第二章邏輯門電路返回結束放映7/22/20231復習什么是高電平？什么是低電平？什么是狀態(tài)賦值？什么是正邏輯？什么是負邏輯？二極管與門、或門有何優(yōu)點和缺點？7/22/20232門電路：實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路，叫邏輯門電路，與基本邏輯關系相對應。門電路的主要類型：與門、或門、與非門、或非門、異或門等。門電路的輸出狀態(tài)與賦值對應關系：正邏輯：高電位對應“1”；低電位對應“0”?；旌线壿嫞狠斎胗谜壿嫛⑤敵鲇秘撨壿?；或者輸入用負邏輯、輸出用正邏輯。一般采用正邏輯負邏輯：高電位對應“0”；低電位對應“1”。7/22/20233獲得高、低電平的基本原理S開------VO輸出高電平，對應“1”。S合------VO輸出低電平，對應“0”。在數(shù)字電路中，對電壓值為多少并不重要，只要能判斷高低電平即可。高/低電平都允許有一定的變化范圍7/22/20234開關作用二極管反向截止：開關接通開關斷開三極管（C,E)飽和區(qū)：

截止區(qū)：開關接通CEB開關斷開

正向導通：

CEB7/22/202352.1.2

三極管的開關特性

管芯+三個引出電極+外殼返回雙極型三極管的結構7/22/20236三極管的結構及類型三極管的結構示意圖和符號7/22/202371.靜態(tài)特性及開關等效電路在數(shù)字電路中，三極管作為開關元件，主要工作在飽和和截止兩種開關狀態(tài)，放大區(qū)只是極短暫的過渡狀態(tài)。三極管的三種工作狀態(tài)（a）電路（b）輸出特性曲線返回7/22/20238三極管是電流控制的電流源，在模擬電路中，工作在放大區(qū)。在數(shù)字電路中工作在飽和區(qū)或截止區(qū)——開關狀態(tài)。下面以NPN硅管為例進行分析ICSIBSIB=0UCCiCuCEuOuiiBTRcRBUCC飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)uCEiC0負載線三極管CE之間相當于一個開關：在飽和區(qū)“閉合”，截止區(qū)“斷開”7/22/20239iCuCEuOui=0.3ViBTRcRBUCC飽和區(qū)截止區(qū)ICSIBSIB=0UCCuCEiC01.三極管的截止條件和等效電路當輸入信號uI=UIL=0.3V時（UBE=0.3V<0.5V）三極管截止，可靠截止條件為:UBE<0V截止時，iB、iC都很小，三個極均可看作開路iC

≈0，uO=UOH=UCC輸入特性0uBE/ViB0.50.7iB=0，等效電路BCE輸出特性7/22/2023102.三極管的飽和條件和等效電路在模擬電路中，為了不產(chǎn)生失真，通常規(guī)定飽和時UCES=1V。由于三極管的輸入特性很陡，通常認為飽和時的UBES和導通時的UBE相等（硅管：0.7V，鍺管0.3V）在數(shù)字電路中，為了更接近理想開關，規(guī)定飽和時UCES=0.3V。輸入特性0uBE/ViB/μAUBES飽和區(qū)截止區(qū)ICSIBSIB=0UCCuCEiC0輸出特性UCES7/22/202311將三極管剛剛從放大進入飽和時的狀態(tài)稱為：臨界飽和狀態(tài)。當輸入信號uI=UIH=3.2V時iCuCEuOui=3.2ViBTRcRBUCCIB=0UCCuCEiC0輸出特性ICSIBSUCES臨界飽和集電極電流：定義飽和深度：臨界飽和基極電流：可靠飽和條件為：iB≥IBSUCESBCEUBES等效電路7/22/202312開關等效電路(1)截止狀態(tài)條件：發(fā)射結反偏特點：電流約為07/22/202313(2)飽和狀態(tài)條件：發(fā)射結正偏，集電結正偏特點：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅7/22/202314圖2.9三極管開關等效電路(a)截止時(b)飽和時7/22/202315從二極管已知，PN結存在電容效應在飽和與截止兩個狀態(tài)之間轉換時，iC的變化將滯后于VI，則VO的變化也滯后于VI2.三極管的開關時間（動態(tài)特性）7/22/202316(1)

開啟時間ton

三極管從截止到飽和所需的時間。

ton=td+tr

td：延遲時間

tr：上升時間(2)關閉時間toff

三極管從飽和到截止所需的時間。

toff=ts+tf

ts

：存儲時間（幾個參數(shù)中最長的；飽和越深越長）tf

：下降時間toff>ton

。開關時間一般在納秒數(shù)量級。高頻應用時需考慮。7/22/202317門電路的概念：實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路，叫邏輯門電路。實現(xiàn)與運算的叫與門，實現(xiàn)或運算的叫或門，實現(xiàn)非運算的叫非門，也叫做反相器，等等。分立元件門電路和集成門電路:

分立元件門電路：用分立的元件和導線連接起來構成的門電路。簡單、經(jīng)濟、功耗低，負載差。集成門電路：把構成門電路的元器件和連線都制作在一塊半導體芯片上，再封裝起來，便構成了集成門電路。現(xiàn)在使用最多的是CMOS和TTL集成門電路。2.2分立元件門電路182.2.1二極管與門電路

1.電路2.工作原理A、B為輸入信號（+3V或0V）F為輸出信號VCC＝+5V表2-1電路輸入與輸出電壓的關系ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V返回7/22/202319用邏輯1表示高電平（此例為≥+3V）用邏輯0表示低電平（此例為≤0.7V）ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V3.邏輯賦值并規(guī)定高低電平4.真值表ABF000010100111表2-2二極管與門的真值表A、B全1，F(xiàn)才為1。可見實現(xiàn)了與邏輯7/22/2023205.邏輯符號6.工作波形(又一種表示邏輯功能的方法）7.邏輯表達式F＝AB二極管與門（a）電路（b）邏輯符號（c）工作波形7/22/202321

2.2.2二極管或門電路

1.電路2.工作原理電路輸入與輸出電壓的關系ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VA、B為輸入信號（+3V或0V）F

為輸出信號返回7/22/2023224.真值表ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V可見實現(xiàn)了或邏輯3.邏輯賦值并規(guī)定高低電平用邏輯1表示高電平（此例為≥+2.3V）用邏輯0表示低電平（此例為≤0V）ABF000011101111A、B有1，F(xiàn)就1。表2-4二極管或門的真值表7/22/202323二極管或門（a）電路（b）邏輯符號（c）工作波形5.邏輯符號6.工作波形7.邏輯表達式F＝A+B7/22/202324關于高低電平的概念及狀態(tài)賦值電位指絕對電壓的大小；電平指一定的電壓范圍。高電平和低電平：在數(shù)字電路中分別表示兩段電壓范圍。例：上面二極管與門電路中規(guī)定高電平為≥3V，低電平≤0.7V。又如，TTL電路中，通常規(guī)定高電平的額定值為3V，但從2V到5V都算高電平；低電平的額定值為0.3V，但從0V到0.8V都算作低電平。1.關于高低電平的概念

返回7/22/2023252.邏輯狀態(tài)賦值

在數(shù)字電路中，用邏輯0和邏輯1分別表示輸入、輸出高電平和低電平的過程稱為邏輯賦值。經(jīng)過邏輯賦值之后可以得到邏輯電路的真值表，便于進行邏輯分析。7/22/202326

2.2.3

非門（反相器）

圖2-15

非門(a)電路（b）邏輯符號1.電路2.工作原理A為輸入信號（+3.6V或0.3V）F

為輸出信號AF0.3V+VCC3.6V0.3V返回7/22/2023273.邏輯賦值并規(guī)定高低電平用邏輯1表示高電平（此例為≥+3.6V）用邏輯0表示低電平（此例為≤0.3V）4.真值表AF0.3V+VCC3.6V0.3VAF0110表2-4三極管非門的真值表A與F相反可見實現(xiàn)了非邏輯Y=A7/22/202328關于正邏輯和負邏輯的概念

正邏輯體系：用1表示高電平，用0表示低電平。負邏輯體系：用1表示低電平，用0表示高電平。1.正負邏輯的規(guī)定2.正負邏輯的轉換對于同一個門電路，可以采用正邏輯，也可以采用負邏輯。本書若無特殊說明，一律采用正邏輯體制。同一個門電路，對正、負邏輯而言，其邏輯功能是不同的。返回7/22/202329ABF0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V正與門相當于負或門二極管與門電路用正邏輯ABF000010100111正與門用負邏輯負或門ABF111101011000返回7/22/2023302.3TTL門電路

TTL集成邏輯門電路的輸入和輸出結構均采用半導體三極管，所以稱晶體管—晶體管邏輯門電路，簡稱TTL電路。

TTL電路的基本環(huán)節(jié)是反相器。簡單了解TTL反相器的電路及工作原理，重點掌握其特性曲線和主要參數(shù)（應用所需知識）。7/22/2023312.3.1TTL反相器的工作原理1.電路組成返回圖2.17

TTL反相器的基本電路

7/22/202332(1)輸入級NPN當輸入低電平時，

uI=0.２V，發(fā)射結正向導通，

uB1=0.9V當輸入高電平時，

uI=3.4V，發(fā)射結受后級電路的影響將反向截止。uB1由后級電路決定。NNP7/22/202333(2)中間級反相器VT2實現(xiàn)非邏輯反相輸出同相輸出向后級提供反相與同相輸出。輸入高電壓時飽和輸入低電壓時截止7/22/202334(3)輸出級（推拉式輸出）VT3為射極跟隨器低輸入高輸入飽和截止低輸入高輸入截止導通7/22/202335（1）當輸入低電平時，

uI=0.2V，VT1發(fā)射結導通，uB1=0.2V+0.7V=0.9V，VT2和VT4均截止，VT3和VD導通。輸出高電平uO=VCC-UBE3-UD-UR2≈5V-0.7V-0.7V=3.4V0.9V3.6V0.2V2.工作原理36（2）當輸入高電平時，

uI=3.4V，VT1處于倒置工作狀態(tài)，集電結正偏，發(fā)射結反偏，uB1=0.7V×3=2.1V，VT2和VT4飽和，輸出為低電平uO=0.3V。4.1V0.3V3.4V2.1V7/22/202337結論:輸出與輸入反相,實現(xiàn)了非的邏輯功能7/22/202338

(3)采用推拉式輸出級利于提高開關速度和負載能力

VT3組成射極輸出器，優(yōu)點是既能提高開關速度，又能提高負載能力。當輸入高電平時，VT4飽和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集電極電流可以全部用來驅動負載。7/22/202339當輸入低電平時，VT4截止，VT3導通(為射極輸出器)，其輸出電阻很小，帶負載能力很強。可見，無論輸入如何，VT3和VT4總是一管導通而另一管截止。這種推拉式工作方式，帶負載能力很強。

7/22/2023402.3.2、TTL反相器外部特性

電壓傳輸特性：輸出電壓uO與輸入電壓uI的關系曲線。返回1.電壓傳輸特性7/22/202341截止區(qū)線性區(qū)轉折區(qū)飽和區(qū)7/22/202342轉折區(qū)飽和區(qū)7/22/202343圖2.19TTL反相器的電壓傳輸特性截止區(qū)線性區(qū)轉折區(qū)飽和區(qū)