第3章 集成逻辑门电路

第 3 章

集成逻辑门电路

3.1 概述3.2 半导体二极管门电路 3.3 TTL集成门电路 3.4 CMOS门电路 3.5 各逻辑门的性能比较

作业

3-53-6 3-8 3-11 3-13

3-153-16 3-773

3.1 概述

用来实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路称为门电路。常用的门电路有与门、或门、非门、 与非门、或非门、与或非门、异或门等。

从制造工艺方面来分类，数字集成电路可分为双极 型、单极型和混合型三类。

3.2 半导体二极管门电路 3.2.1正逻辑与负逻辑

在数字电路中，用高、低电平来表示二值逻辑的1和0两种逻辑状态。

获得高、低电平的基本原理电路如图表示。开关S为半导体二极管或 三极管，通过输入信号控制二极管 或三极管工作在截止和导通两个状 态，以输出高低电平。5

3.2.1正逻辑与负逻辑

若用高电平表示逻辑1,低电平表示逻辑0,则称这种表示方法为正逻辑； 反之，若用高电平表示0,低电平表示1,则称这种 表示方法为负逻辑。 若无特别说明，本书中将采用正逻辑。

a) 正逻辑 b) 负逻辑

由于在实际工作时只要能区分出来高、低电平就可 以知道它所表示的逻辑状态了，所以高、低电平都 有一个允许的范围。

正因如此，在数字电路中无论是对元器件参数精度的要求还是对供电电源稳定度的要求，都比模拟电 路要低一些。7

3.2.2半导体二极管的开关特性正极-P极 1. 二极管的符号

负极-N极

2. 二极管的伏安特性I/mA

正向特性

反向特性–100 –50

600

400200 0 0.4 0.7

V/V

反向击穿 特性

– 0.1 – 0.2

死区电压

二极管/硅管的伏安特性

2. 二极管的伏安特性-二极管的单向导电性 正极-P极

二极管(PN结)的单向导电性：

负极-N极

PN结外加正偏电压(P端接电源正极，N端接电源负 极)时，形成较大的正向电流，PN结呈现较小的正 向电阻； 外加反偏电压时，反向电流很小，PN结呈现很大的 反向电阻。10

3. 二极管等效电路

图3-5 二极管伏安特性的几种等效电路11

导通电压VON 硅管取0.7V

锗管取0.2V

结论： 1. 只有当外加正向电压(P极电压大于N极电压) 大于VON时，二极管才导通。 2. 二极管导通后具有电压箝位作用。12

4. 二极管的动态特性

在动态情况下，亦即加到二极管两端的电压突然反向时，电流的变化过程如图所示。

5. 半导体二极管的开关特性

因为半导体二极管具有单向导电性，即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，所以它相当 于一个受外加电压极性控制的开关。

5. 半导体二极管的开关特性VCC=5V当vI为高电平(取VCC)时，

VD

截止，vO为高电平。当vI为低电平(取0V)时，

VD导通，vO=0.7V,为低电平。

3.2.3 二极管与门电路与门真值表

二极管与门电路及逻辑符号16

与门原理分析

上图中A、B是输入逻辑变量，F是输出逻辑函数。当A、B中只要有一个为低电平(例如0V)时，相 应的二极管必然导通，输出F则为低电平(即为二 极管的导通电压，取0.7V);只有当输入A、B都同 时为高电平(例如VCC)时，两个二极管都截止，

输出F为高电平(VCC),实现了逻辑与的功能，即：F=AB。17

3.2.4二极管或门电路或门真值表

二极管或门电路及逻辑符号18

或门原理分析

图中A、B为输入逻辑变量，F为输出逻辑函数，A、B中只要有一个输入高电平(例如VCC)时， 相应的二极管导通，使F输出高电平(VCC0.7V),只有当A、B都输入低电平(例如0V) 时，由于R接的电源为-VEE,两个二极管都导通，

F输出为低电平(-0.7V),实现了逻辑或的功能，即：F=A+B。19

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