第二章 逻辑门电路

第二节 二极管和三极管的部分知识
1.二极管：
该电路在Vi输入低电平ViL=0时，Vo=0.7V，二极管导通，当 ViL=Vcc时，二极管截至，Vo=Vcc。
2.三极管：
（1）、当满足Vbe≥ 0.7V Vc>Ve且Vc>Vb 时三极管处于线形放大区；
存在：ic=βib （2）、当满足Vbe≥ 0.7V Vc>Ve且Vc<Vb时三极管处于饱和区；
在介绍各系列门电路之前，首先要了解最基本的门电路。本门 电路是指能够实现 3 种基本逻辑功能关系的电路， 与门、或门、 非门（又称反相器）。利用与、或、 非门，能构成所有可以想象 出的逻辑电路。如与非门、 或非门、与或非门等。
逻辑门电路的描述有以下 4 种方式：真值表、逻辑表达式、 逻辑图和波形图。这4种描述方法都能反映逻辑门电路输入和输出 变量间的逻辑关系。其实这4种描述方法是等价的，各有其特点且 可以相互转换。在逻辑电路的分析和设计过程中可根据实际情况灵 活选择不同的描述方式。
解：（1）画出等效电路图
R1
+
R2
Vi
Vcc
-
b +
VB
-
RB b
e
e
得：
当Vi=VIL=0V时 当Vi=VHL=5V时
（2）通过计算基极电流IB和深度饱和的基极电流IBS的关判断元件参数配 置是否合理。判断元件参数配置是否合理主要看三极管是否仅仅工作 在截止区和饱和区。 当Vi=0V时，Vb=-2.0V，三极管截止。 当Vi=5V时，Vb=1.8V，三极管导通，如需要判断是否饱和导通。 三极管一导通，则Vbe之间电压降被牵在0.7V，这样可以近似计算出 基极电流Ib为：
00
00
00
10
01
00
01
11
10
00
10
11
11
01
11
11Leabharlann 同等级ABCY
00
0
0
00
1
0
01
0
0
01
1
0
10
0
0
10
1
1
11
0
1
11
1
1
不同等级
2.TTL反相器的电路结构和工作原理
一、电路结构：
由输入级、 中间级和输出级三部分组成的。
R1 4K
A
(VI)
T1
D1
R2 1.6K
T2
R3 1K
Vcc R4 130
存在：ib ≥ （3）、当满足Vbe< 0.7V 时三极管处于截止区；
第三节 最简单的与、非、或门电路
1.二极管与门
下图是由二极管构成的最为简单的与门电路，假设：
Vcc=5V，高电平和低电平的界限为V= 2.8V，高电平输入VIH=3.0V，低 电平输入VIL=0V，则： 对应AB的不同输入的组合有如下表所示结果。通过分析，可以得出： Y=AB
注意：
(1).为了保证在A输入低电平时，三极管可靠截止，在b接一负电源 VEE。
(2).为了保证在A输入高电平时，三极管深度饱和导通，电路参数配 合必须合适。即保证：IB>IBS
例：上图中，若Vcc=5V，VEE=-8V，Rc=1KΩ，R1=3.3KΩ， R2=10KΩ，三极管β=20，饱和压降VCE（sat）=0.1V，输入的高低电平 分别为VIH=5V，VIL=0V，试计算对应输入b点高低电平，并说明电路 参数设计是否合理。
目前几乎都做成单片集成电路；TTL系列门电路是由晶体管— 晶体管构成的门电路，其逻辑状态仅由双极型晶体管实现， 电路 中的二极管只用于电平转移和引出电压， 电阻仅用于分压和限流。 MOS系列门电路是用N沟道或P沟道耗尽型场效应管制成的集成电 路。 若在一个门电路中使用了N沟道和P沟道MOS管互补电路，则 称为CMOS门电路。
A
&
B
& C
& Y
&
同等级多路表决器逻辑图
下图是一个由与非门构成的不同等级多数表决器。由三名裁判， 设A为队长，B、C分别为两名普通裁判，当三名裁判或两名裁判且 其中一名是队长确认（1），则Y=1，其它Y=0。
不同等级多路表决器逻辑图
•
两种逻辑电路输入输出间逻辑关系如表所示
多路表决器真值表
ABC Y
这种与门虽然简单，但也存在缺点：
1.输出的高低电平与输入的高低电平不相等；如果把这个门的输出作为相 同类门的输入，将发生高低电平的偏移。
2当输出端接负载时，会影响输出的高电平。 如下图：
2.二极管或门
下图是由二极管构成的最为简单的或门电路，同样规定： Vcc=5V，高电平和低电平的界限为V= 2.8V，高电平输入VIH=3.0V，
T4 D2 Y
D3 (V0) T5
输入级
倒相级
输出级
T4T5共同组成输出的推拉式结构（图腾柱），有效的降低了输 出级的静态功耗并提高了驱动负载的能力。
(1) 输入级。
输入级由发射极管T1、电阻R1和二极管D1 组成。其作用是将信号Vi 从A端输入。即：完成信号的输入。
(2) 中间级。
中间级由T2、 R2和R3组成。T2的集电极和发射极输出两个相位相反 的信号，作为T3和T5的驱动信号。 (3) 输出级。
深度饱和的基极电流IBS为：
由于IB>IBS所以三极管导通时工作在深度饱和区，所以元件参数配置合理
第四节 TTL集成门电路
集成电路是构成数字电路的基本单元。 逻辑门电路：是指能够实现各种基本逻辑关系的电路， 简称“门电路”
或逻辑元件。 最基本的门电路是与门、或门和非门。利用与、或、非门就可以
构成各种逻辑门。集成门按内部有源器件的不同可分为两大类：一类 为双极型晶体管集成电路，主要有晶体管TTL逻辑、射极耦合逻辑 ECL和集成注入逻辑I2L等几种类型；另一类为单极型MOS集成电路， 包括NMOS、 PMOS和CMOS等几种类型。常用的是TTL和CMOS集 成电路。
集成门电路按其集成度又可分为：小规模集成电路(SSI)、中规 模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路 （VLSI）。
1.实训：
• 下图是一个由与非门构成的同等级多数表决器。由三名裁判， 设A、B、C分别为三名同等级裁判，当三名裁判或两名裁判确 认（1），则Y=1，其它Y=0。
低电平输入VIL=0V，则： 对应AB的不同输入的组合有如下表所示结果。通过分析，可以得出： Y=AB
由二极管构成的或门依然存在上面提到的缺点。
3.三极管非门：
下图是由三极管构成的简单非门，当A（Vi）输入为高电平使b点电位为 0.7V，则三极管导通，Y （Vo）输出低电平，反之，当A（Vi）输入 为低电平使b点电位小于0.7V，则三极管截止，Y （Vo）输出高电平。 从输入和输出的关系来看，正好就是一个非门（反相器）。