第二章逻辑门电路

2.1 2.2 概述半导体器件的开关特性 2.3 分立元件门电路 2.4 双极型集成门电路 2.5 2.6 MOS型门电路 TTL电路于C MOS电路的接口第二章逻辑门电路第二章逻辑门电路 Chapter 2 Logic Gate Circuits 《数字电子技术》

2.1 概述 §2.1 概述 1、用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路通称为门电路。 2、常用的门电路在逻辑功能上有：与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。 3、在电子电路中，用高、低电平分别表示1、0两种二值逻辑状态，此为正逻辑，否则为负逻辑。如图2.1.1所示。《数字电子技术》

2.1 概述 图2.1.1 正逻辑和负逻辑对元、器件参数精度和电源稳定度较模拟电路低一些。《数字电子技术》

2.1 概述 缺陷？ 4、获得高、低电平的基本原理如图2.1.2所示。 (a)单开关电路 (b)互补开关电路图2.1.2 获得高、低电平的基本原理《数字电子技术》

§2.2 半导体器件的开关特性 2.2 半导体器件的开关特性 VON: 硅0.6~0.7V; 锗0.2~0.3V 一、半导体二极管的开关特性图2.2.1 二极管开关电路结构及电路示意《数字电子技术》

2.2 半导体器件的开关特性 (a) (b) (c) 图2.2.2 二极管伏安特性的几种近似方法（静态分析） (a)Von和rD均不可忽略 (b) Von不可忽略(c) Von和rD均可忽略《数字电子技术》

V 2.2 半导体器件的开关特性图2.2.3 二极管的动态电流波形《数字电子技术》

c b e 2.2 半导体器件的开关特性二、半导体三极管的开关特性思考：模电和数电的区别？ 1、三极管的特点：图2.2.4 双极型(NPN)三极管的输出特性曲线《数字电子技术》

ICEO 2.2 半导体器件的开关特性 2、三极管开关电路分析： (a) (b) 图2.2.5 双极型三极管的开关等效电路 (a)截止状态 (b)饱和导通状态《数字电子技术》

2.2 半导体器件的开关特性 3、三极管开关电路动态分析：图2.2.6 双极型三极管的动态开关特性（结电容效应）《数字电子技术》

2.2 半导体器件的开关特性 三、MOS管的开关特性 VGS(TH):1~4V 1、MOS管的结构：图2.2.7 MOS管的结构和符号《数字电子技术基础》

2.2 半导体器件的开关特性 2、MOS管的输入特性和输出特性：恒流区可变电阻区截止区图2.2.8 MOS管共源接法和输出特性曲线（a）共源接法（b）输出特性曲线《数字电子技术》

2.2 半导体器件的开关特性 3、MOS管的基本开关电路：图2.2.9 MOS管的基本开关电路及其等效电路《数字电子技术》

2.2 半导体器件的开关特性 4、MOS管的四种类型（列表）：《数字电子技术》

2.2 半导体器件的开关特性 4、MOS管的四种类型（续）：《数字电子技术》

2.2 半导体器件的开关特性 《数字电子技术》

2.3 分立元件门电路 §2.3 分立元件门电路一、二极管与门图2.3.1 二极管与门《数字电子技术》

2.3 分立元件门电路 二、二极管或门图2.3.2 二极管或门《数字电子技术》

2.3 分立元件门电路 三、三极管非门（反相器）图2.3.3 三极管非门（反相器）《数字电子技术》

2.3 分立元件门电路 四、其它电路图2.3.4 与非门电路《数字电子技术》

2.3 分立元件门电路 图2.3.5 或非门电路思考：如何用分立元件画出与或非门、异或门和同或门的电路图？《数字电子技术》

§2.4 双极型集成门电路 2.4 双极型集成门电路 §2.4.1 集成电路概述 • 目前，数字电路中，集成电路已几乎取代了分立元件电路。 • 所谓集成电路，即把电路中的半导体器件、电阻、电容及连线等制作在一个半导体基片上，构成一个完整的电路，并封装在一个管壳内。 • 集成电路的优点：体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、功耗小、成本低、工作速度高。 • 通常把一个封装内含有等效逻辑门的个数或元器件的个数定义为集成度。《数字电子技术》

2.4 双极型集成门电路 图2.4.1 集成电路图例《数字电子技术》

集成电路工艺特征尺寸 亚微米(0.5到1微米)→深亚微米(小于0.5m)→超深亚微米(小于0.25 m，目前已经到了0.03 m)。

单个芯片上的晶体管数

集成电路芯片面积

集成电路的电源电压

集成电路的时钟频率

平均每个晶体管价格

集成电路发展的规模 SSI->MSI->LSI->VLSI->ULSI->GSI->SOC

集成电路发展 集成电路的迅速发展，关键就在于集成电路的布图设计水平的迅速提高，集成电路的布图设计由此而日益复杂而精密。这些技术的发展，使得集成电路的发展进入了一个新的发展的里程碑。

2.4 双极型集成门电路 • 数字集成电路按输出结构分可分为： • # 推拉式输出或CMOS反相器输出 • # OC输出或OD输出 • ＃三态输出《数字电子技术》

2.4 双极型集成门电路 • 数字集成电路按制造工艺不同可分为： • 双极型： * TTL——常用之一，速度较快，功率较大； • * HTL——抗干扰强，速度低； • * ECL——速度快，功耗大； • * IIL ——集成度很大，功耗最低，抗干扰差， • 速度低； • MOS型：* CMOS——常用之一，低功耗，抗干扰能力强； • * NMOS • * PMOS • Bi-CMOS型：功率小，输出阻抗小。《数字电子技术》

2.4 双极型集成门电路 §2.4.2 TTL集成门电路（一） TTL集成门电路的结构图2.4.2 TTL集成门电路结构图《数字电子技术》

2.4 双极型集成门电路 1、输入级形式（一）《数字电子技术》

2.4 双极型集成门电路 1、输入级形式（二）《数字电子技术》

2.4 双极型集成门电路 2、中间级形式《数字电子技术》

2.4 双极型集成门电路 3、输出级形式（一）输出电平可变；驱动能力增强；可“线与”。输出电阻很低；输出高低电平固定；驱动能力较弱。《数字电子技术》

2.4 双极型集成门电路 3、输出级形式（二）达林顿结构,可加速开关过程；输出电阻减小，速度增快；静态功耗增加，驱动能力增强。《数字电子技术》

A A 2.4 双极型集成门电路（二）几种典型的TTL集成门电路一、 TTL反相器电路结构 A A 《数字电子技术》

2.3 双极型集成门电路 一、 TTL反相器电压传输特性《数字电子技术》

2.3 双极型集成门电路 一、 TTL反相器输入噪声容限噪声容限：在保证输出高、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，允许输入电平有一定的波动范围。 74系列门电路输入高电平和低电平时的噪声容限分别为： VNH=VOH(min)-VIH(min)=0.4V VNL=VIL(max)-VOL(max )=0.4V 《数字电子技术》

AB AB 2.4 双极型集成门电路二、 TTL集成与非门悬空？ AB AB 《数字电子技术》

A+B A+B 2.4 双极型集成门电路三、其它逻辑功能的TTL门电路 1、几种复合门电路或非门 A A+B B 《数字电子技术》

AB+CD AB+CD 2.4 双极型集成门电路与或非门 AB AB+CD CD 《数字电子技术》

A+B 2.4 双极型集成门电路异或门 AB A⊕B 《数字电子技术基础》

2.4 双极型集成门电路 2、集电极开路（OC）与非门图2.4.3 推拉式输出级并联的情况《数字电子技术》

2.4 双极型集成门电路 图2.4.4 OC门与非门电路结构及国标符号《数字电子技术》

2.4 双极型集成门电路 图2.4.5 OC门输出并联的接法和逻辑图《数字电子技术》

2.3 双极型集成门电路 集电极开路（OC）门的特点—— ◆ 工作时需外接负载电阻（RL）和电源（V’cc）; ◆ 可根据要求选择电源，灵活得到下级电路所需电压; ◆ 可将OC门输出端直接并联，进行“线与”； ◆ 有些OC门的输出管设计尺寸较大，足以承受较大电流和较高电压，可以直接驱动小型继电器。《数字电子技术》

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