西安交大数字电子技术集成逻辑门电路课件PPT
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数字电子技术课件 第3章_集成逻辑门电路
释放的过程，如同电容器的充、放
电一样，表现出一定的电容效应，
称其为结电容。因结电容的存在，
当外加电压由出反向跳变为正向时，
PN结内部要建立起足够的电荷梯度
才开始形成正向扩散电流，因而正
向导通电流的建立要滞后于输入电
压正跳变的时刻。二极管由反向截
止转换为正向导通所需的时间，一
般称为开启时间。
图3.2. 4 二极管的开关时间
表3.2.2 三极管工作状态的特点
工作状态
截止
放大
条件
偏置情况 工 作 集电极电流 特 管压降 点
c.e间等效内阻
iB 0
发射结和集电 结均为反偏
iC 0
VCEO ≈Vcc 约数百千欧 相当于关断
0<iB<Ics/β 发射结正偏 集电结反偏
iC≈βiB VCE= Vcc-ICRC
可变
饱和
iB> Ics/β 发射结和集电 结均为正偏
MOS管作开关使用时，通常是工作在截止区和可 变电阻区。在数字电路中，用得最多的是N沟道增强型 MOS管和P沟道增强型MOS管，它们是构成CMOS数 字集成电路的基本开关元件。由于P沟道增强型MOS 管和N沟道增强型MOS管在结构上是对称的，两者工 作原理和特点也无本质区别，只是在PMOS管中，栅 源电压VGS、漏源电压VDS、开启电压VTP均为负值。
第3章 集成逻辑门电路
3.1 概述 3.2 基本逻辑门电路 3.3 TTL集成逻辑门电路 3.4 CMOS集成逻辑门电路 3.5 TTL电路与CMOS电路的接口
本章学习目的和要求
1. 熟悉半导体器件的开关特性，了解分立元件基 本门电路、TTL门、ECL门、CMOS门电路的结 构 特点、工作原理和电气特性；
西安交大数字电子技术基础赵进69讲视频的数字电子技术基础完整版PPT课件
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数字电子技术基础
2. 基数乘除法 基数乘除法适合把一个十进制数转换为其它非
十进制的数。 十进制数转换为其它进制的数，分为整数和小数部分。 (1) 整数部分的转换（采用除基取余法）
把十进制整数N转换成R进制数的步骤如下： a. 将N除以R，记下所得的商和余数。 b. 将上一步所得的商再除以R，记下所得商和余数。 c. 重复做b，直到商为0。
严格的测试方可使用，测试时必须具备的仪器： 数字电压表、电子示波器、逻辑分析仪等。
4. 数字电路的应用 目前，数字电路的已广泛应用在电子技术、数
控技术、数字通信技术、数字仪表、遥控遥测技术、 雷达技术、民用电子电路及国民经济的各个部门。
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数字电子技术基础
1.1.2 数字电路的发展和分类 1、发展历程
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数字电子技术基础
(4) 将各个余数转换成R进制的数码，并按照和运算过 程相反的顺序把各个余数排列起来，即为R进制的数。
说明如下： 例如将十进制整数转换为二进制整数，则有:
电子管
半导体分立器件
集成电路
从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制 成了小规模逻辑器件，随后发展到中规模；70年代 末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生 了质的飞跃。
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数字电子技术基础
逻辑门电路是基本的逻辑单元电路，最早问世 的是TTL逻辑门电路，随着CMOS集成工艺的发展， CMOS器件有取代TTL主导地位的趋势。
数字 电路传递、处理的是二值信息，即高、 低电平，因此，凡是具有高、低电平的电路都可以 作为数字电路中的基本单元电路，由这种单元电路 又可以构成复杂的数字系统。因此，数字电路结构 简单，通用性强，设计使用方便。另外，数字电路 中的高低电平值往往是一个在一定范围内的数值， 所以对电路元件参数的精度要求不高，允许有较大 的分散性。
数字电子技术基础
2. 基数乘除法 基数乘除法适合把一个十进制数转换为其它非
十进制的数。 十进制数转换为其它进制的数，分为整数和小数部分。 (1) 整数部分的转换（采用除基取余法）
把十进制整数N转换成R进制数的步骤如下： a. 将N除以R，记下所得的商和余数。 b. 将上一步所得的商再除以R，记下所得商和余数。 c. 重复做b，直到商为0。
严格的测试方可使用，测试时必须具备的仪器： 数字电压表、电子示波器、逻辑分析仪等。
4. 数字电路的应用 目前，数字电路的已广泛应用在电子技术、数
控技术、数字通信技术、数字仪表、遥控遥测技术、 雷达技术、民用电子电路及国民经济的各个部门。
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数字电子技术基础
1.1.2 数字电路的发展和分类 1、发展历程
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数字电子技术基础
(4) 将各个余数转换成R进制的数码，并按照和运算过 程相反的顺序把各个余数排列起来，即为R进制的数。
说明如下： 例如将十进制整数转换为二进制整数，则有:
电子管
半导体分立器件
集成电路
从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制 成了小规模逻辑器件，随后发展到中规模；70年代 末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生 了质的飞跃。
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数字电子技术基础
逻辑门电路是基本的逻辑单元电路，最早问世 的是TTL逻辑门电路，随着CMOS集成工艺的发展， CMOS器件有取代TTL主导地位的趋势。
数字 电路传递、处理的是二值信息，即高、 低电平，因此，凡是具有高、低电平的电路都可以 作为数字电路中的基本单元电路，由这种单元电路 又可以构成复杂的数字系统。因此，数字电路结构 简单，通用性强，设计使用方便。另外，数字电路 中的高低电平值往往是一个在一定范围内的数值， 所以对电路元件参数的精度要求不高，允许有较大 的分散性。
《数电逻辑门电路》PPT课件
1输入 vI2
01输输入出
噪声容限定义示意图
VNL * 18
3.传输延迟时间
传输延迟时间是表征门电路开关速度 的参数，它说明门电路在输入脉冲波
门电路的传输延迟时间
形的作用下，其输出波形相对于输入 波形延迟了多长时间。
50% 输入
t PHL
50% tPLH
类型 参数
tPLH或 tPHL(ns)
74HC
当负载门的个数增加时，总的灌电流IOL将增加，同时也将引起 输出低电压VOL的升高。保证输出为低电平，并且不超过输出 低电平的上限值。
N OL
I OL ( 驱 动 门) I IL (负 载 门)
IOL ：驱动门的输出端为低电平电流
IIL ：负载门输入端电流
一般情况下
NOH NOL
取两者中的较小者！
*
35
接口电压示意图
负载器件所要求的输入电压
1 vO
vI 1
驱动门
负载门
vO
VOH (min)
vI
VIH (min)
VIL (max) VOL(max )
VOH(min)
≥ VIH(min)
VOL(max) ≤ VIL(max)
*
36
接口电流示意图
对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流
11
灌电流 IOL(max) ≥
A
CS
B
…… CS
总线
要求：同一时刻，只允许一个部件的 数据进入总线，其它应与总线断路。
方法：分时控制各个门的CS端，使相 应的TSL门的CS =1，其它TSL门的 CS =0。
TSL门既可线与，又保持了
&
TTL与非门的推拉式输出级→ 带负载能力和工作速度均↑
《数字电子技术》PPT课件
【任务引入】 在TTL门电路中，输出级三极管的集电极是开路的，
称为集电极开路门，简称OC门。集电极开路门可以线与， 即将多个OC门的输出端连接起来。本节课的任务即是掌握 由TTL集电极开路门电路CT74LS03构成的线与功能逻辑 电路。
精选ppt
2
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
阻RC的数值，并将RC和电源UCC连接在OC门的输出端。
2. 功能与应用
（1）功能：实现正常的逻辑功能、提高输出驱动负载的能力、
转换TTL到其他电平、实现“线与”功能。外接上拉电阻R
的取值范围为几百至几千欧，接入外接电阻R后：
1）A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。
2）A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
【学习目标】 1.熟悉集电极开路门（OC门）的逻辑功能。 2.掌握OC门的电路原理。 3.掌握由CT74LS03实现的线与功能电路的仿真调试。
精选ppt
1
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
输出Vo为低电平。如图
2-1-2所示。
图2-1-2 输入全为高电平时的情况
精选ppt
6
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
（2）输入有低电平时：
如uA=0.3V， uB= uC =3.6V，则
uB1=0.3+0.7=1V，VT2、 VT3截止，VT4导通。忽
称为集电极开路门，简称OC门。集电极开路门可以线与， 即将多个OC门的输出端连接起来。本节课的任务即是掌握 由TTL集电极开路门电路CT74LS03构成的线与功能逻辑 电路。
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2
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
阻RC的数值，并将RC和电源UCC连接在OC门的输出端。
2. 功能与应用
（1）功能：实现正常的逻辑功能、提高输出驱动负载的能力、
转换TTL到其他电平、实现“线与”功能。外接上拉电阻R
的取值范围为几百至几千欧，接入外接电阻R后：
1）A、B不全为1时，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。
2）A、B全为1时，uB1=2.1V，T2、T3饱和导通，Y=0。
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
【学习目标】 1.熟悉集电极开路门（OC门）的逻辑功能。 2.掌握OC门的电路原理。 3.掌握由CT74LS03实现的线与功能电路的仿真调试。
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1
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
输出Vo为低电平。如图
2-1-2所示。
图2-1-2 输入全为高电平时的情况
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6
模块Ⅱ 数字电子技术
项目二 逻辑门电路基础
任务一 插装与调试OC门CT74LS03的“线与”功能
（2）输入有低电平时：
如uA=0.3V， uB= uC =3.6V，则
uB1=0.3+0.7=1V，VT2、 VT3截止，VT4导通。忽
数字电子技术逻辑门电路课件
F 1 0
数字电子技术-逻辑门电路
二极管与门/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）
R 3kΩ
D1
0V
D2
5V
D1
p
5V
D2
0.7V
+VCC（+5V） R 3kΩ
L
RL
1.4V
数字电子技术-逻辑门电路
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。
1
3
2T 3
Hale Waihona Puke R e21kΩ输入级
中间级
输出级
数字电子技术-逻辑门电路
TTL与非门的逻辑关系分析
1、输入全为高电平3.6V时。
T2、T3饱和导通， 由于T2饱和导通，VC2=1V。
由于T3饱和导通，输出电压为： VO=VCES3≈0.3V
T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻 辑功能之一： 输入全为高电平时， 输出为低电平。 A
管相当于一个闭合的开关。
D
K
V
F
IF
RL
V
F
IF
RL
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的理想开关特性
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二
极管相当于一个断开的开关。
D
K
V
R
IS
RL
V
R
RL
iD
理想二极管 伏安特性
uD
0V
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的实际开关特性
实际的硅二极管正向导通时，存在 一个0.7V的门槛电压（锗二极管为 0.3V),其伏安特性曲线为：
数字电子技术-逻辑门电路
二极管与门/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）
R 3kΩ
D1
0V
D2
5V
D1
p
5V
D2
0.7V
+VCC（+5V） R 3kΩ
L
RL
1.4V
数字电子技术-逻辑门电路
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。
1
3
2T 3
Hale Waihona Puke R e21kΩ输入级
中间级
输出级
数字电子技术-逻辑门电路
TTL与非门的逻辑关系分析
1、输入全为高电平3.6V时。
T2、T3饱和导通， 由于T2饱和导通，VC2=1V。
由于T3饱和导通，输出电压为： VO=VCES3≈0.3V
T4和二极管D都截止。
实现了与非门的逻 辑功能之一： 输入全为高电平时， 输出为低电平。 A
管相当于一个闭合的开关。
D
K
V
F
IF
RL
V
F
IF
RL
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的理想开关特性
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二
极管相当于一个断开的开关。
D
K
V
R
IS
RL
V
R
RL
iD
理想二极管 伏安特性
uD
0V
数字电子技术-逻辑门电路
半导体二极管的实际开关特性
实际的硅二极管正向导通时，存在 一个0.7V的门槛电压（锗二极管为 0.3V),其伏安特性曲线为：
单元2集成逻辑门电路PPT课件
74LS00
1 2 34567
A
BC
逻辑电平
逻 a逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 IC逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻
逻 b逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻
单元 2 集成逻辑门电路
二、算术运算与电路
1.二进制运算 (1)加法：两个一位二进制数相加，可能的4种组合
（a）74LS51引脚排列图
逻辑电平 （b）与或非门逻辑功能测试接线图
单元 2 集成逻辑门电路
74LS51是双2路2-2输入与 或非门电路，引脚排列如图 (a)所示，测试其逻辑功能的 接线方法如图(b)所示。将测 试结果记录在表中，判断是 否满足其逻辑功能。
A B CD Y
0 0 00 0001 0010 0011 0100 0101 1110 1111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1 1 11
造含有与非门、与门和反相器的电路，如图(a)所示。 并写出逻辑表达式。
使用集成芯片74LS00实现。逻辑电路连接74LS00 的IC外部引脚，如图(b)所示。
单元 2 集成逻辑门电路
电平显示 F
F ABC
VCC
74LS00
反相器
与门
A
1
&
2
34
&
12
6
&
11
5
13
10
B
& 8F
9
C
14 13 12 11 10 9 8
0 0
0 1
1 0
1 0
引脚排列如图(a)所示，测试其 0 1 0 1
逻辑功能的接线方法如图(b)所
1110 1111
示。将测试结果记录在表中，判 1 0 0 0
1 2 34567
A
BC
逻辑电平
逻 a逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 IC逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻
逻 b逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻 逻
单元 2 集成逻辑门电路
二、算术运算与电路
1.二进制运算 (1)加法：两个一位二进制数相加，可能的4种组合
（a）74LS51引脚排列图
逻辑电平 （b）与或非门逻辑功能测试接线图
单元 2 集成逻辑门电路
74LS51是双2路2-2输入与 或非门电路，引脚排列如图 (a)所示，测试其逻辑功能的 接线方法如图(b)所示。将测 试结果记录在表中，判断是 否满足其逻辑功能。
A B CD Y
0 0 00 0001 0010 0011 0100 0101 1110 1111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1 1 11
造含有与非门、与门和反相器的电路，如图(a)所示。 并写出逻辑表达式。
使用集成芯片74LS00实现。逻辑电路连接74LS00 的IC外部引脚，如图(b)所示。
单元 2 集成逻辑门电路
电平显示 F
F ABC
VCC
74LS00
反相器
与门
A
1
&
2
34
&
12
6
&
11
5
13
10
B
& 8F
9
C
14 13 12 11 10 9 8
0 0
0 1
1 0
1 0
引脚排列如图(a)所示，测试其 0 1 0 1
逻辑功能的接线方法如图(b)所
1110 1111
示。将测试结果记录在表中，判 1 0 0 0
数字电子技术基础第二章门电路PPT课件
或门
实现逻辑或运算，当至少 一个输入为高电平时，输 出为高电平；否则输出为 低电平。
非门
实现逻辑非运算，当输入 为高电平时，输出为低电 平；当输入为低电平时， 输出为高电平。
门电路的分类
按功能分类
可分为与门、或门、非门、 与非门、或非门等。
按结构分类
可分为晶体管-晶体管逻辑 门（TTL）、金属氧化物 半导体逻辑门（MOS）等。
实践能力。
02 门电路的基本概念
逻辑门电路
逻辑门电路是数字电路的基本 单元，用于实现逻辑运算。
常见的逻辑门电路有与门、或 门、非门、与非门、或非门等。
逻辑门电路通常由晶体管、电 阻、电容等元件组成，具有高 电平、低电平和高阻态三种输 出状态。
常用逻辑门电路
01
02
03
与门
实现逻辑与运算，当所有 输入都为高电平时，输出 为高电平；否则输出为低 电平。
门电路在其他领域的应用
自动化控制
门电路可以用于实现自动化控制中的逻辑控制、 顺序控制等功能。
电子游戏
门电路可以用于实现电子游戏中的逻辑运算、状 态检测等功能。
智能家居
门电路可以用于实现智能家居中的控制逻辑、传 感器检测等功能。
05 门电路的实例分析
实例一：基本逻辑门电路的应用
基本逻辑门电路
包括与门、或门、非门等，是数字电路中最基本的逻辑单 元。
06 总结与展望
门电路的重要性和作用
门电路是数字电子技术的核心组件，它在数字电路中起到逻辑运算和信号控制的作 用。
门电路能够实现逻辑函数的运算，从而实现各种复杂的逻辑功能，是构成各种数字 系统和电子设备的基础。
门电路在计算机、通信、自动化等领域中有着广泛的应用，对现代科技的发展起着 至关重要的作用。
数字电子技术门电路PPT
第2章 门电路
2.2.3 TTL与非门的电气性能
1. TTL与非门的输入特性 输入特性是描述输入电流与输入电压之间的关系曲线 ，如图 示：
第2章 门电路
2. TTL与非门的输出特性 输出电压与负载电流之间的关系曲线，称为输出特性。 (1)输出为低电平时的输出特性曲线：
第2章 门电路
(2)输出为高电平时的输出特性曲线：
第2章 门电路
真值表为：
逻辑表达式为： F A B
第2章 门电路
3.三极管非门电路 非门：实现非运算的电路。 电路及其逻辑符号如图所示。当输入A为低电平时，三极 管截止，输出F为高电平，输入A为高电平时，三极管饱和，
输出F为低电平。逻辑表达式F= A 。
第2章 门电路
2.1.2 与非门、或非门电路
时间 tPLH 。通常把二者的平均值称作平均传输延迟时间，
t 以
pd
表示。 t pd
tPHL tPLH 2
2章 门电路
2. 动态尖峰电流 与非门从导通状态转换为截止状态或从截止状态转换为导通 状态，在这个转换过程中，都会出现T4、T5两管瞬间同时导 通，这瞬间的电源电流比静态时的电源电流要大，但持续时 间较短，故称之为尖峰电流或浪涌电流，如图示。
第2章 门电路
2. TTL门驱动CMOS门 当TTL电路和CMOS电路相连接时，必须考虑它们之间电流 驱动能力及高、低电平的配合等接口技术问题。当TTL门驱 动CMOS门时，可能出现TTL门输出高电平低于CMOS门要 求输入高电平的值，所以，常用TTL OC门作为接口电路， 其输出端上拉电阻R必须接到CMOS门的正电源VDD上，如 图示。
第2章 门电路
抗干扰能力分为输入低电平的抗干扰能力VNL和输入高电平 的抗干扰能力VNH。 低电平的抗干扰能力为：
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• 导通时存在正向导通电压 • 存在开关时间： 一般为几十到几百纳秒
2013-7-24
西安交通大学电气学院电子学
+Vcc 2.二极管逻辑电路 uIA uIB DA DB R uIA uIA 低 低 0 高 0 高 1
输入 输入 uIB uIB 低 高 0 低 1 高 0
uO
(a)二极管与门
输出 输出 uO uO 低 低 0 低 0 高 0
开关时间( ton + toff )：
开关时间越短，开关速度也就越高
（2）如何提高开关速度 制造开关时间较小的管子 设计合理的外电路
2013-7-24
西安交通大学电气学院电子学
2.晶体管逻辑电路
(1) 反相器（非门） +V (+5V) CC
RC 330
A
+
RB1
6.8k RB2 22k
电路。
1948年，肖克利等发明了晶体管， 1960年集成电路出现，成千 其性能在体积、重量方面明显优 上万个器件集成在一块芯片， 大大促进了电子学的发展， Chip SOC－System ON 于电子管，但器件较多时由分立 SOPC－ System 尤其促进数字电路和微型计ON a 元件组成的分立电路体积大、焊 programmable Chip 算机的飞速发展。 点多、电路的可靠性差。 CPU
常见集成门电路封装
双列直插封装集成组件 Double
14 13 12 11 10 9 8
槽口
In-line Package——DIP ：
管脚编号
2013-7-24
1 2 3 4 5 6 7
西安交通大学电气学院电子学
集成与非门—74LS00
74LS00是在一个封装内有四个相同的与非门。其外形 如图所示。
(5) 场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。
由场效应管构成的电路简单，同样功能的电路使用的管子少， 且每个MOS场效应管在硅片上所占的面积比双极性小。
(6) 由于MOS管的输入电阻高，由外界感应产生的电荷不 易泄露，而栅极上的绝缘层又很薄，这将在栅极上产生很 高的电场强度，以致引起绝缘层的击穿而损坏管子。
绝大多数 左上角Vcc
引线排列从左下角 开始,逆时针计算
14 8
Connection Diagram V
CC
&
& &
GND
缺口标记
&
绝大多数 右下角GND
2013-7-24
1
西安交通大学电气学院电子学
7
原理图
2013-7-24
西安交通大学电气学院电子学
要点强调
集成芯片就象确定了输入和输出的“黑盒子”，
发射极E(e)
E(e)
发射结 Je
集电结 Jc
集电极C(c)
发射区
基区
集电区
N
C
N
P
基极 B(b)
N
C(c)
T B (b)
B
P N
NPN型三极 管符号
E
E(e)
2.1.2 三极管的开关特性
1. 开关特性
iC
RC 1k
+
V2 2V V1 1V
S
+
RB 10k
Vcc
5V
uI
–
uO
–
三极管开关电路图
g
b
s
2.1.3 场效应管的开关特性
1.MOS场效应管(MOSFET)的开关特性
栅源电压 开启电压
g＝0
d
I
uGS < UT
截止状态 I=0
MOSFET关断状态
物理上，I=0等效 于两个端点之间 d 没连接
s d
g
b
uGS > UT
g＝1
s
2013-7-24
有电流I流动
MOSFET导通状态
I s
MOSFET的开关模型
2013-7-24 西安交通大学电气学院电子学
uIB
uO
(a)二极管与门
2.2.2 TTL与非门的外特性及参数
• TTL与非门的四种外部特性：
反映输出电压uO随输入电压uI 1.电压传输特性 变化的规律
2.输入特性 3.输出特性
反映了门电路的输入电流iI 随输入电压uI变化的规律 输出电压uO随输出负载电流iL 变化的规律
DS DD
导通
UGS>UT UGD>UT UGS<UT UGD<UT
截止
2013-7-24
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2.2 TTL集成逻辑门概述 Transistor－Transistor Logic
2.2.1 TTL与非门的结构及工作原理
2.2.2 TTL与非门的外特性及参数 2.2.3 其它TTL集成门
• 最好的教师是自己：遇到问题先找自己，特别是工程应用课程！
2013-7-24
同时遇到问题要调整心态！不是你背运，而是锻炼机会！ 西安交通大学电气学院电子学
集成TTL门
数字电路基本单元 门、触发器（IC）
半导体开关器件 门IC的使用非常简单，依据电路原理图连接输入线路及输入输出即可。 但如何使用好IC？是否有其他困惑？比如： 输入输出信号的高低电平到底是多大？ 下一级的门是前一级门的负载，一个门到底可以代几个同类型的门？ 多余输入端该如何处理？等等 要用好就要剖析IC内部。
2 集成逻辑门电路
2.1 二、三极管开关特性 2.2 TTL集成逻辑门
2.3 CMOS集成门电路
2.4 逻辑门电路使用中的几个实际问题
2013-7-24
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2.1 二、三极管开关特性
2.1.1 二极管的开关特性
2.1.2 三极管的开关特性 2.1.3 场效应管的开关特性
2013-7-24
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2.2.1 TTL与非门的结构及工作原理
1. TTL与非门的内部结构
+VCC(+5V)
R1 4k A T1
R2 1k
R4 100
T4
T2 T3 输入级 R3 1k 中间级 D F
B
F AB
输出级
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(+5V) VCC
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如何修炼基本功？处理器课程
• 会找资料:充分利用网络资源（无所不有），提高查找资料能力 • 会看：教材或 data sheets.（*.pdf文件)。一般了解和详细使用
• 软件开发环境：熟悉一些软件Muxplus2、Protel等
• 会动手：自己动手才有收获，才能积累软硬件设计技能 • 会借力：高手指点，是捷径；团队合作；会总结
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用稳压管限制 g、s 间的电压
d b
D1 D2ຫໍສະໝຸດ RuIgs
过压保护
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2.MOS管开关电路
+VDD (+5V)
RD 3.3k
+ + uI –
当输入电压u1为低电平时， 则uI<UT，MOSFET截止， 输出电压uO=VDD，为高电 平。 输入电压uI为高电平时， uI>UT，MOSFET导通， 输出为低电平。
电子器件的发展 推动了电子技术发展
电 子 管 分 晶 立 体 元 管 件 （
集成电路就是在硅(Si)晶 集 SSI（100元件以下） 片上，制造出晶体管、 成 MSI（〈103） 二极管、电阻、电容等 电 LSI（〈104） 元件，並將各元件做必 4以上） 路 VLSI （10 要的連接，形成一电子
脉冲信号加到门电路的输入 4.动态响应特性 端,门电路输出对输入脉冲的响应
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1.电压传输特性：
uO / V
UOH I Q1 II Q Uoff = U’IL
Uon= U’IH II I
Q2 UOL
O
U’IL UTH U’IH
uI / V
与非门的电压传输特性
uO
– 电阻负载反相器电路
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三极管工作于开关状态的条件和特点 （以NPN硅管为例）
工作状态 电压、电流条件
UBE＝0.7V， UCES=0.3V IB ≈ 0 IC ≈ 0
特点
开关时间
开通时间 ton＝td+tr。 关断时间 toff = ts+tf。
饱和
2.2.4 使用TTL门的几个实际问题
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• 基本概念：
集成电路（Integrated Circuit，简称IC）： 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（芯片）上，并封 装在一个壳体内所构成的完整电路。 数字集成电路：用来处理数字信号的集成 电路。
其核心可能是非常复杂的电路。对熟练IC的使 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 。 在原理图中几乎所有IC的电源与地端都没有 出现，但在连线时，电源与地是必不可少的 。 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。必须了解内部电路特点、外部特 性及技术参数 。
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2.1.1 二极管的开关特性
1.二极管的开关特性
iD
+
a
a iD
+
iD
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+Vcc 2.二极管逻辑电路 uIA uIB DA DB R uIA uIA 低 低 0 高 0 高 1
输入 输入 uIB uIB 低 高 0 低 1 高 0
uO
(a)二极管与门
输出 输出 uO uO 低 低 0 低 0 高 0
开关时间( ton + toff )：
开关时间越短，开关速度也就越高
（2）如何提高开关速度 制造开关时间较小的管子 设计合理的外电路
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2.晶体管逻辑电路
(1) 反相器（非门） +V (+5V) CC
RC 330
A
+
RB1
6.8k RB2 22k
电路。
1948年，肖克利等发明了晶体管， 1960年集成电路出现，成千 其性能在体积、重量方面明显优 上万个器件集成在一块芯片， 大大促进了电子学的发展， Chip SOC－System ON 于电子管，但器件较多时由分立 SOPC－ System 尤其促进数字电路和微型计ON a 元件组成的分立电路体积大、焊 programmable Chip 算机的飞速发展。 点多、电路的可靠性差。 CPU
常见集成门电路封装
双列直插封装集成组件 Double
14 13 12 11 10 9 8
槽口
In-line Package——DIP ：
管脚编号
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1 2 3 4 5 6 7
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集成与非门—74LS00
74LS00是在一个封装内有四个相同的与非门。其外形 如图所示。
(5) 场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。
由场效应管构成的电路简单，同样功能的电路使用的管子少， 且每个MOS场效应管在硅片上所占的面积比双极性小。
(6) 由于MOS管的输入电阻高，由外界感应产生的电荷不 易泄露，而栅极上的绝缘层又很薄，这将在栅极上产生很 高的电场强度，以致引起绝缘层的击穿而损坏管子。
绝大多数 左上角Vcc
引线排列从左下角 开始,逆时针计算
14 8
Connection Diagram V
CC
&
& &
GND
缺口标记
&
绝大多数 右下角GND
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1
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7
原理图
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要点强调
集成芯片就象确定了输入和输出的“黑盒子”，
发射极E(e)
E(e)
发射结 Je
集电结 Jc
集电极C(c)
发射区
基区
集电区
N
C
N
P
基极 B(b)
N
C(c)
T B (b)
B
P N
NPN型三极 管符号
E
E(e)
2.1.2 三极管的开关特性
1. 开关特性
iC
RC 1k
+
V2 2V V1 1V
S
+
RB 10k
Vcc
5V
uI
–
uO
–
三极管开关电路图
g
b
s
2.1.3 场效应管的开关特性
1.MOS场效应管(MOSFET)的开关特性
栅源电压 开启电压
g＝0
d
I
uGS < UT
截止状态 I=0
MOSFET关断状态
物理上，I=0等效 于两个端点之间 d 没连接
s d
g
b
uGS > UT
g＝1
s
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有电流I流动
MOSFET导通状态
I s
MOSFET的开关模型
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uIB
uO
(a)二极管与门
2.2.2 TTL与非门的外特性及参数
• TTL与非门的四种外部特性：
反映输出电压uO随输入电压uI 1.电压传输特性 变化的规律
2.输入特性 3.输出特性
反映了门电路的输入电流iI 随输入电压uI变化的规律 输出电压uO随输出负载电流iL 变化的规律
DS DD
导通
UGS>UT UGD>UT UGS<UT UGD<UT
截止
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2.2 TTL集成逻辑门概述 Transistor－Transistor Logic
2.2.1 TTL与非门的结构及工作原理
2.2.2 TTL与非门的外特性及参数 2.2.3 其它TTL集成门
• 最好的教师是自己：遇到问题先找自己，特别是工程应用课程！
2013-7-24
同时遇到问题要调整心态！不是你背运，而是锻炼机会！ 西安交通大学电气学院电子学
集成TTL门
数字电路基本单元 门、触发器（IC）
半导体开关器件 门IC的使用非常简单，依据电路原理图连接输入线路及输入输出即可。 但如何使用好IC？是否有其他困惑？比如： 输入输出信号的高低电平到底是多大？ 下一级的门是前一级门的负载，一个门到底可以代几个同类型的门？ 多余输入端该如何处理？等等 要用好就要剖析IC内部。
2 集成逻辑门电路
2.1 二、三极管开关特性 2.2 TTL集成逻辑门
2.3 CMOS集成门电路
2.4 逻辑门电路使用中的几个实际问题
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2.1 二、三极管开关特性
2.1.1 二极管的开关特性
2.1.2 三极管的开关特性 2.1.3 场效应管的开关特性
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2.2.1 TTL与非门的结构及工作原理
1. TTL与非门的内部结构
+VCC(+5V)
R1 4k A T1
R2 1k
R4 100
T4
T2 T3 输入级 R3 1k 中间级 D F
B
F AB
输出级
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(+5V) VCC
2013-7-24 西安交通大学电气学院电子学
如何修炼基本功？处理器课程
• 会找资料:充分利用网络资源（无所不有），提高查找资料能力 • 会看：教材或 data sheets.（*.pdf文件)。一般了解和详细使用
• 软件开发环境：熟悉一些软件Muxplus2、Protel等
• 会动手：自己动手才有收获，才能积累软硬件设计技能 • 会借力：高手指点，是捷径；团队合作；会总结
2013-7-24
西安交通大学电气学院电子学
用稳压管限制 g、s 间的电压
d b
D1 D2ຫໍສະໝຸດ RuIgs
过压保护
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2.MOS管开关电路
+VDD (+5V)
RD 3.3k
+ + uI –
当输入电压u1为低电平时， 则uI<UT，MOSFET截止， 输出电压uO=VDD，为高电 平。 输入电压uI为高电平时， uI>UT，MOSFET导通， 输出为低电平。
电子器件的发展 推动了电子技术发展
电 子 管 分 晶 立 体 元 管 件 （
集成电路就是在硅(Si)晶 集 SSI（100元件以下） 片上，制造出晶体管、 成 MSI（〈103） 二极管、电阻、电容等 电 LSI（〈104） 元件，並將各元件做必 4以上） 路 VLSI （10 要的連接，形成一电子
脉冲信号加到门电路的输入 4.动态响应特性 端,门电路输出对输入脉冲的响应
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1.电压传输特性：
uO / V
UOH I Q1 II Q Uoff = U’IL
Uon= U’IH II I
Q2 UOL
O
U’IL UTH U’IH
uI / V
与非门的电压传输特性
uO
– 电阻负载反相器电路
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三极管工作于开关状态的条件和特点 （以NPN硅管为例）
工作状态 电压、电流条件
UBE＝0.7V， UCES=0.3V IB ≈ 0 IC ≈ 0
特点
开关时间
开通时间 ton＝td+tr。 关断时间 toff = ts+tf。
饱和
2.2.4 使用TTL门的几个实际问题
2013-7-24
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• 基本概念：
集成电路（Integrated Circuit，简称IC）： 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（芯片）上，并封 装在一个壳体内所构成的完整电路。 数字集成电路：用来处理数字信号的集成 电路。
其核心可能是非常复杂的电路。对熟练IC的使 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 。 在原理图中几乎所有IC的电源与地端都没有 出现，但在连线时，电源与地是必不可少的 。 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。必须了解内部电路特点、外部特 性及技术参数 。
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1.二极管的开关特性
iD
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a iD
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iD