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第十一章第十一章 门电路路
一、一、 基本基本逻辑门电路路
（一）（一）基本基本逻辑运算运算
（二）（二）二极管与二极管与门及或及或门电路路
（三）（三）非非门电路路
（四）（四）DTL与非与非门
二、二、TTL逻辑门电路路
三、三、CMOS逻辑门电路路
2
一、一、 基本基本逻辑门电路路
（一）（一） 基本基本逻辑运算运算
•数字数字电路亦称路亦称为开关开关电路，路，电子器件工作在子器件工作在“导通通
” 与与“截止截止”两种不同的状两种不同的状态。。
•信号表信号表现为高低两种高低两种电平平,称称为逻辑电平平这和相互和相互对
立的立的逻辑状状态相相对应，至于高低，至于高低电平的具体数平的具体数值，，
则由数字由数字电路的路的类型来决定。型来决定。
•通常用符号通常用符号0（称作（称作逻辑0）和）和1（称作（称作逻辑1）来表）来表
示两种示两种对立的立的逻辑状状态。。
•正正逻辑（（1表示高表示高电平、平、0表示低表示低电平）和平）和负逻辑
（（1表示低表示低电平、平、0表示高表示高电平）。平）。
•基本基本逻辑运算分运算分为与、或、非与、或、非 3种。种。
3
1. 与运算与运算
A、、B、、C条件条件(开关开关)都具都具备(闭合合)时，，
事件事件(灯灯)L才才发生生(亮亮)。。L=A•B•C
EL
ABC
&
A
B
C
L
逻辑符号符号
4
L=A•B•C
逻辑式式
逻辑乘法乘法
逻辑与与
ALBC
0000
1000
0100
1100
0010
1010
0110
1111
真真值表表
5
2. 或运算或运算
A、、B、、C条件条件(开关开关)只要有一个具只要有一个具备(闭合合)时，，
事件事件(灯灯)L才才发生生(亮亮)。。L= A+B+C
1
A
B
C
L
逻辑符号符号
A
E
L
B
C
6
L=A+B+C
逻辑式式
逻辑加法加法
逻辑或或
ALBC
0000
1001
0101
1101
0011
1011
0111
1111
真真值表表
7
3. 非运算非运算
A条件条件(开关开关)具具备(闭合合)时 ，事件，事件L (灯灯)不不发生生
（亮）；（亮）；A不具不具备(开关断开开关断开)时，事件，事件L发生。生。
逻辑符号符号
A
E
L
R
A
L
8
逻辑式式
逻辑非非
逻辑反反
真真值表表
AL
01
10
9
4. 几种常用的几种常用的逻辑运算运算
“与与”、、“或或”、、“非非”是三种基本的是三种基本的
逻辑运算，任何其它的运算，任何其它的逻辑运算都可以以运算都可以以
它它们为基基础表示。表示。
与非：与非：条件条件
A、、B、、C都都
具具备，，则L
不不发生。生。
&
A
B
C
L
10
或非：或非：条件条件
A、、B、、C任任
一具一具备，，则
L不不 发生。生。
1
A
B
C
L
异或：异或：条件条件A
、、B有一个具有一个具
备，另一个不，另一个不
具具备则L发生。生。
=1
A
B
L
11
1. 二极管与二极管与门
(二）二） 二极管与二极管与门及或及或门电路路
二极管与二极管与门
L
D1
D2
A
B
+5V
设二极管的二极管的饱和和压降降
为0.3伏。伏。
12二极管或二极管或门
L
D1
D2
A
B
0V
2. 二极管或二极管或门
13
R1D
R2A
L
+12V +3V
三极管非三极管非门
嵌位二极管嵌位二极管
（三极管的（三极管的饱和和压降降
假假设为0.3V））
（三）（三） 非非门电路路
14
（四）（四）DTL与非与非门
R1D
R2
L
+12V +3V
三极管非三极管非门
D1
D2
A
B
+12V
二极管与二极管与门
DTL与非与非门
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1. 体体积大、工作不可靠。大、工作不可靠。
2. 需要不同需要不同电源。源。
3. 各种各种门的的输入、入、输出出电平不匹配。平不匹配。
分立元件分立元件门电路的缺点路的缺点
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•TTL（（Transistor- Transistor -Logic））
•与分立元件与分立元件电路相比，集成路相比，集成电路具有体路具有体积小、小、
可靠性高、速度快的特点可靠性高、速度快的特点
•输入、入、输出端都用三极管出端都用三极管
•输入、入、输出出电平匹配平匹配
二、二、 TTL逻辑门电路路
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如：如：TTL门电路芯片（路芯片（四四2输入与非入与非门，，型号型号74LS00 )
地地
GND
TTL门电路芯片路芯片简介介
外形外形
&&
&
1413121110 9 8
1 2 3 4 5 6 7
&
管脚管脚
电源源VCC
（（+5V））
18
常用常用TTL逻辑门电路路
名称名称
国国际常用常用
系列型号系列型号
国国产部部标型号型号说明明
四四2输入与非入与非门74LS00T1000
四四2输入或入或门
四四2异或异或门
四四2输入或非入或非门
四四2输入与入与门
双双4输入与非入与非门
双双4输入与入与门
六反相器六反相器
8输入与非入与非门
74LS32
74LS02
74LS08
74LS86
74LS21
74LS20
74LS30
74LS04
T186
T1008
T1086
T1021
T1002
一个一个组件内部件内部
有四个有四个门，每，每
个个门有两个有两个输
入端一个入端一个输出出
端。端。
一个一个组件内有两件内有两
个个门，每个，每个门有有
4个个输入端。入端。
只一个只一个门，，8个个
输入端。入端。
有有6个反相器。个反相器。
19
1. TTL与非与非门的基本的基本电路路
+5V
L
R4
100Ω
R2
750Ω
R1
3k
T2
R5
3k
R3
360Ω
T3
T4
T1
T5
b1
c1
A
B
C
（一）（一） TTL与非与非门电路路
20
• 任一任一输入入为低低电平（平（0.3V））时
“0”
1V
不足以不足以让
T2、
、T5导通
通
三个三个PN结
导通需通需2.1V
+5V
L
R4R2
R1
3k
T2
R5
R3
T3
T4
T1
T5
b1
c1
A
B
C
2. 工作原理工作原理
21
+5V
L
R4R2
R1
3k
R5
T3
T4
T1
b1
c1
A
B
C
• 任一任一输入入为低低电平（平（0.3V））时
“0”
1V
uo
uo=5-uR2-ube3-ube4 3.6V
高高电平！平！
22
• 输入全入全为高高电平（平（3.6V））时
“1”
全全导通通
电位被嵌位被嵌
在在2.1V
全反偏全反偏 1V
截止截止
+5V
L
R4R2
R1
3k
T2
R5
R3
T3
T4
T1
T5
b1
c1
A
B
C
23
• 输入全入全为高高电平（平（3.6V））时
+5V
L
R2
R1
3k
T2
R3
T1
T5
b1
c1
A
B
C
全反偏全反偏
“1”
饱和和
uL=0.3V
24
• 电压传输特性特性
测试电路路
&
+5V
uiu0
3. TTL与非与非门的的传输特性特性
25
u0(V)
ui(V)123
UOH
(3.6V)
UOL
(0.3V)
传输特性曲特性曲线
u0(V)
ui(V)123
UOH
“1”
UOL
(0.3V)
阈值UT=1.4V
理想的理想的传输特性特性
输出高出高电平平
输出低出低电平平
26
UOH
UOL
UNL
USL
U
OFF
UNH
UONUSH
27
•标准高准高电平平USH：：输出高出高电平的下限平的下限值(2.4V)
•标准低准低电平平USL：：输出低出低电平的上限平的上限值(0.4V)
• 关关门电平平UOFF ：：保保证输出出为标准高准高电平平USH的条的条
件下所允件下所允许的最大的最大输入低入低电平平(0.8V)
• 开开门电平平UON ：：保保证输出出为标准低准低电平平USL的条的条
件下所允件下所允许的最小的最小输入高入高电平平(1.8)
•高高电平噪声容限平噪声容限UNH：： UNH = USH - UON (0.6V)
•低低电平噪声容限平噪声容限UNL：： UNL = UOFF - USL (0.4V)
•TTL典型典型值 UOH=3.6V UOL 0.3V
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4. TTL与非与非门的改的改进
•有源泄放有源泄放TTL
与非与非门电路路
如右如右图所示，所示，
由三极管由三极管VT6及及
电阻阻R3、、R6组
成。作用是加快成。作用是加快
了了VT5的的导通和通和
截止的截止的过程，提程，提
高了与非高了与非门的开的开
关速度。关速度。
29
•抗抗饱和和TTL与非与非门电
路路
如右如右图所示，三极管所示，三极管VT1 、、
VT2 和和VT5换成了肖特基管成了肖特基管
（用肖特基三极管（用肖特基三极管钳位）。位）。
30
抗抗饱和和电路的出路的出发点是点是为了消除三极管了消除三极管进
入深入深饱和区和区时存存储电荷的影响，采取必要的荷的影响，采取必要的
措施，使三极管不工作在深措施，使三极管不工作在深饱和区，减少由和区，减少由
存存储电荷的消散所需荷的消散所需时间，从而提高与非，从而提高与非门
的工作速度。的工作速度。
改改进主要主要围绕提高工作速度、降低功耗、提高工作速度、降低功耗、
增增强抗干抗干扰能力以及提高集成度方面。能力以及提高集成度方面。
31
(1) 输出高出高电平平UOH
5. TTL与非与非门的主要参数的主要参数
输入一个（或几个）入一个（或几个）为低低时，，门电路的路的
输出出电平。典型平。典型值为3.6V。。
UOH≥ USH =2.4V （（ USH标准高准高电平）平）
(2) 输出低出低电平平UOL
额定定负载下，下，输入全入全为高高时，，门电路的路的输
出出电平。典型平。典型值为0.3V。。
UOL≤ USL =0.4V （（ USL标准低准低电平）平）
32
(3) 高高电平平输入入电流流IIH
输入漏入漏电流，指某一流，指某一输入端入端为高高电平，平，
其它其它输入端接地入端接地时，，该高高电平平输入端的入端的电
流流值。一般。一般IIH ≤50μA (拉拉电流流IOH)
(4) 输入低入低电平平电流流IIL
指与非指与非门的某一的某一输入端接低入端接低电平，其它平，其它输
入端接高入端接高电平或平或悬空空时，，该低低电平平输入端的入端的
电流流值。一般。一般IIL≤1.4mA (灌灌电流流IOL)
33
&&
前后前后级之之间电流的流的联系系
34
R1
T1
+5V
前前级输出出为 高高电平平时
前前级后后级
反偏反偏
前前级流出流出电流流IOH（拉（拉电
流），后流），后级流入流入电流流
IIH(≤50μA )
+5V
R4R2
R5
T3
T4
35
前前级输出出为 低低电平平时
R1
T1
+5V
前前级后后级
流入前流入前级的的电流流IOL 约
1.4mA (灌灌电流流)，，输入入
低低电平平电流流IIL。。
+5V
R2
R1
3k
T2
R3
T1
T5
b1
c1
3K
36
灌灌电流的流的计算算
饱和和
37
关于关于电流的技流的技术参数参数
38
(5) 扇出系数扇出系数NO
与非与非门电路路输出出驱动同同类门的个数的个数
+5V
R4R2
R5
T3
T4
T1
前前级
T1
T1
IiH1
IiH3
IiH2
IOH
前前级输出出为 高高电平平时
例如：例如：
39
+5V
R2
R1
3k
T2
R3
T1
T5
b1
c1
前前级
IOL
IIL1
IIL2
IIL3
前前级输出出为 低低电平平时
40
输出低出低电平平时，后，后级流入的流入的电流（灌流（灌电流）：流）：
输出高出高电平平时，流出前，流出前级的的电流（拉流（拉电流）：流）：
一般与非一般与非门的扇出系数的扇出系数为8～～10。。
由于由于IOL、
、IOH的限制，每个
的限制，每个门电路路输出端所出端所
带门电路的个数，称路的个数，称为扇出系数。扇出系数。
41
• 输入端入端通通过电阻阻R接地的情况接地的情况
Rui
输入端入端
“1”,“0”？？
+5V
L
R4R2
R1
3k
T2
R5
R3
T3
T4
T1
T5
b1
c1
A
B
C
42
R较小小时
R较小小时，，ui
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