分立元件逻辑门PPT课件
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第二章 门电路
内容： 分立元件逻辑门 TTL与非门 MOS门电路
目的与要求：
掌握TTL与非门电路结构、工作原理、电压传输特性、 输入/输出特性、主要参数及其测量方法；了解 CMOS反相器、CMOS门电路、 CMOS传输门的逻 辑功能和应用。
重点与难点： 重点： TTL与非门； 难点： TTL与非门的工作原理。
T3 T4
R5
T5
+5V F
输入级 中间级 输出级
（2-10）
§2.3 TTL与非门
R1
R2
R4
+5V
复合管形式
A B
T3
T1
T2
T4
C
R5
F
T5 R3
“与” “非” 输出级
与非门
（2-11）
二、工作原理
§2.3 TTL与非门
1. 任一输入为低电平（0.3V）时
不足以让
T2、T5导通
R1
3k
A
0.7V b1 c1
&？&
分两种情况讨论：
（1）前级输出为 高电平时 （2）前级输出为 低电平时
（2-19）
§2.3 TTL与非门
前级输出为 高电平时：
+5V
R2
R4
T1
T3 T4
IiH1 IiH2
R5
T1
IOH
前级
IiH3
T1
拉电 IO H I 流 iH 1 IiH 2
（2-20）
§2.3 TTL与非门
前级输出为低电平时：
UOH A B 2. 7
输出低点平
UOH
“1”
uo(V)
C
0.3 UOL
D
U O FFU T U ON
E
UOL U I( V) (0.3V)
1 2 3 ui(V)
阈值UT=1.4V
传输特性曲线
理想的传输特性
（2-17）
§2.3 TTL与非门
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 。
三、三极管非门
真值表：
+12V +3V
R1
A R2
D
F
Au A
Fu F
30 V
01 . 3
01 V
30 . 3
嵌位二极管
1
A
F
逻辑式：F A 逻辑符号： （2-6）
四、与非门
+12V
§2.2 基本逻辑门电路电路
+12V +3V
A
D1
R1 R2
D
F
B
D2
逻辑符号： A&
B
二极管与门
三极管非门
F 逻辑式：FAB
R1 3k b1
c1 T1
+5V R2
T2
IiL1
T1
IOL IiL2
T1
T5
IiL3
前级
R3
T1
灌电 IO L 流 Ii1 L IiL 2
与非门的扇出系数一般是10。
（2-21）
+12V
逻辑变量 A
D1
逻辑函数 F
uA
uB
AB
0V 0V
00
00 V 1 3 V
13 V 0 0 V
B
D2
13 V 1 3 V
uF
F
0 .3 V
0 00 . 3 V
00 . 3 V
13 . 3 V
( uD=0.3V )
逻辑符号：A &
F
逻辑式：F=A • B
B
（2-4）
§2.2 基本逻辑门电路电路
入用负逻辑、输出用正逻辑。
（2-2）
Vcc R
K
§2.1 概述
K开------VO输出高电平，对应“1” 。
K合------VO输出低电平，对应“0” 。
VO
Vcc
1
V
V 0
0V
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。
（2-3）
§2.2 基本逻辑门电路
一、二极管与门
真值表：
2. 开门电平UON和关门电平UOFF
ui>UTON=2.0V时，是输入高电平。 ui<UOFF=0.8V时，是输入低电平。
3. 高电平噪声容限 UNH和低电平噪声容限UNL
UNH UOH(min)UON UNLUOFFUOL(max)
（2-18）
§2.3 TTL与非门
二、输入、输出负载特性
1. 扇出系数: 与非门电路输出能驱动同类门的个数。
二、二极管或门
真值表：
A D1
F
B D2
Au A B u B 00 V 0 0 V 00 V 1 3 V
Fu F 0- 0 . 3 V 12 . 7 V
13 V 0 0 V 12 . 7 V
-12V
13 V 1 3 V 12 . 7 V
逻辑符号：A
逻辑式：F=A+B
F
B
（2-5）
§2.2 基本逻辑门电路电路
（2-8）
§2.3 TTL与非门
2.3.1 TTL与非门的基本原理
一、结构
A B C
R1 3k
b1 c1 T1
R2 750
+5V
R4
100
T2 T3
T4
3k R5
F
T5 R3 360
FABC
TTL与非门的内部结构 （2-9）
§2.3 TTL与非门
R1
R2
R4
A B
T1
T2
C
T1 —多发射极晶 体管：实现“与” R3 运算。
逻辑关系：全1则0。
R3
T5
饱和
输入、输出的逻辑关系式： F ABC
（2-15）
§2.3 TTL与非门
2.3.2 TTL与非门的特性和技术参数
一、电压传输特性
电压传输特性是指 输出电压 Vo随输入电 压 Vi变化的特性。
+5V &
ui
uo
测试电路
（2-16）
§2.3 TTL与非门
输出高电平
U O ( V)
B C
T1
R2 750
+5V
R4
100
T2 T3
T4
3k R5
F
三个PN结
T5
“0” 导通需2.1RV3 360
（2-12）
§2.3 TTL与非门
R1
3k
A
0.7V b1 c1
B C
T1
R2
R4
T3 T4
R5
T5
“0”
R3
+5V
F uo
uo=5-uR2-ube3-ube43.4V 高电平！
逻辑关系：任0则1。
（2-7）
§2.3 TTL与非门
数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个 完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。 使用时接：电源、输入和输出。数字集成电 路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价 格便宜的特点。
TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶 体管，称之为: Transistor— Transistor Logic。
（2-13）
§2.3 TTL与非门
2. 输入全为高电平（3.4V）时
电位被嵌 在2.1V
全反偏源自文库
“1” A B C
R1 3k
b1 c1 T1
R2
R4
1V
T2 T3
T4
R5
全导通
T5
R3
+5V
截止
F
（2-14）
全反偏
“1” A
B C
§2.3 TTL与非门
R1 3k
R2
b1 c1 T1
T2
+5V
uF =0.3V F
（2-1）
§2.1 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。
门电路的主要类型：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
内容： 分立元件逻辑门 TTL与非门 MOS门电路
目的与要求：
掌握TTL与非门电路结构、工作原理、电压传输特性、 输入/输出特性、主要参数及其测量方法；了解 CMOS反相器、CMOS门电路、 CMOS传输门的逻 辑功能和应用。
重点与难点： 重点： TTL与非门； 难点： TTL与非门的工作原理。
T3 T4
R5
T5
+5V F
输入级 中间级 输出级
（2-10）
§2.3 TTL与非门
R1
R2
R4
+5V
复合管形式
A B
T3
T1
T2
T4
C
R5
F
T5 R3
“与” “非” 输出级
与非门
（2-11）
二、工作原理
§2.3 TTL与非门
1. 任一输入为低电平（0.3V）时
不足以让
T2、T5导通
R1
3k
A
0.7V b1 c1
&？&
分两种情况讨论：
（1）前级输出为 高电平时 （2）前级输出为 低电平时
（2-19）
§2.3 TTL与非门
前级输出为 高电平时：
+5V
R2
R4
T1
T3 T4
IiH1 IiH2
R5
T1
IOH
前级
IiH3
T1
拉电 IO H I 流 iH 1 IiH 2
（2-20）
§2.3 TTL与非门
前级输出为低电平时：
UOH A B 2. 7
输出低点平
UOH
“1”
uo(V)
C
0.3 UOL
D
U O FFU T U ON
E
UOL U I( V) (0.3V)
1 2 3 ui(V)
阈值UT=1.4V
传输特性曲线
理想的传输特性
（2-17）
§2.3 TTL与非门
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 。
三、三极管非门
真值表：
+12V +3V
R1
A R2
D
F
Au A
Fu F
30 V
01 . 3
01 V
30 . 3
嵌位二极管
1
A
F
逻辑式：F A 逻辑符号： （2-6）
四、与非门
+12V
§2.2 基本逻辑门电路电路
+12V +3V
A
D1
R1 R2
D
F
B
D2
逻辑符号： A&
B
二极管与门
三极管非门
F 逻辑式：FAB
R1 3k b1
c1 T1
+5V R2
T2
IiL1
T1
IOL IiL2
T1
T5
IiL3
前级
R3
T1
灌电 IO L 流 Ii1 L IiL 2
与非门的扇出系数一般是10。
（2-21）
+12V
逻辑变量 A
D1
逻辑函数 F
uA
uB
AB
0V 0V
00
00 V 1 3 V
13 V 0 0 V
B
D2
13 V 1 3 V
uF
F
0 .3 V
0 00 . 3 V
00 . 3 V
13 . 3 V
( uD=0.3V )
逻辑符号：A &
F
逻辑式：F=A • B
B
（2-4）
§2.2 基本逻辑门电路电路
入用负逻辑、输出用正逻辑。
（2-2）
Vcc R
K
§2.1 概述
K开------VO输出高电平，对应“1” 。
K合------VO输出低电平，对应“0” 。
VO
Vcc
1
V
V 0
0V
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。
（2-3）
§2.2 基本逻辑门电路
一、二极管与门
真值表：
2. 开门电平UON和关门电平UOFF
ui>UTON=2.0V时，是输入高电平。 ui<UOFF=0.8V时，是输入低电平。
3. 高电平噪声容限 UNH和低电平噪声容限UNL
UNH UOH(min)UON UNLUOFFUOL(max)
（2-18）
§2.3 TTL与非门
二、输入、输出负载特性
1. 扇出系数: 与非门电路输出能驱动同类门的个数。
二、二极管或门
真值表：
A D1
F
B D2
Au A B u B 00 V 0 0 V 00 V 1 3 V
Fu F 0- 0 . 3 V 12 . 7 V
13 V 0 0 V 12 . 7 V
-12V
13 V 1 3 V 12 . 7 V
逻辑符号：A
逻辑式：F=A+B
F
B
（2-5）
§2.2 基本逻辑门电路电路
（2-8）
§2.3 TTL与非门
2.3.1 TTL与非门的基本原理
一、结构
A B C
R1 3k
b1 c1 T1
R2 750
+5V
R4
100
T2 T3
T4
3k R5
F
T5 R3 360
FABC
TTL与非门的内部结构 （2-9）
§2.3 TTL与非门
R1
R2
R4
A B
T1
T2
C
T1 —多发射极晶 体管：实现“与” R3 运算。
逻辑关系：全1则0。
R3
T5
饱和
输入、输出的逻辑关系式： F ABC
（2-15）
§2.3 TTL与非门
2.3.2 TTL与非门的特性和技术参数
一、电压传输特性
电压传输特性是指 输出电压 Vo随输入电 压 Vi变化的特性。
+5V &
ui
uo
测试电路
（2-16）
§2.3 TTL与非门
输出高电平
U O ( V)
B C
T1
R2 750
+5V
R4
100
T2 T3
T4
3k R5
F
三个PN结
T5
“0” 导通需2.1RV3 360
（2-12）
§2.3 TTL与非门
R1
3k
A
0.7V b1 c1
B C
T1
R2
R4
T3 T4
R5
T5
“0”
R3
+5V
F uo
uo=5-uR2-ube3-ube43.4V 高电平！
逻辑关系：任0则1。
（2-7）
§2.3 TTL与非门
数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个 完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。 使用时接：电源、输入和输出。数字集成电 路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价 格便宜的特点。
TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶 体管，称之为: Transistor— Transistor Logic。
（2-13）
§2.3 TTL与非门
2. 输入全为高电平（3.4V）时
电位被嵌 在2.1V
全反偏源自文库
“1” A B C
R1 3k
b1 c1 T1
R2
R4
1V
T2 T3
T4
R5
全导通
T5
R3
+5V
截止
F
（2-14）
全反偏
“1” A
B C
§2.3 TTL与非门
R1 3k
R2
b1 c1 T1
T2
+5V
uF =0.3V F
（2-1）
§2.1 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。
门电路的主要类型：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