门电路和集成逻辑门
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门电路和组合逻辑电路
-U
(2) 工作原理 12V
“或” 门逻辑状态表
A B CY
00 00 01 01 10 10 11 11
00 11 01 11 01 11 01 11
输入A、B、C有一个为“1”，输出 Y 为“1”。
输入A、B、C全为低电平“0”，输出 Y 为“0”。
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6
2. 或门电路
逻辑表达式： Y=A+B+C
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2
电平的高低
UCC
一般用“1”和
“0”两种状态
区别，若规定
高电平为“1”，
低电平为“0”
则称为正逻辑。
反之则称为负 逻辑。若无特 0V
殊说明，均采
用正逻辑。
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高电平 1
低电平 0
3
1. 与 门电路
(1) 电路
03V A
DA
DB
03V B
03V C
DC
+U 12V R
在数字电路中，常用的组合电路有加法器、 编码器、译码器、数据分配器和多路选择器 等。下面几节分别介绍这几种典型组合逻辑 电路的使用方法。
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38
加法器
二进制
十进制：0~9十个数码，“逢十进一”。 在数字电路中，为了把电路的两个状态 (“1”
态和“0”态)与数码对应起来，采用二进制。 二进制：0，1两个数码，“逢二进一”。
26
12. 2. 2 组合逻辑电路的设计
根据逻辑功能要求 设计 逻辑电路
设计步骤如下： (1) 由逻辑要求，列出逻辑状态表 (2) 由逻辑状态表写出逻辑表达式 (3) 简化和变换逻辑表达式 (4) 画出逻辑图
门电路和组合逻辑电路
2. 逻辑函数的表示方法 (1) 逻辑状态表 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 Y 0 1 0 0 0 0 0 1
(2) 逻辑式 用 “与”、 “或” 、“非” 等逻辑运算的组合式， 表示逻辑函数的输入与输出的关系的逻辑状态关系。 (1) 常采用与—或表达式的形式； A B C Y (2) 在状态表中选出使函数值为 1 0 0 0 0 的变量组合； 0 0 1 1 0 1 0 0 (3) 变量值为 1 的写成原变量，为 0 1 1 0 1 0 0 0 0 的写成反变量，得到其值 1 0 1 0 为 1 的乘积项组合。 1 1 0 0 1 1 1 1 (4) 将这些乘积项加起来(逻辑或) 得到 “与—或”逻辑函数式 。 Y A BC ABC
A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 YA 0 0 0 0 1 1 1 1 YB 0 0 1 1 0 0 0 0 YC 0 1 0 0 0 0 0 0
Y YC CBABC YA ABCBAABC C ABC ABC BA
A
1
Y
YA
9.2 TTL 门电路
9.2.1 TTL与非门电路
多发射极晶体管 T1 +5 V
R1
R2
T3 T2
R4
A B C
+5 V A B B1 R1
T4 T5
Y
R3
R5
C1
C
T1 等效电路
当输入端 A、B、C 均为高电平时，输出端 Y 为低电 平。当输入端 A、B、C 中只要有一个为低电平，输 出端Y就为高电平，正好符合与非门的逻辑关系。
分立元件门电路和集成电路的逻辑符号
分立元件门电路和集成电路的逻辑符号什么是分立元件门电路和集成电路分立元件门电路和集成电路是电子电路中常用的两种逻辑门实现技术。
逻辑门是数字电路的基本构建模块，用于处理二进制数字，实现逻辑运算等功能。
分立元件门电路是通过使用离散的电子元件来构建逻辑门，而集成电路则是将逻辑门的元件集成在一个芯片中。
分立元件门电路的逻辑符号分立元件门电路使用不同的逻辑符号来表示不同的逻辑门，常见的逻辑门包括与门、非门、或门、与非门、或非门、异或门等。
1.与门（AND Gate）的逻辑符号是一个带有两个输入端和一个输出端的图形。
输入端上通常连接输入信号，而输出端上则输出根据输入信号进行逻辑与运算的结果。
与门的逻辑符号通常用字母”AND”表示。
2.非门（NOT Gate）的逻辑符号是一个带有一个输入端和一个输出端的图形。
非门将输入信号取反后输出，用于实现逻辑非运算。
非门的逻辑符号通常用字母”NOT”或”!“表示。
3.或门（OR Gate）的逻辑符号是一个带有两个输入端和一个输出端的图形。
或门将输入信号进行逻辑或运算后输出结果。
或门的逻辑符号通常用字母”OR”表示。
4.与非门（NAND Gate）的逻辑符号是一个带有两个输入端和一个输出端的图形。
与非门将输入信号进行逻辑与运算后取反输出，实现逻辑与非运算。
与非门的逻辑符号通常用字母”NAND”表示。
5.或非门（NOR Gate）的逻辑符号是一个带有两个输入端和一个输出端的图形。
或非门将输入信号进行逻辑或运算后取反输出，实现逻辑或非运算。
或非门的逻辑符号通常用字母”NOR”表示。
6.异或门（XOR Gate）的逻辑符号是一个带有两个输入端和一个输出端的图形。
异或门实现异或运算，当输入信号相同时输出为低电平，当输入信号不同时输出为高电平。
异或门的逻辑符号通常用字母”XOR”表示。
集成电路的逻辑符号集成电路通过将逻辑门的元件集成在一个芯片中实现，它可以以一个整体的形式提供逻辑门的功能，简化了电路的布局和设计。
集成逻辑门电路基本知识
集成逻辑门电路基本知识1. 引言集成逻辑门电路是现代数字电路的基础，广泛应用于计算机、通信、控制等领域。
了解集成逻辑门电路的基本知识对于理解数字电路的原理和设计至关重要。
本文将介绍集成逻辑门电路的基础概念、分类和应用。
2. 集成逻辑门电路的概述集成逻辑门电路是由多个逻辑门组成的电路，逻辑门通过控制输入端的电信号，产生特定的输出信号。
逻辑门的种类包括与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。
3. 集成逻辑门电路的分类3.1 与门与门是最基本的逻辑门之一，其输入端都要为高电平时，输出端才会为高电平。
与门的符号为“&”或“∩”，常用的与门有AND、NAND等类型。
3.2 或门或门是另一种基本的逻辑门，只要输入端中有一个为高电平，则输出端为高电平。
或门的符号为“|”或“∪”，常用的或门有OR、NOR等类型。
3.3 非门非门是最简单的逻辑门之一，若输入端为高电平，则输出端为低电平；若输入端为低电平，则输出端为高电平。
非门的符号为“!”或“¬”。
3.4 异或门异或门是比较特殊的逻辑门，当输入端中只有一个为高电平时，输出端为高电平；否则，输出端为低电平。
异或门的符号为“⊕”或“≠”。
4. 集成逻辑门电路的应用集成逻辑门电路可以用于各种数字电路的设计和实现，以下是集成逻辑门电路的一些常见应用场景：4.1 逻辑运算集成逻辑门电路可以实现各种逻辑运算，例如用与门组成加法器、用异或门实现比较器等。
逻辑运算是计算机和数字电路的基础。
4.2 存储器设计存储器是计算机系统中重要的组成部分，集成逻辑门电路可以用于存储器的设计和实现。
常见的存储器包括静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。
4.3 时序电路设计时序电路是处理与时间有关的数字信号的电路，集成逻辑门电路可以用于时序电路的设计和实现。
时序电路广泛应用于计时器、时钟、触发器等领域。
5. 总结集成逻辑门电路是数字电路中的基本组成单元，通过不同逻辑门的组合，可以实现各种逻辑运算和功能。
第2章集成逻辑门电路
2.3.2
TTL集电极开路门
TTL集电极开路门（Open Collector Gate）也称为OC门。 在用门电路组成逻辑电路时，如果能将输出端直接并联（称为 “线与”逻辑），可以使电路简化许多。前面所介绍的TTL与非 门却不能这样使用，原因有两个：一是TTL与非门无论输出为高 电平还是低电平，输出电阻都很小；二是两个TTL与非门连在一 起以后，如果一个门输出为高电平，另一个输出为低电平，那么 会有很大的电流从截止门的三极管VT4流到导通门的三极管VT5， 此电流大大超过正常工作电流，严重时会损坏门电路。解决的办 法是把TTL与非门电路的输出级改为集电极开路的三极管结构，
图2.25
二极管的开关电路特性
2．双极型三极管的开关特性 双极型三极管的输出特性曲线如图2.26所示。由输出特性曲线 可知，三极管可分为三个区域：截止区、放大区和饱和区。特别 当三极管工作在截止区和饱和区时，电参数也表现为对立的两个 状态，可以作为开关使用。
图2.26
三极管的输出特性曲线
2.2
晶体二极管和三极管的开关特性
第一个字母C代表中国，T代表TTL；它们对应型号的门电路逻辑 功能和引脚图与国际标准基本是一样的。本书电路举例将以最常 用的74XX系列和74LSXX系列门电路为主。本章讨论的集成逻辑门 属于小规模集成电路（SSI）。
2.3.1
TTL与非门电路
1．电路结构 每个系列的TTL与非门基本都是由输入级、中间级（倒相级） 和输出级组成。图2.30为TTL与非门的基本电路。 输入级通常由多发射极晶体三极管组成，如图中VT1。我们可 以把VT1看成是发射极独立而基极和集电极分别并联在一起的三 极管。输入级完成“与”逻辑功能。 中间级由VT2组成，其集电极和发射极输出的信号相位相反。 由这两个相位相反的信号去控制输出级的VT3和VT5，所以中间级 也称倒相级。 输出级由VT3、VT4和VT5组成，采用推拉式结构。其中VT3、
第 3 章 逻辑门电路总结
EXIT
逻辑门电路
一、三极管的开关作用及其条件
iC 临界饱和线 M T IC(sat) S
放大区
IB(sat)
uI=UIL
三极管为什么能用作开关？ 饱 Q + 怎样控制它的开和关？ uBE 和 区
O UCE(sat) B uBE < Uth
负载线
A N C
截止区
uCE
三极管关断的条件和等效电路
当输入 uI 为低电平，使 uBE < Uth时，三极管截止。
逻辑门电路
第3章
逻辑门电路
概 述 三极管的开关特性
TTL 集成逻辑门 CMOS 集成逻辑门 集成逻辑门的应用
本章小结
EXIT
逻辑门电路
3.1
主要要求：
概 述
了解逻辑门电路的作用和常用类型。 理解高电平信号和低电平信号的含义。
EXIT
逻辑门电路
一、门电路的作用和常用类型
按逻辑功能不同分 指用以实现基本逻辑关系和 门电路 (Gate Circuit) 常用复合逻辑关系的电子电路。 与门 或门 非门 异或门 与非门 或非门 与或非门 按电路结构不同分
上例中三极管反相 器的工作波形是理想波 形，实际波形为 ：
t
UCE(sat) O
EXIT
逻辑门电路
二、三极管的动态开关特性
uI
UIH
UIL O iC 0.9IC(sat) IC(sat) 0.1IC(sat) O uO VCC ton toff t
uI 正跳变到 iC 上升到 0.9IC(sat) 所需的时间 ton 称 为三极管开通时间。
逻辑门电路
(2) 对应输入波形画出输出波形 三极管截止时， iC 0，uO +5 V 三极管饱和时， uO UCE(sat) 0.3 V
门电路及组合逻辑电路
6
0110 1001 0101 1100
7
0111 1010 0100 1101
8
1000 1011 1100 1110
9
1001 1100 1101 1111
权 8421
2421
5421 码
0000 0001 0010 0011 0100 1000 1001 1010 1011 1100 5421
二、复合逻辑运算
1．与非 —— 由与运算 和 非运算组合而 成。
2．或非 —— 由或运算和 非运算组合 而成。
“与非”真值
表 输入
输出
A
B
L
A
0
0
1
0
1
1
B
1
0
1
1
1
0
& L=A·B
“或非”真值Leabharlann 表 输入输出A
B
L
A
≥1
0
0
1
0
1
0
B
1
0
0
1
1
0
L=A+B
3、与或非门 由与门、或门和非门构成与或非门。
逻辑与（逻辑乘）的运算规则为：
+VCC （ +5V）
L=AB
R
D1
3kΩ
000 010 100 111 A
L
D2
与门的输入端可以有多个。下图为一 B
个三输入与门电路的输入信号A、B、
与门电路
C和输出信号F的波形图。
A B C F
2．或运算
A
B
V
L
A
≥1
L=A+B
B
第七章 门电路和组合逻辑电路解读
0 1 0 1
E 1
F AB
输出高阻
0 1 1 1 1
高 1 1 0
E 0
表示任意态
三态门应用： 可实现用一条总线分时传送几
如图所示：
个不同的数据或控制信号。 &
A1 B1
A1 B1 “1” E1 A2 B2 “0” E2 A3 B3 “0” E3
&
总 线
&
三、 集电极开路的“与非”门
可由二极管、晶体管分立元件组成，或集成电路
第一节 分立元件门电路
高电平
采用正逻辑设高电平 UCC （约3V）为1，低电平 （0V）为0；二极管为 理想元件，正向导通管 压降为0V；晶体管工作 在截止或饱和导通状态， 饱和导通时集射极电压
U CE 0
1
低电平 0
0V
一、 二极管“与” 门电路
“与” 门逻辑状态表
+U 12V
A
0 0 0 0 1 1 1 1
B
0 0 1 1 0 0 1 1
C
0 1 0 1 0 1 0 1
F
0 0 0 0 0 0 0 1
R
0V A 3V 0V B 3V 0V C 3V 逻辑表达式：
VDC VDA VDB
F
3V 0V
F=A B C
输入不全为“1”，输出 为“0”
输入全为 “1”，输出为“1”
F=A+B+C
输入有一个 “1”，输出 为“1” 输入全为 “0”，输出 为“0”
即有“1”出 “1”
三、 晶体管“非” 门电 路
+UCC RC
“1” “0” A 截止 饱和
“非” 门逻辑状态表
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二极管“与”门电 ＋UCC 路 由二极管或三极管开关元件构 “与”门电路 与 成的逻辑电路，工作时的状态像 R 门一样按照一定的条件和规律打 A & F D1 开或关闭，所以又被称为门电路 门电路。 B 3V A 门开 —信号通过；门关——信号 0V “与”门逻辑图符号 与 阻断。门电路是构成组合逻辑电 D2 路的基本单元，应用十分广泛。 B 3V
MOS管的保护措施 由于MOS管栅极输入电阻较大，易感应 电荷使绝缘层击穿。因此，在实用中常采 用如右图所示的过压保护电路。 MOS管开关电路 当输入电压ui为低电平时，则ui<UT， MOS管截止，输出电压uO=VDD，为高电 平。 当输入电压ui为高电平时，ui>UT， MOS管导通，输出为低电平。
0V F 3V
B 0V 反偏截止！ 反偏截止！
R
①输入中只要有一个为高电平3V A ≥1 时，串接其上的二极管则迅速导 F B 通，输出F将被钳位到高电平1； 1 其余为低电平的输入端，其端子 “或”门逻辑图符号 或 上串接的二极管呈截止态。 ②输入全部为低电平0时，输入 端上串接的二极管同时导通，输 出F被钳位在低电平“0”。 0
二极管开关电路
为防止电流过大而导致二极管烧坏，工程实际中均要在二极管开关电路 为防止电流过大而导致二极管烧坏， 中串接一只限流电阻R。 中串接一只限流电阻 。
（2）反向特性
当图示二极管开关电路的输入电压为高电平， 当图示二极管开关电路的输入电压为高电平，即VCC与ui的差值小于门槛 电压U 二极管VD反向截止 截止状态下二极管呈现很大的电阻， 反向截止。 电压 T时，二极管 反向截止。截止状态下二极管呈现很大的电阻，使得 电阻R上基本无电流通过 因此，输出电压u 上基本无电流通过。 为高电平“ 。 电阻 上基本无电流通过。因此，输出电压 O≈+VCC，为高电平“1”。
（3）开关时间
开通时间和反向恢复时间二者之和称为二极管的开关时间。因 反向恢复时间远大于正向导通所需要的时间，故在开关二极管 的使用参数上往往只给出反向恢复时间来作为二极管的开关时 间。 二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。但是在实际 应用中，开关二极管的开关速度是相当快的，硅开关二极管的 反向恢复时间只有几纳秒，即使是锗开关二极管，也不过几百 纳秒。
你能迅速说出“ 你能迅速说出“与 门和“ ”门、“或”门和“非 门的逻辑功能吗？ ”门的逻辑功能吗？
基本逻辑门有哪 些？
2.3 复合逻辑门 “与非”门
与门
A B
非门
F
&
1
F
A B
& 与非门图符号 与非门
F
与门和非门可构成“与非”门 与非”门
“与非”门是“与”门的非，因此：
逻辑功能：有0出1；全1出0 有 ；全1
tS
0 开通时间极短！ 开通时间极短！
（2）反向恢复时间
t
当二极管突然由正向偏置变为反向偏置时， 当二极管突然由正向偏置变为反向偏置时， PN结两边存储的载流子形成反向漂移电流，开始时空间电荷区依然很窄， 结两边存储的载流子形成反向漂移电流， 结两边存储的载流子形成反向漂移电流 开始时空间电荷区依然很窄， 二极管电阻很小，所以反向电流很大，经过一定的时间t 结两侧存 二极管电阻很小，所以反向电流很大，经过一定的时间 S后，PN结两侧存 储的载流子显著减少，空间电荷区逐渐变宽，反向电流慢慢减小至反向饱 储的载流子显著减少，空间电荷区逐渐变宽， 和电流时，二极管截止。 和电流时，二极管截止。
0.7V
tபைடு நூலகம்
三极管无论是从低电平到高电 平，还是从高电平到低电平，状 态变化都不能发生跃变，均需要 一定的时间。
2、 MOS管的开关特性 管的开关特性
当栅源u 开启电压） 当栅源 GS< UT（开启电压） 时，MOS管处截止状态，相 管处截止状态， 管处截止状态 当于一个断开的开关。 当于一个断开的开关。 当uGS>UT时，MOS管处变阻状 管处变阻状 其等效电路如右图所示： 态，其等效电路如右图所示：
显然，同或门是异或 门的非。其逻辑功能： 相同出1，相异出0 相同出1，相异出0。
同或门和异或门 的功能是什么？ 的功能是什么？ 二者有联系吗？ 二者有联系吗？ 你能说出常 用复合门的 种类吗？ 种类吗？ 默画出各种复 合逻辑门的图 符？
写出图示电路 的逻辑表达式。 的逻辑表达式。
2.4 TTL集成逻辑门 集成逻辑门
2.1.2 三极管的开关特性
IC /mA
4 3 2.3 2 1.5 1
饱 和 区
IB=100 µA 80 µA
放 大 区
60 µA 40 µA 20 µA IB=0
0
截止区
由三极管输出特性曲线 可看出，三极管主要有放 大、截止和饱和三种工作 状态。模拟电子技术中， 三极管工作在放大区；在 数字电路中，三极管作为 开关元件，工作在截止区 和饱和区。
ui 双极型三极管开关电路 t
0 uO
0
t
双极型三极管开关特性
三极管的开关时间
ui
2.5V
0
uo
t1
t2
0
tON
tOFF
接通时间
接通时间和关断时间合称为三 极管的开关时间。开关时间的长 短决定了三极管的开关速度，开 关时间不仅取决于三极管的结构 工艺，还与外加输入电压的大小 和极性有关。因此，提高三极管 t 的开关特性一是制造开关时间较 小的管子，二是设计合理的外电 关断时间 路，以减少开关时间。
－UCC
或 “或”门电路
注意： 注意：分析过程中门电路中串接的二极管，都是按理想二极 管处理的，实际硅管导通时管压降0.7V，锗管导通时0.3V。
三极管“非”门电 路 输入变量A 为高电平3V时，三 A +UCC 极管饱和导通，ICRC≈+UCC，因 此输出F为低电平0V； F RC
饱和导通 截止不通
F3V 0V
反偏截止！ 反偏截止！
①输入中只要有一个为低电平0时，该低电平二极管就会迅 0 ②输入全部为高电平3V时，输入端上串接的二极管同时导 速导通，输出F将被钳位到低电平0 F 通，输出F被钳位在高电平“1”。0；其余高电平输入端，其 1 端子上串接的二极管呈截止态。
D1
A 0V 3V
D2
二极管“或”门电 路 一个“或”门的输入端也是至少为 两个，其输出端只有一个。
“或非”门
或门
A B
非门
F
≥1
1
F
或门和非门可构成“或非” 或非” 门 A ≥1 F
B
或非逻辑功能：
有1出0；全0出1 ；全0
或非门图符号 或非
“与或非”门
A 与门 B
& &
F1
非门 或门 ≥1 F3 1
与门
C D
F2
F
“与”门、“或”门和“非”门可构成“与或 与或 非”门 A &
B C D
≥1
g s
u+ GS _
d s
g s
+ uGS _
d s
利用MOS管的上述特性，在数字电路中常把它作为电子开关 使用，即MOS管截止时相当一个断开的开关；变阻状态时相当 一个闭合的开关。由于工艺的不同，MOS管相比于晶体管，其 开关速度慢一些。
MOS管随着UGS 的增大，漏极和源极之间的电阻RDS 由大 变小，漏极电流逐渐增加，输出电压不断下降，MOS管的 工作状态从截止区经过恒流区最后进入可变电阻区。在可 变电阻区，RDS的大小受输入电压UGS的控制。即MOS管导 通时，其内阻RDS至少也要有1k 左右，通常此阻值是不能 忽略的。 在动态工作状态下，电路输入信号发生高、低电平跳变 时，MOS管的漏极电流变化和输出电压的变化都将滞后于 输入电压的变化。因此，由MOS管构成的反相器，处理信 号的速度要比双极型三极管反相器慢。
把电路中的半导体器件、电阻、电容及 导线制作在一块半导体基片上，并封装在 一个壳体内所构成的完整电路称为集成电 路，简称IC。常见的数字集成电路通常为 右图所示双列直插式集成组件 。 集成芯片就象确定了输入和输出的“黑盒子”，其核心可能 是非常复杂的电路。对使用者而言，只要掌握查阅器件资料的 方法，了解其逻辑功能并正确使用即可 。 集成逻辑门是最基本的数字集成电路，是组成数字逻辑的基 础，学好它，对于掌握数字电子技术极为重要。需要注意的是： 几乎所有IC的电源和“地”端通常不标在原理图中，但连线时， 电源和地是驱动，必不可少。
F
&
与或非门图符号 与或非
逻辑功能：与门中只要有1个输出为1，F即为0； 逻辑功能： 两个与门输出均为0时，F才为1。
“异或”门
异或门是一个只有两输入、一输出的逻辑门电路。
A B
=1
F
异或门图符号 异或门
异或门逻辑功能可描述为： 相同出0，相异出1 相同出0，相异出1。
“同或”门
A B
=1
F
同或门图符号
2.4.1 典型TTL与非门 逻辑电路的输入端和输出端都采用了半导体晶体管，称之 T L 为Transistor- Transistor-Logic(晶体管-晶体管-逻辑电路)，简 ， 称为TTL TTL，TTL集成逻辑门是目前应用最广泛的集成电路。 1)TTL与非门 +U
熟悉
掌握
2.1 半导体二极管和三极管的开关特性
2.1.1 半导体二极管的开关特性
二极管具有“正向导通、反向阻断”的单向导电性，在数字 电路中，若二极管正向偏置，因其对正向电流呈现的阻抗近似 为零，所以可视为一个闭合的开关；当二极管反向偏置时，因 对反向电流呈现的电阻趋近无穷大，又可视为一个断开的开关。 即二极管在数字电路中所起的作用是开关作用。 二极管在数字电路的这种开关作用，不同于机械开关，因此 被称为电子开关。电子开关只有通、断两种状态。若把“通” “ 态用数字“1”表示，把“断”态用数字“0”表示，则二极管在 1 “ 0 数字电路中也仅有“0”和“1”两种取值，显然，二极管在数字 电路中也属于二值的逻辑变量。
MOS管的保护措施 由于MOS管栅极输入电阻较大，易感应 电荷使绝缘层击穿。因此，在实用中常采 用如右图所示的过压保护电路。 MOS管开关电路 当输入电压ui为低电平时，则ui<UT， MOS管截止，输出电压uO=VDD，为高电 平。 当输入电压ui为高电平时，ui>UT， MOS管导通，输出为低电平。
0V F 3V
B 0V 反偏截止！ 反偏截止！
R
①输入中只要有一个为高电平3V A ≥1 时，串接其上的二极管则迅速导 F B 通，输出F将被钳位到高电平1； 1 其余为低电平的输入端，其端子 “或”门逻辑图符号 或 上串接的二极管呈截止态。 ②输入全部为低电平0时，输入 端上串接的二极管同时导通，输 出F被钳位在低电平“0”。 0
二极管开关电路
为防止电流过大而导致二极管烧坏，工程实际中均要在二极管开关电路 为防止电流过大而导致二极管烧坏， 中串接一只限流电阻R。 中串接一只限流电阻 。
（2）反向特性
当图示二极管开关电路的输入电压为高电平， 当图示二极管开关电路的输入电压为高电平，即VCC与ui的差值小于门槛 电压U 二极管VD反向截止 截止状态下二极管呈现很大的电阻， 反向截止。 电压 T时，二极管 反向截止。截止状态下二极管呈现很大的电阻，使得 电阻R上基本无电流通过 因此，输出电压u 上基本无电流通过。 为高电平“ 。 电阻 上基本无电流通过。因此，输出电压 O≈+VCC，为高电平“1”。
（3）开关时间
开通时间和反向恢复时间二者之和称为二极管的开关时间。因 反向恢复时间远大于正向导通所需要的时间，故在开关二极管 的使用参数上往往只给出反向恢复时间来作为二极管的开关时 间。 二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。但是在实际 应用中，开关二极管的开关速度是相当快的，硅开关二极管的 反向恢复时间只有几纳秒，即使是锗开关二极管，也不过几百 纳秒。
你能迅速说出“ 你能迅速说出“与 门和“ ”门、“或”门和“非 门的逻辑功能吗？ ”门的逻辑功能吗？
基本逻辑门有哪 些？
2.3 复合逻辑门 “与非”门
与门
A B
非门
F
&
1
F
A B
& 与非门图符号 与非门
F
与门和非门可构成“与非”门 与非”门
“与非”门是“与”门的非，因此：
逻辑功能：有0出1；全1出0 有 ；全1
tS
0 开通时间极短！ 开通时间极短！
（2）反向恢复时间
t
当二极管突然由正向偏置变为反向偏置时， 当二极管突然由正向偏置变为反向偏置时， PN结两边存储的载流子形成反向漂移电流，开始时空间电荷区依然很窄， 结两边存储的载流子形成反向漂移电流， 结两边存储的载流子形成反向漂移电流 开始时空间电荷区依然很窄， 二极管电阻很小，所以反向电流很大，经过一定的时间t 结两侧存 二极管电阻很小，所以反向电流很大，经过一定的时间 S后，PN结两侧存 储的载流子显著减少，空间电荷区逐渐变宽，反向电流慢慢减小至反向饱 储的载流子显著减少，空间电荷区逐渐变宽， 和电流时，二极管截止。 和电流时，二极管截止。
0.7V
tபைடு நூலகம்
三极管无论是从低电平到高电 平，还是从高电平到低电平，状 态变化都不能发生跃变，均需要 一定的时间。
2、 MOS管的开关特性 管的开关特性
当栅源u 开启电压） 当栅源 GS< UT（开启电压） 时，MOS管处截止状态，相 管处截止状态， 管处截止状态 当于一个断开的开关。 当于一个断开的开关。 当uGS>UT时，MOS管处变阻状 管处变阻状 其等效电路如右图所示： 态，其等效电路如右图所示：
显然，同或门是异或 门的非。其逻辑功能： 相同出1，相异出0 相同出1，相异出0。
同或门和异或门 的功能是什么？ 的功能是什么？ 二者有联系吗？ 二者有联系吗？ 你能说出常 用复合门的 种类吗？ 种类吗？ 默画出各种复 合逻辑门的图 符？
写出图示电路 的逻辑表达式。 的逻辑表达式。
2.4 TTL集成逻辑门 集成逻辑门
2.1.2 三极管的开关特性
IC /mA
4 3 2.3 2 1.5 1
饱 和 区
IB=100 µA 80 µA
放 大 区
60 µA 40 µA 20 µA IB=0
0
截止区
由三极管输出特性曲线 可看出，三极管主要有放 大、截止和饱和三种工作 状态。模拟电子技术中， 三极管工作在放大区；在 数字电路中，三极管作为 开关元件，工作在截止区 和饱和区。
ui 双极型三极管开关电路 t
0 uO
0
t
双极型三极管开关特性
三极管的开关时间
ui
2.5V
0
uo
t1
t2
0
tON
tOFF
接通时间
接通时间和关断时间合称为三 极管的开关时间。开关时间的长 短决定了三极管的开关速度，开 关时间不仅取决于三极管的结构 工艺，还与外加输入电压的大小 和极性有关。因此，提高三极管 t 的开关特性一是制造开关时间较 小的管子，二是设计合理的外电 关断时间 路，以减少开关时间。
－UCC
或 “或”门电路
注意： 注意：分析过程中门电路中串接的二极管，都是按理想二极 管处理的，实际硅管导通时管压降0.7V，锗管导通时0.3V。
三极管“非”门电 路 输入变量A 为高电平3V时，三 A +UCC 极管饱和导通，ICRC≈+UCC，因 此输出F为低电平0V； F RC
饱和导通 截止不通
F3V 0V
反偏截止！ 反偏截止！
①输入中只要有一个为低电平0时，该低电平二极管就会迅 0 ②输入全部为高电平3V时，输入端上串接的二极管同时导 速导通，输出F将被钳位到低电平0 F 通，输出F被钳位在高电平“1”。0；其余高电平输入端，其 1 端子上串接的二极管呈截止态。
D1
A 0V 3V
D2
二极管“或”门电 路 一个“或”门的输入端也是至少为 两个，其输出端只有一个。
“或非”门
或门
A B
非门
F
≥1
1
F
或门和非门可构成“或非” 或非” 门 A ≥1 F
B
或非逻辑功能：
有1出0；全0出1 ；全0
或非门图符号 或非
“与或非”门
A 与门 B
& &
F1
非门 或门 ≥1 F3 1
与门
C D
F2
F
“与”门、“或”门和“非”门可构成“与或 与或 非”门 A &
B C D
≥1
g s
u+ GS _
d s
g s
+ uGS _
d s
利用MOS管的上述特性，在数字电路中常把它作为电子开关 使用，即MOS管截止时相当一个断开的开关；变阻状态时相当 一个闭合的开关。由于工艺的不同，MOS管相比于晶体管，其 开关速度慢一些。
MOS管随着UGS 的增大，漏极和源极之间的电阻RDS 由大 变小，漏极电流逐渐增加，输出电压不断下降，MOS管的 工作状态从截止区经过恒流区最后进入可变电阻区。在可 变电阻区，RDS的大小受输入电压UGS的控制。即MOS管导 通时，其内阻RDS至少也要有1k 左右，通常此阻值是不能 忽略的。 在动态工作状态下，电路输入信号发生高、低电平跳变 时，MOS管的漏极电流变化和输出电压的变化都将滞后于 输入电压的变化。因此，由MOS管构成的反相器，处理信 号的速度要比双极型三极管反相器慢。
把电路中的半导体器件、电阻、电容及 导线制作在一块半导体基片上，并封装在 一个壳体内所构成的完整电路称为集成电 路，简称IC。常见的数字集成电路通常为 右图所示双列直插式集成组件 。 集成芯片就象确定了输入和输出的“黑盒子”，其核心可能 是非常复杂的电路。对使用者而言，只要掌握查阅器件资料的 方法，了解其逻辑功能并正确使用即可 。 集成逻辑门是最基本的数字集成电路，是组成数字逻辑的基 础，学好它，对于掌握数字电子技术极为重要。需要注意的是： 几乎所有IC的电源和“地”端通常不标在原理图中，但连线时， 电源和地是驱动，必不可少。
F
&
与或非门图符号 与或非
逻辑功能：与门中只要有1个输出为1，F即为0； 逻辑功能： 两个与门输出均为0时，F才为1。
“异或”门
异或门是一个只有两输入、一输出的逻辑门电路。
A B
=1
F
异或门图符号 异或门
异或门逻辑功能可描述为： 相同出0，相异出1 相同出0，相异出1。
“同或”门
A B
=1
F
同或门图符号
2.4.1 典型TTL与非门 逻辑电路的输入端和输出端都采用了半导体晶体管，称之 T L 为Transistor- Transistor-Logic(晶体管-晶体管-逻辑电路)，简 ， 称为TTL TTL，TTL集成逻辑门是目前应用最广泛的集成电路。 1)TTL与非门 +U
熟悉
掌握
2.1 半导体二极管和三极管的开关特性
2.1.1 半导体二极管的开关特性
二极管具有“正向导通、反向阻断”的单向导电性，在数字 电路中，若二极管正向偏置，因其对正向电流呈现的阻抗近似 为零，所以可视为一个闭合的开关；当二极管反向偏置时，因 对反向电流呈现的电阻趋近无穷大，又可视为一个断开的开关。 即二极管在数字电路中所起的作用是开关作用。 二极管在数字电路的这种开关作用，不同于机械开关，因此 被称为电子开关。电子开关只有通、断两种状态。若把“通” “ 态用数字“1”表示，把“断”态用数字“0”表示，则二极管在 1 “ 0 数字电路中也仅有“0”和“1”两种取值，显然，二极管在数字 电路中也属于二值的逻辑变量。