在上节内容探讨了半导体器件的开关特性，例如二极管具有单向导电性，三极管具有截止和饱和两个工作区，在这两个工作区域内切换时，从三极管集电极到射极的导通特性上看也具有开关特性。但是无论二极管还是三极管的内部开关特性观察、测量等都不方便，因此我们更关心电路中半导体器件的外部特性，即输入、输出电压。同时针对电压特性也介绍了输入、输出电压标准。正是半导体的开关特性以及电压标准，才使数字电路与数字逻辑函数成为完美的映射。一般由二极管构成门电路称为DDL(Diode-Diode logic)门（Gate）电路；由二极管、三极管构成的门电路称为DTL（Diode-Transistor Logic）门电路；由三极管构成的门电路称为TTL（Transistor-Transistor Logic）门电路。下面分别介绍由二极管、三极管构成的门电路。
1. DDL（二极管）门电路
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DDL或门电路
图1为DDL或门电路，从输入、输出电压的角度分析电路的逻辑行为，结果如表1所示。设二极管D1，D2为硅基体PN结二极管，开启电压为0.5V，导通电降为0.7V。
图1 DDL OR Gate
表1 二极管开关状态与电路输入/输出关系
从表1的输入、输出电压关系可以判断图1所示电路具有或门电路特性。但为了更好地展示其电路特性，应充分利用数学工具（逻辑函数及运算）进行研究，因此针对图1电路及表1结果，给出真值表、逻辑函数表达式和逻辑符号图。
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- DDL 或门电路真值表
由功能表1转换成真值表如图2，
图2 DDL OR Gate Truth Table
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- DDL或门电路逻辑表达式
Y=A+B；
Y=A | B;
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- DDL 或门逻辑符号
图3 或门逻辑符号
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DDL与门电路
受DDL或门电路的启发，可以设计如图4所示的DDL与门电路。
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DDL与门电路
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图4 DDL与门电路
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功能描述如表2
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表2
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与门电路真值表
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图5 DDL与门电路真值表
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与门电路对应的逻辑表达式
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Y=AB
Y=A&B
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与门电路对应的逻辑符号
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图6
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二极管非门电路
直接对应输入电压与输出电压的非门电路，单纯由二极管构成并不容易，但如果对应输入为电压，输出为电流，依然可以构建非逻辑，如图7所示。其它如输入电压，输出为发光二极管亮与灭等都可以表示非逻辑，如图9所示。
图7
分析图7所示电路，当输入电压Ui为高电平时，D1截止，流过R1的电流约为0，可以表示非逻辑0,即Y=0；当Ui为低电平（0V）时，流过R1的电流最大，Io约为(Vcc-0.7v)/R1, 可以表示逻辑1，即y=1。因此Y=~A。
图9
图9中 输入电压Ui与LED的亮与灭形成非逻辑，即Y=~A。
虽然可以有各种形式的电路可以构成非逻辑，但电流、LED的亮与灭等在测量、判断、级联等都不方便，也没有对应的标准。因此上面只是采用了“非逻辑”，而没有采用“非门逻辑”的概念。以后提到门电路的概念都是指输入、输出电压之间的关系。虽然单纯二极管构成非门电路不易实现，但借助电流转换依然可以实现非门电路，如图10借助电流控制的导通与截止控制继电器的闭合与断开，可以使输出电压翻转形成非门逻辑。
图10
2. 三极管门电路
图10所示的电路虽然可以实现非门逻辑，但由于继电器的体积、功耗、成本都急剧上升，也没有办法集成，因此像图10所以电路一般会用在弱电控制强电的输出级。在研究三极管电路时，我们知道三极管是电流控制电流型器件，可以提供开关特性。如果以基极的输入电压和集电极的输出电压形成逻辑关系，则可以非常方便形成非门电路，如图11所示。
- 三极管非门电路
图11 三极管非门电路
经过分析，图11具备真值表如图12所示的逻辑关系，恰好满足非门电路的要求。
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非门真值表
图12 三极管非门电路真值表
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非门逻辑函数表达式
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非门逻辑符号
图13 非门逻辑符号
3. DTL门电路
有了与门、或门和非门电路基本模型，与非门、或非门只要将与门与非门组合，或门与非门组合即可。
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DTL或非门
- DTL或非门电路，如图14
图14 DTL或非门电路
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- DTL或非门真值表，如图15
图15 DTL或非门真值表
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- DTL或非门逻辑函数表达式
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- DTL或非门符号图，如图16
图16 TL或非门符号图
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DTL与非门
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DTL与非门电路
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图17 DTL与非门电路
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DTL与非门真值表
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图18 DTL与非门真值表
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DTL与非门逻辑表达式
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DTL与非门逻辑符号
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图19
总结：上面介绍了DDL，DTL门电路，有了这些基本门电路模型就与之前介绍的逻辑函数建立了联系，到此为止我们完全可以从数学建模、逻辑函数化简、建立逻辑符号图，设计符合要求的电路。反之，见到逻辑电路也可以抽象成逻辑符号，求出逻辑表达式，建立真值表，分析逻辑函数功能，也可以利用卡诺图化简，优化电路设计。
练习题：
- 根据TTL电平标准，试分析图1 所示电路满足TTL电平标准的输入电压范围以及在该范围内的输出电压。
- 分析图10 的Y与A的逻辑关系，并判断是否满足非门要求。
- 试分析图11的输入、输出电压关系，假设T1为硅基体NPN的三极管。按照TTL标准分析输入、输出电压的范围。并判断U0是否满足TTL电平标准。
- 分析DTL或非门原理（图14）。假设三极管β=100, VCC=5V,Rc=3k, Rb=100K,计算该电路是否满足或非门电路，如何改进？
