《数字电路与逻辑设计》课程教学资源（PPT课件）第三章 门电路（二）

第3章门电路(2-1)

第3章 门电路 （2-1）

第3章门电路概述3.1半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性3. 2分立元器件门电路3.3CMOS集成门电路3.4TTL集成门电路(2-2)

第3章 门电路 概述 3.1 半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性 3.2 分立元器件门电路 3.3 CMOS集成门电路 3.4 TTL集成门电路 （2-2）

概述一、门电路的概念1、什么是门电路：实现基本和常用逻辑运算的电子电路，称为逻辑门电路。它是数字电路中最基本的单元。2、门电路的主要类型：门电路的主要类型有与门或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。二、逻辑变量与两状态开关在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是0就是1，是一种二值量。在数字电路中，与之对应的是电子开关的两种状态。半导体二极管、三极管和MOS管是构成这种电子开关的基本开关元件。(2-3)

1、什么是门电路：实现基本和常用逻辑运算的电子 电路，称为逻辑门电路。它是数字电路中最基本的单 元。 2、门电路的主要类型：门电路的主要类型有与门、 或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。 概述 一、门电路的概念 二、逻辑变量与两状态开关 在二值逻辑中，逻辑变量的取值不是0就是1，是一 种二值量。在数字电路中，与之对应的是电子开关的 两种状态。半导体二极管、三极管和MOS管是构成这 种电子开关的基本开关元件。 （2-3）

三、高、低电平与正、负逻辑1、高电平和低电平：高电平和低电平是两种状态，是两个不同的可以截然区别开来的电压范51围。右图2.4～5V范围内的电压UH都称为高电平，用U.表示，2.4V0～0.8V范围内的电压，都称为低电平，用U.表示。0.8V2、正逻辑和负逻辑：用1表示OOV高电平，用0表示低电平，称为图2.0.1高、低电平示意图正逻辑赋值，简称正逻辑。用1表示低电平，用0表示高电平，称为负逻辑赋值，简称负逻辑(2-4)

1、高电平和低电平：高电平 和低电平是两种状态，是两个不 同的可以截然区别开来的电压范 围。 右图2.4 ～5V范围内的电压， 都称为高电平，用 U H表示。 0 ～0.8V范围内的电压，都称 为低电平，用 U L表示。 2、正逻辑和负逻辑： 用 1表示 高电平，用 0表示低电平，称为 正逻辑赋值，简称正逻辑。 用 1 表示低电平，用 0表示高电平， 称为负逻辑赋值，简称负逻辑。 三、高、低电平与正、负逻辑 （ 2 - 4 ）

四、分立元件门电路和集成门电路1、用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路称为分立元件门电路。2、把构成门电路的元器件和连线都制作在一块半导体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。五、数字集成电路的集成度1、集成度：一般把在一块芯片中含有等效逻辑门的个数或元器件的个数，定义为集成度。2、数字集成电路按照集成度分类小规模集成电路（SSD：100000个元器件/片(2-5)

四、分立元件门电路和集成门电路 1、用分立的元器件和导线连接起来构成的门电路， 称为分立元件门电路。 2、把构成门电路的元器件和连线都制作在一块半导 体芯片上，再封装起来，便构成了集成门电路。 2、数字集成电路按照集成度分类 小规模集成电路(SSI)：＜100个元器件/片 中规模集成电路(MSI)：100～999个元器件/片 大规模集成电路(LSI)：1000～99999个元器件/片 超大规模集成电路(VLSI)：＞100000个元器件/片 五、数字集成电路的集成度 1、集成度：一般把在一块芯片中含有等效逻辑门 的个数或元器件的个数，定义为集成度。 （2-5）

3. 1半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性S3.1.1理想开关的开关特性KA0理想开关一、静态特性1、断开时，其等效电阻RoFF=0，通过其中的电流IoFF=0。2、闭合时，其等效电阻Rov=0，其两端电压UAk=0。二、动态特性1、开通时间t.,三0，即开关由断开状态转换到闭合状态不需要时间，可以瞬间完成。2、关断时间t.f一0，即开关由闭合状态转换到断开状态不需要时间，可以瞬间完成。(2-6)

3.1 半导体二极管、三极管和MOS管的开关特性 3.1.1 理想开关的开关特性 一、静态特性 1、断开时，其等效电阻ROFF＝∞，通过其中的电流 IOFF＝0。 2、闭合时，其等效电阻RON＝0，其两端电压UAK＝0。 二、动态特性 1、开通时间ton ＝0，即开关由断开状态转换到闭合状 态不需要时间，可以瞬间完成。 2、关断时间toff＝0，即开关由闭合状态转换到断开 状态不需要时间，可以瞬间完成。 A S K 理想开关 （2-6）

3. 1. 2半导体二极管的开关特性半导体二极管最显著的特点是具有单向导电性能。截正3VD33V立相当于OvR开关断开SOVR(2-7)

半导体二极管最显著的特点是具有单向导电性能。 3.1.2 半导体二极管的开关特性 R 导通截止 相当于 S 开关断开 3V 0V S R R D 3V 0V （2-7）

一、静态特性1、半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性如下图所示。P区N区正向导通区K反向截止区阴极阳极蓝脚++U(BR)0.7SPN结00.5UNIRUp-死区中反向击穿区KAlo(2-8)

一、静态特性 1、半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性 半导体二极管的结构示意图、符号和伏安特性如下图 所示。 （2-8）

2、半导体二极管的开关作用(1)开关应用举例下图是最简单硅半导体二极管开关电路。输入电压为u，其低电平U=一2V,高电平为U=3V。①ur=U时，半导体二极管反偏，D处于反向截止区，如同一个断开了的开关，直流等效电路如图(b)。②u=U时，半导体二极管正偏，D工作在正向导通区，如同一个具有0.7V压降、闭合了的开关，直流等效电路如图(c)。DA0.7Vu,=U,=-2Vu,=Um=3V(c)(a)(b)图2.1.4硅二极管开关电路及其直流等效电路（C）u为高电平D正偏时（a）开关电路（b）u为低电平D反偏时(2-9)

2、半导体二极管的开关作用 ⑴开关应用举例 下图是最简单硅半导体二极管开关电路。输入电压为uI,其低 电平UIL ＝－2V,高电平为UIH ＝3V。 ① uI ＝UIL时，半导体二极管反偏，D处于反向截止区，如同 一个断开了的开关，直流等效电路如图(b)。 ② uI ＝UIH时，半导体二极管正偏，D工作在正向导通区，如 同一个具有0.7V压降、闭合了的开关，直流等效电路如图(c)。 （2-9）

（2)、静态开关特性硅半导体二极管具有下列静态开关特性：①导通条件及导通时的特点：当外加正向电压Up>0.7V时，二极管导通，硅半导体二极管如同一个具有0.7V压降、闭合了的开关。②截止条件及截止时的特点：当外加正向电压Up<0.5V时，二极管截止，硅半导体二极管如同一个断开了的开关。(2-10)

⑵、静态开关特性 硅半导体二极管具有下列静态开关特性： ① 导通条件及导通时的特点： 当外加正向电压UD＞0.7V时，二极管导通，硅半导 体二极管如同一个具有0.7V压降、闭合了的开关。 ② 截止条件及截止时的特点： 当外加正向电压UD＜0.5V时，二极管截止，硅半导 体二极管如同一个断开了的开关。 （2-10）