集成逻辑门电路.
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非符号 A
“非”门电路
1
F
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
3.2 TTL集成门电路
分立元件构成的门电路，不但元件多体积 大，而且连线和焊点也太多，因而造成电路 的可靠性较差。随着电子技术的飞速发展及集成工艺的规 模化生产，目前分立元件门电路已经被集成门电路所替代。 采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上 许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线 或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路，这种 特殊的工艺称为集成。集成门电路与分立元件的门电路相 比，不但体积小、重量轻、功耗小、速度快、可靠性高、 而且成本较低、价格便宜，十分方便于安装和调试。 按导电类型和开关元件的不同，集成门电路可分为双极型 集成逻辑门，例如：TTL电路 和单极型（或MOS型）集成 逻辑门，例如：CMOS电路两大类。
逻辑门电路
R3 300Ω
R4 3KΩ
数字电路及逻辑设计
R2 750Ω +UCC 5V R5 100Ω
T1
－UCC
“或”门电路
②输入全部为低电平0时，输入 端上串接的二极管同时导通，输 出F被钳位在低电平“0”。
A B
注意：电路中二极管的极性画法 和与门电路的区别，所有管子都 是按照理想二极管处理的。
逻辑门电路
≥1
F
“或”门逻辑电路图符号
数字电路及逻辑设计
（3) “非” 门
饱和导通 截止不通
A 0V 3V RB1 RB2
3.6V 0.3V
输入级
T1
A B C ( U i)
R1 3KΩ
R2 750Ω
5V R5 100Ω
CC
T2
T3 T4 T5
(U0)
输出级 F
中间级
R3 300Ω
R4 3KΩ
TTL与非门内部电路组成结构图
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
R1 3KΩ R2 750Ω +UCC 5V R5 100Ω
T1
A B C ( U i)
+UCC RC FUCC + 0.3V T
输入变量A 为高电平3V时，三 极管饱和导通，ICRC≈+UCC，因 此输出F为低电平0.3V； 当输入变量A 为低电平0V时， 三极管截止，输出F ≈+UCC，显 然为高电平+UCC。
－UBB
由图可看出，一个“非”门的输 入端只有一个，输出端也只有一个。 “非”门逻辑路图符 号
型号中74是指标准型系列TTL芯片；L指低功耗；S表示肖 特基。其中74LS00中包含四个2输入的与非门；74LS20包括 两个4输入的与非门。芯片中的电源线和“地”线均为公用。
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
(1) TTL与非门的内部结构
逻辑电路的输入端和输出端都采用了半导体晶体管，称之 为Transistor- Transistor-Logic(晶体管-晶体管-逻辑电路)，简 称为TTL，TTL集成逻辑门是目前应用最广泛的集成电路。 1)TTL与非门 +U
（1) “与”门
当门电路用二极管、晶体管和电阻等分立元件构成 时，称为分立元件门电路。目前电子工业的飞速发展和 集成电路的日新月异，分立元件门电路几乎都被集成门 电路所取代。但是，为了更好地理解和掌握基本逻辑门 电路的工作原理和逻辑功能，我们仍用分立元件的门电 路剖析基本逻辑门的电路组成及逻辑功能。
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
两种常用的TTL与非门集成电路芯片管脚排列图
电源
14 13 12 & & 1 2 3 4 5 & 6 7 地 1 2 3 4 5 11 10 9 & & 6 7 地 8 电源 14 13 12 11 10 9 & 8
(a) 74LS00与非门芯片管脚排列图
(b) 74LS20与非门芯片管脚排列图
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
＋UCC R D1
3V A 0V
D2
一个“与”门的输入端至少为两个， 输出端只有一个。 ①输入中只要有一个为低电平0 时，该低电平二极管就会迅速导 通，输出F将被钳位到低电平0； 3V F 其余为高电平的输入端，其端子 0.3V 上串接的二极管呈截止态。 ②输入全部为高电平3V时，输入 端上串接的二极管同时导通，输 出F被钳位在高电平“1”。
B 3V
反偏截止！
“与”门电路
注意：分析过程中与门电路输入 A & 端上串接的二极管，都是按理想 F B 二极管处理的，即导通后管压降 为0V(实际硅管0.7V，锗管0.3V)。 “与”门逻辑电路图符号
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
（2) “或”门
D1
A 0V 3V B 0V
D2
反偏截止！
R
一个“或”门的输入端也是至少为 两个，其输出端只有一个。 ①输入中只要有一个为高电平3V 时，串接其上的二极管则迅速导 通，输出F将被钳位到高电平1； 0.3V F 3V 其余为低电平的输入端，其端子 上串接的二极管呈截止态。
逻辑门电路
R3 300Ω
R4 3KΩ
T5
数字电路及逻辑设计
R2 750Ω +UCC 5V R5 100Ω
T1
A B C ( U i)
R1 3KΩ
T2
T3 T4 T5
(U0)
F
中间级由电阻R2，R3和三极管 T2组成。中间级又称为倒相极， 其作用是从T2的集电极和发射极 同时输出两个相位相反的信号，作为输出极里的三极管T3和T5的 驱动信号，同时控制输出级的T4、T5管工作在截然相反的两个状 态，以满足输出级互补工作的要求。三极管T2还可将前级电流放 大以供给T5足够的基极电流。
T2
T3
T4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(U0)
F
输入级由多发射极晶体管T1和电 阻R1组成。所谓多发射极晶体管， 可看作由多个晶体管的集电极和基 极分别并接在一起，而发射极作为逻辑门的输入端。多个发射极 的发射结可看作是多个钳位二极管，其作用是限制输入端可能出 现的负极性干扰脉冲。Tl的引入，不但加快了晶体管T2储存电荷 的消散，提高了TTL与非门的工作速度，而且实现“与”逻辑作 用。
数字电路及逻辑设计
3.1 基本逻辑门
3.2 TTL集成门电路
3.3 CMOS集成门电路
数字电路及逻辑设计
学习目的与要求
门电路是构成组合逻辑电路的基本单 元，学习中注意理解各种基本逻辑门的 工作原理和逻辑功能。
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
3.1 基本逻辑门
最基本的逻辑关系只有三种，就是我们在第1章向大家 介绍的与逻辑、或逻辑和非逻辑。能够实现上述逻辑关 系的基本逻辑门相应为与门、或门和非门。
“非”门电路
1
F
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
3.2 TTL集成门电路
分立元件构成的门电路，不但元件多体积 大，而且连线和焊点也太多，因而造成电路 的可靠性较差。随着电子技术的飞速发展及集成工艺的规 模化生产，目前分立元件门电路已经被集成门电路所替代。 采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上 许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线 或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路，这种 特殊的工艺称为集成。集成门电路与分立元件的门电路相 比，不但体积小、重量轻、功耗小、速度快、可靠性高、 而且成本较低、价格便宜，十分方便于安装和调试。 按导电类型和开关元件的不同，集成门电路可分为双极型 集成逻辑门，例如：TTL电路 和单极型（或MOS型）集成 逻辑门，例如：CMOS电路两大类。
逻辑门电路
R3 300Ω
R4 3KΩ
数字电路及逻辑设计
R2 750Ω +UCC 5V R5 100Ω
T1
－UCC
“或”门电路
②输入全部为低电平0时，输入 端上串接的二极管同时导通，输 出F被钳位在低电平“0”。
A B
注意：电路中二极管的极性画法 和与门电路的区别，所有管子都 是按照理想二极管处理的。
逻辑门电路
≥1
F
“或”门逻辑电路图符号
数字电路及逻辑设计
（3) “非” 门
饱和导通 截止不通
A 0V 3V RB1 RB2
3.6V 0.3V
输入级
T1
A B C ( U i)
R1 3KΩ
R2 750Ω
5V R5 100Ω
CC
T2
T3 T4 T5
(U0)
输出级 F
中间级
R3 300Ω
R4 3KΩ
TTL与非门内部电路组成结构图
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
R1 3KΩ R2 750Ω +UCC 5V R5 100Ω
T1
A B C ( U i)
+UCC RC FUCC + 0.3V T
输入变量A 为高电平3V时，三 极管饱和导通，ICRC≈+UCC，因 此输出F为低电平0.3V； 当输入变量A 为低电平0V时， 三极管截止，输出F ≈+UCC，显 然为高电平+UCC。
－UBB
由图可看出，一个“非”门的输 入端只有一个，输出端也只有一个。 “非”门逻辑路图符 号
型号中74是指标准型系列TTL芯片；L指低功耗；S表示肖 特基。其中74LS00中包含四个2输入的与非门；74LS20包括 两个4输入的与非门。芯片中的电源线和“地”线均为公用。
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
(1) TTL与非门的内部结构
逻辑电路的输入端和输出端都采用了半导体晶体管，称之 为Transistor- Transistor-Logic(晶体管-晶体管-逻辑电路)，简 称为TTL，TTL集成逻辑门是目前应用最广泛的集成电路。 1)TTL与非门 +U
（1) “与”门
当门电路用二极管、晶体管和电阻等分立元件构成 时，称为分立元件门电路。目前电子工业的飞速发展和 集成电路的日新月异，分立元件门电路几乎都被集成门 电路所取代。但是，为了更好地理解和掌握基本逻辑门 电路的工作原理和逻辑功能，我们仍用分立元件的门电 路剖析基本逻辑门的电路组成及逻辑功能。
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
两种常用的TTL与非门集成电路芯片管脚排列图
电源
14 13 12 & & 1 2 3 4 5 & 6 7 地 1 2 3 4 5 11 10 9 & & 6 7 地 8 电源 14 13 12 11 10 9 & 8
(a) 74LS00与非门芯片管脚排列图
(b) 74LS20与非门芯片管脚排列图
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
＋UCC R D1
3V A 0V
D2
一个“与”门的输入端至少为两个， 输出端只有一个。 ①输入中只要有一个为低电平0 时，该低电平二极管就会迅速导 通，输出F将被钳位到低电平0； 3V F 其余为高电平的输入端，其端子 0.3V 上串接的二极管呈截止态。 ②输入全部为高电平3V时，输入 端上串接的二极管同时导通，输 出F被钳位在高电平“1”。
B 3V
反偏截止！
“与”门电路
注意：分析过程中与门电路输入 A & 端上串接的二极管，都是按理想 F B 二极管处理的，即导通后管压降 为0V(实际硅管0.7V，锗管0.3V)。 “与”门逻辑电路图符号
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
（2) “或”门
D1
A 0V 3V B 0V
D2
反偏截止！
R
一个“或”门的输入端也是至少为 两个，其输出端只有一个。 ①输入中只要有一个为高电平3V 时，串接其上的二极管则迅速导 通，输出F将被钳位到高电平1； 0.3V F 3V 其余为低电平的输入端，其端子 上串接的二极管呈截止态。
逻辑门电路
R3 300Ω
R4 3KΩ
T5
数字电路及逻辑设计
R2 750Ω +UCC 5V R5 100Ω
T1
A B C ( U i)
R1 3KΩ
T2
T3 T4 T5
(U0)
F
中间级由电阻R2，R3和三极管 T2组成。中间级又称为倒相极， 其作用是从T2的集电极和发射极 同时输出两个相位相反的信号，作为输出极里的三极管T3和T5的 驱动信号，同时控制输出级的T4、T5管工作在截然相反的两个状 态，以满足输出级互补工作的要求。三极管T2还可将前级电流放 大以供给T5足够的基极电流。
T2
T3
T4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(U0)
F
输入级由多发射极晶体管T1和电 阻R1组成。所谓多发射极晶体管， 可看作由多个晶体管的集电极和基 极分别并接在一起，而发射极作为逻辑门的输入端。多个发射极 的发射结可看作是多个钳位二极管，其作用是限制输入端可能出 现的负极性干扰脉冲。Tl的引入，不但加快了晶体管T2储存电荷 的消散，提高了TTL与非门的工作速度，而且实现“与”逻辑作 用。
数字电路及逻辑设计
3.1 基本逻辑门
3.2 TTL集成门电路
3.3 CMOS集成门电路
数字电路及逻辑设计
学习目的与要求
门电路是构成组合逻辑电路的基本单 元，学习中注意理解各种基本逻辑门的 工作原理和逻辑功能。
逻辑门电路
数字电路及逻辑设计
3.1 基本逻辑门
最基本的逻辑关系只有三种，就是我们在第1章向大家 介绍的与逻辑、或逻辑和非逻辑。能够实现上述逻辑关 系的基本逻辑门相应为与门、或门和非门。