第三章 逻辑门电路+6h
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《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
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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
数字电子技术
门电路的概念：
实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门 电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门， 实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。
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。
A 、B 全1 ， F才为1。
可见实现了与逻辑
数字电子技术
5. 逻辑符号 6. 工作波形
7. 逻辑表达式
F＝A B
二极管与门 （a）电路 （b）逻辑符号 （c）工作波形
数字电子技术
二极管或门电路
1. 电路 2. 工作原理
A、B为输入信号（+3V或0V） F为输出信号
电路输入与输出电压的关系 A B F 0V 0V 0V 0V 3V 2.3V 3V 0V 2.3V 3V 3V 2.3V
1. 电压传输特性
数字电子技术
开门电平UON： 确保输出为“0” 的UIH最小值
输出高电平UOH 输出低电平UOL 输入高电平UIH 输入低电平UIL
关门电平UOFF ： 确保输出为“1” 的UIL最大值
数字电子技术
2. 输入噪声容限：
输入低电平噪声容限 允许在低电平上叠加的正向噪声电压 UNL=UOFF － UIL 输入高电平噪声容限 允许在高电平上叠加的负向噪声电压 UNL=UIH －UON
电路为正常 的与非工作 状态，所以 称控制端低 电平有效。
1
Y＝AB
0
截止
数字电子技术
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0 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3.2.2三极管的开关特性NPN型三极管截止、放大、饱和3种工作状态的特点工作状态截止放大饱和条件i B＝0 0＜i B＜I BS i B＞I BS工作特点偏置情况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〉集电极电流i C＝0 i C＝βi B i C＝I CSce间电压u CE＝V CC u CE＝V CC－i C R cu CE＝U CES＝0.3Vce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2、二极管或门u A u B u Y D1D20V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V0V4。
3V4。
3V4.3V截止截止截止导通导通截止导通导通3。
2.4三极管非门3。
2。
5组合逻辑门电路1、与非门电路2、或非门电路3.3 集成逻辑门电路一、TTL与非门1、电路结构(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）。
《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
第3章 逻辑门电路
输出级由T3、T4、RC4 和 D3组成。与非门工作在稳 态时，T3和T4总是一个截 止另一个导通，这种情况
能降低输出级的静态功耗，
提高与非门的负载驱动能
力。这种电路也称为推拉
图3-14 TTL与非门电路
式或图腾柱输出电路。
17
3.2 TTL逻辑门电路
2. 工作原理
设输入信号A、B的高电平为VIH = 3.0V，低电平为VIL =
3.1 分立元件门电路
二极管输入和输出电压之间的关系如表3-1所示。若 0~0.8V为低电平，2~5V为高电平，低电平和高电平分别用 逻辑0和逻辑1表示，则表3-1对应的真值表为3-2所示。可 知，输出和输入之间是一种与逻辑关系。
3.1 分立元件门电路
3. 二极管或门 一个简单的二极管或门电路如图3-5所示。由图3-5可知， 输入电压信号A、B和输出电信号压Y之间的关系如下：
15
3.2.1 TTL与非门
1. 电路结构 图3-14是一个74标准系列TTL与非门电路结构，它由输入
级、倒相级和输出级三部分组成。
输入级由T1、RB1、D1和D2组成。多发射极三极管T1可以 视为两个发射极独立，基极与基极、集电极与集电极分别并联
在一起的一个三极管，如图3-15所示。D1和D2是两个钳位二极 管，导通压降均为
干扰能力，噪声容限越大，其抗干扰能力也越强。
实际电路中，通常有多个门电路连接在一起。这样，
前一级门的输出就成了后一级门的输入。因此，噪声容限
就是前一级门电路输出电平值为最坏的情况下，为保证后
一级门电路正常工作所允许的最大噪声幅度。噪声容限 有
输入高电平噪声容限和输入低电平噪声容限，如图3-17所
在DE段，即使输入电压 υI 继 续增加，输出电压 υo 不再改变， 该段称为饱和区。
数字电子技术基础(数字电路)第三章逻辑门电路 ppt课件
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
第三章 逻辑门电路
一 逻辑门电路概述
二 基本CMOS逻辑门电路
三 CMOS门电路的不同输出结构及参数
四 TTL逻辑门电路
五 逻辑描述及门电路使用中的问题
六 用Verilog HDL描述门电路
输入高电平的 下限值VIH(min)
输出高电平的 下限值VIL(min)
输出低电平的 上限值VIH(max)
（5-17/25）
CMOS反相器的工作速度
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。
（5-18/25）
3. 其他基本CMOS 逻辑门电路
CMOS 与非门
+VDD +5V
分类与符号
D
B G
S
N沟道 增强型
D
D
D
B G
S
P沟道 增强型
B G
S
N沟道 耗尽型
B G
S
P沟道 耗尽型
（5-10/25）
1. MOS管及其开关特性
开关原理
（N沟道增强型为例）
－ UDS
g s
-＋
UGS
＋ d
UGS UT
d、s之间形成导电沟道
N沟道
SiO2
N+
N+
NMOS管
P B(衬底）
D
G
B
（5-5/25）
第三章 逻辑门电路
教学基本要求：
掌握基本CMOS、TTL逻辑门电路组成 与原理 掌握门电路的不同输出结构及典型参数 了解门电路的HDL建模
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
第三章 逻辑门电路
一 逻辑门电路概述
二 基本CMOS逻辑门电路
三 CMOS门电路的不同输出结构及参数
四 TTL逻辑门电路
五 逻辑描述及门电路使用中的问题
六 用Verilog HDL描述门电路
输入高电平的 下限值VIH(min)
输出高电平的 下限值VIL(min)
输出低电平的 上限值VIH(max)
（5-17/25）
CMOS反相器的工作速度
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。
（5-18/25）
3. 其他基本CMOS 逻辑门电路
CMOS 与非门
+VDD +5V
分类与符号
D
B G
S
N沟道 增强型
D
D
D
B G
S
P沟道 增强型
B G
S
N沟道 耗尽型
B G
S
P沟道 耗尽型
（5-10/25）
1. MOS管及其开关特性
开关原理
（N沟道增强型为例）
－ UDS
g s
-＋
UGS
＋ d
UGS UT
d、s之间形成导电沟道
N沟道
SiO2
N+
N+
NMOS管
P B(衬底）
D
G
B
（5-5/25）
第三章 逻辑门电路
教学基本要求：
掌握基本CMOS、TTL逻辑门电路组成 与原理 掌握门电路的不同输出结构及典型参数 了解门电路的HDL建模
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
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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”；
第3章 逻辑门电路(h)
c1
F = ABC F 集电极 开路
（Open Collector)
T1
菱 形
符号
&
特点：上拉电阻RP 和VCC 可以外接。
OC门可以实现“线与”功能。 UCC UCC RP F F1
& &
F2
输出级
T5 T5
T5
&
F3 分析：F1、F2、F3任一导通，则F=0。 F1、F2、F3全截止，则F=1 。
T1
T2
T4
F
T5
R3
输入级
中间级
输出级
3.主要电气特性
1）电压传输特性
UO
UI
+5V
测
试
& R
UI
电
路
UO
传输特性曲线
输出高电平 uo(V)
UOH (3.4V)
截止区(T5 ：关门)
输出低电平
UOL (0.3V) 0.5 1.0 1.5 阈值电压:UTH=1.4V 门槛电压(Threshold)
TTL与非门在使用时多余输入端处理：
1. 接+5V。 2. 若悬空，UI=―1‖。 3. 输入端并联使用。
2） 输出负载特性
前后级之间电流的联系 &
？
&
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
前级输出为 低电平时
b1
R1 4k
+5V
R2 T2
+5V
R1
T1
c1
T5
T1 后级
§3.1 二极管和BJT的开关特性
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。
逻辑门电路
（ Very Large Scale Integration :VLSI )
21
R1 3k b1 A B C
+5V
R2 750
T2 T3 R4 100 T4
c1
T1
R3
3k R5
T5
F
F A BC
360
TTL与非门的内部结构
22
UCC S T2 D
PMOS管 工作原理： ui=0时： ugs2=UCC ， T2导通、T1截止， uo=“１”；
19
20
名称
100个以下：小规模集成电路
( Small Scale Integration :SSI )
几百个：中规模集成电路 （Medium Scale Integration :MSI ) 几千个：大规模集成电路 （ Large Scale Integration :LSI ) 一万个以上：超大规模集成电路
ui
uo
D T1
S NMOS管
ui=1时： T1导通、T2截 止，uo=“0”。
CMOS反相器
23
以TTL为例
电压传输特性 uo(V)
UOH (3.4V)
输出高电平
“1” 输出低电平
UOL (0.3V) UOH
uo(V)
UOL (0.3V)
1
2 3 ui(V)
1
2 3 ui(V)
24
阈值UT=1.4V 理想的传输特性
A B A B
1
F
A & B A B
F
F
F
F
F
42
A B
A B
国标
三态门 (两输入与非)
3逻辑门电路
3V 0.7V
3V
0V 0.7V
2024/7/3
3V
3V 3.7V
2
3. 逻辑赋值并规定高低电平
用逻辑1表示高电平（此例为≥+3V） 用逻辑0表示低电平（此例为≤0.7V）
4. 真值表
A
B
0V
0V
0V
3V
3V
0V
3V
3V
2024/7/3
表3-2 二极管与门的真值表
F 0.7V 0.7V 0.7V 3.7V
门电路的概念： 实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑 门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或 门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。
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
5V±5%
5V±10%
2024/7/3
45
不同系列TTL门电路的比较
系列 参数
54/74 标准
54H/74H 高速
54S/74S 肖特基
tpd/ns
10
6
4
P/门/mw
10
22.5
20
系列 参数
tpd/ns
P/门/mw
54LS/74LS 低功耗肖特基
10
2
54ALS/74ALS 低功耗肖特基高速
4
2024/7/3
11
1.电路结构
+5V
R1
R2
R4
3k
750 100
A
B C
b1 c1 T1
T2 T3
T4
《数字电子技术基础》第五版：第三章 门电路
16mA N1 1mA 16
(2)高电平输出时的扇出数
400A N2 40A 10
若N1≠N2，则取较小的作为电路的扇出数。
六、输入端电阻特性：
输入低电平时，输入端串接电
阻的影响
VI
RP R1 RP
( VCC
0.7 )
VI(V)
1.4 0.8
0 0.91 1.93
RI(kΩ)
•当串接电阻小于 RO 0.5k 时，能可靠实现输入低电平
当串接电阻远大于 RO 2k 时，应视为输入高电平。
门间限流电阻的确定
1 VOH R VIH 1
G1
IIH G2
1 VOL R VIL 1
G1
IIL G2
为了保证G1输出的高、低电平能正确地传输到G2的输入端，
门间限流电阻R不能太大，要求：
1、当VO1=VOH 时，应满足VI2≥VIH（min)
A BY 0 00 0 11 1 01 1 11
§3.5 TTL门电路
双极性数字集成电路中应用最广的是TTL电路 （Transistor-Transistor-Logic的缩写） §3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构：输入端和输出端都是三极管结构。
电路由三部分组成：
T1、R1，D1构成的输入级； T2、R2、R3组成的倒相级， T4、T5、D2、R4组成输出级。
OC门的电路结构和逻辑符号：
Y ABCD
n个OC门的输出接在一起， 只要有一个是低电平，Vo是低电平； 每个输出都是高电平时，Vo是高电平。
三、TTL门的输入端噪声容限
当电路受到干扰时，在保证输出高、低电平基本不变的条
件下，输入电平的允许波动范围。（输入噪声的电压幅值）
(2)高电平输出时的扇出数
400A N2 40A 10
若N1≠N2，则取较小的作为电路的扇出数。
六、输入端电阻特性：
输入低电平时，输入端串接电
阻的影响
VI
RP R1 RP
( VCC
0.7 )
VI(V)
1.4 0.8
0 0.91 1.93
RI(kΩ)
•当串接电阻小于 RO 0.5k 时，能可靠实现输入低电平
当串接电阻远大于 RO 2k 时，应视为输入高电平。
门间限流电阻的确定
1 VOH R VIH 1
G1
IIH G2
1 VOL R VIL 1
G1
IIL G2
为了保证G1输出的高、低电平能正确地传输到G2的输入端，
门间限流电阻R不能太大，要求：
1、当VO1=VOH 时，应满足VI2≥VIH（min)
A BY 0 00 0 11 1 01 1 11
§3.5 TTL门电路
双极性数字集成电路中应用最广的是TTL电路 （Transistor-Transistor-Logic的缩写） §3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构：输入端和输出端都是三极管结构。
电路由三部分组成：
T1、R1，D1构成的输入级； T2、R2、R3组成的倒相级， T4、T5、D2、R4组成输出级。
OC门的电路结构和逻辑符号：
Y ABCD
n个OC门的输出接在一起， 只要有一个是低电平，Vo是低电平； 每个输出都是高电平时，Vo是高电平。
三、TTL门的输入端噪声容限
当电路受到干扰时，在保证输出高、低电平基本不变的条
件下，输入电平的允许波动范围。（输入噪声的电压幅值）
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正逻辑←→负逻辑
⑵目的：化简和转换电路。
⑶方法：从后往前的奇数级上，输入、输出都取反，且 与门→或门，或门→与门，即可化简电路。
精品课件
正负逻辑转换举例
A&
B
C&
D1
5V A
D2
0V
B
Vcc（5V） R
F
正逻辑 真值表 F＝AB
ABF 000 010 100 111 正与逻辑
负逻辑 真值表 F＝A＋B 等价
精品课件
ABF 111 101 011 000 负或逻辑
⒊ 正负逻辑转换（只需了解）
⑴依据: FABFAB FAB FAB
一个门的输入和输出同 时取反，则：
关闭 存储 下降
说明: ⑴转换时间：截止→导通 时间ton较
小
较大
导通→截止时间toff
精品⑵课件toff中 ts占主要部分。
三极管的开关特性
3V
0V RB ui
+UCC
RC
3V
uO T
截饱止和 0V
相当于 开关断开
精品课件
+UCC
RC
uO uO 0
C
E
相当于
开关闭合
+UCC RC
C uO uO UCC
UD
D
V1
反向恢复时间 tre
ID
电流由 I2VR2 0.1I2,所需的时间。 I1
说明: ⑴转换时间：截止→导通 较小
导通→截止较大
故D的开关时间以tre来衡量。
I2
tre
⑵Vi的最高频率以10 tre来取值。
精品课件
R
t
V2
0.1I 2
t
Is
二极管的开关特性
导截通止
D
3V 0V
3 V
R
0V
相当于
⒈开关作用（续）
Vcc=5V
临界饱和：Vbc＝0 V 时，T处于临界饱和 V i
ibIbs IcV cc R V Cces,V ce s0.3V 10K
饱和系数： B ib
I bs
B越大，饱和越深； 反之饱和则浅
1k Y
T
β =30
说明：因ib IbsIc VccR C 0.3
所以，临界饱和电流是由外电路（Rc）决定的， Rc不同，临界饱和电流是不一样的。
⑵同一个逻辑门电路，在不同逻辑定义下， 实现的逻辑功能不同。
⑶数字系统中，不是采用正逻辑就是采用 负逻辑，而不能混合使用。
本书中采用正逻辑系统。
精品课件
正负逻辑约定举例
电位表：
VA VB
VF
0V 0V 0.7V
0V 5V 0.7V
5V 0V 0.7V
5V 5V 5 V
D1 D2 通通 通止 止通 止止
精品课件
二、半导体二极管的开关特性
⒈开关作用
UD
D正偏→导通→UD很小→电路导通 +
UD ≈0.7V,硅管
Vi D
R
UD ≈0.3V,锗管
－
注:讲课如不特殊说明,均以硅管为例.
D反偏→截止→UD很大→电路断开
精品课件
⒉动态特性
+
反向恢复过程:
Vi
－
D正偏时，PN结电阻较小。加上反压后， V i
形成较大的I2；尔后，随着结电阻的增 加，反向电流逐渐减小，直至漏电流Is。
E
四、基本门电路
对应三种基本逻辑运算，有三种基本门电路
⒈二极管与门（D与门）
⑴电路 ⑵原理
D1
5V A
Vcc（5V） R
F
电位表： VA VB 0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
VF 0.7V 0.7V 0.7V 5V
D1 D2 通通 通止 止通 止止
D2
0V
B
电路分析要求出输入的 各种组合与输出的关系
⒉ 二极管或门（D或门）
D1
5V A
⑴电路 ⑵原理
D2
0V
B
电位表：
VA VB 0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
VF 0V 4.3V 4.3V 4.3V
D1 D2 止止 止通 通止 通通
0→低电位 1→高电位
真值表: ABF 000 011 101 111
精品课件
F
R
实现 了或 逻辑 功能
第三章 逻辑门电路
§1 逻辑门电路 §2 TTL集成门电路 §3 MOS集成门电路
精品课件
§1 逻辑门电路
门：具有开关作用。 门电路：具有控制信号通过或不通过能力的电路。
一、器件的开关作用
体现开关作用→静态特性 开关特性 转换过程→动态特性
Z＝0 →短路、相当开关闭合
理想开关特性
Z＝∞ →断路、相当开关断开
⑶符号
A
A
A
≥1 F
＋F
F
B
B
B
国标 国外
惯用
精品课件
⒊ 晶体管非门 (反相器)
⑴电路
⑵原理
电位表： VA VF T 0V 5V 止 5V 0.3V 通
⑶符号
A
F
1
国标
真值表: AF 01
10
A Rb
实现 了非 逻辑 功能
A
F
A
F
惯用 精品课件
国外
Vcc( 5V) Rc
F T
⒋ 复合门
把单级门电路级联起来,构成复合门,如:与非门、或非门等等。
精品课件
例1:计算图示电路的临界饱和电流。
Vcc
解：
Ics
V cc
Vces－I RC
eRe
I cs RC＋ I e Re＝ Vcc Vces
ic↓ Rc
V i Rb
Vo
即： I bs RC＋（ 1＋ ） I bs Re＝ Vcc Vces ib→
T β =30
I bs＝
Vcc Vces RC＋（ 1＋ ）
S
开关闭合
R
相当于
S
开关断开
R
精品课件
三、半导体三极管的开关特性
Vcc=5V
⒈开关作用
ic 1k
Vbe Vbc
V i ib
Vo T
截止 反偏 反偏， ib＝ic ＝0，开关断开。 10K
β =30
放大 正偏 反偏， ic ＝ βib， 线性放大。
饱和 正偏 正偏， ib >Ibs ， 开关闭合。
精品课件
A
1
A
或非门 B
YB
A
Y
B
Y
A
与非门 B
&
YA
B
Y
A
B
Y
A =1
A
异或门 B
YB
A
YB
Y
异或非门
A B
=
A
YB
A
Y
B
Y
国标
惯用
国外
精品课件
五、逻辑约定
⒈ 正逻辑 ⒉ 负逻辑
门电路的输入、输出电压定义为： 低电位→ 0
高电位→ 1 低电位→ 1
门电路的输入、输出电压定义为： 高电位→ 0
说明： ⑴前面所述基本门电路均以正逻辑定义。
精品课件
⒈二极管与门(续)
VA VB VF D1 D2
真值表: ABF
0V 0V 0.7V 通 通 0→低电位 0 0 0
实现
0V 5V 0.7V 通 止
010
了与
5V 0V 0.7V 止 通 1→高电位 1 0 0
逻辑
5V 5V 5 V 止 止
功能
111
⑶符号
A
A
A
&F
F
F
B
B
B
国标
惯用
国外
精品课件
Re
ie↓
Re Vces=0.7 V
精品课件
Vcc=5V
⒉动态特性
Vi
1k
Vi
开关时间:
10K
T
Y
t
T从：0Biblioteka 截止→导通 ，建立电荷需要时间 ic
0.9Icmax
→ton
0.1Icmax
导通→截止存储电荷消散需要时间 0
t
→toff
td tr
ts t f
t on t d t r
开启 延时 上升
t off t s t f
⑵目的：化简和转换电路。
⑶方法：从后往前的奇数级上，输入、输出都取反，且 与门→或门，或门→与门，即可化简电路。
精品课件
正负逻辑转换举例
A&
B
C&
D1
5V A
D2
0V
B
Vcc（5V） R
F
正逻辑 真值表 F＝AB
ABF 000 010 100 111 正与逻辑
负逻辑 真值表 F＝A＋B 等价
精品课件
ABF 111 101 011 000 负或逻辑
⒊ 正负逻辑转换（只需了解）
⑴依据: FABFAB FAB FAB
一个门的输入和输出同 时取反，则：
关闭 存储 下降
说明: ⑴转换时间：截止→导通 时间ton较
小
较大
导通→截止时间toff
精品⑵课件toff中 ts占主要部分。
三极管的开关特性
3V
0V RB ui
+UCC
RC
3V
uO T
截饱止和 0V
相当于 开关断开
精品课件
+UCC
RC
uO uO 0
C
E
相当于
开关闭合
+UCC RC
C uO uO UCC
UD
D
V1
反向恢复时间 tre
ID
电流由 I2VR2 0.1I2,所需的时间。 I1
说明: ⑴转换时间：截止→导通 较小
导通→截止较大
故D的开关时间以tre来衡量。
I2
tre
⑵Vi的最高频率以10 tre来取值。
精品课件
R
t
V2
0.1I 2
t
Is
二极管的开关特性
导截通止
D
3V 0V
3 V
R
0V
相当于
⒈开关作用（续）
Vcc=5V
临界饱和：Vbc＝0 V 时，T处于临界饱和 V i
ibIbs IcV cc R V Cces,V ce s0.3V 10K
饱和系数： B ib
I bs
B越大，饱和越深； 反之饱和则浅
1k Y
T
β =30
说明：因ib IbsIc VccR C 0.3
所以，临界饱和电流是由外电路（Rc）决定的， Rc不同，临界饱和电流是不一样的。
⑵同一个逻辑门电路，在不同逻辑定义下， 实现的逻辑功能不同。
⑶数字系统中，不是采用正逻辑就是采用 负逻辑，而不能混合使用。
本书中采用正逻辑系统。
精品课件
正负逻辑约定举例
电位表：
VA VB
VF
0V 0V 0.7V
0V 5V 0.7V
5V 0V 0.7V
5V 5V 5 V
D1 D2 通通 通止 止通 止止
精品课件
二、半导体二极管的开关特性
⒈开关作用
UD
D正偏→导通→UD很小→电路导通 +
UD ≈0.7V,硅管
Vi D
R
UD ≈0.3V,锗管
－
注:讲课如不特殊说明,均以硅管为例.
D反偏→截止→UD很大→电路断开
精品课件
⒉动态特性
+
反向恢复过程:
Vi
－
D正偏时，PN结电阻较小。加上反压后， V i
形成较大的I2；尔后，随着结电阻的增 加，反向电流逐渐减小，直至漏电流Is。
E
四、基本门电路
对应三种基本逻辑运算，有三种基本门电路
⒈二极管与门（D与门）
⑴电路 ⑵原理
D1
5V A
Vcc（5V） R
F
电位表： VA VB 0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
VF 0.7V 0.7V 0.7V 5V
D1 D2 通通 通止 止通 止止
D2
0V
B
电路分析要求出输入的 各种组合与输出的关系
⒉ 二极管或门（D或门）
D1
5V A
⑴电路 ⑵原理
D2
0V
B
电位表：
VA VB 0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
VF 0V 4.3V 4.3V 4.3V
D1 D2 止止 止通 通止 通通
0→低电位 1→高电位
真值表: ABF 000 011 101 111
精品课件
F
R
实现 了或 逻辑 功能
第三章 逻辑门电路
§1 逻辑门电路 §2 TTL集成门电路 §3 MOS集成门电路
精品课件
§1 逻辑门电路
门：具有开关作用。 门电路：具有控制信号通过或不通过能力的电路。
一、器件的开关作用
体现开关作用→静态特性 开关特性 转换过程→动态特性
Z＝0 →短路、相当开关闭合
理想开关特性
Z＝∞ →断路、相当开关断开
⑶符号
A
A
A
≥1 F
＋F
F
B
B
B
国标 国外
惯用
精品课件
⒊ 晶体管非门 (反相器)
⑴电路
⑵原理
电位表： VA VF T 0V 5V 止 5V 0.3V 通
⑶符号
A
F
1
国标
真值表: AF 01
10
A Rb
实现 了非 逻辑 功能
A
F
A
F
惯用 精品课件
国外
Vcc( 5V) Rc
F T
⒋ 复合门
把单级门电路级联起来,构成复合门,如:与非门、或非门等等。
精品课件
例1:计算图示电路的临界饱和电流。
Vcc
解：
Ics
V cc
Vces－I RC
eRe
I cs RC＋ I e Re＝ Vcc Vces
ic↓ Rc
V i Rb
Vo
即： I bs RC＋（ 1＋ ） I bs Re＝ Vcc Vces ib→
T β =30
I bs＝
Vcc Vces RC＋（ 1＋ ）
S
开关闭合
R
相当于
S
开关断开
R
精品课件
三、半导体三极管的开关特性
Vcc=5V
⒈开关作用
ic 1k
Vbe Vbc
V i ib
Vo T
截止 反偏 反偏， ib＝ic ＝0，开关断开。 10K
β =30
放大 正偏 反偏， ic ＝ βib， 线性放大。
饱和 正偏 正偏， ib >Ibs ， 开关闭合。
精品课件
A
1
A
或非门 B
YB
A
Y
B
Y
A
与非门 B
&
YA
B
Y
A
B
Y
A =1
A
异或门 B
YB
A
YB
Y
异或非门
A B
=
A
YB
A
Y
B
Y
国标
惯用
国外
精品课件
五、逻辑约定
⒈ 正逻辑 ⒉ 负逻辑
门电路的输入、输出电压定义为： 低电位→ 0
高电位→ 1 低电位→ 1
门电路的输入、输出电压定义为： 高电位→ 0
说明： ⑴前面所述基本门电路均以正逻辑定义。
精品课件
⒈二极管与门(续)
VA VB VF D1 D2
真值表: ABF
0V 0V 0.7V 通 通 0→低电位 0 0 0
实现
0V 5V 0.7V 通 止
010
了与
5V 0V 0.7V 止 通 1→高电位 1 0 0
逻辑
5V 5V 5 V 止 止
功能
111
⑶符号
A
A
A
&F
F
F
B
B
B
国标
惯用
国外
精品课件
Re
ie↓
Re Vces=0.7 V
精品课件
Vcc=5V
⒉动态特性
Vi
1k
Vi
开关时间:
10K
T
Y
t
T从：0Biblioteka 截止→导通 ，建立电荷需要时间 ic
0.9Icmax
→ton
0.1Icmax
导通→截止存储电荷消散需要时间 0
t
→toff
td tr
ts t f
t on t d t r
开启 延时 上升
t off t s t f