数字电子技术基础 第二章 门电路 课件
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数字电子技术基础-第二章--逻辑门电路基础共71页PPT资料
第二章 逻辑门电路基础
本章主要内容
第一节 二极管、三极管的开关特性 第二节 二极管逻辑门电路 第三节 TTL逻辑门电路 第四节 射极耦合逻辑门电路 第五节 CMOS逻辑门电路 第六节 各种逻辑的门电路之间的接口问题
第一节 二极管、三极管的开关特性
一、二极管的开关特性
（一）二极管的静态开关特性 （二）二极管的动态开关特性
输入信号vi的正半周的宽度要求比较低。 输入信号vi的频率不可太高，由tre时间决定
二、双极型三极管的开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性 （二）双极型三极管的动态开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性
判断三极管工作状态的解题思路：
（1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管 的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三 极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于 饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。
二、正或门电路
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
正逻辑体制
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
A
≥1
B
L=A+B
负逻辑体制呢?
三、非门电路
输入 VA 0V 3V
输出 VL 5V 0.3V
VL
0V 0V 0V
0V 5V 0V
5V 0V 0V
5V 5V 5V
正逻辑体制
本章主要内容
第一节 二极管、三极管的开关特性 第二节 二极管逻辑门电路 第三节 TTL逻辑门电路 第四节 射极耦合逻辑门电路 第五节 CMOS逻辑门电路 第六节 各种逻辑的门电路之间的接口问题
第一节 二极管、三极管的开关特性
一、二极管的开关特性
（一）二极管的静态开关特性 （二）二极管的动态开关特性
输入信号vi的正半周的宽度要求比较低。 输入信号vi的频率不可太高，由tre时间决定
二、双极型三极管的开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性 （二）双极型三极管的动态开关特性
（一）双极型三极管的静态开关特性
判断三极管工作状态的解题思路：
（1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管 的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三 极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于 饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。
二、正或门电路
D1
A
L
D2 B
R 3kΩ
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
正逻辑体制
输入
VA
VB
0V 0V
0V 5V
5V 0V
5V 5V
输出 VL 0V 5V 5V 5V
A
≥1
B
L=A+B
负逻辑体制呢?
三、非门电路
输入 VA 0V 3V
输出 VL 5V 0.3V
VL
0V 0V 0V
0V 5V 0V
5V 0V 0V
5V 5V 5V
正逻辑体制
精品课件-数字电子技术-第2章
第2章 集成逻辑门电路
图2-7 双极型三极管输入特性曲线
第2章 集成逻辑门电路
图2-8 双极型三极管输出特性曲线
第2章 集成逻辑门电路
3. 双极型晶体管的静态特性 在数字逻辑电路中，三极管作为开关元件，工作于饱和区 和截止区。图2-9是一个由双极性晶体管构成的典型的单管共 射放大电路，三极管V的门限电压为Uon，当输入电压ui小于门 限电压Uon时，发射结处于反向偏置，三极管工作于截止状态， iB≈0，iC≈0, uo=UCC。当输入电压ui大于某一数值时，发射 结和集电结均达到正向偏置，三极管工作于饱和状态，饱和导 通的条件为
第2章 集成逻辑门电路
图2-4 (a) 或门电路；(b) 逻辑符号
第2章 集成逻辑门电路
表2-2(a) 二极管或门电平
第2章 集成逻辑门电路
表2-2(b) 二极管或门真值表
第2章 集成逻辑门电路
从真值表分析可知：只要A、B当中有一个是高电平，Y即
为高电平，只有A、B同时为低电平，Y才为低电平， “或”
第2章 集成逻辑门电路
第2章 集成逻辑门电路
2.1 概述 2.2 分立元件逻辑门电路 2.3 TTL集成逻辑门 2.4 CMOS集成逻辑门
第2章 集成逻辑门电路
2.1 概 述
门电路(gate circuit)是构成数字电路的基本单元。所 谓“门”就是一种条件开关，在一定的条件下，它允许信号通 过，条件不满足时，信号无法通过，从而形成高电平和低电平 两种状态。在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是１就是０，在 电子电路中用高、低电平分别表示1 和 0
图2-2 二极管伏安特性的近似方法与等效电路
第2章 集成逻辑门电路
2. 实现与逻辑关系的电路称为与门。最简单的与门可以由二 极管和电阻组成。图2-3(a)所示是有两个输入端的与门电路， 图2-3(b)所示为它的逻辑符号。图中A、B为两个信号输入端， Y为输出端。设UCC=5 V，A、B输入端的高低电平分别为UIH=3 V 和UIL=0 V，二极管VD1、VD2的正向导通压降为UD=0.7 V。输入 端A、B
数字电子技术基础课件第二章：门电路
AB Y 00 0 01 1 10 1 11 1
三、三极管非门
第 二 章 门 电 路
Vi Vo 0V VCC VCC 0.2V
AY 01 10
二极管与门和或门电路的缺点：
（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。
第 二
（2）负载能力差
章
门 电 路
D1
0V
D2 5V
+VCC （ +5V）
• MOS型工艺可分为NMOS、PMOS、CMOS
一、TTL逻辑门
第
1、TTL反相器的结
二
构和原理
章
门
1）结构
电
路
TTL反相器由三部
分构成：输入级、中
间级和输出级。
2）原理
A为低电平时(0.2V) ，
T1 饱 和 ， VB1≈0.9V ，
第
VB2≈0.2V ， T2 和 T5 截
二
止 ， T4 和 D2 导 通 ， Y
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
+VC.4V L
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。
第 二
+VCC （ +5V）
+V
CC
（
+5V）
章
R
RC
门
3kΩ
电
D1
路
A
LA
Rb 1
3
T
L
2
D2 B
2.4 TTL集成门电路
• 集成电路：把二极管、三极管、电阻和连线都
章
为高电平；
门
电 路
A 为 高 电 平 时 (3.4V) ， VB1≈2.1V ， T1 倒 置 ，
三、三极管非门
第 二 章 门 电 路
Vi Vo 0V VCC VCC 0.2V
AY 01 10
二极管与门和或门电路的缺点：
（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。
第 二
（2）负载能力差
章
门 电 路
D1
0V
D2 5V
+VCC （ +5V）
• MOS型工艺可分为NMOS、PMOS、CMOS
一、TTL逻辑门
第
1、TTL反相器的结
二
构和原理
章
门
1）结构
电
路
TTL反相器由三部
分构成：输入级、中
间级和输出级。
2）原理
A为低电平时(0.2V) ，
T1 饱 和 ， VB1≈0.9V ，
第
VB2≈0.2V ， T2 和 T5 截
二
止 ， T4 和 D2 导 通 ， Y
R 3kΩ
0.7V D1
D2 5V
+VC.4V L
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。
第 二
+VCC （ +5V）
+V
CC
（
+5V）
章
R
RC
门
3kΩ
电
D1
路
A
LA
Rb 1
3
T
L
2
D2 B
2.4 TTL集成门电路
• 集成电路：把二极管、三极管、电阻和连线都
章
为高电平；
门
电 路
A 为 高 电 平 时 (3.4V) ， VB1≈2.1V ， T1 倒 置 ，
数字电子技术基础简明教程课件第2章门电路
（2-20）
2.1.4 MOS管的开关特性
MOS管最显著的特点也是具有放大能力。不过它 是通过栅极电压uGS控制其工作状态的，是一种具有 放大特性的由电压uGS控制的开关元件。
一、静态特性 1、结构示意图、符号、漏极特性和转移特性 N沟道增强型MOS管的结构示意图、符号如下图所示。
金属铝 S G D 二氧化硅
（2-23）
⑵ 导通条件和导通时的特点 导通条件：当uGS大于UTN时， MOS管将处于导通状 态。 导通时的特点：MOS管导通之后，如同一个具有一 定导通电阻RON闭合了的开关。
（2-24）
二、动态特性 1、MOS管极间电容 MOS管三个电极之间，均有电容存在，它们分别是 栅源电容CGS、栅漏电容CGD和漏源电容CDS。在数字电 路中，MOS管的动态特性，即开关速度是受这些电容 充、放电过程制约的。 2、开关时间 右图所示MOS管开关 电路中，当uI为矩形波时， 相应iD和uO的波形。
三、高、低电平与正、负逻辑
1、高电平和低电平：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。
右图2.4～5V范围内的电压， 都称为高电平，用UH表示。
0～0.8V范围内的电压，都称 为低电平，用UL表示。
2、正逻辑和负逻辑：用1表示 高电平，用0表示低电平，称为 正逻辑赋值，简称正逻辑。用1 表示低电平，用0表示高电平， 称为负逻辑赋值，简称负逻辑。
（2-18）
二、动态特性 半导体三极管和二极管一样，在开关过程中也存在电 容效应，都伴随着相应电荷的建立和消散过程，因此都 需要一定时间。 右图所示是三极管开关电路中uI为矩形脉冲时，相 应iC和uO的波形。
（2-19）
⑴ 开通时间 当输入电压uI由UIL＝－2V跳变到UIH＝3V时，三极 管需要经过延迟时间td和上升时间tr之后，才能由截止 状态转换到饱和导通状态。开通时间为
2.1.4 MOS管的开关特性
MOS管最显著的特点也是具有放大能力。不过它 是通过栅极电压uGS控制其工作状态的，是一种具有 放大特性的由电压uGS控制的开关元件。
一、静态特性 1、结构示意图、符号、漏极特性和转移特性 N沟道增强型MOS管的结构示意图、符号如下图所示。
金属铝 S G D 二氧化硅
（2-23）
⑵ 导通条件和导通时的特点 导通条件：当uGS大于UTN时， MOS管将处于导通状 态。 导通时的特点：MOS管导通之后，如同一个具有一 定导通电阻RON闭合了的开关。
（2-24）
二、动态特性 1、MOS管极间电容 MOS管三个电极之间，均有电容存在，它们分别是 栅源电容CGS、栅漏电容CGD和漏源电容CDS。在数字电 路中，MOS管的动态特性，即开关速度是受这些电容 充、放电过程制约的。 2、开关时间 右图所示MOS管开关 电路中，当uI为矩形波时， 相应iD和uO的波形。
三、高、低电平与正、负逻辑
1、高电平和低电平：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。
右图2.4～5V范围内的电压， 都称为高电平，用UH表示。
0～0.8V范围内的电压，都称 为低电平，用UL表示。
2、正逻辑和负逻辑：用1表示 高电平，用0表示低电平，称为 正逻辑赋值，简称正逻辑。用1 表示低电平，用0表示高电平， 称为负逻辑赋值，简称负逻辑。
（2-18）
二、动态特性 半导体三极管和二极管一样，在开关过程中也存在电 容效应，都伴随着相应电荷的建立和消散过程，因此都 需要一定时间。 右图所示是三极管开关电路中uI为矩形脉冲时，相 应iC和uO的波形。
（2-19）
⑴ 开通时间 当输入电压uI由UIL＝－2V跳变到UIH＝3V时，三极 管需要经过延迟时间td和上升时间tr之后，才能由截止 状态转换到饱和导通状态。开通时间为
数电第2章(门电路)课件
T1集电结正偏，
发射结反偏，倒 置工作状态
VIH A
3.4V
R1 4kW R2
1.6KW
2.1V
1V
+Vcc R4 130W 5V
数字电子技术(jìshù )基础 Fundamentals of Digital Electronic Technology
第二章 门电路
1
精品资料
第二章 门电路
2.1 概述
2.2 半导体二极管和三极管的开关特性
2.3 最简单(jiǎndān)的与、或、非门电路
2.4 TTL门电路
*2.5 其它类型的双极型数字集成电路
存储时间ts 下降时间tf 关闭时间1133toff
(1) 开启时间ton 三极管从截止(jiézhǐ)到饱和所需的时间。
ton = td +tr td ：延迟时间 tr ：上升时间
(2) 关闭时间toff 三极管从饱和到截止(jiézhǐ)所需的时间。
toff = ts +tf ts ：存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长） tf ：下降时间
4
精品资料
获得高、低电平的基本原理
Vcc
Vcc
R
Vo
只要(zhǐyào) 能判断高低电 平即可
1
Vi
K
可用二、三
极管代替
0V
0
K开------Vo=1, 输出(shūchū)高电平 K合------Vo=0, 输出(shūchū)低电平 对电路元件参数、电源的要求比模拟电路要低。
5
精品资料
2.2 半导体二极管和三极管的开关 (kāiguān)特性
rD≈几Ω ～几十Ω
应用(yìngyòng)于二
数字电子技术基础简明教程课件第2章门电路
电路中广泛应用。
开关门的分类
总结词
开关门的分类
详细描述
根据其功能和结构，开关门电路可以分为与门、或门、非门、与非门、或非门 等几种类型。这些不同类型的门电路可以通过组合实现各种复杂的逻辑功能， 是构成数字电路的基本单元。
开关门的实际应用
要点一
总结词
开关门的实际应用
要点二
详细描述
开关门电路在数字电路中有着广泛的应用，如计算机、通 信、控制等领域。在计算机中，开关门电路用于实现各种 逻辑运算，如算术运算、逻辑运算等。在通信中，开关门 电路用于信号的传输和处理，如调制解调器、交换机等设 备中都使用了大量的开关门电路。在控制领域，开关门电 路用于实现各种控制功能，如定时器、计数器等。
或非门
实现逻辑或非运算，当至少一 个输入为高电平时，输出为低 电平；否则输出为高电平。
门电路的应用场景
01
02
03
04
数字逻辑电路设计
门电路是构成数字逻辑电路的 基本单元，用于实现各种逻辑
运算和控制功能。
计算机硬件
计算机硬件中的控制器、存储 器、运算器等都离不开门电路
的应用。
通信系统
在通信系统中，信号的传输和 处理都需要用到门电路来实现
数字电子技术基础简明教程 课件第2章门电路
• 门电路概述 • 逻辑门电路 • 开关门电路 • 门电路的特性与参数 • 门电路的常见问题与解决方案
01
门电路概述
定义与分类
定义
门电路是数字电子技术中的基本 逻辑单元，用于实现逻辑运算和 逻辑控制。
分类
根据逻辑功能的不同，门电路可 以分为与门、或门、非门、与非 门、或非门等。
门电路的稳定性问题
总结词
开关门的分类
总结词
开关门的分类
详细描述
根据其功能和结构，开关门电路可以分为与门、或门、非门、与非门、或非门 等几种类型。这些不同类型的门电路可以通过组合实现各种复杂的逻辑功能， 是构成数字电路的基本单元。
开关门的实际应用
要点一
总结词
开关门的实际应用
要点二
详细描述
开关门电路在数字电路中有着广泛的应用，如计算机、通 信、控制等领域。在计算机中，开关门电路用于实现各种 逻辑运算，如算术运算、逻辑运算等。在通信中，开关门 电路用于信号的传输和处理，如调制解调器、交换机等设 备中都使用了大量的开关门电路。在控制领域，开关门电 路用于实现各种控制功能，如定时器、计数器等。
或非门
实现逻辑或非运算，当至少一 个输入为高电平时，输出为低 电平；否则输出为高电平。
门电路的应用场景
01
02
03
04
数字逻辑电路设计
门电路是构成数字逻辑电路的 基本单元，用于实现各种逻辑
运算和控制功能。
计算机硬件
计算机硬件中的控制器、存储 器、运算器等都离不开门电路
的应用。
通信系统
在通信系统中，信号的传输和 处理都需要用到门电路来实现
数字电子技术基础简明教程 课件第2章门电路
• 门电路概述 • 逻辑门电路 • 开关门电路 • 门电路的特性与参数 • 门电路的常见问题与解决方案
01
门电路概述
定义与分类
定义
门电路是数字电子技术中的基本 逻辑单元，用于实现逻辑运算和 逻辑控制。
分类
根据逻辑功能的不同，门电路可 以分为与门、或门、非门、与非 门、或非门等。
门电路的稳定性问题
总结词
数字电路---第二章门电路ppt课件
概述
第二章 门电路
分立元件门电路
TTL门电路
MOS门电路
TTL门电路与CMOS门电路
2.1 概述
门电路——实现根本逻辑关系的电子电路
主要构成 双极性逻辑门电路
DTL——二极管、三极管逻辑门电 路
TTL——晶体管、晶体管逻辑门电 路
ECL——发射极耦合逻辑门电路
HTL——高阈值逻辑门电路
前往
TTL反相器的任务原理
TTL反相器的任务原理
当输入为低电平Vi= ViL，T1导通、T2截止、T5截止，输出 通路由T3、T4构成，
VO = VCC – iB3 R2 -VBE3 –V BE4 ≈5-0.7-
0.7V=3.6V
当输入为高电平Vi= 和形状，那么： VO
V=iHVO时L，=T1V倒CE置S5、≈T02.导2V通、T5为深前度往饱
TTL反相器的传输特性
电压传输特性
阈值电压：VT= 1.4V
输入低电平的最大值VIL(MAX)≈ 0.8V (又称关门电 压VOFF )
输入高电平的最小值VIH(MIN) 压VON )
≈
1.8V
(又称开前门往电
TTL反相器的输入伏安特性
输入伏安特性
当Vi= 0V时，有电流流出门，且最大 Ii= IIS〔输入 短路电流〕
前往
其他TTL门电路
TTL门电路
集成TTL门电路有：与门、或门、非门、与非 门、或非门、
与或非门、异或门、同或门
TTL与非门
TTL或非门
TTL与或非门
TTL异或门
逻辑符号、逻辑功能、电气特性
逻辑符号、逻辑功能——与前引见同
电气特性——参考TTL反相器
常用的TTL集成门电路器件
第二章 门电路
分立元件门电路
TTL门电路
MOS门电路
TTL门电路与CMOS门电路
2.1 概述
门电路——实现根本逻辑关系的电子电路
主要构成 双极性逻辑门电路
DTL——二极管、三极管逻辑门电 路
TTL——晶体管、晶体管逻辑门电 路
ECL——发射极耦合逻辑门电路
HTL——高阈值逻辑门电路
前往
TTL反相器的任务原理
TTL反相器的任务原理
当输入为低电平Vi= ViL，T1导通、T2截止、T5截止，输出 通路由T3、T4构成，
VO = VCC – iB3 R2 -VBE3 –V BE4 ≈5-0.7-
0.7V=3.6V
当输入为高电平Vi= 和形状，那么： VO
V=iHVO时L，=T1V倒CE置S5、≈T02.导2V通、T5为深前度往饱
TTL反相器的传输特性
电压传输特性
阈值电压：VT= 1.4V
输入低电平的最大值VIL(MAX)≈ 0.8V (又称关门电 压VOFF )
输入高电平的最小值VIH(MIN) 压VON )
≈
1.8V
(又称开前门往电
TTL反相器的输入伏安特性
输入伏安特性
当Vi= 0V时，有电流流出门，且最大 Ii= IIS〔输入 短路电流〕
前往
其他TTL门电路
TTL门电路
集成TTL门电路有：与门、或门、非门、与非 门、或非门、
与或非门、异或门、同或门
TTL与非门
TTL或非门
TTL与或非门
TTL异或门
逻辑符号、逻辑功能、电气特性
逻辑符号、逻辑功能——与前引见同
电气特性——参考TTL反相器
常用的TTL集成门电路器件
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：
数字电子技术基础 第二章 门电路 课件
• 外部特性是指通过集成电路芯片引脚反映出来的特性
• 电压传输特
– 曲线段AB，因为vi<0,6,所以vb1<1.3v ,T2和T5导通，T4截止;
vo=VCC-Vr2-vb4-Vd2=3.6v
– BC段，1.3> vi>0,6,T2通，T5截止，T2工作在放大区，随vi增加，
Vc2和vo线形下降
vO
AB F 000 010 100 111
三极管非门
+12V
A RA
Rc F
T
F=A
TTL 非门电路
• 结构与原理
4kW R1
R2
1.6kW
Avl
T1
T2
D1
3 1k W R
+5V
130W R4
T3 D2
T4 vOY
输入级
倒相级
输出级
• vi =VL=0.2V,T1发射级导通，导通后T1基极电压 为0.7v +0.2v=0.9v , T2,T5截止，T2集电极为5V， T4导通。vo上电压为3.6 v，高电平;
A0
1
&
S A1A0 Y
1 0
&
&
Y
0 0 0 D0
&
0 0 1 D1
0 1 0 D2
&
0 1 1 D3
四选一数据选择器
A1A0: 选择控制(地址) D3D2D1D0: 数据输入
S: 使能端(选通端、片选端) 低电平有效
A1 B1
>1
Y1 A B Y1 Y2 Y3
>1
Y2
0 0 01 0 0 1 00 1
数字电子技术基础PPT第二章 门电路
3.4V 时
T2T5导通， T4截止，
VO VCES 5 0.2V
总结：
1. Y=A ；
2. T2为什么是倒相级，是根据工作过程来的，T2 截止时VC2高VE2低，T2导通时 VC2降低VE2升高， 二者变化方向相反；
3. T4和T5无论哪种情况，一定是一个导通另一个 截止，由此称推拉式电路，或图腾柱电路；
当A和B同为高电平时，VB1 2.1V ,
T4截止，T2和T5导通，VO VOL 0
AB Y 00 1 01 1 10 1 11 0
2. 或非门
AB Y 00 1 01 0 10 0 11 0
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
工作时需要外接RL ,VCC;只要RL ,VCC取值合适，定可使 A为高时，T5饱和VOL 0 A为低时，T5截止VO VCC（ VCC可以不等于VCC）；
2、OC门结构
VCC’ RL
3. OC门实现的线与
因为Y1、Y2有一个低，Y即为低，只有两者同高，Y才为高， 所以Y Y1Y2 ( AB)(CD) ( AB CD)
大于输出的高低电平范围； 2. VOH(min) 、 VOL(max) 、 VIH(min) 、 VIL(max)由手册给出； 3. 噪声容限越大，抗干扰能力越强。
四、输入特性 输入电压和输入电流之间的关系曲线
vI
(a)电路图
（b）输入特性曲线
两个重要参数： (1)当VI = VI L= 0.2V时
2.3.2 二极管或门
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
T2T5导通， T4截止，
VO VCES 5 0.2V
总结：
1. Y=A ；
2. T2为什么是倒相级，是根据工作过程来的，T2 截止时VC2高VE2低，T2导通时 VC2降低VE2升高， 二者变化方向相反；
3. T4和T5无论哪种情况，一定是一个导通另一个 截止，由此称推拉式电路，或图腾柱电路；
当A和B同为高电平时，VB1 2.1V ,
T4截止，T2和T5导通，VO VOL 0
AB Y 00 1 01 1 10 1 11 0
2. 或非门
AB Y 00 1 01 0 10 0 11 0
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
工作时需要外接RL ,VCC;只要RL ,VCC取值合适，定可使 A为高时，T5饱和VOL 0 A为低时，T5截止VO VCC（ VCC可以不等于VCC）；
2、OC门结构
VCC’ RL
3. OC门实现的线与
因为Y1、Y2有一个低，Y即为低，只有两者同高，Y才为高， 所以Y Y1Y2 ( AB)(CD) ( AB CD)
大于输出的高低电平范围； 2. VOH(min) 、 VOL(max) 、 VIH(min) 、 VIL(max)由手册给出； 3. 噪声容限越大，抗干扰能力越强。
四、输入特性 输入电压和输入电流之间的关系曲线
vI
(a)电路图
（b）输入特性曲线
两个重要参数： (1)当VI = VI L= 0.2V时
2.3.2 二极管或门
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
数字电子技术基础ppt课件
R
vo K合------vo=0, 输出低电平
vi
K
只要能判
可用三极管 代替
断高低电 平即可
在数字电路中，一般用高电平代表1、低 电平代表0，即所谓的正逻辑系统。
2.2.2 二极管与门
VCC
A
D1
FY
B
D2
二极管与门
A
B
【 】 内容 回顾
AB Y 00 0 01 0 100 11 1
&
Y
2.2.2 二极管或门
一般TTL门的扇出系数为10。
三、输入端负载特性
输入端 “1”,“0”？
A
ui
RP
R1 b1
c1
T1
D1
•
R2
•
T2
•
R3
VCC
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
简化电路
R1
VCC
ui
A ui
T1
be
RP
2
be 0
RP
5
RP较小时
ui
RP RP R1
(Vcc Von )
当RP<<R1时, ui ∝ RP
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
TTL非门的内部结构
•
R1
R2
A
b1 c1
T1
•
T2
D1
•
R3
VCC
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
前级输出为 高电平时
•
R2
R4
VCC
T4 D2
第二章 逻辑门电路2 数字电子技术基础 教学课件
2020/9/26
TTL与非门工作原理
• 输入端至少有一个 （设A端）接低电平：
T1 管 : A 端 发 射 结 导 通 ，
Ub1 = UA + Ube1 = 1V，
1V 5V
其它发射结反偏截止。 0.3V
∵Ub1 =1V, ∴ T2、T5 截止, UC2≈Ucc=5V。
3.6V
T4：工作在放大状态
电路输出高电平：
U O H U C C U R 2 U b4e U D 3
5-0.7-0.7 = 3.6V
2020/9/26
3.6V
TTL与非门工作原理
• 输入端全接高电平： T1:Ub1= Ubc1+Ube2+Ube5 = 0.7V×3 = 2.1V
T1：发射结反偏，集电 极正偏，工作在倒置放 大状态且T2 、T5导通。
采取的措施： 1. 采用多发射极晶体管T1，加速T2管脱离饱和状态。 2. T4和T5同时导通，加速T5管脱离饱和状态。 3. 降低与非门的输出电阻，减小对负载电容的充电时间。
2020/9/26
TTL与非门的外特性及主要参数 外特性：指的是电路在外部表现出来的各种特性。
掌握器件的外特性及其主要参数是用户正确使用、维护 和设计电路的重要依据。
管都提用高肖抗特干基扰三能极力管。代替。
2020/9/26
TTL标准与非门的改进型
（三）低功耗肖特基系列（74LS系列） 74LS系列与标准74系列相比，电路有多项改进措施。以达
到缩短传输延迟时间、降低功耗的目的。 74LS系列具有较小的 延迟-功耗积，具有较好的综合性能。
为降低功耗，提高电路 各电阻的阻值；将电阻R5原 接地端改接到输出端，减小 T3导通时电阻R5上的功耗。
TTL与非门工作原理
• 输入端至少有一个 （设A端）接低电平：
T1 管 : A 端 发 射 结 导 通 ，
Ub1 = UA + Ube1 = 1V，
1V 5V
其它发射结反偏截止。 0.3V
∵Ub1 =1V, ∴ T2、T5 截止, UC2≈Ucc=5V。
3.6V
T4：工作在放大状态
电路输出高电平：
U O H U C C U R 2 U b4e U D 3
5-0.7-0.7 = 3.6V
2020/9/26
3.6V
TTL与非门工作原理
• 输入端全接高电平： T1:Ub1= Ubc1+Ube2+Ube5 = 0.7V×3 = 2.1V
T1：发射结反偏，集电 极正偏，工作在倒置放 大状态且T2 、T5导通。
采取的措施： 1. 采用多发射极晶体管T1，加速T2管脱离饱和状态。 2. T4和T5同时导通，加速T5管脱离饱和状态。 3. 降低与非门的输出电阻，减小对负载电容的充电时间。
2020/9/26
TTL与非门的外特性及主要参数 外特性：指的是电路在外部表现出来的各种特性。
掌握器件的外特性及其主要参数是用户正确使用、维护 和设计电路的重要依据。
管都提用高肖抗特干基扰三能极力管。代替。
2020/9/26
TTL标准与非门的改进型
（三）低功耗肖特基系列（74LS系列） 74LS系列与标准74系列相比，电路有多项改进措施。以达
到缩短传输延迟时间、降低功耗的目的。 74LS系列具有较小的 延迟-功耗积，具有较好的综合性能。
为降低功耗，提高电路 各电阻的阻值；将电阻R5原 接地端改接到输出端，减小 T3导通时电阻R5上的功耗。
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– 输出电压波形滞后输入电压波形的时间叫传输滞后延 迟时间；
• 输出电压由低电平跳变为高电平的传输延迟tpLH
• 输出电压由高电平跳变为低电平的传输延迟tpHL
TTL 与非门
• 结构与工作机理
第三章 组合逻辑电路
计算机科学与技术
本章内容
• 组合逻辑电路的分析与设计 • 常用组合逻辑模块的使用
– 加法器 比较器 译码器 编码器 选择器
第二章 门电路
计算机科学与技术
本章内容
概述 半导体器件的开关特性 分立元件门电路 TTL门电路
概述
• “门”指能实现各种基本逻辑关系和复合关系的电路 • 常用的门电路有与门，非门，或门、与非门，或非门等 • 门电路可以有分立元件构成，也可以使用集成电路 • 集成电路的逻辑门按器件类型分：双极性和MOS • 按集成度分：小规模、中规模、大规模和超大规模 • 目前常用的为CMOS电路 • 按封装的外型分：双列直插、扁平封装、表面封装和针式
c b
e NPN型
三极管的输出特性
i C /mA
VCC Rc Re
I CQ
Q
c b
e PNP型
直流负载线斜率 1 Rc Re
I BQ
O U CEQ
VCC
uCE /V
+5V
Rc
+
ib
ic b
c
+
T
RB
ie e
-
-
分立元件
• 由电阻、二极管、三极管等分立元件构成的逻 辑门，称为分立元件门。
+5V F=AB
• 了解电路中的竞争和冒险
• PN结的正向电阻很小，反向电阻很大，PN具有单向导 电性
• PN结V-I特性
vD
iD Is(e V T 1)
VT 与温度环境有关，VD为PN结 两端所加的正向电压
iD
Is
O Von
（1）外加电压V=0时,iD=0; （2）V>0, iD成指数规律上升；V<Von 时， ID电流很小，只有V>Von时，iD迅速上升， 导通后，电压基本不变化V=Von （3）V<0, ID=Is，因为Is很小，可忽略， V 反向偏置视为截止
• PN节的动态开关特性
– 动态开关特性是指二极管由导通到截止，或由截止到 导通，瞬变状态下的特性
v
动态时，加到两边的电压突
t
然反向时，电流的变化要稍
微滞后，这是因为PN结要建
i
立起足够的电荷梯度后才有
扩散运动
t
三极管的开关特性
数字电路中，三极管作为开关使用， 它工作在饱和区和截 止区，对应电路的两个状态
• 静态输入特性
– 描述输入电流随输入电压变化的特性；
iI
1.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0
0.5
vI
1.0
1.5
• 静态输出特性
2.0
TTL反向器的外部特性
• 传输延迟
– TTL电路中，二极管和三极管从导通到截止动态变化都 需要一定的时间，同时二极管、三极管，电阻都有电 容的存在都使输出电压的波形比输入电压的波形要滞 后，并且上升和下降沿都将变坏
VOHMIN ：输出高电平的下限，它对应在输入低电平的上限VILMAX VOLMAX：输出低电平的上限，它对应在输入低电平的下限VIHMIN
前一级门的输出为后一级门电路的输入，所以有
高电平噪声容限VHN= VOHMIN –VIHMIN; 低电平噪声容限VNL=VILMAX-VOLMAX
TTL反向器的外部特性
半导体的开关特性
• 半导体构成的器件：二极管、三极管和MOS管 • 导通状态时，有电信号通过，称开态，截止时，
没有电信号，称关态，这就是开关特性 • 半导体的开关特性分为：静态和动态
二极管的静态特性
• 二极管的工作机理
正向导通
PN结 P 外电场 N
内内电电场场
IF
外加的正向电压有一 部分降落在PN结区，方 向与PN结内电场方向相 反，削弱了内电场。于是， 内电场对多数载流子扩散 运动的阻碍减弱，扩散电 流加大。扩散电流远大于 漂移电流，可忽略漂移电 流的影响，PN结呈现低 阻性。
• 外部特性是指通过集成电路芯片引脚反映出来的特性
• 电压传输特
– 曲线段AB，因为vi<0,6,所以vb1<1.3v ,T2和T5导通，T4截止;
vo=VCC-Vr2-vb4-Vd2=3.6v
– BC段，1.3> vi>0,6,T2通，T5截止，T2工作在放大区，随vi增加，
Vc2和vo线形下降
vO
三极管非门
+12V
A RA
Rc F
T
F=A
TTL 非门电路
• 结构与原理
4kW R1
R2
1.6kW
Avl
T1
T2
D1
3 1kW R
+5V
130W R4
T3 D2
T4 vOY
输入级
倒相级
输出级
• vi =VL=0.2V,T1发射级导通，导通后T1基极电压 为0.7v +0.2v=0.9v , T2,T5截止，T2集电极为5V， T4导通。vo上电压为3.6 v，高电平;
– CD段，Vi>1.4v,vb1为2.1V,T2和T4 A
B
同时导通，T4截止，输出电压急剧 3
为低电平，转则区中点对应的输入 2
电压为门槛电压VTH
C
1
DE
0.5 1.0 1.5
vI
输入端噪声容限 在保证输出高电平，低电平基本不变的条件下，输入电平的允许
波动的范围。
从非门电压输入输出特性曲线，定义
• vi =VH=3.4V,T1发射级反偏，集电极正偏，工作在 倒置放大状态， T2,T5导通后，T2工作在饱和状 态，T5工作在深度饱和状态，T2 的C点电压为 0.9v (0.7+0.2)v,T4 基极电压为1.4v ,T4截止，vo输 出为0.2v ，低电平。
• 得到Y=A
TTL反向器的外部特性
反向截至
PN结 P 外电场 NN
内内电电场场
IS
内电场对多子扩散运动 的阻碍增强，扩散电流大大 减小。此时PN结区的少子 在内电场作用下形成的漂移 电流大于扩散电流，可忽略 扩散电流，PN结呈现高阻 性。
在一定的温度条件下， 由本征激发决定的少子浓度 是一定的，故少子形成的漂 移电流是恒定的，基本上与 所加反向电压的大小无关， 这个电流也称为反向饱和电 流 IS 。
R DA A
DB B
uA uB
uF
0V 0V 0.7V
F 0V 3V 0.7V
3V 0V 0.7V
3V 3V 3.7V
AB F 000 010 100 111
二极管或门
F=A+B
A
DA
B
F
DB
R
uA uB 0V 0V 0V 3V 3V 0V 3V 3V
uF 0V 2.3V 2.3V 2.3V
AB F 000 010 100 111
• 输出电压由低电平跳变为高电平的传输延迟tpLH
• 输出电压由高电平跳变为低电平的传输延迟tpHL
TTL 与非门
• 结构与工作机理
第三章 组合逻辑电路
计算机科学与技术
本章内容
• 组合逻辑电路的分析与设计 • 常用组合逻辑模块的使用
– 加法器 比较器 译码器 编码器 选择器
第二章 门电路
计算机科学与技术
本章内容
概述 半导体器件的开关特性 分立元件门电路 TTL门电路
概述
• “门”指能实现各种基本逻辑关系和复合关系的电路 • 常用的门电路有与门，非门，或门、与非门，或非门等 • 门电路可以有分立元件构成，也可以使用集成电路 • 集成电路的逻辑门按器件类型分：双极性和MOS • 按集成度分：小规模、中规模、大规模和超大规模 • 目前常用的为CMOS电路 • 按封装的外型分：双列直插、扁平封装、表面封装和针式
c b
e NPN型
三极管的输出特性
i C /mA
VCC Rc Re
I CQ
Q
c b
e PNP型
直流负载线斜率 1 Rc Re
I BQ
O U CEQ
VCC
uCE /V
+5V
Rc
+
ib
ic b
c
+
T
RB
ie e
-
-
分立元件
• 由电阻、二极管、三极管等分立元件构成的逻 辑门，称为分立元件门。
+5V F=AB
• 了解电路中的竞争和冒险
• PN结的正向电阻很小，反向电阻很大，PN具有单向导 电性
• PN结V-I特性
vD
iD Is(e V T 1)
VT 与温度环境有关，VD为PN结 两端所加的正向电压
iD
Is
O Von
（1）外加电压V=0时,iD=0; （2）V>0, iD成指数规律上升；V<Von 时， ID电流很小，只有V>Von时，iD迅速上升， 导通后，电压基本不变化V=Von （3）V<0, ID=Is，因为Is很小，可忽略， V 反向偏置视为截止
• PN节的动态开关特性
– 动态开关特性是指二极管由导通到截止，或由截止到 导通，瞬变状态下的特性
v
动态时，加到两边的电压突
t
然反向时，电流的变化要稍
微滞后，这是因为PN结要建
i
立起足够的电荷梯度后才有
扩散运动
t
三极管的开关特性
数字电路中，三极管作为开关使用， 它工作在饱和区和截 止区，对应电路的两个状态
• 静态输入特性
– 描述输入电流随输入电压变化的特性；
iI
1.0 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0
0.5
vI
1.0
1.5
• 静态输出特性
2.0
TTL反向器的外部特性
• 传输延迟
– TTL电路中，二极管和三极管从导通到截止动态变化都 需要一定的时间，同时二极管、三极管，电阻都有电 容的存在都使输出电压的波形比输入电压的波形要滞 后，并且上升和下降沿都将变坏
VOHMIN ：输出高电平的下限，它对应在输入低电平的上限VILMAX VOLMAX：输出低电平的上限，它对应在输入低电平的下限VIHMIN
前一级门的输出为后一级门电路的输入，所以有
高电平噪声容限VHN= VOHMIN –VIHMIN; 低电平噪声容限VNL=VILMAX-VOLMAX
TTL反向器的外部特性
半导体的开关特性
• 半导体构成的器件：二极管、三极管和MOS管 • 导通状态时，有电信号通过，称开态，截止时，
没有电信号，称关态，这就是开关特性 • 半导体的开关特性分为：静态和动态
二极管的静态特性
• 二极管的工作机理
正向导通
PN结 P 外电场 N
内内电电场场
IF
外加的正向电压有一 部分降落在PN结区，方 向与PN结内电场方向相 反，削弱了内电场。于是， 内电场对多数载流子扩散 运动的阻碍减弱，扩散电 流加大。扩散电流远大于 漂移电流，可忽略漂移电 流的影响，PN结呈现低 阻性。
• 外部特性是指通过集成电路芯片引脚反映出来的特性
• 电压传输特
– 曲线段AB，因为vi<0,6,所以vb1<1.3v ,T2和T5导通，T4截止;
vo=VCC-Vr2-vb4-Vd2=3.6v
– BC段，1.3> vi>0,6,T2通，T5截止，T2工作在放大区，随vi增加，
Vc2和vo线形下降
vO
三极管非门
+12V
A RA
Rc F
T
F=A
TTL 非门电路
• 结构与原理
4kW R1
R2
1.6kW
Avl
T1
T2
D1
3 1kW R
+5V
130W R4
T3 D2
T4 vOY
输入级
倒相级
输出级
• vi =VL=0.2V,T1发射级导通，导通后T1基极电压 为0.7v +0.2v=0.9v , T2,T5截止，T2集电极为5V， T4导通。vo上电压为3.6 v，高电平;
– CD段，Vi>1.4v,vb1为2.1V,T2和T4 A
B
同时导通，T4截止，输出电压急剧 3
为低电平，转则区中点对应的输入 2
电压为门槛电压VTH
C
1
DE
0.5 1.0 1.5
vI
输入端噪声容限 在保证输出高电平，低电平基本不变的条件下，输入电平的允许
波动的范围。
从非门电压输入输出特性曲线，定义
• vi =VH=3.4V,T1发射级反偏，集电极正偏，工作在 倒置放大状态， T2,T5导通后，T2工作在饱和状 态，T5工作在深度饱和状态，T2 的C点电压为 0.9v (0.7+0.2)v,T4 基极电压为1.4v ,T4截止，vo输 出为0.2v ，低电平。
• 得到Y=A
TTL反向器的外部特性
反向截至
PN结 P 外电场 NN
内内电电场场
IS
内电场对多子扩散运动 的阻碍增强，扩散电流大大 减小。此时PN结区的少子 在内电场作用下形成的漂移 电流大于扩散电流，可忽略 扩散电流，PN结呈现高阻 性。
在一定的温度条件下， 由本征激发决定的少子浓度 是一定的，故少子形成的漂 移电流是恒定的，基本上与 所加反向电压的大小无关， 这个电流也称为反向饱和电 流 IS 。
R DA A
DB B
uA uB
uF
0V 0V 0.7V
F 0V 3V 0.7V
3V 0V 0.7V
3V 3V 3.7V
AB F 000 010 100 111
二极管或门
F=A+B
A
DA
B
F
DB
R
uA uB 0V 0V 0V 3V 3V 0V 3V 3V
uF 0V 2.3V 2.3V 2.3V
AB F 000 010 100 111