门电路
合集下载
第3章_门电路-简洁版
VNH VOH (min) VIH (min) VNL VIL (max) VOL (max)
3.5.5其他类型的TTL门电路
一、其他逻辑功能的门电路 1. 与非门
A B由多发射极三极管实现 当A和B有一个为 0.2V时， VB1 0.9V , T5截止， T4 导通， VO VOH 1 当A和B同为高电平时， VB1 2.1V ,
输入电流计算： I IL：并联后与仅一个接地 时相同 I IH ：每个值相同，并联后 加倍
T4 截止， T2和T5导通， VO VOL 0
2. 或非门
3.与或非门
两个完全一样的输入电 路 因为 T2和T2 的输出并联 所以 A、B任何一个为1均使 T5导通， T4 截止 VO VOL 只有 A、B同为0，才有 T5截止， T4 导通 VO VOH 输入电流计算时， I IH 和I IL均加倍
一、MOS管的结构 金属层
半导体层
PN结
S (Source)：源极 G (Gate)：栅极 D (Drain)：漏极 B (Substrate):衬底
二、MOS管的基本开关电路
因为 ROFF 109 , RON 1K 只要 RON RD ROFF , 则：
当VI VIL VGS ( th) T截止 VO VOH VDD 当VI VIH VGS ( th) T导通 VO VOL 0 所以 MOS管D S间相当于一个受 VI 控制的开关。
第三章 门电路
3—1. 概 述
逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电 路。简称门电路。 基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、 与非门、或非门、与或非门和异或门等。 逻辑0和1： 电子电路中用高、低电平来表示。 获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件 的导通、截止（即开、关）两种工作状态。
(数字电子技术基础)第2章. 门电路
（2-13）
• 小规模集成电路(SSI-Small Scale 小规模集成电路(SSI(SSI Integration)， 每片组件内包含10~100 10~100个元件 Integration)， 每片组件内包含10~100个元件 10~20个等效门 个等效门) (或10~20个等效门)。 • 中规模集成电路(MSI-Medium Scale 中规模集成电路(MSI (MSIIntegration)，每片组件内含100~1000 100~1000个元件 Integration)，每片组件内含100~1000个元件 20~100个等效门 个等效门) (或20~100个等效门)。 • 大规模集成电路(LSI-Large Scale 大规模集成电路(LSI (LSIIntegration)， 每片组件内含1000~100 000个 Integration)， 每片组件内含1000~100 000个 元件( 100~1000个等效门 个等效门) 元件(或100~1000个等效门)。 • 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale 超大规模集成电路(VLSI (VLSIIntegration)， 每片组件内含100 000个元件 Integration)， 每片组件内含100 000个元件 1000个以上等效门 个以上等效门) (或1000个以上等效门)。
•
+5V
R1
T1
T5 R3
•
（2-30）
前级
后级
灌电流的计算
饱和
I OL
5 − T5压降 − T1的be结压降 = R1
5 − 0.3 − 0.7 ≈ 1.4mA = 3
（2-31）
关于电流的技术参数
名称及符号 输入低电平电流 IiL 输入高电平电流 IiH IOL 及其极限 IOL（max） IOH 及其极限 IOH (max) 含义 输入为低电平时流入输 入端的电流-1 入端的电流 .4mA。 。 输入为高电平时流入输 入端的电流几十 几十μ 。 入端的电流几十μA。 当 IOL> IOL(max)时，输出 不再是低电平。 不再是低电平。 当 IOH >IOH(max)时， 输出 不再是高电平。 不再是高电平。
• 小规模集成电路(SSI-Small Scale 小规模集成电路(SSI(SSI Integration)， 每片组件内包含10~100 10~100个元件 Integration)， 每片组件内包含10~100个元件 10~20个等效门 个等效门) (或10~20个等效门)。 • 中规模集成电路(MSI-Medium Scale 中规模集成电路(MSI (MSIIntegration)，每片组件内含100~1000 100~1000个元件 Integration)，每片组件内含100~1000个元件 20~100个等效门 个等效门) (或20~100个等效门)。 • 大规模集成电路(LSI-Large Scale 大规模集成电路(LSI (LSIIntegration)， 每片组件内含1000~100 000个 Integration)， 每片组件内含1000~100 000个 元件( 100~1000个等效门 个等效门) 元件(或100~1000个等效门)。 • 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale 超大规模集成电路(VLSI (VLSIIntegration)， 每片组件内含100 000个元件 Integration)， 每片组件内含100 000个元件 1000个以上等效门 个以上等效门) (或1000个以上等效门)。
•
+5V
R1
T1
T5 R3
•
（2-30）
前级
后级
灌电流的计算
饱和
I OL
5 − T5压降 − T1的be结压降 = R1
5 − 0.3 − 0.7 ≈ 1.4mA = 3
（2-31）
关于电流的技术参数
名称及符号 输入低电平电流 IiL 输入高电平电流 IiH IOL 及其极限 IOL（max） IOH 及其极限 IOH (max) 含义 输入为低电平时流入输 入端的电流-1 入端的电流 .4mA。 。 输入为高电平时流入输 入端的电流几十 几十μ 。 入端的电流几十μA。 当 IOL> IOL(max)时，输出 不再是低电平。 不再是低电平。 当 IOH >IOH(max)时， 输出 不再是高电平。 不再是高电平。
门电路实验报告心得(3篇)
第1篇一、前言在数字电路的学习过程中，门电路作为基础组成部分，扮演着至关重要的角色。
为了加深对门电路的理解，我们进行了一系列的实验。
通过这些实验，我对门电路的工作原理、逻辑功能以及实际应用有了更为深刻的认识。
以下是我对这次门电路实验的心得体会。
二、实验目的与内容1. 实验目的（1）掌握门电路的基本原理和逻辑功能；（2）了解门电路在实际电路中的应用；（3）学会使用数字电路实验设备进行实验操作；（4）提高分析问题、解决问题的能力。
2. 实验内容（1）验证与非门、或非门、异或门等基本门电路的逻辑功能；（2）搭建半加器、全加器等组合逻辑电路；（3）了解TTL集成电路的特点和使用方法；（4）掌握数字电路实验设备的操作方法。
三、实验过程与心得1. 实验过程（1）按照实验指导书的要求，连接好实验电路；（2）根据输入端的高低电平，观察输出端的状态，记录实验数据；（3）分析实验数据，验证门电路的逻辑功能；（4）搭建组合逻辑电路，观察电路的输出状态，验证电路的功能；（5）学习TTL集成电路的特点和使用方法，掌握数字电路实验设备的操作方法。
2. 心得体会（1）基本门电路的逻辑功能通过实验，我深刻理解了与非门、或非门、异或门等基本门电路的逻辑功能。
这些基本门电路是构成复杂数字电路的基础，掌握它们对于学习数字电路至关重要。
（2）组合逻辑电路的搭建在搭建组合逻辑电路的过程中，我学会了如何根据电路功能要求，选用合适的门电路进行组合。
同时，通过实验，我对半加器、全加器等组合逻辑电路的工作原理有了更深入的了解。
（3）TTL集成电路的特点和使用方法TTL集成电路具有工作速度快、输出幅度大、种类多、不易损坏等特点。
通过实验，我掌握了TTL集成电路的使用方法，为以后在实际电路中的应用奠定了基础。
（4）数字电路实验设备的操作方法在实验过程中，我学会了如何使用数字电路实验设备进行实验操作。
这对我今后在实验室进行实验研究具有重要意义。
四、实验总结通过这次门电路实验，我对门电路有了更为全面的认识。
门电路PPT
都加高电平3V时，两个二极管同时导通，使得输出Y为 3.7V，为高电平。
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
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。
门电路
EXIT
门电路
EXIT
门电路
a）RI很小时，ＲＩ两端的电 压很小，此时相当于输入端
输入低电平。则T2管截止。
U RI
RI (VCC U BE ) RI R1
RI (VCC U BE ) R1
RI增大， RI两端的电压增大。
使vi=0.7V时的RI称为关门电阻， 记为ROFF。
EXIT
门电路
低电平 1
正逻辑体制
负逻辑体制
EXIT
门电路
2.2二极管和三极管的开关特性
主要要求：
理解二极管、三极管的开关特性。 掌握二极管、三极管开关工作的条件。
EXIT
门电路
2.2.1 半导体二极管的开关特性
ui/V uo/V
逻辑电平
0 0.7 0.3 1
3 3.7 55
真值表 ui uo
00 11
二极管开关电路
t
EXIT
门电路
三、抗饱和三极管简介
C
C
SBD
B
B
E
E
抗饱和三极管的开关速度高
① 没有电荷存储效应 ② S在BD普的通导三通极电管压的只基有极0和.4 V集而电非极之0.7间V并， 接一因个此肖特UB基C =势0垒.4二V 极时管，(S简BD称便S导BD通)，。使
UBC 钳在 0.4 V 上，降低了饱和深度。
EXIT
2.2.2半导体三极管的开关特性门电路
一、三极管的开关作用及其条件
iC 临界饱和线 放大区
uI=UIL
+ uBE
三怎极样管控为制什它么饱和I的能C(sMa开用t) T和作关开S ？关？Q
-
区
O UCE(sat)
门电路
EXIT
门电路
a）RI很小时，ＲＩ两端的电 压很小，此时相当于输入端
输入低电平。则T2管截止。
U RI
RI (VCC U BE ) RI R1
RI (VCC U BE ) R1
RI增大， RI两端的电压增大。
使vi=0.7V时的RI称为关门电阻， 记为ROFF。
EXIT
门电路
低电平 1
正逻辑体制
负逻辑体制
EXIT
门电路
2.2二极管和三极管的开关特性
主要要求：
理解二极管、三极管的开关特性。 掌握二极管、三极管开关工作的条件。
EXIT
门电路
2.2.1 半导体二极管的开关特性
ui/V uo/V
逻辑电平
0 0.7 0.3 1
3 3.7 55
真值表 ui uo
00 11
二极管开关电路
t
EXIT
门电路
三、抗饱和三极管简介
C
C
SBD
B
B
E
E
抗饱和三极管的开关速度高
① 没有电荷存储效应 ② S在BD普的通导三通极电管压的只基有极0和.4 V集而电非极之0.7间V并， 接一因个此肖特UB基C =势0垒.4二V 极时管，(S简BD称便S导BD通)，。使
UBC 钳在 0.4 V 上，降低了饱和深度。
EXIT
2.2.2半导体三极管的开关特性门电路
一、三极管的开关作用及其条件
iC 临界饱和线 放大区
uI=UIL
+ uBE
三怎极样管控为制什它么饱和I的能C(sMa开用t) T和作关开S ？关？Q
-
区
O UCE(sat)
基本门电路知识点总结
基本门电路知识点总结门电路是数字电路中的基本组成单元，用于实现逻辑运算。
门电路的种类包括与门、或门、非门、异或门等，它们可以组合在一起构成更复杂的逻辑功能。
在数字电路中，门电路是构建计算机和其他数字系统的基础。
因此，掌握门电路的原理和使用方法对于理解数字电路的工作原理非常重要。
本文将对门电路的基本知识点进行总结，包括门电路的种类、逻辑代数、真值表、卡诺图等内容，并且介绍了门电路的应用领域以及未来发展方向。
1. 门电路的种类门电路是用于进行逻辑运算的电路，它利用输入信号来产生输出信号，实现逻辑功能。
常见的门电路包括与门、或门、非门、异或门等。
其中，与门实现逻辑与运算，只有当所有输入都为高电平时输出才为高电平；或门实现逻辑或运算，只要有一个输入为高电平输出就为高电平；非门实现逻辑非运算，对输入进行取反操作；异或门实现逻辑异或运算，只有当输入的两个信号不相同时输出为高电平。
除了这些基本的门电路外，还有其他的门电路，如与非门、或非门、同或门等，它们可以组合在一起实现更复杂的逻辑功能。
2. 逻辑代数逻辑代数是研究逻辑运算的代数理论，它在门电路的设计和分析中扮演着重要的角色。
逻辑代数中的基本运算包括逻辑与、逻辑或、逻辑非等，它们分别对应着与门、或门、非门的逻辑功能。
逻辑代数还有一些常见的定理，如分配律、结合律、德摩根定律等，这些定理可以帮助简化逻辑表达式。
通过逻辑代数的方法，可以将逻辑电路的设计和分析转化为代数运算，从而方便人们理解和应用门电路。
3. 真值表真值表是用于描述逻辑电路的输入和输出之间的关系的表格。
真值表列出了所有可能的输入组合以及对应的输出，通过真值表可以直观地了解逻辑电路的工作原理。
例如，对于一个与门电路，真值表列出了两个输入的所有可能组合以及对应的输出，通过真值表可以看出只有当两个输入都为高电平时输出才为高电平。
真值表是逻辑电路设计和分析的重要工具，它可以帮助人们快速地理解逻辑电路的功能。
门电路
一、典型 TTL 与非门电路（CT54/74S系列为例）
输入级主要由多发射极管 V1 输出级 和基 VCC 中间级起倒相放大作 除V 外，采 由 V4 V 极电阻 R1 组成，用以实现输入变量 A 、 +5V R4 3、 4、 用， V2 集电极 C2抗 和发射极 R2 R1 50 用 了 饱和三极 R B900 、C 的与运算。 4、R5和V5 2.8 k E2 同时输出两个逻辑电平 管 ，组成。其中 用以提高门 C VD1 ~ VD3 B1 V3为输入钳位二极管，用以 2 相反的信号，分别驱动 V 3 。 电 路 工 作 速 度 V V3 和 V4 构 抑制输入端出现的负极性干扰。正常信 4 和 V 。 R5 5 V2 V4 不会工作于饱 V1 成复合管， 号输入时， V ~ V 不工作，当输入的 3.5 k C1 Y 和V D1 D3 R 、 R B C 6 构成有 E 和 状 态 此用 2 与， V5 因 构成推 负极性干扰电压大于二极管导通电压时， V 源泄放电路，用以减小 V5 5 RC 普通三极管。 RB 二极管导通，输入端负电压被钳在 拉式输出结 -0.7 逻辑符号 250 管开关时间，从而提高门 500 VD1 VD2 VD3 构，提高了 V上，这不但抑制了输入端的负极性干 V6 电路工作速度。 扰，对 V1 还有保护作用。 负载能力。 输入级 中间倒相级 输出级 STTL系列与非门电路 EXIT
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
高电平信号是多大的信号？低 由门电路种类等决定 电平信号又是多大的信号？ 低电平 0 低电平 1
正逻辑体制
负逻辑体制
EXIT
三、可编程逻辑器件
输入级主要由多发射极管 V1 输出级 和基 VCC 中间级起倒相放大作 除V 外，采 由 V4 V 极电阻 R1 组成，用以实现输入变量 A 、 +5V R4 3、 4、 用， V2 集电极 C2抗 和发射极 R2 R1 50 用 了 饱和三极 R B900 、C 的与运算。 4、R5和V5 2.8 k E2 同时输出两个逻辑电平 管 ，组成。其中 用以提高门 C VD1 ~ VD3 B1 V3为输入钳位二极管，用以 2 相反的信号，分别驱动 V 3 。 电 路 工 作 速 度 V V3 和 V4 构 抑制输入端出现的负极性干扰。正常信 4 和 V 。 R5 5 V2 V4 不会工作于饱 V1 成复合管， 号输入时， V ~ V 不工作，当输入的 3.5 k C1 Y 和V D1 D3 R 、 R B C 6 构成有 E 和 状 态 此用 2 与， V5 因 构成推 负极性干扰电压大于二极管导通电压时， V 源泄放电路，用以减小 V5 5 RC 普通三极管。 RB 二极管导通，输入端负电压被钳在 拉式输出结 -0.7 逻辑符号 250 管开关时间，从而提高门 500 VD1 VD2 VD3 构，提高了 V上，这不但抑制了输入端的负极性干 V6 电路工作速度。 扰，对 V1 还有保护作用。 负载能力。 输入级 中间倒相级 输出级 STTL系列与非门电路 EXIT
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
高电平信号是多大的信号？低 由门电路种类等决定 电平信号又是多大的信号？ 低电平 0 低电平 1
正逻辑体制
负逻辑体制
EXIT
三、可编程逻辑器件
第2章门电路
压范围。 例：上面二极管与门电路中规定高电平为≥3V，
低电平≤0.7V。 又如，TTL电路中，通常规定高电平的额定值为
3V，但从2V到5V都算高电平；低电平的额定值为0.3V， 但从0V到0.8V都算作低电平。
2. 逻辑状态赋值 在数字电路中，用逻辑0和逻辑1分别表示输入、
输出高电平和低电平的过程称为逻辑赋值。 经过逻辑赋值之后可以得到逻辑电路的真值表，
3.6V
(3) 采用推拉式输出级利于提高开关速度和负载能力
VT3组成射极输出器，优点是既能提高开关速度， 又能提高负载能力。
当输入高电平时，VT4饱和， uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集电 极电流可以全部用来驱动负载。
当输入低电平时，VT4截止，VT3导通(为射极输 出器)，其输出电阻很小，带负载能力很强。
(5) 阈值电压UTH 电压传输特性曲线转折区中点所对应的uI值称为阈 值电压UTH（又称门槛电平）。通常UTH≈1.4V。
(6) 噪声容限（ UNL和UNH ） 噪声容限也称抗干扰能力，它反映门电路在多大 的干扰电压下仍能正常工作。 UNL和UNH越大，电路的抗干扰能力越强。
UIL UNL UOFF UON UNH UIH
2、 动态特性：开通时间 ton = 0 关断时间 toff = 0
客观世界中，没有理想开关。 乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分 接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电 路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。 半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用 时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。
逻辑变量←→两状态开关： 在逻辑代数中逻辑变量有两种取值：0和1； 电子开关有两种状态：闭合、断开。
低电平≤0.7V。 又如，TTL电路中，通常规定高电平的额定值为
3V，但从2V到5V都算高电平；低电平的额定值为0.3V， 但从0V到0.8V都算作低电平。
2. 逻辑状态赋值 在数字电路中，用逻辑0和逻辑1分别表示输入、
输出高电平和低电平的过程称为逻辑赋值。 经过逻辑赋值之后可以得到逻辑电路的真值表，
3.6V
(3) 采用推拉式输出级利于提高开关速度和负载能力
VT3组成射极输出器，优点是既能提高开关速度， 又能提高负载能力。
当输入高电平时，VT4饱和， uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集电 极电流可以全部用来驱动负载。
当输入低电平时，VT4截止，VT3导通(为射极输 出器)，其输出电阻很小，带负载能力很强。
(5) 阈值电压UTH 电压传输特性曲线转折区中点所对应的uI值称为阈 值电压UTH（又称门槛电平）。通常UTH≈1.4V。
(6) 噪声容限（ UNL和UNH ） 噪声容限也称抗干扰能力，它反映门电路在多大 的干扰电压下仍能正常工作。 UNL和UNH越大，电路的抗干扰能力越强。
UIL UNL UOFF UON UNH UIH
2、 动态特性：开通时间 ton = 0 关断时间 toff = 0
客观世界中，没有理想开关。 乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分 接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电 路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。 半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用 时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。
逻辑变量←→两状态开关： 在逻辑代数中逻辑变量有两种取值：0和1； 电子开关有两种状态：闭合、断开。
《基本门电路》课件
04
基本门电路的实例分析
与门的实例分析
总结词
实现逻辑与运算
详细描述
与门是一种基本的逻辑门电路，它实现逻辑与运算。当 输入信号同时为高电平时，输出信号为高电平；当输入 信号中至少有一个为低电平时，输出信号为低电平。
或门的实例分析
总结词
实现逻辑或运算
详细描述
或门是一种基本的逻辑门电路，它实现逻辑或运算。当输入信号中至少有一个为高电平时，输出信号为高电平； 当输入信号同时为低电平时，输出信号为低电平。
总结词
与非门是一种逻辑门电路，其输出信号在任一输入信号为高电平时为低电平，在所有输 入信号都为低电平时为高电平。
详细描述
与非门的符号通常是一个方框，其中有两个输入端和一个输出端。当两个输入端中至少 有一个输入高电平时，输出端输出低电平；当两个输入端都输入低电平时，输出端输出
高电平。与非门具有与非逻辑功能，可以实现信号的逻辑组合、控制和互锁等功能。
门电路的分类
总结词：分类标准
详细描述：根据其功能和结构，门电路可以分为多种类型，如与门、或门、非门 等。这些不同类型的门电路具有不同的输入和输出逻辑关系。
门电路的应用
总结词：实际应用
详细描述：门电路在计算机、通信、控制等领域有广泛的应用。例如，计算机的CPU内部就大量使用了门电路来实现各种逻 辑运算和数据处理功能。
或非门的符号与特性
总结词
或非门是一种逻辑门电路，其输出信号仅在所有输入信 号都为低电平时才为低电平。
详细描述
或非门的符号通常是一个方框，其中有两个输入端和一 个输出端。当两个输入端中至少有一个输入低电平时， 输出端输出低电平；当两个输入端都输入高电平时，输 出端输出高电平。或非门具有或非逻辑功能，可以实现 信号的逻辑组合、控制和互锁等功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
VCC RC
+
RB
iC iB
+
vO
vI
单极型三极管的开关特性
单极型三极管工作时参与导电的载流子只有一种，常见 为金属—氧化物—半导体场效应管（Metal—Oxide— Semiconductor Field—Effect），简称MOS管。图中给出 N沟道MOS管的电路符号。三个电极为栅极G，漏极D和源极 S，分别对应双极型三极管的基极B，集电极C和发射极E。工 作时衬底接源极。
i
+
i v _
0
v
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
（2）反向截止区： 二极管加反向电压，反向电流很小，称二极管反向截止。 若忽略掉反向电流，则此时的二极管相当一个断开的开关。 数字电路中的二极管，经常工作 在正向导通和反向截止两个状态 。分 析时认为，正向电压大于导通电压时 ，二极管导通，导通电压为VON。外加 电压小于导通电压时，二极管反向截 止时，反向电流为0。二极管的伏安特 性等效如图示。
D G
D G
S
S
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
MOS管可工作在截止区，可 变电阻区和恒流区，分别对应三 极管的截止区，饱和区和放大区。 数字电路中的MOS管，经常工作 在可变电阻区和截止区。
D G
S
NMOS管当栅源电压大于某数值称为导通电压V（th）N 时，漏源间导电沟道形成，此时加上VDS即可有漏极电流， 称NMOS导通，此时的导通电阻比较小。当栅源电压增大， 导通电阻变小，漏极电流变大。当栅极电压小于导通压降V （th）N 时，漏源间未形成导电沟道，此时加上VDS，也不会 有漏极电流，NMOS管截止。
vO voL Von
输出为低电平。
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
_
+
vI _
+
vO
双极型三极管的开关特性
双极型三极管有NPN和PNP两种，电路符号如图 示。由于工作时参与导电的载流子有两种，故称这类 三极管为双极型三极管。其三个电极分别称为基极B、 集电极C 和发射极E。
C B E
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
D G S
PMOS管当源栅电压大于某数值称为导通电压V（th）P 时，漏源间导电沟道形成，此时加上VDS即可有漏极电流， 称PMOS导通，此时的导通电阻比较小。当源栅电压增大， 则导通电阻变小，漏极电流变大。当源栅电压小于导通压 降Vth时，漏源间未形成导电沟道，此时加上VDS，也不会 有漏极电流，PMOS管截止。
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
+
测量特性曲线电路图
VON
vBE
测输入特性曲线时，保持集电极电流iC为某数值
iC /mA
6 5 饱和区 4 3 2 1 0 50μA 40μA 大 30μA 20μA 区 10μA iB =0 vCE /V 5 10 15
截止区 放
+
iB vBE
_
C B E
iC vCE
VCC R D1 A B D2 Y
A B
Y
0 0
0 1 1 0 1 1
0
0 0 1
A、B中有一个或二个均低电平时，则相应有一个或 二个二极管导通，输出Y为低电平；当A、B全为高电平 时，两个二极管均处于截止状态，Y输出为高电平。 同 数字逻辑电路电子教案 样规则可构成三输入与门电路。 西北大学信息学院
B E C
NPN
PNP
三极管的伏安特性曲线以NPN型为例，其测量电路如下图。
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
三极管的输入特性曲线。
iB
+
iB vBE
_
C B E
iC vCE
_
0
不变，改变VBE的值，测量IB和VBE的关系，画出曲线。 再改变iC为另一数值不变，再测IB和VBE的关系，画出 一条特性曲线。从而画出一簇输入特性曲线。
第二章 逻辑门电路
逻辑门电路用以实现基本的逻辑运算和复合逻辑运 算，常见的逻辑门电中有TTL电路，CMOS电路等，组成 门电路的基本元件有二极管、三极管。 （1）二极管、三极管的开关特性 （2）TTL、CMOS门电路的工作原理和逻辑功能 （3）门电路的输入输出特性，外特性及应用
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
西北大学信息学院
非门电路和真值表
VCC RC RB A RE Y
当输入信号为低电平
时，三极管截止，Y输出 为高电平；当输入信号为 高电平时，三极管饱和导 通，Y输出为低电平。
-VEE
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
VCC VCC RC R D1 A B Y A RE RB Y
-VEE
将二极管与门和非门连接起来就构成与非门
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
TTL反相器 1.电路
VCC R1 4 kΩ vB1 A (vI) D1 T1 vE2 R3 1 kΩ 输入级 中间级 输出级 R2 1.6 kΩ vC2 T2 R4 130Ω T4 D2 T5 Y (vO)
T1、R1、D1组成输入级，T2、R2、R3组成中间级，T4、D2、 T5、R4组成输出级。A为输入，Y为输出。输出与输入之
三极管开关电路如图示：只要电路的参数配合得当，就可
以做到输入 vI 为低电平为0时 iB 0 ，三极管工作在截止状态， 集电极电流 近似为0，C 和E 端相当开关断开，输出 iC vO 为高电平；
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
_
_
VCC 5V 当 vI 为高电平等于VCC 时， 三极管极间电压满 足 VB VE ， VB V，三极管工 C 作在饱和导通状态，若忽略饱 和压降时，C 和E 端相当开关 闭合。输出 vO为低电平。
_
的值，测量iC和VCE的关系，再改变基极电流iB值，并保 持不变，再测量iC和VCE的关系。从而画出一簇输出特性 曲线。三极管的工作状态通常分为三种。
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
+
测量特性曲线电路图
三极管的输出特性曲线
测输出特性曲线时，保持基极电流iB不变，改变VCE
（1）放大区：
若电路中的三极管三个电极电压满足 VC VB VE 时， 三极管工作在放大状态，此时的三极管具有电流放大作用， 集电极电流 是基极电流 的 倍，与 v几乎没有 iB CE iC 关系。 值为几十到几百。通常根据实际应用，工作在放 大区的三极管满足 ， VC ，经常用于需 VB VB VE 0.7V 要放大信号的场合。模拟电路中的三极管大多工作在放大 状态。放大区位于特性曲线的中间地区。
半导体二极管的开关特性
根据半导体物理理论，普通二极管的伏安特性方 程近似描述为：
v
i I S (e
VT
1)
+
i
v _
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
i ：流过二极管的电流，
v ：加在二极管两端的电压，
VT ：跟温度有关的常数，室温（T＝300K）时等于26mV
I S : 二极管的反向饱和电流，和二极管的材料、工艺、
i
0
Von
导通电压硅管为 Von 0.7V，锗为0.2V。
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
二极管开关电路如图。假定输入信号 vIH VCC
则 vI VIH VCC 时，二极管Ｄ截止，
vIL 0
vO voH VCC
输出为高电平
VCC
vI vIL 0 时，Ｄ导通
R D
RD
Roff
当输入电平 vI 为高电平 时，MOS管工作在导通状态，
RD Ron 只要 ，则认为输出 vO v，这时 为低电平 OL 0 MOS管的D—S间相当一个闭 合的开关。
+
vI _
+
iD
S
vO
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院 Nhomakorabea_
分立无件门电路DTL
分立元件门电路是所有集成逻辑门电路发展的基础。 分立元件门电路包括二极管门电路（DTL）和三极管门电 路（TTL）两大类。 与门电路和真值表
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
（2）饱和导通区： 三极管的三个电极电压满 VB VE ，VB VC ，一般实际应 用时 VB VE 0.7V ， VB VC ，三极管工作在饱和状态，靠近 特性曲线Y轴的地区。 此时集电极和发射极间电压为饱 V 和压降很小， CES 约为0.3V以下。若忽略饱和压降时，其 C 和E 端相当于一个闭合开关。
几何尺寸有关，不同型号的二极管其值不同。 画出 i 和
v
的关系曲线，即为二极管的伏安特性曲线
伏安特性曲线表明二极管的工作状态分为二个区： （1）正向导通区。 二极管加正向电压，正向 电流大。当正向电压大于某一 个数值VON后，正向电流很大， 称二极管正向导通，导通后硅 管正向电压基本上保持在 0.6~0.8V之间，近似为0.7V， 称为导通电压为VON。此时导 通后的二极管近似开关闭合， 两端电压保持VON。
或门电路和真值表
D1 A B D2 R
1 1 1 A B Y 0 1 1
Y
0 0 0 1 1 0
由图可见，两个二极管的负端经电阻R接负电源或地， 所以只要A、B中有一个是高电平，就相应地使其对应的 二极管导通，Y输出高电平；当A、B全为低电平时，两个 二极管均处于截止状态，Y输出为低电平。同样规则可构 成三输入或门电路。 数字逻辑电路电子教案
间的关系是反相关系，即 Y A
数字逻辑电路电子教案 西北大学信息学院
设电源电压VCC＝5V，
VCC R1 4 kΩ vB1 A (vI) D1 T1 vE2 R3 1 kΩ R2 1.6 kΩ vC2 T2 R4 130Ω T4 D2 T5 Y (vO)