数字电子技术基础电子课件——逻辑门电路

•
实现“与”逻辑关系的电路叫做与
门电路。由二极管组成的与门电路如图2.5
（a）所示，图2.5所示（b）为其逻辑符
号。图中A、B为信号的输入端，Y为信号
的输出端。
图2.5 二极管与门
• 对二极管组成的与门电路分析如下。
– （1） A、B都是低电平
• uY≈0V
– （2） A是低电平，B是高电平
• uY≈0V
性。
•
假如在三极管基极输入一个理想的
矩形波，而集电极电流iC的波形却不是理 想的矩形波，如图2.4所示，其上升沿和
下降沿变化缓慢，而且上升部分和下降
部分与输入波形相比都有时间延迟。这
说明三极管饱和与截止状态之间的转换
过程需要一定的时间才能完成，即三极
管开关在动态情况下也存在一定的开关
时间。开关时间的大小将ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ接影响三极
种或门。
• 3. 三极管非门
•
实现非逻辑关系的电路叫做非门电
路。因为它的输入与输出之间是反相关
系，故又称为反相器，其电路如图2.7所
示。
图2.7 三极管反相器
– 2.2.2 DTL与非门
•
采用二极管门电路和三极管反相器，
可组成与非门和或非门扩大逻辑功能，
这种电路应用非常广泛。
•
DTL与非门电路是由二极管与门和
– （3） A是高电平，B是低电平
• uY≈0V
– （4） A、B都是高电平
• uY≈5V
•
从上述分析可知，该电路实现的是
与逻辑关系，即“输入有低，输出为低；
输入全高，输出为高”，所以，它是一
种与门。
• 2. 二极管或门电路
•
实现或逻辑关系的电路叫做或门电
路。由二极管组成的或门电路如图2.6所
示，其功能分析如下。
125℃）和74系列（0℃～70℃）；根据
工作速度和功耗不同，TTL电路又分为标
准系列、高速（H）系列、肖特基（S）
系列和低功耗肖特基（LS）系列。
– 2.3.1 TTL与非门的工作原理
• 1. TTL与非门的电路结构
恢复时间tre之后，才能进入截止状态。 由于tre的存在，限制了二极管的开关速 度。
– 2.1.2 三极管的开关特性
•
由三极管的工作原理可知，三极管
的输出特性可划分为3个区域：截止区、 放大区和饱和区。三极管在输入信号的
作用下稳定地处于饱和区时就相当于开
关接通；处于截止区时相当于开关断开。
图2.3 三极管工作状态的转换
第2章 逻 辑 门 电 路
• 2.1 二极管和三极管的开关特性 • 2.2 基 本 逻 辑 门 电 路 • 2.3 TTL 逻 辑 门 电 路 • 2.4 其他类型的TTL门电路 • 2.5 CMOS反相器门电路 • 2.6 其他CMOS门电路 • 2.7 正 负 逻 辑 问 题 • 2.8 门电路在实际应用中应注意的问题
2.3 TTL 逻 辑 门 电 路
•
TTL 门 电 路 是 晶 体 管 - 晶 体 管 逻 辑
（Transistor-Transistor Logic）门电路的简
称，这种电路由于其输入级和输出级均采
用晶体三极管而得名。
•
按照国际通用标准，根据工作温度
不 同 ， TTL 电 路 分 为 54 系 列 （ -55℃ ～
字电路中，二极管开关经常工作在高速
通断状态。由于PN结中存储电荷的存在，
二极管开关状态的转换不能瞬间完成，
需经历一个过程。二极管开关的转换过
程如图2.2所示。
图2.2 二极管开关的转换过程
•
tre=ts+tf叫做反向恢复时间。该现象
说明，二极管在输入负跳变电压作用下，
开始仍然是导通的，只有经过一段反向
• 1. 饱和导通条件及饱和时的特点
– （1） 饱和导通条件
•
在三极管工作过程中，若基极电流iB
大于临界饱和时的数值IBS，则一定饱和
导通。
– （2） 饱和时的特点
•
对 硅 管 来 说 饱 和 导 通 以 后 uBE≈0.7V ，
uCE=UCES≈0.3V，如同闭合了的开关。
• 2. 截止条件及截止时的特点
似看作是一个闭合的开关。二极管加反
向电压时截止，反向电流很小（nA级），
可以近似看作是一个断开的开关。把
uD<UT=0.5V看成是硅二极管的截止条件。
图2.1 二极管伏安特性曲线
• 2. 动态特性
•
在低速脉冲电路中，二极管开关由
接通到断开，或由断开到接通所需要的
转换时间通常是可以忽略的。然而在数
三极管反相器串联而成的，其电路图及
逻辑符号分别如图2.8（a）和图2.8（b）
所示。
图2.8 DTL与非门
•
当输入端A、B都是高电平时，VD1、
VD2均截止，而VD3、VD4和三极管导通，
注入三极管的基极电流足够大，三极管饱
和导通，输出低电平，uY=0V，在两个输 入端A、B中有一个为低电平时，VD3、 VD4和三极管均截止，输出高电平， uY=VCC。可见此逻辑门能实现与非逻辑关 系。
图2.6 二极管或门
– （1） A、B都是低电平
• uY=0V
– （2） A是低电平，B是高电平
• uY≈5V
– （3） A是高电平，B是低电平
• uY≈5V
– （4） A、B都是高电平
• uY≈5V
•
通过上述分析，该电路实现的是或
逻辑关系，即“输入有高，输出为高；
输入全低，输出为低”，所以，它是一
管的开关速度。
2.4
图 三 极 管 的 开 关 特 性
2.2 基 本 逻 辑 门 电 路
•
在数字系统中，大量地运用着执行基
本逻辑操作的电路，这些电路称为基本逻
辑电路或门电路。早期的门电路主要由继
电器的触点构成，后来采用二极管、三极
管，目前则广泛应用集成电路。
– 2.2.1 三种基本门电路
• 1. 二极管与门电路
– （1） 截止条件
•
当uBE<0.5V时，管子基本上是截止
的 ， uBE<UT=0.5V （ UT 是 硅 管 发 射 结 的
死区电压）。
– （2） 截止时的特点
•
三极管截止时，iB≈0、iC≈0，如同
断开了的开关。
• 3. 动态特性
•
晶体三极管在截止状态和饱和状态之
间转换时的过渡特性称为三极管的动态特
2.1 二极管和三极管的开关特性
•
用来接通或断开电路的开关器件应具
有两种工作状态：一种是接通（要求其阻
抗很小，相当于短路），另一种是断开
（要求其阻抗很大，相当于开路）。
– 2.1.1 二极管的开关特性
• 1. 静态特性
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由图2.1可以看出，二极管加正向电
压时导通，伏安特性很陡、压降很小
（硅管为0.7V，锗管为0.3V），可以近