3) 输入特性
状态 iB / µA 放大
iB f(uB E)uC E
饱和 临界
截止0
u电C流E关0系
条件
数字电子技术-第二章
三、高、低电平与正、负逻辑
高电平和低电平是两个不同的可以截然 区别开来的电压范围。
5V 1
2.4V
0 0.8V 0V
5V 0
2.4V
1
0.8V 0V
正逻辑
负逻辑
四、分立元件门电路和集成门电路
1. 分立元件门电路
用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路。
2. 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。
一、 静态特性 (电压控制型) 1. 结构和特性：
(1) N 沟道
iD /mA
iD /mA
漏极 D
可 4变
uGS = 6V
4
uDS = 6V
电
栅极 G
+uGS-
iD + 3
B 衬
uDS -
2 1
底
0
阻 区
恒流区
2 468
源极 S 截止区 漏极特性
3 开启电压
5V
4V 3V
2 UTN = 2 V 1 UTN
常用：CMOS 和 TTL 集成门电路
五、数字集成电路的集成度 一块芯片中含有等效逻辑门或元器件的个数
小规模集成电路 SSI
(Small Scale Integration)
< 10 门/片 或 < 100 元器件/片
中规模集成电路 MSI
10 ~ 99 门/片
(Medium Scale Integration) 或 100 ~ 999 元器件/片
2. 外加反向电压(反偏)
UD 0.5 V
二极管截止(相当于开关断开) ID 0
二极管的开关作用：
[例] 电路如图所示，
+ 0.DD7 V -
uI 2V或 3V 试判别二极管的工作
+
uI
-
+
uO
-
状态及输出电压。
[解] uIUIL2V二极管截止 uO = 0 V uI UIH3V二极管导通 uO = 2.3 V
024
68
半导体三极管的开关作用
+VCC
＋ －
+VCC
Rb b c Rc
＋
e
－
＋
Rb b c Rc ＋＋
＋
ui=UIH
iB≥IBS
0.7V
－
－ e
－0.3Vuces=－0.3V
截止状态等效电路
饱和状态等效电路
2. 1. 4 MOS 管的开关特性
MOS（Mental – Oxide – Semiconductor） 金属 – 氧化物 – 半导体场效应管
uI UTN
uOUOH VDD uOUOL0V
2. 2 分立元器件门电路
2. 2. 1 二极管与门和或门
一、二极管与门
真值表
UD = 0.7 V
+VCC
+10V
AB
303VV uA0 D10
0V30 V
0 uB1
D210
YR0 0 0 uY
0
11 1
Y = AB
电压关系表
uA/V uB/V 00 03 30 33
uOU OH V CC 5V
2.uIUIH 5V T导通
iC Rc
1 k
+
Rb iB
uI 4.3 k
+
T
β = 30
iiCC＜= uiBiCB E1V发集两射电个结结结正反正偏偏偏
I CS= IBS uBE /V
iB ≈ 0, iC ≈ 0
两个结反偏
iC / mA
(4) 输出特性
4
50 µA
饱
3
和 区
40µA 放大区 30 µA
iC f(uC E) iB
2
20 µA 10 µA
1
截止区 iB = 0 uCE /V
大规模集成电路 LSI
100 ~ 9 999 门/片
(Large Scale Integration) 或 1 000 ~ 99 999 元器件/片
超大规模集成电路 VLSI > 10 000 门/片 (Very Large Scale Integration) 或 > 100 000 元器件/片
2. 1 半导体二极管 、三极管 和 MOS 管的开关特性
二、动态特性 1. 二极管的电容效应
结电容 C j 扩散电容 C D
2. 二极管的开关时间
电容效应使二极管 的通断需要一段延 迟时间才能完成
uI
0
t
ton — 开通时间 toff — 关断时间
iD
0
ton t of(ftrr )≤ 5ns
(反向恢复时间)
ton
t t off
2. 1. 3 半导体三极管的开关特性 一、静态特性 (电流控制型)
Y=A+B
电压关系表
uA/V uB/V 00 03 30 33
D1 D2 导通 导通 截止 导通
导通 截止 导通 导通
uY/V 0.7
2.3 2.3 2.3
符号: A ≥1 B
Y 或门（AND gate)
2. 2. 2 三极管非门（反相器） 一、半导体三极管非门
+VCC +5V
1.uIUIL0V T 截止
D1 D2 导通 导通 导通 截止
截止 导通 导通 导通
uY/V 0.7 0.7 0.7 3.7
符号: A & Y 与门（AND gate) B
二、二极管或门
0333VVV 0V303VV
uAA
真D值1 表 B
u0B D20
01
10
Y
0 1 1
uY
RO
UD = 01.7 V1 1 -VSS
-10V
几千万/秒
2. 1. 2 半导体二极管的开关特性
一、静态特性
A 阳极
P区 -;+ ++ ++
N区
PN结
K 阴极
+ UD -
A
K
I D/mA
反向 U (BR) 截止区
0
反向
正向 导通区
0.5 0.7 U D /V
ID
1. 外加正向电压(正偏)
击穿区 硅二极管伏安特性
二极管导通(相当于开关闭合) UD0.7V
一、 静态特性
A
1. 断开
R OF F， IOF 0 F
2. 闭合 R O N0， U AK 0
S
K
二、动态特性
A
1. 开通时间：
（断开 闭合） ton 0
S
K
2. 关断时间： （闭合 断开） toff 0
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，动态特性好 几百万/秒
10 uDS /V 0 2 4 6 uGS /V 转移特性
2. MOS管的开关作用： N 沟道增强型 MOS 管
RD
20 k
uI G
+VDD
+10V
RD
20 k
D uO
B
uI G
S
+VDD
+10V
RD
20 k
D uO uI G
S
+VDD
+10V
iD
D uO
RON S
开启电压 UTN = 2 V
uI UTN
1. 结构、符号和输入、输出特性(Transistor)
(1) 结构 集电极 collector
基极
base
N 集电结 P 发射结 N
发射极 emitter
(2) 符号
c
iB b
iC
e NPN
(3) 输入特性
状态 iB / µA 放大
iB f(uB E)uC E
饱和 临界
截止0
u电C流E关0系
条件
数字电子技术-第二章
三、高、低电平与正、负逻辑
高电平和低电平是两个不同的可以截然 区别开来的电压范围。
5V 1
2.4V
0 0.8V 0V
5V 0
2.4V
1
0.8V 0V
正逻辑
负逻辑
四、分立元件门电路和集成门电路
1. 分立元件门电路
用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路。
2. 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。
一、 静态特性 (电压控制型) 1. 结构和特性：
(1) N 沟道
iD /mA
iD /mA
漏极 D
可 4变
uGS = 6V
4
uDS = 6V
电
栅极 G
+uGS-
iD + 3
B 衬
uDS -
2 1
底
0
阻 区
恒流区
2 468
源极 S 截止区 漏极特性
3 开启电压
5V
4V 3V
2 UTN = 2 V 1 UTN
常用：CMOS 和 TTL 集成门电路
五、数字集成电路的集成度 一块芯片中含有等效逻辑门或元器件的个数
小规模集成电路 SSI
(Small Scale Integration)
< 10 门/片 或 < 100 元器件/片
中规模集成电路 MSI
10 ~ 99 门/片
(Medium Scale Integration) 或 100 ~ 999 元器件/片
2. 外加反向电压(反偏)
UD 0.5 V
二极管截止(相当于开关断开) ID 0
二极管的开关作用：
[例] 电路如图所示，
+ 0.DD7 V -
uI 2V或 3V 试判别二极管的工作
+
uI
-
+
uO
-
状态及输出电压。
[解] uIUIL2V二极管截止 uO = 0 V uI UIH3V二极管导通 uO = 2.3 V
024
68
半导体三极管的开关作用
+VCC
＋ －
+VCC
Rb b c Rc
＋
e
－
＋
Rb b c Rc ＋＋
＋
ui=UIH
iB≥IBS
0.7V
－
－ e
－0.3Vuces=－0.3V
截止状态等效电路
饱和状态等效电路
2. 1. 4 MOS 管的开关特性
MOS（Mental – Oxide – Semiconductor） 金属 – 氧化物 – 半导体场效应管
uI UTN
uOUOH VDD uOUOL0V
2. 2 分立元器件门电路
2. 2. 1 二极管与门和或门
一、二极管与门
真值表
UD = 0.7 V
+VCC
+10V
AB
303VV uA0 D10
0V30 V
0 uB1
D210
YR0 0 0 uY
0
11 1
Y = AB
电压关系表
uA/V uB/V 00 03 30 33
uOU OH V CC 5V
2.uIUIH 5V T导通
iC Rc
1 k
+
Rb iB
uI 4.3 k
+
T
β = 30
iiCC＜= uiBiCB E1V发集两射电个结结结正反正偏偏偏
I CS= IBS uBE /V
iB ≈ 0, iC ≈ 0
两个结反偏
iC / mA
(4) 输出特性
4
50 µA
饱
3
和 区
40µA 放大区 30 µA
iC f(uC E) iB
2
20 µA 10 µA
1
截止区 iB = 0 uCE /V
大规模集成电路 LSI
100 ~ 9 999 门/片
(Large Scale Integration) 或 1 000 ~ 99 999 元器件/片
超大规模集成电路 VLSI > 10 000 门/片 (Very Large Scale Integration) 或 > 100 000 元器件/片
2. 1 半导体二极管 、三极管 和 MOS 管的开关特性
二、动态特性 1. 二极管的电容效应
结电容 C j 扩散电容 C D
2. 二极管的开关时间
电容效应使二极管 的通断需要一段延 迟时间才能完成
uI
0
t
ton — 开通时间 toff — 关断时间
iD
0
ton t of(ftrr )≤ 5ns
(反向恢复时间)
ton
t t off
2. 1. 3 半导体三极管的开关特性 一、静态特性 (电流控制型)
Y=A+B
电压关系表
uA/V uB/V 00 03 30 33
D1 D2 导通 导通 截止 导通
导通 截止 导通 导通
uY/V 0.7
2.3 2.3 2.3
符号: A ≥1 B
Y 或门（AND gate)
2. 2. 2 三极管非门（反相器） 一、半导体三极管非门
+VCC +5V
1.uIUIL0V T 截止
D1 D2 导通 导通 导通 截止
截止 导通 导通 导通
uY/V 0.7 0.7 0.7 3.7
符号: A & Y 与门（AND gate) B
二、二极管或门
0333VVV 0V303VV
uAA
真D值1 表 B
u0B D20
01
10
Y
0 1 1
uY
RO
UD = 01.7 V1 1 -VSS
-10V
几千万/秒
2. 1. 2 半导体二极管的开关特性
一、静态特性
A 阳极
P区 -;+ ++ ++
N区
PN结
K 阴极
+ UD -
A
K
I D/mA
反向 U (BR) 截止区
0
反向
正向 导通区
0.5 0.7 U D /V
ID
1. 外加正向电压(正偏)
击穿区 硅二极管伏安特性
二极管导通(相当于开关闭合) UD0.7V