物理第三章逻辑门电路

YA
3.3 TTL集成门电路
1、TTL与非门
+VCC(+5V)
R1 3kΩ
R2 750Ω
R4 100Ω
+VCC(+5V)
A B
T1
T2
T3
T4 Y A D1
R1 3kΩ
R3
R5
T5
360Ω 3kΩ
B D2
b1 D3 c1
TTL 与非门电路
T1 的等效电路
0.3V A 3.6V B
R1 3kΩ
1V
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
5 0.3 IBS 30 1 0.16mA
Y
iB＞IBS，三极管工作 在饱和状态。输出电
压uY＝UCES＝0.3V。
电路图
逻辑符号
A
Y
①uA＝0V时，三极管截止，iB＝0，iC＝0， 0
输出电压uY＝VCC＝5V
1
②uA＝5V时，三极管导通。基极电流为：
5 0.7 iB 4.3 mA 1mA
1 0
YA
RD 20kΩ
+VDD +10V
Y
D
G
B
A
A
S
1
Y
电路图
逻辑符号
①当uA＝0V时，由于uGS＝uA＝0V，小于开启电压UT， 所以MOS管截止。输出电压为uY＝VDD＝10V。
②当uA＝10V时，由于uGS＝uA＝10V，大于开启电压UT， 所以MOS管导通，且工作在可变电阻区，导通电阻很小， 只有几百欧姆。输出电压为uY≈0V。
iB
3
0.7 10
mA
0.23mA
而
I BS
ui
uCES
Rc
5 0.3 mA 50 1
0.094 mA
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
iC＝ICS uCE＝UCES＝
0.3V 很小， 相当开关闭合
+VCC Rc iC
Rb b
c uo
ui
iB
e
iB(μA)
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
5V A D1
0V B D2
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
uY
0V 4.3V 4.3V 4.3V
AB Y
00
0
Y
R
3kΩ
01
1
10
1
11
1
D1 D2
Y=A+B
截止 截止
截止 导通 A
≥1
导通 截止
B
Y
导通 导通
3、三极管非门
+5V
1kΩ
4.3kΩ
Y
A
β=40 A
1
三极管临界饱和时 的基极电流为：
uo＝UCES＝0.3V
三 *、场效应管的开关特性
+VDD RD
D ui G
ui
S
工作原理电路
iD(mA)
iD(mA)
uGS=10V 8V
6V
4V
2V
0 UT uGS(V) 0
转移特性曲线
uDS(V)
输出特性曲线
截止状态
+VDD
RD
G D uo=+VDD
ui<UT S
导通状态 RD
G
ui>UT
+VDD
T1
+VCC(+5V)
R2 750Ω
R4 100Ω
+ T3
T
2
0.7V -
+ T4 0.7V-
Y
R3
R5
T5
360Ω 3kΩ
①输入信号不全为1：如uA=0.3V， uB=3.6V 则uB1=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，T3、T4导通 忽略iB3，输出端的电位为： uY≈5―0.7―0.7＝3.6V 输出Y为高电平。
－
－
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。
二、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
D uo≈0
S
四、 分立元件门电路
1、二极管与门
+VCC(+5V)
AB
Y
R
5V
D1
3kΩ
00
0
A
Y
01
0
D2 0V B
10
0
11
1
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
uY
0.7V 0.7V 0.7V 5V
D1 D2 导通 导通
导通 截止 A
截止 导通 B
截止 截止
Y=AB
&
Y
2、二极管或门
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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
+VCC
＋
Rb b c Rc ＋＋
＋
ui=UIH
iB≥IBS
0.7V
－
－ e
uo=0.3V －0.3V －
Rc
1kΩ
+VCC=+5V iC
ui
Rb b
c
uo
β=40
10kΩ iB
一、二极管的开关特性
二极管符号： 正极
+ uD －
负极
Ui<0.5V时，二 极管截止，iD=0。
UBR
iD(mA)
IF
0
0.5 0.7
伏安特性
uD(V) Ui>0.5V时， 二极管导通。
D
+
+
ui
RL uo
－
－
开关电路
D
D
+
ui=0V －
+ RL uuoo
－
+ +－
+
ui=5V 0.7V RL uuoo
3.6V A 3.6V B
+VCC(+5V)
R1 3kΩ
R2 750Ω
R4 100Ω
2.1V
+ T2
T1 + 0.7V -
0.3V -
R3
R5
360Ω 3kΩ
T3
+ 0.7V
-
T4
+ T5 0.3V -
Y
②输入信号全为1：如uA=uB=3.6V 则uB1=2.1V，T2、T5导通，T3、T4截止 输出端的电位为： uY=UCES＝0.3V
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。
基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、 与非门、或非门、与或非门和异或门等。
逻辑0和1： 电子电路中用高、低电平来表示。 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。
3.2 分立元件门电路
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：
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：