分立元件逻辑门
电子课件电子技术基础第六版第六章门电路及组合逻辑电路可编辑全文
逻辑函数除可以用逻辑函数表达式（逻辑表达式）表示以 外，还可以用相应的真值表以及逻辑电路图来表示。真值表 与前述基本逻辑关系的真值表类似，就是将各个变量取真值 （0 和 1）的各种可能组合列写出来，得到对应逻辑函数的真 值（0 或 1）。逻辑电路图（逻辑图）是指由基本逻辑门或复 合逻辑门等逻辑符号及它们之间的连线构成的图形。
TTL 集成“与非”门的外形和引脚排列 a）外形 bOS 集成门电路以绝缘栅场效应管为基本元件组成， MOS 场效应管有 PMOS 和NMOS 两类。CMOS 集成门电路 是由 PMOS 和 NMOS 组 成的互补对称型逻辑门电路。它具 有集成度更高、功耗更低、抗干扰能力更强、扇出系数更大 等优点。
三、其他类型集成门电路
1. 集电极开路与非门（OC 门） 在这种类型的电路内部，输出三极管的集电极是开路的， 故称集电极开路与非门，也称集电极开路门，简称 OC 门。
OC 门 a）逻辑符号 b）外接上拉电阻
74LS01 是一种常用的 OC 门，其外形和引脚排列如图所 示。
74LS01 的外形和引脚排列 a）外形 b）引脚排列
2. 主要参数 TTL 集成“与非”门的主要参数反映了电路的工作速度、抗 干扰能力和驱动能力等。
TTL 集成“与非”门的主要参数
TTL 集成“与非”门具有广泛的用途，利用它可以组成很多 不同逻辑功能的电路，其外形和引脚排列如图所示。如 TTL“ 异或”门就是在 TTL“与非”门的基础上适当地改动和组合而成 的；此外，后面讨论的编码器、译码器、触发器、计数器等 逻辑电路也都可以由它来组成。
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。
数字逻辑第3章 门电路
逻辑式：Y=A + B
逻辑符号： A 1
B
Y
电压关系表
uA uB uY
0V 0V 0V 0V 3V 2.3V 3V 0V 2.3V 3V 3V 2.3V
真值表
ABY
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
三、三极管非门
5V
利用二极管的压降为0.7V， 保证输入电压在1V以下时，
电路可靠地截止。
A(V) Y(V) <0.8 5 >2 0.2
II H &
II L &
… …
NOH
I OH (max) I IH
N MIN ( NOH , NOL )
NOL
IOL(max) I IL
六、CMOS漏极开路门（OD）门电路（Open Drain）
1 . 问题的提出
普通门电路
在工程实践中，往往需要将两个门的输出端 能否“线与”？
并联以实现“与”逻辑功能，称为“ 线与 。
输入 0 10% tr tf
tPHL
输出
tPLH
tr：上升时间
tf：下降时间 tw：脉冲宽度 tPHL：导通传输时间
tPLH：截止传输时间
平均传输延迟时间 （Propagation delay)
tpd= tpHL+ tpLH 2
5、功耗： 静态功耗：电路的输出没有状态转换时的功耗。 动态功耗：电路在输出发生状态转换时的功耗。
PMOS
NMOS
3、增强型MOSFET的开关特性
iD管可变子类型恒
VGS1 击开/关的条（件1）N沟道增强开型/M关O的S等FE效T电：路
数字电路第2章 门电路
2）输入负载特性 (ui R )
R1 3k b1 A B C T1 R2 750 R4 100
+5V
c1
T3
T2
3k
T4
R5 T5
F
ui
V
R
R3
360
R较小时 设：T2、T5 截止
A B C
R1 3k b1
+5V
R4
R2
c1
T1
T2
R5
T3
T4 F T5
R
ui
R3
R (5 U ) 4.3R ui be1 R1 R 3 R
I BS vcc vCES 5 0.3 mA 0.094mA βRc 50 1
V CC = +5V Rc iC 1kΩ vo c R b 10kΩ b β = 40 iB e
②vi=0.3V时，iB=0，三极管 工作在截止状态，ic=0。因 为ic=0，所以输出电压： vo=VCC=5V
IB 0
IC 0
VCE VCC
7
三极管的开关特性
+UCC 3V 0V RB RC uO T
+UCC
RC 3V
饱和时， VCE ≈ 0，C、 E极间电阻 很小 0V 截止时， IC ≈ 0，C、 E极间电阻 很大
C E
uO 0
相当于 开关闭合
ui
饱和 截止
+UCC RC
C E
uO UCC
避免！
0V 0
VL(max)
低电平
分立元件门电路和集成门电路:
分立元件门电路：用分立的元件和导线连 接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低， 负载差。 集成门电路：把构成门电路的元器件和连 线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来， 便构成了集成门电路。现在使用最多的是CMOS 和TTL集成门电路。
实验一分立元件(由二极管三极管组成的)逻辑门电路
实验一分立元件（由二极管三极管组成的）逻辑门电路一、实验目的1．熟悉并掌握由二极管、三极管组成的逻辑门电路。
2．掌握数字电路实验装置及示波器的使用方法。
二、实验仪器与器材1．数字电路实验装置2．双踪示波器三、预习要求1．复习二极管、三极管的开关特性。
2．了解双踪示波器的使用方法。
四、实验内容与步骤（一）二极管与门电路实验步骤：1、按图-1所示连接电路2、检查无误后，按表-1所列的真值表设置开关K、2K的状态，1开关闭合表示为“0”，开关断开或发光二极管亮表示为“1”，然后检测每次的输出端的状态填入表-1中，应符合逻辑关系式Y=AB。
（注：K=A，2K=B，Y代表发光二极管。
下同）13、根据真值表和逻辑关系式Y=AB，总结二极管与门电路的功能为“全高则高，有低则低”。
图-1 二极管与门电路表-1 真值表（二）二极管或门电路 实验步骤：1、按图-2所示连接电路。
2、检查无误后，按表-2所列的真值表设置开关1K 、2K 的状态，开关闭合表示为“1”，开关断开表示为“0”，发光二极管亮表示为“1”，然后检测每次的输出端的状态填入表-1中，应符合逻辑关系式Y=A+B 。
图-2 二极管或门电路 表-2 真值表3、根据真值表和逻辑关系式Y=A+B ，总结二极管或门电路的功能为“全低则低，有高则高”。
（三）三极管非门电路实验步骤：1、按图-3所示连接电路2、检查无误后，按表-3所列的真值表设置开关K 的状态，开关闭合表示为“1”， 开关断开表示为“0”，发光二极管亮表示为“1”，然后检测每次的输出端的状态填入表-3中，应符合逻辑关系式Y=A 。
3、根据真值表和逻辑关系式Y=A ，总结三极管非门电路的功能相当于反相器“是低则高，是高则低”。
（注：K=A ）图-3 三极管非门电路 表-3 真值表（四）三极管与非门电路实验步骤：1、按图-4所示连接电路2、检查无误后，按表-4所列的真值表设置开关1K 、2K 的状态，开关闭合表示为“0”，开关断开或发光二极管亮表示为“1”，然后检测每次的输出端的状态填入表-1中，应符合逻辑关系式Y=AB 。
12.04分立元件组成的基本门电路
4、三极管“非门”电路 三极管“非门”
(1)、电路和符号 R1 A R2 -VBB (2)、工作原理 (3)、 (3)、表达式和真值表 +VCC RC F A 1 F
真值表： 真值表：
F=A
A 0 1
F 1 0
5、“与非” 与非” 门
实际上，可以将二极管“ 实际上，可以将二极管“与”门和三极管“非”门 门和三极管“ 组合在一起而构成“与非” 组合在一起而构成“与非”门。 +12V +VCC DA A B C DB DC
A B C
≥1
F
2、工作原理
真值表： 真值表：
有高出高， 有高出高， 全低出低
A B C DA
-12V R F
ABC 000 001 010 011 100 101 110 111
F 0 1 1 1 1 1 1 1
DB DC
3、表达式和真值表
F=A+B+C
二：晶体管的开关作用
晶体管不仅具有放大作用， 晶体管不仅具有放大作用，而且还具有开关 作用。在数字电路中就是利用晶体管的开关作用。 作用。在数字电路中就是利用晶体管的开关作用。 如前所述，我们可以根据 如前所述，我们可以根据UCC和RC作出直流 负载线， 负载线，负载线与晶体管输出特性曲线的交点就 是静态工作点，工作点的位置由偏流I 确定。 是静态工作点，工作点的位置由偏流 B确定。由 于工作点的位置不同，晶体管有三种工作状态。 于工作点的位置不同，晶体管有三种工作状态。 一、放大状态 1、发射结正偏，集电结反偏 发射结正偏， UCE=UCC-RCIC成立 2、IC=βIB成立
数字电路在数字计算机数字控制数据采集和处理数数字电路在数字计算机数字控制数据采集和处理数字通讯等领域获得广泛应用
分立器件逻辑门电路PPT模板
uY=uA+ =uB+ =(0+0.7)V=0.7V ② uA=0V、uB=3V，看起来这两个二极管都应导通，因为它们的正极都通 过R0接到了+VCC。但是，由于uA、uB电平不同，当D1导通后，使uY=uA+ =(0+0.7)V=0.7V，导致 =uY-uB=(0.7-3)V=-2.3V，即二极管D2承受的是反向电压， 故截止。通常二极管导通之后，如果其负极电位不变，那么它的正极电位就 固定在比负极高0.7V的电位上，如果其正极电位不变，那么它的负极电位就 固定在比正极低0.7V的电位上，导通二极管的这种作用称为钳位。
① uA=uB=0V时，D1、D2均导通，uY=(0-0.7)V=-0.7V。 ② uA=0V、uB=3V时，D2导通，D1反向偏置截止，uY=(3-0.7)V=2.3V。 ③ uA=3V、uB=0V时，D1导通，D2反向偏置截止，uY=(3-0.7)V=2.3V。 ④ uA=uB=3V时，D1、D2均导通，uY=(3-0.7)V=2.3V。
2）设定变量、状态赋值、列真值表 ① 设定变量：用A、B、Y分别表示uA、uB、uY。 ② 状态赋值：用0表示低电平，用1表示高电平。 ③ 列真值表：根据设定的变量和状态赋值情况，由上表即可列出如下表所 示的与门的逻辑真值表。
与门的逻辑真值表 由上表可以看出输入信号A、B与输出信号Y之间的关系满足与逻辑关系， 即Y=AB，所以图6-1（a）所示电路确实实现了与的逻辑功能，是一个二极管与 门电路。
③ uA=3V、uB=0V，情况与②中是类似的，只不过此时导通的是D2，截止的 是D1而已。D2导通后就把uY钳位在0.7V，即
数字模拟电路---第三章 逻辑门电路(1)
路。
简称门电路。
5V一、TTL 与非门图3-1 典型TTL 与非门电路3.2 TTL 集成门电路•数字集成电路中应用最广的为TTL 电路（Transister-Transister-Logic 的缩写）•由若干晶体三极管、二极管和电阻组成，TTL 集成电路有54/74系列 ①输出高电平UOH 和输出低电平UOL 。
•输出高电平U OH：至少有一个输入端接低电平时的输出电平。
•输出低电平U OL：输入全为高电平时的输出电平。
• 电压传输特性的截止区的输出电压UOH=3.6V，饱和区的输出电压UOL=0.3V。
一般产品规定U OH≥2.4V、U OL＜0.4V时即为合格。
二、TTL与非门的特性参数③开门电平U ON 和关门电平U OFF 。
开门电平U ON 是保证输出电平达到额定低电平(0.3V )时，所允许输入高电平的最低值，表示使与非门开通的最小输入电平。
通常U ON =1.4V ，一般产品规定U ON ≤1.8V 。
关门电平U OFF 是保证输出电平为额定高电平(2.7V 左右)时，允许输入低电平的最大值，表示与非门关断所允许的最大输入电平。
通常U OFF ≈1V ，一般产品要求U OFF ≥0.8V 。
5). 扇入系数Ni和扇出系数N O 是指与非门的输入端数目。
扇入系数Ni是指与非门输出端连接同类门的个数。
反扇出系数NO映了与非门的带负载能力。
6）输入短路电流I IS 。
当与非门的一个输入端接地而其余输入端悬空时，流过接地输入端的电流称为输入短路电流。
7）8）平均功耗P 指在空载条件下工作时所消耗的电功率。
三、TTL门电路的改进 74LS系列 性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的门电路。
因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积(简称功耗—延迟积或pd积)来评价门电路性能的优劣。
74LS系列又称低功耗肖特基系列。
74LS系列是功耗延迟积较小的系列(一般t pd＜5 ns，功耗仅有2 mW) 并得到广泛应用。
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（2-18）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
二、输入、输出负载特性 输入、
1. 扇出系数 扇出系数: &
与非门电路输出能驱动同类门的个数。 与非门电路输出能驱动同类门的个数。
？
&
分两种情况讨论： 分两种情况讨论：
（1）前级输出为 高电平时 ） （2）前级输出为 低电平时 ）
（2-9）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
+5V
R1 R2 T3 R5 T5 R4
A B C
T1
T2
T4
F
T1 —多发射极晶 多发射极晶 体管：实现“ 体管：实现“与” R3 运算。 运算。
输入级
中间级
输出级
（2-10）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
+5V
R1 R2 T3 R5 T5 R3 R4 复合管形式 A B C
OC门可以实现“线与”功能。 门可以实现“线与”功能。 门可以实现 UCC & F1 & F2 & F3 分析： 任一导通， 分析：F1、F2、F3任一导通，则F=0。 。 F1、F2、F3全截止，则F=1 。 全截止， RL F
UCC RL T5 T5 T5
T1
T2
T4
F
“与” 与
“非” 非
输出级
与非门
（2-11）
二、工作原理 1. 任一输入为低电平（0.3V）时 任一输入为低电平（ ）
不足以让 T2、T5导通 、 R1 3k 0.7V b1 R2 750Ω Ω T2 T3 3k R5
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
+5V
R4 100Ω Ω T4
A B C
（2-3）
§2.2 基本逻辑门电路
一、二极管与门
+12V 逻辑变量 D 1 A B D2 ( uD=0.3V ) 逻辑函数 F
真值表： 真值表： A 0V 0 0V 0 3V 1 1 3V
uA
B 0V 0 1 3V 0 0V 1 3V &
uB
F 0.3V 0 00.3V 00.3V 13.3V
uF
1
2 3 ui(V)
阈值U 阈值 T=1.4V 传输特性曲线 理想的传输特性
（2-17）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
1. 输出高电平 OH、输出低电平 OL 输出高电平U 输出低电平U UOH≥2.4V UOL ≤0.4V 便认为合格。 便认为合格。 典型值U 典型值 OH=3.4V UOL=0.3V 。 2. 开门电平UON和关门电平UOFF ui>UTON=2.0V时，是输入高电平。 输入高电平 高电平。 时 ui<UOFF=0.8V时，是输入低电平。 输入低电平 低电平。 时 3. 高电平噪声容限 UNH和低电平噪声容限UNL U NH = U OH (min) − U ON
二、OC门结构 门结构
R1 3k b1 A B C
+5V
R2 T2
UCC RL
& 符号 F F = ABC
c1
T1
T5 R3
集电极悬空
应用时输出端要接一上拉负载电阻 RL 。 特点： 可以外接。 特点：RL 和UCC 可以外接。
（2-27）
§2.4 其它类型的TTL门电路 其它类型的TTL TTL门电路
（2-19）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
高电平时： 前级输出为 高电平时：
+5V
R2 T3 R5 R4 T4 T1
IiH1 IiH2 IOH IiH3
T1
前级
T1
（2-20）
拉电流 IOH = IiH1 + IiH2 +⋯
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
前级输出为低电平时： 前级输出为低电平时： +5V R1 R2 3k b1 c1 T2 T1 T5
c1
T1
三个PN结 三个 结 导通需2.1V 导通需 R3
F
T5
“0”
360Ω Ω
（2-12）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
R1 3k 0.7V b1 A B C “0”
+5V
R2 T3 R5
R4 T4
c1
T1
F
T5
uo
R3
uo=5-uR2-ube3-ube4≈3.4V 高电平！ 高电平！
逻辑关系： 逻辑关系：任0则1。 则 。
（2-2）
§2.1 概述
Vcc R K VO
输出高电平，对应“ ” K开------VO输出高电平，对应“1” 。 开 K合------VO输出低电平，对应“0” 。 合 输出低电平，对应“ ”
Vcc ∆V ∆V 0V
1
0
在数字电路中，对电压值为多少并不重要， 在数字电路中，对电压值为多少并不重要， 只要能判断高低电平即可。 只要能判断高低电平即可。
逻辑式： 逻辑式：F=A • B
A 逻辑符号： 逻辑符号： B
F
（2-4）
§2.2 基本逻辑门电路电路
二、二极管或门
A B D1 D2 F
真值表： 真值表： A uA Bu B Fu
F
0 0V 0 0V 0 0V 1 3V 1 3V 0 0V
-12V
0 -0.3V 1 2.7V 1 2.7V 1 2.7V ≥ F
一、电压传输特性
+5V
电压传输特性是指 输出电压 Vo随输入电 变化的特性。 压 Vi变化的特性。
& ui uo
测试电路
（2-16）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
输出高电平
UO(V) UOH A 2.7 C B
uo(V)
UOH
输出低点平 “1”
0.3
UOL
D
E UI(V)
UOL (0.3V)
UOFFUT UON
（2-13）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
2. 输入全为高电平（3.4V）时 输入全为高电平（ ）
电位被嵌 在2.1V 全反偏 “1” A B C R1 3k b1
+5V
R2 ≈1V T2 R5 T5 R3
（2-14）
R4 T3 T4 截止
c1
T1
全导通
F
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
全反偏 “1”
（2-8）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门
2.3.1 TTL与非门的基本原理 与非门的基本原理
一、结构
R1 3k b1 A B C R2 750Ω Ω T2 T3 3k R5 T5 R3 360Ω Ω R4 100Ω Ω T4
+5V
c1
T1
F
F = A⋅ B⋅ C
TTL与非门的内部结构 与非门的内部结构
（2-1）
§2.1 概述
门电路的作用： 门电路的作用：是用以实现逻辑关系的电子电 与基本逻辑关系相对应。 路，与基本逻辑关系相对应。 门电路的主要类型：与门、或门、与非门、 门电路的主要类型：与门、或门、与非门、或 非门、异或门等。 非门、异或门等。 一般采用 正逻辑 门电路的输出状态与赋值对应关系： 门电路的输出状态与赋值对应关系： 正逻辑：高电位对应“ ；低电位对应“ 。 正逻辑：高电位对应“1”；低电位对应“0”。 负逻辑：高电位对应“ ；低电位对应“ 。 负逻辑：高电位对应“0”；低电位对应“1”。 混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑； 混合逻辑：输入用正逻辑、输出用负逻辑；或者输 入用负逻辑、输出用正逻辑。 入用负逻辑、输出用正逻辑。
50% 0 uo t 50% 0 tPHL tPLH t
（2-23）
§2.3
TTL与非门 TTL与非门 R1 3k b c1 T1 ui
1
3. 输入端通过电阻 接地 输入端通过电阻R接地
ui =
R (5 − U ) be1 R1 + R
R
R2 T
2
R4 T3 T
4
+5 V
A B C
R5 R3
F
计算临界电阻值： 计算临界电阻值：
C D
& EF
1
A G B
EF
E
G
C D
（2-25）
&
F
G = E⋅ F = AB⋅ CD
§2.4 其它类型的TTL门电路 其它类型的TTL TTL门电路
问题： 与非门能否直接线与？ 问题：TTL与非门能否直接线与？ 与非门能否直接线与
+5V R2 R4 T3 与非门1 与非门 截止 R3 T5 UOH +5V R2 与非门2 与非门 导通 R4 T3 R3 T5 T4 UOL
第二章 门电路
内容： 内容： 分立元件逻辑门 TTL与非门 与非门 MOS门电路 门电路 目的与要求： 目的与要求： 掌握TTL与非门电路结构、工作原理、电压传输特性、 与非门电路结构、 掌握 与非门电路结构 工作原理、电压传输特性、 输入/输出特性 主要参数及其测量方法； 输出特性、 输入 输出特性、主要参数及其测量方法；了解 CMOS反相器、CMOS门电路、 CMOS传输门的逻 反相器、 门电路、 反相器 门电路 传输门的逻 辑功能和应用。 辑功能和应用。 重点与难点： 重点与难点： 重点： 与非门； 重点： TTL与非门； 与非门 难点： 与非门的工作原理。 难点： TTL与非门的工作原理。 与非门的工作原理
I IH 80
I OL 10 = =10 输出为低电平时的扇出系数： 输出为低电平时的扇出系数： I IL 1