第二章 门电路
§ 2-1 概述
§ 2-2 二极管、三极管,MOS 管开关等效电路
§ 2-3 最简单的与、或、非门电路
§ 2-5 CMOS门电路
§ 2-4 TTL门电路
§ 2—1,概 述
如果以输出的高电平表示逻辑, 1,，则为正逻
辑，反之为负逻辑。
用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的
单元电路统称为 门电路
一、门电路
二、正、负逻辑
本课件中，全部采用正逻辑。
§ 2—2,二极管三极管和 MOS管
开关等效电路
开关
闭合当 Ua>Ub时,D导通
开关
断开
当 Ua≤ Ub时,D截止
当 Ub为高电平 UIH时,T饱和
当 Ub为低电平 UIL时,T截止
开关
闭合
开关
断开
一,二极管开关等效电路（理想情况下）
二,三极管开关等效电路 （理想情况下）
三, M OS管开关等效电路 （理想情况下）
当 UGS≥ 2v时，
当 UGS<2v时，
2,PMOS管开关等效电路。
当 UGS≤ -2v时，
当 UGS>-2v时,
（等效开关图同上）
TN 截止
1,NM OS 管开关等效电路
TN导通：
TP导通：
TP截止：
§ 2—3 最简单的与, 或, 非门电路
2-3-1 二极管与门
2,工作原理
Da Db UYUa Ub
0 0
0 3v
3v 0
3v 3v3,真值表 （状态表）
4,输出函数式 Y=A?B
5,逻辑符号 & Y
A B
0 O
0 1
1 0
1 1
Y
0
0
0
1
导通 导通
导通
导通
导通 导通
截止
截止
0.7V
0.7V
0.7V
3.7v
A
B
1,电路组成 （以二输入为例）
+VCC
R
A
B
Y
Da
Db设,V
CC=5V，
UIH=3v,UIL=0v
二极管正向压降 0.7V。
1。 电路组成 (以二输入为例 )
2。 工作原理
Ua Ub
0 0
0 3v
3v 0
3v 3v
3。 真值表
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
Y
0
1
1
1
4.输出函数式 Y=A+B
5。 逻辑符号
截止 截止
截止
截止
导通
导通
导通 导通
Da Db UY
2.3v
2.3v
2.3v
YA
B
≥ 1
0
2-3-2 二极管或门
-VEE
Vcc
3,真值表
A
0
1
Y
1
0
4.输出函数式 Y = A
5.逻辑符号 1A Y
2.工作原理
注,为了保证在输入低电平时三极 管可靠截止，常将电路接
成上图形式。由于接入了负电源 VEE，即使输入低电平信号稍
大于零，也能使三极管的基 极为负电位，使三极管可靠截止，
输出为高电平。
1。 电原理图
Ua
0
3v
T
截止
饱和
UY
0
2-3-3,三极管非门
2-3-4,其它门电路
一,其它门电路
其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等。 （略）
二,门电路的“封锁”和“打开”问题
&AB
C
Y
当 C=1时,Y=AB.1=AB
与门打开，与功能成立。
当 C=0时,Y=AB.0=0
与门封锁，与门不能工作。
≥AB
C
Y
当 C=1时,Y=A+B+1=1
或门封锁，或门不能工作。
当 C=0时,Y=A+B+0=A+B
或门打开，或功能成立。
能“打开”或者“封锁”门电路的信号叫“控制信号”。
控制信号的输入端叫“控制端”，或“使能端”。
与门、与非门可用,0” 封锁，用,1” 打开；
或门、或非门可用,1” 封锁，用,0” 打开；
§ 2-4 TTL门电路
3,真值表和逻辑符号
A
0
1
Y
1
0
1,电路结构图
输入级 倒相级 输出级
2,工作原理
设 Vcc=5V,UIH = 3.4v,
UIL = 0.2v,
PN结的导通电压为 0.7v。
1A Y
2,1V
UA T1发射结 UB1 T2 T3 T4 UY
0.2V 导通 0.9v 截止 导通 截止 3.4v
3.4V 导通 4.1v 导通 截止 导通 0.2v?
T1集电结
截止
导通
T1
T2
T3
T4
R1
Y
+VCC
A
UB1
2-4-1 TTL非门
?T2,T4导通后，把 UB1 钳制在 2,1V。
此时,T1处于倒置工作状态； β, IIH 都很小,
74系列门电路的每个输入端的 IIH ≤40 μ A。 IIH T1
UB1
3.4V
2.1V
1.4V
5,电压传输特性
当非门的 UI
UTH当非门的 UI ≤ UTH 时，
TTL门电路有 71?74系列,74系列的标准参数：
UOH（ min） =2.4v UOL(max) =0.4v
UIH (min) =2.0v UIL(max) =0.8v
≥ UTH 时，
TTL非门的电压传输特性如图，其转折
区对应的输入电压叫阈值电压，记为 UTH
VO/V
VI/V
3
2
1
0.5 1.0 1.5O
UTH = 1.4v
= U0LU0
U0 = U0H
因为：
2.输入为高电平 （ UIH≥ 2v） 时
等效简化电路如图,
T1管倒置工作 β ?0，高电平输入电流 IIH很小，为 ?A 级。
低电平输入电流 IIL较大，当 Vcc=5v,UIL=0.2v时,IIL?1mA 。
输入简化电路如图：
一, 输入特性（讨论 T1管 ）
1.输入低电平（ UIL≤ 0.8v)时
近似分析时，常用 IIS来代替。
IIS 是输入短路（ UIL=0）时的 电流。
74系列门电路的每个输入端的 IIH ≤40 μ A。
+VCC
R1
T1UIL
IIL 截止
+VCC
R1
T1
UIH
IIH
导通
be2 be4
2-4-2 TTL非门的
静态输入特性和输出特性
二, 输出特性
1.输出为低电平时
（ U0 = U0L≤ 0.4V)
输出端带负载的情形如图：
低电平输出电流,
IOL=N1·IIL ? N1·IIS
由于 T4管的导通电阻为 RON，
N1是输出 低电平时负载门的数目。
所以,UOL=IOL·RON。
为了保证 UOL≤ 0.4v，
要限制负载门的数目 N1。
+VCC
T1
截止
导通
UOL
+VCC
T3
T4
+VCC
T1
驱动门 负载门
IIL
IILI
OL
+VCC
T3
T4
RC3
高电平输出电流：
由于 T3管的导通电阻为 RON,所以：
UOH ? VCC -N2·IIH (RC3+RON)- 0.7v
为了保证 UOH≥ 2.4v，要限制负载门的数目 N2。
2.输出端为高电平时
(U0 = UOH ≥ 2.4v)
输出端带负载的情形 如图,
扇出系数 N是门电路可以驱动同类门电路的最大数目。
N应该确定为上述 N1和 N2的较小值,
N2是输出高 电平时负载门的数目。
导通
截止
UOH
驱动门 负载门
IIH
IIH
IOH
+VCC
T1
+VCC
T1
三, 门电路的扇出系数 N
IOH = N2·IIH
四、门间限流电阻的确定
R 1 1R
G1 G2
为了保证 G1输出的高、低电平能正确地传输到 G2的输入端，
门间限流电阻 R不能太大，要求：
1、当 UO1=UOH 时,UI2≥ UIH（ min)应满足
此时，门间电流流向如图，
UOH UIH
IIH
所以，下式应满足,
UOH - IIH ·R ≥ UIH（ min) （ 1）……
2、当 UO1=UOL 时,UI2≤ UIL（ max)应满足
所以，下式应满足,
UOL + IIL ·R ≤ UIL（ max) （ 2）……
此时，门间电流流向如图，
UOL UIL
IIL
根据（ 1）、（ 2）式可确定门间连接电阻 R的数值。
通常,R≤ 1KΩ 。
1
G1
1
G2
TTL门电路中的 与非门, 或非门, 与或非门,
异或门, 同或门 等，
2-4-3.其它类型的 TTL门电路
下面重点介绍 TTL OC门 和 三态门
1.线与问题
在数字系统中，有些场合需要将门电
路的输出端并联使用，即“线与”。 Y=0
2.OC 门 解决上述问题的办法：
需要线与时，用 OC 门 。
线与
电流大
损坏 T4
T3
T4
G1
+VCC
导通
导通
截止
截止
1
0
T3
T4
G2
+VCC
IIL
1） 结构
T1 T2
T4
Y
+VCC
A
B
但推拉式输出的门电路不能并联。
例如,如图所示情形时,门电路会损坏。
一,OC 门（集电极开路的门）
&A
B Y
2）逻辑符号
（以 OC与非门为例）
3,OC 门的使用
使用 OC门时，应外接上拉电阻 RL和电源 VCC’。
4,线与输出 函数 式
线与
Y= AB?CD
若电路如图：
&C
D
Y&AB
RL
+VCC’
则：
(与非与） （与或非）
= AB+CD
RL的大小应根据公式计算，
通常在 1?2K?之间。
VCC’的数值根据 UOH的需要选定；
1A Y
R1
T2
T3
T4
Y
A
+VCC
二,三态门（ TS门）
1,三态门的组成及工作原理
EN端为, 使能
端, 。当 EN=1时：
同时，二极管 D 截止，
对 T2,T3也没有影响，
原非门电路正常工作。
当 EN=0时：
同时，二极管 D 导通,T3基极为低电平,T3截止。
T3,T4均截止，非门电路输出为高阻状态。
T1输入端被封锁,UB1为低电平,T2,T4截止；
EN EN三态非门 逻辑符号
对 T1没有影响； T1
EN
D 截止
截止
0
0
10
（以三态非门为例）
逻辑符号 名 称 输出表达式
2、常用三态门的图形符号和输出逻辑表达式
Y = 高阻 （ EN=0 时）A （ EN=1 时）
Y = A （ EN= 0 时）高阻 （ EN= 1 时）
Y = 高阻 （ EN= 0 时）AB （ EN=1 时）
Y = 高阻 （ EN= 1 时）AB （ EN=0 时）
三态非门
（ 1 控制有效）
1
EN EN
A Y
1
EN EN
A Y
&
EN EN
A Y
B
&
EN EN
A Y
B
三态非门
（ 0 控制有效）
三态与非门
（ 1 控制有效）
三态与非门
（ 0 控制有效）
1）同一条线上分时传送数据，
其连线方式称为, 总线结构, 。
工作原理,（以三路输入为例）
2） 实现数据的双向传输
1 工作 Y=A
传输结果EN G1 G2
EN1 EN2 EN3 总线传递
Y1路数据
Y2路数据
Y3路数据0 0 1
0 1 0
1 0 0
0 B=Y
1
EN1 EN
A Y1
1
EN2 EN
B Y2
1
EN3 EN
C Y3
总
线
1
EN EN
A G1
1
ENB ENG2
总
线
Y
工作原理
高阻态
工作高阻态
3,三态门的应用
§ 2-5 CMOS门电路
基本电路用 TP管和 TN管构成。
输入脉冲幅度通常为 VDD。
VA
0V
TP TN UY
VDD 真值表
A
0
1
Y
1
0
当 UI ≥ VDD/2 时,= U0L? 0
当 UI ≤ VDD/2 时,= U0H ? VDD
表达式 Y=A
U0
U0
其阈值电平 VTH = VDD/2
0
VDD
VDD
截止
截止 导通
导通
0
TN
TP +VDD
A Y
VDD/2 VDD
VDD/2
VDD
0
VI
VO
2-5-1 CMOS反向器的工作原理
一, 电路结构
二,工作原理
三, 电压传输特性
由于 CMOS反向器的栅极和衬底之间有 SiO2绝缘层，
所以 CMOS反向器正常工作时，有 II=IG=0成立。
但绝缘层非常薄，极易击穿,
所以，制作 CMOS器件时，
集成了, 输入保护电路,,
以保护绝缘层不被击穿。
输入保护措施是有限度的，
使用时还必须注意器件的
正确使用方法。
2-5-2 CMOS反向器的
静态输入特性和输出特性
一,输入特性
由于 UGS越大，
TN管的导通电阻 RON就 越小，
1.低电平输出特性
U0=U0L时,
所以：
在同样的 IOL值下，
VDD越高，
使 TN管导通时的 UGS就越大，
其 RON就越小,UOL也就越低。
+VDD
TN
TP
UIH UOL
IOL RL
IOL从负载电路注入 TN管。
TN管导通,TP管截止，
UOL
O IOL
二,输出特性
2.高电平输出特性
由于 UGS越负，
TP管的导通电阻 RON就 越小，
U0=U0H时：
所以：
在同样的 IOH值下，
VDD越高，
使 TP管导通时的 UGS就越负，
其 RON就越小,VOH也就越高。
TN
TP +VDD
UIL U
OH
IOH
RLIOH从 TP管流向负载电路。
TP管 导通, TN管截止，
UOH
O IOH
VDD
CMOS门电路中的 与或非门, 异或门, 同或门 等
下面重点介绍 CMOS与非门 和 或非门
2-5-3 其它类型的 CMOS门电路
一,CMOS与非门（以二输入为例）
1,组成 两 TP管在上,并联 ；两 TN管在下,串联 ；
2,工作原理
只有当 AB同为 1、
使串联的 TN管同时导通时,
输出才为 0，
其它情况输出为 1。
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
T3P T1P T2N T4N Y
B
A
功能 特点：
3,输出逻辑表达式
1
1
1
0
通
通
通
通
通
通
通
通
止
止
止
止
止
止
止
止
T1T3
+VDD
Y
T2
T4
A
B
Y=A?B Y=A?B
二,CMOS或非门（以二输入为例）
3,输出逻辑表达式,Y=A?B
1,组成 两 TP管在上,串联 ；两 TN管在下,并联 ；
2,工作原理
只有当 AB同为 0、
使串联的 TP管同时导通时,
输出才为 1，
其它情况输出为 0。
功能 特点：A B
0 0
0 1
1 0
1 1
T3P T1P T2N T4N Y
B
A
通
止
通
止
通
通
止
止
止
止
通
通
止
通
止
通
1
0
0
0
B
A
T3
T1
T2T4
VDD
Y
=A+B
为了克服上述缺点，可在门电路的输入、输出端增设, 缓冲
器,。
CMOS门电路的优点,电路结构简单
CMOS门电路的缺点,
1）输出电阻 RO的大小，受输入端状态的影响
2）输出电平 UOL,UOH，受输入端数目的影响
缓冲器可由 CMOS非门 组成。
增加缓冲器后，电路的逻辑功能将改变：
&
1
1
1A
B Y
1
1
1A
B Y
≥1
Y=A+B Y=A·B=A·B =A+B
三,带缓冲级的 CMOS门电路
1.CMOS传输门（ TG）
组成和逻辑符号
当 C=0时,C=1时，
当 C=1，时 C=0时,T1,T2总有一个导电，传输门导通。
如同 TTLOC门,CMOS OD门，
可用来实现,线与逻辑” 。
工作时，要求 UI在 0?VDD之间变化。
CMOS传输门是双向输入和输出器件，两端可以互易使用。
C
T2
T1
VDD
VI/VO VO/VI
C
TG
C
VI/VO VO/VI
C
四, OD门（漏极开路的门电路）
五, CMOS传输门
T1,T2截止，传输门截止。
2,CMOS传输门应用举例
利用 CMOS传输门 和 CMOS非门
可以组成各种复杂的逻辑电路。
当 C=0时,SW截止；
CMOS双向模拟开关 的组成和符号：
CMOS 三态门电路结构 举例 见下页
例如做 模拟开关,用来传输模拟信号，
这是一般的逻辑门无法实现的。
TG
C
VI/VO VO/VI
1
SW
C
VI/VO VO/VI
六, CMOS三态输出门（ TS门）
当 C=1时, SW导通。
例 1,电路结构见图
工作原理
输出逻辑表达式和图形符号：
Y = A
高阻
CMOS三态输出门（ TS门）举例
0 0
1 0
1 1
T1P’ T1P T2N T2N’
1
0
高阻
高阻
Y
EN ENA
EN A
通
止
通
止
止
通
止
通
通
通
止
止
通
通
止
止
（ EN=0时）
（ EN=1时）
0 1
例 2,电路结构 见图
工作原理
0 0
1 0
1 1
B
1
1
1
0
T1P T2N T2N Y
高阻
高阻
0
1
ENB
输出逻辑表达式和图形符号：
Y = A
高阻
EN A
止
止
止
通
通
通
通
止
止
止
通
通
（ EN=1时）
（ EN=0时）
’
0 1
例 3.电路结构见图
工作原理
TG Y
0 0
1 0
1 1
输出逻辑表达式和图形符号：
Y= A （ EN=0时）高阻（ EN=1时）
EN A
0 1 导通
截止
截止
导通
高阻
高阻
0
1
§ 2-1 概述
§ 2-2 二极管、三极管,MOS 管开关等效电路
§ 2-3 最简单的与、或、非门电路
§ 2-5 CMOS门电路
§ 2-4 TTL门电路
§ 2—1,概 述
如果以输出的高电平表示逻辑, 1,，则为正逻
辑，反之为负逻辑。
用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的
单元电路统称为 门电路
一、门电路
二、正、负逻辑
本课件中，全部采用正逻辑。
§ 2—2,二极管三极管和 MOS管
开关等效电路
开关
闭合当 Ua>Ub时,D导通
开关
断开
当 Ua≤ Ub时,D截止
当 Ub为高电平 UIH时,T饱和
当 Ub为低电平 UIL时,T截止
开关
闭合
开关
断开
一,二极管开关等效电路（理想情况下）
二,三极管开关等效电路 （理想情况下）
三, M OS管开关等效电路 （理想情况下）
当 UGS≥ 2v时，
当 UGS<2v时，
2,PMOS管开关等效电路。
当 UGS≤ -2v时，
当 UGS>-2v时,
（等效开关图同上）
TN 截止
1,NM OS 管开关等效电路
TN导通：
TP导通：
TP截止：
§ 2—3 最简单的与, 或, 非门电路
2-3-1 二极管与门
2,工作原理
Da Db UYUa Ub
0 0
0 3v
3v 0
3v 3v3,真值表 （状态表）
4,输出函数式 Y=A?B
5,逻辑符号 & Y
A B
0 O
0 1
1 0
1 1
Y
0
0
0
1
导通 导通
导通
导通
导通 导通
截止
截止
0.7V
0.7V
0.7V
3.7v
A
B
1,电路组成 （以二输入为例）
+VCC
R
A
B
Y
Da
Db设,V
CC=5V，
UIH=3v,UIL=0v
二极管正向压降 0.7V。
1。 电路组成 (以二输入为例 )
2。 工作原理
Ua Ub
0 0
0 3v
3v 0
3v 3v
3。 真值表
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
Y
0
1
1
1
4.输出函数式 Y=A+B
5。 逻辑符号
截止 截止
截止
截止
导通
导通
导通 导通
Da Db UY
2.3v
2.3v
2.3v
YA
B
≥ 1
0
2-3-2 二极管或门
-VEE
Vcc
3,真值表
A
0
1
Y
1
0
4.输出函数式 Y = A
5.逻辑符号 1A Y
2.工作原理
注,为了保证在输入低电平时三极 管可靠截止，常将电路接
成上图形式。由于接入了负电源 VEE，即使输入低电平信号稍
大于零，也能使三极管的基 极为负电位，使三极管可靠截止，
输出为高电平。
1。 电原理图
Ua
0
3v
T
截止
饱和
UY
0
2-3-3,三极管非门
2-3-4,其它门电路
一,其它门电路
其它门电路有与非门、或非门、同或门、异或门等等。 （略）
二,门电路的“封锁”和“打开”问题
&AB
C
Y
当 C=1时,Y=AB.1=AB
与门打开，与功能成立。
当 C=0时,Y=AB.0=0
与门封锁，与门不能工作。
≥AB
C
Y
当 C=1时,Y=A+B+1=1
或门封锁，或门不能工作。
当 C=0时,Y=A+B+0=A+B
或门打开，或功能成立。
能“打开”或者“封锁”门电路的信号叫“控制信号”。
控制信号的输入端叫“控制端”，或“使能端”。
与门、与非门可用,0” 封锁，用,1” 打开；
或门、或非门可用,1” 封锁，用,0” 打开；
§ 2-4 TTL门电路
3,真值表和逻辑符号
A
0
1
Y
1
0
1,电路结构图
输入级 倒相级 输出级
2,工作原理
设 Vcc=5V,UIH = 3.4v,
UIL = 0.2v,
PN结的导通电压为 0.7v。
1A Y
2,1V
UA T1发射结 UB1 T2 T3 T4 UY
0.2V 导通 0.9v 截止 导通 截止 3.4v
3.4V 导通 4.1v 导通 截止 导通 0.2v?
T1集电结
截止
导通
T1
T2
T3
T4
R1
Y
+VCC
A
UB1
2-4-1 TTL非门
?T2,T4导通后，把 UB1 钳制在 2,1V。
此时,T1处于倒置工作状态； β, IIH 都很小,
74系列门电路的每个输入端的 IIH ≤40 μ A。 IIH T1
UB1
3.4V
2.1V
1.4V
5,电压传输特性
当非门的 UI
UTH当非门的 UI ≤ UTH 时，
TTL门电路有 71?74系列,74系列的标准参数：
UOH（ min） =2.4v UOL(max) =0.4v
UIH (min) =2.0v UIL(max) =0.8v
≥ UTH 时，
TTL非门的电压传输特性如图，其转折
区对应的输入电压叫阈值电压，记为 UTH
VO/V
VI/V
3
2
1
0.5 1.0 1.5O
UTH = 1.4v
= U0LU0
U0 = U0H
因为：
2.输入为高电平 （ UIH≥ 2v） 时
等效简化电路如图,
T1管倒置工作 β ?0，高电平输入电流 IIH很小，为 ?A 级。
低电平输入电流 IIL较大，当 Vcc=5v,UIL=0.2v时,IIL?1mA 。
输入简化电路如图：
一, 输入特性（讨论 T1管 ）
1.输入低电平（ UIL≤ 0.8v)时
近似分析时，常用 IIS来代替。
IIS 是输入短路（ UIL=0）时的 电流。
74系列门电路的每个输入端的 IIH ≤40 μ A。
+VCC
R1
T1UIL
IIL 截止
+VCC
R1
T1
UIH
IIH
导通
be2 be4
2-4-2 TTL非门的
静态输入特性和输出特性
二, 输出特性
1.输出为低电平时
（ U0 = U0L≤ 0.4V)
输出端带负载的情形如图：
低电平输出电流,
IOL=N1·IIL ? N1·IIS
由于 T4管的导通电阻为 RON，
N1是输出 低电平时负载门的数目。
所以,UOL=IOL·RON。
为了保证 UOL≤ 0.4v，
要限制负载门的数目 N1。
+VCC
T1
截止
导通
UOL
+VCC
T3
T4
+VCC
T1
驱动门 负载门
IIL
IILI
OL
+VCC
T3
T4
RC3
高电平输出电流：
由于 T3管的导通电阻为 RON,所以：
UOH ? VCC -N2·IIH (RC3+RON)- 0.7v
为了保证 UOH≥ 2.4v，要限制负载门的数目 N2。
2.输出端为高电平时
(U0 = UOH ≥ 2.4v)
输出端带负载的情形 如图,
扇出系数 N是门电路可以驱动同类门电路的最大数目。
N应该确定为上述 N1和 N2的较小值,
N2是输出高 电平时负载门的数目。
导通
截止
UOH
驱动门 负载门
IIH
IIH
IOH
+VCC
T1
+VCC
T1
三, 门电路的扇出系数 N
IOH = N2·IIH
四、门间限流电阻的确定
R 1 1R
G1 G2
为了保证 G1输出的高、低电平能正确地传输到 G2的输入端，
门间限流电阻 R不能太大，要求：
1、当 UO1=UOH 时,UI2≥ UIH（ min)应满足
此时，门间电流流向如图，
UOH UIH
IIH
所以，下式应满足,
UOH - IIH ·R ≥ UIH（ min) （ 1）……
2、当 UO1=UOL 时,UI2≤ UIL（ max)应满足
所以，下式应满足,
UOL + IIL ·R ≤ UIL（ max) （ 2）……
此时，门间电流流向如图，
UOL UIL
IIL
根据（ 1）、（ 2）式可确定门间连接电阻 R的数值。
通常,R≤ 1KΩ 。
1
G1
1
G2
TTL门电路中的 与非门, 或非门, 与或非门,
异或门, 同或门 等，
2-4-3.其它类型的 TTL门电路
下面重点介绍 TTL OC门 和 三态门
1.线与问题
在数字系统中，有些场合需要将门电
路的输出端并联使用，即“线与”。 Y=0
2.OC 门 解决上述问题的办法：
需要线与时，用 OC 门 。
线与
电流大
损坏 T4
T3
T4
G1
+VCC
导通
导通
截止
截止
1
0
T3
T4
G2
+VCC
IIL
1） 结构
T1 T2
T4
Y
+VCC
A
B
但推拉式输出的门电路不能并联。
例如,如图所示情形时,门电路会损坏。
一,OC 门（集电极开路的门）
&A
B Y
2）逻辑符号
（以 OC与非门为例）
3,OC 门的使用
使用 OC门时，应外接上拉电阻 RL和电源 VCC’。
4,线与输出 函数 式
线与
Y= AB?CD
若电路如图：
&C
D
Y&AB
RL
+VCC’
则：
(与非与） （与或非）
= AB+CD
RL的大小应根据公式计算，
通常在 1?2K?之间。
VCC’的数值根据 UOH的需要选定；
1A Y
R1
T2
T3
T4
Y
A
+VCC
二,三态门（ TS门）
1,三态门的组成及工作原理
EN端为, 使能
端, 。当 EN=1时：
同时，二极管 D 截止，
对 T2,T3也没有影响，
原非门电路正常工作。
当 EN=0时：
同时，二极管 D 导通,T3基极为低电平,T3截止。
T3,T4均截止，非门电路输出为高阻状态。
T1输入端被封锁,UB1为低电平,T2,T4截止；
EN EN三态非门 逻辑符号
对 T1没有影响； T1
EN
D 截止
截止
0
0
10
（以三态非门为例）
逻辑符号 名 称 输出表达式
2、常用三态门的图形符号和输出逻辑表达式
Y = 高阻 （ EN=0 时）A （ EN=1 时）
Y = A （ EN= 0 时）高阻 （ EN= 1 时）
Y = 高阻 （ EN= 0 时）AB （ EN=1 时）
Y = 高阻 （ EN= 1 时）AB （ EN=0 时）
三态非门
（ 1 控制有效）
1
EN EN
A Y
1
EN EN
A Y
&
EN EN
A Y
B
&
EN EN
A Y
B
三态非门
（ 0 控制有效）
三态与非门
（ 1 控制有效）
三态与非门
（ 0 控制有效）
1）同一条线上分时传送数据，
其连线方式称为, 总线结构, 。
工作原理,（以三路输入为例）
2） 实现数据的双向传输
1 工作 Y=A
传输结果EN G1 G2
EN1 EN2 EN3 总线传递
Y1路数据
Y2路数据
Y3路数据0 0 1
0 1 0
1 0 0
0 B=Y
1
EN1 EN
A Y1
1
EN2 EN
B Y2
1
EN3 EN
C Y3
总
线
1
EN EN
A G1
1
ENB ENG2
总
线
Y
工作原理
高阻态
工作高阻态
3,三态门的应用
§ 2-5 CMOS门电路
基本电路用 TP管和 TN管构成。
输入脉冲幅度通常为 VDD。
VA
0V
TP TN UY
VDD 真值表
A
0
1
Y
1
0
当 UI ≥ VDD/2 时,= U0L? 0
当 UI ≤ VDD/2 时,= U0H ? VDD
表达式 Y=A
U0
U0
其阈值电平 VTH = VDD/2
0
VDD
VDD
截止
截止 导通
导通
0
TN
TP +VDD
A Y
VDD/2 VDD
VDD/2
VDD
0
VI
VO
2-5-1 CMOS反向器的工作原理
一, 电路结构
二,工作原理
三, 电压传输特性
由于 CMOS反向器的栅极和衬底之间有 SiO2绝缘层，
所以 CMOS反向器正常工作时，有 II=IG=0成立。
但绝缘层非常薄，极易击穿,
所以，制作 CMOS器件时，
集成了, 输入保护电路,,
以保护绝缘层不被击穿。
输入保护措施是有限度的，
使用时还必须注意器件的
正确使用方法。
2-5-2 CMOS反向器的
静态输入特性和输出特性
一,输入特性
由于 UGS越大，
TN管的导通电阻 RON就 越小，
1.低电平输出特性
U0=U0L时,
所以：
在同样的 IOL值下，
VDD越高，
使 TN管导通时的 UGS就越大，
其 RON就越小,UOL也就越低。
+VDD
TN
TP
UIH UOL
IOL RL
IOL从负载电路注入 TN管。
TN管导通,TP管截止，
UOL
O IOL
二,输出特性
2.高电平输出特性
由于 UGS越负，
TP管的导通电阻 RON就 越小，
U0=U0H时：
所以：
在同样的 IOH值下，
VDD越高，
使 TP管导通时的 UGS就越负，
其 RON就越小,VOH也就越高。
TN
TP +VDD
UIL U
OH
IOH
RLIOH从 TP管流向负载电路。
TP管 导通, TN管截止，
UOH
O IOH
VDD
CMOS门电路中的 与或非门, 异或门, 同或门 等
下面重点介绍 CMOS与非门 和 或非门
2-5-3 其它类型的 CMOS门电路
一,CMOS与非门（以二输入为例）
1,组成 两 TP管在上,并联 ；两 TN管在下,串联 ；
2,工作原理
只有当 AB同为 1、
使串联的 TN管同时导通时,
输出才为 0，
其它情况输出为 1。
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
T3P T1P T2N T4N Y
B
A
功能 特点：
3,输出逻辑表达式
1
1
1
0
通
通
通
通
通
通
通
通
止
止
止
止
止
止
止
止
T1T3
+VDD
Y
T2
T4
A
B
Y=A?B Y=A?B
二,CMOS或非门（以二输入为例）
3,输出逻辑表达式,Y=A?B
1,组成 两 TP管在上,串联 ；两 TN管在下,并联 ；
2,工作原理
只有当 AB同为 0、
使串联的 TP管同时导通时,
输出才为 1，
其它情况输出为 0。
功能 特点：A B
0 0
0 1
1 0
1 1
T3P T1P T2N T4N Y
B
A
通
止
通
止
通
通
止
止
止
止
通
通
止
通
止
通
1
0
0
0
B
A
T3
T1
T2T4
VDD
Y
=A+B
为了克服上述缺点，可在门电路的输入、输出端增设, 缓冲
器,。
CMOS门电路的优点,电路结构简单
CMOS门电路的缺点,
1）输出电阻 RO的大小，受输入端状态的影响
2）输出电平 UOL,UOH，受输入端数目的影响
缓冲器可由 CMOS非门 组成。
增加缓冲器后，电路的逻辑功能将改变：
&
1
1
1A
B Y
1
1
1A
B Y
≥1
Y=A+B Y=A·B=A·B =A+B
三,带缓冲级的 CMOS门电路
1.CMOS传输门（ TG）
组成和逻辑符号
当 C=0时,C=1时，
当 C=1，时 C=0时,T1,T2总有一个导电，传输门导通。
如同 TTLOC门,CMOS OD门，
可用来实现,线与逻辑” 。
工作时，要求 UI在 0?VDD之间变化。
CMOS传输门是双向输入和输出器件，两端可以互易使用。
C
T2
T1
VDD
VI/VO VO/VI
C
TG
C
VI/VO VO/VI
C
四, OD门（漏极开路的门电路）
五, CMOS传输门
T1,T2截止，传输门截止。
2,CMOS传输门应用举例
利用 CMOS传输门 和 CMOS非门
可以组成各种复杂的逻辑电路。
当 C=0时,SW截止；
CMOS双向模拟开关 的组成和符号：
CMOS 三态门电路结构 举例 见下页
例如做 模拟开关,用来传输模拟信号，
这是一般的逻辑门无法实现的。
TG
C
VI/VO VO/VI
1
SW
C
VI/VO VO/VI
六, CMOS三态输出门（ TS门）
当 C=1时, SW导通。
例 1,电路结构见图
工作原理
输出逻辑表达式和图形符号：
Y = A
高阻
CMOS三态输出门（ TS门）举例
0 0
1 0
1 1
T1P’ T1P T2N T2N’
1
0
高阻
高阻
Y
EN ENA
EN A
通
止
通
止
止
通
止
通
通
通
止
止
通
通
止
止
（ EN=0时）
（ EN=1时）
0 1
例 2,电路结构 见图
工作原理
0 0
1 0
1 1
B
1
1
1
0
T1P T2N T2N Y
高阻
高阻
0
1
ENB
输出逻辑表达式和图形符号：
Y = A
高阻
EN A
止
止
止
通
通
通
通
止
止
止
通
通
（ EN=1时）
（ EN=0时）
’
0 1
例 3.电路结构见图
工作原理
TG Y
0 0
1 0
1 1
输出逻辑表达式和图形符号：
Y= A （ EN=0时）高阻（ EN=1时）
EN A
0 1 导通
截止
截止
导通
高阻
高阻
0
1
