各种门电路
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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 UR
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。
一、 TTL 与非门的工作原理
1 ．电路结构
2 ．工作原理
①输入有低电平 0.3V ： K 点电位为 1V; V 1导通 V 2 ,V 5截止， V 3 V 4导通。
（ F 为 3.6V高电平。 )
②输入全为高电平 3V 则 K 点电位 3.7V 在三个 PN 结的钳制下 V K =2.1vV 1集 电结正偏发射结反偏。R 1处于倒置工作状态（ B 反）R 1 V 5 - 饱和M点电位 1V则 V 3
—— 微导通V 4 —— 截止（则 F=0.3V 低电平）
由①、②
图2.4.1CT74S系列与非门及其逻辑符号(a)电路图 (b)逻辑符号
1 ．采用抗饱和三极管
三极管饱和越深，其工作速度越慢。要提高电路的工作速度，就必须设法使三极管工作在
浅饱和状态，为此，需采用抗饱和三极管。
2 ．采用有源泄放电路
在 V5导通后， V6接着导通，分流了 V5的部分基极电流，使 V5 工作在浅饱和状态，
这也有利于缩短 V5由导通向截止转换的时间。
当 V2由导通转为截止后，由于 V6仍处于导通状态，为 V5基区存储电荷的泄放提供了 低阻通路，加速了 V5的截止，从而缩短了关闭时间。
三、电压传输特性和噪声容限
1 ．电压传输特性
2 ．关门电平、开门电平和阈值电压
（ 1 ）关门电平
在保证输出为标准高电平 U SH ( 常取 U SH＝ 3V ）时，允许输入低电平的最大值称为关
门电平 , 用U OFF表示。由上图可得 U OFF ≈1.0V 。显然，只有当输入 u I ＜ U OFF
时，与非门才关闭，输出高电平。
（ 2 ）开门电平
在保证输出为标准低电平 U SL（常取 U SL＝ 0.3V ）时，允许输入高电平的最小值称
为开门电平用U ON表示。由上图可得 U ON ≈1.2V 。显然，只有当 u I ＞ U ON时，与
非门才开通，输出低电平。 （ 3 ）阈值电压
工作在电压传输特性转折区中点对应的输入电压称为阈值电压，又称门槛电平。
3 ．噪声容限搞干扰能力
V NL（低电平噪声容限） = V OFF－ V IL
V NL（高电平噪声容限） = V IH－ V ON
四、输入负载特性
图２.４.２ TTL与非门的输入负载特性 (a)电路图 (b)输入负载特性
五、输出负载特性
输出电压 U 0随负载电流 i 0变化的特性曲线称为输出负载特性。
图2.4.3 TTL与非门的传输延迟时间
教学要求：
熟练掌握最简单的与、或、非门电路；
掌握 TTL 门电路、 CMOS 门电路特点和逻辑功能（输入输出关系）；
掌握 TTL 门电路、 CMOS 门电路的电气特性；
理解 TTL 门电路、 CMOS 门电路在应用上的区别。
了解特殊的门电路，如 OC 门，三态门， CMOS 传输门。 教学重点：
TTL 门电路的外部特性，逻辑功能、电气特性。
CMOS 门电路的外部特性，逻辑功能、电气特性。
2. 1 概述
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 UR
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。
一、 TTL 与非门的工作原理
1 ．电路结构
2 ．工作原理
①输入有低电平 0.3V ： K 点电位为 1V; V 1导通 V 2 ,V 5截止， V 3 V 4导通。
（ F 为 3.6V高电平。 )
②输入全为高电平 3V 则 K 点电位 3.7V 在三个 PN 结的钳制下 V K =2.1vV 1集 电结正偏发射结反偏。R 1处于倒置工作状态（ B 反）R 1 V 5 - 饱和M点电位 1V则 V 3
—— 微导通V 4 —— 截止（则 F=0.3V 低电平）
由①、②
图2.4.1CT74S系列与非门及其逻辑符号(a)电路图 (b)逻辑符号
1 ．采用抗饱和三极管
三极管饱和越深，其工作速度越慢。要提高电路的工作速度，就必须设法使三极管工作在
浅饱和状态，为此，需采用抗饱和三极管。
2 ．采用有源泄放电路
在 V5导通后， V6接着导通，分流了 V5的部分基极电流，使 V5 工作在浅饱和状态，
这也有利于缩短 V5由导通向截止转换的时间。
当 V2由导通转为截止后，由于 V6仍处于导通状态，为 V5基区存储电荷的泄放提供了
