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能够实现基本和常用逻辑运算的电路为逻辑门电路，简称门电路。所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号是否通过。在用门电路实现逻辑运算时，用输入端的电压或电平表示自变量，用输出端的电压或电平表示因变量。当输入条件满足时，门电路开启，按一定逻辑关系输出信号；否则，门电路关闭。门电路是组成数字电路的基本逻辑单元，触发器、计数器、寄存器等都是由门电路组成的。门电路在自动程序控制和自动检测电路中也有着重要的作用。
在最初的数字逻辑电路中，门电路是用若干分立的半导体器件和电阻、电容连接而成的。用这种单元电路组成大规模的数字电路是非常困难的，这就严重地制约了数字电路的普遍应用。1961年美国德克萨斯仪器公司率先将数字电路的元器件制作在同一硅片上，制成了数字集成电路（Integrated Circuits，IC）。由于集成电路体积小、重量轻、可靠性好，因而在众多领域里迅速取代了分立元件组成的数字电路。
数字集成电路的规模一般是根据门的数目来划分的。小规模集成电路（SSI）约为10个门，中规模集成电路（MSI）约为100个门，大规模集成电路（LSI）约为1万个门，而超大规模集成电路（VLSI）则为100万个门，构成功能复杂的“片上系统”。
集成逻辑门电路按功能特点不同分普通门（推拉式输出）、输出开路门、三态门、CMOS传输门。从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为双极型、单极型和混合型三种。应用最广的是双极型和单极型逻辑门。
双极型逻辑门主要有晶体管-晶体管逻辑（TTL）、射极耦合逻辑（ECL）和集成注入逻辑（I 2 L）三种。TTL速度快、抗干扰能力和带负载能力强、功耗大、集成度较低，不适合做成大规模集成电路，在小规模集成电路中应用广泛。ECL速度快、带负载能力强、功耗大，主要用于高速中小规模集成电路。I 2 L面积小、功耗低、速度慢、抗干扰能力弱，适合做成大规模集成逻辑门。
单极型逻辑门以MOS作为开关器件，分为PMOS逻辑门、NMOS逻辑门和CMOS逻辑门。CMOS采用了NMOS和PMOS互补电路，所以速度比NMOS更快、功耗更小。虽然它的制造工艺比较复杂，但其优点非常突出，在数字系统中逐渐占据了主导地位。目前，使用最广泛的是TTL和CMOS集成门电路。
数字系统中所用的二值逻辑1和0，一般利用半导体开关器件的截止、导通（即开、关）两种工作状态获得高、低电平，用图3-1中的两个电路说明。在图3-1a所示的单开关电路中，当开关S断开时，输出电压 u o = V CC ，为高电平“1”；当开关闭合时，输出电压 u o =0，为低电平“0”；只要能通过输入信号 u i 控制二极管或晶体管工作在截止和导通两个状态，它们就可以起到开关S的作用。
单开关电路功耗较大，当S闭合使
u
o
为低电平时，电源电压全部加在电阻
R
上，消耗在
R
上的功率为
。目前出现互补开关电路（如CMOS门电路），即用一个管子代替图3-1a中的电阻，如图3-1b所示。互补开关电路的原理为：开关S
1
和S
2
受同一输入信号
u
i
的控制，而且闭合和断开的状态相反。当S
1
闭合时，S
2
断开，输出为高电平“1”；相反当S
1
断开时，S
2
闭合，输出为低电平“0”。互补开关电路由于两个开关总有一个是断开的，流过的电流为零，故电路的功耗非常低，因此在数字电路中得到了广泛的应用。
图3-1 高低电平实现原理电路
若规定以“1”表示高电平逻辑，“0”表示低电平逻辑，这种规定称为正逻辑。反之，若规定“1”表示低电平逻辑，“0”表示高电平逻辑，这种规定称为负逻辑，如图3-2所示。
图3-2 正负逻辑示意图
同一个门电路，若逻辑规定不同，可能表现不同的逻辑功能。则按正逻辑规定，它是与门，则按负逻辑规定是或门。在数字系统的逻辑设计中，若采用NPN型管和NMOS管，电源电压是正值，一般采用正逻辑。若采用的是PNP型管和PMOS管，电源电压为负值，则采用负逻辑比较方便。目前在数字技术中，实际电路中大都采用正逻辑工作，本书采用正逻辑。
在数字电路中由于采用高低电平，并且高低电平都有一个允许的范围，故对元器件的精度和电源的稳定性的要求都比模拟电路要低，抗干扰能力也强。
思考与练习
3.1-1 集成门按内部有源器件可分为几类？
3.1-2 门电路按集成度可分为几类？
3.1-3 什么是高电平？什么是低电平？
3.1-4 什么是正逻辑？什么是负逻辑？