本教材共分三篇共13章。第一篇是數字電路理論基礎, 分為2章, 主要介紹數字電路的基本概念、數制與編碼以及數字電路分析與設計的工具-邏輯代數。第二篇是數字集成電路, 分為7章, 以原理為主線, 以器件為目標, 介紹常用的門電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路器件以及存儲器、整形電路和A/D、D/A轉換器件, 在章未附有設計項目, 以便能用學以致用。
張俊濤 陜西科技大學電氣與信息工程學院教授、碩士生導師，中國電子學會高級會員，陜西省電子線路教學指導委員會委員。長期從事電類專業基礎課程教學和實踐教學、電子信息類專業課程教學以及軟件無線電、嵌入式系統應用等領域的科研工作，先后開設“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“信號與系統”、“EDA技術及應用”、“數字信號處理”、“高頻電路”和“單片機原理及應用”等多門本科生課程以及“電子系統設計技術”研究生課程，同時組織和指導全國大學生電子設計競賽、EDA/SOPC電子設計專題競賽和模數混合電路應用設計競賽等共10多屆，獲*獎10多項，省級獎百余項。發表學術論文60余篇，其中EI檢索6余篇。主持省部級及企業合作科研項目8項。授權國家發明專利2項，主編和參編教材5部。
第3章門電路
實現基本邏輯關系和復合邏輯關系的單元電子線路稱為門電路(gates)。門電路是最基本的數字電路，其名稱源于它們能夠控制數字信息的流動。
邏輯代數中定義了與、或、非、與非、或非、異或和同或共7種邏輯運算，相應地，實現上述邏輯關系的門電路分別稱為與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門和同或門。由于非門的輸出與輸入狀態相反，所以習慣上稱為反相器。
在門電路中，用高電平和低電平表示邏輯代數中的1和0。所謂電平，是指相對于電路中特定的參考點(一般為“地”)，電路的輸入、內部節點以及輸出電位的高低。
TTL門電路的電源電壓規定為5V，定義2.0~5.0V為高電平，0~0.8V為低電平，如圖31(a)所示，而0.8~2.0V則認為是高電平和低電平之間的不確定狀態。CMOS門電路的電源電壓取5V時，定義3.5~5.0V為高電平，0~1.5V為低電平，如圖31(b)所示，而1.5~3.5V則認為是高電平和低電平之間的不確定狀態。
用高、低電平表示邏輯代數中的0和1有正邏輯和負邏輯兩種賦值方法，如圖32所示。用高電平表示邏輯1、低電平表示邏輯0，稱為正邏輯賦值；相反地，用高電平表示邏輯0、低電平表示邏輯1，稱為負邏輯賦值。兩種賦值方法等價，為思維統一起見，本書默認采用正邏輯。
圖31邏輯電平的定義
圖32正/負邏輯表示法
高、低電平可以通過如圖33所示的開關電路產生。設VCC=5V，對于圖33(a)所示的單開關電路，當輸入信號控制開關S閉合時輸出vO為低電平，S斷開時通過上拉電阻使vO=VCC，輸出為高電平。
對于圖33(b)所示的互補開關電路，輸入信號控制開關S1閉合、S2斷開時，vO輸出為高電平；控制開關S1斷開、S2閉合時，vO輸出為低電平。
圖33獲得高、低電平的開關電路模型
圖33中的開關可以用晶體二極管、三極管或場效應管實現。因為二極管在外加正向電壓時導通，外加反向電壓時截止，能夠表示開關的閉合和斷開。工作在飽和區和截止區的三極管同樣能夠表示開關的閉合和斷開。場效應管作為開關的原理與三極管類似。
3.1分立元件門電路
門電路可以基于二極管、三極管或場效應管這些分立元件設計。二極管可以構成與門和或門，而非門則需要基于三極管或場效應管設計。
二極管為非線性元件，常用硅二極管的伏安特性如圖34所示。從伏安特性曲線可以看出，二極管在外加反向電壓但還未達到擊穿電壓時只有非常小的漏電流流過(一般為pA級)，此漏電流可以忽略不計，認為二極管截止；
圖34二極管的伏安特性
二極管在外加正向電壓并高于閾值電壓時導通，有明顯的電流流過。對于硅二極管來說，該閾值電壓一般在0.5V左右。
二極管在近似分析中通常用模型代替，以簡化電路分析。圖35是二極管常用的3種近似模型，圖中的虛線表示二極管實際的伏安特性，實線則表示其模型的伏安特性。
圖35二極管的3種近似模型
圖35(a)稱為理想模型。理想模型將二極管看作理想開關，外加正向電壓時導通，并且導通電阻rON=0；外加反向電壓時截止，并且截止電阻rOFF=∞。
圖35(b)稱為恒壓降模型。恒壓降模型認為二極管外加正向電壓達到導通電壓VON時才能導通，并且導通電阻rON=0；外加電壓小于VON時截止，截止電阻rOFF=∞。對于硅二極管來說，VON一般按0.7V進行估算。
圖35(c)稱為折線模型。在折線模型中二極管導通時仍有一定的導通電阻，即rON≠0，其兩端電壓v隨著電流i的隨大而增大。導通電阻定義為rON=Δv/Δi。
由于邏輯電平定義為一段范圍，而不是一個確定的數值，因此對于數字電路來說，無論采用哪種模型分析都并不影響電路邏輯關系的正確性。為方便分析，同時考慮盡量接近二極管實際的伏安特性，下面將采用恒壓降模型進行分析。
3.1.1二極管與門
兩輸入二極管與門電路如圖36所示，圖中A、B為兩個輸入變量，Y為輸出變量。
圖36兩輸入與門
設電源VCC=5V，輸入端A和B的高電平VIH為3V，低電平VIL為0V。兩個輸入端電平的組合共有4種可能性：0V/0V、0V/3V、3V/0V和3V/3V。當A、B中至少有一個為低電平時，二極管D1和D2至少有一個導通，由于二極管的導通壓降約為0.7V左右，所以輸出電平被限制為0.7V左右；當A、B同時為高電平時，二極管D1和D2同時導通，輸出電平才會升到3.7V。根據上述分析可以得到表示輸出與輸入之間電平關系的電平表，如表31所示。
表31圖36電路電平表
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