1门电路的概念
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第二章 门电路
第二章门电路（一）授课时间：第一次（二）教学目的：理解门电路基本概念；掌握半导体器件的开关特性；（三）教学重点与难点：半导体器件的开关特性（四）教学内容与过程：2.1 概述一、门电路：实现基本和常用逻辑运算的电子电路。
二、逻辑变量与两种状态的开关：变量：0 1开关：二极管三极管、场效应管三、高低电平与正负逻辑：1、高电平：2.4 ——5V低电平：0—0.8V2、正逻辑：高电平1 低电平0负逻辑：高电平0 低电平1四、分立元件门电路与集成门电路2.2 半导体器件的开关特性理想开关特性：动态：开通关断瞬间完成，时间为0静态：断开：电流为0 ，电阻为无穷大闭合：电压为0 ，电阻为0一、二极管的开关特性：1、符号、伏安特性：2、开关特性：（1）静态特性：a、导通条件和特点：发射结压降大于0.5V；相当于开关闭合b 、截止条件和特点：发射结压降小于0.5V ；相当于开关断开 （2）动态特性：t off t on 为不为0（用曲线解释） 原因：载流子的存储 二、三极管的开关特性： 1、符号、伏安特性： 2、开关特性：CCESCC BS R U V I β-=BS B I i 〉 饱和BS B I i 〈〈0 放大 三种状态的特点见表格p400=B i 截止（1）静态特性：a 、饱和导通条件和特点：BS B I i 〉；相当于开关闭合b 、截止条件和特点：0=B i ；相当于开关断开 （2）动态特性：开通时间：由截止到饱和导通所需的时间叫做开通时间 关闭时间：由饱和导通到截止所需的时间叫做关闭时间例1：在如图所示电路中，试分别分析当V V V u i 3,1,3.0=时的输出电压0u ，并判断三极管的工作状态。
电路图（略）解：（1）截止 V R i V u C C CC 50=-=（2）放大： V R i V u C C CC 5.315.150=⨯-=-= （3）饱和导通：V U u CES 3.00== 三、场效应管的开关特性：1、 符号、伏安特性：类似三极管的特性曲线： 基极——栅极；发射极——源极；漏极——集电极2、 开关特性：截止：T GS U u 〈；0=D i ，MOS 如同断开了的开关导通：T GS U u 〉；MOS 如同一个具有一定电阻的闭合了的开关对比：由于内部电路结构的原因及外部电路结构的需要，MOS 的开关速度比三极管低。
12.04分立元件组成的基本门电路
4、三极管“非门”电路 三极管“非门”
(1)、电路和符号 R1 A R2 -VBB (2)、工作原理 (3)、 (3)、表达式和真值表 +VCC RC F A 1 F
真值表： 真值表：
F=A
A 0 1
F 1 0
5、“与非” 与非” 门
实际上，可以将二极管“ 实际上，可以将二极管“与”门和三极管“非”门 门和三极管“ 组合在一起而构成“与非” 组合在一起而构成“与非”门。 +12V +VCC DA A B C DB DC
A B C
≥1
F
2、工作原理
真值表： 真值表：
有高出高， 有高出高， 全低出低
A B C DA
-12V R F
ABC 000 001 010 011 100 101 110 111
F 0 1 1 1 1 1 1 1
DB DC
3、表达式和真值表
F=A+B+C
二：晶体管的开关作用
晶体管不仅具有放大作用， 晶体管不仅具有放大作用，而且还具有开关 作用。在数字电路中就是利用晶体管的开关作用。 作用。在数字电路中就是利用晶体管的开关作用。 如前所述，我们可以根据 如前所述，我们可以根据UCC和RC作出直流 负载线， 负载线，负载线与晶体管输出特性曲线的交点就 是静态工作点，工作点的位置由偏流I 确定。 是静态工作点，工作点的位置由偏流 B确定。由 于工作点的位置不同，晶体管有三种工作状态。 于工作点的位置不同，晶体管有三种工作状态。 一、放大状态 1、发射结正偏，集电结反偏 发射结正偏， UCE=UCC-RCIC成立 2、IC=βIB成立
数字电路在数字计算机数字控制数据采集和处理数数字电路在数字计算机数字控制数据采集和处理数字通讯等领域获得广泛应用
门电路及组合逻辑电路电子教案
门电路及组合逻辑电路电子教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路概述数字电路的定义数字电路的特点数字电路的应用领域1.2 数字电路的基本概念逻辑值和逻辑运算逻辑门和逻辑函数逻辑函数的表示方法1.3 数字电路的分类组合逻辑电路时序逻辑电路混合逻辑电路第二章：门电路2.1 基本门电路与门（AND gate）或门（OR gate）非门（NOT gate）2.2 复合门电路与非门（AND-NOR gate）或非门（OR-NAND gate）与或门（AND-OR gate）或与门（OR-AND gate）2.3 门电路的应用逻辑门电路的设计方法门电路在数字系统中的应用实例第三章：组合逻辑电路3.1 组合逻辑电路概述组合逻辑电路的定义组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的应用领域3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的设计方法3.3 常见的组合逻辑电路加法器（Adder）减法器（Subtractor）多路选择器（Multiplexer）编码器（Enr）译码器（Der）第四章：逻辑函数和逻辑门的关系4.1 逻辑函数的定义和表示方法逻辑函数的定义逻辑函数的表示方法4.2 逻辑函数的性质和运算规则逻辑函数的性质逻辑函数的运算规则4.3 逻辑函数的化简方法逻辑函数化简的意义常用的逻辑函数化简方法第五章：组合逻辑电路的设计实例5.1 组合逻辑电路设计实例一：4位加法器设计要求电路原理图逻辑表达式5.2 组合逻辑电路设计实例二：2位乘法器设计要求电路原理图逻辑表达式5.3 组合逻辑电路设计实例三：数字信号处理器设计要求电路原理图逻辑表达式第六章：时序逻辑电路6.1 时序逻辑电路概述时序逻辑电路的定义时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的应用领域6.2 触发器（Flip-Flop）基本触发器类型触发器的真值表和时序图触发器的功能描述6.3 计数器（Counter）计数器的定义和分类同步计数器和异步计数器计数器的应用实例第七章：数字电路仿真软件的使用7.1 数字电路仿真软件概述数字电路仿真软件的定义数字电路仿真软件的作用常见数字电路仿真软件介绍7.2 Proteus软件的使用Proteus软件的安装与启动Proteus软件的基本操作Proteus软件在数字电路设计中的应用实例7.3 Multisim软件的使用Multisim软件的安装与启动Multisim软件的基本操作Multisim软件在数字电路设计中的应用实例第八章：数字电路的测试与维护8.1 数字电路测试的目的和意义数字电路测试的定义数字电路测试的目的和意义数字电路测试的分类8.2 数字电路测试方法静态测试方法动态测试方法测试序列的设计方法8.3 数字电路的维护数字电路维护的基本原则数字电路维护的方法和技巧数字电路维护中常见问题及解决方法第九章：数字电路在实际应用中的案例分析9.1 数字电路在通信系统中的应用通信系统的基本原理数字电路在通信系统中的应用实例9.2 数字电路在计算机系统中的应用计算机系统的基本组成数字电路在计算机系统中的应用实例9.3 数字电路在工业控制系统中的应用工业控制系统的基本原理数字电路在工业控制系统中的应用实例第十章：课程总结与拓展学习10.1 课程总结门电路及组合逻辑电路的基本概念数字电路的设计方法与步骤数字电路在实际应用中的案例分析10.2 拓展学习建议数字电路领域的最新研究动态推荐的学习资料和参考书籍实践项目与课程设计的建议重点和难点解析重点环节1：逻辑值和逻辑运算逻辑值是数字电路中的基础，包括逻辑0和逻辑1。
高中物理中的简单逻辑电路
060.徐州市 徐州市07—08学年度第三次质量检测 2 徐州市 学年度第三次质量检测
2．在集成电路中 ， 经常用若干基本门电路组成复 ． 在集成电路中， 合门电路．如图所示， 合门电路．如图所示，为两个基本门电路组合的逻 辑电路，根据真值表， 辑电路，根据真值表，判断 A B Z 虚线框内门电路类型及真值 0 0 1 表内x的值 表内 的值 ( B ) 0 1 0 A．“或门”，1 ． 或门” 1 0 0 B．“或门”，0 ． 或门” C．“与门”，1 ． 与门” D．“与门”，0 ． 与门” A B 1 1 x 1 Z
Y=A
0=1
1=0
Y
三、复合门电路—1、与非门 复合门电路 、 将与门、或门、非门组合起来,可以构成多种复合门电路 将与门、或门、非门组合起来 可以构成多种复合门电路 由与门和非门构成与非门。 由与门和非门构成与非门。 (a) 与非门的构成 A B & 1 Y A 0 0 1 1
真值表
B 0 1 0 1
3、“非”逻辑和非门电路 、
决定某事件的条件只有一个,当条件出现时事件不发生 决定某事件的条件只有一个 当条件出现时事件不发生, 当条件出现时事件不发生 而条件不出现时,事件发生 这种因果关系叫做非逻辑. 事件发生,这种因果关系叫做非逻辑 而条件不出现时 事件发生 这种因果关系叫做非逻辑 实现非逻辑关系的电路称为非门，也称反相器。 实现非逻辑关系的电路称为非门，也称反相器。 真值表 条件 结果 A 逻辑符号 输入 输出 A Y Y A 1 Z 0 1 1 0 逻辑非（逻辑反）的运算规则为： 逻辑非（逻辑反）的运算规则为： 波形图 A
030.扬州市 扬州市07-08学年度第一学期期末调研试卷 学年度第一学期期末调研试卷2 扬州市 学年度第一学期期末调研试卷
1门电路的概念(精)
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4. 正逻辑和负逻辑
1 0
0
正逻辑
1
负逻辑
用１表示高电平 用０表示低电平
用0表示高电平 用1表示低电平
今后除非特别说明，本书中一律采用正逻辑。
5
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5. 门电路的发展
从分立元件到集成电路。
从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为 双极型、单极型和混合型三种。
集成电路优点：体积小、重量轻、可靠性好。
i
反向电阻 不是无穷 大
o
正向电 阻不是0
v
i I s (e
v VT
1)
二极管的伏安特性
为简化分析和计算，常用近似的二极管特性。
9
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3. 二极管伏安特性的几种近似方法
+ v VCC -
+
i i RL
i
i
O
VON
v
O
VON VON
v
O
v
+
rD
VON
-
+
-
+
-
VCC和RL都很小时 VON和rD不能忽略
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二极管或门
3
2. 真值表
如果规定2.3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示， 0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。
二极管或门的真值表 A B Y A B Y
0
0
0
0
1 1
1
0 1
1
1 1
逻辑符号
逻辑函数式
Y A B
二极管或门同样存在输出电平偏移的问题， 也只用于集成电路内部的逻辑单元。
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4. 正逻辑和负逻辑
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正逻辑
1
负逻辑
用１表示高电平 用０表示低电平
用0表示高电平 用1表示低电平
今后除非特别说明，本书中一律采用正逻辑。
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5. 门电路的发展
从分立元件到集成电路。
从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为 双极型、单极型和混合型三种。
集成电路优点：体积小、重量轻、可靠性好。
i
反向电阻 不是无穷 大
o
正向电 阻不是0
v
i I s (e
v VT
1)
二极管的伏安特性
为简化分析和计算，常用近似的二极管特性。
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3. 二极管伏安特性的几种近似方法
+ v VCC -
+
i i RL
i
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VON
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O
VON VON
v
O
v
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rD
VON
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VCC和RL都很小时 VON和rD不能忽略
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二极管或门
3
2. 真值表
如果规定2.3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示， 0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。
二极管或门的真值表 A B Y A B Y
0
0
0
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1 1
1
0 1
1
1 1
逻辑符号
逻辑函数式
Y A B
二极管或门同样存在输出电平偏移的问题， 也只用于集成电路内部的逻辑单元。
数电第三章门电路
15
§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
§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
电工学概论之门电路和组合逻辑电路
第13章 门电路和组合逻辑电路
数字电路按照功能的不同分为两类： 组合逻辑电路；时序逻辑电路。
第 13 章 门电路和组合逻辑电路
第 14 章 触发器和时序逻辑电路
第13章 门电路和组合逻辑电路
数字电路按照功能的不同分为两类：组合逻辑电路； 时序逻辑电路。
组合逻辑电路的特点：只由逻辑门电路组成，它的输 出变量状态完全由当时的输入变量的组合状态来决定，而 与电路的原来状态无关，它不具有记忆功能。
第13章 门电路和组合逻辑电路
13.1 基本门电路及其组合
13.1.1 逻辑门电路的基本概念 门电路：实现各种逻辑关系的电路。
分析逻辑电路时只用两种 相反的工作状态，并用 1 或 0 表示。如开关接通用 1 表示， 开关断开用 0 表示。灯亮可用 1 表示，灯灭可用 0 表示。
正逻辑系统：高电位用 1 表示，低电位用 0 表示。
已知组合逻辑电路图，确定它们的逻辑功能。 分析步骤： (1)根据逻辑图，写出逻辑函数表达式 (2)对逻辑函数表达式化简或变换 (3)根据最简表达式列出状态表
(4)由状态表确定逻辑电路的功能
第13章 门电路和组合逻辑电路
[例 2] 分析下图逻辑电路的功能。
& AAB
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA B
& AB
&Y
&
B AB
Y AABB AB AAB B AB
Ai Bi
Si 全加器
Ci-1
CI CO Ci 逻辑符号
Ci-1：来自低位的进位 Ci：向高位的进位
A( A B) B( A B) AB AB AB
功能：当 A、B 取值不相同时， 输出为 1，是异或门。
A =1
B
数字电路按照功能的不同分为两类： 组合逻辑电路；时序逻辑电路。
第 13 章 门电路和组合逻辑电路
第 14 章 触发器和时序逻辑电路
第13章 门电路和组合逻辑电路
数字电路按照功能的不同分为两类：组合逻辑电路； 时序逻辑电路。
组合逻辑电路的特点：只由逻辑门电路组成，它的输 出变量状态完全由当时的输入变量的组合状态来决定，而 与电路的原来状态无关，它不具有记忆功能。
第13章 门电路和组合逻辑电路
13.1 基本门电路及其组合
13.1.1 逻辑门电路的基本概念 门电路：实现各种逻辑关系的电路。
分析逻辑电路时只用两种 相反的工作状态，并用 1 或 0 表示。如开关接通用 1 表示， 开关断开用 0 表示。灯亮可用 1 表示，灯灭可用 0 表示。
正逻辑系统：高电位用 1 表示，低电位用 0 表示。
已知组合逻辑电路图，确定它们的逻辑功能。 分析步骤： (1)根据逻辑图，写出逻辑函数表达式 (2)对逻辑函数表达式化简或变换 (3)根据最简表达式列出状态表
(4)由状态表确定逻辑电路的功能
第13章 门电路和组合逻辑电路
[例 2] 分析下图逻辑电路的功能。
& AAB
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA B
& AB
&Y
&
B AB
Y AABB AB AAB B AB
Ai Bi
Si 全加器
Ci-1
CI CO Ci 逻辑符号
Ci-1：来自低位的进位 Ci：向高位的进位
A( A B) B( A B) AB AB AB
功能：当 A、B 取值不相同时， 输出为 1，是异或门。
A =1
B
电路与电子技术第10章-组合逻辑电路课件.ppt
33
第10章 门电路与组合逻辑电路
（1） 逻辑表达式 用与、或、非等运算和括号来描述逻辑函数的表达式
如： Y A(B C) D
输出变量： Y
输入变量： A、B、C
反变量: 字母上有非号， 如： D
原变量: 字母上没有非号， 如： A、B、C
34
第10章 门电路与组合逻辑电路
（2） 逻辑状态表
0•A=0 A•0=0 1•A=A
A•1 =A A•A=A
A• A 0
0+A=A
A+0=A
1+A=1
1=0
非 0=1
运 算
0=0
1=1
A A
A+1 =1 A+A =A
A A1 29
第10章 门电路与组合逻辑电路
3. 逻辑代数运算定律 交换律： A + B = B + A
A•B =B•A
结合律： ABC = (AB) C =A (BC)
T5
A、B 有一个为 0 或都为 0 时：
T1 发射结导通， T1 集电结和 T2 、T5 均截止 复合管 T3 、T4 导通，Y 为 1
21
第10章 门电路与组合逻辑电路
常用 TTL 集成与非门 74LS00
74LS00 有 4 个两输入与非门，完全相同
Y AB
A、B 为输入端 Y 为输出端 4 个与非门电源公共 第 14 脚接 + 5V 直流电源 第 7 脚接电源的地
(2) 配项法
应用 B B( A A)
[例] Y AB AC BC AB AC BC( A A) AB AC ABC ABC
AB(1 C ) AC(1 B) AB AC
第10章 门电路与组合逻辑电路
（1） 逻辑表达式 用与、或、非等运算和括号来描述逻辑函数的表达式
如： Y A(B C) D
输出变量： Y
输入变量： A、B、C
反变量: 字母上有非号， 如： D
原变量: 字母上没有非号， 如： A、B、C
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第10章 门电路与组合逻辑电路
（2） 逻辑状态表
0•A=0 A•0=0 1•A=A
A•1 =A A•A=A
A• A 0
0+A=A
A+0=A
1+A=1
1=0
非 0=1
运 算
0=0
1=1
A A
A+1 =1 A+A =A
A A1 29
第10章 门电路与组合逻辑电路
3. 逻辑代数运算定律 交换律： A + B = B + A
A•B =B•A
结合律： ABC = (AB) C =A (BC)
T5
A、B 有一个为 0 或都为 0 时：
T1 发射结导通， T1 集电结和 T2 、T5 均截止 复合管 T3 、T4 导通，Y 为 1
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第10章 门电路与组合逻辑电路
常用 TTL 集成与非门 74LS00
74LS00 有 4 个两输入与非门，完全相同
Y AB
A、B 为输入端 Y 为输出端 4 个与非门电源公共 第 14 脚接 + 5V 直流电源 第 7 脚接电源的地
(2) 配项法
应用 B B( A A)
[例] Y AB AC BC AB AC BC( A A) AB AC ABC ABC
AB(1 C ) AC(1 B) AB AC
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。
高中物理简单的门电路教案
高中物理简单的门电路教案
主题：门电路
目标：了解门电路的基本概念和作用，能够分析门电路的工作原理及应用。
一、导入（5分钟）
1. 引入问题：你知道什么是门电路吗？门电路有什么作用？
2. 学生回答问题并展开讨论。
二、讲解门电路的基本概念（10分钟）
1. 介绍门电路的定义：门电路是由若干个开关和电路元件组成的电路系统。
2. 讲解门电路的作用：门电路可以实现对电路的开关控制，实现逻辑判断，广泛应用于数字电路和计算机系统中。
三、讲解门电路的种类和工作原理（15分钟）
1. 讲解与门、或门、非门等门电路的种类及其逻辑运算。
2. 通过案例分析门电路的工作原理和逻辑运算过程。
四、实验与演示（15分钟）
1. 展示门电路的实验装置。
2. 现场演示门电路的工作过程。
3. 让学生亲自操作门电路进行实验，观察实验结果。
五、讨论与检测（10分钟）
1. 引导学生讨论门电路在实际应用中的作用。
2. 组织小组讨论门电路的设计和应用。
3. 给学生提供小测验，检测学生对门电路的理解。
六、总结与展望（5分钟）
1. 总结本节课的内容：我们学习了门电路的基本概念、种类和工作原理。
2. 展望下节课：下节课我们将学习更多关于门电路的应用和设计原理。
【作业】
1. 复习本节课内容，做好笔记。
2. 准备下节课的学习材料。
【扩展】
1. 了解门电路在数字电路和计算机系统中的应用。
2. 设计一个简单的门电路，实现特定的逻辑运算。
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第一节 概述
推出 下页 总目录
1
1.门电路的概念 用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路， 通称为逻辑门电路，简称门电路。 常用的门电路在逻辑功能上有： 与门、或门、非门、与非门、或非门、 与或非门、异或门等。
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2
2.逻辑变量与状态开关
在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是１就是０， 在数字电路中，与之对应的是：
Vcc R
S
输
出 vO 信
号
S断开时，输出高电平 S接通时，输出低电平
获得高，低电平的基本原理
4
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4. 正逻辑和负逻辑
1
0
0
正逻辑
用１表示高电平 用０表示低电平
1
负逻辑
用0表示高电平 用1表示低电平
今后除非特别说明，本书中一律采用正逻辑。
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5
5. 门电路的发展 从分立元件到集成电路。 从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为 双极型、单极型和混合型三种。 集成电路优点：体积小、重量轻、可靠性好。
14
图中A、B为两个输入变量，Y为输出变量。
设输入的高、低电平分别为3V、0V，
D1 A
B D2 R
二极管或门
二极管的正向导通压降为0.7V 。
二极管或门的逻辑电平
Y
A/V B/V Y/V
0
0
0 D1、D2截止
0
3
2.3 D1截止D2导通
3
0
2.3 D1导通D2截止
3
3
2.3 D1、 D2导通
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13
2. 真值表
如果规定2.3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示，
0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。
二极管或门的真值表
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
A Y
B
逻辑符号
1
0
1
1 1 1 逻辑函数式 Y A B
二极管或门同样存在输出电平偏移的问题，
也只用于集成电路内部的逻辑单元。
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7
2. 半导体二极管的开关特性
控制二极管 的开关状态
VCC
R D
+
+
vI
vO
-
-
二极管开关电路
假定二极管D
为理想二极管
vI VIL 0 时，二极管导通 vO VOL 0 vI VIH VCC 时，二极管截止 vO VOH VCC
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8
在分析各种实际的二极管电路时，由于二极管的特 性并不是理想的开关特性，所以并不是任何时候都 能假定二极管为理想二极管。
二极管与门的真值表
A
B
Y
0
0
0
A Y
B
0
1
0
逻辑符号
1
0
0
1
1
1
这种与门电路虽然简单，
逻辑函数式
Y AB
但输出的高、低电平数值和输入的高、低电平数值不相等，
负载电阻的改变有时会影响输出高电平。
仅用作集成电路内部的逻辑单元。
12
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四、二极管或门
1. 电路组成及工作原理
最简单的或门也是由二极管和电阻组成。
与VCC和RL相比 VON不能忽略 rD可以忽略
10
与VCC和RL相比 VON和rD均可忽略
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三、二极管与门
1. 电路组成及工作原理
最简单的与门可以由二极管和电阻组成。
图中A、B为两个输入变量，Y为输出变量。
VCC（5V）
设输入的高、低电平分别为3V、0V，
R
二极管的正向导通压降为0.7V 。
电子开关的两种状态。 半导体二极管 、三极管和MOS管， 则是构成这种电子开关的基本开关元件。
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3
3.高、低电平与正、负逻辑
高电平和低电平是两种状态，
是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。
在电子电路中用高、低电平，分别表示二值逻 辑的 1 和 0 两种逻辑状态。
控制 开关S输
入 vI 信 号
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6
第二节 半导体二极管门电路
一、半导体二极管的开关特性
1.理想开关的开关特性
静态：断开时，其等效电阻ROFF = ∞， 通过其中的电流 IOFF = 0。
闭合时，其等效电阻ROＮ = 0， 其上的电压 UAK = 0。
动态：开通时间tON = 0。 关断时间tOFF = 0。
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D1
A
二极管与门的逻辑电平 Y
A/V B/V Y/V
B D2
二极管与门
0
0
0.7 D1、D2导通
0
3
0.7 D1导通 D2截止
3
0
0.7 D1截止 D2导通
3
3
3.7 D1、 D2导通
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11
2. 真值表
如果规定3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示，
0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。
i
反向电阻 不是无穷
大
o
正向电 阻不是0
i Is (ev VT 1)
v
二极管的伏安特性
为简化分析和计算，常用近似的二极管特性。
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9
3. 二极管伏安特性的几种近似方法
+ VCC
-
+v i
i
i
i
RL
O
v
VON
O
v
VON
O
v
+
r VON D
-
VON
+
-
+
-
VCC和RL都很小时 VON和rD不能忽略
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1
1.门电路的概念 用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路， 通称为逻辑门电路，简称门电路。 常用的门电路在逻辑功能上有： 与门、或门、非门、与非门、或非门、 与或非门、异或门等。
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2.逻辑变量与状态开关
在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是１就是０， 在数字电路中，与之对应的是：
Vcc R
S
输
出 vO 信
号
S断开时，输出高电平 S接通时，输出低电平
获得高，低电平的基本原理
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4. 正逻辑和负逻辑
1
0
0
正逻辑
用１表示高电平 用０表示低电平
1
负逻辑
用0表示高电平 用1表示低电平
今后除非特别说明，本书中一律采用正逻辑。
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5. 门电路的发展 从分立元件到集成电路。 从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为 双极型、单极型和混合型三种。 集成电路优点：体积小、重量轻、可靠性好。
14
图中A、B为两个输入变量，Y为输出变量。
设输入的高、低电平分别为3V、0V，
D1 A
B D2 R
二极管或门
二极管的正向导通压降为0.7V 。
二极管或门的逻辑电平
Y
A/V B/V Y/V
0
0
0 D1、D2截止
0
3
2.3 D1截止D2导通
3
0
2.3 D1导通D2截止
3
3
2.3 D1、 D2导通
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2. 真值表
如果规定2.3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示，
0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。
二极管或门的真值表
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
A Y
B
逻辑符号
1
0
1
1 1 1 逻辑函数式 Y A B
二极管或门同样存在输出电平偏移的问题，
也只用于集成电路内部的逻辑单元。
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2. 半导体二极管的开关特性
控制二极管 的开关状态
VCC
R D
+
+
vI
vO
-
-
二极管开关电路
假定二极管D
为理想二极管
vI VIL 0 时，二极管导通 vO VOL 0 vI VIH VCC 时，二极管截止 vO VOH VCC
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在分析各种实际的二极管电路时，由于二极管的特 性并不是理想的开关特性，所以并不是任何时候都 能假定二极管为理想二极管。
二极管与门的真值表
A
B
Y
0
0
0
A Y
B
0
1
0
逻辑符号
1
0
0
1
1
1
这种与门电路虽然简单，
逻辑函数式
Y AB
但输出的高、低电平数值和输入的高、低电平数值不相等，
负载电阻的改变有时会影响输出高电平。
仅用作集成电路内部的逻辑单元。
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四、二极管或门
1. 电路组成及工作原理
最简单的或门也是由二极管和电阻组成。
与VCC和RL相比 VON不能忽略 rD可以忽略
10
与VCC和RL相比 VON和rD均可忽略
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三、二极管与门
1. 电路组成及工作原理
最简单的与门可以由二极管和电阻组成。
图中A、B为两个输入变量，Y为输出变量。
VCC（5V）
设输入的高、低电平分别为3V、0V，
R
二极管的正向导通压降为0.7V 。
电子开关的两种状态。 半导体二极管 、三极管和MOS管， 则是构成这种电子开关的基本开关元件。
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3.高、低电平与正、负逻辑
高电平和低电平是两种状态，
是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。
在电子电路中用高、低电平，分别表示二值逻 辑的 1 和 0 两种逻辑状态。
控制 开关S输
入 vI 信 号
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第二节 半导体二极管门电路
一、半导体二极管的开关特性
1.理想开关的开关特性
静态：断开时，其等效电阻ROFF = ∞， 通过其中的电流 IOFF = 0。
闭合时，其等效电阻ROＮ = 0， 其上的电压 UAK = 0。
动态：开通时间tON = 0。 关断时间tOFF = 0。
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D1
A
二极管与门的逻辑电平 Y
A/V B/V Y/V
B D2
二极管与门
0
0
0.7 D1、D2导通
0
3
0.7 D1导通 D2截止
3
0
0.7 D1截止 D2导通
3
3
3.7 D1、 D2导通
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2. 真值表
如果规定3V以上为高电平，用逻辑1 状态表示，
0.7V以下为低电平，用逻辑0状态表示，则可得如下真值表。
i
反向电阻 不是无穷
大
o
正向电 阻不是0
i Is (ev VT 1)
v
二极管的伏安特性
为简化分析和计算，常用近似的二极管特性。
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3. 二极管伏安特性的几种近似方法
+ VCC
-
+v i
i
i
i
RL
O
v
VON
O
v
VON
O
v
+
r VON D
-
VON
+
-
+
-
VCC和RL都很小时 VON和rD不能忽略