与非门电路原理知识

TTL 门电路的外部特性，逻辑功能、电气特性。CMOS 门电路的外部特性，逻辑功能、电气特性。

2. 1 概述

门电路——用以实现各种基本逻辑关系的电子电路

正逻辑——用1 表示高电平、用0 表示低电平

负逻辑——用0 表示高电平、用1 表示低电子的情况。

2.2 分立元件门电路

2.2.1 二极管的开关特性

图2.2.1二极管静态开关电路及其等效电路

(a)电路图(b) 输入高电平时的等效电路(c)输入低电平时的等效电路

二、动态开关特性在高速开关电路中，需要了解二极管导通与截止间的快速转换过程。

图２.２.２二极管动态开关特性

(a)电路图(b)输入脉冲电压波形(c)实际电流波形

当输入电压U I 由正值U F 跃变为负值U R 的瞬间，V D 并不能立刻截止，而是在外加反向电压UR

作用下，产生了很大的反向电流I R ，这时i D ＝I R ≈- U R ／R ，经一段时间

t rr后二极管V D 才进人截止状态，如图3. 2. 3 (c) 所示。通常将t rr称作反向恢

复时间。产生t rr 的主要原因是由于二极管在正向导通时，P 区的多数载流子空穴大

量流入N 区，N 区的多数载流子电子大量流入P 区，在P 区和N 区中分别存储了

大量的电子和空穴，统称为存储电荷。当U I 由U F跃变为负值U R 时，上述存储

电荷不会立刻消失，在反向电压的作用下形成了较大的反向电流I R ，随着存储电荷

的不断消散，反向电流也随之减少，最终二极管V D 转为截止。当二极管V D 由截

止转为导通时，在P 区和N 区中积累电荷所需的时间远比t rr 小得多，故可以忽略。

2. 2. 2 三极管的开关特性

一、静态开关特性及开关等效电路

2. 3.1 二极管门电路

一、二极管与门电路

图２.３.１二极管与门的工作原理

二、二极管或门电路

图２.３.２二极管或门的工作原理

(a)电路图(b)逻辑符号(c)工作波形

表2.3.1 或门输入和输出的逻辑电平表2.3.2 或门的真值表

2.3.2 三极管非门电路

图２.３.３三极管非门的工作原理

(a)电路图(b)逻辑符号(c)工作波形

表2.3.3 非门的真值表

２.３.３组合逻辑门电路

图２.３.４与非门电路及其逻辑符号

(a)电路图(b)逻辑符号

二、或非门电路

列出其真值表

图2.3.5 或非门电路及其逻辑符号

(a)电路图(b)逻辑符号

2 . 4 . 1 TTL 与非门

内部电路只需了解原理，外部特性要掌握。

一、TTL 与非门的工作原理

1 ．电路结构

2 ．工作原理

①输入有低电平0.3V ：K 点电位为1V; V 1 导通V 2 ,V 5 截止，V 3 V 4导通。

（F 为3.6V高电平。)

②输入全为高电平3V 则K 点电位3.7V 在三个PN 结的钳制下V K =2.1vV 1 集

电结正偏发射结反偏。R 1 处于倒置工作状态（B 反）R 1 V 5 - 饱和M点电位1V则V 3 ——微导通V 4 ——截止（则F=0.3V 低电平）

由①、②

图2.4.1CT74S系列与非门及其逻辑符号(a)电路图(b)逻辑符号

1 ．采用抗饱和三极管

三极管饱和越深，其工作速度越慢。要提高电路的工作速度，就必须设法使三极管工作在浅饱和状态，为此，需采用抗饱和三极管。

2 ．采用有源泄放电路

在V5 导通后，V6 接着导通，分流了V5 的部分基极电流，使V5 工作在浅饱和状态，这也有利于缩短V5 由导通向截止转换的时间。

当V2 由导通转为截止后，由于V6 仍处于导通状态，为V5 基区存储电荷的泄放提供了低阻通路，加速了V5 的截止，从而缩短了关闭时间。

三、电压传输特性和噪声容限

1 ．电压传输特性

2 ．关门电平、开门电平和阈值电压

（1 ）关门电平

在保证输出为标准高电平U SH ( 常取U SH ＝3V ）时，允许输入低电平的最大值称为关门电平, 用U OFF 表示。由上图可得U OFF ≈1.0V 。显然，只有当输入u I ＜U OFF 时，与非门才关闭，输出高电平。

（2 ）开门电平

在保证输出为标准低电平U SL （常取U SL ＝0.3V ）时，允许输入高电平的最小值称为开门电平用U ON 表示。由上图可得U ON ≈1.2V 。显然，只有当u I ＞U ON 时，与非门才开通，输出低电平。

（3 ）阈值电压

工作在电压传输特性转折区中点对应的输入电压称为阈值电压，又称门槛电平。

3 ．噪声容限搞干扰能力

V NL （低电平噪声容限）= V OFF －V IL

V NL （高电平噪声容限）= V IH －V ON

四、输入负载特性

图２.４.２TTL与非门的输入负载特性(a)电路图(b)输入负载特性五、输出负载特性

输出电压U 0 随负载电流i 0 变化的特性曲线称为输出负载特性。

图2.4.3 TTL与非门的传输延迟时间

2.4.2 其它功能的TTL 门电路

一、集电极开路与非门（OC 门）

1 ．OC 门的工作原理

工作原理：当输入人A 、B 、C 都为高电平时，V2 和V5 饱和导通，输出低电平；当输入A 、B 、C

中有低电平时，V2 和V5 截止，输出高电平。因此，OC 门具有与非功能，其逻辑表达式为：

图２.４.４集电极开路与非门及其逻辑符号(a)电路图(b)逻辑符号

２：用OC门实现与

图２.４.５用OC门实现与

３：驱动显示器