第三章 逻辑门电路

第三章

逻辑门电路本章学习重点熟悉开关器件（二极管、三极管BJT）的开关特性【BJT：BipolarJunctionTransistor】第3章掌握由分立元件构成的基本逻辑门电路①二极管与门电路②二极管或门电路③非门——BJT反相器本章学习重点TTL逻辑门电路第3章一般了解

它们的内部结构重点

掌握它们的逻辑功能和外特性逻辑门电路的主要技术参数TTL门电路中的OC门和三态门一．二极管的开关特性首先来看一下获得高、低电平的基本原理：

当开关S断开时，输出电压vO为高电平；当开关S接通后，输出便为低电平。

以下讨论的开关S是用半导体二极管或三极管构成的。第3章返回二极管的开关特性表现在：

正向导通与反向截止这样两种不同状态之间的转换过程。第3章（一）半导体二极管相关知识二极管的几种外形

二极管的几种常见结构和符号

第3章二极管的基本特性：单向导电性二极管的伏安特性正向偏置时→二极管导通

反向偏置时→二极管截止i—为流过二极管的电流；v—为加到二极管两端的电压；vT—为温度的电压当量，常温下等于26mV第3章第3章（二）二极管的开关特性当vi=0(即输入为低电平)时：D导通，输出vo＝0为低电平；——相当于开关闭合状态当vi=VCC(即输入为高电平)时：D截止，输出vo＝VCC为高电平；——相当于开关断开状态

二．三极管的开关特性（一）半导体三极管的结构（1）三极管的几种外形第3章返回（2）三极管的几种常见结构和符号第3章常用双极型三极管的两种类型：（b）PNP型（a）NPN型第3章（3）双极型三极管的特性曲线（a）输入特性曲线

以基极b和发射极e之间的发射结作为输入回路而得该曲线。它与半导体二极管正向导通时的V-I特性曲线相同。第3章（b）输出特性曲线

以集电极c和发射极e之间的回路作为输出回路，而得该输出曲线。第3章半导体三极管的开关特性

第3章当vi=0(即输入为低电平)时：T截止，输出vo＝VCC为高电平；——相当于开关断开状态当vi=VCC(即输入为高电平)时：T导通，输出vo＝0为低电平；——相当于开关闭合状态ABD1YVCC（5V）D2RA、B——输入，Y——输出设：VIH=3V，VIL=0V只要A、B中有一个为低电平（0V），二极管正向导通压降VD=0.7V。只有A、B同时为高电平（3V），以A=0为例0V0.7V则相应的二极管导通，Y就为低电平（0.7V），即：只要AB=0，则Y=0。即：只有AB=1，才有Y=1。3V3V3.7VY才为高电平（3.7V）。逻辑符号所以：Y=AB三.分立元件构成的门电路二极管与门这种与门电路虽然很简单，但存在着严重的缺点

(1)输出电平都比输入电平高出0.7V——电平偏离，如果将三个这种门级联（前级的输出作为后级的输入），VCC（5V）0V则最后一级的输出低电平偏离到2.1V，已接近规定的输入的高电平，会造成逻辑混乱。0.7V1.4V2.1VD1D2RD1D2RD1D2RD1D2R+VCC（5V）RL=R3V3V3.7V2.5V(2)当输出端对地接上负载电阻（常称为下拉负载）时，会使输出高电平降低，即带负载能力差，严重时会造成逻辑混乱。

2二极管或门ABD1YD2RA、B——输入，Y——输出设：VIH=3V，VIL=0V只要A、B中有一个为高电平（3V），二极管正向导通压降VDF=0.7V。只有A、B同时为低电平（0V），两个二极管均截止。以A=1为例0V0V则相应的二极管导通，Y就为高电平（2.3V），即：只要A+B=1，则Y=1。3V2.3VY才为低电平（0V），即：只有A+B=0，才有Y=0逻辑符号所以：Y=A+B0V设三极管的β=20；VCES=0.3V，VBE=0.7V，VIL=0.3V，VIH=3.2V

（一）逻辑功能分析

1.当uI=VIL=0.3V，即：A=0时TRCR1VCC=5VR24.7KVBB=-5VuouI10K56KEBCuO=VOH=5V，即Y=1三极管截止，iC≈0iC0.3V5V3.三极管非门2.当uI=VIH=3.2V，即：A=1时三极管饱he，VBES=0.7V，VCES=0.3V实现了逻辑非：TRCR1VCC=5VR24.7KVBB=-5VuouI10K56KEBCuO=VOL=VCES=0.3V，即Y=0它是一个非门（也称反相器）R1R2UBB=-5VuI10K56K0.7V3.2V3.2Vi1i2iB逻辑符号四.TTL集成门电路

所谓集成电路（IntegratedCircuit，简称IC）是采用一定的生产工艺，将晶体管、电阻、电容等元件和连线制做在同一块半导体基片上、并封装于一个管壳内所构成的电路单元。集成门电路具有体积小、可靠性高、工作速度快等许多优点。按照所采用的基本电子器件的不同，集成门电路分为TTL和MOS两大类型。TTL数字集成器件内部由双极型晶体管组成，TTL是晶体管一晶体管逻辑电路(TransistorTransistorLogic)的简称，由于其结构较简单，制造工艺成熟，因此性能稳定，可靠性高。TTL集成门电路有54(军用品)和74(民用品)两大系列，每一系列的品种很多，74系列中有74××(标准型)、74S××(肖特基型)、74LS××(低功耗肖特基型)等.

(一）TTL反相器第3章典型电路通常把它分成三部分：输入级（R1、D1和T1）倒相级（R2、T2和R3）输出级（R4、T4

和D2

、T5）返回TTL反相器电路第3章【分析工作原理（1）】

当输入为高电平，假设Vcc=5v,VI=VIH=3.4V时：T1发射结正偏处于导通状态，而T2和T5的发射结必然导通，T4和D2均截止，故此时输出为低电平。TTL反相器电路第3章【分析工作原理（2）】当输入为低电平，假设vI=VIL=0.2V时：T1发射结导通，T2和T5均截止，而T4和D4处于饱和状态，故此时输出为高电平。TTL反相器电路第3章【几点说明】输出端属于推拉式（图腾柱）输出级。其优点是：既能提高开关速度，又能提高带负载能力。二极管D1的作用：为确保T5饱和导通时T4可靠地截止而串的。TTL集成门电路的某个输入端悬空，相当于输入端接1。TTL反相器的电压传输特性第3章就是 的关系曲线，如下图所示。AB段——截止区BC段——线性区CD段——转折区DE段——饱和区﹠V0V1

+5V

+5V

R

测试电路（二）TTL与非门电路第3章

把TTL反相器的输入端修改为多输入端的形式，就变成了TTL与非门电路。多输入端典型电路其中T1是一个多发射极三极管，相当若干个发射极独立而基极和集电极分别并联在一起的三极管，其等效电路如下：+V13CCABCTbR1TTL与非门的技术参数（1）传输特性【如前介绍】（2）输入和输出的高、低电压 由前面TTL反相器的传输特性可以求得输入和输出的高、低电压的数值如下： 输出高电压VOH≈VO(A)=3.6V 输出低电压VOL=VCES=0.2V 输入低电压VIL=VI(B)=0.4V 输入高电压VIH=VI(D)=1.2V第3章﹠V0V1

+5V

+5V

R

参数名称符号单位指标输出高电平输出低电平开门电平关门电平输入短路电流输入高电平电流扇出系数传输延迟时间功耗VOHVOLVONVOFFIISIIHNtpdPVVVVmAμA个nsmW≥3.2≤0.35≤1.8≥0.8≤2.2≤50≥8≤40≤50TTL与非门主要参数

（三）集电极开路门（OC门：【OpenCollector】）第3章定义集电极开路(OpenCollector)门简称为OC门,它是TTL与非门电路的推拉式输出级中，将输出级改为集电极开路的晶体管结构。电路结构及逻辑符号

OC门的特点OC门最显著的特点就是：可以线与。所谓“线与”，就是将多个OC门的输出端并联（即各输出端用一根导线直接连接起来）以实现与逻辑的功能（如右图所示）（四）三态输出门（TSL门：【TristateLogic】）

第3章三态门的电路结构和代表符号

三态门的输出具有三种状态：高电平、低电平和高阻态（又称为禁止态）。（a）控制端高电平有效当EN=1时，当EN=0时，Y为高阻态（b）控制端低电平有效当时，Y为高阻态当时，三态门的应用第3章（1）用三态输出门接成总线结构让各门的控制端处于高电平，即任意时刻只让一个TSL门处于工作状态，而其余的TSL门均处于高阻状态，这样总线会轮流接受各TSL门的输出。（2）用三态输出门实现数据的双向传输第3章

当EN=1时：G1工作而G2呈高阻态，数据D0经G1反相后送到总线上去；当EN=0时：G2工作而G1呈高阻态，来自总线的数据经G2反相后由送出。五.使用集成电路时的注意事项

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。数字集成电路种多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可以并联起来使用，也可以根据逻辑关系的要求接地或接高电平。TTL电路多余的输入端悬空表示输入为高电平；但CMOS电路，多余的输入端不允许悬空，否则电路将不能正常工作。

第3章五.使用集成电路时的注意事项

TTL电路和CMOS电路之间一般不能直接连接，而需利用接口电路进行电平转换或电流变换才可进行连接，使前级器件的输出电平及电流满足后级器件对输入电平及电流的要求，并不得对器件造成损害。

第3章第二章内容总结要建立下面一些概念：第3章利用半导体器件的开关特性，可以构成与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等等各种逻辑门电路，也可以构成在电路结构和特性两方面都独具特