数字电路教案-阎石第三章逻辑门电路

第3章逻辑门电路

3.1 概述

逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。用逻辑

1和o 分别来

表示电子电路中的高、低电平的逻辑赋值方式，称为正逻辑，目前在数字技术中，大都采用正逻 辑工作；若用低、高电平来表示，则称为负逻辑。本课程采用正逻辑。

获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。

在数字集成电路的发展过程中，同时存在着两种类型器件的发展。一种是由三极管组成的双极 型集成电路，例如晶体管-晶体管逻辑电路（简称 TTL 电路）及射极耦合逻辑电路（简称 ECL 电 路）。另一种是由MOS 管组成的单极型集成电路， 例如N-MOS 逻辑电路和互补 MOS （简称COMS ） 逻辑电路。

3.2 分立元件门电路

3.3.1二极管的开关特性

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

截 止 放

大

饱

和

条 件

i B = 0

0 v i B < I BS

i B > I BS

工 作 吐 偏置情况

特

占

发射结反偏 集电结反偏

U BE <0, U BC <0

发射结正偏 集电结反偏

U BE >0,

U BC <0

发射结正偏 集电结正偏

U BE >0, U BC >0

A ID (mA)

4- - /

UD (V)

0 5 0.7

伏安特性二极管导通。

气W ）V 时的等效电路 U]-0V 时，二极管截止， 如同开关断开，W 0 = OV S 屮弋时的等奴电路

a 3 = ?二极管导通，如

^|0.7V 的电压源.％ =

二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度,

3.2.2

三极管的开关特

集电极电流

i c = 0

i C

= 3 i B

i c = l es

ce 间电压

U CE = V CC

U CE = V CC —

i e R c

U CE = U cES =

0.3V

ce 间等效电 阻

很大， 相当开关

断 开

可变

很小， 相当开关

闭 合

3.2.3二极管门电路1、二极管与门

c

~>1 -------

Di °~ ---------- ° ----- j

n

¥只

丄3kQ

輸入 输出

A B

Y

0 0 0 0 1 0 1 0

1 1 1

5P IX1Z

o —o — 卫 E V -J V

5 o % 及B

2 2

0V 0V 0.7V 导通 导通 0V 5V 0.7V 导通 截止 5V 0V 0.7V 截止 导通 5V 5V

5V

截止 截止

2、二极管或门

U A U B U Y

D i D 2

0V 0V 0V 截止 截止 0V 5V 4.3V 截止 导通 5V 0V

4.3V 导通 截止 5V 5V

4.3V

导通

导通

5V

0V

~T

0 0

0 1 1 1 0 1

1 1

真值表

3.2.4三极管非门

电路图逻辑符号

1

(D UA-OV时.三极管截止，r E= 0, i c= 0, 输出

电压W Y=^C=5V

②细=5V时，三极管导通。基极电流为'

5-0.7 A’ A

it，= ----- mA = 1mA

£ 4.3

3.2.5组合逻辑门电路

1与非门电路

A

5

■V

r

j

V

乡

2、或非门电路

三极管临券饱和时

的基极电流为'

5-0.3

30x1

0 16

mA

怙〉』时三极管工作

在饱和状态右输出电

压旳=t^ES = 0

A y

01

10

3.3集成逻辑门电路

一、TTL与非门

1、电路结构

°+fM+W)

V

1

（1）抗饱和三极管

作用：使三极管工作在浅饱和状态。因为三极管饱和越深，其工作速度越慢，为了提高工作速度，需要

采用抗饱和三极管。

构成：在普通三极管的基极B和集电极C之间并接了一个肖特基二极管（简称SBD )

。

特点：开启电压低，其正向导通电压只有0.4V，比普通硅二极管0.7V的正向导通压降小得多；没有电荷存储效应；制造工艺和TTL电路的常规工艺相容，甚至无须增加工艺就可制造出SBD。（2）采用有源泄放电路

上图中的V6、R3、R6组成。

2、TTL与非门的工作原理

（1）V i的等效电路

V i是多发射极三极管，其有三个发射结为PN结。故输入级用

以实现A、B、C与的关系。其等效电路如右图所示。

（2）工作原理分析

①输入信号不全为1：女口U A=0.3V,UB= u c=3.6V

则U BI=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，T3> T4 导通

忽略i B3,输出端的电位为：

UY ~ 5—0.7—0.7 = 3.6V

输出Y为高电平。

②输入信号全为1 :如

UA=UB=UC 3.6V

则UB1=2.1V , T2、T5导通, T4截止

输出端的电位为：

UY=U CES= 0.3V

输出Y为低电平。

功能0.3V 占□

3.6V B o

3.6V 匚0

Vi

V

①输入信号不全为1

+JW+5V)