第 2章 集成逻辑门电路
本章主要内容
介绍基本门电路的概念
将讨论数字集成电路的几种主要类型,重点是双极型 TTL集成门电路
MOS型数字集成电路
TTL电路和 MOS电路的特点比较第 2章 集成逻辑门电路
集成逻辑门电路，是把门电路的所有元器件及连接导线制作在同一块半导体基片上构成的。
它属于小规模集成电路 (SSI)，它是组成一个较大数字系统的基本单元。
第 2章 集成逻辑门电路
集成度
小规模 (Small Scale Integrated Circuit,SSI)
是由十几个门电路构成的。
中规模 (Medium Scale Integrated Circuit,
MSI)是由上百个门电路构成的。
大规模 (Large Scale Integrated Circuit,LSI)
是由几百个至几千个门电路构成的。
超大规模 (Very Large Scale Integrated
Circuit,VLSI)是由一万个以上门电路构成的。
第 2章 集成逻辑门电路
应用
目前，广泛使用的逻辑门有 TTL
(Transistor-Transistor Logic)和 CMOS两个系列。
TTL门电路属双极型数字集成电路，其输入级和输出级都是三极管结构，故称 TTL。
CMOS门电路是由 NMOS管和 PMOS管组成的互补 MOS集成电路，属单极性数字集成电路。
第 2章 集成逻辑门电路
我国 TTL系列数字集成电路型号与国际型号对应列入表 2-1中标准 (通用系列 )
高速系列肖特基系列低功耗肖特基系列
54/74
54/74H
54/74S
54/74LS
CT1000
CT2000
CT3000
CT4000
TTL系列分类名称国际型号国产型号系列
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
⑴ VA=VB=3V。 由于 R接到电源 +12V上,故 DA、
DB均导通,
VF= 3+0.7V=3.7V≈3V
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
⑵ VA=3V,VB=0V，由于
DB优先导通,VF=0.7V，因而 DA截止，通常将 DB导通，
使 VF=0+0.7V=0.7V≈0V
称为箝位。
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
⑶ VA=0V,VB=3V，
由于 DA导通，
VF=0+0.7V=0.7V≈0V，
DB截止。
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
⑷ VA=VB=0V，
VF=0.7V，此时 DA、
DB均导通。
VF=0+0.7V=0.7V≈0V
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
(1)VA=VB=0V VF≈0V
(2) VA=0V,VB=3V,VF≈0V
(3) VA=3V,VB=0V,VF≈0V
(4)VA=VB=3V VF≈3V
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
0
0
0
3
0 0
0 3
3 0
3 3
输出
VF(V)
输入
VF(V) VF(V)
电位关系
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
F
0
0
0
1
真值表
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
&
F
A
B
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
⑴ VA=VB=3V,由于 R
接到电源 -VEE（ -12V） 上,
故 DA,DB均导通 。 VF因此为 VA-VD=2.3V≈3V 。
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
⑵ VA=0V,VB=3V，此时 DB导通，将 VF钳位在
2.3V,DA加反向电压截止。
因此
VF=VB-VD=2.3V≈3V 。
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
⑶ VA=3V,VB=0V，此时 DA导通,DB截止，
VF=VA-VD=2.3V ≈3V 。
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
⑷ VA=VB=0V,DA、
DB均导通,VF=0-VD=-
0.7V ≈0V 。
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
(1)VA=VB=0V:VF≈0V
(2) VA=0V,VB=3V,VF≈3V
(3) VA=3V,VB=0V,VF≈3V
(4)VA=VB=3V,VF≈3V
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
0
3
3
3
0 0
0 3
3 0
3 3
输出
VF(V)
输入 VA(V)
VB(V)
电位关系
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
≥
1
F
A
B
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
F
0
1
1
1
真值表
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
数字电路中，二极管，
三极管均工作在开关状态。三极管工作在饱和态和截止态。
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
饱和时，其集电极输出为低电平（ VO=Vces）；
截止时，其集电极输出高电平（无箝位时,VO=VCC，
有箝位电路时,VO高电平将使 DQ导通，由于 VQ=2.5V，
故 VO=2.5V+0.7V=3.2V）。
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
⑴ VI=0.3V时,一般硅管死区电压为 0.5V,故 T可能截止,只考虑到 VEE时
Vkk kVV 9 2 3.05.118 5.112B
只考虑到 VI时
Vkk kVV 2 7 7.05.118 183.0B
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
总的 VB=-0.646V，
T截止,VO为高电平 。
由于此时钳位二极管 DQ 导通,故
VO=VQ+VDQ=3.2V
≈3V。
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
V
kk
VVkV
B
64 6.01235 4.11
12
5.118
3.01218
或：
V
I
V
E E
R
1
R
2
b
e
0,3 V
1 2 V
V
B
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
C
C E SCC
BSB R
VVII
⑵ 当 VI=3.2V时，输入高电平,T应饱和，即
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
在本例中
mAR VVI
C
C E SCC
CS 7.111
3.012
mAII CSBS 39.030 7.11
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
V
I
V
E E
R
1
R
2
b
e
3,2 V
1 2 V
V
B
V
B E
I
R 1
I
R 1
BS
RRB
ImA
III
96.0706.0667.1
18
)12(7.0
5.1
7.02.3
21
实际上
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
IB>IBS，三极管饱和。
输出为低电平
VO=Vces=0.3V≈0V
采用正逻辑，可列出非门的真值表。
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
3
0
0
3
VF (V)VI (V)
电位关系
1
0
0
1
FA
真值表
2.1 基本逻辑门电路
4.与非门电路
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
T
-V
E E
A
B
R
2.1 基本逻辑门电路
5.或非门电路
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
T
-V
E E
A
B
R
2.2 TTL集成逻辑门电路
⒈ TTL与非门的工作原理
⑴ TTL与非门的典型电路
TTL与非门的典型电路如图 2-6所示，
它分成输入级、中间级和输出级三个部分。
输入级中间级输出级
⑴ TTL与非门的典型电路
输入级 由多发射极晶体管 T1和电阻 R1
组成，通过 T1的各个发射极实现与逻辑功能。
多发射极晶体管 T1 的等效电路
⑴ TTL与非门的典型电路
中间级 由 T2,R2、
R3组成 。
其主要作用是从 T2
管的集电极 c2和发射极 e2同时输出两个相位相反的信号,
分别驱动 T3和 T5管,
来保证 T4和 T5管有一个导通时,另一个就截止 。
⑴ TTL与非门的典型电路
输出级 由 R4,R5、
T3,T4,T5组成，
T5是反相器,T3、
T4组成复合管构成一个射随器，作为
T5管的有源负载，
并与 T5组成推拉式电路，使输出无论是高电平或是低电平，输出电阻都很小，提高了带负载能力。
⑵ 工作原理
则 VB1=VIL+VBE1
=0.3+0.7=1V
VB2 =VC1=VCES1+VIL
=0.1+0.3=0.4V
0.3V
3.6V
3.6V DA导通 ！
设 A=0 B=1 C=1
(VIL=0.3V),
1V
0.3V?所以,T2,T5 截止T
3,T4 导通
VF = 5－ UBE3－ UBE4
5－ 0.7－ 0.7 = 3.6V
拉电流
F = 1
⑵ 工作原理
设 A = B = C =1,即
VA=VB=VC=VIH=3.6V，
3.6V
3.6V
3.6V
2.1V
T1管的基极电位升高，使 T1管的集电结、
T2和 T5的发射结正向偏置而导通,T1管的基极电位 VB1被箝位在 2.1V。
1.4V
故 T1管处于倒置工作状态（发射结和集电结反向运用状态，发射结反向偏置、集电结正向偏置）。
T3 导通,T4 截止VF = 0.3V,F = 0
VF =0.3V
灌电流结论：
电路只要输入有一个为低电平时，输出就为高电平；
只有输入全为高电平时，
输出才为低电平。该门为与非门。即
1.输入不全为 1时，输出为 1
2.输入全为 1时，输出为 0
真值表为：
1
1
1
1
1
1
1
0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
FA B C
真值表
A B CF?
2.TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力
⑴ 电压传输特性电压传输特性是描述输出电压 vO与输入电压 vI
之间对应关系的曲线，如图 2-7所示。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
D
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
⑴ TTL与非门的电压传输特性
AB段（截止区）：
vI＜ 0.6V，输出电压 vO
不随输入电压 vI变化，
保持在高电平 VH。
VC1＜ 0.7V,T2和 T5管截止,T3,T4管导通
，输出为高电平，
VOH=3.6V。
由于这段 T2和 T5管截止，故称截止区。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
⑴ TTL与非门的电压传输特性
BC段 (线性区 )：
0.6V＜ vI＜ 1.3V,0.7V
＜ VC1＜ 1.4V。
这时 T2管开始导通并处于放大状态,T2管的集电极电压 VC2和输出电压 vO随输入电压 vI
的增大而线性降低，
故该段称为线性区。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
由于 T5管的基极电位还低于 0.7V，故 T5管仍截止。
T3,T4管还是处于导通状态。
⑴ TTL与非门的电压传输特性
CD段 (过渡区 )：
1.3V＜ vI＜ 1.4V,T5管开始导通,T2,T3、
T4管也都处于导通状态,T4,T5管有一小段时间同时导通，故有很大电流流过 R4电阻,T2管提供 T5管很大的基极电流 ;
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
T2,T5管趋于饱和导通,T4管趋于截止，输出电压 vO急剧下降到低电平 vO=0.3V。
由于 vI的微小变化而引起输出电压 vO的急剧下降，
故此段称为过渡区或转折区。
⑴ TTL与非门的电压传输特性
CD段 (过渡区 )：
CD段中点对应的输入电压，既是 T5管截止和导通的分界线，又是输出高、低电平的分界线，故此电压称阈值电压 VT（门槛电压）,VT=1.4V。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
VT是决定与非门状态的重要参数。当 vI＜ VT时，
与非门截止，输出高电平。
当 vI＞ VT时，与非门饱和导通，输出低电平。
VT
⑴ TTL与非门的电压传输特性
DE段（饱和区）：
vI＞ 1.4V以后,T1管处于倒置工作状态,VB1
被箝位在 2.1V,T2、
T5管进入饱和导通状态,T3管微导通,T4
管截止。
由于 T2,T5管饱和导通，故称该段为饱和区。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
⑵ 抗干扰能力 (输入噪声容限 )
关门电平 VOFF：输出为标准高电平 VSH时所允许的最大输入低电平值。
通常 VOFF=0.8V。
开门电平 VON：输出为标准低电平 VSL时所允许的最小输入高电平值。
通常 VON=1.8V。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
VNL
抗干扰能力（输入噪声容限）：不破坏与非门输出逻辑状态所允许的最大干扰电压。
VNH
输入低电平的抗干扰能力输入高电平的抗干扰能力
VNL=VOFF-VILmax
VNH=VIHmin-VON
⒊ TTL与非门的输入特性、输出特性和带负载能力
了解输入输出特性，可正确处理 TTL与非门之间和其它电路之间的连接问题。只要输入端、输出端的电路结构形式和参数与
TTL与非门相同，输入、输出特性对其它
TTL电路也适用。
⑴ TTL与非门的输入特性
输入特性是描述输入电流与输入电压之间的关系曲线，如图 2-8所示的特性曲线。规定输入电流流入输入端为正，而从输入端流出为负。
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
⑴ TTL与非门的输入特性
当 vI小于 0.6V时 T2是截止的,T1基极电流均经其发射极流出（因集电极的负载电阻很大,IC1可以忽略不计），这时电流大小可以近似计算为 iI=-
(VCC-VBE1-vI)/R1。
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
⑴ TTL与非门的输入特性
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
当 vI=0时，相当于输入端接地，故将此时的输入电流称为输入短路电流 IIS,IIS=(VCC-VBE1)/R1=(5-
0.7)/3≈1.4mA。
⑴ TTL与非门的输入特性
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
当 vI等于 0.6V时 T2管开始导通,T2管导通以后 IB1
一部分就要流入 T2管的基极,iI的绝对值随之略有减小； vI继续增加,IB2要继续增大，而 iI的绝对值继续减小。
0.6V
⑴ TTL与非门的输入特性
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
当 vI增加到 1.3V以后,T5管开始导通,VB1被箝位在 2.1V左右；此后,iI的绝对值随 vI的增大而迅速减小。
⑴ TTL与非门的输入特性
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
IB1绝大部分经 T1集电结流入 T2的基极。当 vI大于
1.4V以后,T1就进入倒置工作状态,iI的方向由负变为正，就是说 iI由 e1端流入输入端，此时的输入电流称为输入漏电流 IIH，其值约为 10μA。
IIH
⑵ TTL与非门的输入特性
在实际应用中，有时与非门的输入端需要经外接电阻 RI接地。如图 2-9(a)图所示。此时就有电流 II流过 RI，并在其上产生电压降 vI。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
⑵ TTL与非门的输入特性
当输入端所接电阻 RI=0时，即输入端接地时，输出为高电平；而 RI=∞时，输入电流没有通路，与输入端加高电平等效，此时输出为低电平。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
⑵ TTL与非门的输入特性
即 RI比较小时，与非门截止，输出高电平； RI较大时，与非门饱和，输出为低电平； RI不大不小时，与非门工作在线性区或转折区。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
⑵ TTL与非门的输入特性
TTL门输入端所接电阻的大小会影响输出状态。
vI和 RI之间的关系曲线叫做输入端负载特性。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
0
1
2 3 4
5
R
I
( k
Ω
)
v
I
( V )
1,4
( b )
特 性 曲 线
⑵ TTL与非门的输入特性
发射结导通时
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
0
1
2 3 4
5
R
I
( k
Ω
)
v
I
( V )
1,4
( b )
特 性 曲 线
)( B E 1CC
1I
I
I VVRR
Rv?
⑵ TTL与非门的输入特性
在 RI＜＜ R1条件下,vI几乎和 RI成正比,vI随 RI增加而增加。如图 2-9(b)所示。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
0
1
2 3 4
5
R
I
( k
Ω
)
v
I
( V )
1,4
( b )
特 性 曲 线
)( B E 1CC
1I
I
I VVRR
Rv?
RI ↑,vI↑=1.4V,T5管导通,VB1被箝位在 2.1V。↑,vI=1.4V。则公式不再适用。
⑵ TTL与非门的输入特性
关门电阻 ROFF：保证 TTL与非门关闭，输出为标准高电平时，所允许的 RI最大值。一般
ROFF=0.8kΩ。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
0
1
2 3 4
5
R
I
( k
Ω
)
v
I
( V )
1,4
( b )
特 性 曲 线
RI＜ ROFF时，与非门输出高电平；＞ 时，与非门输出低电平。
⑵ TTL与非门的输入特性
开门电阻 RON：保证 TTL与非门导通，输出为标准低电平时，所允许的 RI最小值。一般 RON=2kΩ。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
0
1
2 3 4
5
R
I
( k
Ω
)
v
I
( V )
1,4
( b )
特 性 曲 线
⑵ TTL与非门的输入特性
输入负载特性是 TTL与非门特有的，不能用于 ECL和 CMOS门。
TTL门的四种系列的 ROFF和 RON的值也不全一样。 T1000,T2000,T3000系列相差不多，输入电阻 1kΩ左右。但是 T4000系列差别很大，输入电阻增加到 8kΩ左右，与非门才从输出高电平变成低电平。
⑵ TTL与非门的输入特性
与非门多余端的处理,输入信号数目少于与非门输入端个数,出现多余端 。 与非门输入端悬空相当于接高电平 。 在实际使用时,多余端不采用悬空的方法,以防干扰信号从悬空的输入端引入 。 通常把多余输入端接电源的正端或固定高电平,或者并联使用,
⑶ TTL与非门的输出特性
TTL与非门实际工作时,输出端总要接负载,产生负载电流,此电流也在影响输出电压的大小 。
输出电压与负载电流之间的关系曲线,称为输出特性 。 输出电压有高电平,低电平两种状态,所以有两种输出特性 。
⑶ TTL与非门的输出特性
当与非门输入全为高电平时,
输出为低电平 。 T1管倒置工作,
T2,T5管饱和导通,T3管微导通,T4管截止 。
这时输出级等效电路如图 2-10(a)
所示,即为一个三极管,其基极电流很大,负载电流方向是流入三极管 T5的集电极,故称为 灌电流负载 。
① 输出为低电平时的输出特性
T
5
V
C C
i
L
I
B 5
V
O
L
R
L
( a )
输 出 级 等 效 电 路
⑶ TTL与非门的输出特性
① 输出为低电平时的输出特性
T
5
V
C C
i
L
I
B 5
V
O
L
R
L
( a )
输 出 级 等 效 电 路其输出特性是一个三极管在基极电流为某一值时共射极接法的输出特性曲线如图 2-10(b)所示。
0
1 0
2 0 3 0 4 0 5 0
i
L
( m A )
v
O L
( V )
1
( b )
输 出 特 性 曲 线
2
T5饱和，其导通电阻 rce很小
（十几欧姆），所以 iL增加时 vO
仅稍有增加，输出低电平 VOL。
当 iL增加到大于某值后,T5管退出饱和进入放大,vO迅速上升，
破坏了输出为低电平的逻辑关系，
因此对灌电流值要有限制。
⑶ TTL与非门的输出特性
② 输出为高电平时的输出特性当与非门输入端其中有一端为低电平时，输出为高电平。 T1管处于饱和状态，
T2,T5管截止,T3,T4管导通。这时输出级等效电路如图 2-11(a)所示，负载电流方向是由输出端流向负载，故称为 拉电流负载 。
R
2
R
4
R
5
R
L
i
L
v
O
V
C C
T
3
T
4
( a )
输 出 级 等 效 电 路
⑶ TTL与非门的输出特性
② 输出为高电平时的输出特性
R
2
R
4
R
5
R
L
i
L
v
O
V
C C
T
3
T
4
( a )
输 出 级 等 效 电 路在 iL较小时,T5处于饱和边缘，
T4管放大,T3,T4组成的复合管有一定的放大作用，
输出特性曲线如图 2-11(b)所示。
0
1 0
2 0 3 0 4 0
i
L
( m A )
v
O H
( V )
1
( b )
输 出 特 性 曲 线
2
3
3,6
输出电阻很小,TTL与非门的输出电压 vO 随 iL变化不大，故输出高电平 VOH。
当 iL增加到大于某值后,R4
上压降增大,VC3下降，使
T3进入深饱和，
复合管跟随器处于饱和状态，
失去跟随作用，输出电阻为
Ri，
输出电压 vO随负载电流的增加而迅速下降，
vO≈VCC-VCES3-VBE4-iLR4。
为了保证 vO为标准高电平。
对拉灌电流值要有限制。
⑷ 带负载能力
TTL与非门的输出端接上负载后,负载有灌电流负载和拉电流负载 。 图 2-12分别表示灌电流负载和拉电流负载 。
I
I S
I
I S
I
L
+ V
C C
+ V
C C
+ V
C C
R
4
R
1
R
1
T
5
T
4
T
1
T
1
( b )
灌 电 流 负 载
拉电流负载增加会使与非门的输出高电平下降；
灌电流负载增加会使与非门的输出低电平上升。
I
I H
I
I H
I
L
+ V
C C
+ V
C C
+ V
C C
R
3
R
4
R
1
R
1
R
5
T
4
T
3
T
1
T
1
( a )
拉 电 流 负 载
⑷ 带负载能力
电路输出高,低电平时有输出电阻,所以输出的高,低电平随负载电流改变,变化小,
说明门的带负载能力强 。
用输出电平变化不超过某一规定值 （ 高电平不低于高电平下限值 VOHmin,低电平不高于低电平的上限值 VOLmax） 时的最大负载电流,
来定量描述门电路的带负载能力大小 。
⑷ 带负载能力
负载电流大,带负载能力强；反之,带负载能力弱 。
一个门的输出电平有高电平,低电平之分,
因此,说这个门的带负载能力,必须综合考虑输出高电平时的带负载能力和输出低电平时的带负载能力 。
⑷ 带负载能力
扇出系数,门电路驱动同类门的最大数目 。
输出高电平时的扇出系数
I H m a x
O H m a x
OH I
IN?
输出低电平时的扇出系数
I L m a x
O L m a x
OL I
I
N?
一个门的扇出系数只能是一个。若 NOH和 NOL不一样大时，应取 NOH和 NOL中小的一个。
⒋ TTL与非门的动态特性
⑴ 平均传输延迟时间
二极管、三极管存在开关时间，由二极管和三极管构成的 TTL电路的状态转换需要一定的时间，即输出不能立即响应输入信号的变化，而有一定的延迟。如图 2-13所示。
而电阻、二极管、三极管等元器件寄生电容的存在，还会使输出电压波形的上升沿和下降沿变得不那么陡。
导通传输延迟时间
t
P H L
t
P L H
v
I
v
O
V
m
1 / 2 V
m
1 / 2 V
m
图
2 - 1 3 T T L
与 非 门 的 传 输 时 间截止传输延迟时间平均传输延迟时间
2
P L HP H L
pd
ttt
传输延迟时间小，
表明门的工作速度可以高，反之，门的工作速度必须降低。
⒋ TTL与非门的动态特性
⑵ 动态尖峰电流
静态时 TTL与非门电路的电源电流比较小，在
10mA左右。在动态情况下，由于 T5工作在深饱和状态,T4必定在 T5截止之前就导通了。这样就出现了瞬间 T4和 T5都导通的状态。这一瞬间电源电流比静态时的电源电流大，但持续时间较短，
故称之为尖峰电流或浪涌电流。输出由高电平变为低电平时，也会出现 T4,T5都导通，导致 ICC
出现尖峰。
⒋ TTL与非门的动态特性
⑵ 动态尖峰电流
如图 2-14所示。
v
O
i
c c
t
t
0
0
图
2 - 1 4
电 源 电 流 波 形
在工作频率较高时，尖峰电流对电源平均电流影响不可忽略。它使电源的平均电流增大，
这就要求加大电源的容量。
电源的尖峰电流在电路内部流通时，
会在电源线和地线上产生电压降，形成一个干扰源，为此，要采取合理的接地和去耦措施，
使之在允许范围内。
2.3 其他类型的 TTL门电路
TTL门电路除了与非门外，还有其它逻辑功能的门电路，如与门、或门、或非门、与或非门、异或门、同或门、集电极开路门和三态门等，还有与扩展器、或扩展器和与或扩展器等。
主要介绍集电极开路门和三态门。
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
线与,把几个逻辑门的输出端直接连在一起实现逻辑与。
TTL与非门直接线与出现的问题：
V
C C
R
2
R
4
T
3
T
4
F
1
Ⅰ 门
F1=1,F2=0就会在电源和地之间形成一个低阻通路，破坏了逻辑关系，而且还会把截止门中的导通管 T4烧坏。
V
C C
R
2
R
3
T
2
T
5
F
2
Ⅱ 门
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
⑴ 集电极开路门 (OC门 )
① 电路结构,把 TTL与非门电路的推拉输出级改为三极管集电极开路输出,称为集电极开路 (Open
Collector)门电路。
V
C C
A
B
b
1
b
3
b
5
c
1
c
2
e
2
c
5
b
4
e
3
c
3
c
4
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
R
1
R
2
R
4
R
3
V
O
F
R
5
V
C C
A
B
T
1
T
2
T
5
R
1
R
2
R
3
RL
上拉电阻
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
⑴ 集电极开路门 (OC门 )
逻辑符号如图 (b)所示。
A
B
T
1
T
2
T
5
R
1
R
2
R
L
R
3
V
C C
V
O
F
( a )
逻 辑 图
逻辑功能：
A
B
F
( b )
逻 辑 符 号
A
B
&
逻 辑 符 号
F
ABF?
几个 OC门的输出端直接并联后可共用一个集电极负载电阻 RL和电源
VCC。
只要恰当地选择电源电压和负载电阻，就可以保证输出电平的高、低要求，而又有效地防止输出管电流过大。
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
② 集电极负载电阻 RL的选择
利用 OC门可以实现线与功能。
当有 m个 OC门直接并联，并带有 n个与非门作负载时，只要公共外接负载电阻 RL选择适当，就可以保证输出高电平不低于规定的 VOHmin值；又可以保证输出低电平不高于规定的 VOLmax。而且也不会在电源和地之间形成低阻通路。
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
② 集电极负载电阻 RL的选择
若 m个 OC与非门的输出都为高电平直接并联，则线与结果为高电平，如图 2-17所示。
I
O H
V
IL
I
O H
V
IL
I
O H
V
IL
m
R
L
I
IH
I
IH
I
IH
p
V
O H
I
R L
+ V
C C
图 2 -1 7 输 出 为 高 电 平 时 的 情 况
&
&
&
&
&
&
为保证并联输出高电平不低于规定的 VOHmin
值，则要求 RL取值不能太大，才能保证
VCC-IRLRL≥VOHmin。
OC门个数
TTL与非门输入端的个数
OC门输出管截止时的漏电流负载门每个输入端为高电平时的输入漏电流IRL=mIOH+pIIH
VCC-(mIOH+pIIH)RL≥VOHmin
RL最大值 RLmax为：
IHOH
O H m i nCC
L m a x pImI
VVR
VCC-IRLRL≥VOHmin
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
当 OC门线与输出为低电平时，从最不利情况考虑，设只有一个 OC门处于导通状态，
而其它的 OC门均截止，如图 2-18所示。
I
O L
V
IL
V
IL
V
IL
m
R
L
I
IS
I
IS
I
IS
n
V
O
L
I
R L
+ V
C C
图
2 -1 8
输 出 为 低 电 平 时 的 情 况
&
&
&
&
&
&
RL不能太小，应保证在所有的负载电流全部流入唯一导通的 OC门时，
线与输出低电平仍能低于规定的 VOLmax值，即
VCC-IRLRL≤VOLmax。
OC门导通时的最大负载电流 TTL与非门输入短路电流
注,无论一个门有几个输入端接在 VOL
上,IIS都是同样大。
IRL=IOL-nIIS
VCC-IRLRL≤VOLmax
VCC-(IOL-nIIS)RL≤VOLmax
RL最小值 RL in为：
ISOL
O L m a xCC
L m i n nII
VVR
RLmin＜ RL＜ RLmax
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
⑵ OC门的应用：①实现与或非逻辑 (线与 )
将几个 OC门的输出直接并联在一起，然后通过一个公共上拉电阻 RL接到电源 VCC上，如图 2-19所示。
F
2
R
L
F
1
F
n
A
1
B
1
A
2
B
2
A
n
B
n
V
C C
F
图
2-19
几 个
O C
门 实 现 与 或 非 逻 辑
&
&
&
111 BAF? 222 BAF?
nnn BAF?
，
,……,
nn
n
BABABA
FFFF
2211
21
nn BABABA 2211
实现了与或非的功能
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
⑵ OC门的应用：②实现电平转移
在数字系统的接口（与外部设备相联系的电路）
需要有电平转换的时候，常用 OC门实现，如图 2-
20所示电路。，
,……,
R
L
( 1 0 V )
A
B
V
C C
F
图
2 - 2 0 O C
门 实 现 电 平 转 换
& 要把高电平转换为 10V
时，可将外接的上拉电阻接到 10V电源上。这样 OC门的输入端电平与一般与非门一致，而输出的高电平就可以变为
10V。达到了电平转换的目的。
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
⑵ OC门的应用：③用作驱动器
用 OC门驱动指示灯、继电器和脉冲变压器等。当用于驱动指示灯时，上拉电阻由指示灯代替，指示灯的一端于 OC门的输出相连，另一端接上电源。如果电流过大，可串入一个适当的限流电阻。
，
,……,
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
③ 用作驱动器
例 试用 74LS系列逻辑门，驱动一只 VD=1.5V，
ID=6mA的发光二极管。
解：与非门 74LS00的 IOL为 4mA，不能驱动 ID=6mA
的发光二极管。集电极开路与非门 74LS01的 IOL为
6mA，故可选用 74LS01来驱动发光二极管，其电路如图所示。
，
,……,
R
( 5 V )
A
B
V
C C
F
例 图
O C
门 驱 动 发 光 二 极 管
&
限流电阻
k
VVV
R
5.0
6
5.05.15
6
OLDCC
⒉ 三态输出门（ TLS门）
三态逻辑（ Three State Logic）输出门，
简称 TSL门。它是在一般门电路的基础上增加控制电路和控制端构成的。
三态输出是指三态门处于工作状态的高电平、低电平和非工作状态的高阻态（禁止态
、开路态）。
⒉ 三态输出门（ TLS门）
A
B
F
E N
( b )
三 态 门 低 有 效 逻 辑 符 号
E N
A
B
F
E N
A
B
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
R
1
R
2
R
4
R
3
V
C C
V
O
F
R
5
( a )
三 态 门 逻 辑 图
三态与非门的电路结构如图 (a) 所示。
EN
A
B
F
( b )
三 态 门 高 有 效 逻 辑 符 号
E N
A
B
F
E N
⒉ 三态输出门（ TLS门）
BABAF 1
⑴ 工作原理
A
B
E N
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
R
1
R
2
R
4
R
3
V
C C
V
O
F
R
5
( a )
三 态 门 逻 辑 图
D
① VEN=0.3V (EN=0),
Vb1=1.0V,Vb3=1.0V,
T4,T5截止。
即 EN=0输出为高阻态
② VEN=3.6V(EN=1),D
截止，就是与非门。
⒉ 三态输出门（ TLS门）
⑵ 三态门的用途,①在总线传输中的应用
利用三态门向同一个总线 MN
上轮流传输信号不会互相干扰。
工作条件是,在任何时间里只能有一个三态门处于工作状态，
其余的门处于高阻态。
A
1
B
1
E N
1
&
&
&
M
N
总线图
2 - 2 3
三 态 门 单 向 传 输 结 构
A
2
B
2
E N
2
A
n
B
n
E N
n
⒉ 三态输出门（ TLS门）
⑵ 三态门的用途,②实现数据双向传输
EN=0,G1高阻,N经
G2向 M送数据。
D
0
D
1
E N
1
1
M
N
总线
G
1
G
2
图 2 - 2 4 双 向 传 输
EN=1,G2高阻，
M经 G1向 N送数据。
本章主要内容
介绍基本门电路的概念
将讨论数字集成电路的几种主要类型,重点是双极型 TTL集成门电路
MOS型数字集成电路
TTL电路和 MOS电路的特点比较第 2章 集成逻辑门电路
集成逻辑门电路，是把门电路的所有元器件及连接导线制作在同一块半导体基片上构成的。
它属于小规模集成电路 (SSI)，它是组成一个较大数字系统的基本单元。
第 2章 集成逻辑门电路
集成度
小规模 (Small Scale Integrated Circuit,SSI)
是由十几个门电路构成的。
中规模 (Medium Scale Integrated Circuit,
MSI)是由上百个门电路构成的。
大规模 (Large Scale Integrated Circuit,LSI)
是由几百个至几千个门电路构成的。
超大规模 (Very Large Scale Integrated
Circuit,VLSI)是由一万个以上门电路构成的。
第 2章 集成逻辑门电路
应用
目前，广泛使用的逻辑门有 TTL
(Transistor-Transistor Logic)和 CMOS两个系列。
TTL门电路属双极型数字集成电路，其输入级和输出级都是三极管结构，故称 TTL。
CMOS门电路是由 NMOS管和 PMOS管组成的互补 MOS集成电路，属单极性数字集成电路。
第 2章 集成逻辑门电路
我国 TTL系列数字集成电路型号与国际型号对应列入表 2-1中标准 (通用系列 )
高速系列肖特基系列低功耗肖特基系列
54/74
54/74H
54/74S
54/74LS
CT1000
CT2000
CT3000
CT4000
TTL系列分类名称国际型号国产型号系列
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
⑴ VA=VB=3V。 由于 R接到电源 +12V上,故 DA、
DB均导通,
VF= 3+0.7V=3.7V≈3V
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
⑵ VA=3V,VB=0V，由于
DB优先导通,VF=0.7V，因而 DA截止，通常将 DB导通，
使 VF=0+0.7V=0.7V≈0V
称为箝位。
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
⑶ VA=0V,VB=3V，
由于 DA导通，
VF=0+0.7V=0.7V≈0V，
DB截止。
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
⑷ VA=VB=0V，
VF=0.7V，此时 DA、
DB均导通。
VF=0+0.7V=0.7V≈0V
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
(1)VA=VB=0V VF≈0V
(2) VA=0V,VB=3V,VF≈0V
(3) VA=3V,VB=0V,VF≈0V
(4)VA=VB=3V VF≈3V
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
0
0
0
3
0 0
0 3
3 0
3 3
输出
VF(V)
输入
VF(V) VF(V)
电位关系
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
2.1 基本逻辑门电路
⒈ 二极管与门
实现与逻辑功能的电路，称为与门。
A
B
V
C C
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
F
0
0
0
1
真值表
0.3V
3.2V
0.3V
3.0V
&
F
A
B
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
⑴ VA=VB=3V,由于 R
接到电源 -VEE（ -12V） 上,
故 DA,DB均导通 。 VF因此为 VA-VD=2.3V≈3V 。
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
⑵ VA=0V,VB=3V，此时 DB导通，将 VF钳位在
2.3V,DA加反向电压截止。
因此
VF=VB-VD=2.3V≈3V 。
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
⑶ VA=3V,VB=0V，此时 DA导通,DB截止，
VF=VA-VD=2.3V ≈3V 。
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
⑷ VA=VB=0V,DA、
DB均导通,VF=0-VD=-
0.7V ≈0V 。
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
(1)VA=VB=0V:VF≈0V
(2) VA=0V,VB=3V,VF≈3V
(3) VA=3V,VB=0V,VF≈3V
(4)VA=VB=3V,VF≈3V
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
0
3
3
3
0 0
0 3
3 0
3 3
输出
VF(V)
输入 VA(V)
VB(V)
电位关系
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒉ 或门
实现逻辑或功能的电路,称为或门 。
≥
1
F
A
B
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
F
0
1
1
1
真值表
A
B
- V
E E
R
C
F
1 2 V
D
A
D
B
3,9 k Ω
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
数字电路中，二极管，
三极管均工作在开关状态。三极管工作在饱和态和截止态。
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
饱和时，其集电极输出为低电平（ VO=Vces）；
截止时，其集电极输出高电平（无箝位时,VO=VCC，
有箝位电路时,VO高电平将使 DQ导通，由于 VQ=2.5V，
故 VO=2.5V+0.7V=3.2V）。
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
⑴ VI=0.3V时,一般硅管死区电压为 0.5V,故 T可能截止,只考虑到 VEE时
Vkk kVV 9 2 3.05.118 5.112B
只考虑到 VI时
Vkk kVV 2 7 7.05.118 183.0B
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
总的 VB=-0.646V，
T截止,VO为高电平 。
由于此时钳位二极管 DQ 导通,故
VO=VQ+VDQ=3.2V
≈3V。
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
V
kk
VVkV
B
64 6.01235 4.11
12
5.118
3.01218
或：
V
I
V
E E
R
1
R
2
b
e
0,3 V
1 2 V
V
B
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
C
C E SCC
BSB R
VVII
⑵ 当 VI=3.2V时，输入高电平,T应饱和，即
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
在本例中
mAR VVI
C
C E SCC
CS 7.111
3.012
mAII CSBS 39.030 7.11
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
V
I
V
E E
R
1
R
2
b
e
3,2 V
1 2 V
V
B
V
B E
I
R 1
I
R 1
BS
RRB
ImA
III
96.0706.0667.1
18
)12(7.0
5.1
7.02.3
21
实际上
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
IB>IBS，三极管饱和。
输出为低电平
VO=Vces=0.3V≈0V
采用正逻辑，可列出非门的真值表。
2.1 基本逻辑门电路
⒊ 非门 (反相器 )
实现逻辑非门功能的电路,称作非门
A
V
I
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
V
O
T
- V
E E
1,5 k Ω
1 8 k Ω
1 k Ω
V
Q
D
Q
β = 3 0
3
0
0
3
VF (V)VI (V)
电位关系
1
0
0
1
FA
真值表
2.1 基本逻辑门电路
4.与非门电路
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
T
-V
E E
A
B
R
2.1 基本逻辑门电路
5.或非门电路
R
1
R
2
R
C
V
C C
F
T
-V
E E
A
B
R
2.2 TTL集成逻辑门电路
⒈ TTL与非门的工作原理
⑴ TTL与非门的典型电路
TTL与非门的典型电路如图 2-6所示，
它分成输入级、中间级和输出级三个部分。
输入级中间级输出级
⑴ TTL与非门的典型电路
输入级 由多发射极晶体管 T1和电阻 R1
组成，通过 T1的各个发射极实现与逻辑功能。
多发射极晶体管 T1 的等效电路
⑴ TTL与非门的典型电路
中间级 由 T2,R2、
R3组成 。
其主要作用是从 T2
管的集电极 c2和发射极 e2同时输出两个相位相反的信号,
分别驱动 T3和 T5管,
来保证 T4和 T5管有一个导通时,另一个就截止 。
⑴ TTL与非门的典型电路
输出级 由 R4,R5、
T3,T4,T5组成，
T5是反相器,T3、
T4组成复合管构成一个射随器，作为
T5管的有源负载，
并与 T5组成推拉式电路，使输出无论是高电平或是低电平，输出电阻都很小，提高了带负载能力。
⑵ 工作原理
则 VB1=VIL+VBE1
=0.3+0.7=1V
VB2 =VC1=VCES1+VIL
=0.1+0.3=0.4V
0.3V
3.6V
3.6V DA导通 ！
设 A=0 B=1 C=1
(VIL=0.3V),
1V
0.3V?所以,T2,T5 截止T
3,T4 导通
VF = 5－ UBE3－ UBE4
5－ 0.7－ 0.7 = 3.6V
拉电流
F = 1
⑵ 工作原理
设 A = B = C =1,即
VA=VB=VC=VIH=3.6V，
3.6V
3.6V
3.6V
2.1V
T1管的基极电位升高，使 T1管的集电结、
T2和 T5的发射结正向偏置而导通,T1管的基极电位 VB1被箝位在 2.1V。
1.4V
故 T1管处于倒置工作状态（发射结和集电结反向运用状态，发射结反向偏置、集电结正向偏置）。
T3 导通,T4 截止VF = 0.3V,F = 0
VF =0.3V
灌电流结论：
电路只要输入有一个为低电平时，输出就为高电平；
只有输入全为高电平时，
输出才为低电平。该门为与非门。即
1.输入不全为 1时，输出为 1
2.输入全为 1时，输出为 0
真值表为：
1
1
1
1
1
1
1
0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
FA B C
真值表
A B CF?
2.TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力
⑴ 电压传输特性电压传输特性是描述输出电压 vO与输入电压 vI
之间对应关系的曲线，如图 2-7所示。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
D
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
⑴ TTL与非门的电压传输特性
AB段（截止区）：
vI＜ 0.6V，输出电压 vO
不随输入电压 vI变化，
保持在高电平 VH。
VC1＜ 0.7V,T2和 T5管截止,T3,T4管导通
，输出为高电平，
VOH=3.6V。
由于这段 T2和 T5管截止，故称截止区。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
⑴ TTL与非门的电压传输特性
BC段 (线性区 )：
0.6V＜ vI＜ 1.3V,0.7V
＜ VC1＜ 1.4V。
这时 T2管开始导通并处于放大状态,T2管的集电极电压 VC2和输出电压 vO随输入电压 vI
的增大而线性降低，
故该段称为线性区。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
由于 T5管的基极电位还低于 0.7V，故 T5管仍截止。
T3,T4管还是处于导通状态。
⑴ TTL与非门的电压传输特性
CD段 (过渡区 )：
1.3V＜ vI＜ 1.4V,T5管开始导通,T2,T3、
T4管也都处于导通状态,T4,T5管有一小段时间同时导通，故有很大电流流过 R4电阻,T2管提供 T5管很大的基极电流 ;
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
T2,T5管趋于饱和导通,T4管趋于截止，输出电压 vO急剧下降到低电平 vO=0.3V。
由于 vI的微小变化而引起输出电压 vO的急剧下降，
故此段称为过渡区或转折区。
⑴ TTL与非门的电压传输特性
CD段 (过渡区 )：
CD段中点对应的输入电压，既是 T5管截止和导通的分界线，又是输出高、低电平的分界线，故此电压称阈值电压 VT（门槛电压）,VT=1.4V。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
VT是决定与非门状态的重要参数。当 vI＜ VT时，
与非门截止，输出高电平。
当 vI＞ VT时，与非门饱和导通，输出低电平。
VT
⑴ TTL与非门的电压传输特性
DE段（饱和区）：
vI＞ 1.4V以后,T1管处于倒置工作状态,VB1
被箝位在 2.1V,T2、
T5管进入饱和导通状态,T3管微导通,T4
管截止。
由于 T2,T5管饱和导通，故称该段为饱和区。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
⑵ 抗干扰能力 (输入噪声容限 )
关门电平 VOFF：输出为标准高电平 VSH时所允许的最大输入低电平值。
通常 VOFF=0.8V。
开门电平 VON：输出为标准低电平 VSL时所允许的最小输入高电平值。
通常 VON=1.8V。
3,6
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3
3,5
A B
C
E
图 2 - 7 电 压 传 输 特 性
v
O
( V )
v
I
( V )
D
VNL
抗干扰能力（输入噪声容限）：不破坏与非门输出逻辑状态所允许的最大干扰电压。
VNH
输入低电平的抗干扰能力输入高电平的抗干扰能力
VNL=VOFF-VILmax
VNH=VIHmin-VON
⒊ TTL与非门的输入特性、输出特性和带负载能力
了解输入输出特性，可正确处理 TTL与非门之间和其它电路之间的连接问题。只要输入端、输出端的电路结构形式和参数与
TTL与非门相同，输入、输出特性对其它
TTL电路也适用。
⑴ TTL与非门的输入特性
输入特性是描述输入电流与输入电压之间的关系曲线，如图 2-8所示的特性曲线。规定输入电流流入输入端为正，而从输入端流出为负。
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
⑴ TTL与非门的输入特性
当 vI小于 0.6V时 T2是截止的,T1基极电流均经其发射极流出（因集电极的负载电阻很大,IC1可以忽略不计），这时电流大小可以近似计算为 iI=-
(VCC-VBE1-vI)/R1。
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
⑴ TTL与非门的输入特性
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
当 vI=0时，相当于输入端接地，故将此时的输入电流称为输入短路电流 IIS,IIS=(VCC-VBE1)/R1=(5-
0.7)/3≈1.4mA。
⑴ TTL与非门的输入特性
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
当 vI等于 0.6V时 T2管开始导通,T2管导通以后 IB1
一部分就要流入 T2管的基极,iI的绝对值随之略有减小； vI继续增加,IB2要继续增大，而 iI的绝对值继续减小。
0.6V
⑴ TTL与非门的输入特性
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
当 vI增加到 1.3V以后,T5管开始导通,VB1被箝位在 2.1V左右；此后,iI的绝对值随 vI的增大而迅速减小。
⑴ TTL与非门的输入特性
0,5 1 1,5 2 2,5 3
1
2
1,4
0
i
I
(
μ
A )
- i
I
( m A )
v
I
( V )
( b )
输 入 特 性
T
1
T
2
R
1
R
3
b
1
b
2
c
1
e
1
i
I
v
I
3 k
Ω
+ V
C C
( a )
测 试 图
IB1绝大部分经 T1集电结流入 T2的基极。当 vI大于
1.4V以后,T1就进入倒置工作状态,iI的方向由负变为正，就是说 iI由 e1端流入输入端，此时的输入电流称为输入漏电流 IIH，其值约为 10μA。
IIH
⑵ TTL与非门的输入特性
在实际应用中，有时与非门的输入端需要经外接电阻 RI接地。如图 2-9(a)图所示。此时就有电流 II流过 RI，并在其上产生电压降 vI。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
⑵ TTL与非门的输入特性
当输入端所接电阻 RI=0时，即输入端接地时，输出为高电平；而 RI=∞时，输入电流没有通路，与输入端加高电平等效，此时输出为低电平。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
⑵ TTL与非门的输入特性
即 RI比较小时，与非门截止，输出高电平； RI较大时，与非门饱和，输出为低电平； RI不大不小时，与非门工作在线性区或转折区。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
⑵ TTL与非门的输入特性
TTL门输入端所接电阻的大小会影响输出状态。
vI和 RI之间的关系曲线叫做输入端负载特性。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
0
1
2 3 4
5
R
I
( k
Ω
)
v
I
( V )
1,4
( b )
特 性 曲 线
⑵ TTL与非门的输入特性
发射结导通时
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
0
1
2 3 4
5
R
I
( k
Ω
)
v
I
( V )
1,4
( b )
特 性 曲 线
)( B E 1CC
1I
I
I VVRR
Rv?
⑵ TTL与非门的输入特性
在 RI＜＜ R1条件下,vI几乎和 RI成正比,vI随 RI增加而增加。如图 2-9(b)所示。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
0
1
2 3 4
5
R
I
( k
Ω
)
v
I
( V )
1,4
( b )
特 性 曲 线
)( B E 1CC
1I
I
I VVRR
Rv?
RI ↑,vI↑=1.4V,T5管导通,VB1被箝位在 2.1V。↑,vI=1.4V。则公式不再适用。
⑵ TTL与非门的输入特性
关门电阻 ROFF：保证 TTL与非门关闭，输出为标准高电平时，所允许的 RI最大值。一般
ROFF=0.8kΩ。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
0
1
2 3 4
5
R
I
( k
Ω
)
v
I
( V )
1,4
( b )
特 性 曲 线
RI＜ ROFF时，与非门输出高电平；＞ 时，与非门输出低电平。
⑵ TTL与非门的输入特性
开门电阻 RON：保证 TTL与非门导通，输出为标准低电平时，所允许的 RI最小值。一般 RON=2kΩ。
T
1
T
2
R
1
R
3
R
I
v
I
+ V
C C
( a )
测 试 图
0
1
2 3 4
5
R
I
( k
Ω
)
v
I
( V )
1,4
( b )
特 性 曲 线
⑵ TTL与非门的输入特性
输入负载特性是 TTL与非门特有的，不能用于 ECL和 CMOS门。
TTL门的四种系列的 ROFF和 RON的值也不全一样。 T1000,T2000,T3000系列相差不多，输入电阻 1kΩ左右。但是 T4000系列差别很大，输入电阻增加到 8kΩ左右，与非门才从输出高电平变成低电平。
⑵ TTL与非门的输入特性
与非门多余端的处理,输入信号数目少于与非门输入端个数,出现多余端 。 与非门输入端悬空相当于接高电平 。 在实际使用时,多余端不采用悬空的方法,以防干扰信号从悬空的输入端引入 。 通常把多余输入端接电源的正端或固定高电平,或者并联使用,
⑶ TTL与非门的输出特性
TTL与非门实际工作时,输出端总要接负载,产生负载电流,此电流也在影响输出电压的大小 。
输出电压与负载电流之间的关系曲线,称为输出特性 。 输出电压有高电平,低电平两种状态,所以有两种输出特性 。
⑶ TTL与非门的输出特性
当与非门输入全为高电平时,
输出为低电平 。 T1管倒置工作,
T2,T5管饱和导通,T3管微导通,T4管截止 。
这时输出级等效电路如图 2-10(a)
所示,即为一个三极管,其基极电流很大,负载电流方向是流入三极管 T5的集电极,故称为 灌电流负载 。
① 输出为低电平时的输出特性
T
5
V
C C
i
L
I
B 5
V
O
L
R
L
( a )
输 出 级 等 效 电 路
⑶ TTL与非门的输出特性
① 输出为低电平时的输出特性
T
5
V
C C
i
L
I
B 5
V
O
L
R
L
( a )
输 出 级 等 效 电 路其输出特性是一个三极管在基极电流为某一值时共射极接法的输出特性曲线如图 2-10(b)所示。
0
1 0
2 0 3 0 4 0 5 0
i
L
( m A )
v
O L
( V )
1
( b )
输 出 特 性 曲 线
2
T5饱和，其导通电阻 rce很小
（十几欧姆），所以 iL增加时 vO
仅稍有增加，输出低电平 VOL。
当 iL增加到大于某值后,T5管退出饱和进入放大,vO迅速上升，
破坏了输出为低电平的逻辑关系，
因此对灌电流值要有限制。
⑶ TTL与非门的输出特性
② 输出为高电平时的输出特性当与非门输入端其中有一端为低电平时，输出为高电平。 T1管处于饱和状态，
T2,T5管截止,T3,T4管导通。这时输出级等效电路如图 2-11(a)所示，负载电流方向是由输出端流向负载，故称为 拉电流负载 。
R
2
R
4
R
5
R
L
i
L
v
O
V
C C
T
3
T
4
( a )
输 出 级 等 效 电 路
⑶ TTL与非门的输出特性
② 输出为高电平时的输出特性
R
2
R
4
R
5
R
L
i
L
v
O
V
C C
T
3
T
4
( a )
输 出 级 等 效 电 路在 iL较小时,T5处于饱和边缘，
T4管放大,T3,T4组成的复合管有一定的放大作用，
输出特性曲线如图 2-11(b)所示。
0
1 0
2 0 3 0 4 0
i
L
( m A )
v
O H
( V )
1
( b )
输 出 特 性 曲 线
2
3
3,6
输出电阻很小,TTL与非门的输出电压 vO 随 iL变化不大，故输出高电平 VOH。
当 iL增加到大于某值后,R4
上压降增大,VC3下降，使
T3进入深饱和，
复合管跟随器处于饱和状态，
失去跟随作用，输出电阻为
Ri，
输出电压 vO随负载电流的增加而迅速下降，
vO≈VCC-VCES3-VBE4-iLR4。
为了保证 vO为标准高电平。
对拉灌电流值要有限制。
⑷ 带负载能力
TTL与非门的输出端接上负载后,负载有灌电流负载和拉电流负载 。 图 2-12分别表示灌电流负载和拉电流负载 。
I
I S
I
I S
I
L
+ V
C C
+ V
C C
+ V
C C
R
4
R
1
R
1
T
5
T
4
T
1
T
1
( b )
灌 电 流 负 载
拉电流负载增加会使与非门的输出高电平下降；
灌电流负载增加会使与非门的输出低电平上升。
I
I H
I
I H
I
L
+ V
C C
+ V
C C
+ V
C C
R
3
R
4
R
1
R
1
R
5
T
4
T
3
T
1
T
1
( a )
拉 电 流 负 载
⑷ 带负载能力
电路输出高,低电平时有输出电阻,所以输出的高,低电平随负载电流改变,变化小,
说明门的带负载能力强 。
用输出电平变化不超过某一规定值 （ 高电平不低于高电平下限值 VOHmin,低电平不高于低电平的上限值 VOLmax） 时的最大负载电流,
来定量描述门电路的带负载能力大小 。
⑷ 带负载能力
负载电流大,带负载能力强；反之,带负载能力弱 。
一个门的输出电平有高电平,低电平之分,
因此,说这个门的带负载能力,必须综合考虑输出高电平时的带负载能力和输出低电平时的带负载能力 。
⑷ 带负载能力
扇出系数,门电路驱动同类门的最大数目 。
输出高电平时的扇出系数
I H m a x
O H m a x
OH I
IN?
输出低电平时的扇出系数
I L m a x
O L m a x
OL I
I
N?
一个门的扇出系数只能是一个。若 NOH和 NOL不一样大时，应取 NOH和 NOL中小的一个。
⒋ TTL与非门的动态特性
⑴ 平均传输延迟时间
二极管、三极管存在开关时间，由二极管和三极管构成的 TTL电路的状态转换需要一定的时间，即输出不能立即响应输入信号的变化，而有一定的延迟。如图 2-13所示。
而电阻、二极管、三极管等元器件寄生电容的存在，还会使输出电压波形的上升沿和下降沿变得不那么陡。
导通传输延迟时间
t
P H L
t
P L H
v
I
v
O
V
m
1 / 2 V
m
1 / 2 V
m
图
2 - 1 3 T T L
与 非 门 的 传 输 时 间截止传输延迟时间平均传输延迟时间
2
P L HP H L
pd
ttt
传输延迟时间小，
表明门的工作速度可以高，反之，门的工作速度必须降低。
⒋ TTL与非门的动态特性
⑵ 动态尖峰电流
静态时 TTL与非门电路的电源电流比较小，在
10mA左右。在动态情况下，由于 T5工作在深饱和状态,T4必定在 T5截止之前就导通了。这样就出现了瞬间 T4和 T5都导通的状态。这一瞬间电源电流比静态时的电源电流大，但持续时间较短，
故称之为尖峰电流或浪涌电流。输出由高电平变为低电平时，也会出现 T4,T5都导通，导致 ICC
出现尖峰。
⒋ TTL与非门的动态特性
⑵ 动态尖峰电流
如图 2-14所示。
v
O
i
c c
t
t
0
0
图
2 - 1 4
电 源 电 流 波 形
在工作频率较高时，尖峰电流对电源平均电流影响不可忽略。它使电源的平均电流增大，
这就要求加大电源的容量。
电源的尖峰电流在电路内部流通时，
会在电源线和地线上产生电压降，形成一个干扰源，为此，要采取合理的接地和去耦措施，
使之在允许范围内。
2.3 其他类型的 TTL门电路
TTL门电路除了与非门外，还有其它逻辑功能的门电路，如与门、或门、或非门、与或非门、异或门、同或门、集电极开路门和三态门等，还有与扩展器、或扩展器和与或扩展器等。
主要介绍集电极开路门和三态门。
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
线与,把几个逻辑门的输出端直接连在一起实现逻辑与。
TTL与非门直接线与出现的问题：
V
C C
R
2
R
4
T
3
T
4
F
1
Ⅰ 门
F1=1,F2=0就会在电源和地之间形成一个低阻通路，破坏了逻辑关系，而且还会把截止门中的导通管 T4烧坏。
V
C C
R
2
R
3
T
2
T
5
F
2
Ⅱ 门
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
⑴ 集电极开路门 (OC门 )
① 电路结构,把 TTL与非门电路的推拉输出级改为三极管集电极开路输出,称为集电极开路 (Open
Collector)门电路。
V
C C
A
B
b
1
b
3
b
5
c
1
c
2
e
2
c
5
b
4
e
3
c
3
c
4
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
R
1
R
2
R
4
R
3
V
O
F
R
5
V
C C
A
B
T
1
T
2
T
5
R
1
R
2
R
3
RL
上拉电阻
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
⑴ 集电极开路门 (OC门 )
逻辑符号如图 (b)所示。
A
B
T
1
T
2
T
5
R
1
R
2
R
L
R
3
V
C C
V
O
F
( a )
逻 辑 图
逻辑功能：
A
B
F
( b )
逻 辑 符 号
A
B
&
逻 辑 符 号
F
ABF?
几个 OC门的输出端直接并联后可共用一个集电极负载电阻 RL和电源
VCC。
只要恰当地选择电源电压和负载电阻，就可以保证输出电平的高、低要求，而又有效地防止输出管电流过大。
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
② 集电极负载电阻 RL的选择
利用 OC门可以实现线与功能。
当有 m个 OC门直接并联，并带有 n个与非门作负载时，只要公共外接负载电阻 RL选择适当，就可以保证输出高电平不低于规定的 VOHmin值；又可以保证输出低电平不高于规定的 VOLmax。而且也不会在电源和地之间形成低阻通路。
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
② 集电极负载电阻 RL的选择
若 m个 OC与非门的输出都为高电平直接并联，则线与结果为高电平，如图 2-17所示。
I
O H
V
IL
I
O H
V
IL
I
O H
V
IL
m
R
L
I
IH
I
IH
I
IH
p
V
O H
I
R L
+ V
C C
图 2 -1 7 输 出 为 高 电 平 时 的 情 况
&
&
&
&
&
&
为保证并联输出高电平不低于规定的 VOHmin
值，则要求 RL取值不能太大，才能保证
VCC-IRLRL≥VOHmin。
OC门个数
TTL与非门输入端的个数
OC门输出管截止时的漏电流负载门每个输入端为高电平时的输入漏电流IRL=mIOH+pIIH
VCC-(mIOH+pIIH)RL≥VOHmin
RL最大值 RLmax为：
IHOH
O H m i nCC
L m a x pImI
VVR
VCC-IRLRL≥VOHmin
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
当 OC门线与输出为低电平时，从最不利情况考虑，设只有一个 OC门处于导通状态，
而其它的 OC门均截止，如图 2-18所示。
I
O L
V
IL
V
IL
V
IL
m
R
L
I
IS
I
IS
I
IS
n
V
O
L
I
R L
+ V
C C
图
2 -1 8
输 出 为 低 电 平 时 的 情 况
&
&
&
&
&
&
RL不能太小，应保证在所有的负载电流全部流入唯一导通的 OC门时，
线与输出低电平仍能低于规定的 VOLmax值，即
VCC-IRLRL≤VOLmax。
OC门导通时的最大负载电流 TTL与非门输入短路电流
注,无论一个门有几个输入端接在 VOL
上,IIS都是同样大。
IRL=IOL-nIIS
VCC-IRLRL≤VOLmax
VCC-(IOL-nIIS)RL≤VOLmax
RL最小值 RL in为：
ISOL
O L m a xCC
L m i n nII
VVR
RLmin＜ RL＜ RLmax
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
⑵ OC门的应用：①实现与或非逻辑 (线与 )
将几个 OC门的输出直接并联在一起，然后通过一个公共上拉电阻 RL接到电源 VCC上，如图 2-19所示。
F
2
R
L
F
1
F
n
A
1
B
1
A
2
B
2
A
n
B
n
V
C C
F
图
2-19
几 个
O C
门 实 现 与 或 非 逻 辑
&
&
&
111 BAF? 222 BAF?
nnn BAF?
，
,……,
nn
n
BABABA
FFFF
2211
21
nn BABABA 2211
实现了与或非的功能
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
⑵ OC门的应用：②实现电平转移
在数字系统的接口（与外部设备相联系的电路）
需要有电平转换的时候，常用 OC门实现，如图 2-
20所示电路。，
,……,
R
L
( 1 0 V )
A
B
V
C C
F
图
2 - 2 0 O C
门 实 现 电 平 转 换
& 要把高电平转换为 10V
时，可将外接的上拉电阻接到 10V电源上。这样 OC门的输入端电平与一般与非门一致，而输出的高电平就可以变为
10V。达到了电平转换的目的。
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
⑵ OC门的应用：③用作驱动器
用 OC门驱动指示灯、继电器和脉冲变压器等。当用于驱动指示灯时，上拉电阻由指示灯代替，指示灯的一端于 OC门的输出相连，另一端接上电源。如果电流过大，可串入一个适当的限流电阻。
，
,……,
⒈ 集电极开路门 (OC门 )
③ 用作驱动器
例 试用 74LS系列逻辑门，驱动一只 VD=1.5V，
ID=6mA的发光二极管。
解：与非门 74LS00的 IOL为 4mA，不能驱动 ID=6mA
的发光二极管。集电极开路与非门 74LS01的 IOL为
6mA，故可选用 74LS01来驱动发光二极管，其电路如图所示。
，
,……,
R
( 5 V )
A
B
V
C C
F
例 图
O C
门 驱 动 发 光 二 极 管
&
限流电阻
k
VVV
R
5.0
6
5.05.15
6
OLDCC
⒉ 三态输出门（ TLS门）
三态逻辑（ Three State Logic）输出门，
简称 TSL门。它是在一般门电路的基础上增加控制电路和控制端构成的。
三态输出是指三态门处于工作状态的高电平、低电平和非工作状态的高阻态（禁止态
、开路态）。
⒉ 三态输出门（ TLS门）
A
B
F
E N
( b )
三 态 门 低 有 效 逻 辑 符 号
E N
A
B
F
E N
A
B
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
R
1
R
2
R
4
R
3
V
C C
V
O
F
R
5
( a )
三 态 门 逻 辑 图
三态与非门的电路结构如图 (a) 所示。
EN
A
B
F
( b )
三 态 门 高 有 效 逻 辑 符 号
E N
A
B
F
E N
⒉ 三态输出门（ TLS门）
BABAF 1
⑴ 工作原理
A
B
E N
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
R
1
R
2
R
4
R
3
V
C C
V
O
F
R
5
( a )
三 态 门 逻 辑 图
D
① VEN=0.3V (EN=0),
Vb1=1.0V,Vb3=1.0V,
T4,T5截止。
即 EN=0输出为高阻态
② VEN=3.6V(EN=1),D
截止，就是与非门。
⒉ 三态输出门（ TLS门）
⑵ 三态门的用途,①在总线传输中的应用
利用三态门向同一个总线 MN
上轮流传输信号不会互相干扰。
工作条件是,在任何时间里只能有一个三态门处于工作状态，
其余的门处于高阻态。
A
1
B
1
E N
1
&
&
&
M
N
总线图
2 - 2 3
三 态 门 单 向 传 输 结 构
A
2
B
2
E N
2
A
n
B
n
E N
n
⒉ 三态输出门（ TLS门）
⑵ 三态门的用途,②实现数据双向传输
EN=0,G1高阻,N经
G2向 M送数据。
D
0
D
1
E N
1
1
M
N
总线
G
1
G
2
图 2 - 2 4 双 向 传 输
EN=1,G2高阻，
M经 G1向 N送数据。
