第03章逻辑门电路教学文稿
《逻辑门电路》PPT课件
b
电子，形成电流ICN R b
P N I E N I E P
VC C
➢另外，集电结区的少 V B B
数载流子形成漂移电流
e IE
ICBO
两种载流子参与导电——双极性晶体管Bipolar Junction Transistor
2021－09－22
中国科学技术大学 快电子 刘树彬
17
BJT的开关工作状态
《逻辑门电路》PPT课件
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第三章 逻辑门电路
3.1 MOS逻辑门电路 3.2 TTL逻辑门电路 3.3 射极耦合门电路 3.5 逻辑描述中的几个问题 3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题
7
N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，如磷、砷等
硅原子 + 4
多余电子
+4
磷原子
+4
+4
+4
电子空穴对 自由电子
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
+3;
2021－09－22
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
中国科学技术大学 快电子 刘树彬
施主离子
8
PN结
2021－09－22
中国科学技术大学 快电子 刘树彬
t1
t
IFVFR LVDV RF L
0.1IR t
数字电路教案-阎石-第三章-逻辑门电路
第3章逻辑门电路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.用逻辑1和0 分别来表示电子电路中的高、低电平的逻辑赋值方式，称为正逻辑,目前在数字技术中，大都采用正逻辑工作；若用低、高电平来表示，则称为负逻辑。
本课程采用正逻辑。
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.在数字集成电路的发展过程中，同时存在着两种类型器件的发展。
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）及射极耦合逻辑电路（简称ECL电路）.另一种是由MOS管组成的单极型集成电路，例如N-MOS逻辑电路和互补MOS(简称COMS）逻辑电路。
3。
2 分立元件门电路3。
3.1二极管的开关特性3.2.2三极管的开关特性NPN型三极管截止、放大、饱和3种工作状态的特点工作状态截止放大饱和条件i B＝0 0＜i B＜I BS i B＞I BS工作特点偏置情况发射结反偏集电结反偏u BE〈0，u BC〈0发射结正偏集电结反偏u BE>0，u BC〈0发射结正偏集电结正偏u BE〉0，u BC〉集电极电流i C＝0 i C＝βi B i C＝I CSce间电压u CE＝V CC u CE＝V CC－i C R cu CE＝U CES＝0.3Vce间等效电阻很大，相当开关断开可变很小，相当开关闭合3.2。
3二极管门电路1、二极管与门2、二极管或门u A u B u Y D1D20V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V0V4。
3V4。
3V4.3V截止截止截止导通导通截止导通导通3。
2.4三极管非门3。
2。
5组合逻辑门电路1、与非门电路2、或非门电路3.3 集成逻辑门电路一、TTL与非门1、电路结构(1）抗饱和三极管作用：使三极管工作在浅饱和状态。
因为三极管饱和越深，其工作速度越慢，为了提高工作速度，需要采用抗饱和三极管。
构成:在普通三极管的基极B和集电极C之间并接了一个肖特基二极管(简称SBD）。
门电路及组合逻辑电路电子教案
门电路及组合逻辑电路电子教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述数字电路的定义数字电路的特点数字电路的应用领域1.2 数字电路的基本概念逻辑值和逻辑运算逻辑门和逻辑函数逻辑函数的表示方法1.3 数字电路的分类组合逻辑电路时序逻辑电路混合逻辑电路第二章：门电路2.1 基本门电路与门（AND gate）或门（OR gate）非门（NOT gate）2.2 复合门电路与非门（AND-NOR gate）或非门（OR-NAND gate）与或门（AND-OR gate）或与门（OR-AND gate）2.3 门电路的应用逻辑门电路的设计方法门电路在数字系统中的应用实例第三章：组合逻辑电路3.1 组合逻辑电路概述组合逻辑电路的定义组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的应用领域3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的设计方法3.3 常见的组合逻辑电路加法器（Adder）减法器（Subtractor）多路选择器（Multiplexer）编码器（Enr）译码器（Der）第四章：逻辑函数和逻辑门的关系4.1 逻辑函数的定义和表示方法逻辑函数的定义逻辑函数的表示方法4.2 逻辑函数的性质和运算规则逻辑函数的性质逻辑函数的运算规则4.3 逻辑函数的化简方法逻辑函数化简的意义常用的逻辑函数化简方法第五章：组合逻辑电路的设计实例5.1 组合逻辑电路设计实例一：4位加法器设计要求电路原理图逻辑表达式5.2 组合逻辑电路设计实例二：2位乘法器设计要求电路原理图逻辑表达式5.3 组合逻辑电路设计实例三：数字信号处理器设计要求电路原理图逻辑表达式第六章：时序逻辑电路6.1 时序逻辑电路概述时序逻辑电路的定义时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的应用领域6.2 触发器（Flip-Flop）基本触发器类型触发器的真值表和时序图触发器的功能描述6.3 计数器（Counter）计数器的定义和分类同步计数器和异步计数器计数器的应用实例第七章：数字电路仿真软件的使用7.1 数字电路仿真软件概述数字电路仿真软件的定义数字电路仿真软件的作用常见数字电路仿真软件介绍7.2 Proteus软件的使用Proteus软件的安装与启动Proteus软件的基本操作Proteus软件在数字电路设计中的应用实例7.3 Multisim软件的使用Multisim软件的安装与启动Multisim软件的基本操作Multisim软件在数字电路设计中的应用实例第八章：数字电路的测试与维护8.1 数字电路测试的目的和意义数字电路测试的定义数字电路测试的目的和意义数字电路测试的分类8.2 数字电路测试方法静态测试方法动态测试方法测试序列的设计方法8.3 数字电路的维护数字电路维护的基本原则数字电路维护的方法和技巧数字电路维护中常见问题及解决方法第九章：数字电路在实际应用中的案例分析9.1 数字电路在通信系统中的应用通信系统的基本原理数字电路在通信系统中的应用实例9.2 数字电路在计算机系统中的应用计算机系统的基本组成数字电路在计算机系统中的应用实例9.3 数字电路在工业控制系统中的应用工业控制系统的基本原理数字电路在工业控制系统中的应用实例第十章：课程总结与拓展学习10.1 课程总结门电路及组合逻辑电路的基本概念数字电路的设计方法与步骤数字电路在实际应用中的案例分析10.2 拓展学习建议数字电路领域的最新研究动态推荐的学习资料和参考书籍实践项目与课程设计的建议重点和难点解析重点环节1：逻辑值和逻辑运算逻辑值是数字电路中的基础，包括逻辑0和逻辑1。
逻辑门电路课件
TTL与非门的外特性及主要参数
外特性：指的是电路在外部表现出来的各种特性。 掌握器件的外特性及其主要参数是用户正确使用、维护 和设计电路的重要依据。 介绍手册中常见的特性曲线及其主要参数。
TTL与非门的外特性及主要参数
性区 区： . 6≤V≤ UI， ≤1.3V， 截线 止 ：当 当0 U 0.6V I 0.7 V≤U时， T2导通，T5 （一）电压传输特性 b2＜1.4V Ub1 ≤1.3V T2、时， T5 截止， 饱和区：UI继续升高， T1进入UC2随 仍截止， U 输出高电平 = 3.6V 。 b2 升高而下降， OH TTL 与非门输入电压 U 与输出电压 U 之间的关系曲线， I O 转折区：当 UI≥1.3V 倒置工作状态 U时， ，此时 经T 射随器使 UO下降。 b1=2.1V 4 即 U = f （ U ）。 O T 、T I 输入电压略微升高，输出 2 5饱和，T4截止，输出低 电平UOL = 0.3V T ，且 电压急剧下降，因为 2、 UO不随UI 的增大而变化。 T4、T 5均处于放大状态。
输入端和输出端都用双 以互补对称单极性 MOS TTL CMOS 即 Transistor-Transistor 即 Complementary Logic Metal-Oxide-Semiconductor 极型三极管的逻辑门电路 管构成的逻辑门电路
按功能特点不同分 普通门 输出 (推拉式输出) 开路门
简单反相器电路及等效模型
TTL反相器电路模型
反相器逻辑符号
其它类型门电路
与、或非门等效模型
由基本的与、或、非逻辑组成的其它类型逻辑 门电路，其逻辑符号有国际标准和国标两种
门电路结构和使用
TTL门电路结构一般有输入级、中间级和输出级。 输入级是一个单或多发射极三极管，起到逻辑电平 转换作用。 门电路输入级
基本逻辑门电路教案
基本逻辑门电路教案教学目标：1.了解逻辑门电路的基本概念和原理；2.掌握逻辑门电路的常见类型和具体应用；3.能够运用逻辑门电路进行简单的逻辑运算。
教学过程：一、导入（1）通过问答方式引入逻辑门电路的概念。
教师提问：你们知道逻辑门电路是什么吗？它有什么作用？学生回答：逻辑门电路是一种用电子元器件（如晶体管、集成电路等）实现逻辑运算的电路。
它可以将输入的电信号进行逻辑运算，并输出相应的结果。
（2）简单介绍逻辑门电路的基本分类。
教师介绍：逻辑门电路主要有与门、或门、非门、异或门等几种。
它们的逻辑运算规则不同，可以实现不同的功能。
二、理论讲解（1）逐个介绍各种逻辑门电路的原理和功能。
1. 与门（AND Gate）：输出结果仅在所有输入信号同时为高电平时为高电平，否则为低电平。
2. 或门（OR Gate）：输出结果仅在所有输入信号同时为低电平时为低电平，否则为高电平。
3. 非门（NOT Gate）：将输入信号取反，输出结果与输入信号相反。
4. 异或门（XOR Gate）：输出结果仅在奇数个输入信号为高电平时为高电平，否则为低电平。
（2）通过实例演示逻辑门电路的工作原理。
教师使用演示板和逻辑门电路的实物模型，让学生观察和分析逻辑门电路的输入和输出变化，理解其工作原理。
三、实验操作（1）分组进行实验。
将学生分成小组，每个小组配备逻辑门电路实物模型和实验器材。
（2）给出实验任务。
要求学生使用与门、或门、非门和异或门实现不同的逻辑运算，并观察和记录输入和输出的变化。
（3）引导学生进行实验操作。
教师引导学生按照逻辑门电路的原理和功能，正确连接电路和设置输入信号，进行实验操作。
（4）让学生总结实验结果。
教师引导学生根据实验结果，总结逻辑门电路的运算规则和特点。
四、知识巩固（1）练习题。
教师出示一些简单的逻辑题目，鼓励学生独立思考和解答。
（2）讨论和思考。
教师引导学生讨论逻辑门电路的具体应用和改进方法，并对相关问题进行思考和探讨。
《电子线路》教案——第三章 逻辑门电路
第一节逻辑门电路（一）教学目的：让学生掌握与门电路的工作原理及符号教学重点：与门电路的逻辑关系教学难点：与门电路的工作原理教学方法：讲授法教学课时：一课时教学过程：一、复习提问：晶体管反相是如何工作的？加速电容有何作用？二、新授：（一）概述：1、逻辑门电路的定义：是指具有多个输入端和一个输出端的开关电路。
2、逻辑电路中0和1的含义：表示两种对立的状态。
并不表示数量的大小。
0和1分别称为逻辑0和逻辑1 3、正、负逻辑体制：若1表示高电平，0表示低电平，称为正逻辑；若1表示低电平，0表示高电平，则称为负逻辑4、基本的逻辑门电路有：与门、或门、非门8.3.1 与门电路一、与逻辑关系当一件事情的几个条件全部具备之后，这件事情才能发生，否则不发生。
这样的因果关系称为与逻辑关系。
举例说明:以开锁为例和书上的开关串联为例。
让学生联系生活说明有哪些常见的与逻辑。
（讨论）二、与门电路1、电路图电路如右图8-9所示3、真值表4、逻辑符号图8－10 与门逻辑符号对于与门电路要重点讲解，但对于其他门电路在相同内容和相似的分析过程中不再重复。
以留给学生一定的思考空间，也为学生的个性化发展提供的前提。
4、逻辑函数式Y＝A·B （中间的点乘也可以去掉）小结：与逻辑关系的定义（强调所有条件均具备）第一节逻辑门电路（二）教学目的：让学生掌握门电路的基本类型教学重点：门电路的逻辑关系教学难点：各门电路的逻辑关系与逻辑表式与真值表的联系教学方法：讲授法教学过程：一、复习提问：1、什么叫与逻辑关系？与门电路的符号怎么画？其功能是什么？二、新授：(一) 或门电路：1、或逻辑关系在决定一件事的各种条件中，到少具备一个条件，这件事就会发生。
这样的因果关系称为或逻辑关系。
举例说明:以开锁为例和书上的开关并联为例。
让学生联系生活说明有哪些常见的或逻辑。
（讨论）2、或门电路（1）、电路图电路如下图8-12所示图8-12 二极管或门电路（1）、真值表V a、V b有一个是高电平（5V）：V o 为高电平；V a、V b两个都为低电3、逻辑符号图8－13 或门逻辑符号4、逻辑函数式Y ＝A ＋B（二）、非门电路：1、1、非逻辑关系：事情和条件总是呈相反状态。
逻辑门电路ppt课件
第3章 逻辑门电路
3.2.1 TTL系列门电路 ◆ TTL（晶体管—晶体管逻辑）门电路只制成单片集成电路。输入级由多发射极晶体管构成， 输出级由推挽电路（功率输出电路）构成。标准TTL与非门如下图所示。
◆ 标准TTL与非门
◆ 电路工作原理
1. 电路组成 2. 逻辑关系 当当3一个个发发射射极极都或接3高个电发平射（极A都、接B、低C电都平 接导通（定U通，+B工A25≈（则、V作0）.有倒B2在V、时置饱，C，工接和晶T作地导体1的状）通 管集态，状T电2）多态必结至发，定处使射其截于T极集止正2晶电，、向体使极T偏4管T电饱置3T饱压和而1一和导 导U通B4，≈0而.7VT，4截U止CE，S2≈输0出.2V端L 为高电平。 UB3≈0.9V，T3截止，UL≈0
带灌电流负载特性:与非门输出uO为低电平 时，带灌电流负载。当输入都为高电平时， 与非门的V2、V5饱和导通，输出uO为低电平 UOL，这时，各个外接负载门的输入低电平电 流都流入（即灌入）V5的集电极，形成了输 出低电平电流。当外接负载门的个数增加时， 流入V5集电极的电流随之增大，输出低电平 稍有上升，只要不超过输出低电平允许的上 限值，与非门的正常逻辑功能就不会被破坏。 设与非门输出低电平时，允许V5最大集电极 电流为ＩOL（max），每个负载门输入低电 平电流为ＩIL时，则输出端外接灌电流负载 门的个数NOL为。NOL＝IOL（max）/IIL
第3章 逻辑门电路
第3章 逻辑门电路
一、学习目的
逻辑门电路是构成数字电路的基本单元。要从内部结构上认识了解逻辑门电路的基本构造和性能 特点，了解逻辑门电路的逻辑关系用分立元件是如何实现的，了解集成门电路的分类和各类集成 逻辑门电路的工作特点及主要参数。
逻辑门电路介绍课件
02
处理，如放大、滤波等 控制功能：实现对电路的控制，
03
如开关、定时等 存储功能：实现对信号的存储，
04
如寄存器、存储器等
逻辑门电路的工作原 理
基本逻辑运算
1 与运算：当所有输入都为1时，输出为1，否则为0 2 或运算：当所有输入都为0时，输出为0，否则为1 3 非运算：输入为1时，输出为0；输入为0时，输出为1 4 异或运算：当输入相同时，输出为0；当输入不同时，输出为1 5 同或运算：当输入相同时，输出为1；当输入不同时，输出为0
5
逻辑门电路的 应用：数字电 路、计算机、
通信等领域
逻辑门电路的应用
数字电路的设计
逻辑门电路是数字
电路的基础 1
4 逻辑门电路在数字电
路设计中的应用广泛， 如计算机、手机、家 电等电子产品中都有
逻辑门电路的身影
逻辑门电路可以实
现基本的逻辑运算，
2
如与、或、非等
3
逻辑门电路可以组
合成更复杂的电路，
04
逻辑门电路的 控制端用于控 制逻辑运算的 类型。
逻辑门电路的分类
01
基本逻辑门： 与门、或门、 非门
02
复合逻辑门： 与非门、或非 门、异或门
03
扩展逻辑门： 三态门、多路 复用器、解码 器
04
特殊逻辑门： TTL、CMOS、 ECL等不同类 型逻辑门的分 类
逻辑门电路的功能
逻辑运算：实现基本的逻辑运算， 01 如与、或、非等
逻辑门电路介绍课 件
演讲人
பைடு நூலகம்录
01. 逻辑门电路的基本概念 02. 逻辑门电路的工作原理 03. 逻辑门电路的应用
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2. 工作原理
逻辑功能分析：
输入端全部接高电平(3.6V)： • T1倒置，电源Ucc通过R1和T1的集电结向T2提供足
够的基极电流，使T2 。T2的发射极电流在R3 上产 生的压降又使 T5 ，输出F为低电平(≈0.3V)。 • T1的基极电压ub1=ubc1+ube2+ube5 ≈ 2.1V；T2的集电极 电压uc2 = uces2+ube5≈0.3V+0.7V≈1V,该值大于T3的发 射结正向压降，T3导通。T4的基极电压ub4= ue3=uc20.7V=0.3V,故T4截止。
第03章逻辑门电路
MOS集成电路又可进一步分为：
▪ PMOS( P-channel Metel OxideSemiconductor)
P通道 金属-氧化物 半导体（场效应管）
▪ NMOS(N-channel Metel Oxide Semiconductor)
N通道 金属-氧化物 半导体（场效应管）
（1）标称逻辑电平 标称逻辑电平：表示逻辑值1和0的理想电平。
TTL门电路标称逻辑电平： V(1)=5V V(0)=0V
高电平VH ——
电压范围为2V～5V，额定值为3.6V
低电平VL ——
电压范围为0V～0.8V,额定值为0.2V
(2) 电压传输特性：描述输出电压与输入电压之间对应
关系的曲线。
在TTL电路中
平均延迟时间定义为
tpd = ( tpdL+ tpdH )/2
A UI
tpHL UO
A′
B tpLH
B′
• 通常将从输入波上沿中点到输出波下沿中点的
时间延迟称为 导通延迟时间tpdL； • 从输入波下沿中点到输出波上沿中点的时间延
迟称为 截止延迟时间tpdH。
(5) 扇入系数Nr —— 门电路的输入端数 ▪ 一般Nr≤5，最多不超过8。 ▪ 当需要的输入端数超过Nr时，可以用与扩
TTL电路的功耗大、线路较复杂，使其 集成度受到一定的限制，故广泛应用于中小 规模逻辑电路中。
下面，重点讨论TTL与非门
一*、典型TTL与非门
1. 电路结构
输入级—— 由多发射极晶体管T1和电阻R1组成； 中间级—— 由T2和R2、R3组成，输出两个相位相反
的信号，作为T4、T5 的驱动信号； 输出级—— 由T3、T4、T5和R4、R5组成。
典型TTL与非门
当有输入端接低电平(0.3V)时：
输入端接低电平的发射结导通，即T1
∵Vb1=0.3V+0.7V=1V
又∵ T1深度饱和
Vces1 =0.1V Ve =0.3V
Vc1 =0.4V
F=5－1.4 ≈3.6V
Vb3 ≈ Ucc
T2 ×
T5 × T3 T4
二、门电路的主要外特性参数
对器件的使用者来说， 正确地理解器件的各项参数 是十分重要的。
A
≥1
B
L=A+B
二、三极管
三极管开关电路
三极管的开关特性
三极管可分别工作在饱和区、 放大区、及截止区
开关电路中，三极管分别工 作
饱和区：相当于开关闭合 截止区：相当于开关断开
三极管开关的等效电路 (a) 截止状态 (b)饱和状态
三极管电路的动态特性
§3.3 TTL 集成逻辑门电路
TTL(Transistor Transistor Logic)电路是 晶体管- 晶体管逻辑电路的简称。
负逻辑： 与 或 与非 或非 异或 同或
AB F 00 1 01 1 10 1 11 0
与非门
正混合逻辑 负混合逻辑
输入：H＝1 L＝0
输出：H＝0 L＝1
输入：H＝0 L＝1
输出：H＝1 L＝0
AB F 11 0 10 0 01 0 00 1
或非门
♦ 正逻辑——高电平有效
高电平表示 1 低电平表示 0
负逻辑——低电平有效
低电平表示 1 高电平表示 0
§3.2 分立元件门电路
数字电路的基础是 二极管 和 三极 管。
二极管和三极管时而导通，时而截止， 因此就形成了高电平和低电平（逻辑1和 逻辑0）
一、二极管
1. 二极管的开关特性
二极管具有单向导电性
当外加正向电压时导通
VF≥0.7v
外加反向电压时截止 VF≤0.1v
VO
阈值电压VT ： 1.4V
Vi VOFF VT VON
(3) 开门与关门电平 开门电平VON——能表示逻辑值1的最小高电平 关门电平VOFF——能表示逻辑值0的最大低电平
在TTL电路中：
VD
开门电平VON ≈2.4V
关门电平VOFF≈0.4V
Vi VOFF VT VON
(4) 平均传输延迟时间 tpd 平均传输延迟时间是衡量门电路运算速度的 重要指标。当输入端接入输入信号后，需要 经过一定的时间tpd，才能在输出端产生对应 的输出信号。
▪ CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor)
互补金属氧化物半导体（场效应管）
CMOS电路应用较普遍，不但适合通用 逻辑电路的设计，而且综合性能最好 。
2、按集成电路规模的大小进行分类
小规模集成电路（SSI）
1~12个二输入门
10～100个元件 中规模集成电路（MSI） 13~99个门
102～103个元件
大规模集成电路（LSI） 100个门以上 103以上个元件
数字集成电路
超大规模集成电路（VLSI） 上万个门，数十万个元件
§3.1 正逻辑与负逻辑
客观：只要电路组成一定，其输入 与输出的电位关系就唯一被 确定下来
主观：输入与输出的高低电位被赋 予什么逻辑值是人为规定的
例：某电路
真值表
AB F
LL L
真值表 AB F 00 0
LH L HL L HH H
01 0
1 0 0 正逻辑 11 1
负逻辑
真值表 AB F 11 1 10 1 01 1 00 0
与门
或门
正逻辑与负逻辑
对于同一电路，可以采用正逻辑， 也可以采用负逻辑， 它不会影响电路结构， 但是会影响电路逻辑功能。
正逻辑： 与 或 与非 或非 异或 同或
故其相当一只受输入电压控制的开关
+ VF -
vI
i
当外加电压由正向突然变为反向时，把反向电流从峰值衰 减到峰值的十分之一所经过的时间定义为反向恢复时间。
2. 二极管门电路
二极管与门
+ VC C （ + 5V ）
D1 A
D2 B
R 3kΩ
L
A
&
L=A· B
B
二极管或门
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
展器来实现。
(6) 扇出系数Nc
▪ 扇出系数Nc是在保证门电路输出正确的逻 辑电平和不出现过功耗的前提下，其输出 端允许连接的下一级同类门输入端的个数。