第3章集成逻辑门电路
第3章 集成逻辑门电路
第一节 概述 用以实现基本逻辑运算的具体电路 cc 称为逻辑门（电路）。它是构成数字 电路（系统）的最基本单元电路。 在电子电路中，用高、低电平分别 00 U 表示二值逻辑的“1”和“0”两种逻辑 状态。 获得高、低电平的基本原理如图所 示。开关S可用半导体开关器件实现
第一节 概述 用以实现基本逻辑运算的具体电路 称为逻辑门（电路）。它是构成数字 电路（系统）的最基本单元电路。 在电子电路中，用高、低电平分别 表示二值逻辑的“1”和“0”两种逻辑 状态。 获得高、低电平的基本原理如图所 示。开关S可用半导体开关器件实现
按逻辑门电路的功能划分，常用的有与门、或门、非 门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种基本门电 路。 按逻辑门电路的内部结构分类，有DTL、TTL、 CTL、 HTL、ECL、PL、MOS、CMOS等类型。 按逻辑门电路的输出方式分类，有图腾柱输出门、集 电极开路输出门(OC门)、三态输出门(TS门)
按逻辑门电路的功能划分，常用的有与门、或门、非 门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种基本门电 路。 按逻辑门电路的内部结构分类，有DTL、TTL、CTL、 HTL、ECL、I 2L、MOS、CMOS等类型。 按逻辑门电路的输出方式分类，有图腾柱输出门、集 电极开路输出门（OC门）、三态输出门（TS门）
正逻辑与负逻辑 ÷正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0 ÷负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0 正负逻辑之间存在着简单的对偶关系，例如正逻辑与门等同 于负逻辑或门等。 ·在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管和NMOS管，电 源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是PNP管和PMOS 管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。 今后除非特别说明，一律采用正逻辑
正逻辑与负逻辑 ❖ 正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0 ❖ 负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0 ❖ 正负逻辑之间存在着简单的对偶关系，例如正逻辑与门等同 于负逻辑或门等。 ❖ 在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管和NMOS管，电 源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是PNP管和PMOS 管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。 ❖ 今后除非特别说明，一律采用正逻辑
第二节基本逻辑门电路 理想开关特性的静态特性： 闭合时电阻为0 断开时电阻为∞ 开关动作在瞬间完成 实际上开关闭合时总是有一个很小的电阻，断开时电阻不 可能为∞，转换过程总要花一定的时间 先看一个简单的单向阀的开关特性
第二节 基本逻辑门电路 理想开关特性的静态特性： 先看一个简单的单向阀的开关特性 闭合时电阻为0 实际上开关闭合时总是有一个很小的电阻，断开时电阻不 可能为∞，转换过程总要花一定的时间 开关动作在瞬间完成 断开时电阻为∞
压力 单向阀的开关特性 压 压力为突变为负时 0 反向 球体 流量 球体在喇 叭以上 球体 球体在喇 叭以上 喇叭口 球体在喇 周 叭口处 有泄漏 流量 球体在喇 叭口处 单向阀的工作并不理想 开关动作不能瞬间完成 理想特性 关闭时还有一定的泄露 只有正向压力足以顶起球体时才开启（图中没有画出）
正 向 反 向 单向阀的开关特性 球体 球体 t t 压力 流量 0 0 压力=0时 压力为正时 球体在喇 叭口处 球体在喇 叭以上 压力为突变为负时 喇叭口 球体在喇 叭以上 球体在喇 流量 叭口处 0 t 开关动作不能瞬间完成 理想特性 关闭时还有一定的泄露 只有正向压力足以顶起球体时才开启（图中没有画出） 单向阀的工作并不理想 有泄漏
3.2.1二极管的开关特性 U,0.5V时，二 开关电路 极管导通。 伏安特性 D + 4,=0V R uoUo u=OV时的等效电路 u=5V时的等效电路 4,=0V时，二极管截止，如同 u=5V时，二极管导通，如同 开关断开，u。=0V。 0.7V的电压源，4。=4.3V。 极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度
+ ui RL － + uo － D 开关电路 I F 0.5 0.7 i D(mA) uD(V) 伏安特性 UBR 0 + ui =0V RL － + uo － D ui =0V 时的等效电路 + + － ui =5V RL － + uo － D 0.7V ui =5V 时的等效电路 uo uo ui ＝0V时，二极管截止，如同 开关断开，uo ＝0V。 ui ＝5V时，二极管导通，如同 0.7V的电压源，uo ＝4.3V。 二极管的反向恢复时间限制了二极管的开关速度。 Ui0.5V时，二 极管导通。 3.2.1二极管的开关特性
(一)静态特性 导通时的等效电路 伏安特性 截止时的等效电路 二极管加正向电压时导通，伏安特性很陡， 压降很小（硅 管：0.7N,锗管0.3V)，可以近似看作是一个闭合的开关 二极管加反向电压时截止，截止后的伏安特性具有饱和特性 (反向电流几乎不随反向电压的增大而增大)且反向电流很 小(nA级)，可以近似看作是一个断打开的开关 极管具有单向导电性
二极管具有单向导电性 （一）静态特性 二极管加正向电压时导通，伏安特性很陡，压降很小（硅 管：0.7V，锗管0.3V），可以近似看作是一个闭合的开关 二极管加反向电压时截止，截止后的伏安特性具有饱和特性 （反向电流几乎不随反向电压的增大而增大）且反向电流很 小（nA级），可以近似看作是一个断打开的开关 伏安特性 0 uD iD 导通时的等效电路 截止时的等效电路 + - - +
(二)动态特性 0 上升时间 当为一矩形电压时 反向恢复时间 二极管VD的电流的变化过程 ( 电流波形的不够陡峭（不理想） 存储时间 漏电流 波形和“单向阀”的特性是相似 这就限制了二极管的最高工作频率 上升时间、恢复时间都很小，基本上由二极管的制作工艺决定 存储时间与正向电流，反向电压有关。 常用的开关二极管是：IN4148
存储时间 （二）动态特性 当uD 为一矩形电压时 电流波形的不够陡峭（不理想） t 0 t 0 反向恢复时间 漏电流 iD uD uD iD 上升时间 二极管VD的电流的变化过程 上升时间、恢复时间都很小，基本上由二极管的制作工艺决定 常用的开关二极管是：IN4148。 存储时间与正向电流，反向电压有关。 VD R 波形和“单向阀”的特性是相似 这就限制了二极管的最高工作频率 的
3.2.2三极管的开关特性 下面以NPN硅管为例进行分析 三极管是电流控制的电流源，在模拟电路中，工作在放大区。 在数字电路中工作在饱和区或截止区一开关状态。 Ucc 负载线 Ics 放大区 截止区 饱和区 6=0 UCE 三极管CE之间相当于一个开关： 在饱和区“闭合”，截止区“断 开
3.2.2 三极管的开关特性 三极管是电流控制的电流源，在模拟电路中，工作在放大区。 在数字电路中工作在饱和区或截止区——开关状态。 下面以NPN硅管为例进行分析 ICS IBS IB=0 CC C U / R UCC iC uCE uO ui iB T Rc RB UCC 饱和区 放大区 截止区 uCE iC 0 负载线 三极管CE之间相当于一个开关：在饱和区“闭合”，截止区“断 开