第5章、门电路和组合逻辑电路
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1、（2-1）第第5章章 门电路和组合逻辑电路门电路和组合逻辑电路5.1 概述概述5.2 半导体二极管和三级管的开关作用半导体二极管和三级管的开关作用5.3 基本逻辑门电路基本逻辑门电路5.4 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计5.5 常用的组合逻辑电路常用的组合逻辑电路5.6 组合逻辑电路中的竞争组合逻辑电路中的竞争-冒险现象冒险现象（2-2） 用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路通称为门电路。通称为门电路。 基本逻辑门电路基本逻辑门电路与门、或门、非门与门、或门、非门 常用门电路常用门电路与门、或门、非门与门、或门、非门与非门、
2、或非门、与或非门、异或、同或与非门、或非门、与或非门、异或、同或在电子电路中，用高、低电平分别表示在电子电路中，用高、低电平分别表示1 1和和0 0两种两种逻辑状态。逻辑状态。5.1 概述概述（2-3）正逻辑与负逻辑正逻辑与负逻辑正逻辑：用高电平表示逻辑正逻辑：用高电平表示逻辑1，用低电平表示逻辑，用低电平表示逻辑0负逻辑：用低电平表示逻辑负逻辑：用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑，用高电平表示逻辑0正负逻辑之间存在着简单的对偶关系，例如正逻辑与门等同于正负逻辑之间存在着简单的对偶关系，例如正逻辑与门等同于负逻辑或门等。（负逻辑或门等。（1表示条件满足、结果发生）表示条件满足、结果发生）AB
3、Y000010100111ABY111101011000正与门正与门负或门负或门VAVBVY0V0V0V0V3V0V3V0V0V3V3V3V用正逻辑用正逻辑用负逻辑用负逻辑（2-4） 在数字系统的逻辑设计中，若采用在数字系统的逻辑设计中，若采用NPNNPN晶体管和晶体管和NMOSNMOS管管, ,电电源电压是正值，一般采用正逻辑。源电压是正值，一般采用正逻辑。 若采用的是若采用的是PNPPNP管和管和PMOSPMOS管，电源电压为负值，则采用负管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。逻辑比较方便。 今后除非特别说明，一律采用正逻辑。今后除非特别说明，一律采用正逻辑。 逻辑电平逻辑电平高电平高
4、电平V VH H：大于给定电平值的电压范围（：大于给定电平值的电压范围（2V2V5V5V） 输入高电平输入高电平V VIHIH 输出高电平输出高电平V VOHOH 低电平低电平V VL L：小于给定电平值的电压范围（：小于给定电平值的电压范围（0V0V0.8V0.8V） 输入低电平输入低电平V VILIL 输出低电平输出低电平V VOLOL（2-5） 高电平和低电平都是对应的一段电压范围，因此在高电平和低电平都是对应的一段电压范围，因此在数字电路中，对数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要求及其电电子元件、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。源的稳定度的要求比模拟电路要低
5、。正逻辑正逻辑015V2V0.8V 0V负逻辑负逻辑015V2V0.8V 0V（2-6）VI控制开关控制开关S的通、断。的通、断。S断开，断开，VO为高电平；为高电平；S接通，接通，VO为低电平。为低电平。 用来获得高、低输出电平的基本开关电路用来获得高、低输出电平的基本开关电路：缺点：功耗比较大。缺点：功耗比较大。S接通，输出为接通，输出为VOL时，功耗时，功耗 RVCC/2改进：采用互补开关电路。改进：采用互补开关电路。VI同时控制开关同时控制开关S的通、断。的通、断。S2断开断开, S1接通接通, VO为高电平为高电平;S1断开断开, S2接通接通,VO为低电平。为低电平。 静态功耗静态
6、功耗00互补开关电路互补开关电路在数字集成电在数字集成电路中广泛应用路中广泛应用（2-7）VISVIS理想开关：理想开关：开关闭合时：R=0 V=0开关断开时：R= I=0开关时间：t=0 实际使用的开关为晶体二极管、三极管以及场效应管实际使用的开关为晶体二极管、三极管以及场效应管等电子器件。等电子器件。 （2-8）5.2 半导体二极管和三极管的开关作用半导体二极管和三极管的开关作用5.2.1 半导体二极管的开关作用半导体二极管的开关作用二极管的单向导电性二极管的单向导电性，即外加正向电压时二极管导，即外加正向电压时二极管导通，外加反向电压时二极管截止。通，外加反向电压时二极管截止。相当于一个
7、相当于一个受外加电压极性控制的开关。受外加电压极性控制的开关。EDSRRII)(a)(bEiu（2-9）5.2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性5.2.1 半导体二极管的开关作用半导体二极管的开关作用二极管的单向导电性二极管的单向导电性，即外加正向电压时二极管导，即外加正向电压时二极管导通，外加反向电压时二极管截止。通，外加反向电压时二极管截止。相当于一个相当于一个受外加电压极性控制的开关。受外加电压极性控制的开关。DSRRIIEEiu（2-10）RBEBRCTIBICUCE+UCCIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A
8、100 AQCCCRUUCC1 1、放大状态、放大状态发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。BCII5.2.2 晶体管的开关作用晶体管的开关作用（2-11）RBEBRCTIBICUCE+UCCIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 AQCCCRUUCCQ1静态工作点静态工作点Q Q上升，上升到上升，上升到Q Q1 1时，晶体管进入饱和状态。时，晶体管进入饱和状态。晶体管失去了电流放大作用。晶体管失去了电流放大作用。BCII ，IB2 2、饱和状态、饱和状态5.2.2 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性（2-12）RBEBR
9、CTIBICUCE+UCCIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 AQCCCRUUCCQ10.3VUUIIIICE(sat)CEC(sat)CCB2 2、饱和状态、饱和状态集电结正向偏置集电结正向偏置5.2.2 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性（2-13）RBEBRCTIBICUCE+UCC饱和状态的特征饱和状态的特征：饱和条件 、II1)C(sat)B向偏置； 发射结和集电结都正 、2)CCCCCE(sat)CCC(sat)RURUUI3) 、0U 4)CE(sat)晶体管饱和状态的开关作用晶体管饱和状态的开关作用：当晶体管饱和
10、时，当晶体管饱和时，U UCE(sat)CE(sat)00，发射极与集电极，发射极与集电极之间如同一个之间如同一个开关接通开关接通，其间电阻很小。，其间电阻很小。5.2.2 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性（2-14）RBEBRCTIBICUCE+UCCIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 AQCCCRUUCCQ1。 0，U 可靠截止 保证 。为 0，I 0IBECB静态工作点静态工作点Q Q下降，下降到下降，下降到Q Q2 2时，晶体管进入截止状态。时，晶体管进入截止状态。，B I3 3、截止状态、截止状态Q25.2.2 半导
11、体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性（2-15）RBEBRCTIBICUCE+UCCIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 AQCCCRUUCCQ1Q2晶体管截止状态的开关作用晶体管截止状态的开关作用：当晶体管截止时，当晶体管截止时，I IC C00，发射极与集电极之间，发射极与集电极之间如同一个如同一个开关断开开关断开，其间电阻很大。，其间电阻很大。5.2.2 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性（2-16）R1R2AF+uccuAtuFt+ucc0.3V三极管的开关特性：三极管的开关特性：5.2.2 半导体三极管的开关特性半导
