数字电路 门电路
数字逻辑课件——门电路概述
其中，i为流过二极管的电流；u为加到二极
管两端的电压；UT
kT q
k为玻耳兹曼常数，T为热力学温度，q为电子电荷， 在常温下（即结温为27℃，T = 300K），VT ≈26mV； IS为反相饱和电流。
它和二极管的材料、工艺和尺寸有关，但对每只二 极管而言，它是一个定值。
9
i
二极管的特性也可用图 2-1-4的伏安特性曲线描 述。
5
2.1.2 半导体器件的开关特性
▪ 1. 半导体二极管的开关特性
因为半导体二极管具有单向导
电性，即外加正电压时导通，
+VCC
外加反电压时截止，所以它相
当于一个受外加电压极性控制
D
R
的开关，
uI
uO
S
如果用它取代图2-1-1中的S， 图2-1-3 二极管开关电路 就得到了图2-1-3所示的二极
管开关电路。
•以图2-1-10为例，设图中MOS管为
N沟道增强型，它的开启电压为UTN ， 则当uI = uGS < UTN时，MOS管工作
在截止区，D-S之间没有形成导电 沟道，沟道间电阻为109～1010Ω， 呈高阻状态，因此D-S间的状态就
像开关断开一样。
图2-1-10 MOS管的 开关电路
20
当uI = uGS > UTN时，且uGD > UTN，则
当uI ≤ 0时，uBE ≤ 0，三极管工
作在截止区，其工作特点是基极电
流iB ≈ 0，集电极电流iC = ICE
≈ 0，因此三极管的集-射极之间 相当于一个断开的开关。
输出电压为uo = UOH ≈ VCC 。
图2-1-7 双极型三 极管开关电路
16
《数字电路》门电路逻辑功能及测试实验
《数字电路》门电路逻辑功能及测试实验一、实验目的1、熟悉门电路逻辑功能。
2、熟悉数字电路箱及示波器使用方法。
二、实验原理门电路是开关电路的一种，它具有一个或多个输入端，只有一个输出端，当一个或多个输入端有信号时其输出才有信号。
门电路在满足一定条件时，按一定规律输出信号，起着开关作用。
基本门电路采用与门、或门、非门三种，也可将其组合而构成其它门，如与非门、或非门等。
图4-1为与非门电路原理图，其基本功能是：在输入信号全为高电平时输出才为低电平。
输出与输入的逻辑关系为：Y=ABCD平均传输延迟时间tpd是衡量门电路开关速度的参数。
它是指输出波形边沿的0.5Vm 点相对于输入波形对应边沿的0.5Vm点的时间延迟。
如图4-2所示，门电路的导通延迟时间为tpdL，截止延迟时间为tpdH，则平均传输延迟时间为：1。
tpd=(tpdL+tpdH)2图4-3为异或门电路原理图，其基本功能是:当两个输入端相异(即一个为‘0’，另一个为‘1’)时，输出为‘1’；当两个输入端相同时，输出为‘0’。
即:Y=A B=AB+AB。
图4-1与非门电路原理图 4-2门电路导通延迟时间与截止延迟时间图4-3异或门电路原理图三、实验仪器及材料1、双踪示波器2、器件74LS00 二输入端四与非门 2片74LS20 四输入端双与非门 1片74LS86 二输入端四异或门 1片74LS04 六反相器 1片四、实验内容及步骤实验前按实验箱的使用说明先检查实验箱电源是否正常。
然后选择实验用的集成电路。
按自已设计的实验接线图连线，特别注意Vcc及地线不能接错。
线接好后经实验指导教师检查无误后方可通电实验。
实验中改动接线须先断开电源，接好线后再通电实验。
1、测试门电路逻辑功能（1）选用双四输入与非门74LS20一只，插入实验板上的IC插座，按图4-1接线，输入端A、B、C、D分别接K1～K4（电平开关输出插口），输出端接电平显示发光二极管（L1～L16任意一个）。
数字电路第2章 门电路
2）输入负载特性 (ui R )
R1 3k b1 A B C T1 R2 750 R4 100
+5V
c1
T3
T2
3k
T4
R5 T5
F
ui
V
R
R3
360
R较小时 设：T2、T5 截止
A B C
R1 3k b1
+5V
R4
R2
c1
T1
T2
R5
T3
T4 F T5
R
ui
R3
R (5 U ) 4.3R ui be1 R1 R 3 R
I BS vcc vCES 5 0.3 mA 0.094mA βRc 50 1
V CC = +5V Rc iC 1kΩ vo c R b 10kΩ b β = 40 iB e
②vi=0.3V时，iB=0，三极管 工作在截止状态，ic=0。因 为ic=0，所以输出电压： vo=VCC=5V
IB 0
IC 0
VCE VCC
7
三极管的开关特性
+UCC 3V 0V RB RC uO T
+UCC
RC 3V
饱和时， VCE ≈ 0，C、 E极间电阻 很小 0V 截止时， IC ≈ 0，C、 E极间电阻 很大
C E
uO 0
相当于 开关闭合
ui
饱和 截止
+UCC RC
C E
uO UCC
避免！
0V 0
VL(max)
低电平
分立元件门电路和集成门电路:
分立元件门电路：用分立的元件和导线连 接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低， 负载差。 集成门电路：把构成门电路的元器件和连 线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来， 便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS 和TTL集成门电路。
门电路逻辑功能及测试实验原理
门电路逻辑功能及测试实验原理
门电路是数字电路中最基本的逻辑电路之一，用于实现逻辑操作。
常见的门电路有与门、或门、非门、异或门等。
每种门电路都有其特定的逻辑功能，以下是各种门电路的功能及测试实验原理：
1. 与门（AND Gate）：
逻辑功能：当所有输入均为高电平时，输出为高电平；否则输出为低电平。
测试实验原理：将多个输入连接到与门的输入端，将输出端连接到示波器或其他仪器上。
通过改变输入的电平，观察输出的变化，验证与门电路的功能是否正确。
2. 或门（OR Gate）：
逻辑功能：当任意一个输入为高电平时，输出为高电平；所有输入均为低电平时，输出为低电平。
测试实验原理：将多个输入连接到或门的输入端，将输出端连接到示波器或其他仪器上。
通过改变输入的电平，观察输出的变化，验证或门电路的功能是否正确。
3. 非门（NOT Gate）：
逻辑功能：输入与输出互为反相，即输入为高电平时，输出为低电平；输入为低电平时，输出为高电平。
测试实验原理：将输入连接到非门的输入端，将输出端连接到示波器或其他仪器上。
通过改变输入的电平，观察输出的变化，验证非门电路的功能是否正确。
4. 异或门（XOR Gate）：
逻辑功能：当输入的个数为奇数个时，输出为高电平；当输入的个数为偶数个时，输出为低电平。
测试实验原理：将多个输入连接到异或门的输入端，将输出端连接到示波器或其他仪器上。
通过改变输入的电平，观察输出的变化，验证异或门电路的功能是否正确。
注意：以上是常见的门电路的逻辑功能及测试实验原理，具体的实验步骤和使用仪器可能会有所不同，实验时应参考具体的实验指导书或教学资料。
数电第三章门电路
§3.4 TTL门电路
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。
输出高电平
UOH (3.4V)
u0(V)
UOH
“1”
输出低电平
u0(V)
UOL
UOL (0.3V)
1
(0.3V)
2 3 ui(V)
1 2 3 ui(V)
阈值UT=1.4V
传输特性曲线
理想的传输特性 28
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 。
uA t
uF
截止区： UBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 ——C、 E间相当于开关断开。
+ucc
t
4
0.3V
3.2.3MOS管的开关特 恒流区：UGS>>Uth ， UDS
性： +VDD
0V ——D、S间相当于 开关闭合。
R
uI
Uo
Ui
NMO S
uO
夹断区： UGS< Uth， ID=0 ——D、S间相当于开关断开。
3.3.4 其它门电路
一、 其它门电路
其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等,比如：
二、 门电路的“封锁”和“打开”问题
A B
&
Y
C
当C=1时，Y=AB.1=AB
数字电路 第二章门电路
DA
DB B
DC
Y
C
R
–5v
第2章 2.2
由以上分析可知： 只有当A、B、C全为 低电平时，输出端才 为低电平。正好符合
或门的逻辑关系。
A
B C
>1
Y
Y= A+B+C
三、 非门电路
第2章 2.2
RA A
RB
+5V
Rc uY=0.3V 设 uA= 3.6V，T饱和导通
• Y
uY= 0.3V
T
Y= 0
3. CMOS与非门
TP1 与TP2并联，TN1 与TN2串联；
当AB都是高电平时TN1 与TN2
TP2
同时导通TP1 与TP2同时截止；
输出Y为低电平。
当AB中有一个是低电平时， B
TN1 与TN2中有一个截止，
TP1 与TP2中有一个导通， 输出Y为高电平。
A
第2章 2. 3
+VDD
TP1 Y
正逻辑：L=0,H=1 ； 负逻辑：H=0,L=1 。
2. 1 半导体二极管、三极管和 MOS管的开关特性
一、理想开关的开关特性： 1 .静态特性 2. 动态特性
二、半导体二极管的开关特性 1.静态特性：
半导体二极管的结构示意图、符号和伏安 特性
一、二极管等效模型
(b)为理想二极管+恒压源模型 (c)为理想二极管模型
当D、S间加上正 向电压后可产生 漏极电流ID 。
第2章 2. 1
UDS
。
S UGS G
D ID
N++
NN++
N型导电沟道
耗尽层
数字电路精简 第3章门电路.
3.2.2二极管与门
5V
表3.2.2
电平分析 AB Y L L L H
3.2 二极管开关特性
正逻辑 AB 00 01 10 11 Y 0 0 0 1 负逻辑
AB Y
11 10 01 00 1 1 1 0
图3.2.5 正逻辑分析： Y A B 表3.2.1 有低出低全高出高
uA uB UY
Y A B 负逻辑分析： Y A B
正逻辑的“或”等于负逻辑 的“ 与” 或门的工作波形（口诀）
A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 D1通 B 0 1 1 0 0 1 1 0 0 F 0 1 1 1 0 1 1 1 0 特点:简单,高低电平不统一 4
D2止 D2通
夹断区： UGS< Uth (开启电 3.3.1MOS管的开关特性压) ， ID=0 ，D、S间相当 +VDD 于开关断开(ROFF109 )。
发射区高 掺杂浓度 退存储 效应tS
J I 是电子空 C 穴复合过程 B+ P
JE
R
VBB R
几十K
R
3.3 CMOS门电路
第三章 门电路
uI
ID
Uo
>Uth
t
D 漏
Ui
<Uth
G
栅
S 源
N M OS
uO
0V
图3.3.4 MOS 管开关特性图 可变电阻区：UGS>Uth, UDS 特点：有延迟，MOS管 0V ， D、S间相当于开关 的高、低电平幅度大、省 闭合(RON1K ) 5 电等优点。
数电逻辑门电路
数电逻辑门电路逻辑门电路是数字电路中常见的一种电路结构，用于处理不同的逻辑运算和控制信号。
逻辑门电路通常由不同类型的逻辑门组成，如与门、或门、非门、异或门等。
在这篇文章中，我们将介绍几种常见的逻辑门电路以及它们的应用。
1. 与门电路与门电路是最基本的逻辑门之一，其功能是将两个输入信号进行逻辑与运算，输出结果为如果两个输入信号同时为高电平时输出高电平，否则输出低电平。
与门电路通常用于逻辑运算和控制信号的处理，比如电脑中的逻辑电路、开关控制等。
2. 或门电路或门电路是另一种常见的逻辑门，其功能是将两个输入信号进行逻辑或运算，输出结果为如果任一输入信号为高电平时输出高电平，否则输出低电平。
或门电路也广泛应用于逻辑运算和控制信号处理中，例如电脑中的逻辑电路、开关控制等。
3. 非门电路非门电路是一种单输入单输出的逻辑门，其功能是将输入信号取反输出，即如果输入信号为高电平则输出低电平，如果输入信号为低电平则输出高电平。
非门电路通常用于信号反转、逻辑反相等应用。
4. 异或门电路异或门电路是一种常见的逻辑门，其功能是将两个输入信号进行逻辑异或运算，输出结果为如果两个输入信号不相同则输出高电平，否则输出低电平。
异或门电路在数字电路设计中经常被使用，例如数据的误码检测、加法器电路等。
以上是几种常见的逻辑门电路，下面我们将介绍一个简单的逻辑门电路示例：4位全加器电路。
4位全加器电路是由4个异或门、3个与门和1个或门组成的逻辑电路，用于实现4位二进制数的加法运算。
该电路的原理是将两个4位二进制数相加，得到和输出以及进位输出。
当输入信号为A3-A0、B3-B0时，输出信号为S3-S0代表和值，C代表进位位。
在4位全加器电路中，每个异或门接收两个输入信号A和B，输出一个异或运算结果；每个与门接收三个输入信号A、B和C_in，输出一个与运算结果；一个或门接收四个输入信号S0-S3，输出一个或运算结果。
将这些逻辑门按照接线图正确连接，就可以实现全加器电路的功能。
门电路的工作原理
门电路的工作原理
门电路是一种常见的数字电路，用于实现逻辑运算。
它由一个或多个输入信号和一个输出信号组成。
门电路的工作原理基于布尔代数的逻辑运算，即将输入信号进行逻辑与、逻辑或、逻辑非等运算，并根据逻辑运算结果，生成相应的输出信号。
逻辑门电路一般使用晶体管作为开关器件。
以与门为例，当所有输入信号都为高电平时，即逻辑1，晶体管的基极电压高于其发射极，导通电流，从而使输出信号为高电平。
若有一个或多个输入信号为低电平，即逻辑0，晶体管的基极电压低于其发射极，截止电流，从而使输出信号为低电平。
或门电路的工作原理与与门类似，只不过输出信号的逻辑是在所有输入信号中只要有一个是高电平时，输出为高电平，否则输出为低电平。
非门电路的工作原理是对输入信号进行取反操作，即输入信号为高电平时，输出信号为低电平；输入信号为低电平时，输出信号为高电平。
除了基本的与门、或门、非门之外，还有其他逻辑门电路，如与非门、或非门、异或门等，它们的工作原理基本上与前述门电路类似，仅仅是逻辑运算的具体方式略有不同。
门电路广泛应用于数字电路中的逻辑运算、数据处理、信息传输等领域，是数字电路设计中必不可少的基本组件之一。
数字电路基础：与门电路
数字电路基础：与门电路
从小巧的手表，到复杂的电子计算机，它们的许多元件被制成的形式，即把几十、几百，甚至成干上万个电子元件制作在一块片或绝缘片上。
每种集成都有它独特的作用。
有一种用得最多的集成电路叫门电路。
常用的门电路有与门、非门、与非门。
什么是与门电路
“门”顾名思义起开关作用。
任何“门”的开放都是有条件的。
例如.一名同学去买书包，只买既好看又给买的，那么他的家门只对“好看”与“坚固”这两个条件同时具备的书包才开放。
门电路是起开关作用的集成电路。
因为开放的条件不同，而分为与门、非门、与非门等等。
与门
我们先学习与门，在这之前请大家先看图1，懂得什么是高电位，什么是低电位。
图2甲是我们试验用的与用的与门，它有两个输入端A、B和一个输出端。
图15-17乙是它连人电路中的情形，发光是用来显示输出端的电位凹凸：输出端是高电位，二极管发光;输出端是低电位，二极管不发光。
试验
照图3甲、乙、丙、丁的挨次做试验。
图中由A、B引出的带箭头的弧线，表示把输入端接到高电位或低电位的导线。
每次试验按照二极管是否发光，判定输出端电位的凹凸。
第1页共2页。
门电路实验报告
门电路实验报告引言门电路是数字电路的核心组成部分之一，是数字电路中的最基本电路之一。
门电路可分为与门、或门、非门、异或门、与非门、或非门等多种形式。
本次实验我们将学习并实践常用的门电路，掌握门电路的基本原理和设计方法。
实验一：与门实验与门又称“与逻辑门”，它是一种最基本的逻辑运算电路。
与门的功能是将两个输入信号进行“与”运算，当且仅当两个输入信号同时为“1”时，输出信号才为“1”。
本次实验我们将学习如何设计与门电路，并测试其功能。
设计方案：我们使用片联式与门，先将两个输入电位源进行电平缩短，再接到与门输入端口，接着将门的输出端接到LED灯上。
当两个输入电位源均为1时，与门输出为1，LED灯亮起，反之则熄灭。
实验流程：1.按照设计方案连接电路，调节电位源的电位值，使输入信号分别为1和0。
2.通过示波器测试门的输出电压值和电流值。
3.将两个输入的电位值改为都为1，测试门的输出电压值和电流值，并观察LED灯的亮灭状态。
实验结果：实验结果显示，当两个输入信号均为1时，门的输出电压为高电平（约为4.95V），电流为7.78mA，LED灯亮起，符合预期结果。
实验二：或门实验或门又称“或逻辑门”，它是一种最基本的逻辑运算电路。
或门的功能是将两个输入信号进行“或”运算，当两个输入信号中任意一个为“1”时，输出信号就是“1”。
本次实验我们将学习如何设计或门电路，并测试其功能。
设计方案：我们使用数字电路板上的或门芯片，将两个输入信号接到其中的两个输入端口，将输出端口接到LED灯上。
当两个输入信号中任意一个为“1”时，或门输出为1，LED灯亮起。
实验流程：1.按照设计方案连接电路，调节电位源的电位值，使输入信号分别为1和0。
2.通过示波器测试门的输出电压值和电流值。
3.将两个输入的电位值改为都为0，测试门的输出电压值和电流值，并观察LED灯的亮灭状态。
实验结果：实验结果显示，当两个输入信号中任意一个为1时，门的输出电压为高电平（约为4.80V），电流为9.34mA，LED灯亮起，符合预期结果。
数字电子技术第二章门电路讲解
Vcc
R
Vo Vcc
Vi
K
只要能判断高 低电平即可
1
可用三极
0
管代替 0V
K开------Vo=1, 输出高电平 K合------Vo=0, 输出低电平
2.1半导体二极管门电路 半导体二极管的结构和外特性 （Diode）
• 二极管的结构： PN结 + 引线 + 封装构成
P
N
2.1.1二极管的开关特性：
③ 截止区：条件VBE = 0V, iB = 0, iC = 0, c—e间“断开” 。
iC f (VCE )
三、双极型三极管的基本开关电路
只要参数合理：
VI=VIL时，T截止，VO=VOH VI=VIH时，T导通，VO=VOL
四、三极管的开关等效电路
截止状态
饱和导通状态
五、动态开关特性
从二极管已知， PN结存在电容效 应。
(2)输出的高低电平受输入端数目的影响
输入端越多，VOL 越高，VOH 也更低 (3)使T2、T4的VGS 达到开启电压时， 对应的VI 值不同
解决方法
或非门 缓冲器 与非门
Y ABC ABC A B C
二 漏极开路的门电路（OD门）
1.可将输出并联使用，实现线与 或用作电平转换、驱动器
二、电压传输特性
CD段：转折区 VI VTH 1.4V , 所以VB1 2.1V T2 ,T5同时导通，T4截止，所以VO迅速 VOL 0 DE段：饱和区 VI继续，而VO不变 VO VOL
• 需要说明的几个问题： ①T2的输出VC 2和Ve2变化方向相反,故称倒相级。
2.3 CMOS门电路
2.3.1MOS管的开关特性氧化物层 金属层
数电第三章门电路知识点总结
数电第三章门电路知识点总结
数电第三章——门电路
1.杂志半导体特点
在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度；而小数载流子的浓度主要取决于温度。
杂质半导体，无论是N型还是P型，从总体上看，仍然保持着电中性。
2.CMOS与非门
P并N串
3.CMOS或非门
P串N并
4.CMOS传输门
5.三态门
三态分别是导通、截止、高阴态。
是有一个控制端，如果控制端设置为某个值（1或0），会让输入端无论输入什么都是不通的（有些情况是通的，就是状态不改变），这就叫高阻态，在图中由一个三角形表示。
6.TTL与CMOS优缺点
TL电路的优点是开关速度较高，抗干扰能力较强，带负载的能力也比较强，缺点是功耗较大。
CMOS电路具有制造工艺简单、功耗小、输入阻抗高、集成度高、电源电压范国宽等优点，其主要缺点是工作速度稍低，但随着集成工艺的不断改进，CMOS电路的工作速度已有了大幅度的提高。
数字电路-门电路
八、TTL门的动态特性：
传输延迟时间：输出波形相对于输入波形滞后的时间：50ns
通常把输出电压由高电平变为低电平的传输延迟时间记作tPHL， 由低电平变为高电平的传输延迟时间记作tPLH。
在此TTL非门中，由于输出管T5工作在深度饱和状态，所以 tPLH>tPHL。 一般在器件手册上给出的是平均传输延迟时间tpd。 其定义为：tpd=(tPHL+tPLH)/2
正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0 负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0
Vcc
Vo VI
S
2.2 半导体二极管和三极管的开关特性 2.2.1 半导体二极管开关特性
2.2.2、晶体三极管开关特性
截止区时，内阻很大，相当于开关断开状态； 饱和区时，内阻很低，相当于开关接通状态。
饱和区 iC (mA)
i CS
Nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
iBS 放大区
Vi
Vo
Q iBQ
iB VBE
0 VCES 截止区
M ICEO VCC VCE (V)
VBE<VT
IB=ICBO≈0 IC=ICEO≈0 VCE≈VCC
VBE=VBES=0.7V
IC=ICS VCE=VCES≈0.2V
IB
I BS
VCC
Rc
二、三极管的开关时间：
实际中，晶体三极管也是有惰性的开关，截止状 态和饱和状态之间的转换不能在瞬间完成。
四、输入特性：
+VCC R1 4k II
Vi
T1
be2
D1
be5
当VI<0.6v时，T2和T5管截止， 当VI=VIL=0.3v时， 输入低电平电流为
数字电子技术第二章门电路
RC 线与
A
Y
B
C D
+V CC
G1
RC
&
Y1
Y
AB
G2
&
Y2
CD
C
Y2
T1
T2
Y Y1 Y2 AB CD
D
T4
AB CD
注意：只有 OC 门才能实现线与。普通 TTL 门输出端不能并 联，否则可能损坏器件。
二、 输出三态门 –TSL门(Three - State Logic)
1. 电路组成及其工作原理 (1) 电路组成 ① 使能端低电平有效
1.2.电O路C组门成的及主符要号特：点：
R1
R2
+VCC +5V
+V CC
A
T1
T2
B
D1 D2
R3
RC Y T4
可以线与连接 V CC 根据电路 需要进行选择
+V CC
外
接
A
RC
&Y
B
AB
OC 门必须外接负载电阻 和电源才能正常工作。
线与连接举例：
+VCC
A
T1
T2
Y1
B
T4
+VCC
+V CC
Ri =RRi =onRo—ff —开门关电门阻电（阻2（.5<k0Ω.7）k）
即即：：当当 RRii 为为 02..57 kk 以以上下电电阻阻时时，, 输入端由相低当电于平低变电为平高。电平
2. 输出特性 uO f (iO )
uO / V
+ VCC +5V
uI UIL
3 3.6V
数电第二章 门电路
ROFF ＝0，电压UAK ＝0.
2.1.2 二极管的开关特性
二极管符号：
阳极
＋ uD －
阴极
伏安特性曲线：
Ui<0.5V时， 二极管截止， iD=0
UBR
0
iD(mA)
IF
0.5 0.7
uD(V)
伏安特性 Ui>0.7V时， 二极管导通
关门电阻Roff=0.7kΩ
以上分析说明： 悬空的输入端相当于接高电平。为了 防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。
TTL与非门在使用时多余输入端处理：
1. 若悬空，UI=“1”。 2. 接+5V。 3. 输入端并联使用。
讨论：TTL与门、或门、或非门 多余输入端如何处理
四、输入伏安特性——
反映输入电流iI和输入电压uI关系的曲线 1. 输入低电平，即uI＝0V时
逻辑符号：
B
Y
二、二极管或门
A D1
Y
B D2
-12V
uA
uB
uY
0V 0V -0.3V
0V 3V 2.7V
3V 0V 2.7V
3V 3V 2.7V
uA
uB
uY
AB
Y
0V 0V -0.3V 0 0
0
0V 3V 2.7V
01
1
3V 0V 2.7V 1 0
1
3V 3V 2.7V 1 1
1
逻辑式：Y=A+B
R2
b1 c1 T1
T2
逻辑关系：全1则0。
R3
+5V
uO =0.3V Y
门电路：与门、或门、非门电路及实例
门电路：与门、或门、非门电路及实例门电路是数字电路中最基本的逻辑单元。
它可以使输出信号与输入信号之间产生一定的逻辑关系。
在数字电路中，信号大都是用电位（电平）高低两种状态表示，利用门电路的逻辑关系可以实现对信号的转换。
最基本的门电路有与门电路，或门电路，非门电路等。
与门电路与门电路是指只有在一件事情的所有条件都具备时，事情才会发生。
与门电路的基本结构和逻辑符号见下图：在与门电路功能示意图中，只有在开关A和B都闭合时，灯才会亮，如果A和B中任意一个处于开路状态，灯就不会亮。
与门电路的真值表见下图：由二极管和电阻器构成的与门电路见下图：图中A，B为两个输入变量，F为输出变量，当A,B均为高电平，F为高电平，A,B只要有一个为低电平，F就为低电平。
或门电路或门电路是指只要有一个或一个以上条件满足时，事情就会发生。
或门电路的基本结构和逻辑符号见下图：上图中，只要开关A,B中有一个闭合，电流就能通过开关进入灯，灯点亮，只有两个开关都断开，灯才不会亮。
或门电路真值表见下图：同与门电路一样，最简单的或门电路也是由二极管和电阻器构成的。
见下图：图中A，B为两个输入变量，F为输出变量。
当A,B均为低电平，F才为低电平，A,B只要有一个为高电平，或两个都为高电平，F为高电平。
非门电路非门电路又叫“否”运算，也称求“反”运算，因此非门电路又称为反相器。
非门电路的基本结构和逻辑符号见下图：在非门电路中，当开关A闭合时，电路短路，灯F不亮；如果开关断开，灯亮。
非门电路的真值表见下图。
最基本的非门电路是利用晶体三极管的开关特性构成的。
可以实现非逻辑关系。
由晶体三极管和外围元件组成的非门电路如下：上图中，A为输入变量，Y为输出变量，利用晶体三极管的反相放大特性，当A为低电平，三极管截止，输出端Y为高电平。
当输入高电平，三极管处于饱和区，输出端Y为低电平。
门电路符号中，国家标准与国外标准的区别见下图：与非门和或非门分别是由与门+非门；或门+非门组合而成，在数字电路中也很常见。
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+VCC
＋
Rb b c Rc ＋＋
＋
ui=UIHiB≥I0B.7SV －
－ e
uo=0.3V －0.3V －
8
Rc
1kΩ
+VCC=+5V iC
ui
Rb b
c
uo
β=50
10kΩ iB
e
②ui=0.3V时，因为uBE<0.5V， iB=0，三极管工作在截止状 态，ic=0。因为ic=0，所以输 出电压：
iC＝ICS uCE＝UCES＝
0.3V 很小， 相当开关闭1合0
图2.2.9 双极型三极管的开关等效电路
(a)截止状态 (b)饱和导通状态
11
图2.2.11 MOS管的结构和符号
12
三. M OS管开关等效电路（理想情况下）
1、NM OS 管开关等效电路
当UGS≥2v时，TN导通：
当UGS<2v时， TN 截止
当C=0时，Y=A+B+0=A+B 或门打开，或功能成立。
能“打开”或者“封锁”门电路的信号叫“控制信号”。 控制信号的输入端叫“控制端”，或“使能端”。
iC (mA) 直流负载线
80μA
VCC Q2 Rc
饱 和 区
放
Q
大
60μA 40μA 20μA
区
Q1 iB=0
0 0.5 uBE(V)
0 UCES
VCC uCE(V)
工作原理电路
输入特性曲线
输出特性曲线 截止区
截止状态
+VCC
＋
Rb b c Rc
＋
ui=UIL<0.5V
uo=+VCC
－
e
－
饱和状态
第二章 门电路
§2-1 概述 §2-2 二极管、三极管、MOS 管开关等效电路 §2-3 最简单的与、或、非门电路 §2-4 TTL门电路 §2-5 CMOS门电路
1
§2—1. 概 述
一、门电路 用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的
单元电路统称为 门电路。 二、正、负逻辑
如果以输出的高电平表示逻辑 “ 1 ”，低电平表示 逻辑 “ 0 ”，则为正逻辑，反之为负逻辑。 本课件中，全部采用正逻辑。
因为0<iB<IBS，三极管工作在放大
状态。iC=βiB=50×0.03=1.5mA，
输出电压：
IBS 0.094 mA
因为iB>IBS，三极管工作 在饱和状态。输出电压：
uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.5×1=3.5V
uo＝UCES＝0.3V
9
2、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
4.输出函数式 Y=A+B
5。逻辑符号 A ≥1 Y B 16
2-3-3. 三极管非门
2.工作原理
1。电原理图
Ua T UY 0 截止 Vcc 3v 饱和 0 3. 真值表
4.输出函数式
AY 01 10
Y=A
5.逻辑符号
A1
Y
-VEE
注：为了保证在输入低电平时三极 管可靠截止，常将电路接 成上图形式。由于接入了负电源VEE，即使输入低电平信号稍 大于零，也能使三极管的基 极为负电位，使三极管可靠截止， 输出为高电平。
2. PMOS管开关等效电路。
当UGS≤-2v时，TP导通：
（等效开关图同上）
当UGS>-2v时, TP截止：
13
图2.2.15 MOS管的开关等效电路
(a)截止状态 (b)导通状态
RON 1K
14
§2—3 最简单的与、或、非门电路
+VCC
2-3-1 二极管与门
1. 电路组成（以二输入为例）
Da R
uo=VCC=5V
③ui＝3V时，三极管导通， ①ui=1V时，三极管导通，基极电流：基极电流：
iB
ui
uBE Rb
1 0.7 mA 10
0.03mA
三极管临界饱和时的基极电流：
iB
3
0.7 10
mA
0.23mA
而
I BS
ui
uCES
Rc
5 0.3 mA 50 1
0.094 mA
开关
当Ua>Ub时，D导通
闭合
当Ua≤Ub时,D截止
开关
断开
二、 三极管开关等效电路（理想情况下）
开关
当Ub为高电平UIH时，T饱和
闭合
当Ub为低电平UIL时，T截止
开关 断开
图2.2.5 双极型三极管的两种类型
(a)NPN型 (b)PNP型
7
+VCC Rc iC
Rb b
c uo
ui
iB
e
iB(μA)
2
获得高、低电平的基本原理
正逻辑与负逻辑
3
二极管伏安特性的几种近似方法
4
U极i<管0.截5V止时，，iD二=0。IF iD(mA)
UBR
uD(V)
0
0.5 0.7
Ui>0.5V时， 二极管导通。
伏安特性
D
+
+
ui
RL uo
Байду номын сангаас
－
－
开关电路
D
D
+
ui=0V －
+ RL uuoo
－
+ +－
+
ui=5V 0.7V RL －
工作状态 条件
偏置情况
工
作 集电极电流
特
点
ce 间电压
ce 间等效电阻
截止 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
放大 0＜iB＜IBS 发射结正偏 集电结反偏 uBE>0，uBC<0
iC＝βiB
uCE＝VCC－ iCRc
可变
饱和
iB＞IBS 发射结正偏 集电结正偏 uBE>0，uBC>0
uu－oo
ui=0V 时的等效电路
ui＝0V时，二极管截止， 如同开关断开，uo＝0V。
ui=5V 时的等效电路 ui＝5V时，二极管导通，如同 0.7V的电压源，uo＝4.3V。
二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。 5
§2—2. 二极管三极管和MOS管 开关等效电路
一、二极管开关等效电路（理想情况下）
17
2-3-4. 其它门电路
一、 其它门电路 其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等（。略）
二、 门电路的“封锁”和“打开”问题
A B
&
Y
C
当C=1时，Y=AB.1=AB
A B ≥Y C 当C=1时，Y=A+B+1=1
与门打开，与功能成立。
或门封锁，或门不能工作。
当C=0时，Y=AB.0=0 与门封锁，与门不能工作。
0 10
1 00 1 11
5. 逻辑符号
A B
&
Y
15
2-3-2 二极管或门
1。 电路组成(以二输入为例)
2。 工作原理
Ua Ub 00 0 3v 3v 0 3v 3v
Da Db
截止 截止 截止 导通 导通 截止 导通 导通
UY 0 2.3v 2.3v 2.3v
3。真值表
A BY 0 00 0 11 1 01 1 11
A
Y
2. 工作原理
设：VCC=5V，
UIH=3v,UIL=0v
二极管正向压降0.7V。
Ua Ub 00 0 3v
B Db
Da Db UY 导通 导通 0.7V 导通 截止 0.7V
3. 真值表（状态表） A BY
3v 0 截止 导通 0.7V 3v 3v 导通 导通 3.7v
0 O0
4. 输出函数式 Y=A•B