数字电子技术基础——集成逻辑门电路
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一种是由MOS管组成的单极型集成电路，例如NMOS逻辑电路和互补MOS（简称COMS）逻辑电路。
2.1 分立元件门电路
2.1.1 晶体管开关特性 2.1.2 基本晶体管门电路
理想开关 开关闭合时，开关两端电压为0； 开关断开时，其流过的电流为0， 其两端间呈现的电阻为无穷大； 且开关的转换在瞬间完成。
当外加正向电压大于死区电压时， 二极管呈现很小的电阻处于导通 状态，相当于开关闭合，一般硅 管的正向导通压降UD约为 0.6~0.7V，锗管约为0.2~0.3V。
iD / mA
0.5 0.7 uD /V
(VT)
当二极管两端加上反向电压时，
在开始很大范围内，二极管相 当于非常大的电阻，反向电流
伏安特性曲线
学习要点
▪ 分立元件门电路的构成 ▪ TTL集成逻辑门电路功能及特点 ▪ CMOS集成逻辑门电路功能及特点 ▪ 逻辑电路使用过程中的注意问题
逻辑门电路 --由具体器件构成能够实现基本和常用逻 辑关系的电子线路，简称门电路 。 是实现逻辑功能的基本单元。
数字集成电路
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）和射极耦 合逻辑电路（简称ECL电路）。
c
c
b
b+
e
+ - UCES UBES - e
(a)截止时 (b)饱和时
开关等效电路
三极管相当于一个由基极电流控制的开关。
例1 若三极管导通电压为0.5V，饱和时UBE=0.7V，
UCES=0.3V。求当输入 u I 分别为0.3V和10V时，
三极管的工作状态处于哪个区域，对应的输 出电压 uO为多少？
电平 --指一定的电压范围。
门电路的输入和输出信号都是用电平（或电位） 的高低来表示的。 高电平和低电平又可用逻辑“1”和逻辑“0”表 示，这样可以得到逻辑电路的真值表，便于进 行逻辑分析。
1.与门
+5V
R
A B
D1 D2
F
A B
&F
逻辑状态表
A 0（0V） 0（0V） 1（5V） 1（5V）
B 0（0V） 1（5V） 0（0V） 1（5V）
uCE /V A、截止区
uBE U TH
其中UTH为三极管的导通电压，如硅管 UTH 0.5V
此时，iB 、iC 均近似为0，三极管的集电极和发射极之间相
当于开关断开 。
B、饱和区
iB I BS
其中，
I BS
U CC为临界饱和电流。
RC
三极管的发射结正偏，集电结正偏，集电极和发射 极间电压为反向饱和电压UCES（0.2～0.3V左右）。 饱和越深，UCE越小。三极管的集电极和发射极间相 当于短路状态。
半导体二极管、三极管和MOS管，是构成这种电子 开关的基本开关元件。
导通时，相当于开关闭合；
截止时，相当于开关断开。
可用逻辑变量的“1”“0”来表示。
2.1.1 晶体管开关特性
1.二极管的开关特性
（1）静态特性。
iD /mA
阳极
阴极
0.5 0.7 uD/V
(VT)
（a） 电路符号
（b）特性曲线
二极管当作开关来使用正是利用了二极管的单向导电性。
R1 3.9KΩ
uI
R2
8.2KΩ
UCC=12V
Rc
②当uI 10V时：
1KΩ
假设三极管已饱和，则UBE=0.7V
uO
T
20
iB
i1 i2
uI
uBE R1
uBE VBB R2
UBB=-8V
10 0.7 0.7 8 1.32mA
3.9
8.2
R1 3.9KΩ
又知：
I。 BS
VCC U CES
RC
12 0.3 0.58mA 20 1
uI 10V R2 iB
8.2KΩ
UBE
iB I BS
=0.7V 三极管饱和的假设成立，可求出
UBB=-8V
等效电路
uO U CES 0.3V
（2）动态特性。
uI U IH
iC I CS 0.9I CS 0.1I CS
uO
U CC
(a)
tr
ts
2.三极管的开关特性
（1）静态特性。
RB
u i iB
+UCC
RC iC
uo
T
（a） 电路
iC / A
饱
和
放
区
大
区
iB 0A
截止区
（b）特性曲线Leabharlann Baidu
uCE /V
iC / A
饱
和
放
区
大
在开关状态下，三极管主要工 作在饱和区（开关闭合）和截 止区（开关断开），放大区只
区
是极短暂的过渡状态。
iB 0A
截止区
F 0（0.7V） 0（0.7V） 0（0.7V）
1（5V）
与门电路波形图 A
B F
2.或门
A B
D1
F
D2 R
A B
≥1
F
电路图和符号
或门逻辑状态表
A
D1
F
A
B
F
B
D2
0（0V） 0（0V） 0（0V）
R
0（0V） 1（5V） 1（4.3V）
极小，二极管处于截止状态，
+
--
+
此时相当于开关断开。
+
--
+
注意：
普通二极管反向击穿后， 将失去单向导电性。
UD (a)导通时
(b)截止时
开关等效电路
（2）动态特性。
通常情况下，二极管从截止变为导通和从 导通变为截止都需要一定的时间，不能象 理想开关那样瞬间完成。而且从导通变为 截止所需的时间更长一些。 一般把二极管从导通到截止所需的时间称 为反向恢复时间tre。若输入信号频率过高， 负半周宽度小于tre时，二极管会双向导通， 失去单向导电作用。 因此高频应用时需要考虑此参数的影响。
td
tf
(b)
(c)
延迟时间td ,上升时间tr 存储时间ts ,下降时间tf 开通时间 ton=td+tr 从截止到饱和所需的时间。
t
关闭时间 toff=ts+tf 从饱和到截止所需的时间。
t
开关时间越短，开关速度 越高，在高频应用时需要 特别注意考虑这个问题。
t
2.1.2 基本晶体管门电路
电位 --指绝对电压的大小。
U BE
u I U BB R1 R2
R2
VBB
UBB=-8V
0.3 8 8.2 8 3.9 8.2
R1 3.9KΩ
2.38
uI 0.3V
R2 iB 0
8.2KΩ
UBB=-8V
等效电路
因为UBE0.5V，三极管截止的 假设成立，根据截止时三极管，
iB iC 0 可求出
uO U CC 12V
UCC=12V
R1 3.9KΩ
uI
R2
8.2KΩ
Rc 1KΩ
uO
T
20
解：分析三极管 电路，关键是要 抓住三极管三种 工作状态的条件 和特点。
UBB=-8V
R1 3.9KΩ
uI
R2
8.2KΩ
UCC=12V
Rc 1KΩ
uO
T
20
①当uI 0.3V 时： 假设三极管已截止，iB iC 0
2.1 分立元件门电路
2.1.1 晶体管开关特性 2.1.2 基本晶体管门电路
理想开关 开关闭合时，开关两端电压为0； 开关断开时，其流过的电流为0， 其两端间呈现的电阻为无穷大； 且开关的转换在瞬间完成。
当外加正向电压大于死区电压时， 二极管呈现很小的电阻处于导通 状态，相当于开关闭合，一般硅 管的正向导通压降UD约为 0.6~0.7V，锗管约为0.2~0.3V。
iD / mA
0.5 0.7 uD /V
(VT)
当二极管两端加上反向电压时，
在开始很大范围内，二极管相 当于非常大的电阻，反向电流
伏安特性曲线
学习要点
▪ 分立元件门电路的构成 ▪ TTL集成逻辑门电路功能及特点 ▪ CMOS集成逻辑门电路功能及特点 ▪ 逻辑电路使用过程中的注意问题
逻辑门电路 --由具体器件构成能够实现基本和常用逻 辑关系的电子线路，简称门电路 。 是实现逻辑功能的基本单元。
数字集成电路
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）和射极耦 合逻辑电路（简称ECL电路）。
c
c
b
b+
e
+ - UCES UBES - e
(a)截止时 (b)饱和时
开关等效电路
三极管相当于一个由基极电流控制的开关。
例1 若三极管导通电压为0.5V，饱和时UBE=0.7V，
UCES=0.3V。求当输入 u I 分别为0.3V和10V时，
三极管的工作状态处于哪个区域，对应的输 出电压 uO为多少？
电平 --指一定的电压范围。
门电路的输入和输出信号都是用电平（或电位） 的高低来表示的。 高电平和低电平又可用逻辑“1”和逻辑“0”表 示，这样可以得到逻辑电路的真值表，便于进 行逻辑分析。
1.与门
+5V
R
A B
D1 D2
F
A B
&F
逻辑状态表
A 0（0V） 0（0V） 1（5V） 1（5V）
B 0（0V） 1（5V） 0（0V） 1（5V）
uCE /V A、截止区
uBE U TH
其中UTH为三极管的导通电压，如硅管 UTH 0.5V
此时，iB 、iC 均近似为0，三极管的集电极和发射极之间相
当于开关断开 。
B、饱和区
iB I BS
其中，
I BS
U CC为临界饱和电流。
RC
三极管的发射结正偏，集电结正偏，集电极和发射 极间电压为反向饱和电压UCES（0.2～0.3V左右）。 饱和越深，UCE越小。三极管的集电极和发射极间相 当于短路状态。
半导体二极管、三极管和MOS管，是构成这种电子 开关的基本开关元件。
导通时，相当于开关闭合；
截止时，相当于开关断开。
可用逻辑变量的“1”“0”来表示。
2.1.1 晶体管开关特性
1.二极管的开关特性
（1）静态特性。
iD /mA
阳极
阴极
0.5 0.7 uD/V
(VT)
（a） 电路符号
（b）特性曲线
二极管当作开关来使用正是利用了二极管的单向导电性。
R1 3.9KΩ
uI
R2
8.2KΩ
UCC=12V
Rc
②当uI 10V时：
1KΩ
假设三极管已饱和，则UBE=0.7V
uO
T
20
iB
i1 i2
uI
uBE R1
uBE VBB R2
UBB=-8V
10 0.7 0.7 8 1.32mA
3.9
8.2
R1 3.9KΩ
又知：
I。 BS
VCC U CES
RC
12 0.3 0.58mA 20 1
uI 10V R2 iB
8.2KΩ
UBE
iB I BS
=0.7V 三极管饱和的假设成立，可求出
UBB=-8V
等效电路
uO U CES 0.3V
（2）动态特性。
uI U IH
iC I CS 0.9I CS 0.1I CS
uO
U CC
(a)
tr
ts
2.三极管的开关特性
（1）静态特性。
RB
u i iB
+UCC
RC iC
uo
T
（a） 电路
iC / A
饱
和
放
区
大
区
iB 0A
截止区
（b）特性曲线Leabharlann Baidu
uCE /V
iC / A
饱
和
放
区
大
在开关状态下，三极管主要工 作在饱和区（开关闭合）和截 止区（开关断开），放大区只
区
是极短暂的过渡状态。
iB 0A
截止区
F 0（0.7V） 0（0.7V） 0（0.7V）
1（5V）
与门电路波形图 A
B F
2.或门
A B
D1
F
D2 R
A B
≥1
F
电路图和符号
或门逻辑状态表
A
D1
F
A
B
F
B
D2
0（0V） 0（0V） 0（0V）
R
0（0V） 1（5V） 1（4.3V）
极小，二极管处于截止状态，
+
--
+
此时相当于开关断开。
+
--
+
注意：
普通二极管反向击穿后， 将失去单向导电性。
UD (a)导通时
(b)截止时
开关等效电路
（2）动态特性。
通常情况下，二极管从截止变为导通和从 导通变为截止都需要一定的时间，不能象 理想开关那样瞬间完成。而且从导通变为 截止所需的时间更长一些。 一般把二极管从导通到截止所需的时间称 为反向恢复时间tre。若输入信号频率过高， 负半周宽度小于tre时，二极管会双向导通， 失去单向导电作用。 因此高频应用时需要考虑此参数的影响。
td
tf
(b)
(c)
延迟时间td ,上升时间tr 存储时间ts ,下降时间tf 开通时间 ton=td+tr 从截止到饱和所需的时间。
t
关闭时间 toff=ts+tf 从饱和到截止所需的时间。
t
开关时间越短，开关速度 越高，在高频应用时需要 特别注意考虑这个问题。
t
2.1.2 基本晶体管门电路
电位 --指绝对电压的大小。
U BE
u I U BB R1 R2
R2
VBB
UBB=-8V
0.3 8 8.2 8 3.9 8.2
R1 3.9KΩ
2.38
uI 0.3V
R2 iB 0
8.2KΩ
UBB=-8V
等效电路
因为UBE0.5V，三极管截止的 假设成立，根据截止时三极管，
iB iC 0 可求出
uO U CC 12V
UCC=12V
R1 3.9KΩ
uI
R2
8.2KΩ
Rc 1KΩ
uO
T
20
解：分析三极管 电路，关键是要 抓住三极管三种 工作状态的条件 和特点。
UBB=-8V
R1 3.9KΩ
uI
R2
8.2KΩ
UCC=12V
Rc 1KΩ
uO
T
20
①当uI 0.3V 时： 假设三极管已截止，iB iC 0