TTL集成门电路

1、按按集成度集成度不同不同小规模集成电路：小规模集成电路：SSISSI中规模集成电路：中规模集成电路：MSIMSI大规模集成电路：大规模集成电路：LSILSI超大规模集成电路：超大规模集成电路：VLSIVLSI按按内部有源器件内部有源器件不同不同双极型集成电路：双极型集成电路：TTLTTL单极型集成电路：单极型集成电路：CMOSCMOS2.3 TTL集成集成门电路门电路集成门电路：集成门电路：把构成门电路的元器件和导线都制做在一块半把构成门电路的元器件和导线都制做在一块半导体芯片上，再封装起来，就构成了导体芯片上，再封装起来，就构成了集成门电路。集成门电路。 2.3 TTL集成集成门电路门电路T

2、TL：输入输出都是由三极管来完成的逻辑电路输入输出都是由三极管来完成的逻辑电路。Transistor-Transistor-Logic晶体管晶体管逻辑电路晶体管晶体管逻辑电路一般是中小规模集成电路一般是中小规模集成电路所有的所有的TTL电路工作电压都是电路工作电压都是5V。 一、一、TTL反相器的工作原理反相器的工作原理T1是输入级，是输入级， T2是中间级，是中间级， T3 、 T4 是输出级。是输出级。D1起保护作用，起保护作用， D起电平移位作用起电平移位作用中间级：又叫中间反相级中间级：又叫中间反相级 1 电路组成电路组成T1导通，T1基极电位被钳位在1V UCCR1R2R4T3DT4

3、R3D1T1T2uouIYA由于T3工作在射极输出器状态，所以带负载能力较强 uI=UIL时时uO=UOH3.6V0.3V设UIL=0.3V，UIH=3.6V uO =5 UBE3 UD2=3.6V。1VT1基极到地至少有两个PN结 T2截止 T4截止 截止截止5V电源通过R2向T3基极提供电压 T3和D都导通 uI=UIH时UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYAuC2=UBES4+UBES20.7+0.3=1V，可见输出和输入之间是反相关系，即 :空载输出时约为0.3V3.6V1.4V1V0.7V0.3VAY uO=UOLuE1=3.6VT1：倒置工作状态（集电结正向导通而

4、发射结反偏假设假设T1导通4.3V4.3V电压足以使三个PN结导通 2.1V截止饱和T3 、 D截止，T4饱和。二、二、TTL非门的特性曲线门的特性曲线 输出电压随输入电压输出电压随输入电压uI的变化可用曲线表示出来，叫电压传输特性的变化可用曲线表示出来，叫电压传输特性（一）电压传输特性 uO/VuI/V055UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA电压传输特性 输入高电平时，输出低电平输入低电平时，输出高电平电压传输特性大致可分四段 uO/VuI/V055ABCDEAB段： UI0.5 V时，uO= 3.6V 截止区截止区截止区BC 段：0.5uI1.4V uo=0.3V 饱

5、和区饱和区 饱和区主要参数主要参数阈值电压阈值电压T4管由截止到导通，输出由高电平到低电平时对应的输入电压 ABCDE门槛电压、门限电压 近似分析时：UI Uth 门饱和，输出低电平UL； UI Uth 门截止，输出高电平UH 关门电平关门电平保证反相器处于截止状态（输出为高电平）所对应的输入电压的最大值 Uth 1.4VABCDEBABCDEACDEB阈值电压ABCDEABCDEACDECuO/VuI/V055BADEUOFF =0.8V 开门电平开门电平保证反相器处于导通状态（输出为低电平）所对应的输入电压 UOFF =2.0V UOFF =1.8V Uihmin =2.0V 要使反相器可

6、靠截止，输出为高电平，要使反相器可靠截止，输出为高电平，UIUON噪声容限TTL电路中电路中 标称值：标称值：UL=0.3V，UH=3.6V输入UI偏离标称值时，输出并不是立即变化，只要噪声不超过一定限度，输出端的逻辑状态就不会受到影响。这个不允许超过的界限叫做噪声容限噪声容限 一般规定：TTL门输出低电平最大值是0.4V；输出高电平最小值是2.4V 低电平噪声容限： UNL = UOFF UIL0.4V高电平噪声容限:UNH = UIH - UON 0.4V一般一般:ROFF=700 RON =2.5k主要参数主要参数开门电阻开门电阻(RON)关门电阻关门电阻(ROFF)当输入电阻当输入电阻

7、Ri RON时时,相当输入相当输入高电平，门开，输出低电平。高电平，门开，输出低电平。当输入电阻当输入电阻Ri ROFF时时,相当输入相当输入低电平，门关，输出高电平。低电平，门关，输出高电平。悬空悬空 易引入干扰易引入干扰TTLTTL与非门多余输入端的处理与非门多余输入端的处理接高电平接高电平(如通过电阻接电源如通过电阻接电源):不增加信号驱动电流不增加信号驱动电流与有用端并联与有用端并联:增加可靠性，需驱动电流大增加可靠性，需驱动电流大在保证反相器开启，输出为额定低电平的条件在保证反相器开启，输出为额定低电平的条件下，所允许的输入电阻下，所允许的输入电阻Ri的最小值的最小值在保证反相器关闭

8、，输出为高电平的条件下，在保证反相器关闭，输出为高电平的条件下，所允许的输入电阻所允许的输入电阻Ri的最大值的最大值（三）输出特性1.高电平输出特性输出高电平时的等效电路UCCR2R4T3DuoRLIOH 随着拉电流负载电流的增大，输出高电平下降。当RL =0时，叫输出短路电流IOS输出为高电平时，对地短路的时间不能超过1秒秒UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA输出高电平输出时，T2 、 T4 ，截止等效2.低电平输出特性输出低电平时，D、T3 ，截止， T4饱和UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA T4工作在饱和状态，输出电阻很小（一般只有十几左右），

9、故随灌电流IOL增大输出低电平缓慢上升。输出低电平时的等效电路等效RLUCCT4uoIOL扇入系数和扇出系数扇入系数和扇出系数ISLOIINmax根据输出端为低电平时允许灌入的最大负载电流ILmax，可求出驱动门的扇出系数NO： 扇入系数是指门的输入端数扇出系数是指一个门能驱动同类型门的个数5.动态特性tpLH：截止延迟时间对TTL电路：典型值为：tpHL=8ns tpLH=12ns tpd=10 ns 最大值为：tpHL=15ns tpLH=22ns tpd=18.5 ns 早些的资料典型值tpd=20 ns另外：在输入电压跳变瞬间，电源会出现尖峰电流传输延迟时间：tpd=（tpHL+tpL

10、H）/2tpHL：导通延迟时间三、其它功能的三、其它功能的TTL门电路门电路 常用的其它功能的TTL门电路有：与门、与非门、或门、或非门、与或非门、异或门。 ABCV1B1R1R2B2B3R3V4VDLV3R4 ECV2B41、与非门、与非门将输入级T1换成多发射极三极管，相当基极、集电极并联在一起，发射极做输入，实现与的功能 CBAL2、或非门、或非门T1、R1、T2、和T1、R1、T2是完全相同的两部分 BAFT2和T2输出并联，有一个导通，则T4导通，输出低电平 3、与门、或门、与或非门、异或门与门、或门、与或非门、异或门 CDABF在与非门中间级再加一个反相电路，可得与门。F=AB在或

11、非门中间级再加一个反相电路，可得或门。F=A+B将或非门输入级三极管换成多发射极三极管，可得与或非门 异或门可由非门、与门和或门组合而成。F=A B在使用这些门电路时，会遇到多余输入端的问题，处理方法是 &AABAB&YBUCCABYUCCYYABABBYABABY1ABABBYABABY1与门、与非门的处理办法是一样的，并联使用或接电源或门、或非门的处理办法是一样的，并联使用或接地BAAB11ABY111111YYBABABBAYBABAY0BABBAYBABAY0四、集电极开路门和三态门四、集电极开路门和三态门 1.集电极开路（集电极开路（OC）门）门 使用一般的TTL逻辑

12、门时，不能将两个门的输出端直接相连，否则将导致逻辑门损坏普通TTL门输出高电平不会超过5V 5VR3V3VD3门1V45VR3V3VD3门2V4L1L2去掉T3 、D， 让T4的集电极开路R4T3DAUCCR1T4R3D1T1T2YR2UCC2RL1AYOC反相器符号这种电路必须接上拉负载才能工作输出低电平为0.3V （ T4饱和），输出的高电平接近UCC2（ T4截止） 。特别说明：OC门不是功能的分类，只是电路的输出结构不同，输出还可以并联。AUCCR1T4R3D1T1T2YR2UCC2RL输入、输出的电平不一致，这种功能叫电平转换电平转换 。OC与非门输出并联后，所实现的逻辑功能是：CD

13、ABCDABYYUCC2RLABCDOC门的应用这种功能叫线与线与 。线与OC门的用途：门的用途：构成线与，完成与或非逻辑做电平转换接口， UOH= VCC可以选择不同VCC的，以满足不同场合的要求直接驱动执行机构外接负载电阻RL的选择 只有一个门导通，输出低电平，所有负载电流都流入该导通门，这时，所有电流之和不应超过OC门带灌流负载的最大值RL不能太小 所有的门都处于截止状态，输出为高电平，有一个负载，就有一个拉流，T4管还有一个反向输出的漏电流IOH，都使电平下降RL不能太大 2.三态（三态（TS）门）门 三态门是指输出除了高、低电平，还有一个状态：高阻。当 当叫做使能端，低电平有效现以一

14、个三态反相器为例介绍 0EN 1EN D1、 D2截止，普通的反相器，实现正常的反相功能。 时 D1、 D2 导通，迫使T2、T3、T4都截止，输出端就呈现高阻状态 时EN使能端也有高电平使能的 1ENENAYUCCYR4T3DAR1T4R3T1T2R2D2D11EN三态反相器符号三态门的典型应用 分时控制电路依次使三态门G1、 G2 G7使能（且任意时刻使能一个） ，就将D1、 D2 D7（以反码的形式）分时送到总线上 1EN 1EN 1EN分时控制电路D0D1D7G0G1G7在一些复杂的数字系统中为了减少各单元电路之间的连线，使用了“总线” 结构0D1D7D0 1 11 0 11 1 0总线双向传输数据线当G1使能，G2高阻时当时G2使能，G1高阻1BAAB/0BAAB/ 1EN1G1G21ENAB/BABAX数据从A到B数据从B到A X01 01五、其它双极型五、其它双极型 TTL电路是应用最广泛的双极型集成电路，为了满足某些特殊要求，还出现了一些其它类型双极型集成电路 六、六、TTL门的分类门的分类 在工艺上同时满足要求是有一定的困难的、甚至是不可能的，所以不同的子系列有着自己的特点。 74：标准系列，延迟时间约10ns，平均功耗10mw74H：高速系列，延迟时间约6ns，平均功耗22m