1
3.地位第 3章 集成逻辑门电路一、逻辑门电路
1.概念
2.发展 &I
C O
数据信号控制信号
2
二、数字集成电路的分类
1.按集成度
SSI
MSI
LSI
VLSI
3
74/54AC/ACT
2.按制造工艺
双极型
TTL
ECL
I2L
MOS型
PMOS
NMOS
CMOS
4000
54/74AS?
54/74
54/74H
54/74S
54/74LS
54/74ALS
54/74HC/HCT
54/74FAST
Bi-CMOS型
4
TTL,CMOS集成逻辑门的基本结构、工作原理和 外部特性（包括逻辑功能和外部电气特性） 。
3.本章内容
5
第一节 分立元件门电路结论,F=AB
一、二极管“与门”电路二极管为理想的
0V 逻辑 0
3V 逻辑 1
3V
0
A
B
F
12V
二极管“与门”电路
6
结论,F=A+B
二、二极管“或门”电路二极管“或门”电路
3V
0
A
B F 二极管为理想的
0V 逻辑 0
3V 逻辑 1
7
三、“非”门电路（反相器）
1.三极管开关特性
(1)截止条件,e结反偏,c结反偏
(2)饱和条件,e结正偏,c结正偏；
在数字电路中，只利用 截止区（关态） 和 饱和区（开态）
C
C ESCCCS
BSB R
UVIIi
8
图 3.1.1三极管开关电路
9
图 3.1.2三极管截止和饱和时的等效电路
10
ton,toff限制了电路的最高工作速度。
(3)三极管瞬时开关特性
ton（开启时间）,toff（关闭时间）
11
图 3.1.3三极管瞬时开关特性
12
的最高频率则若 Io ffon unstnst,5.3,5.1
M H zttf
o ffon
2005.31 11m a x
tontoff
uI
uO
13
2.三极管反相器
(1)工作原理 结论,P=A
1A F
（ b）逻辑符号
R1
Vcc
F (uO)
(+12V) VD (+3V)
-VBB (-12V)
A (u1)
iB iC
RC D
R2
3.4V
0.2V
（ a）电路图 3.1.4三极管反相器电路
14
(2)负载能力负载
灌电流负载
(三极管处于临界饱和且满足 ICM要求）
拉电流负载若 ICS>ICM 则
C
CC
CM( ma x )G R
3.0VII
若 ICS<ICM 则
C
CC
CS( ma x )G R
7.0VII
(iD=0)
最大灌电流的确定：
最大拉电流的确定：
15
16
(a)灌电流负载等效图
17
图 3.1.5负载等效电路
18
第二节 TTL门电路一,典型 TTL与非门
1.电路结构,
输入级,中间级,输出级
19
(a)电路
A F&
B
（ b）逻辑符号图 3.2.1典型
TTL与非门
20
图 3.2.2 T1结构及输入级逻辑等效电路
21
2.工作原理：
设 UIH=3.4V UIL=0.2V Uon=0.7V VCC=5V
结论,Y=AB
(1) A=B=1,
(2) A=0,B=1,
Y=0 开态
Y=1 关态
(3) A=1,B=0,Y=1 关态
(4) A=0,B=0,Y=1 关态
22
3.TTL与非门的主要外部特性
(1)电压传输特性
0 0.5 1.0 1.5 uI/V
a b
c
d e
3.0
2.0
1.0
uO/V
UT
（ a）电压传输特性
uI
Vcc
uO&
VV
+
_
（ b）测试电路图 3.2.3 TTL与非门电压传输特性
23
① ab段（截止区）,uI<0.6V,T1深饱和
uB2<0.7V,uO=3.4V
③ cd段（转折区）,1.3 V<uI<1.5V,
T2放大 → 饱和,T5 放大 → 饱和阀值电压（开启电压 )UT=1.4V
② bc段（线性区）,0.6 V<uI<1.3V,
T2放大,T5截止结论,UI=0.2V时,T1深饱和
24
④ de段（饱和区）,1.5V<uI,T2,T5 饱和,
结论,UI =3.4V时,T1倒置放大。
uO=0.2V
25
② 阀值电压,UT=1.4V
③ 关门电平、开门电平及噪声容限主要静态参数：
① 输出逻辑高电平和低电平标准值 合格值高电平 UOH 3.4V ≥2.4V
0.2V ≤0.4V低电平 UOL
26
2.4
Uoff Uon
0.4
1.0
0
uO/V
uI/V
3.0
2.0
2.52.01.51.00.5
≥0.8V ≤2.0V
27
UNH
UNL
1
0
1
00.4V
0.8V
uIuO
2.0V
2.4V
1 1
uO uI
G1 G2
图 3.2.4输入端 噪声容限示意图
28
(2)输入特性
iI/mA
O
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-1.0 - 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 uI/V
1.4 A40
(a)输入特性
29
uI
Vcc
uO&
V
+
_
mA
iI
(b)测试电路
① 输入短路电流,IIS=-1.07mA
图 3.2.5 输入特性曲线
② 输入漏电流,IIH= IB1( <0.01) 约为 40 A11?
30
定义时，只用一个输入端，当有 2个或 2个以上 输入端并联时，输入电流如何？
IIH
2IIH
&
UIH
&
IIS
1 I
IS2
31
作业题
3.1 (a)
3.2
3.3
3.地位第 3章 集成逻辑门电路一、逻辑门电路
1.概念
2.发展 &I
C O
数据信号控制信号
2
二、数字集成电路的分类
1.按集成度
SSI
MSI
LSI
VLSI
3
74/54AC/ACT
2.按制造工艺
双极型
TTL
ECL
I2L
MOS型
PMOS
NMOS
CMOS
4000
54/74AS?
54/74
54/74H
54/74S
54/74LS
54/74ALS
54/74HC/HCT
54/74FAST
Bi-CMOS型
4
TTL,CMOS集成逻辑门的基本结构、工作原理和 外部特性（包括逻辑功能和外部电气特性） 。
3.本章内容
5
第一节 分立元件门电路结论,F=AB
一、二极管“与门”电路二极管为理想的
0V 逻辑 0
3V 逻辑 1
3V
0
A
B
F
12V
二极管“与门”电路
6
结论,F=A+B
二、二极管“或门”电路二极管“或门”电路
3V
0
A
B F 二极管为理想的
0V 逻辑 0
3V 逻辑 1
7
三、“非”门电路（反相器）
1.三极管开关特性
(1)截止条件,e结反偏,c结反偏
(2)饱和条件,e结正偏,c结正偏；
在数字电路中，只利用 截止区（关态） 和 饱和区（开态）
C
C ESCCCS
BSB R
UVIIi
8
图 3.1.1三极管开关电路
9
图 3.1.2三极管截止和饱和时的等效电路
10
ton,toff限制了电路的最高工作速度。
(3)三极管瞬时开关特性
ton（开启时间）,toff（关闭时间）
11
图 3.1.3三极管瞬时开关特性
12
的最高频率则若 Io ffon unstnst,5.3,5.1
M H zttf
o ffon
2005.31 11m a x
tontoff
uI
uO
13
2.三极管反相器
(1)工作原理 结论,P=A
1A F
（ b）逻辑符号
R1
Vcc
F (uO)
(+12V) VD (+3V)
-VBB (-12V)
A (u1)
iB iC
RC D
R2
3.4V
0.2V
（ a）电路图 3.1.4三极管反相器电路
14
(2)负载能力负载
灌电流负载
(三极管处于临界饱和且满足 ICM要求）
拉电流负载若 ICS>ICM 则
C
CC
CM( ma x )G R
3.0VII
若 ICS<ICM 则
C
CC
CS( ma x )G R
7.0VII
(iD=0)
最大灌电流的确定：
最大拉电流的确定：
15
16
(a)灌电流负载等效图
17
图 3.1.5负载等效电路
18
第二节 TTL门电路一,典型 TTL与非门
1.电路结构,
输入级,中间级,输出级
19
(a)电路
A F&
B
（ b）逻辑符号图 3.2.1典型
TTL与非门
20
图 3.2.2 T1结构及输入级逻辑等效电路
21
2.工作原理：
设 UIH=3.4V UIL=0.2V Uon=0.7V VCC=5V
结论,Y=AB
(1) A=B=1,
(2) A=0,B=1,
Y=0 开态
Y=1 关态
(3) A=1,B=0,Y=1 关态
(4) A=0,B=0,Y=1 关态
22
3.TTL与非门的主要外部特性
(1)电压传输特性
0 0.5 1.0 1.5 uI/V
a b
c
d e
3.0
2.0
1.0
uO/V
UT
（ a）电压传输特性
uI
Vcc
uO&
VV
+
_
（ b）测试电路图 3.2.3 TTL与非门电压传输特性
23
① ab段（截止区）,uI<0.6V,T1深饱和
uB2<0.7V,uO=3.4V
③ cd段（转折区）,1.3 V<uI<1.5V,
T2放大 → 饱和,T5 放大 → 饱和阀值电压（开启电压 )UT=1.4V
② bc段（线性区）,0.6 V<uI<1.3V,
T2放大,T5截止结论,UI=0.2V时,T1深饱和
24
④ de段（饱和区）,1.5V<uI,T2,T5 饱和,
结论,UI =3.4V时,T1倒置放大。
uO=0.2V
25
② 阀值电压,UT=1.4V
③ 关门电平、开门电平及噪声容限主要静态参数：
① 输出逻辑高电平和低电平标准值 合格值高电平 UOH 3.4V ≥2.4V
0.2V ≤0.4V低电平 UOL
26
2.4
Uoff Uon
0.4
1.0
0
uO/V
uI/V
3.0
2.0
2.52.01.51.00.5
≥0.8V ≤2.0V
27
UNH
UNL
1
0
1
00.4V
0.8V
uIuO
2.0V
2.4V
1 1
uO uI
G1 G2
图 3.2.4输入端 噪声容限示意图
28
(2)输入特性
iI/mA
O
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-1.0 - 0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 uI/V
1.4 A40
(a)输入特性
29
uI
Vcc
uO&
V
+
_
mA
iI
(b)测试电路
① 输入短路电流,IIS=-1.07mA
图 3.2.5 输入特性曲线
② 输入漏电流,IIH= IB1( <0.01) 约为 40 A11?
30
定义时，只用一个输入端，当有 2个或 2个以上 输入端并联时，输入电流如何？
IIH
2IIH
&
UIH
&
IIS
1 I
IS2
31
作业题
3.1 (a)
3.2
3.3
