1.分立元件门电路

按电路结构不同分
TTL集成门电路 CMOS集成门电路 输入端和输出端都用 用互补对称 MOS 管 构成的逻辑门电路。 CMOS 即Complementary Metal-Oxide-Semiconductor TTL三极管的逻辑门电路。 即Transistor-Transistor Logic 按功能特点不同分 普通门 输出 （推拉式输出） 开路门
+ 3V 2.3 k 0V
+VCC (5V) Rc Rb i B iC 2 k
T
100
+ uo

iB 0
Hale Waihona Puke iC 0uIuO VCC 5 V

( 2) uI UI H 3 V
发射结正偏 T 饱和导通
0
uI
t
uO U CES ≤ 0.3 V
0
uO
t
动态开关特性
uI
UIH
UIL O iC 0.9IC(sat) 0.1IC(sat) O uO VCC
ton
uI正跳变到iC上升到 上例中三极管反相器的工作波 0.9IC(sat)所需的时间ton称 形是理想波形，实际波形为 ： 为三极管开通时间。 uI从UIH 负跳到时UIL ， uI负跳变到iC下降到 三极管不能很快由饱和转变 uI从 UIL正跳到UIH时， 0.1IC(sat)所需的时间toff称 需要经过一段时间才能退出饱和区 为截止，而需要经过一段时 三极管将由截止转变为饱和， t 为三极管关断时间。 间才能退出饱和区。 iC从0逐渐增大到 IC(sat) ，uC从 VCC逐渐减小为UCE(sat)。 通常toff > ton 然后逐渐转变为截止 IC(sat) 通常工作频率不高时， 可忽略开关时间，而工作 t 频率高时，必须考虑开关 toff 速度是否合适，否则导致 不能正常工作。
3.1
分立元件门电路
主要要求：
理解三极管的开关特性 了解二极管门电路的组成及工作原理 掌握三极管非门电路及组合门电路
一、三极管的开关特性
iC 临界饱和线 uI增大使iB增大，从 S为放大和饱和的交界点，这时的 放大区 i 增 而工作点上移， iB称临界饱和基极电流，用IB(sat)表示； T C M 大，uCE 减小 S 相应地，IC(sat)为临界饱和集电极电流； IB(sat) IC(sat) 通常用硅管 UBE(sat)为饱和基极电压，UBE(sat)≈0.7V ； U =0.5V 门限电压 th 饱 Q + UCE(sat)为饱和集电极电压， 负载线 uBE 和 截止区 u uII= =U UIH IL。在临界饱和点三极管仍 UCE(sat)≈0.3V A 区 然具有放大作用。 O U N u
解：Imin = 10mA RCmax = (5-2)/10 = 0.3 k Imax = 20mA RCmin = (5-2)/20 = 0.15 k 故 150 < RC < 300
+5V RC LED RB
3.6V 0V
V
1 k
uI/V 0 5
uO/V 5 0.3
T
β = 30
+ uO
-
函数式
YA
四、组合门电路
1. 与非门电路 二极管与门 + 三极管非门
+VCC
+VCC Rc + uI Rb T + uO
真值表
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 1 1 1 0 uA
D1
R0
uB
D2
uY
-
Y AB
A B
由于UCE(Sat) ≈0，因此饱和后iC基本上为恒值，
uO
iC≈IC(Sat)=
I B(sat) I C(sat)
VCC U CE(sat) RC VCC RC

VCC RC
uI
S

【例】 电路如图所示，已知 输入uI的波形，试画出输出uO 的波形。
解： (1) uI U I L 0 V 发射结反偏 T 截止
三态门
CMOS 传输门
二、高电平和低电平的含义
高电平和低电平为某规定范围的电位值，而非一固定值。 1 高电平 0 高电平
由门电路种类等决定
因为数字电路中的信号只有高电平和低电平两种取 值，只要能明确区分它们即可。 低电平 0
低电平
1
正逻辑体制
负逻辑体制
允许高电平和低电平为某规定范围的电位值而非一 固定值，是数字电路抗干扰能力强的重要原因之一。
D1 导通 导通 截止 导通
D2 uY/V 导通 0.7 截止 0.7 导通 0.7 导通 3.7
二、二极管门电路
2. 二极管或门
3V 0 V 3 V uA 3 3 3V V uB 0V0 D1 D2
电压关系表 uY
RO
uA/V uB/V 0 0 3 3 0 3 0 3
UD = 0.7 V
D1 截止 截止 导通 导通
&
Y
A B
&
1
Y
四、组合门电路
2. 或非门电路 二极管或门 + 三极管非门
+VCC
真值表
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 1 0 0 0 uA
D1
uB
D2
uY
+ RO uI -
Rc
Rb
T
+ uO -
Y A B
A B ≥1
Y
A B
≥1
1
Y
[练习]电路如图所示，三极管允许的最大集电极电流为 20mA，发光二极管LED的正向导通压降为2V，正向电流 为10mA，为保证电路正常工作，试求电阻RC的值。
D2 uY/V 0 截止 导通 2.3 截止 2.3 导通 2.3
二、二极管门电路
2. 二极管或门
真值表
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 0 1 1 1 0 0 3 3 0 3 0 3
电压关系表 uA/V uB/V D1 截止 截止 导通 导通 D2 uY/V 0 截止 导通 2.3 截止 2.3 导通 2.3
CE(sat) CE
三极管关断的条件和等效电路 三极管开通的条件和等效电路 uI增大使uBE>0.5V时， 当输入u uII为高电平，使 为低电平，使 当输入 三极管开始导通， iB >0， <0.5V 时，三极管截止。 iu ≥I BE B B(sat)时，三极管饱和。 三极管工作于放大导通 u ≈UCE(sat) ≈0.3 V≈ 0间 ， iBE iC≈0， C、 E B≈0， 状态。 uBE ≈UBE (on) ≈0.7V C 、E间相当于开关合上。 相当于开关断开。
B uBE<0.5V
C
E B UBE(sat) iB≥ IB(sat) E C
三极管 截止状态 等效电路 三极管 饱和状态 等效电路
UCE(sat)
开关工作的条件 截止条件 uBE＜0.5V 可靠截止条件为 uBE≤0 饱和条件 iB＞IB(Sat) iB愈大于IB(Sat)， 则饱和愈深。
VCC
I BS VCC 5 mA 0.17mA Rc 30 1
因为 iB I BS 所以 T 饱和
uO U OL 0.3 V
饱和导通条件:
iB I BS
三、三极管非门电路
电压关系表
真值表
A 0 1 符号 A 1 Y Y 1 0
+ uI -
iC Rb iB
4.3 k
+VCC +5V Rc
开关时间主要由于电荷存储效应引起， 要提高开关速度，必须降低三极管饱和深度， UCE(sat) 加速基区存储电荷的消散。 O t
二、二极管门电路
1. 二极管与门
+VCC
+10V
电压关系表 uA/V uB/V 0 0 3 3 0 3 0 3
UD = 0.7 V 3V 3 V uA 0 3 0 V uB 0V D1 D2
R0
uY
D1 导通 导通 截止 导通
D2 导通 截止 导通 导通
u Y /V
0.7 0.7 0.7 3.7
二、二极管门电路
1. 二极管与门 真值表 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y = AB 符号 A B & Y
与门（AND gate)
电压关系表 Y 0 0 0 1 uA/V uB/V 0 0 3 3 0 3 0 3
第3章 逻辑门电路
分立元件门电路
TTL集成逻辑门 CMOS集成逻辑门
本章小结
概 述
主要要求：
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。
一、门电路的作用和常用类型
门电路(Gate Circuit) 指用以实现基本逻辑关系和 常用复合逻辑关系的电子电路。 是构成数字电路的基本单元之一 按逻辑功能不同分 与门 或门 非门 异或门 与非门 或非门 与或非门
Y=A+ B 符号: A B
≥1
Y 或门（OR gate)
三、三极管非门电路
1. uI UIL 0V
T 截止
+ uI iC
+VCC +5V Rc
1 k
uO UOH VCC 5V
2. uI UIH 5V
T导通
Rb iB
4.3 k
T
β = 30
+ uO -
UIH uBE 5 0.7 iB mA 1 mA Rb 4.3