第三章讲义 集成逻辑门

是构成数字电路的基本单元之一
CMOS 集成门电路 用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路。
TTL 集成门电路 输入端和输出端都用 三极管的逻辑门电路。
CMOS Complementary Metal-Oxide-Semiconductor TTL 即即 Transistor-Transistor Logic 按功能特点不同分 普通门 输出 三态门 CMOS (推拉式输出) 开路门 传输门 EXIT
E
B UBE(sat) iB ≥ IB(sat) E C
三极管 截止状态 等效电路
UCE(sat)
三极管 饱和状态 等效电路
EXIT
逻辑门电路
开关工作的条件
截止条件 uBE ＜ Uth 可靠截止条件为 uBE ≤ 0
VCC U CE(sat) RC VCC RC
饱和条件
iB ＞ IB(Sat)
逻辑门电路
[例] 下图中，已知 ROFF 800 ，RON 3 k，试对应 输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。
A 3.6 V 0.3 V
逻辑0 (a)
逻辑1
O Ya t
(b)
解：图(a)中，RI = 300 < ROFF 800 相应输入端相当于输入低电平， O 也即相当于输入逻辑 0 。 Yb 不同因此 TTLY 系列， R R 不同。 ON、 OFF UOH 。 a 输出恒为高电平 图(b)中，RI = 5.1 k > RON 3 k 相应输入端相当于输入高电平， O 也即相当于输入逻辑 1 。 Yb A 1 A 因此，可画出波形如图所示。
0. 3 O
t
EXIT
逻辑门电路
二、三极管的动态开关特性

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3.双极型三极管的开关电路
用NPN型三极管取代下图中的开关S，就得到了三 极管开关电路。
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3.双极型三极管的开关电路
当vI为低电平时，三极管工作 在截止状态（截止区），输出
高电平vO VCC 。
当vI为高电平时，三极管工作 在饱和导通状态（饱和区）， 输出低电平vO 0V（VCES ）。
从制造工艺方面来分类，数字集成电路可分为双极 型、单极型和混合型三类。
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3.2 半导体二极管门电路 3.2.1正逻辑与负逻辑
在数字电路中，用高、低电平来表 示二值逻辑的1和0两种逻辑状态。
获得高、低电平的基本原理电路如 图表示。开关S为半导体二极管或 三极管，通过输入信号控制二极管 或三极管工作在截止和导通两个状 态，以输出高低电平。
三极管相当一个受vI控制的开关
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双极型三极管的开关等效电路
截止状态
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饱和导通状态
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4. 双极型三极管的动态开关特性
在动态情况下，亦即三极管在截止与饱和导通两种 状态间迅速转换时，三极管内部电荷的建立和消散 都需要一定的时间，输出电压的变化滞后于输入电 压的变化，这种滞后现象是由于三极管的b-e间、ce间都存在结电容效应的原因。
I/mA
反向特性 600
400
200 –100 –50
0 0.4 0.7
– 0.1
反向击穿
特性
– 0.2
正向特性
V/V
死区电压
二极管/硅管的伏安特性
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2. 二极管的伏安特性-二极管的单向导电性 正极-P极

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。
1、二极管与门
分立元件门电路
+VCC(+5V)
AB
Y
R
00
0
5V
D1
A
3kΩ
Y
01
0
D2
10
0
0V B
11
1
uA uB
0V 0V
uY
0 .7 V
D1 D2 导通 导通
0V 5V
+VCC(+5V)
A B
T1
T2
T3
T4 Y A D1
R1 3kΩ
R3
R5
T5
B D2
b1 D3 c1
360Ω 3kΩ
TTL与非门电路
T1 的等效电路
功能表
uA uB
uY
0 .3 V 0 .3 V
3 .6 V
0 .3 V 3 .6 V
3 .6 V
3 .6 V 0 .3 V
3 .6 V
3 .6 V 3 .6 V
AB Y
00 0 01 1 10 1 11 1
Y=A+B
A ≥1
Y B
3、三极管非门
+5V
A
Y
1kΩ
0
1
4.3kΩ
Y
1
0
A
β =30 A
1
Y
电路图
逻辑符号
①uA＝0V时，三极管截止，iB＝0，iC＝0， 输出电压uY＝VCC＝5V ②uA＝5V时，三极管导通。
三极管工作在饱和状态。输出电压uY＝ UCES＝0.3V。

按电路结构不同分 是构成数字电路的基本单元之一
TTL 集成门电路
输入端和输出端都用 三极管的逻辑门电路。
CMOS 集成门电路
用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路。
CTMT按LO功即S 能即T特rCa点nomsi不sptlo同erm-分TernatnasriystMoreLtaolg-Oicxide-Semiconductor
中规模集成电路(MSI-Medium Scale Integration)，每 片组件内含100~1000个元件(或20~100个等效门)。
大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)， 每片 组件内含1000~100 000个元件(或100~1000个等效门)。
超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)， 每片组件内含100 000个元件(或1000个以上等效门)。
3.1.1三极管的开关特性
⒈ 静态开关作用
ube
ubc
ui
截止 反偏 反偏， iB＝iC ＝0，开关断开。 10K
( 集 射极间近似于断路)
放大 正偏 反偏， iC ＝ βiB， 线性放大。
饱和 正偏 正偏， iB >IBS ， 开关闭合。
( uCE 0.1 ~ 0.3V ,集 射极间近似于短路)
t
uI 负跳变到 iC 下降到
0.1IC(sat) 所需的时间 toff 称
为三极管关断时间。 通常
toff > ton
t 开通关常时工间作主频要率由不于高电时，
荷可存忽储略效开应关引时起间，要而提工高作
开频关率速高度时，必须降考低虑三开极关
管速饱度和是深否度合，适加，速否基则区导存致