1、第三章第三章 門電路（一）門電路（一）內容提要：內容提要： 本章主要講述數字電路的基本邏輯單元門本章主要講述數字電路的基本邏輯單元門電路，有電路，有TTL邏輯門、邏輯門、MOS邏輯門。在討論半導邏輯門。在討論半導體二極管和三極管及場效應管的開關特性基礎上，體二極管和三極管及場效應管的開關特性基礎上，講解它們的電路結構、工作原理、邏輯功能、電器講解它們的電路結構、工作原理、邏輯功能、電器特性等等，為以后的學習及實際使用打下必要的基特性等等，為以后的學習及實際使用打下必要的基礎。本章重點討論礎。本章重點討論TTL門電路和門電路和CMOS門電路。門電路。本章主要內容本章主要內容o 3.1 概述概述o

2、 3.2 半導體二極管門電路半導體二極管門電路o 3.3 CMOS門電路門電路o 3.5 TTL門電路門電路3.1 概述概述1.門電路門電路實現基本邏輯運算和復合運實現基本邏輯運算和復合運算的單元電路稱為門電路，算的單元電路稱為門電路，常用的門電路有非門、與非常用的門電路有非門、與非門、或非門、異或門、與或門、或非門、異或門、與或非門等非門等.2.二值邏輯及實現二值邏輯及實現在數字電路中，輸入輸出都在數字電路中，輸入輸出都是二值邏輯，其高低電平用是二值邏輯，其高低電平用“0”和和“1”表示。其高低電平表示。其高低電平的獲得是通過開關電路來實的獲得是通過開關電路來實現，如二極管或三極管電路現，如

3、二極管或三極管電路組成。如圖所示。組成。如圖所示。3.1 概述概述單開關電路功耗較大，目前出現互補開單開關電路功耗較大，目前出現互補開關電路（如關電路（如CMOS門電路）。開關門電路）。開關S1和和S2受同一輸入信號受同一輸入信號vI的控制的控制,而且導而且導通和斷開的狀態相反。當通和斷開的狀態相反。當S1閉合時閉合時,S2斷開，輸出為高電平斷開，輸出為高電平“1”；相反當；相反當S1斷斷開時開時,S2閉合閉合,輸出為高電平輸出為高電平“0”。 互補開關電路由于兩個開關總有一個是斷開的，流過互補開關電路由于兩個開關總有一個是斷開的，流過的電流為零，故電路的功耗非常低，因此在數字電路中得的電流為

4、零，故電路的功耗非常低，因此在數字電路中得到廣泛的應用到廣泛的應用.3.1 概述概述3.正負邏輯表示正負邏輯表示在二值邏輯中，如果用高電在二值邏輯中，如果用高電平表示邏輯平表示邏輯“1” ，低電平表，低電平表示邏輯示邏輯“0” ，在這種規定下，在這種規定下的邏輯關系稱為的邏輯關系稱為正邏輯正邏輯；如；如果用高電平表示邏輯果用高電平表示邏輯“0” ，低電平表示邏輯低電平表示邏輯“1” ，在這，在這種規定下的邏輯關系稱為種規定下的邏輯關系稱為負負邏輯邏輯，如圖所示。，如圖所示。3.1 概述概述4.數字電路特點數字電路特點在數字電路中由于采在數字電路中由于采用高低電平，并且用高低電平，并且高低電平都

5、有一個高低電平都有一個允許的范圍，故對允許的范圍，故對元器件的精度和電元器件的精度和電源的穩定性的要求源的穩定性的要求都比模擬電路要低，都比模擬電路要低，抗干擾能力也強。抗干擾能力也強。3.1 概述概述5.門電路的分類門電路的分類（1）按構成分類：可分為分立元件邏輯門電路和集成邏輯門電路：分）按構成分類：可分為分立元件邏輯門電路和集成邏輯門電路：分立元件邏輯門電路是由半導體器件、電阻和電容連接而成。集成立元件邏輯門電路是由半導體器件、電阻和電容連接而成。集成邏輯門電路是將大量的分立元件通過特殊工藝集成在很小的半導邏輯門電路是將大量的分立元件通過特殊工藝集成在很小的半導體芯片上。體芯片上。（2）

6、按導電類型分類：雙極型（）按導電類型分類：雙極型（BJT）、單極型（）、單極型（FET）、混合型）、混合型（ FET +BJT）。）。）超大規模（大規模（中規模（）小規模（所含元器件數）按規模分（每片nIntegratio Scale LargeVery VLSIn)Integratio Scale LargeLSIn)Integratio Scale Medium-MSInIntegratio Scale mallSSIICS3.2 半導體二極管門電路半導體二極管門電路3.2.1半導體二極管的開關特性半導體二極管的開關特性1.電路構成及工作原理：電路構成及工作原理：由于二極管具有單向導電性，

7、故它可由于二極管具有單向導電性，故它可相當受外加電壓控制的開關。將相當受外加電壓控制的開關。將電路處于相對穩定狀態下，晶體電路處于相對穩定狀態下，晶體二極管所呈現的開關特性稱為穩二極管所呈現的開關特性稱為穩態開關特性。態開關特性。設設vi的高電平為的高電平為VIHVCC， vi的低電平為的低電平為VIL0，且且D為理想元件，即正向導通電阻為為理想元件，即正向導通電阻為0，反向電阻無，反向電阻無窮大，則穩態時當窮大，則穩態時當vIVIHVCC時，時，D截止，輸出截止，輸出電壓電壓vDVOH VCC3.2 半導體二極管門電路半導體二極管門電路2.二極管動態特性二極管動態特性由于在輸入電壓轉換狀態的

8、瞬間由于在輸入電壓轉換狀態的瞬間,二極管由反向截止到正向導通二極管由反向截止到正向導通時，內電場的建立需要一定的時，內電場的建立需要一定的時間，所以二極管電流的上升時間，所以二極管電流的上升是緩慢的；當二極管由正向導是緩慢的；當二極管由正向導通到反向截止時，二極管的電通到反向截止時，二極管的電流迅速衰減并趨向飽和電流也流迅速衰減并趨向飽和電流也需要一定的時間。由于時間很需要一定的時間。由于時間很短，在示波器是無法看到的。短，在示波器是無法看到的。3.2 半導體二極管門電路半導體二極管門電路3.2.2 二極管與門二極管與門設設VCC5V，輸入端，輸入端A、B的的高低電平為高低電平為VIH3V,VIL0V,二極管的正向導通二極管的正向導通壓降為壓降為VDF0.7V，則：，則：3.7V3V3V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V0V0VYBA111001010000YBABAY3.2 半導體二極管門電路半導體二極管門電路3.2.3 二