数字电子技术基础电子课件——逻辑门电路
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数字电子技术第二章逻辑门电路1
变为零偏，称为临界饱和状态，对应图（b）中的E点。此时的集电
极电流称为集电极饱和电流，用ICS表示，基极电流称为基极临界饱 和电流，用IBS表示，有:
ICSVCCR-C 0.7V VRCCC
IBS
ICS
VCC
RC
若再减小Rb，IB会继续增加，但IC已接近于最大值VCC/RC，不会再增加， 三极管进入饱和状态。饱和时的VCE电压称为饱和压降VCES，其典型
二．三极管的开关特性
（一）三极管的三种工作状态
+ VCC
RC
iC
Rb b
c3
1
T
2
+
VI
iB
－
e
iC
VC C/RC
E
IC S D
C
0 .7V
IB 5 IB 4 = IB S IB 3
IB 2
B
IB 1
A IB= 0 v
VC C
CE
（1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压时，IB＝ICBO≈0，IC ＝ICEO≈0，VCE≈VCC，三极管工作在截止区，对应图1.4.5（b）中的A点。
其中：
td和tr之和称为开通时间ton， 即ton= td+tr；
是建立基区电荷时间
ts和tf之和称为关闭时间toff，即toff= ts+tf。
是存储电荷消散时间
三极管的开启时间和关闭时间总称为三极管的开关时 间，一般为几个纳秒到几十纳秒。三极管的开关时间对 电路的开关速度影响很大，开关时间越小，电路的开关 速度越高。
当输入为低电平时： MOS管截止， 相当于开关“断开” 输出为低电平。 当输入为高电平时：
MOS管工作在可变电阻区， 相当于开关“闭合”， 输出为低电平。
极电流称为集电极饱和电流，用ICS表示，基极电流称为基极临界饱 和电流，用IBS表示，有:
ICSVCCR-C 0.7V VRCCC
IBS
ICS
VCC
RC
若再减小Rb，IB会继续增加，但IC已接近于最大值VCC/RC，不会再增加， 三极管进入饱和状态。饱和时的VCE电压称为饱和压降VCES，其典型
二．三极管的开关特性
（一）三极管的三种工作状态
+ VCC
RC
iC
Rb b
c3
1
T
2
+
VI
iB
－
e
iC
VC C/RC
E
IC S D
C
0 .7V
IB 5 IB 4 = IB S IB 3
IB 2
B
IB 1
A IB= 0 v
VC C
CE
（1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压时，IB＝ICBO≈0，IC ＝ICEO≈0，VCE≈VCC，三极管工作在截止区，对应图1.4.5（b）中的A点。
其中：
td和tr之和称为开通时间ton， 即ton= td+tr；
是建立基区电荷时间
ts和tf之和称为关闭时间toff，即toff= ts+tf。
是存储电荷消散时间
三极管的开启时间和关闭时间总称为三极管的开关时 间，一般为几个纳秒到几十纳秒。三极管的开关时间对 电路的开关速度影响很大，开关时间越小，电路的开关 速度越高。
当输入为低电平时： MOS管截止， 相当于开关“断开” 输出为低电平。 当输入为高电平时：
MOS管工作在可变电阻区， 相当于开关“闭合”， 输出为低电平。
数字电子技术基础 第三章(1)11-优质课件
图3.1.2 正逻辑与负逻辑
一些概念
1、片上系统（SoC） 2、双极型TTL电路 3、CMOS
1961年美国TI公司,第一片数字集成电路 （Integrated Circuits, IC）。
VLSI(Very Large Scale Integration)
3.2 半导体二极管门电路
3.2.1 半导体二极管 的开关特性
图3.2.1 二极管开关电路
可近似用PN结方程和下图所 示的伏安特性曲线来描述。
i Is ev/VT 1
其中：i为流过二极管的电流。 v为加到二极管两端的电压。
nkT VT q
图3.2.2 二极管的伏安特性
图3.2.3 二极管伏安特性的几种近似方法
三、电源的动态尖峰电流
图3.5.23 TTL反相器电源电流的计算 （a）vO＝VOL 的情况 （b） vO＝VOH的情况
图3.5.24 TTL反相器的电源动态尖峰电流
图3.5.25 TTL反相器电源尖峰电流的计算
图3.5.26 电源尖峰电流的近似波形
例3.5.4 计算f=5MHz下电源电流的平均值
图3.3.xx CMOS三态门电路结构之二 （a）用或非门控制 （b）用与非门控制
图3.3.xx CMOS三态门电路结构之三 可连接成总线结构。还能实现数据的双向传输。
3.3.6 CMOS电路的正确使用
一、输入电路的静电防护
1、在存储和运输CMOS器件时最好采用金属屏蔽层 作包装材料，避免产生静电。
tPHL：输出由高电平跳变为低电 平的传输延迟时间。
tPLH：输出由低电平跳变为高电 平的传输延迟时间。
tPD: 经常用平均传输延迟时间tPD
来表示tPHL和tPLH（通常相等）
《数字电子技术》PPT课件
【任务引入】 在TTL门电路中，输出级三极管的集电极是开路的，
称为集电极开路门，简称OC门。集电极开路门可以线与， 即将多个OC门的输出端连接起来。本节课的任务即是掌握 由TTL集电极开路门电路CT74LS03构成的线与功能逻辑 电路。
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2
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
阻RC的数值，并将RC和电源UCC连接在OC门的输出端。
2. 功能与应用
（1）功能：实现正常的逻辑功能、提高输出驱动负载的能力、
转换TTL到其他电平、实现“线与”功能。外接上拉电阻R
的取值范围为几百至几千欧，接入外接电阻R后：
1）A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。
2）A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
【学习目标】 1.熟悉集电极开路门（OC门）的逻辑功能。 2.掌握OC门的电路原理。 3.掌握由CT74LS03实现的线与功能电路的仿真调试。
精选ppt
1
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
输出Vo为低电平。如图
2-1-2所示。
图2-1-2 输入全为高电平时的情况
精选ppt
6
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
（2）输入有低电平时：
如uA=0.3V， uB= uC =3.6V，则
uB1=0.3+0.7=1V，VT2、 VT3截止，VT4导通。忽
称为集电极开路门，简称OC门。集电极开路门可以线与， 即将多个OC门的输出端连接起来。本节课的任务即是掌握 由TTL集电极开路门电路CT74LS03构成的线与功能逻辑 电路。
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模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
阻RC的数值，并将RC和电源UCC连接在OC门的输出端。
2. 功能与应用
（1）功能：实现正常的逻辑功能、提高输出驱动负载的能力、
转换TTL到其他电平、实现“线与”功能。外接上拉电阻R
的取值范围为几百至几千欧，接入外接电阻R后：
1）A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。
2）A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
【学习目标】 1.熟悉集电极开路门（OC门）的逻辑功能。 2.掌握OC门的电路原理。 3.掌握由CT74LS03实现的线与功能电路的仿真调试。
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模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
输出Vo为低电平。如图
2-1-2所示。
图2-1-2 输入全为高电平时的情况
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模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
（2）输入有低电平时：
如uA=0.3V， uB= uC =3.6V，则
uB1=0.3+0.7=1V，VT2、 VT3截止，VT4导通。忽
数字电子技术逻辑门电路课件
F 1 0
数字电子技术-逻辑门电路
二极管与门/或门电路的缺点
（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值 的情况。 （2）负载能力差。
+VCC（+5V）
R 3kΩ
D1
0V
D2
5V
D1
p
5V
D2
0.7V
+VCC（+5V） R 3kΩ
L
RL
1.4V
数字电子技术-逻辑门电路
解决办法：
将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组 合起来。
1
3
2T 3
Hale Waihona Puke R e21kΩ输入级
中间级
输出级
数字电子技术-逻辑门电路
TTL与非门的逻辑关系分析
1、输入全为高电平3.6V时。
T2、T3饱和导通， 由于T2饱和导通，VC2=1V。
由于T3饱和导通，输出电压为： VO=VCES3≈0.3V
T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻 辑功能之一： 输入全为高电平时， 输出为低电平。 A
管相当于一个闭合的开关。
D
K
V
F
IF
RL
V
F
IF
RL
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的理想开关特性
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二
极管相当于一个断开的开关。
D
K
V
R
IS
RL
V
R
RL
iD
理想二极管 伏安特性
uD
0V
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的实际开关特性
实际的硅二极管正向导通时，存在 一个0.7V的门槛电压（锗二极管为 0.3V),其伏安特性曲线为：
数字电子技术-逻辑门电路
二极管与门/或门电路的缺点
（1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值 的情况。 （2）负载能力差。
+VCC（+5V）
R 3kΩ
D1
0V
D2
5V
D1
p
5V
D2
0.7V
+VCC（+5V） R 3kΩ
L
RL
1.4V
数字电子技术-逻辑门电路
解决办法：
将二极管与门（或门）电路和三极管非门电路组 合起来。
1
3
2T 3
Hale Waihona Puke R e21kΩ输入级
中间级
输出级
数字电子技术-逻辑门电路
TTL与非门的逻辑关系分析
1、输入全为高电平3.6V时。
T2、T3饱和导通， 由于T2饱和导通，VC2=1V。
由于T3饱和导通，输出电压为： VO=VCES3≈0.3V
T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻 辑功能之一： 输入全为高电平时， 输出为低电平。 A
管相当于一个闭合的开关。
D
K
V
F
IF
RL
V
F
IF
RL
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的理想开关特性
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二
极管相当于一个断开的开关。
D
K
V
R
IS
RL
V
R
RL
iD
理想二极管 伏安特性
uD
0V
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的实际开关特性
实际的硅二极管正向导通时，存在 一个0.7V的门槛电压（锗二极管为 0.3V),其伏安特性曲线为：
《数字电子技术基础》第六版--门电路-1117省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
S
D
B
不论D、S间有无电压， 均无法导通，不能导电
第 章 门电路
3.3.1 MOS管旳开关特征 以N沟道增强型为例研究通电情况：
数字电子技术基础 第六版
2、添加垂直电压VGS
形成电场G—B,把衬底中旳电子吸引 到上表面，除复合外，剩余旳电子在 上表面形成了N型层（反型层）为D、 S间旳导通提供了通道。
VGS(th)称为阈值电压(开启电压）
第 章 门电路
数字电子技术基础 第六版
3.3.1 MOS管旳开关特征
MOS管输入特征和输出特征
① 输入特征：直流电流为0，看进去有一种输入电 容CI，对动态有影响。
② 输出特征： iD = f (VDS) 相应不同旳VGS下得一族曲线 。
第 章 门电路
3.3.1 MOS管旳开关特征 输出特征曲线（分三个区域）
第 章 门电路
3.2.2 二极管或门 二极管构成旳门电路旳缺陷
• 电平有偏移 • 带负载能力差
数字电子技术基础 第六版
• 只用于IC内部电路
第 章 门电路
集成门电路
数字电子技术基础 第六版
集成门电路
双极型 TTL (Transistor-Transistor Logic Integrated Circuit)
第 章 门电路
数字电子技术基础 第六版
3.3.2 CMOS反相器旳电路构造和工作原理 三、输入噪声容限
噪声容限－－衡量门电路旳抗干扰能力。 噪声容限越大，表白电路抗干扰能力越强。
测试表白：CMOS电路噪声容限VNH=VNL＝30％VDD，且 随VDD旳增长而加大。所以能够经过提升VDD来提升噪声容限
第 章 门电路
半导体基础知识（2）
《数字电子技术基础》——集成逻辑门电路
（6）扇入扇出数。
扇入数：
--门电路输入端的个数，用NI表示。 扇出对数于：一个2输入的“或非”门，其扇入数NI＝2。
--门电路在正常工作时，
所能带同类门电路的最大数目， 它表示带负载能力。
&
IOH IIH
拉电流负载：（存在高电平下限值）。
&
N OH
I
（驱动门）
OH
I
（负载门）
IH
IIH &
...
2.2 TTL集成逻辑门电路
2.2.1 TTL与非门电路 2.2.2 TTL集电极开路门和三态门电路 2.2.3 TTL集成电路的系列产品
2.2.1 TTL与非门电路
输入级和输出级均采用晶体三极管，称为晶体三极 管-晶体三极管逻辑电路，简称TTL电路。
1.电路结构
R1
R2
R4 +UCC
A B
D1
T1 D2
T3
T2
D3
F
T4 R3
输入级 中间级 输出级
（1）输入级。
对输入变量实现“与”运算，
输入级相当于一个与门。
A
（2）中间级。
B D1
实现放大和倒相功能。向后级
提供两个相位相反的信号，分
别驱动T3、T4管。
（3）输出级。
R1 T1 D2
输入级
R2 T2
R3 中间级
R4 +UCC T3
D3 F
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。
数字电子技术基础第二章逻辑门电路基础
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
（二）二极管的动态开关特性
给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
ts为存储时间 tt称为渡越时间 tre ＝ ts 十 tt 称 为 反 向 恢 复时间
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
l 1. 反向恢复过程
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
（1）延迟时间td—— 从输入信号vi正跳变的 瞬 间开始，到集电极电流iC上升到0.1ICS所需的 时间
（2）上升时间tr——集电极电流从0.1ICS上升到 0.9ICS所需的时间。
（3）存储时间ts——从输入信号vi下跳变的瞬间 开始，到集电极电流iC下降到0.9ICS所需的时 间。
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
l 八、功率损耗（功耗）PD l 九、功耗-延时积DP
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
十、TTL门电路芯片的封装
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
十一、其它逻辑功能的TTL门电路
l （一）TTL正与非门
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
l （二）TTL正或非门
u （1）输入高电平噪声容限电压（最大允许负向干扰电压） u （2）输入低电平噪声容限电压（最大允许正向干扰电压）
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
输入高电平噪声容限 VNH＝V OH（min）-VON ＝V OH（min）- V IH（min） ＝2.4V-2.0V＝0.4V。
输入低电平噪声容限 VNL＝V OFF-V OL（max） ＝V IL（max） -V OL（max） ＝0.8V-0.4V＝0.4V。
（二）二极管的动态开关特性
给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
ts为存储时间 tt称为渡越时间 tre ＝ ts 十 tt 称 为 反 向 恢 复时间
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
l 1. 反向恢复过程
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
（1）延迟时间td—— 从输入信号vi正跳变的 瞬 间开始，到集电极电流iC上升到0.1ICS所需的 时间
（2）上升时间tr——集电极电流从0.1ICS上升到 0.9ICS所需的时间。
（3）存储时间ts——从输入信号vi下跳变的瞬间 开始，到集电极电流iC下降到0.9ICS所需的时 间。
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
l 八、功率损耗（功耗）PD l 九、功耗-延时积DP
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
十、TTL门电路芯片的封装
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
十一、其它逻辑功能的TTL门电路
l （一）TTL正与非门
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
l （二）TTL正或非门
u （1）输入高电平噪声容限电压（最大允许负向干扰电压） u （2）输入低电平噪声容限电压（最大允许正向干扰电压）
数字电子技术基础第二章逻辑门电路 基础
输入高电平噪声容限 VNH＝V OH（min）-VON ＝V OH（min）- V IH（min） ＝2.4V-2.0V＝0.4V。
输入低电平噪声容限 VNL＝V OFF-V OL（max） ＝V IL（max） -V OL（max） ＝0.8V-0.4V＝0.4V。
数字电子技术优质课件精选或门非门电路
输入
A
B
0
0
0
1
1
0
1
1
输出
Y
0 1 1 1
5.4.2 或门电路 2.或门电路 （1）电路结构
5.4.2 或门电路
2.或门电路
（2）工作原理 VA＝0V，VB＝0V，V1 、V2均截止，Y ＝ －12V； VA＝6V，VB＝0V，V1导通，V2截止，Y ＝ 6V； VA＝0V，VB＝6V，V1截止，V2导通，Y ＝ 6V； VA＝6V，VB＝6V，V1、V2均导通，Y ＝ 6V。
（2）工作原理 VA＝6V，V导通，Y＝0； VA＝0V，V截止，Y＝VG。
5.4.3 非门电路
2.非门电路 （3）真值表
表 4.3.1 非门真值表
输入
输出
A
Y
0
1
1
0
（4）逻辑功能：有0出1，有1出0。
小结：
本节课给大家介绍了或逻辑关系、非 逻辑关系；或门电路、非门电路的电 路结构、工作原理、表达式及真值 表。
5.4 基本逻辑门电路
5.4.2 或门电路 5.4.3 非门电路
5.4.2 或门电路 1.或逻辑
（1）或逻辑关系定义 当决定一件事情的几个条件中只要有一个条件得到满足， 这件事情就会发生。
（2）或逻辑关系可用下面电路描述
5.4.2 或门电路 1.或逻辑
开关闭合用逻辑1表示，开关断开用逻辑0表示；灯亮用 逻辑1表示，灯不亮用逻辑0表示。则有：
Y
0 1 1 1
5.4.2 或门电路 2.或门电路 （6）逻辑功能：全0出0，有1出1。 例：Y ＝ A＋B＋C＋D
5.4.3 非门电路 1.非逻辑 （1）非逻辑关系 条件不具备时，事件发生；条件具备时，事件不发生。
数字电子技术基础组合逻辑电路ppt课件
通常数据分配器有一根输入线，n根地址控制线，2n根数据输出线，因此根据输出线的个数也称为2n路数据分配器
用74LS138译码器实现的数据分配器
译码器的三个输入端A2 、A1 、A0作为选择通道用的地址信号输入，八个输出端作为数据输出通道，三个控制端接法如下：
74HC4511引脚图
74HC4511是常用的CMOS七段显示译码器， A3、A2、 A1、A0为输入端，输入8421BCD码，a～g为七段输出，输出高电平有效，可用来驱动共阴极LED数码管。
为测试输入端，低电平有效，当
时a～g输出全为1，用于检查译码器和LED
数码管是否能正常工作。
数据时，可强制将不需要显示的位消去。如四位数码管，某时刻只需显示最低的两位数据，则可以让最高两位数据的
例2
用74LS138实现逻辑函数
。
解：
将函数表达式写成最小项之和
将输入变量A、B、C分别接入输入端，注意高位和低位的接法，使能端接有效电平，由于74LS138输出为反码输出，需要再将F变换一下：
逻辑电路图
注意：使用中规模集成译码器实现逻辑函数时，译码器的输入端个数要和逻辑函数变量的个数相同，并且需要将逻辑函数化成最小项表达式。
3.2.2 组合逻辑电路的设计方法
根据给定的逻辑功能要求，设计出能实现这 个功能要求的逻辑电路。
实现的电路要最简，即所用器件品种最少、数量最少、连线最少。
要求：
（1）根据设计要求确定输入输出变量并逻辑赋 写出真值表。
（2）由真值表写出逻辑函数表达式并化简或转换。
（3）选用合适的器件画出逻辑图。
2．二-十进制译码器
常用的有8421BCD码集成译码器74HC42，
数字电子技术基础ppt课件
R
vo K合------vo=0, 输出低电平
vi
K
只要能判
可用三极管 代替
断高低电 平即可
在数字电路中，一般用高电平代表1、低 电平代表0，即所谓的正逻辑系统。
2.2.2 二极管与门
VCC
A
D1
FY
B
D2
二极管与门
A
B
【 】 内容 回顾
AB Y 00 0 01 0 100 11 1
&
Y
2.2.2 二极管或门
一般TTL门的扇出系数为10。
三、输入端负载特性
输入端 “1”,“0”？
A
ui
RP
R1 b1
c1
T1
D1
•
R2
•
T2
•
R3
VCC
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
简化电路
R1
VCC
ui
A ui
T1
be
RP
2
be 0
RP
5
RP较小时
ui
RP RP R1
(Vcc Von )
当RP<<R1时, ui ∝ RP
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
TTL非门的内部结构
•
R1
R2
A
b1 c1
T1
•
T2
D1
•
R3
VCC
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
前级输出为 高电平时
•
R2
R4
VCC
T4 D2
【大学】数字电子技术PPT课件
uo≈5―0.7―0.7＝3.6V 输出Vo为高电平。如图
2-1-3所示。
图2-1-3 输入有低电平时的情况
.
7
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
3）真值表如下：
A
B
C
Y
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
01ຫໍສະໝຸດ 1110
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
逻辑功能为： YABC
电路，因此其输出电阻很低，使用时输出端不能长久接地 或与电源短接，因此不能直接让输出端与总线相连，即不 允许直接进行上述“线与”。多个普通TTL与非门电路的 输出端也不能连接在一起后上总线。因为，当它们的输出 端连接在一起上到总线上，只要有一个与非门的输出为高 电平时，这个高电平输出端就会直接与其它低电平输出端 连通而形成通路，总线上就会有一个很大的电流Ic由高电 平输出端经总线流向低电平输出端的门电路，该门电路将 因功耗过大而极易烧毁。解决的办法：集电极开路，称为 集电极开路的与非门，简称OC门。
【任务引入】 在TTL门电路中，输出级三极管的集电极是开路的，
称为集电极开路门，简称OC门。集电极开路门可以线与， 即将多个OC门的输出端连接起来。本节课的任务即是掌握 由TTL集电极开路门电路CT74LS03构成的线与功能逻辑 电路。
.
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模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
数字电子技术基础第二章门电路课件
内内电电场场
IF
外加的正向电压有一 部分降落在PN结区，方 向与PN结内电场方向相 反，削弱了内电场。于是， 内电场对多数载流子扩散 运动的阻碍减弱，扩散电 流加大。扩散电流远大于 漂移电流，可忽略漂移电 流的影响，PN结呈现低 阻性。
数字电子技术基础第二章门电路课件
反向截至
PN结 P 外电场 NN
数字电子技术基础第二章门电路课件
• PN节的动态开关特性
– 动态开关特性是指二极管由导通到截止，或由截止到 导通，瞬变状态下的特性
v
动态时，加到两边的电压突
t
然反向时，电流的变化要稍
微滞后，这是因为PN结要建
i
立起足够的电荷梯度后才有
扩散运动
t
数字电子技术基础第二章门电路课件
三极管的开关特性
数字电路中，三极管作为开关使用， 它工作在饱和区和截 止区，对应电路的两个状态
R 1A
0
&
B
&
&
Y
C
&
数字电子技术基础第二章门电路课件
【例3】 三层楼房，楼道只有一盏灯。试设计该楼道灯控制电 路。要求：在每一层均可控制开关。
开关—A、B、C
合——“1” 开——“0”
灯—Y
亮——“1” 灭——“0”
A、B、C Y
000
0
001
010
1
100
011
101 0
110 111 1
CB A Y 0 00 0 001 1 010 1 011 0 10 0 1 10 1 0 110 0 111 1
数字电子技术基础第二章门电路课件
组合逻辑电路设计
（1）根据设计要求，定义输入、输出逻辑变量，并给输 入、输出逻辑变量赋值，即用0和1表示信号的有关 状态；
IF
外加的正向电压有一 部分降落在PN结区，方 向与PN结内电场方向相 反，削弱了内电场。于是， 内电场对多数载流子扩散 运动的阻碍减弱，扩散电 流加大。扩散电流远大于 漂移电流，可忽略漂移电 流的影响，PN结呈现低 阻性。
数字电子技术基础第二章门电路课件
反向截至
PN结 P 外电场 NN
数字电子技术基础第二章门电路课件
• PN节的动态开关特性
– 动态开关特性是指二极管由导通到截止，或由截止到 导通，瞬变状态下的特性
v
动态时，加到两边的电压突
t
然反向时，电流的变化要稍
微滞后，这是因为PN结要建
i
立起足够的电荷梯度后才有
扩散运动
t
数字电子技术基础第二章门电路课件
三极管的开关特性
数字电路中，三极管作为开关使用， 它工作在饱和区和截 止区，对应电路的两个状态
R 1A
0
&
B
&
&
Y
C
&
数字电子技术基础第二章门电路课件
【例3】 三层楼房，楼道只有一盏灯。试设计该楼道灯控制电 路。要求：在每一层均可控制开关。
开关—A、B、C
合——“1” 开——“0”
灯—Y
亮——“1” 灭——“0”
A、B、C Y
000
0
001
010
1
100
011
101 0
110 111 1
CB A Y 0 00 0 001 1 010 1 011 0 10 0 1 10 1 0 110 0 111 1
数字电子技术基础第二章门电路课件
组合逻辑电路设计
（1）根据设计要求，定义输入、输出逻辑变量，并给输 入、输出逻辑变量赋值，即用0和1表示信号的有关 状态；
数字电子技术逻辑门电路
数字电子技术逻辑门电路
• 引言 • 逻辑门电路基础知识 • 逻辑门电路的工作原理 • 逻辑门电路的应用 • 逻辑门电路的实现方式 • 结论
01
引言
主题简介
逻辑门电路是数字电子技术中的 基本单元，用于实现逻辑运算和
信号处理功能。
逻辑门电路由输入端和输出端组 成，根据输入信号的状态（高电 平或低电平）决定输出信号的状
基于CMOS的逻辑门电路实现方式
总结词
CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）是一种常见的数字逻辑门电路实现方式，它利用互 补的NMOS和PMOS晶体管作为开关元件，具有功耗低、抗干扰能力强等优点。
详细描述
基于CMOS的逻辑门电路通常由输入级、中间级和输出级三部分组成。输入级由NMOS和PMOS晶体管组成，用 于接收输入信号；中间级由NMOS和PMOS晶体管组成，用于放大和传递信号；输出级由NMOS和PMOS晶体管 组成，用于驱动负载并输出信号。
04
逻辑门电路的应用
逻辑门电路在计算机中的应用
计算机的基本组成
逻辑门电路是计算机的基本组成单元，用于实现计算机内部的逻 辑运算和数据处理。
中央处理器（CPU）
CPU中的指令执行和数据处理都离不开逻辑门电路，它控制着计算 机的运算速度和性能。
存储器
存储器中的每个存储单元都是由逻辑门电路构成的，用于存储二进 制数据。
逻辑门电路在数字通信中的应用
数据传输
01
逻辑门电路用于实现数字信号的编码、解码和调制解调，确保
数据在通信信道中可靠传输。
信号处理
02
逻辑门电路用于信号的逻辑运算、比较和转换，实现数字信号
的处理和分析。
• 引言 • 逻辑门电路基础知识 • 逻辑门电路的工作原理 • 逻辑门电路的应用 • 逻辑门电路的实现方式 • 结论
01
引言
主题简介
逻辑门电路是数字电子技术中的 基本单元，用于实现逻辑运算和
信号处理功能。
逻辑门电路由输入端和输出端组 成，根据输入信号的状态（高电 平或低电平）决定输出信号的状
基于CMOS的逻辑门电路实现方式
总结词
CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）是一种常见的数字逻辑门电路实现方式，它利用互 补的NMOS和PMOS晶体管作为开关元件，具有功耗低、抗干扰能力强等优点。
详细描述
基于CMOS的逻辑门电路通常由输入级、中间级和输出级三部分组成。输入级由NMOS和PMOS晶体管组成，用 于接收输入信号；中间级由NMOS和PMOS晶体管组成，用于放大和传递信号；输出级由NMOS和PMOS晶体管 组成，用于驱动负载并输出信号。
04
逻辑门电路的应用
逻辑门电路在计算机中的应用
计算机的基本组成
逻辑门电路是计算机的基本组成单元，用于实现计算机内部的逻 辑运算和数据处理。
中央处理器（CPU）
CPU中的指令执行和数据处理都离不开逻辑门电路，它控制着计算 机的运算速度和性能。
存储器
存储器中的每个存储单元都是由逻辑门电路构成的，用于存储二进 制数据。
逻辑门电路在数字通信中的应用
数据传输
01
逻辑门电路用于实现数字信号的编码、解码和调制解调，确保
数据在通信信道中可靠传输。
信号处理
02
逻辑门电路用于信号的逻辑运算、比较和转换，实现数字信号
的处理和分析。
数字电子技术-逻辑门电路PPT课件
在电路中的应用。
或非门（NOR Gate）
逻辑符号与真值表
描述或非门的逻辑符号，列出其对应的真值表， 解释不同输入下的输出结果。
逻辑表达式
给出或非门的逻辑表达式，解释其含义和运算规 则。
逻辑功能
阐述或非门实现逻辑或操作后再进行逻辑非的功 能，举例说明其在电路中的应用。
异或门（XOR Gate）
逻辑符号与真值表
01
02
03
Байду номын сангаас
04
1. 根据实验要求搭建逻辑门 电路实验板，并连接好电源和
地。
2. 使用示波器或逻辑分析仪 对输入信号进行测试，记录输
入信号的波形和参数。
3. 将输入信号接入逻辑门电 路的输入端，观察并记录输出
信号的波形和参数。
4. 改变输入信号的参数（如频 率、幅度等），重复步骤3， 观察并记录输出信号的变化情
THANKS
感谢观看
低功耗设计有助于提高电路效率和延长设 备使用寿命，而良好的噪声容限则可以提 高电路的抗干扰能力和稳定性。
扇入扇出系数
扇入系数
指门电路允许同时输入的最多 信号数。
扇出系数
指一个门电路的输出端最多可 以驱动的同类型门电路的输入 端数目。
影响因素
门电路的输入/输出电阻、驱动 能力等。
重要性
扇入扇出系数反映了门电路的驱动 能力和带负载能力，对于复杂数字 系统的设计和分析具有重要意义。
实际应用
举例说明非门在数字电路中的应用， 如反相器、振荡器等。
03
复合逻辑门电路
与非门（NAND Gate）
逻辑符号与真值表
描述与非门的逻辑符号，列出其 对应的真值表，解释不同输入下
或非门（NOR Gate）
逻辑符号与真值表
描述或非门的逻辑符号，列出其对应的真值表， 解释不同输入下的输出结果。
逻辑表达式
给出或非门的逻辑表达式，解释其含义和运算规 则。
逻辑功能
阐述或非门实现逻辑或操作后再进行逻辑非的功 能，举例说明其在电路中的应用。
异或门（XOR Gate）
逻辑符号与真值表
01
02
03
Байду номын сангаас
04
1. 根据实验要求搭建逻辑门 电路实验板，并连接好电源和
地。
2. 使用示波器或逻辑分析仪 对输入信号进行测试，记录输
入信号的波形和参数。
3. 将输入信号接入逻辑门电 路的输入端，观察并记录输出
信号的波形和参数。
4. 改变输入信号的参数（如频 率、幅度等），重复步骤3， 观察并记录输出信号的变化情
THANKS
感谢观看
低功耗设计有助于提高电路效率和延长设 备使用寿命，而良好的噪声容限则可以提 高电路的抗干扰能力和稳定性。
扇入扇出系数
扇入系数
指门电路允许同时输入的最多 信号数。
扇出系数
指一个门电路的输出端最多可 以驱动的同类型门电路的输入 端数目。
影响因素
门电路的输入/输出电阻、驱动 能力等。
重要性
扇入扇出系数反映了门电路的驱动 能力和带负载能力，对于复杂数字 系统的设计和分析具有重要意义。
实际应用
举例说明非门在数字电路中的应用， 如反相器、振荡器等。
03
复合逻辑门电路
与非门（NAND Gate）
逻辑符号与真值表
描述与非门的逻辑符号，列出其 对应的真值表，解释不同输入下
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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
•
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
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
2.3 TTL 逻 辑 门 电 路
•
TTL 门 电 路 是 晶 体 管 - 晶 体 管 逻 辑
（Transistor-Transistor Log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℃ ～
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
– （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。
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。
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
•
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
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
– （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
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
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
• 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
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
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。开关时间的大小将直接影响三极
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