第三章 门电路优秀课件
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• VI=VIH D截止，VO=VOH=VCC
• VI=VIL D导通，VO=VOL=0.7V
3.2 分立元件门电路
3.2.2 二极管与门
+5V
VA
VB
VF
3V A
R 3.9K
D1
0V
F 0V
0V 0.7V 3V 0.7V
D2
0V B
3V 0V 0.7V 3V 3V 3.7V
逻辑变量
逻辑函数 ( VD=0.7V )
R
D VDD
AG
0V
S
F
VDD
0V
NMOS增强型
1
逻辑符号: A
F
真 值 表： 输入 输出
A
F
0
1
1
0
逻辑式：F= A
2. CMOS反相器
1 . MOS反相器（非门）
结构:
+VDD
工作原理:
R
1) VA = 0V:
D
F
VGS VGS（th) ,T截止;
VDD
AG
T
S
VDD VF = UDD , F=“1”。 2)VA = VDD :
0V
0V VGS > VGS（th) ,T导通;
NMOS增强型
VF 0V , F=“0”。
+VDD
VA
VB
VF
0V 0V - 0.7V 0V 3V 2.3V
3V 0V 2.3V 3V 3V 2.3V
( uD=0.7V )
D1
A
D2
B
“1” R
F “1”
3V
2.3V
-5V
0V
-0.7V
“0”
“0”
真值表
输 入 输出
AB
F
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
真值表
输 入 输出
AB
F
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
功能： 当A或者B任意有一个为 高，或同时都为高时， 输出F就为高。
开启电压
VGS=0时，D-S间是两个背向PN结串联，iD=0
加上+VGS，且足够大至VGS >VGS (th), D-S间形成导电沟 道（N型层）
MOS管的输入输出特性
输入特性：直流电流为0，看进去有一个输 入电容CI，对动态有影响。
输出特性：iD = f (VDS) 对应不同的VGS 下得一族曲线
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
功能： 当A与B都为高时， 输出F才为高。 F是A和B的与函数 逻辑式：F=A • B
“•”:逻辑与运 算 逻辑乘法运算
逻辑符号：
A&
F
B
A
二极管与门 B
任0则0
口诀： 全1则1
F
波形图（时序图）
3.2.3. 二极管或门
A B 3V 0V
D1
F
D2
R 2.3V
-0.7V
-5V
F是A和B的或函数。 逻辑式：F=A + B
“+”:逻辑或运算 逻辑加法运算
逻辑符号：
A 1
F
பைடு நூலகம்
B
A
二极管或门 B
任 1则 1 口诀： 全 0 则 0 F
波形图（时序图）
二极管构成的门电路的缺点
• 电平有偏移 • 带负载能力差
• 只用于IC内部电路
•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。
漏极特性曲线（分三个区域）
① 截止区 ② 恒流区 ③ 可变电阻区
漏极特性曲线（分三个区域）
截止区：VGS<VGS(th)，iD = 0, ROFF > 109Ω
漏极特性曲线（分三个区域）
恒流区： iD 基本上由VGS决定，与VDS 关系不大
iD IDS(VVGGS(Sth) 1)2 当VGS VGS(th)下，iD VGS2
第三章 门电路
3.1 概述 门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，
如与门、或门、非门、与非门、······
门电路中以高/低电平表 示逻辑状态的1/0
获得高、低电平的基本原理
高/低电平都允许有 一定的变化范围
3.2 分立元件门电路
3.2.1二极管的开关特性： 高电平：VIH=VCC
低电平：VIL=0
MOS门 D 、 S极之间的开关状态受 VGS 的控制
增强型： N沟道
P沟道
VGS > V GS（th) > 0 (开启电压）
VGS < V GS（th) VGS <VGS（th) < 0
(开启电压）
VGS > VGS（th)
导通 D（几百欧）S
断开
D
S
导通 D（几百欧）S
断开
D
S
3.3.2 MOS门电路
DD
当V V V (th) T导通 V V 0
I
IH
GS
O
OL
所以MO管 S DS间相当于一个 V控 受制的开关 I
等效电路
OFF ，截止状态
ON，导通状态
MOS管的四种类型
N沟道增强型
N沟道耗尽型
P沟道增强型
P沟道耗尽型
MOS管的四种类型
• 增强型
大量正离子
• 耗尽型
导电沟道
MOS门的开关作用
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 （ Very Large Scale Integration :VLSI )
3.3 MOS门电路
MOS电路的特点：
１、工艺简单，集成度高。 ２、是电压控制元件，静态功耗小。
优点
3、允许电源电压范围宽（318V）。 4 、扇出系数大，抗噪声容限大。
缺点：工作速度比TTL低 。
3.3.1MOS管的开关特性
金属层
一、MOS管的结构
氧化物层 半导体层
PN结
S (Source)：源极 G (Gate)：栅极 D (Drain)：漏极 B (Substrate):衬底
源极
MOS管的结构和符号
栅极 漏极
开启电压：VGS（th)
以N沟道增强型为例： 当加+VDS时，
•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。
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 )
+5V
“1”
“1”
R 3.9K
D1
3V A
3.7V
F
D2
0V
B
0.7V
“0”
“0”
真 值 表:
VA
VB
VF
输 入 输出
AB
F
0V 0V 0.7V 0
0
0
0V 3V 0.7V 0
1
0
3V
0V 0.7V
1
0
0
3V
3V 3.7V 1
1
1
真值表: n个变量 N=2n 种组合
真值表
输 入 输出
AB
F
0
漏极特性曲线（分三个区域）
可变电阻区：当VDS 较低（近似为0）， VGS 一定时，
VDS iD 常 数 （ 电 阻这）个电阻受VGS 控制、可变。
MOS管的基本开关电路
因为R 109,R 1K
OFF
ON
只要R R R ,则：
ON
D
OFF
当V V V (th) T截止 V V V
I
IL
GS
O
OH
• VI=VIL D导通，VO=VOL=0.7V
3.2 分立元件门电路
3.2.2 二极管与门
+5V
VA
VB
VF
3V A
R 3.9K
D1
0V
F 0V
0V 0.7V 3V 0.7V
D2
0V B
3V 0V 0.7V 3V 3V 3.7V
逻辑变量
逻辑函数 ( VD=0.7V )
R
D VDD
AG
0V
S
F
VDD
0V
NMOS增强型
1
逻辑符号: A
F
真 值 表： 输入 输出
A
F
0
1
1
0
逻辑式：F= A
2. CMOS反相器
1 . MOS反相器（非门）
结构:
+VDD
工作原理:
R
1) VA = 0V:
D
F
VGS VGS（th) ,T截止;
VDD
AG
T
S
VDD VF = UDD , F=“1”。 2)VA = VDD :
0V
0V VGS > VGS（th) ,T导通;
NMOS增强型
VF 0V , F=“0”。
+VDD
VA
VB
VF
0V 0V - 0.7V 0V 3V 2.3V
3V 0V 2.3V 3V 3V 2.3V
( uD=0.7V )
D1
A
D2
B
“1” R
F “1”
3V
2.3V
-5V
0V
-0.7V
“0”
“0”
真值表
输 入 输出
AB
F
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
真值表
输 入 输出
AB
F
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
功能： 当A或者B任意有一个为 高，或同时都为高时， 输出F就为高。
开启电压
VGS=0时，D-S间是两个背向PN结串联，iD=0
加上+VGS，且足够大至VGS >VGS (th), D-S间形成导电沟 道（N型层）
MOS管的输入输出特性
输入特性：直流电流为0，看进去有一个输 入电容CI，对动态有影响。
输出特性：iD = f (VDS) 对应不同的VGS 下得一族曲线
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
功能： 当A与B都为高时， 输出F才为高。 F是A和B的与函数 逻辑式：F=A • B
“•”:逻辑与运 算 逻辑乘法运算
逻辑符号：
A&
F
B
A
二极管与门 B
任0则0
口诀： 全1则1
F
波形图（时序图）
3.2.3. 二极管或门
A B 3V 0V
D1
F
D2
R 2.3V
-0.7V
-5V
F是A和B的或函数。 逻辑式：F=A + B
“+”:逻辑或运算 逻辑加法运算
逻辑符号：
A 1
F
பைடு நூலகம்
B
A
二极管或门 B
任 1则 1 口诀： 全 0 则 0 F
波形图（时序图）
二极管构成的门电路的缺点
• 电平有偏移 • 带负载能力差
• 只用于IC内部电路
•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。
漏极特性曲线（分三个区域）
① 截止区 ② 恒流区 ③ 可变电阻区
漏极特性曲线（分三个区域）
截止区：VGS<VGS(th)，iD = 0, ROFF > 109Ω
漏极特性曲线（分三个区域）
恒流区： iD 基本上由VGS决定，与VDS 关系不大
iD IDS(VVGGS(Sth) 1)2 当VGS VGS(th)下，iD VGS2
第三章 门电路
3.1 概述 门电路：实现基本运算、复合运算的单元电路，
如与门、或门、非门、与非门、······
门电路中以高/低电平表 示逻辑状态的1/0
获得高、低电平的基本原理
高/低电平都允许有 一定的变化范围
3.2 分立元件门电路
3.2.1二极管的开关特性： 高电平：VIH=VCC
低电平：VIL=0
MOS门 D 、 S极之间的开关状态受 VGS 的控制
增强型： N沟道
P沟道
VGS > V GS（th) > 0 (开启电压）
VGS < V GS（th) VGS <VGS（th) < 0
(开启电压）
VGS > VGS（th)
导通 D（几百欧）S
断开
D
S
导通 D（几百欧）S
断开
D
S
3.3.2 MOS门电路
DD
当V V V (th) T导通 V V 0
I
IH
GS
O
OL
所以MO管 S DS间相当于一个 V控 受制的开关 I
等效电路
OFF ，截止状态
ON，导通状态
MOS管的四种类型
N沟道增强型
N沟道耗尽型
P沟道增强型
P沟道耗尽型
MOS管的四种类型
• 增强型
大量正离子
• 耗尽型
导电沟道
MOS门的开关作用
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 （ Very Large Scale Integration :VLSI )
3.3 MOS门电路
MOS电路的特点：
１、工艺简单，集成度高。 ２、是电压控制元件，静态功耗小。
优点
3、允许电源电压范围宽（318V）。 4 、扇出系数大，抗噪声容限大。
缺点：工作速度比TTL低 。
3.3.1MOS管的开关特性
金属层
一、MOS管的结构
氧化物层 半导体层
PN结
S (Source)：源极 G (Gate)：栅极 D (Drain)：漏极 B (Substrate):衬底
源极
MOS管的结构和符号
栅极 漏极
开启电压：VGS（th)
以N沟道增强型为例： 当加+VDS时，
•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。
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 )
+5V
“1”
“1”
R 3.9K
D1
3V A
3.7V
F
D2
0V
B
0.7V
“0”
“0”
真 值 表:
VA
VB
VF
输 入 输出
AB
F
0V 0V 0.7V 0
0
0
0V 3V 0.7V 0
1
0
3V
0V 0.7V
1
0
0
3V
3V 3.7V 1
1
1
真值表: n个变量 N=2n 种组合
真值表
输 入 输出
AB
F
0
漏极特性曲线（分三个区域）
可变电阻区：当VDS 较低（近似为0）， VGS 一定时，
VDS iD 常 数 （ 电 阻这）个电阻受VGS 控制、可变。
MOS管的基本开关电路
因为R 109,R 1K
OFF
ON
只要R R R ,则：
ON
D
OFF
当V V V (th) T截止 V V V
I
IL
GS
O
OH