第3章---逻辑门电路
合集下载
《逻辑门电路》PPT课件
b
电子，形成电流ICN R b
P N I E N I E P
VC C
➢另外，集电结区的少 V B B
数载流子形成漂移电流
e IE
ICBO
两种载流子参与导电——双极性晶体管Bipolar Junction Transistor
2021－09－22
中国科学技术大学 快电子 刘树彬
17
BJT的开关工作状态
《逻辑门电路》PPT课件
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
第三章 逻辑门电路
3.1 MOS逻辑门电路 3.2 TTL逻辑门电路 3.3 射极耦合门电路 3.5 逻辑描述中的几个问题 3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题
7
N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，如磷、砷等
硅原子 + 4
多余电子
+4
磷原子
+4
+4
+4
电子空穴对 自由电子
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
+3;
2021－09－22
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
中国科学技术大学 快电子 刘树彬
施主离子
8
PN结
2021－09－22
中国科学技术大学 快电子 刘树彬
t1
t
IFVFR LVDV RF L
0.1IR t
PPT-第三章逻辑门电路
第三章 逻辑门电路
内容提要
在数字系统中，电路设计完成后，合理正确地选用各种门 电路就表现的尤为重要。本章系统地介绍了数字电路中各种 基本门电路的工作原理及使用中应注意的事项。
在数字电路中的二极管、三极管应工作在开关（导通、 截止）状态，所以首先介绍他们的开关特性，然后用具体 的门电路介绍常用的TTL、CMOS电路的工作原理及电器特 性，重点是输入特性及输出特性，为正确使用这些电路作 好准备。
正逻辑： “1”：表示高电平。
“0”：表示低电平。
一般采用正逻辑关系
负逻辑： “0”：表示高电平。 “1”：表示低电平。
*** 半导体管的开关特性
***晶体二极管的开关特性
VCC
Vi = VCC 二极管截止，Vo = VCC
R D
Vi
VO
Vi = 0 二极管导通，Vo = 0
R
R
二极管导通时相当于短路
A=B=5V ： D1 导 通 、 D2 导 通 ， F=5V ， 合 理 调 整 R1 、 R2 的 值 ， G=正值，T饱和导通，Y≈0
VA（V）
0 0 5 5
VB（V）
0 5 0 5
Y（V）
5 0 0 0
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
*** TTL门电路
Transistor-Transistor Logic
二极管截止时相当于开路
R
R
*** 晶体三极管的开关特性
Vi 低电平， 三极管截止，Vo≈ VCC
Vi 高电平， 三极管饱和导通，Vo≈0
C B
E
C B
内容提要
在数字系统中，电路设计完成后，合理正确地选用各种门 电路就表现的尤为重要。本章系统地介绍了数字电路中各种 基本门电路的工作原理及使用中应注意的事项。
在数字电路中的二极管、三极管应工作在开关（导通、 截止）状态，所以首先介绍他们的开关特性，然后用具体 的门电路介绍常用的TTL、CMOS电路的工作原理及电器特 性，重点是输入特性及输出特性，为正确使用这些电路作 好准备。
正逻辑： “1”：表示高电平。
“0”：表示低电平。
一般采用正逻辑关系
负逻辑： “0”：表示高电平。 “1”：表示低电平。
*** 半导体管的开关特性
***晶体二极管的开关特性
VCC
Vi = VCC 二极管截止，Vo = VCC
R D
Vi
VO
Vi = 0 二极管导通，Vo = 0
R
R
二极管导通时相当于短路
A=B=5V ： D1 导 通 、 D2 导 通 ， F=5V ， 合 理 调 整 R1 、 R2 的 值 ， G=正值，T饱和导通，Y≈0
VA（V）
0 0 5 5
VB（V）
0 5 0 5
Y（V）
5 0 0 0
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
*** TTL门电路
Transistor-Transistor Logic
二极管截止时相当于开路
R
R
*** 晶体三极管的开关特性
Vi 低电平， 三极管截止，Vo≈ VCC
Vi 高电平， 三极管饱和导通，Vo≈0
C B
E
C B
第3章逻辑门电路PPT 共126页
电位被钳 在2.1V
全反偏
“1” A B C
R1 3k
b1 c1 T1
+5V
R2
R4
1V
T2 T3
T4
R5
截止
F
全导通
T5
R3
（2-24）
全反偏
“1” A
B C
R1 3k
R2
b1 c1 T1
T2
逻辑关系：全1则0。
R3
+5V
uF =0.3V F
T5
饱和
输入、输出的逻辑关系式： F ABC
（2-25）
RP的临界值可计算如下：
1.4V=
R1RPRP(5 - V be1)
=
4 . 3 RP R1 RP
RP=1.4KΩ（R1=3K Ω）为安全起见，如要求输入等 效为低电平时，对TTL门电路应使RP小于1 K Ω； 如要求输入等效为高电平时，对TTL门电路应使RP 大于2K Ω。
（2-39）
例能3正.5确.3地综在传合图送以3到上.5.门两20G种所2的情示输况的入，电端应路，取中要R，P求为≤0v保.o618证=KV门OHG时1输vI2出≥V的IH高（、min低），电平 vO1=VOL也时就，是v说I2≤GV1I和L（Gm2a之x）间，的试串计联算电RP阻的应最小大于允许值是多少？已知 G1和G26均80为7，4系否列则反当相vO器1=V，OLV时C可C=能5超V，过VVILO（H=m3ax.）4V， VOL=0.2V， VIH（min）=2.0V， VIL（max）=0.8V。 G1和G2的输入特性和输出特性 见图3.5.12和图3.5.14、图3.5.16。
（2-27）
1. 输出高电平UOH、输出低电平UOL UOH2.4V UOL 0.4V 便认为合格。 典型值UOH=3.4V UOL=0.3V 。
逻辑门电路课件
Rp(min)
VDD VOL(max) I OL(max) I IL(total)
… …
+V DD IOL（max) RP
0
IIL（total)
k
IIL
1
n
m
1
当VO=VOH
为使得高电平不低于规定的VIH的 最小值，则Rp的选择不能过大。 Rp的最大值Rp(max) ：
I0Z（total)
+V DD RP
50%
10%
t
f
90%
50% 10%
tr
4. 功耗
静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空 载时电源总电流ID与电源电压VDD的乘积。
动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗， 对于TTL门电路来说，静态功是主要的。 CMOS电路的静态功耗非常低，CMOS门电路有动态功耗
5. 延时功耗积 是速度功耗综合性的指标.延时功耗积，用符号DP表示。 几种CMOS系列非门的DP见下页。
D2
CN
TN
(3) vI < vDF D2导通, D1截止 vG = vDF
当输入电压不在正常电压范围时,二极管导通，限制了电容两端电 压的增加,保护了输入电路。
RS和MOS管的栅极电容组成积分网络，使输入信号的过冲电压延 迟且衰减后到栅极。
（2）CMOS逻辑门的缓冲电路
输入、输出端加了反相器作为缓冲电路，所以电路的逻 辑功能也发生了变化。增加了缓冲器后的逻辑功能为与非 功能
6.8 25.84
C、I=2V~3V
TN导通，TP导通
vO vI
2. 传输门的应用
(1) 传输门组成的异或门
B=0
A
第 三 章 逻辑门电路
是构成数字电路的基本单元之一
CMOS 集成门电路 用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路。
TTL 集成门电路 输入端和输出端都用 三极管的逻辑门电路。
CMOS 即 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor TTL 即 Transistor-Transistor Logic 按功能特点不同分 普通门 输出 三态门 CMOS (推拉式输出) 开路门 传输门 EXIT
CE(sat) CE
B
C
uI 增大使 uBE > Uth 时，三极管开始导通， iB > 0，三极管工作于放 大导通状态。
uBE < Uth E
三极管 截止状态 等效电路
EXIT
iC 临界饱和线 M T IC(sat) + uBE S Q
放大区
IB(sat)
uI=UIH
饱 和 区
O UCE(sat)
t
uI 负跳变到 iC 下降到 0.1IC(sat) 所需的时间 toff 称 为三极管关断时间。 通常 toff > ton
UCE(sat) O
开关时间主要由于电 通常工作频率不高时， 荷存储效应引起，要提高 可忽略开关时间，而工作 开关速度，必须降低三极 频率高时，必须考虑开关 管饱和深度，加速基区存 速度是否合适，否则导致 储电荷的消散。 不能正常工作。 EXIT t
iB 0，iC 0，C、E 间相当 于开关断开。
三极管 截止状态 等效电路
E
Uth为门限电压 EXIT
iC u S 为放大和饱和的交界点，这时的临界饱和线I 增大使 iB 增大， 放大区 从而工作点上移， iC 增 iB 称临界饱和基极电流，用 IB(sat) 表示； M T 相应地，IC(sat) 为临界饱和集电极电流； S 大，uCEI减小。 IC(sat) B(sat) UBE(sat) 为饱和基极电压； 饱 Q UCE(sat) 为饱和集电极电压。对硅管， 和 截止区 UBE(sat) 0.7V， UCE(sat) 0.3V。在临 A 区 界饱和点三极管仍然具有放大作用。 U O N u
《逻辑门电路 》课件
能：输入全为1时输出 为0，其他情况输出为1
符号表示：通常用"NAND"表 示
真值表：列出所有输入和输出 组合的真值表
应用：常用于实现逻辑运算， 如与、或、非等
逻辑功能：输入全为1时输出为0，其他情况输出为1 符号表示：输入端A、B，输出端Y 真值表：列出所有输入输出组合及其对应的输出值 应用：用于实现逻辑运算、控制电路等
实现逻辑运算：与、或、非等 基本逻辑运算
控制信号：控制电路的通断、 开关等
数据处理：处理二进制数据， 实现数据传输、存储等
构建复杂电路：通过组合逻辑 门电路，构建更复杂的电路系 统
PART THREE
功能：实现逻辑与 运算
输入：两个输入信 号
输出：一个输出信 号
真值表：当两个输 入信号均为1时， 输出为1；否则输 出为0。
低功耗技术的挑 战与机遇
低功耗技术的未 来展望
人工智能：逻辑门电路是实现人工智能的关键技术之一，未来将在智能机器人、智能语音识别等领域发挥重要作 用。
物联网：逻辑门电路是实现物联网的关键技术之一，未来将在智能家居、智能交通等领域发挥重要作用。
量子计算：逻辑门电路是实现量子计算的关键技术之一，未来将在量子通信、量子加密等领域发挥重要作用。
生物科技：逻辑门电路是实现生物科技的关键技术之一，未来将在基因编辑、生物制药等领域发挥重要作用。
汇报人：
小型化趋势：随着半导 体技术的发展，逻辑门 电路的尺寸越来越小， 提高了集成度和性能
技术挑战：如何实现 更高集成度和更小尺 寸的逻辑门电路，同 时保证性能和可靠性
应用前景：随着物联 网、人工智能等新兴 技术的发展，逻辑门 电路的集成化和小型 化将更加重要。
低功耗技术在逻 辑门电路中的应 用
符号表示：通常用"NAND"表 示
真值表：列出所有输入和输出 组合的真值表
应用：常用于实现逻辑运算， 如与、或、非等
逻辑功能：输入全为1时输出为0，其他情况输出为1 符号表示：输入端A、B，输出端Y 真值表：列出所有输入输出组合及其对应的输出值 应用：用于实现逻辑运算、控制电路等
实现逻辑运算：与、或、非等 基本逻辑运算
控制信号：控制电路的通断、 开关等
数据处理：处理二进制数据， 实现数据传输、存储等
构建复杂电路：通过组合逻辑 门电路，构建更复杂的电路系 统
PART THREE
功能：实现逻辑与 运算
输入：两个输入信 号
输出：一个输出信 号
真值表：当两个输 入信号均为1时， 输出为1；否则输 出为0。
低功耗技术的挑 战与机遇
低功耗技术的未 来展望
人工智能：逻辑门电路是实现人工智能的关键技术之一，未来将在智能机器人、智能语音识别等领域发挥重要作 用。
物联网：逻辑门电路是实现物联网的关键技术之一，未来将在智能家居、智能交通等领域发挥重要作用。
量子计算：逻辑门电路是实现量子计算的关键技术之一，未来将在量子通信、量子加密等领域发挥重要作用。
生物科技：逻辑门电路是实现生物科技的关键技术之一，未来将在基因编辑、生物制药等领域发挥重要作用。
汇报人：
小型化趋势：随着半导 体技术的发展，逻辑门 电路的尺寸越来越小， 提高了集成度和性能
技术挑战：如何实现 更高集成度和更小尺 寸的逻辑门电路，同 时保证性能和可靠性
应用前景：随着物联 网、人工智能等新兴 技术的发展，逻辑门 电路的集成化和小型 化将更加重要。
低功耗技术在逻 辑门电路中的应 用
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
ts 的大小是影响三极管速度的最主要因素，要提高三极 管的开关速度就要设法缩短ton与toff ，特别是要缩短ts 。
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第一节 常见元器件的开关特性
3.MOS管的开关特性
A、MOS管静态开关特性
在数字电路中，MOS管也是作为 开关元件使用，一般采用增强型的 MOS管组成开关电路，并由栅源电压 uGS控制MOS管的导通和截止。
时间。
toff = ts +tf 关断时间toff：从输入信号负跃变的瞬间，到iC 下降到 0.1ICmax所经历的时间。
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第一节 常见元器件的开关特性
2.三极管的开关特性
B、晶体三极管动态开关特性
ton和toff一般约在几十纳秒（ns=10-9 s）范围。通常都
有toff > ton，而且ts > tf 。
0 .3V 3 .6V 3 .6V
1V 5V
3 .6V
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
1.TTL集成逻辑门电路
3 .6V 3 .6V 3 .6V
2.1V
0 .3V
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
1.TTL集成逻辑门电路
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
❖ 2.教学重点：不同元器件的静态开关特性，分立元件门电路 和组合门电路，TTL和CMOS集成逻辑门电路基本功能和电气特 性。
❖ 3.教学难点：组合逻辑门电路、TTL和CMOS集成逻辑门4.课时 安排： 第一节 常见元器件的开关特性 第二节 基本逻辑门电路 第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第一节 常见元器件的开关特性
3.MOS管的开关特性
A、MOS管静态开关特性
在数字电路中，MOS管也是作为 开关元件使用，一般采用增强型的 MOS管组成开关电路，并由栅源电压 uGS控制MOS管的导通和截止。
时间。
toff = ts +tf 关断时间toff：从输入信号负跃变的瞬间，到iC 下降到 0.1ICmax所经历的时间。
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第一节 常见元器件的开关特性
2.三极管的开关特性
B、晶体三极管动态开关特性
ton和toff一般约在几十纳秒（ns=10-9 s）范围。通常都
有toff > ton，而且ts > tf 。
0 .3V 3 .6V 3 .6V
1V 5V
3 .6V
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
1.TTL集成逻辑门电路
3 .6V 3 .6V 3 .6V
2.1V
0 .3V
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
1.TTL集成逻辑门电路
数字电子技术基础第三章逻辑门电路
❖ 2.教学重点：不同元器件的静态开关特性，分立元件门电路 和组合门电路，TTL和CMOS集成逻辑门电路基本功能和电气特 性。
❖ 3.教学难点：组合逻辑门电路、TTL和CMOS集成逻辑门4.课时 安排： 第一节 常见元器件的开关特性 第二节 基本逻辑门电路 第三节 TTL和CMOS集成逻辑门电路
数电-第三章逻辑门电路
典型时序逻辑电路
了解和掌握常见时序逻辑电路的原理和应用，如寄存器、 计数器、顺序脉冲发生器等。
可编程逻辑器件应用
1 2
可编程逻辑器件简介
了解可编程逻辑器件的基本概念和分类，如PAL、 GAL、CPLD、FPGA等。
可编程逻辑器件编程
学习使用相应的开发工具和编程语言，对可编程 逻辑器件进行编程和配置，实现特定的逻辑功能。
典型组合逻辑电路
了解和掌握常见组合逻辑电路的 原理和应用，如编码器、译码器、
数据选择器、比较器等。
时序逻辑电路分析与设计
时序逻辑电路分析
分析时序逻辑电路的工作原理，包括触发器的状态转换、 时钟信号的作用等，进而理解电路的功能。
时序逻辑电路设计
根据实际需求，设计实现特定功能的时序逻辑电路。包括 确定输入、输出变量，选择适当的触发器类型，画出状态 转换图或时序图等步骤。
数电-第三章逻辑门 电路
• 逻辑门电路基本概念 • 基本逻辑门电路 • 复合逻辑门电路 • 逻辑门电路应用 • 逻辑门电路实验与仿真 • 逻辑门电路总结与展望
目录
Part
01
逻辑门电路基本概念
逻辑门定义与分类
逻辑门定义
逻辑门是数字电路中的基本单元 ，用于实现基本的逻辑运算功能 ，如与、或、非等。
逻辑符号为带有小圆圈的与门符号。
或非门电路
01
02
03
或非门逻辑功能
实现输入信号的逻辑或操 作，并取反输出结果。
或非门符号
逻辑符号为带有小圆圈的 或门符号。
或非门真值表
输入全为0时，输出为1； 输入有1时，输出为0。
异或门电路
异或门逻辑功能
实现输入信号的异或操作， 即输入信号相同时输出为0， 不同时输出为1。
了解和掌握常见时序逻辑电路的原理和应用，如寄存器、 计数器、顺序脉冲发生器等。
可编程逻辑器件应用
1 2
可编程逻辑器件简介
了解可编程逻辑器件的基本概念和分类，如PAL、 GAL、CPLD、FPGA等。
可编程逻辑器件编程
学习使用相应的开发工具和编程语言，对可编程 逻辑器件进行编程和配置，实现特定的逻辑功能。
典型组合逻辑电路
了解和掌握常见组合逻辑电路的 原理和应用，如编码器、译码器、
数据选择器、比较器等。
时序逻辑电路分析与设计
时序逻辑电路分析
分析时序逻辑电路的工作原理，包括触发器的状态转换、 时钟信号的作用等，进而理解电路的功能。
时序逻辑电路设计
根据实际需求，设计实现特定功能的时序逻辑电路。包括 确定输入、输出变量，选择适当的触发器类型，画出状态 转换图或时序图等步骤。
数电-第三章逻辑门 电路
• 逻辑门电路基本概念 • 基本逻辑门电路 • 复合逻辑门电路 • 逻辑门电路应用 • 逻辑门电路实验与仿真 • 逻辑门电路总结与展望
目录
Part
01
逻辑门电路基本概念
逻辑门定义与分类
逻辑门定义
逻辑门是数字电路中的基本单元 ，用于实现基本的逻辑运算功能 ，如与、或、非等。
逻辑符号为带有小圆圈的与门符号。
或非门电路
01
02
03
或非门逻辑功能
实现输入信号的逻辑或操 作，并取反输出结果。
或非门符号
逻辑符号为带有小圆圈的 或门符号。
或非门真值表
输入全为0时，输出为1； 输入有1时，输出为0。
异或门电路
异或门逻辑功能
实现输入信号的异或操作， 即输入信号相同时输出为0， 不同时输出为1。
第3章逻辑门电路
18
数字电路——分析与设计
(1)A、B有一端为低电平(UL=0.3v)
• UB1=0.7+0.3=1v, T1饱和, UCE1=0.1v。 • UB2=0.1+0.3=0.4v, T2截止, T5亦截止。 • UCC通过R2给T4供以基流IB4, T4、D3导
通(在输出端接负载时)。
• IB4很小，在R2上的压 降亦很小 (约0.2v)。
2020/3/28
北京理工大学 信息科学学院
12
数字电路——分析与设计
第3章 逻辑门电路
§3.3 基本逻辑门电路
1.二极管“与” • 输门入端A、B、C全部输入
U （ 12V） R
为3v（逻辑“1”）则输出
D1
端Y的电平为3.3v（逻辑 A
“1”）。
B
•
D2 •
Y
A
B
C
Y
• 这是一个“与”门：
C
D3
• 输入端A、B、C全部输入为 0.3v（逻辑“0”）则输出端 Y的电平为0v（逻辑“0”）。
• 这是一个“或”门：
Y = A+B+C。
第3章 逻辑门电路
D1
D2
•
A
D3
B
Y
•
Y
C
（ a）
R U（ 12V）
（b）
二极管“或”门电路
（a） 二极管或门 （b） 逻辑符号
2020/3/28
北京理工大学 信息科学学院
U （ 12V）
R
D1
•
Y
A
D2
B
Y
•
C
D3
（ b）
0 ~ 0.3v为逻辑“0”； 3v以上为逻辑“1”；
《电子线路》教案——第三章 逻辑门电路
第一节逻辑门电路（一）教学目的：让学生掌握与门电路的工作原理及符号教学重点：与门电路的逻辑关系教学难点：与门电路的工作原理教学方法：讲授法教学课时：一课时教学过程：一、复习提问：晶体管反相是如何工作的？加速电容有何作用？二、新授：（一）概述：1、逻辑门电路的定义：是指具有多个输入端和一个输出端的开关电路。
2、逻辑电路中0和1的含义：表示两种对立的状态。
并不表示数量的大小。
0和1分别称为逻辑0和逻辑1 3、正、负逻辑体制：若1表示高电平，0表示低电平，称为正逻辑；若1表示低电平，0表示高电平，则称为负逻辑4、基本的逻辑门电路有：与门、或门、非门8.3.1 与门电路一、与逻辑关系当一件事情的几个条件全部具备之后，这件事情才能发生，否则不发生。
这样的因果关系称为与逻辑关系。
举例说明:以开锁为例和书上的开关串联为例。
让学生联系生活说明有哪些常见的与逻辑。
（讨论）二、与门电路1、电路图电路如右图8-9所示3、真值表4、逻辑符号图8－10 与门逻辑符号对于与门电路要重点讲解，但对于其他门电路在相同内容和相似的分析过程中不再重复。
以留给学生一定的思考空间，也为学生的个性化发展提供的前提。
4、逻辑函数式Y＝A·B （中间的点乘也可以去掉）小结：与逻辑关系的定义（强调所有条件均具备）第一节逻辑门电路（二）教学目的：让学生掌握门电路的基本类型教学重点：门电路的逻辑关系教学难点：各门电路的逻辑关系与逻辑表式与真值表的联系教学方法：讲授法教学过程：一、复习提问：1、什么叫与逻辑关系？与门电路的符号怎么画？其功能是什么？二、新授：(一) 或门电路：1、或逻辑关系在决定一件事的各种条件中，到少具备一个条件，这件事就会发生。
这样的因果关系称为或逻辑关系。
举例说明:以开锁为例和书上的开关并联为例。
让学生联系生活说明有哪些常见的或逻辑。
（讨论）2、或门电路（1）、电路图电路如下图8-12所示图8-12 二极管或门电路（1）、真值表V a、V b有一个是高电平（5V）：V o 为高电平；V a、V b两个都为低电3、逻辑符号图8－13 或门逻辑符号4、逻辑函数式Y ＝A ＋B（二）、非门电路：1、1、非逻辑关系：事情和条件总是呈相反状态。
第3章逻辑门电路2.
A R3
图2.2.13 有源泄放TTL与非门
有源泄放回路在转换过程中提高开关速度的原因
是它的等效电阻是可变的。在输入由低电平全部变为 高电平的瞬间，有源泄放回路 AB 两端呈现高阻抗， 使V5迅速饱和，缩短了开启时间tON；在输入由高电平 变为低电平的瞬间，有源泄放回路 AB 两端呈现低阻 抗，使V5加快截止，缩短了关闭时间tOFF(分析略)。 另外，有源泄放回路还能提高电路的抗干扰能力，
流不仅会使导通门的输出低电平抬高，而且还可能因功耗太
大而损坏两个门的输出管，这是不允许的。为了克服一般
TTL门不能直接相连的缺点，提出了OC门。
+UCC R4 V3 V4 R3 V5 +UCC R4 V3 V4 R3 F2 = 0 V5 IL F1 = 1
图2.2.17 两个TTL门输出端相连
+UCC R1 V1 V2 V5 R3 F R2 RL
铝—硅二极管)，它的正向导通电压为0.4V~0.5V, 比一般硅管的正向导通电压 0.6V~0.7V低 0.2V。 这样，当三极管的 c结进入正偏后， SBD首先导 通， c 结的正偏电压被钳在 0.4V~0.5V ，使三极 管不会进入深饱和，而只能工作在微饱和状态， 从而大大提高了门电路的工作速度。当有源泄放
图 2.2.16
&
F1
F
&
F2
必须指出的是，并不是所有形式的与非门都能接成
“线与”电路。例如，一般的TTL与非门，由于采用了推拉 式输出电路，无论是输出高电平还是低电平，输出电阻都比 较低，只有几至几十 Ω。如果将两个输出端直接相连，当一 个门的输出为高电平，另一个门输出为低电平时，则会形成 一条自 +UCC 到地的低阻通路，会有一股很大的电流从截止 门的V4管灌入到导通门的V5管，如图2.2.17所示。这个大电
数字电子技术基础：第三章 逻辑门电路
逻辑符号
C
vI /vO
TG
vO /vI
C
C
υo/ υI
2. CMOS传输门电路的工作原理
vI /vO
5V到+5V
C
+5V
TP +5V vO /vI
5V TN
5V
C
设TP:|VTP|=2V， TN:VTN=2V
I的变化范围为－5V到+5V。
c=0=-5V， c =1=+5V
1）当c=0， c =1时 GSN= -5V (－5V到+5V)=(0到-10)V
在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关 闭时间是相等的。平均延迟时间：<10 ns。
动态功耗
CMOS反相器的PD与f和 2 VDD
CMOS反相器从一个稳定状态转变到另一个稳定状态时所产生的功耗
PD=PC+PT
分布电容CL充放电引起的功耗： PC CL fVD2D
CMOS管瞬时交替导通引起的功耗：PT CPD fVD2D
74标准系列 74LS系列
74AS系列
74LVC 74VAUC 低(超低)电压 速度更加快 与TTL兼容 负载能力强 抗干扰 功耗低
74ALS
3.1 概述
门电路：实现基本逻辑/复合逻辑运算的单元电路
逻辑状态的描述—— 正逻辑：高电平→1，低电平→0 负逻辑：高电平→0，低电平→1
缺点：功耗较大/速度较慢
VDD VIH(min) I OH(total) I IH(total)
… …
I0H（total) &1
+V DD RP
&
&1
IIH（total) &
第三章 逻辑门电路
2、输入和输出的高低电压 、 （ 1 ） 输出高电平电压 VOH——在正逻辑体制中代表 在正逻辑体制中代表 逻辑“ 的输出电压 的输出电压。 的理论值为3 逻辑 “ 1”的输出电压 。 VOH 的理论值为 3.6V， ， 产品规定输出高电压的最小值V （ ） 产品规定输出高电压的最小值 OH（ min） =2.4V。 。
– – – – – 延迟时间td 上升时间tr r 存储时间ts 下降时间tf 开关时间：
• 开通时间ton= td + tr r • 关闭时间toff= ts + tf f • 要设法减小，提高BJT开关的运用速度
3.3 基本逻辑门电路
一、二极管与门和或门电路 1．与门电路 ．
+VCC （+5V） R 3kΩ D1 A D2 B L
L = A⋅ B ⋅C
3.6V A B C 0.3V 1V
1
Rc2 R b1 4kΩ 5V
3 3 1
R c4 130Ω
3 1
1.6kΩ
T 4 导通 2 D 导通 Vo
3
4.3V 截止
1
T 22
T1 饱和 R e2 1kΩ
3.6V
T 2 3 截止
3.4.5 TTL与非门的技术参数
• 1、传输特性
– 各种类型的TTL门电路，其传输特性大同小异。
开关 断开
VF-VD （a） vi
VF
VF ≈ RL
i
IF = RL
（b） 0
-VR
t1
t
i
IF
通常把二极管从正 向导通转为反向截止 所经过的转换过程称 为发向恢复过程。 ts 存储时间 tt 渡越时间 ts+tt 反向恢复时间 VR IR = RL
模电课件第三章集成逻辑门电路
R1
R2
4k 1.6k
A
uI
T1
T2
D1
R3 1k
输入级 中间级
+VCC(5V) R4
130 T4
DY T5 uo
输出级
26
2. 工作原理
(1)输入为低电平（0.0V）时: uI UIL 0 V
不足以让 T2、T5导通
0.7V
三个PN结
导通需2.1V
T2、T5截止
27
(1) uI UIL 0 V
RC＋（1＋）Re
17
[例2]下图电路中 = 50,UBE(on) = 0.7 V,UIH = 3.6 V,UIL = 0.3 V,为
使三极管开关工作,试选择 RB 值,并对应输入波形画出输出波形。
+5 V
uI
1 k
UIH
UIL O
t
解：(1)根据开关工作条件确定 RB 取值
uI = UIL = 0.3 V 时,三极管满足截止条件
按电路结构不同分 是构成数字电路的基本单元之一
TTL 集成门电路
输入端和输出端都用 三极管的逻辑门电路。
CMOS 集成门电路
用互补对称 MT特rCa点nomsi不sptlo同erm-分TernatnasriystMoreLtaolg-Oicxide-Semiconductor
Ucc =5V
1k uo
T
β =30
iB
I BS
Ucc Uces RC
Ucc RC
, Uces 0.7V
8
三极管的开关特性
3V
0V RB ui
+UCC
RC
3V
uO T
截饱止和 0V
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
结束 放映
第 3章
3.1
门电路
二极管及三极管的开关特性
3.1.1 3.1.2
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 2.2.5
2019/4/26
二极管的开关特性 三极管的开关特性
3.2
基本逻辑门电路
二极管与门 二极管或门 关于高低电平的概念及状态赋值 二极管非门（反相器） 关于正逻辑和负逻辑的概念
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。
2019/4/26
11
3.1.2
1.
三极管的开关特性
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。
2019/4/26
图2-3三极管的三种工作状态 （a）电路 （b）输出特性曲线
三极管的开关特性
NPN 型三极管截止、放大、饱和 3 种工作状态的特点 工作状态 条 件 偏置情况 工 作 特 点 集电极电流 ce 间电压 ce 间等效电阻 2019/4/26 截 止 放 大 饱 和
iB＝0 发射结反偏 集电结反偏 uBE<0，uBC<0 iC＝0 uCE ＝VCC 很大， 相当开关断开
0＜iB＜IBS 发射结正偏 集电结反偏 uBE>0，uBC<0 iC＝β iB uCE ＝VCC－ iCRc 可变
iB＞IBS 发射结正偏 集电结正偏 uBE>0，uBC>0 iC＝ICS uCE ＝UCES＝ 0.3V 很小，
16 相当开关闭合
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
12
(1) 截止状态
条件：发射结反偏,集电结反偏 特点：电流约为0A
开关等效电路
2019/4/26 13
(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
2019/4/26
14
图2-4 三极管开关等效电路 (a) 截止时 (b) 饱和时
2019/4/26 15
2019/4/26
存储时间ts
下降时间tf
图2-5 三极管的开关时间
关闭时间 t 17 off
(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。 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。
2019/4/26 4
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
2019/4/26 5
v <UT
I
2019/4/26
S
vI>UT
S
19
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。
2019/4/26
6
3.2.1 二极管的开关特性
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）
图2-2 二极管的开关等效电路 (a) 导通时 (b) 截止时
9
二极管开关特性应用
高电平：VIH=VCC 低电平：VIL=0
动画
VI=VIH
D截止，VO=VOH=VCC
VI=VIL
D导通，VO=VOL=0.7V
10
2019/4/26
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 ）。
2019/4/26 2
Vcc R
K开------VO输出高电平，对应“1” 。
VO K
K合------VO输出低电平，对应“0” 。
Vcc
V
V 0V
1
0
在数字电路中，对电压值为多少并不重要， 只要能判断高低电平即可。
2019/4/26 3
3.2
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。 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。
1
§3.1 概述
门电路的作用：是用以实现逻辑关系的电子电路， 与基本逻辑关系相对应。
：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。 门电路的输出状态与赋值对应关系： 一般采用 正逻辑
正逻辑：高电位对应“1”；低电位对应“0”。 负逻辑：高电位对应“0”；低电位对应“1”。 混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输 入用负逻辑、输出用正逻辑。
RD≈几Ω ～几十Ω
相当于开关闭合
图2-1
i I s (e
2019/4/26
二极管的伏安特性曲线
v VT
1)
7
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
图2-1
二极管的伏安特性曲线201Leabharlann /4/268开启电压
图2-1 二极管的伏安特性曲线
理想化 伏安特 性曲线
2019/4/26
2019/4/26 18
可变电阻区 4、场效应管的开关特性
iD (mA) iD (mA)
恒流区
uGS=10V 8V 6V
截止区
0 UT uGS(V) 0
4V 2V uDS(V)
工作原理电路
转移特性曲线
输出特性曲线
截止区 VGS VGS(th) 可变电阻区 +VDD 恒流区 +VDD 截止状态 导通状态 漏极和源极之间 RD 当vGSR 一定时， iD与vDS之比 iD的大小基本上由 D vGS 没有导电沟道， G G 近似等于一个常数，具有类 决定， vDS的变化对 iD D D uo=+V DD iD≈0。 似于线性电阻的性质。 uo≈0 的影响很小。
第 3章
3.1
门电路
二极管及三极管的开关特性
3.1.1 3.1.2
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 2.2.5
2019/4/26
二极管的开关特性 三极管的开关特性
3.2
基本逻辑门电路
二极管与门 二极管或门 关于高低电平的概念及状态赋值 二极管非门（反相器） 关于正逻辑和负逻辑的概念
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。
2019/4/26
11
3.1.2
1.
三极管的开关特性
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。
2019/4/26
图2-3三极管的三种工作状态 （a）电路 （b）输出特性曲线
三极管的开关特性
NPN 型三极管截止、放大、饱和 3 种工作状态的特点 工作状态 条 件 偏置情况 工 作 特 点 集电极电流 ce 间电压 ce 间等效电阻 2019/4/26 截 止 放 大 饱 和
iB＝0 发射结反偏 集电结反偏 uBE<0，uBC<0 iC＝0 uCE ＝VCC 很大， 相当开关断开
0＜iB＜IBS 发射结正偏 集电结反偏 uBE>0，uBC<0 iC＝β iB uCE ＝VCC－ iCRc 可变
iB＞IBS 发射结正偏 集电结正偏 uBE>0，uBC>0 iC＝ICS uCE ＝UCES＝ 0.3V 很小，
16 相当开关闭合
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
12
(1) 截止状态
条件：发射结反偏,集电结反偏 特点：电流约为0A
开关等效电路
2019/4/26 13
(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
2019/4/26
14
图2-4 三极管开关等效电路 (a) 截止时 (b) 饱和时
2019/4/26 15
2019/4/26
存储时间ts
下降时间tf
图2-5 三极管的开关时间
关闭时间 t 17 off
(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。 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。
2019/4/26 4
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
2019/4/26 5
v <UT
I
2019/4/26
S
vI>UT
S
19
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。
2019/4/26
6
3.2.1 二极管的开关特性
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）
图2-2 二极管的开关等效电路 (a) 导通时 (b) 截止时
9
二极管开关特性应用
高电平：VIH=VCC 低电平：VIL=0
动画
VI=VIH
D截止，VO=VOH=VCC
VI=VIL
D导通，VO=VOL=0.7V
10
2019/4/26
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 ）。
2019/4/26 2
Vcc R
K开------VO输出高电平，对应“1” 。
VO K
K合------VO输出低电平，对应“0” 。
Vcc
V
V 0V
1
0
在数字电路中，对电压值为多少并不重要， 只要能判断高低电平即可。
2019/4/26 3
3.2
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。 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。
1
§3.1 概述
门电路的作用：是用以实现逻辑关系的电子电路， 与基本逻辑关系相对应。
：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。 门电路的输出状态与赋值对应关系： 一般采用 正逻辑
正逻辑：高电位对应“1”；低电位对应“0”。 负逻辑：高电位对应“0”；低电位对应“1”。 混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输 入用负逻辑、输出用正逻辑。
RD≈几Ω ～几十Ω
相当于开关闭合
图2-1
i I s (e
2019/4/26
二极管的伏安特性曲线
v VT
1)
7
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
图2-1
二极管的伏安特性曲线201Leabharlann /4/268开启电压
图2-1 二极管的伏安特性曲线
理想化 伏安特 性曲线
2019/4/26
2019/4/26 18
可变电阻区 4、场效应管的开关特性
iD (mA) iD (mA)
恒流区
uGS=10V 8V 6V
截止区
0 UT uGS(V) 0
4V 2V uDS(V)
工作原理电路
转移特性曲线
输出特性曲线
截止区 VGS VGS(th) 可变电阻区 +VDD 恒流区 +VDD 截止状态 导通状态 漏极和源极之间 RD 当vGSR 一定时， iD与vDS之比 iD的大小基本上由 D vGS 没有导电沟道， G G 近似等于一个常数，具有类 决定， vDS的变化对 iD D D uo=+V DD iD≈0。 似于线性电阻的性质。 uo≈0 的影响很小。