第3章逻辑门电路

1、第3章2本部分主要内容核心：介绍满足前面各逻辑关系的具体介绍满足前面各逻辑关系的具体电路形式。电路形式。称为称为！内容：1.半导体二极管、三极管的开关特性；半导体二极管、三极管的开关特性；2.分立元件门电路分立元件门电路与门、或门、非门的构成；与门、或门、非门的构成；3. 常用的集成门电路（以常用的集成门电路（以TTL门电路为主介绍）；门电路为主介绍）；3本部分主要内容3. 常用的集成门电路（以常用的集成门电路（以TTL门电路为主介绍）；门电路为主介绍）；（1）普通门电路）普通门电路（2）特殊门电路）特殊门电路pOC门（集电极开路门）门（集电极开路门）pTSL门（三态门）门（三态门）pTG门（

2、双向传输门）门（双向传输门）/OD门（开漏门）门（开漏门）4本部分主要内容4. TTL门电路与门电路与CMOS门性能及特点对比；门性能及特点对比；5. 集成门电路使用中的几个实际问题。集成门电路使用中的几个实际问题。（本部分内容请结合教（本部分内容请结合教材材P96 3.4.3，自己看，自己看为主！）为主！）（本部分内容请结合课件及教材（本部分内容请结合课件及教材P95 “三三.CMOS电路的特点电路的特点” 对照学习！对照学习！ ）5一.半导体器件的开关特性1.半导体二极管的逻辑符号akD是一个是一个PN结！结！P 说明：a+-VDID0ka-+VDID0k（一）半导体二极管的开关特性6P二

3、极管的实物图片：一.半导体器件的开关特性1N4148(直插直插)1N4007(直插直插) 1N4007贴片贴片 （一）半导体二极管的开关特性72.二极管的特性单向导电性单向导电性R；二极管截止，；二极管截止，ID0。【如前页说明】硅管：硅管：0.60.7V锗管：锗管：0.20.3V一.半导体器件的开关特性（一）半导体二极管的开关特性8假定：假定：vI对应的对应的,且且D的正向电阻为的正向电阻为0；,且且D的反向电阻为的反向电阻为。则：则：当当vI=VIH时：时：D截止，截止，vO=VOH=VCC，D截止相当于开关的截止相当于开关的状态；状态；一.半导体器件的开关特性3.二极管的开关特性（一）半

4、导体二极管的开关特性9当当vI=VIL时：时：D导通，导通，vO=VOL=0V，D导通相当于开关的导通相当于开关的状态；状态；一.半导体器件的开关特性假定：假定：vI对应的对应的,且且D的正向电阻为的正向电阻为0；,且且D的反向电阻为的反向电阻为。则：则：3.二极管的开关特性（一）半导体二极管的开关特性10可见：可见：可以用输入信号的高、低电平控制可以用输入信号的高、低电平控制低电平输出信号。低电平输出信号。二极管的开关状态，并在输出端得到相应的高、二极管的开关状态，并在输出端得到相应的高、二极管的实际开关速度二极管的实际开关速度要受限制，但因为时间要受限制，但因为时间很短，故常忽略不计！很短

5、，故常忽略不计！一.半导体器件的开关特性3.二极管的开关特性（一）半导体二极管的开关特性111.BJT的逻辑符号【BJT：Bipolar Junction Transistor】（1）NPN型结构示意图结构示意图逻辑符号逻辑符号【Emitter】【Collector】【Base】（Je）（Jc）箭头方向：由P区N区一.半导体器件的开关特性（二）双极结型三极管(BJT)的开关特性12逻辑符号逻辑符号箭头方向：由P区N区【Emitter】【Collector】【Base】（Je）（Jc）PNP（2）PNP型结构示意图结构示意图1.BJT的逻辑符号【BJT：Bipolar Junction Tran

6、sistor】一.半导体器件的开关特性（二）双极结型三极管(BJT)的开关特性13NPN型三极管型三极管9013(直插直插 )PNP型三极管型三极管9014(直插直插 )三极管三极管8550(直插直插 )三极管三极管8550(贴片贴片 )实物实例：实物实例：1.BJT的逻辑符号【BJT：Bipolar Junction Transistor】一.半导体器件的开关特性（二）双极结型三极管(BJT)的开关特性142.BJT的输出特性曲线【以以接法电路为例接法电路为例】以以c和和e之间的回路作为输之间的回路作为输出回路，而得输出曲线。出回路，而得输出曲线。输出回路输出回路一.半导体器件的开关特性（二

7、）双极结型三极管(BJT)的开关特性15iC受受uCE显显著控制的区域，该区域著控制的区域，该区域内内uCE的数值较小，一般的数值较小，一般uCE0.7V（硅管）。此（硅管）。此时时Je正偏，正偏，Jc正偏或反偏正偏或反偏电压很小电压很小。2.BJT的输出特性曲线【以以接法电路为例接法电路为例】一.半导体器件的开关特性（二）双极结型三极管(BJT)的开关特性16i iC C接近零接近零的区域，相当的区域，相当i iB B=0=0的曲的曲线的下方。此时线的下方。此时J Je e反偏，反偏，J Jc c反偏反偏。2.BJT的输出特性曲线【以以接法电路为例接法电路为例】一.半导体器件的开关特性（二）

8、双极结型三极管(BJT)的开关特性17iC平行于平行于uCE轴的区域，曲线基轴的区域，曲线基本平行等距。本平行等距。 此时此时Je正偏，正偏，Jc反偏反偏。电压。电压大于大于0.7V左右（硅左右（硅管）。管）。线性关系2.BJT的输出特性曲线【以以接法电路为例接法电路为例】一.半导体器件的开关特性（二）双极结型三极管(BJT)的开关特性18数电着重讨论的是和2.BJT的输出特性曲线【以以接法电路为例接法电路为例】一.半导体器件的开关特性（二）双极结型三极管(BJT)的开关特性模电着重讨论的是！193.BJT的开关特性当当vI=VIL0V时：时：T截止，截止，vO=VOH=VCC相当于开关相当于

9、开关“断开断开”；当当vI=VIH=VCC时：时：T饱和导通，饱和导通，vO=VOL0V相当于开关相当于开关“闭合闭合”；一.半导体器件的开关特性（二）双极结型三极管(BJT)的开关特性20双极型三极管的开关等效电路双极型三极管的开关等效电路截止状态截止状态饱和导通状态饱和导通状态Je正偏正偏3.BJT的开关特性一.半导体器件的开关特性（二）双极结型三极管(BJT)的开关特性211.N沟道增强型MOSFET的逻辑符号【MOSFET：Mental-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor】逻辑符号逻辑符号箭头方向：由PN一.半导体器件的开关特性（三）

10、绝缘栅型场效应管(MOSFET)的开关特性-N+NP衬底sgdb源极栅极漏极衬底SiO2绝缘层绝缘层铝电极铝电极半导体半导体222.N沟道增强型MOSFET的特性曲线【MOSFET：Mental-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor】一.半导体器件的开关特性（三）绝缘栅型场效应管(MOSFET)的开关特性转移特性转移特性输出特性输出特性夹断区夹断区UT2UT233.MOSFET的开关特性【MOSFET：Mental-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor】一.半导体器件的开关特性（三）绝缘栅型场效

11、应管(MOSFET)的开关特性当当vIUT时：时：VT饱和导通，饱和导通，vO=VOL0V相当于开关相当于开关“闭合闭合”；243.MOSFET的开关特性【MOSFET：Mental-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor】一.半导体器件的开关特性（三）绝缘栅型场效应管(MOSFET)的开关特性MOS管的开关等效电路管的开关等效电路（a）截止状态）截止状态 （b）导通状态）导通状态 25BAY 1.二极管与门真值表：真值表：ABY000010100111符号：符号：表达式：表达式：二.分立元件门电路262.二极管或门真值表：真值表：ABY0000

12、11101111符号：符号：表达式：表达式：BAY 这里“与门”、“或门”都可以扩展为多输入端的情况。二.分立元件门电路27二.分立元件门电路3.BJT三极管非门MOSFET构成的构成的电路与其原电路与其原理相同，此处不理相同，此处不再赘述！再赘述！28二.分立元件门电路3.BJT三极管非门AY 保证在输入低电平时，即使保证在输入低电平时，即使vI稍大于稍大于0，三极管也，三极管也能可靠地截止。能可靠地截止。实用电路实用电路符号：符号：真值表：真值表：AY0110表达式：表达式：29三.常用的集成门电路（一）普通门电路1.TTL反相器通常把它分成三部分：通常把它分成三部分：输入级输入级倒相级倒

13、相级输出级输出级R1和和T1R2、T2和和R3R4、D2、T4和和T51AY（1）电路结构303.6V0.6V2.0V0.3V截止区截止区线性区线性区转折区转折区饱和区饱和区（2）电压传输特性【说明】【重点掌握！】 转折区中点对应的输入电转折区中点对应的输入电压称为压称为（或（或），用），用VTH表示。表示。TTL门电路的VTH=1.4V三.常用的集成门电路（一）普通门电路1.TTL反相器31三.常用的集成门电路1.TTL反相器=VSHVON=VOFF=VSL|标准高电平标准高电平VSH： VSH=VOH(min)|标准低电平标准低电平VSL： VSL=VOL(max)|开门电平开门电平VON

14、：VON=VIH(min)|关门电平关门电平VOFF：VOFF=VIL(max)7474系列门电路的标准参数为：系列门电路的标准参数为：VOH(min)2.4V2.4V；VOL(max)0.4V0.4VVIH(min)2.0V2.0V；VIL(max)0.8V0.8V（3）输入端噪声容限32三.常用的集成门电路1.TTL反相器=VSHVON=VOFF=VSL（3）输入端噪声容限|噪声容限：噪声容限：在保证高、低电平基本不变（或者说变化的大小不超过允许在保证高、低电平基本不变（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，限度）的条件下，表示门电路的抗干扰能力表示门电路的抗干扰能力。 VNH=VOH

15、(min)-VIH(min)=2.4-2=0.4V VNL=VIL(max)-VOL(max)=0.8-0.4=0.4V33三.常用的集成门电路1.TTL反相器=VSHVON=VOFF=VSL（3）输入端噪声容限VOFFvIVON时，时，vO既不是既不是“1”，也不是，也不是“0”。故故vI不能落在该区，否则不能落在该区，否则系统无法判断逻辑，会发系统无法判断逻辑，会发生错误。生错误。未定义区域34CMOS反相器的反相器的阈值电压为：阈值电压为：DDTHVV21 2.CMOS反相器三.常用的集成门电路（一）普通门电路p电压传输特性35三.常用的集成门电路（一）普通门电路3.四2输入与门实物实例

16、：实物实例：实物图实物图内部结构图内部结构图74LS0836三.常用的集成门电路（一）普通门电路4.四2输入或门实物实例：实物实例：实物图实物图内部结构图内部结构图74LS3237三.常用的集成门电路（一）普通门电路5.六反相器（即非门）实物实例：实物实例：实物图实物图内部结构图内部结构图74LS0438三.常用的集成门电路（一）普通门电路6.常用普通集成门电路型号列表序序号号芯片名称芯片名称（功能）（功能）芯片型号芯片型号序序号号芯片名称芯片名称（功能）（功能）芯片型号芯片型号1四四2输入与门输入与门74LS08/1四四2输入或非门输入或非门74LS02/CC40012三三3输入与门输入与门

17、74LS11/2三三3输入或非门输入或非门74LS27/3双双4输入与门输入与门74LS21/3双双4输入或非门输入或非门74LS25/CC40024四四2输入与非门输入与非门74LS00/46反相器反相器74LS04/5三三3输入与非门输入与非门74LS10/5四四2输入异或输入异或74LS86/6双双4输入与非门输入与非门74LS20/678输入与非输入与非74LS30/7813输入与非输入与非74LS133/89四四2输入或门输入或门74LS32/939三.常用的集成门电路（二）特殊门电路G1G2101.集电极开路门（OC门）【 OC门：门：Open Collector 】逻辑符号逻辑符

18、号40三.常用的集成门电路（二）特殊门电路1.集电极开路门（OC门）OC门的特点门的特点可以可以线与线与。v所谓所谓“线与线与”，就是将多个，就是将多个OC门的输出门的输出端并联（即各输出端用一根导线直接连接端并联（即各输出端用一根导线直接连接起来）以实现起来）以实现的功能（如下页图所的功能（如下页图所示）。示）。41三.常用的集成门电路（二）特殊门电路CDABY“线与”逻辑图必须接上拉电阻和必须接上拉电阻和电源，否则高电平难以确电源，否则高电平难以确定。定。1.集电极开路门（OC门）42三.常用的集成门电路（二）特殊门电路2.三态输出门（TSL门）【 TSL门：门： Tristate Log

19、ic 】输出具有三种状态：输出具有三种状态：高电平高电平、低电平低电平和和高阻态高阻态（又称为禁止态）（又称为禁止态） 三态门的代表符号三态门的代表符号 （a a）控制端高电平有效）控制端高电平有效 当当EN=1EN=1时，时， 当当EN=0EN=0时，时，Y Y为高阻态为高阻态 （b b）控制端低电平有效）控制端低电平有效 当当 时，时，Y Y为高阻态为高阻态 当当 时，时， ABY 1EN 0EN ABY 图图a图图b43三.常用的集成门电路（二）特殊门电路2.三态输出门（TSL门）【 TSL门：门： Tristate Logic 】三态门的应用三态门的应用让各门的控制端处于高电平，让各门

20、的控制端处于高电平，即任意时刻只让一个即任意时刻只让一个TSLTSL门门处于工作状态，而其余的处于工作状态，而其余的TSLTSL门均处于高阻状态，这门均处于高阻状态，这样总线会轮流接受各样总线会轮流接受各TSLTSL门门的输出。的输出。44三.常用的集成门电路（二）特殊门电路2.三态输出门（TSL门）【 TSL门：门： Tristate Logic 】三态门的应用三态门的应用用三态输出门实现数据的双向传输用三态输出门实现数据的双向传输 G1工作而工作而G2呈高阻态，呈高阻态，数据数据D0经经G1反相后送到总反相后送到总线上去；线上去；G2工作而工作而G1呈高阻态，呈高阻态，来自总线的数据经来自

21、总线的数据经G2反相反相后送出。后送出。45三.常用的集成门电路（二）特殊门电路3.CMOS传输门（TG门）【 TG门：门： Transimission Gate 】逻辑符号逻辑符号vO=vI设控制信号设控制信号C和和 的高、低电平分别为的高、低电平分别为VDD和和0V。CX当当C=0， =1时时（只要（只要vI的变化范围不的变化范围不超出超出0VDD）:CX当当C=1， =0时时（且在（且在RL远大于远大于T1、T2的导通电阻情况下）的导通电阻情况下）:CvO与与vI间呈高阻态间呈高阻态TG门截止门截止vO与与vI间呈低阻态间呈低阻态TG门导通门导通TG门属于门属于，是，是CMOS门门电路特

22、有的一种门电路。它电路特有的一种门电路。它。46三.常用的集成门电路（二）特殊门电路3.CMOS传输门（TG门）【 TG门：门： Transimission Gate 】TG门的应用门的应用作双向模拟开关作双向模拟开关用来传输连续变化的模拟电压信号用来传输连续变化的模拟电压信号47结论2：输入高、低电平与输入端输入高、低电平与输入端对应的对应的Ri大小无关！大小无关！结论1：对应该输入端视为对应该输入端视为输入；输入；对应该输入端视为对应该输入端视为输入；输入；三.常用的集成门电路（三）两个重要结论48!CMOS电路的工作速度比电路的工作速度比TTL电路的稍低。电路的稍低。!CMOS带负载的能

23、力比带负载的能力比TTL电路强。电路强。!CMOS电路的电源电压允许范围较大，约在电路的电源电压允许范围较大，约在318V，抗干扰能力比，抗干扰能力比TTL电路强。电路强。!CMOS电路的功耗比电路的功耗比TTL电路小得多。门电路电路小得多。门电路的功耗只有几个的功耗只有几个W，中规模集成电路的功耗，中规模集成电路的功耗也不会超过也不会超过100W。四. CMOS门电路的特点49!CMOS集成电路的集成度比集成电路的集成度比TTL电路高。电路高。!CMOS电路适合于特殊环境下工作。电路适合于特殊环境下工作。!CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好，尤其是铁应接地良好，尤其是CMOS电路多余不电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。接高电平。四. CMOS门电路的特点50五.使用集成电路时的注意事项 1.对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围内，否则将导致性能下降或损坏器件。围内，否则将导致性能下降或损坏器件。2.数字集成电路种