二极管及门和或门电路
二极管或门电路原理
二极管或门电路原理二极管是一种具有两个电极的电子器件，它具有单向导电性质，即只允许电流在一个方向上通过。
二极管是电子学中最基本的器件之一，广泛应用于各种电子电路中。
而门电路则是由逻辑门组成的电路，用于实现数字逻辑运算。
本文将介绍二极管和门电路的原理及其应用。
首先，我们来看一下二极管的原理。
二极管是由两种半导体材料组成的，通常为P型半导体和N型半导体。
P型半导体中的载流子主要是空穴，而N型半导体中的载流子主要是电子。
当P型半导体和N型半导体通过特定方式连接在一起时，形成了PN结。
在正向偏置下，即P型半导体连接正极，N型半导体连接负极时，PN结会导通，电流可以通过；而在反向偏置下，即P型半导体连接负极，N型半导体连接正极时，PN结会截止，电流无法通过。
这种单向导电性质使得二极管可以用于整流、稳压、开关等电路中。
其次，我们来介绍门电路的原理。
门电路是由逻辑门组成的电路，逻辑门是根据输入信号的不同组合产生不同输出信号的电子元件。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等。
与门的输出信号只有在所有输入信号都为高电平时才为高电平，否则为低电平；或门的输出信号只有在所有输入信号都为低电平时才为低电平，否则为高电平；非门的输出信号与输入信号相反；异或门的输出信号只有在输入信号不同时才为高电平，否则为低电平。
通过逻辑门的组合可以实现各种数字逻辑运算，如加法、减法、乘法、除法等。
最后，我们来探讨二极管和门电路的应用。
二极管广泛应用于整流电路中，将交流电转换为直流电；稳压电路中，保持电压稳定；开关电路中，控制电路的通断。
而门电路则广泛应用于数字电子系统中，如计算机、微处理器、数字信号处理器等，用于实现各种逻辑运算和控制。
综上所述，二极管和门电路是电子学中非常重要的元件和电路。
了解其原理和应用对于理解电子电路和数字逻辑运算非常重要。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解二极管和门电路的原理及其应用。
各种门电路
门电路——用以实现各种基本逻辑关系的电子电路正逻辑——用1 表示高电平、用0 表示低电平负逻辑——用0 表示高电平、用1 表示低电子的情况。
2.2 分立元件门电路2.2.1 二极管的开关特性图2.2.1二极管静态开关电路及其等效电路(a)电路图(b) 输入高电平时的等效电路(c)输入低电平时的等效电路二、动态开关特性在高速开关电路中，需要了解二极管导通与截止间的快速转换过程。
图２.２.２二极管动态开关特性(a)电路图(b)输入脉冲电压波形(c)实际电流波形当输入电压U I由正值U F跃变为负值U R的瞬间，V D并不能立刻截止，而是在外加反向电压U R作用下，产生了很大的反向电流I R，这时i D＝I R≈- U R／R ，经一段时间t rr后二极管V D才进人截止状态，如图3. 2. 3 (c) 所示。
通常将t rr称作反向恢复时间。
产生t rr的主要原因是由于二极管在正向导通时，P 区的多数载流子空穴大量流入N 区，N 区的多数载流子电子大量流入P 区，在P 区和N 区中分别存储了大量的电子和空穴，统称为存储电荷。
当U I由U F跃变为负值U R 时，上述存储电荷不会立刻消失，在反向电压的作用下形成了较大的反向电流I R ，随着存储电荷的不断消散，反向电流也随之减少，最终二极管V D转为截止。
当二极管V D由截止转为导通时，在P 区和N 区中积累电荷所需的时间远比t rr小得多，故可以忽略。
2. 2. 2 三极管的开关特性一、静态开关特性及开关等效电路2. 3.1 二极管门电路一、二极管与门电路图２.３.１二极管与门的工作原理二、二极管或门电路图２.３.２二极管或门的工作原理(a)电路图(b)逻辑符号(c)工作波形表2.3.1 或门输入和输出的逻辑电平表2.3.2 或门的真值表2.3.2 三极管非门电路图２.３.３三极管非门的工作原理(a)电路图(b)逻辑符号(c)工作波形表 2.3.3 非门的真值表２.３.３组合逻辑门电路图２.３.４与非门电路及其逻辑符号(a)电路图(b)逻辑符号二、或非门电路列出其真值表图2.3.5 或非门电路及其逻辑符号(a)电路图(b)逻辑符号2 . 4 . 1 TTL 与非门内部电路只需了解原理，外部特性要掌握。
第二章逻辑门电路
第二章逻辑门电路为了正确而有效地使用集成逻辑门电路，还必须对组件内部电路特别是对它的外部特性有所了解。
本章将揭开黑匣的奥秘，讲述几种通用的集成逻辑门电路，如BJT-BJT逻辑门电路（TTL）、射极耦合逻辑门电路（ECL）和金属-氧化物-半导体互补对称逻辑门电路（CMOS）。
在学习上述各种电路的逻辑功能和特性前首先必须熟悉开关器件的开关特性，这是门电路的工作基础。
但在分析门电路时，将着重它们的逻辑功能和外特性，对其内部电路，只作一般介绍。
第一节二极管的开关特性一般而言，开关器件具有两种工作状态：第一种状态被称为接通，此时器件的阻抗很小，相当于短路；第二种状态是断开，此时器件的阻抗很大，相当于开路。
在数字系统中，晶体管基本上工作于开关状态。
对开关特性的研究，就是具体分析晶体管在导通和截止之间的转换问题。
晶体管的开关速度可以很快，可达每秒百万次数量级，即开关转换在微秒甚至纳秒级的时间内完成。
二极管的开关特性表现在正向导通与反向截止这样两种不同状态之间的转换过程。
二极管从反向截止到正向导通与从正向导通到反向截止相比所需的时间很短，一般可以忽略不计，因此下面着重讨论二极管从正向导通到反向截止的转换过程。
一、二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程在上图所示的硅二极管电路中加入一个如下图所示的输入电压。
在0―t1时间内，输入为+V F，二极管导通，电路中有电流流通。
设V D为二极管正向压降（硅管为0.7V左右），当V F远大于V D时，V D可略去不计，则在t1时，V1突然从+V F变为-V R。
在理想情况下，二极管将立刻转为截止，电路中应只有很小的反向电流。
但实际情况是，二极管并不立刻截止，而是先由正向的I F变到一个很大的反向电流I R=V R／R L，这个电流维持一段时间t S后才开始逐渐下降，再经过t t后，下降到一个很小的数值0.1I R，这时二极管才进人反向截止状态，如下图所示。
通常把二极管从正向导通转为反向截止所经过的转换过程称为反向恢复过程。
或门电路原理
或门电路原理
或门电路是一种基本的逻辑门电路，也被称为逻辑或门电路。
它有两个或多个输入和一个输出。
当任一输入信号为高电平时，输出信号为高电平；只有当所有输入信号都为低电平时，输出信号才为低电平。
或门电路可以用多种电子元件来实现，例如二极管、晶体管等。
下面以使用二极管实现或门电路为例进行说明。
假设有两个输入信号A和B，以及一个输出信号Y。
当A或
者B中的任意一个输入信号为高电平（即1），二极管D1或
者D2就会被导通，其正向电流可以通过负载电阻RL。
当D1
或者D2中的任意一个二极管导通时，输出信号Y会保持高电平，电流从电源VCC流经负载电阻RL。
只有当A和B都为低电平（即0）时，D1和D2都不导通，
此时输出信号Y为低电平，电流无法通过负载电阻RL。
通过逻辑或门电路，我们可以实现多个输入信号的逻辑或运算。
当任一输入信号为高电平时，输出信号就为高电平，反之则为低电平。
这样，我们可以根据输入信号的变化来控制输出信号的状态，实现各种逻辑运算和控制功能。
二极管与门电路原理详解
二极管与门电路原理详解一、引言二极管与门电路是电子工程中的基础概念之一，是数字逻辑电路设计的重要组成部分。
本文将详细介绍二极管与门电路的原理。
二、二极管原理1. 二极管结构二极管由P型半导体和N型半导体组成，其中P型半导体的掺杂浓度大于N型半导体。
两种半导体材料交界处形成PN结，PN结两侧形成空间电荷区。
在空间电荷区内，P型半导体中自由电子向N型半导体移动，留下了正离子；N型半导体中自由空穴向P型半导体移动，留下了负离子。
这种现象被称为扩散。
2. 二极管正向特性当外加正向偏压时，P区的正离子和N区的负离子被推向空间电荷区边缘，使得空间电荷区变窄。
当外加正向偏压达到一定值时，空间电荷区消失，流经二极管的电流急剧增大。
此时二极管处于正向工作状态。
3. 二极管反向特性当外加反向偏压时，P区的正离子和N区的负离子被吸引到空间电荷区中心，使得空间电荷区变宽。
当外加反向偏压达到一定值时，空间电荷区宽度增大到一定程度，出现击穿现象。
此时二极管处于反向工作状态。
三、与门电路原理1. 与门电路结构与门电路由两个输入端和一个输出端组成。
当两个输入端都为高电平时，输出端为高电平；否则输出端为低电平。
2. 与门电路实现原理与门的实现原理基于二极管的正向特性。
当两个输入端都为高电平时，两个二极管均处于正向工作状态，输出端获得正向偏压；否则至少有一个二极管处于反向工作状态，输出端获得反向偏压。
3. 与门的扩展可以通过串联多个与门实现多位数比较或逻辑运算等复杂功能。
同时也可以通过改变输入信号的类型（如模拟信号）来实现更多应用。
四、总结本文详细介绍了二极管和与门电路的原理。
了解这些基础概念对于数字逻辑设计和其他相关领域的工程师来说都是必要的。
二极管与门逻辑
二极管与门逻辑一、引言在现代电子系统中，二极管是一种重要的电子器件。
它由半导体材料制成，通常具有两个电极：正极（即阳极）和负极（即阴极）。
二极管主要用于电流的整流和开关控制，在门逻辑电路中起着重要的作用。
本文将详细讨论二极管的工作原理、特性以及它在门逻辑中的应用。
二、二极管工作原理二极管的工作原理基于PN结的特性。
在二极管中，有两种半导体材料，P型半导体和N型半导体。
P型半导体中的掺杂物含有正电荷的离子，被称为“施主”，N型半导体中的掺杂物含有负电荷的离子，被称为“受主”。
当这两种半导体材料通过一个金属接触时，形成了PN结。
在PN结的中心区域，出现了一些有趣的电子流动现象。
1.PN结的正向偏置当一个电压施加在二极管的正极（P型半导体）上，而负极（N型半导体）接地时，称为正向偏置。
在正向偏置下，P型半导体的施主离子向PN结的一侧移动，N型半导体的受主离子也向PN结的另一侧移动。
这使得PN结的中心形成了一个电子流动区域。
2.PN结的反向偏置当一个电压施加在二极管的负极（N型半导体）上，而正极（P型半导体）接地时，称为反向偏置。
在反向偏置下，施主离子和受主离子被推向PN结的中心，形成一个无法通过电子的区域。
因此，反向偏置下的二极管几乎没有电流流动。
三、二极管的特性1.静态工作特性二极管的静态工作特性是指在没有外加交流信号时，二极管的电压-电流关系。
对于正向偏置，在正向电压增加时，二极管的电流呈指数增长。
而对于反向偏置，电流几乎为零，只有细小的反向饱和电流。
2.动态响应特性二极管的动态响应特性是指在有外加交变电压信号时，二极管的响应情况。
当正向电压为正半周时，电流正向导通；当正向电压为负半周时，电流反向截至。
这表明二极管可以将交变电压转换为单向电流。
四、二极管的应用1.整流器由于二极管的整流特性，它常被用作整流器，将交流电转换为直流电。
在整流电路中，二极管只允许电流沿一个方向通过，阻止反向电流的流动。
2.开关控制器二极管还可用于控制电路的开关。
第二章 逻辑门电路
• （2）放大状态：当VI为正值且大于死区电压时，三极 管导通。有 V V V
IB
I BE
Rb
I
Rb
• 此时，若调节Rb↓，则IB↑，IC↑，VCE↓，工作点沿着负 载线由A点→B点→C点→D点向上移动。在此期间，三极管 工作在放大区， 其特点为： IC＝βIB。 • 三极管工作在放大状态的条件为： 发射结正偏，集电结反偏
VIL VOL
VNL
0
4、扇入与扇出数： 1）扇入数： 取决于它的输入端的个数。 2）扇出数: MIN (NOH, NOL)
拉电流工作情况： 输出为高电平时，与 非门带拉电流负载
N OH
I OH （驱动门） I IH （负载门）
0 1
4
IIH II
L
输出为低电平时，与 灌电流工作情况： 非门带灌电流负载
0
T3 通
该与非门输 出低电平， 门 2 T3导通
集电极开路TTL“与非”门（OC门）
OC门的结构
当输入端全为高电 VCC 逻辑符号： 平时，T2、T3导通， A A A R 输出为低电平； L B B B 输入端有一个为 低 电 平 时 ， T2 、 输出逻辑电平： T3 截 止 ， 输 出 高 低电平0.3V 电 平 接 近 电 源 电 （5-30V） TTL与非门 高电平为VC 压VC。 OC门完成 集电极开路与非门（OC门） “与非”逻辑功 能
§2.3
CC
基本逻辑门电路
真值表
一、二极管“与门”及“或门”电路 A V (5V) 1、与门电路： 0 0 R 3k 0 A 1 L 1 B 1 C 1
A，B，C 任一为0V，其中一个 二极管导通，VL被钳制在0.7V
一二极管与门和或门电路与门电路
或门电路的传输延迟时间较短，因为其工作机制简单，不需要复杂的计算和比较过程。
或门电路的应用
开关控制
或门电路可以用于实现开关控制功能，例如控制电机正反转、灯光亮灭等。通过将或门电路的输出端连接到控制开关 ，可以实现多个开关信号的“或”逻辑控制。
数据传输
在数据传输领域，或门电路可以用于实现数据总线的读写控制。通过将多个数据信号输入到或门电路中，可以实现同 时对多个数据进行读取或写入操作。
逻辑表达式
或门电路的逻辑表达式为 Y = A + B，其中 A 和 B 为输入信号， Y 为输出信号。
或门电路的特性
输入与输出关系
或门电路的输入与输出关系是非对称的，即输出信号与输入信号不完全相同。在或门电 路中，当输入信号发生变化时，输出信号也会随之变化。
抗干扰能力强
由于或门电路的逻辑表达式为 Y = A + B，因此其抗干扰能力强。即使输入信号中存在 噪声或干扰，只要其中任一信号为高电平，输出信号仍能保持高电平。
时序逻辑
门电路还可以用于实现时序逻辑功能，如触发器、寄存器、计数器 等，广泛应用于计算机、通信等领域。
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实现逻辑加法，即当输入端中至少有 一个为高电平（1）时，输出端就为 高电平（1），否则输出端为低电平 （0）。
不同类型门电路的选择
根据逻辑功能需求选择
根据实际电路的逻辑功能需求，选择适当的门电路类型。
根据性能参数选择
比较不同类型门电路的性能参数，如功耗、响应速度、噪声容限等，选择最适合
信号选择
逻辑运算
与门电路可以用于控制电子设备的开 关，如LED灯、电机等。当所有输入 信号都为高电平时，输出信号为高电 平，设备正常工作；否则，输出信号 为低电平，设备关闭。
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（4）开门电平电压VON——是指输出电压下降到VOL（max）时对应的输入电
压。即输入高电压的最小值。在产品手册中常称为输入高电平电压，用 VIH（min）表示。产品规定VIH（min）=2V。
1. 6k Ω R b1
4k Ω
1V
1
输入全为高电平时， 输出为低电平。
1
2.1V
1.4V
31
A
B
T1
C
倒置状态
3
2T 2 饱 和
0.7V
1
3.6V
R e2
1K
+ VC C（ + 5 V ） 止
D截止
Vo 3 0.3V 2T 3 饱和
（2）输入有低电平0.3V 时。
二极管及门和或门电路
2．或门电路
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
A
≥1
B
L=A+B
二、三极管非门电路
A
Rb 1
+
V
C
C
（
+5V ）
RC
3
L
T
2
A1
L=A A
1 L=A
二极管与门和或门电路的缺点： （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）
+VCC （+5V）
与非门的传输延迟时间tpd是tPHL和tPLH的平均值。即
tpd
tPLHtPHL 2
一般TTL与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒～十几个纳秒。
三、TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力
1．电压传输特性曲线：Vo=f（Vi）
2．几个重要参数
（1）输出高电平电压VOH——在正逻辑体制中代表逻辑“1”的输出电压。
VOH的理论值为3.6V，产品规定输出高电压的最小值VOH（min）=2.4V。
（2）输出低电平电压VOL——在正逻辑体制中代表逻辑“0”的输出电压。
VOL的理论值为0.3V，产品规定输出低电压的最大值VOL（max）=0.4V。
（3）关门电平电压VOFF——是指输出电压下降到VOH（min）时对应的输入电
3．抗干扰能力
TTL门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。同样，它 的输入高低电平也有一个范围，即它的输入信号允许一定的容差， 称为噪声容限。
低电平噪声容限 VNL＝VOFF-VOL（max）＝0.8V-0.4V＝0.4V 高电平噪声容限 VNH＝VOH（min）-VON＝2.4V-2.0V＝0.4V
1．TTL与非门的基本结构
+ VC C （ + 5 V ） R
A
NP PN
B
NP
C
NP
+ VC C （ + 5 V ）
R b1
1
3
A
B
T1
C
+ VC C（ + 5 V ）
R c2
R c4
R b1
1.6kΩ
130Ω
4kΩ
V c2
1
3
T2 4
1
3
31
D
A
2T 2
Vo
B
T1
C
Ve2
1
3
2T 3
R e2
1kΩ
（2）A、B、C中只要有一个为低电平0.3V时，则VP≈1V，从而使D4、 D5和T都截止，VL=VCC=5V，即输出高电平。
所以该电路满足与非逻辑关系，即： LABC
D1 A
B
D2
C
D3
R 3kΩ
P D4
D5
1
R1 4.7kΩ
+VCC（+5V） Rc 1kΩ
3
L
2T
2.2 TTL逻辑门电路
一、TTL与非门的基本结构及工作原理
逻辑功能，即：
3.6V
A
LABC
B
C
1
R b1 4kΩ
5V 1V
31
T1 饱和
0.3V
Rc2 1.6 kΩ
1
4.3V
3
2T 2 截 止
1
R e2 1kΩ
+ VC C R c4 130 Ω
3
T2 4 导 通
D导通
Vo 3 3.6V 2T 3 截止
二、TTL与非门的开关速度
1．TTL与非门提高工作速度的原理 （1）采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。
D1 0V
D2 5V
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
R 3kΩ
1.4 V L
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。
+ VC C （ + 5V ）
+
V
C
C
（
+5V ）
D1 A
D2 B
R
RC
3kΩ
LA
Rb 1
3
T
L
2
三、DTL与非门电路
工作原理：
（1）当A、B、C全接为高电平5V时，二极管D1～D3都截止，而D4、 D5和T导通，且T为饱和导通， VL=0.3V，即输出低电平。
输入级
中间级
输出级
2．TTL与非门的逻辑关系
（1）输入全为高电平3.6V时。
T2、T3导通，VB1=0.7×3=2.1（V ），
由于T3饱和导通，输出电压为：VO=VCES3≈0.3V
这时T2也饱和导通，
故有VC2=VE2+ VCE2=1V。 使T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻辑功能之一：
Rc2
iB 1
R b1
4kΩ
+ VC C Rc2 1 . 6 kΩ
3 .6 V
A B C
1
1V 1 .4 V
31
T1 β iB 1
0 .7 V
0 .3 V
3
2T 2
1
R e2 1kΩ
Vo
3
2T 3
（2）采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给负载电容充放电。
T4
1
导通
D 导通
T3
1
截止
+ VC C（ + 5 V ） R c4
3 2
充电
3 2
Vo CL
T4
1
截止
D 截止
T3
1
导通
+ VC C（ + 5 V ） R c4
3 2
3
2
放电
Vo CL
（ a）
（ b）
2．TTL与非门传输延迟时间tpd
导通延迟时间tPHL——从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿 的中点所经历的时间。
截止延迟时间tPLH——从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿 的中点所经历的时间。
四、TTL与非门的带负载能力
1．输入低电平电流IIL与输入高电平电流IIH
（1）输入低电平电流IIL——是指当门电路的输入端接低
电平时，从门电路输入端流出的电流。
该发射结导通，VB1=1V。所以T2、T3都截止。由于T2截止，流过RC2的 电流较小，可以忽略，所以VB4≈VCC=5V ，使T4和D导通，则有：
VO≈VCC-VBE4-VD=5-0.7-0.7=3.6（V）
实现了与非门的逻辑功能的另一方面：
输入有低电平时，输出为高电平。 综合上述两种情况，
该电路满足与非的
（5）阈值电压Vth——电压传输特性的过渡区所对应的输入电压，即决定
电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。
近似地：Vth≈VOFF≈VON 即Vi＜Vth，与非门关门，输出高电平； Vi＞Vth，与非门开门，输出低电平。 Vth又常被形象化地称为门槛电压。Vth的值为1.3V～1.４V。