各种门电路.docx
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各种门电路
门电路——用以实现各种基本逻辑关系的电子电路
正逻辑——用1表示高电平、用0表示低电平
负逻辑——用0表示高电平、用1表示低电子的情况。
2.2分立元件门电路
2.2.1二极管的开关特性
图2.2.1二极管静态开关电路及其等效电路
（a）电路图（b）输入高电平时的等效电路（c）输入低电平时的等效电路
二、动态开关特性在高速开关电路中，需要了解二极管导通与截止间的快速转换过程。
图２.２.２二极管动态开关特性
（a）电路图（b）输入脉冲电压波形（c）实际电流波形
当输入电压UI由正值UF跃变为负值UR的瞬间，VD并不能立刻截止，而是在外加反向电压UR
作用下，产生了很大的反向电流IR，这时iD＝IR≈-UR／R，经一段时间
trr后二极管VD才进人截止状态，如图3.2.3（c）所示。
通常将trr称作反向恢
复时间。
产生trr的主要原因是由于二极管在正向导通时，P区的多数载流子空穴大
量流入N区，N区的多数载流子电子大量流入P区，在P区和N区中分别存储了
大量的电子和空穴，统称为存储电荷。
当UI由UF跃变为负值UR时，上述存储
电荷不会立刻消失，在反向电压的作用下形成了较大的反向电流IR，随着存储电荷
的不断消散，反向电流也随之减少，最终二极管VD转为截止。
当二极管VD由截
止转为导通时，在P区和N区中积累电荷所需的时间远比trr小得多，故可以忽略。
2.2.2三极管的开关特性
一、静态开关特性及开关等效电路
2.3.1二极管门电路
一、二极管与门电路
图２.３.１ 二极管与门的工作原理
二、二极管或门电路
图２.３.２ 二极管或门的工作原理
（a）电路图 （b）逻辑符号 （c）工作波形
表2.3.1或门输入和输出的逻辑电平 表2.3.2或门的真值表
2.3.2三极管非门电路
图２.３.３ 三极管非门的工作原理
（a）电路图 （b）逻辑符号 （c）工作波形
表2.3.3非门的真值表
２.３.３ 组合逻辑门电路
图２.３.４ 与非门电路及其逻辑符号
（a）电路图 （b）逻辑符号
二、或非门电路
列出其真值表
图2.3.5或非门电路及其逻辑符号
（a）电路图 （b）逻辑符号
2.4.1TTL与非门
内部电路只需了解原理，外部特性要掌握。
一、TTL与非门的工作原理
1．电路结构
2．工作原理
①输入有低电平0.3V：
K点电位为1V;V1导通V2,V5截止，V3V4导通。
（F为3.6V高电平。
）
②输入全为高电平3V则K点电位3.7V在三个PN结的钳制下VK=2.1vV1集
电结正偏发射结反偏。
R1处于倒置工作状态（B反）R1V5-饱和M点电位1V则V3
——微导通V4——截止（则F=0.3V低电平）
由①、②
图2.4.1CT74S系列与非门及其逻辑符号（a）电路图 （b）逻辑符号
1．采用抗饱和三极管
三极管饱和越深，其工作速度越慢。
要提高电路的工作速度，就必须设法使三极管工作在
浅饱和状态，为此，需采用抗饱和三极管。
2．采用有源泄放电路
在V5导通后，V6接着导通，分流了V5的部分基极电流，使V5工作在浅饱和状态，
这也有利于缩短V5由导通向截止转换的时间。
当V2由导通转为截止后，由于V6仍处于导通状态，为V5基区存储电荷的泄放提供了
低阻通路，加速了V5的截止，从而缩短了关闭时间。
三、电压传输特性和噪声容限
1．电压传输特性
2．关门电平、开门电平和阈值电压
（1）关门电平
在保证输出为标准高电平USH（常取USH＝3V）时，允许输入低电平的最大值称为关
门电平,用UOFF表示。
由上图可得UOFF≈1.0V。
显然，只有当输入uI＜UOFF
时，与非门才关闭，输出高电平。
（2）开门电平
在保证输出为标准低电平USL（常取USL＝0.3V）时，允许输入高电平的最小值称
为开门电平用UON表示。
由上图可得UON≈1.2V。
显然，只有当uI＞UON时，与
非门才开通，输出低电平。
（3）阈值电压
工作在电压传输特性转折区中点对应的输入电压称为阈值电压，又称门槛电平。
3．噪声容限搞干扰能力
VNL（低电平噪声容限）=VOFF－VIL
VNL（高电平噪声容限）=VIH－VON
四、输入负载特性
图２.４.２ TTL与非门的输入负载特性 （a）电路图 （b）输入负载特性
五、输出负载特性
输出电压U0随负载电流i0变化的特性曲线称为输出负载特性。
图2.4.3 TTL与非门的传输延迟时间
教学要求：
熟练掌握最简单的与、或、非门电路；
掌握TTL门电路、CMOS门电路特点和逻辑功能（输入输出关系）；
掌握TTL门电路、CMOS门电路的电气特性；
理解TTL门电路、CMOS门电路在应用上的区别。
了解特殊的门电路，如OC门，三态门，CMOS传输门。
教学重点：
TTL门电路的外部特性，逻辑功能、电气特性。
CMOS门电路的外部特性，逻辑功能、电气特性。
2.1概述
门电路——用以实现各种基本逻辑关系的电子电路
正逻辑——用1表示高电平、用0表示低电平
负逻辑——用0表示高电平、用1表示低电子的情况。
2.2分立元件门电路
2.2.1二极管的开关特性
图2.2.1二极管静态开关电路及其等效电路
（a）电路图（b）输入高电平时的等效电路（c）输入低电平时的等效电路
二、动态开关特性在高速开关电路中，需要了解二极管导通与截止间的快速转换过程。
图２.２.２二极管动态开关特性
（a）电路图（b）输入脉冲电压波形（c）实际电流波形
当输入电压UI由正值UF跃变为负值UR的瞬间，VD并不能立刻截止，而是在外加反向电压UR
作用下，产生了很大的反向电流IR，这时iD＝IR≈-UR／R，经一段时间
trr后二极管VD才进人截止状态，如图3.2.3（c）所示。
通常将trr称作反向恢
复时间。
产生trr的主要原因是由于二极管在正向导通时，P区的多数载流子空穴大
量流入N区，N区的多数载流子电子大量流入P区，在P区和N区中分别存储了
大量的电子和空穴，统称为存储电荷。
当UI由UF跃变为负值UR时，上述存储
电荷不会立刻消失，在反向电压的作用下形成了较大的反向电流IR，随着存储电荷
的不断消散，反向电流也随之减少，最终二极管VD转为截止。
当二极管VD由截
止转为导通时，在P区和N区中积累电荷所需的时间远比trr小得多，故可以忽略。
2.2.2三极管的开关特性
一、静态开关特性及开关等效电路
2.3.1二极管门电路
一、二极管与门电路
图２.３.１ 二极管与门的工作原理
二、二极管或门电路
图２.３.２ 二极管或门的工作原理
（a）电路图 （b）逻辑符号 （c）工作波形
表2.3.1或门输入和输出的逻辑电平 表2.3.2或门的真值表
2.3.2三极管非门电路
图２.３.３ 三极管非门的工作原理
（a）电路图 （b）逻辑符号 （c）工作波形
表2.3.3非门的真值表
２.３.３ 组合逻辑门电路
图２.３.４ 与非门电路及其逻辑符号
（a）电路图 （b）逻辑符号
二、或非门电路
列出其真值表
图2.3.5或非门电路及其逻辑符号
（a）电路图 （b）逻辑符号
2.4.1TTL与非门
内部电路只需了解原理，外部特性要掌握。
一、TTL与非门的工作原理
1．电路结构
2．工作原理
①输入有低电平0.3V：
K点电位为1V;V1导通V2,V5截止，V3V4导通。
（F为3.6V高电平。
）
②输入全为高电平3V则K点电位3.7V在三个PN结的钳制下VK=2.1vV1集
电结正偏发射结反偏。
R1处于倒置工作状态（B反）R1V5-饱和M点电位1V则V3
——微导通V4——截止（则F=0.3V低电平）
由①、②
图2.4.1CT74S系列与非门及其逻辑符号（a）电路图 （b）逻辑符号
1．采用抗饱和三极管
三极管饱和越深，其工作速度越慢。
要提高电路的工作速度，就必须设法使三极管工作在
浅饱和状态，为此，需采用抗饱和三极管。
2．采用有源泄放电路
在V5导通后，V6接着导通，分流了V5的部分基极电流，使V5工作在浅饱和状态，
这也有利于缩短V5由导通向截止转换的时间。
当V2由导通转为截止后，由于V6仍处于导通状态，为V5基区存储电荷的泄放提供了
低阻通路，加速了V5的截止，从而缩短了关闭时间。
三、电压传输特性和噪声容限
1．电压传输特性
2．关门电平、开门电平和阈值电压
（1）关门电平
在保证输出为标准高电平USH（常取USH＝3V）时，允许输入低电平的最大值称为关
门电平,用UOFF表示。
由上图可得UOFF≈1.0V。
显然，只有当输入uI＜UOFF
时，与非门才关闭，输出高电平。
（2）开门电平
在保证输出为标准低电平USL（常取USL＝0.3V）时，允许输入高电平的最小值称
为开门电平用UON表示。
由上图可得UON≈1.2V。
显然，只有当uI＞UON时，与
非门才开通，输出低电平。
（3）阈值电压
工作在电压传输特性转折区中点对应的输入电压称为阈值电压，又称门槛电平。
3．噪声容限搞干扰能力
VNL（低电平噪声容限）=VOFF－VIL
VNL（高电平噪声容限）=VIH－VON
四、输入负载特性
图２.４.２ TTL与非门的输入负载特性 （a）电路图 （b）输入负载特性
五、输出负载特性
输出电压U0随负载电流i0变化的特性曲线称为输出负载特性。
图2.4.3 TTL与非门的传输延迟时间
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