《数字电路与逻辑设计》课程教学资源（PPT课件）第三章 门电路（一）

第3章门电路概述3.13.2半导体二极管和三极管的开关特性3.3分立元件门电路3.4TTL门电路3.5CMOS门电路

第3章 门电路 3.1 概述 3.2 半导体二极管和 三极管的开关特性 3.3 分立元件门电路 3.4 TTL门电路 3.5 CMOS门电路

概述3. 1门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。分立元件门电路门电路双极型集成门（DTL、TTL)集成门电路NMOSMOS集成门PMOSCMOS

3.1 概述 门电路是用以实现逻辑关系的电子电路。 门 电 路 分立元件门电路 集成门电路 双极型集成门（DTL、TTL） MOS集成门 NMOS PMOS CMOS

概述3. 1正逻辑与负逻辑正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0负逻辑：月用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管和NMOS管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是PNP管和PMOS管，电源电压为负值则采用负逻辑比较方便。今后除非特别说明，一律采用正逻辑

正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑0 负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0 在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN晶体管 和NMOS管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。 若采用的是PNP管和PMOS管，电源电压为负值， 则采用负逻辑比较方便。 今后除非特别说明，一律采用正逻辑。 3.1 概述 一、正逻辑与负逻辑

概述3. 1逻辑电平5VCC1高电平下限2VVVi低电平上限0.8VO0SOV实际开关为晶体二极管、三极管以及场效V,控制开关S的断应管等电子器件S断开，Vo为高电平；S接通，Vo为低电平

VI控制开关S的断、通情况。 S断开，VO为高电平；S接通，VO为低电平。 VI S Vcc Vo 3.1 概述 二、逻辑电平 1 0 5V 0V 0.8V 高电平下限 2V 低电平上限 实际开关为晶体二极 管、三极管以及场效 应管等电子器件

概述3. 1逻辑电平高电平U：输入高电平UiH输出高电平UoH低电平UL:输入低电平UL输出低电平UoL逻辑“0"和逻辑“1”对应的电压范围宽因此在数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低

逻辑电平 ❖ 高电平UH：  输入高电平UIH  输出高电平UOH ❖ 低电平UL：  输入低电平UIL  输出低电平UOL ❖ 逻辑“0”和逻辑“1”对应的电压范围宽， 因此在数字电路中，对电子元件、器件 参数精度的要求及其电源的稳定度的要 求比模拟电路要低。 3.1 概述

3.2半导体二极管和三极管的开关特性3.2.1半导体二极管的开关特性、二极管伏安特性ID(mA反向击穿电压+UBRu(V)00.5 0.7门坎电压Uth硅PN结伏安特性二极管的单向导电性：id(mA)①外加正向电压（>Uth），二极管导通，导通压降约为0.7V；②外加反向电压，二极管截止。Up(M)0.7V

一、二极管伏安特性 3.2 半导体二极管和三极管的开关特性 0.5 0.7 iD(mA) uD(V) 硅 PN 结伏安特性 UBR 0 门坎电压Uth 反向击穿电压 二极管的单向导电性： ①外加正向电压（>Uth），二极 管导通，导通压降约为0.7V； ②外加反向电压，二极管截止。 uD(V) iD(mA) 0.7V 3.2.1 半导体二极管的开关特性

3.2半导体二极管和三极管的开关特性二、二极管开关特性cc利用二极管的单向导电性，相当于一个受外加电压R极性控制的开关。DurOouo二极管开关电路假定：UIH=Vcc，UIL=0当ur=U时，D截止，开关断开， U。=Vcc=UoH11开关闭合当u,=U时，D导通,11U=0. 7=UoL

利用二极管的单向导电 性，相当于一个受外加电压 极性控制的开关。 当uI =UIL时，D导通，uO =0.7=UOL －－－ 开关闭合 uI 二极管开关电路 Vcc uo D R 二、二极管开关特性 3.2 半导体二极管和三极管的开关特性 假定：UIH=VCC ，UIL=0 当uI=UIH时，D截止，uo=VCC=UOH －－－ 开关断开

3.2半导体二极管和三极管的开关特性3.2.2双极型三极管的开关特性双极型三极管结构因有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故称为双极型三极管。集电极7基极bPN发射极(b)PNP型(a)NPN型

3.2 半导体二极管和三极管的开关特性 一、双极型三极管结构 3.2.2 双极型三极管的开关特性 因有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故 称为双极型三极管。 NPN型 PNP型

3.2半导体二极管和三极管的开关特性双极型三极管输入特性双极型三极管的应用中，通常是通过b，e间的电流i.控制c，e间的电流ic实现其电路功能的。因此，以b,e间的回路作为输入回路，c，e间的回路作为输出回路iB(μA)e00.50.7UBE(V)硅料NPN型三极管输入特性曲线输入回路实质是一个PN结，其输入特性基本等同于二极管的伏安特性

3.2 半导体二极管和三极管的开关特性 二、双极型三极管输入特性 0 0.5 0.7 uBE(V) 输入特性曲线 iB(μA) b iC 硅料 NPN 型三极管 c e iB 双极型三极管的应用中，通常是通过b,e间的电流iB控制 c,e间的电流iC实现其电路功能的。因此，以b,e间的回路作为 输入回路，c,e间的回路作为输出回路。 输入回路实质是一个PN结，其输入特性基本等同于 二极管的伏安特性

3.2半导体二极管和三极管的开关特性三、双极型三极管输出特性i(mA)饱和区ic放大区heiB=0mAZUces硅料NPN型三极管Uce(V)截止区放大区：发射结正偏，集电结反偏；ube>ur，ub。Vr，ubc>Vr；深度饱和状态下饱和压降UcEs约为0.3V

3.2 半导体二极管和三极管的开关特性 三、双极型三极管输出特性 b iC 硅料 NPN 型三极管 c e iB 截止区 iB=0mA A 放大区 ic (mA) 饱和区 uce(V) uces 0 放大区：发射结正偏，集电结反偏；ube>uT， ubcVT， ubc>VT；深度饱和状态下， 饱和压降UCEs 约为0.3V