2009-7-27 1
第 2章 逻辑门电路
2.1 二极管及三极管的开关特性
2.2 基本逻辑门电路
2.1.1 二极管的开关特性
2.1.2 三极管的开关特性
2.2.1 二极管与门
2.2.2 二极管或门
2.2.3 关于高低电平的概念及状态赋值
2.2.4 二极管非门（反相器）
2.2.5 关于正逻辑和负逻辑的概念结束放映
2009-7-27 2
复习请回忆实现与、或、非逻辑的开关电路形式？
它们有何共同特点？
开关电路与逻辑电路是如何联系起来的？
2009-7-27 3
2.1 二极管及三极管的开关特性数字电路中的晶体二极管、三极管和 MOS管工作在开关状态。
导通状态：相当于开关闭合截止状态：相当于开关断开。
逻辑变量 ←→ 两状态开关：
在逻辑代数中逻辑变量有两种取值,0和 1；
电子开关有两种状态：闭合、断开。
半导体二极管、三极管和 MOS管，则是构成这种电子开关的基本开关元件。
2009-7-27 4
(1) 静态特性：
断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻
ROFF = 无穷，电流 IOFF = 0。
闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻
RON = 0，电压 UAK = 0。
(2) 动态特性：开通时间 ton = 0
关断时间 toff = 0
理想开关的开关特性：
2009-7-27 5
客观世界中，没有理想开关。
乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。
半导体二极管、三极管和 MOS管做为开关使用时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。
2009-7-27 6
2.1.1 二极管的开关特性
1,静态特性及开关等效电路正向导通时
UD(ON)≈0.7V（硅）
0.3V（锗）
RD≈几 Ω ～几十 Ω
相当于开关闭合图 2-1 二极管的伏安特性曲线
2009-7-27 7
反向截止时反向饱和电流极小反向电阻很大（约几百 kΩ ）
相当于开关断开图 2-1 二极管的伏安特性曲线
2009-7-27 8
图 2-2 二极管的开关等效电路
(a) 导通时 (b) 截止时图 2-1 二极管的伏安特性曲线开启电压理想化伏安特性曲线
2009-7-27 9
2,动态特性：
若输入信号频率过高，二极管会双向导通，失去单向导电作用。因此 高频应用时 需考虑此参数。
二极管从截止变为导通和从导通变为截止都需要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。
反向恢复时间 tre,二极管从导通到截止所需的时间。
一般为纳秒数量级（通常 tre ≤5ns ）。
2009-7-27 10
2.1.2 三极管的开关特性
1,静态特性及开关等效电路在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在 饱和 和 截止 两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。
图 2-3三极管的三种工作状态
（ a）电路 （ b）输出特性曲线
2009-7-27 11
开关等效电路
(1) 截止状态条件：发射结反偏特点：电流约为 0
2009-7-27 12
(2)饱和状态条件：发射结正偏，集电结正偏特点,UBES=0.7V,UCES=0.3V/硅
2009-7-27 13
图 2-4 三极管开关等效电路
(a) 截止时 (b) 饱和时
2009-7-27 14
2,三极管的开关时间（动态特性）
图 2-5 三极管的开关时间开启时间 ton
上升时间 tr
延迟时间 td
关闭时间 toff
下降时间 tf
存储时间 ts
2009-7-27 15
(1) 开启时间 ton
三极管从截止到饱和所需的时间。
ton = td +tr
td,延迟时间 tr,上升时间
(2) 关闭时间 toff
三极管从饱和到截止所需的时间。
toff = ts +tf
ts,存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）
tf,下降时间
toff > ton 。
开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。
2009-7-27 16
门电路的概念：
实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。
分立元件门电路和集成门电路,
分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。
集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是 CMOS和 TTL集成门电路。
2.2 基本逻辑门电路
2009-7-27 17
2.2.1 二极管与门电路
1,电路 2,工作原理
A,B为输入信号
（ +3V或 0V）
F 为输出信号
VCC＝ +12V
表 2-1 电路输入与输出电压的关系
A B F
0V 0V 0.7V
0V 3V 0.7V
3V 0V 0.7V
3V 3V 3.7V
2009-7-27 18
用逻辑 1表示高电平（此例为 ≥ +3V）
用逻辑 0表示低电平（此例为 ≤ 0.7V）
A B F
0V 0V 0.7V
0V 3V 0.7V
3V 0V 0.7V
3V 3V 3.7V
3,逻辑赋值并规定高低电平
4,真值表
A B F
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
表 2-2 二极管与门的真值表
A,B全 1，
F才为 1。 可见实现了与逻辑
2009-7-27 19
5,逻辑符号
6,工作波形 (又一种表示逻辑功能的方法）
7,逻辑表达式 F＝ A B
图 2-6 二极管与门
（ a）电路 （ b）逻辑符号 （ c）工作波形
2009-7-27 20
2.2.2 二极管或门电路
1,电路 2,工作原理电路输入与输出电压的关系
A B F
0V 0V 0V
0V 3V 2.3V
3V 0V 2.3V
3V 3V 2.3V
A,B为输入信号（ +3V或 0V）
F 为输出信号
2009-7-27 21
4,真值表
A B F
0V 0V 0V
0V 3V 2.3V
3V 0V 2.3V
3V 3V 2.3V
可见实现了或逻辑
3,逻辑赋值并规定高低电平用逻辑 1表示高电平（此例为 ≥ +2.3V）
用逻辑 0表示低电平（此例为 ≤ 0V）
A B F
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
A,B有 1,F就 1。
表 2-2 二极管或门的真值表
2009-7-27 22
图 2-7 二极管或门
（ a）电路 （ b）逻辑符号 （ c）工作波形
5,逻辑符号
6,工作波形
7,逻辑表达式 F＝ A+ B
2009-7-27 23
2.2.3 关于高低电平的概念及状态赋值电位指绝对电压的大小；电平指一定的电压范围 。
高电平和低电平：在数字电路中分别表示两段电压范围 。
例：上面二极管与门电路中规定高电平为 ≥3V，
低电平 ≤0.7V。
又如,TTL电路中,通常规定高电平的额定值为
3V,但从 2V到 5V都算高电平；低电平的额定值为 0.3V，
但从 0V到 0.8V都算作低电平 。
1,关于高低电平的概念
2009-7-27 24
2,逻辑状态赋值在数字电路中,用逻辑 0和逻辑 1分别表示输入,
输出高电平和低电平的过程称为逻辑赋值 。
经过逻辑赋值之后可以得到逻辑电路的真值表,
便于进行逻辑分析 。
2009-7-27 25
2.2.4 非门（反相器）
图 2-8 非门
(a) 电路 （ b）逻辑符号
1,电路 2,工作原理
A,B为输入信号
（ +3.6V或 0.3V）
F 为输出信号
A F
0.3V +VCC
3.6V 0.3V
2009-7-27 26
3,逻辑赋值并规定高低电平用逻辑 1表示高电平（此例为 ≥ +3.6V）
用逻辑 0表示低电平（此例为 ≤ 0.3V）
4,真值表
A F
0.3V +VCC
3.6V 0.3V
A F
0 1
1 0
表 2-4 三极管非门的真值表
A与 F
相反可见实现了非逻辑 Y=A
2009-7-27 27
2.2.5 关于正逻辑和负逻辑的概念正逻辑体系：用 1表示高电平，用 0表示低电平。
负逻辑体系：用 1表示低电平，用 0表示高电平。
1,正负逻辑的规定
2,正负逻辑的转换对于同一个门电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑。
本书若无特殊说明，一律采用正逻辑体制。
同一个门电路，对正、负逻辑而言，其逻辑功能是不同的。
2009-7-27 28
A B F
0V 0V 0.7V
0V 3V 0.7V
3V 0V 0.7V
3V 3V 3.7V
正与门相当于负或门二极管与门电路用正逻辑
A B F
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
正与门用负逻辑负或门
A B F
1 1 1
1 0 1
0 1 1
0 0 0
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作业题
2-1
第 2章 逻辑门电路
2.1 二极管及三极管的开关特性
2.2 基本逻辑门电路
2.1.1 二极管的开关特性
2.1.2 三极管的开关特性
2.2.1 二极管与门
2.2.2 二极管或门
2.2.3 关于高低电平的概念及状态赋值
2.2.4 二极管非门（反相器）
2.2.5 关于正逻辑和负逻辑的概念结束放映
2009-7-27 2
复习请回忆实现与、或、非逻辑的开关电路形式？
它们有何共同特点？
开关电路与逻辑电路是如何联系起来的？
2009-7-27 3
2.1 二极管及三极管的开关特性数字电路中的晶体二极管、三极管和 MOS管工作在开关状态。
导通状态：相当于开关闭合截止状态：相当于开关断开。
逻辑变量 ←→ 两状态开关：
在逻辑代数中逻辑变量有两种取值,0和 1；
电子开关有两种状态：闭合、断开。
半导体二极管、三极管和 MOS管，则是构成这种电子开关的基本开关元件。
2009-7-27 4
(1) 静态特性：
断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻
ROFF = 无穷，电流 IOFF = 0。
闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻
RON = 0，电压 UAK = 0。
(2) 动态特性：开通时间 ton = 0
关断时间 toff = 0
理想开关的开关特性：
2009-7-27 5
客观世界中，没有理想开关。
乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。
半导体二极管、三极管和 MOS管做为开关使用时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。
2009-7-27 6
2.1.1 二极管的开关特性
1,静态特性及开关等效电路正向导通时
UD(ON)≈0.7V（硅）
0.3V（锗）
RD≈几 Ω ～几十 Ω
相当于开关闭合图 2-1 二极管的伏安特性曲线
2009-7-27 7
反向截止时反向饱和电流极小反向电阻很大（约几百 kΩ ）
相当于开关断开图 2-1 二极管的伏安特性曲线
2009-7-27 8
图 2-2 二极管的开关等效电路
(a) 导通时 (b) 截止时图 2-1 二极管的伏安特性曲线开启电压理想化伏安特性曲线
2009-7-27 9
2,动态特性：
若输入信号频率过高，二极管会双向导通，失去单向导电作用。因此 高频应用时 需考虑此参数。
二极管从截止变为导通和从导通变为截止都需要一定的时间。通常后者所需的时间长得多。
反向恢复时间 tre,二极管从导通到截止所需的时间。
一般为纳秒数量级（通常 tre ≤5ns ）。
2009-7-27 10
2.1.2 三极管的开关特性
1,静态特性及开关等效电路在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在 饱和 和 截止 两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。
图 2-3三极管的三种工作状态
（ a）电路 （ b）输出特性曲线
2009-7-27 11
开关等效电路
(1) 截止状态条件：发射结反偏特点：电流约为 0
2009-7-27 12
(2)饱和状态条件：发射结正偏，集电结正偏特点,UBES=0.7V,UCES=0.3V/硅
2009-7-27 13
图 2-4 三极管开关等效电路
(a) 截止时 (b) 饱和时
2009-7-27 14
2,三极管的开关时间（动态特性）
图 2-5 三极管的开关时间开启时间 ton
上升时间 tr
延迟时间 td
关闭时间 toff
下降时间 tf
存储时间 ts
2009-7-27 15
(1) 开启时间 ton
三极管从截止到饱和所需的时间。
ton = td +tr
td,延迟时间 tr,上升时间
(2) 关闭时间 toff
三极管从饱和到截止所需的时间。
toff = ts +tf
ts,存储时间（几个参数中最长的；饱和越深越长）
tf,下降时间
toff > ton 。
开关时间一般在纳秒数量级。高频应用时需考虑。
2009-7-27 16
门电路的概念：
实现基本和常用逻辑运算的电子电路，叫逻辑门电路。实现与运算的叫与门，实现或运算的叫或门，实现非运算的叫非门，也叫做反相器，等等。
分立元件门电路和集成门电路,
分立元件门电路：用分立的元件和导线连接起来构成的门电路。简单、经济、功耗低，负载差。
集成门电路：把构成门电路的元器件和连线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。现在使用最多的是 CMOS和 TTL集成门电路。
2.2 基本逻辑门电路
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2.2.1 二极管与门电路
1,电路 2,工作原理
A,B为输入信号
（ +3V或 0V）
F 为输出信号
VCC＝ +12V
表 2-1 电路输入与输出电压的关系
A B F
0V 0V 0.7V
0V 3V 0.7V
3V 0V 0.7V
3V 3V 3.7V
2009-7-27 18
用逻辑 1表示高电平（此例为 ≥ +3V）
用逻辑 0表示低电平（此例为 ≤ 0.7V）
A B F
0V 0V 0.7V
0V 3V 0.7V
3V 0V 0.7V
3V 3V 3.7V
3,逻辑赋值并规定高低电平
4,真值表
A B F
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
表 2-2 二极管与门的真值表
A,B全 1，
F才为 1。 可见实现了与逻辑
2009-7-27 19
5,逻辑符号
6,工作波形 (又一种表示逻辑功能的方法）
7,逻辑表达式 F＝ A B
图 2-6 二极管与门
（ a）电路 （ b）逻辑符号 （ c）工作波形
2009-7-27 20
2.2.2 二极管或门电路
1,电路 2,工作原理电路输入与输出电压的关系
A B F
0V 0V 0V
0V 3V 2.3V
3V 0V 2.3V
3V 3V 2.3V
A,B为输入信号（ +3V或 0V）
F 为输出信号
2009-7-27 21
4,真值表
A B F
0V 0V 0V
0V 3V 2.3V
3V 0V 2.3V
3V 3V 2.3V
可见实现了或逻辑
3,逻辑赋值并规定高低电平用逻辑 1表示高电平（此例为 ≥ +2.3V）
用逻辑 0表示低电平（此例为 ≤ 0V）
A B F
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
A,B有 1,F就 1。
表 2-2 二极管或门的真值表
2009-7-27 22
图 2-7 二极管或门
（ a）电路 （ b）逻辑符号 （ c）工作波形
5,逻辑符号
6,工作波形
7,逻辑表达式 F＝ A+ B
2009-7-27 23
2.2.3 关于高低电平的概念及状态赋值电位指绝对电压的大小；电平指一定的电压范围 。
高电平和低电平：在数字电路中分别表示两段电压范围 。
例：上面二极管与门电路中规定高电平为 ≥3V，
低电平 ≤0.7V。
又如,TTL电路中,通常规定高电平的额定值为
3V,但从 2V到 5V都算高电平；低电平的额定值为 0.3V，
但从 0V到 0.8V都算作低电平 。
1,关于高低电平的概念
2009-7-27 24
2,逻辑状态赋值在数字电路中,用逻辑 0和逻辑 1分别表示输入,
输出高电平和低电平的过程称为逻辑赋值 。
经过逻辑赋值之后可以得到逻辑电路的真值表,
便于进行逻辑分析 。
2009-7-27 25
2.2.4 非门（反相器）
图 2-8 非门
(a) 电路 （ b）逻辑符号
1,电路 2,工作原理
A,B为输入信号
（ +3.6V或 0.3V）
F 为输出信号
A F
0.3V +VCC
3.6V 0.3V
2009-7-27 26
3,逻辑赋值并规定高低电平用逻辑 1表示高电平（此例为 ≥ +3.6V）
用逻辑 0表示低电平（此例为 ≤ 0.3V）
4,真值表
A F
0.3V +VCC
3.6V 0.3V
A F
0 1
1 0
表 2-4 三极管非门的真值表
A与 F
相反可见实现了非逻辑 Y=A
2009-7-27 27
2.2.5 关于正逻辑和负逻辑的概念正逻辑体系：用 1表示高电平，用 0表示低电平。
负逻辑体系：用 1表示低电平，用 0表示高电平。
1,正负逻辑的规定
2,正负逻辑的转换对于同一个门电路，可以采用正逻辑，也可以采用负逻辑。
本书若无特殊说明，一律采用正逻辑体制。
同一个门电路，对正、负逻辑而言，其逻辑功能是不同的。
2009-7-27 28
A B F
0V 0V 0.7V
0V 3V 0.7V
3V 0V 0.7V
3V 3V 3.7V
正与门相当于负或门二极管与门电路用正逻辑
A B F
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
正与门用负逻辑负或门
A B F
1 1 1
1 0 1
0 1 1
0 0 0
2009-7-27 29
作业题
2-1
