第三章 集成逻辑门电路
门电路知识-经典版
内容提要：
本章主要讲述数字电路的基本逻辑单元－－门电 路，有TTL逻辑门、MOS逻辑门。在讨论半导体二极 管和三极管及场效应管的开关特性基础上，讲解它们 的电路结构、工作原理、逻辑功能、电器特性等等， 为以后的学习及实际使用打下必要的基础。本章重点 讨论TTL门电路和CMOS门电路。
本章主要内容
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3.3 CMOS门电路
CMOS逻辑门电路是在TTL器件之后，出现的应 用比较广泛的数字逻辑器件，在功耗、抗干扰、带负 载能力上优于TTl逻辑门，所以超大规模器件几乎都 采用CMOS门电路，如存储器ROM、可编程逻辑器件 PLD等 国产的CMOS器件有CC4000(国际 CD4000/MC4000)、高速54HC/74HC系列（国际 MC54HC/74HC),此外还有兼容型的74HCT和74BCT 系列（BiCMOS） 先介绍74系列的反相器和逻辑门，再简单介绍其 它系列的逻辑门
3.2.1半导体二极管的开关特性 对于图3.2.1所示二极管开关 电路，由于二极管具有单向导电性， 故它可相当受外加电压控制的开关。 将电路处于相对稳定状态下， 晶体二极管所呈现的开关特性称为 稳态开关特性 图3.2.1 二极管的开关电路 设vi的高电平为VIH＝VCC， vi的低电平为VIL＝0，且D 为理想元件，即正向导通电阻为0，反向电阻无穷大， 则稳态时当vI＝VIH＝VCC时，D截止，输出电压vD＝ VOH＝ VCC
0.7V以下为“0”
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A 0 1 1
B 0 1 0 1
Y 0 0 0 1
3.2.3 二极管或门
二极管或门电路如图 3.2.5所示 设输入端A、B的高 低电平为VIH＝3V， VIL＝0V，二极管的正 向导通压降为VDF＝ 0.7V，则：
门电路PPT课件
如二极管或三极管电路组成。
如图3.1.2所示。 其原理为：
图3.1.2 高低电平实现原理电路
当开关S断开时，输出电压vo＝Vcc，为高电平“1”； 当开关闭合时，输出电压vo＝0，为低电平“0”；若开 关由三极管构成，则控制三级管工作在截止和饱和状态， 就相当开关S的断开和闭合。
.
6
3.1 概述
单开关电路功耗较大，目前出现互补开关电路 （如CMOS门电路），即用一个管子代替图3.1.2中的电 阻，如图3.1.3所示
•只用于IC内部电路
.
21
3.3 CMOS门电路
CMOS逻辑门电路是在TTL器件之后，出现的应 用比较广泛的数字逻辑器件，在功耗、抗干扰、带负 载能力上优于TTl逻辑门，所以超大规模器件几乎都采 用CMOS门电路，如存储器ROM、可编程逻辑器件 PLD等
国产的CMOS器件有CC4000(国际 CD4000/MC4000)、高速54HC/74HC系列（国际 MC54HC/74HC),此外还有兼容型的74HCT和74BCT系 列（BiCMOS）
图3.1.1 正负逻辑示意图
同一逻辑电路采用不同的逻辑关系，其逻 辑功能是完全不同的，如表3.1.1正负逻辑对应 的逻辑电路
.
4
3.1 概述由表中Fra bibliotek以看出表3.1.1 正负逻辑对应的门电路
正负逻辑式互为对偶式， 即若给出一个正逻辑的逻辑 式，则对偶式即为负逻辑的
正逻辑 与门
负逻辑 或门
逻辑式，如正逻辑为或门，
iD
+
vDS
+
vGS
-
v GS(off) 0
vGS
(a)共源极接法
(b)转移特性
图3.3.7 耗尽型NMOS管共源极接法和转移特性
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。
集成逻辑门电路实验报告
集成逻辑门电路实验报告集成逻辑门电路实验报告引言：集成逻辑门电路是现代电子技术中的重要组成部分，它可以实现数字信号的逻辑运算。
本次实验旨在通过搭建不同类型的逻辑门电路，深入理解逻辑门的原理和应用。
一、实验目的本实验的主要目的是掌握集成逻辑门电路的基本原理和应用，通过搭建不同类型的逻辑门电路，加深对数字逻辑电路的理解。
二、实验器材与仪器1. 集成逻辑门芯片（如74LS00、74LS02、74LS08等）2. 面包板3. 连接线4. 示波器5. 信号发生器三、实验步骤与结果1. 搭建与门电路首先，将74LS08芯片插入面包板中，并用连接线将芯片的输入端与信号发生器连接，输出端与示波器连接。
通过调节信号发生器的频率和幅度，观察示波器上的波形变化。
实验结果显示，当输入信号同时为高电平时，输出信号为高电平；否则，输出信号为低电平。
2. 搭建或门电路接下来，将74LS02芯片插入面包板中，并按照与门电路的搭建方式连接输入信号和输出信号。
通过改变输入信号的状态，观察输出信号的变化。
实验结果表明，只要输入信号中有一个为高电平，输出信号就为高电平；只有当所有输入信号都为低电平时，输出信号才为低电平。
3. 搭建非门电路然后，将74LS04芯片插入面包板中，并连接输入信号和输出信号。
通过改变输入信号的状态，观察输出信号的变化。
实验结果显示，当输入信号为高电平时，输出信号为低电平；当输入信号为低电平时，输出信号为高电平。
4. 搭建异或门电路最后，将74LS86芯片插入面包板中，并连接输入信号和输出信号。
通过改变输入信号的状态，观察输出信号的变化。
实验结果表明，当输入信号中只有一个为高电平时，输出信号为高电平；当输入信号中有两个或两个以上为高电平时，输出信号为低电平。
四、实验总结通过本次实验，我深入了解了集成逻辑门电路的原理和应用。
逻辑门电路是数字电子技术中的基础，广泛应用于计算机、通信等领域。
通过搭建与门、或门、非门和异或门电路，我对逻辑门的工作原理有了更加清晰的认识。
门电路PPT
3.2.2 二极管与门
其输入输出及真值表如表 3.2.1和3.2.2所示
其输出Y和输入A、B是与的关系，
即
Y AB
表3.2.1
表3.2.2
A BY
A BY
0V 0V 0.7V 规定3V以上为“1” 0 0 0
0V 3V 0.7V
或门
与门
即Y=A+B，对偶式为YD＝
与非门
或非门
AB。正负逻辑的使用依个人 的习惯，但同一系统中采用
或非门
与非门
一种逻辑关系，本书采用
异或门
同或门
正逻辑
同或门
异或门
3.1 概述
3. 高低电平的实现
在数字电路中，输入输出
都是二值逻辑，其高低电平用
“0”和“1”表示。其高低电平
的获得是通过开关电路来实现，
兼容型（ FET ＋BJT ）
数字集成电路的基本逻辑单元是集成逻辑门，因 此本章先介绍CMOS和TTL数字集成逻辑门的结构、 工作原理
3.2 半导体二极管门电路
3.2.1半导体二极管的开关特性 1. 稳态开关特性 将图3.1.2中的开关用二极管代替，则可得到图 3.2.1所示的半导体二极管开关电路
符号如图3.3.1所示
D
D
BG
G
S
S
(a)标准符号
(b)简化符号
图3.3.1 增强型NMOS管的符号
3.3.1 MOS管的开关特性 NMOS共源极接法电路如图3.3.2（a）所示，输出特性 如(b)所示
图3.3.2 NMOS管共源极接法电路及其输出特性
3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性
门电路
－4mA
VOL 0
+4mA
3.3.5 其它类型的CMOS门 一、基本门 有0出1
AB
全0出1
A B 有1出0
全1出0
Ron max 2 Ron(全1出0)
Ron max 2 Ron (全0出1)
Ron min 0.5Ron(全0出1) Ron min 0.5Ron(全1出0) Ron max 优点：简单 缺点： 4 影响负载能力N值 Ron min
①总电流IOLM等于分电流之和IRL+ m'IIL ；②R=VR / IR
例：如图所示电路，G1,G2,G3为OD输出的与非门74HC03，输出高 电平的漏电流最大值为IOH(max)=5uA，输出低电平为VOL(max)=0.33V 允许的最大负载电流为IOL=5.2mA.负载门74HC00的高电平输入电流 最大值IIH(max)和低电平输入电流最大值IIl(max)均为1uA。其它参数： VDD=5V,VOH4.4V,VOL 0.33V。求RL的取值范围
D2通 D2止 D2通 D2通
0.7V 0.7V 0.7V 3.7V
Y A B
3.2.3二极管或门
D1止 D1止 D1通 D1通
D2止 D2通
D2止 D2通
0V 2.3V 2.3V 2.3V
Y A B
二极管门电路特点：简单，高、低电平不统一
3 .3CMOS门电路
特点： 1.静态功耗小：CMOS门工作时，一管导通，一管截 止，几乎不由电源吸取电流，因此其静态功耗极小。 2. CMOS集成电路功耗低内部发热量小，集成度可 大大提高。 3. 抗幅射能力强：MOS管是多数载流子工作，射线 辐射对多数载流子浓度影响不大。 4. 电压范围宽：CMOS门电路输出高电平VOH ≈ VDD， 低电平VOL ≈ 0V。允许电源电压范围318V。
数电第三章门电路
§3.4 TTL门电路
数字集成电路：在一块半导体基片上制作出一个 完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。 使用时接：电源、输入和输出。数字集成电 路具有体积小、可靠性高、速度快、而且价 格便宜的特点。
TTL型电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶 体管，称之为: Transistor— Transistor Logic。
输出高电平
UOH (3.4V)
u0(V)
UOH
“1”
输出低电平
u0(V)
UOL
UOL (0.3V)
1
(0.3V)
2 3 ui(V)
1 2 3 ui(V)
阈值UT=1.4V
传输特性曲线
理想的传输特性 28
1、输出高电平UOH、输出低电平UOL UOH2.4V UOL 0.4V 便认为合格。 典型值UOH=3.4V UOL 0.3V 。
uA t
uF
截止区： UBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 ——C、 E间相当于开关断开。
+ucc
t
4
0.3V
3.2.3MOS管的开关特 恒流区：UGS>>Uth ， UDS
性： +VDD
0V ——D、S间相当于 开关闭合。
R
uI
Uo
Ui
NMO S
uO
夹断区： UGS< Uth， ID=0 ——D、S间相当于开关断开。
3.3.4 其它门电路
一、 其它门电路
其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等,比如：
二、 门电路的“封锁”和“打开”问题
A B
&
Y
C
当C=1时，Y=AB.1=AB
电子技术 数字电路 第3章 组合逻辑电路
是F，多数赞成时是“1”， 否则是“0”。
0111 1000 1011
2. 根据题意列出真值表。
1101 1111
（3-13）
真值表
ABCF 0000 0010 0100 0111 1000 1011 1101 1111
3. 画出卡诺图，并用卡 诺图化简：
BC A 00
00
BC 01 11 10
010
3.4.1 编码器
所谓编码就是赋予选定的一系列二进制代码以 固定的含义。
一、二进制编码器
二进制编码器的作用：将一系列信号状态编制成 二进制代码。
n个二进制代码（n位二进制数）有2n种 不同的组合，可以表示2n个信号。
（3-17）
例：用与非门组成三位二进制编码器。 ---八线-三线编码器 设八个输入端为I1I8，八种状态，
全加器SN74LS183的管脚图
14 Ucc 2an 2bn2cn-1 2cn
2sn
SN74LS183
1 1an 1bn 1cn-11cn 1sn GND
（3-39）
例：用一片SN74LS183构成两位串行进位全加器。
D2
C
D1
串行进位
sn
cn
全加器
an bn cn-1
sn
cn
全加器
an bn cn-1
1 0 1 1 1 AB
AC
F AB BC CA
（3-14）
4. 根据逻辑表达式画出逻辑图。 (1) 若用与或门实现
F AB BC CA
A
&
B
C
&
1 F
&
（3-15）
(2) 若用与非门实现