《集成逻辑门电路》ppt课件

1、上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3 集成逻辑门电路集成逻辑门电路3.1 二、三极管开关特性二、三极管开关特性3.2 TTL集成逻辑门集成逻辑门3.3 CMOS集成门电路集成门电路3.4 逻辑门电路运用中的几个实践问题逻辑门电路运用中的几个实践问题上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.1 二、三极管开关特性二、三极管开关特性3.1.1 二极管的开关特性二极管的开关特性1. 二极管的开关特性二极管的开关特性 二极管最重要的特性是单导游电性，即正导游二极管最重要的特性是单导游电性，即正导游通，反向截止。通，反向截止。二极管相当于一个受电压控制的开关。二极

2、管相当于一个受电压控制的开关。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 iD uD +_ UO iD O uD UOka iD uD + iD Oka忽略导通电压忽略导通电压二极管的模型二极管的模型恒压模型恒压模型理想模型理想模型上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 iD uD + iD Oka理想模型理想模型理想二极管的开关特性理想二极管的开关特性: :开关接通时，电阻为零；开关接通时，电阻为零；断开时，电阻为无穷大。断开时，电阻为无穷大。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础FURU 1ttOFIRI tiOSt tR1 . 0 Iu

3、 uR D itttt渡越时间，反向恢复时间。渡越时间，反向恢复时间。tsts存储时间存储时间tre=ts+tt 反向恢复时间反向恢复时间上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础二极管的实践开关特性二极管的实践开关特性: :开关时间开关时间: : 普通为几十普通为几十到几百纳秒。到几百纳秒。FURU 1ttOFIRI tiOSt tR1 . 0 Iu上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(1) 二极管与门二极管与门 uIA R uIB +Vcc DA DB uO低低低低低低高高低低高高低低高高低低低低高高高高uOuIBuIA输出输出输入输入二极管与门电平表二极

4、管与门电平表 2. 二极管逻辑电路二极管逻辑电路上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(2) 二极管或门二极管或门 uIA uIBR uO DA DB 低低高高高高高高低低高高低低高高低低低低高高高高uOuIBuIA输出输出输入输入二极管或门电平表二极管或门电平表 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.1.2 三极管的开关特性三极管的开关特性1. 动态开关特性动态开关特性 三极管这种在外加电压作用下，截止和饱和后三极管这种在外加电压作用下，截止和饱和后的稳态模型，它反映了三极管的静态开关特性。的稳态模型，它反映了三极管的静态开关特性。 假设三极管只任务在

5、截止形状，管子截止相当假设三极管只任务在截止形状，管子截止相当于开关断开。于开关断开。 假设三极管只任务在饱和形状，管子饱和相假设三极管只任务在饱和形状，管子饱和相当于开关接通。当于开关接通。(1) 静态开关特性静态开关特性上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(2) 动态开关特性动态开关特性a. 三极管开关电路图三极管开关电路图 Rc Vcc RB V11V V22V uO10k +1k uI+S5V上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础b. 三极管开关电路波形图三极管开关电路波形图ooouoiC ICS 0.9ICS 0.1ICSVCCtontoff V

6、2 V1ttt uIa) 开关时间开关时间延迟时间延迟时间td 从从uI上跳开场上跳开场到到iC上升到上升到0.1ICS所需求的时所需求的时间。间。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础上升时间上升时间tr iC从从0.1ICS上升上升到到0.9ICS的时间。的时间。接通时间接通时间ton td与与tr之和。之和。ooouoiC ICS 0.9ICS 0.1ICSVCCtontoff V2 V1ttt uI上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础存储时间存储时间tSiC从从ICS下降到下降到0.9ICS的时间。的时间。关断时间关断时间toff ts与与tf之和

7、。之和。 下降时间下降时间tfiC从从0.9ICS下降下降到到0.1ICS的时间。的时间。ooouoiC ICS 0.9ICS 0.1ICSVCCtontoff V2 V1ttt uI上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础开关时间开关时间三极管的接通时间三极管的接通时间tonton、关断时间、关断时间tofftoff，统称为开关时间。统称为开关时间。开关时间越短，开关速度也就越高。开关时间越短，开关速度也就越高。管子的构造工艺，外加输入电压的极性及大小管子的构造工艺，外加输入电压的极性及大小 。b) 影响开关时间的要素影响开关时间的要素c) 提高开关速度的途径提高开关速度的途

8、径 制造开关时间较小的管子；设计合理的外电路。制造开关时间较小的管子；设计合理的外电路。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 通常通常toff ton、ts tf。因此控制三极管的饱和深度，减。因此控制三极管的饱和深度，减小小ts是缩短开关时间、提高开关速度的一个主要途径。是缩短开关时间、提高开关速度的一个主要途径。 给三极管的集电结并联给三极管的集电结并联一个肖特基二极管一个肖特基二极管(高速、高速、低压降低压降)，可以限制三极管，可以限制三极管的饱和深度，从而使开断的饱和深度，从而使开断时间大大缩短。时间大大缩短。 将三极管和肖特基二极控制将三极管和肖特基二极控制造在一

9、同，构成肖特基晶体管，造在一同，构成肖特基晶体管，可以提高电路的开关速度。可以提高电路的开关速度。(a) 电路图；电路图； (b) 电路符号电路符号上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础2. 晶体管逻辑电路晶体管逻辑电路 RB1 uo6.8k +(A)(L) uI+ RC330 RB222k VBB5V +VCC(+5V)反相器电路图反相器电路图 (1) 反相器反相器(非门非门)任务原理：任务原理： a. 当当uI高电平常，高电平常，晶体管饱和导通，晶体管饱和导通，输出输出uO0b. 当当uI低电平低电平常常晶体管截止，晶体管截止，输出输出uOVCC上页上页下页下页返回返回数

10、字电子技术基础数字电子技术基础BJT任务形状任务形状 uI uO 低低 截止截止 高高 高高 饱和饱和 低低非门电平表非门电平表 RB1 uo6.8k +(A)(L) uI+ RC330 RB222k VBB5V +VCC(+5V)反相器电路图反相器电路图 反相器的输出与反相器的输出与输入关系可表示为输入关系可表示为AL 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 (2) 与非门与非门 将二极管与门和晶体管非门复合在一将二极管与门和晶体管非门复合在一同可构成与非门。同可构成与非门。&ABL1&ABABL 与非门逻辑图与非门逻辑图上页上页下页下页返回返回数字电子技术

11、基础数字电子技术基础 RB1 uo6.8k +(A)(L) uI+ RC330 RB222k VBB5V +VCC(+5V)反相器电路图反相器电路图 uIA R uIB +Vcc DA DB 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 同理，可将二极管或门和非门复合在一同同理，可将二极管或门和非门复合在一同可构成或非门。可构成或非门。 (3) 或非门或非门 1ABL1 1ABABL 或非门逻辑图或非门逻辑图上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.1.3 场效应管的开关特性场效应管的开关特性1. MOS场效应管场效应管(MOSFET)的开关特性的开关特性数字电路

12、中普遍采用加强型的数字电路中普遍采用加强型的MOSFET。当漏源电压当漏源电压uDS较高时：较高时： 当当uGS大于大于UT，MOSFET任务在变阻形状，任务在变阻形状，相当于开关接通。相当于开关接通。 栅源电压栅源电压uGS小于开启电压小于开启电压UT时，时，MOSFET处于截止形状，相当于开关断开；处于截止形状，相当于开关断开；上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础MOSFET的开关模型的开关模型 uGS UTgsdb截止形状截止形状 uGS+_gdss uGS+_gdss变阻形状变阻形状 MOS场效应管的开关速度往往比双极型管低，场效应管的开关速度往往比双极型管低，但随

13、着工艺的改良，集成但随着工艺的改良，集成CMOS电路的速度已和电路的速度已和TTL电路不差上下。电路不差上下。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础2. MOS管开关电路管开关电路电阻负载反相器电路电阻负载反相器电路a. 当当u1UT，T截止截止 uI+ RD3.3k +VCC(+5V) uo+TuO=VDD(为高电平为高电平)b. 当当u1为高电平常，为高电平常，T导通。导通。输出为低电平输出为低电平上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.2 TTL集成逻辑门集成逻辑门1. 集成电路集成电路(Integrated Circuit，简称，简称IC) 集成

14、电路就是把电路中的半导体器件、电阻、电容及集成电路就是把电路中的半导体器件、电阻、电容及导线制造在一块半导体基片导线制造在一块半导体基片( (芯片芯片) )上，并封装在一个壳体上，并封装在一个壳体内所构成的完好电路。内所构成的完好电路。数字集成电路就是用来处置数字信号的集成电路。数字集成电路就是用来处置数字信号的集成电路。 与分立元件电路相比，集成电路具有分量轻、体积小、与分立元件电路相比，集成电路具有分量轻、体积小、功耗低、本钱低、可靠性高和任务速度高等优点。功耗低、本钱低、可靠性高和任务速度高等优点。 2. 集成电路的特点集成电路的特点上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基

15、础3. 数字集成电路的分类：数字集成电路的分类： (1) 按电路内部有源器件的不同可分为按电路内部有源器件的不同可分为a. 双极型晶体管集成电路双极型晶体管集成电路:(a) 晶体管晶体管晶体管逻辑晶体管逻辑(TTL-Transistor Transistor Logic)(b) 射极耦合逻辑射极耦合逻辑(ECL-Emitter Coupled Logic)(c) 集成注入逻辑集成注入逻辑(I2L-Integrated Injection Logic)主要有主要有:上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础b. MOS(Metal Oxide Semiconductor)集成电路集

16、成电路主要有：主要有：NMOS、 PMOS和和CMOS等几种类型。等几种类型。 目前已消费了目前已消费了BiCMOS器件，它由双极型晶体管器件，它由双极型晶体管电路和电路和MOS型集成电路构成，可以充分发扬两种电型集成电路构成，可以充分发扬两种电路的优势，路的优势， 缺陷是制造工艺复杂。缺陷是制造工艺复杂。 TTL和和CMOS集成电路的特点：集成电路的特点：(a) TTL集成电路任务速度高、集成电路任务速度高、 驱动才干强，但驱动才干强，但功耗大、集成度低；功耗大、集成度低；(b) MOS集成电路集成度高、功耗低，但任务速度略集成电路集成度高、功耗低，但任务速度略低，超大规模集成电路根本上都是

17、低，超大规模集成电路根本上都是MOS集成电路。集成电路。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(2) 按集成度可分为按集成度可分为a. 小规模集成电路小规模集成电路(SSI-Small Scale Integration)， 每每片组件内包含片组件内包含10100个元件个元件(或或1020个等效门个等效门)。b. 中规模集成电路中规模集成电路(MSI-Medium Scale Integration)，每片组件内含每片组件内含1001000个元件个元件(或或20100个等效门个等效门)。逻辑门和触发器是目前常用的逻辑门和触发器是目前常用的SSI。 译码器、译码器、 数据选择器

18、、数据选择器、 加法器、加法器、 计数器、计数器、 移位存放器等组件是常用的移位存放器等组件是常用的MSI。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础c. 大规模集成电路大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)， 每片组件每片组件内含内含1000100 000个元件个元件(或或1001000个等效门个等效门)。d. 超大规模集成电路超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)， 每片组件内含每片组件内含100 000个元件个元件(或或1000个以上等效门个以上等效门)。 常见的常见的LSI、 VLSI有只读

19、存储器、有只读存储器、 随机存取存储器、随机存取存储器、 微微处置器、处置器、 单片微处置机、单片微处置机、 位片式微处置器、位片式微处置器、 高速乘法累加器、高速乘法累加器、 通用和公用数字信号处置器等。通用和公用数字信号处置器等。 此外还有公用集成电路此外还有公用集成电路ASIC， 如可编程逻辑器件如可编程逻辑器件PLD。 PLD是近十几年来迅速开展的新型是近十几年来迅速开展的新型数字器件，数字器件， 目前运用非常广泛，目前运用非常广泛，上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础4. 集成逻辑门集成逻辑门 集成逻辑门是最根本的数字集成电路，是组集成逻辑门是最根本的数字集成电路

20、，是组成数字逻辑的根底。成数字逻辑的根底。 常用的集成门电路，大多采用双列直插式封常用的集成门电路，大多采用双列直插式封装装Dual-In-line Package ，缩写成，缩写成DIP。集成门电路外形图集成门电路外形图上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管脚编号管脚编号 集成芯片外表有一个缺口引脚编号的参考标集成芯片外表有一个缺口引脚编号的参考标志，假设将芯片插在实验板上且缺口朝左边，那志，假设将芯片插在实验板上且缺口朝左边，那么引脚的陈列规律为：左下管脚为么引脚的陈列规律为：左下管脚为1引脚，其他以

21、引脚，其他以逆时针方向从小到大顺序陈列。逆时针方向从小到大顺序陈列。普通引脚数为：普通引脚数为：14、16、20等。等。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管脚编号管脚编号 绝大多数情况下，电源从芯片左上角的引脚接绝大多数情况下，电源从芯片左上角的引脚接入，地接右下引脚。入，地接右下引脚。 一块芯片中可集成假设干个一块芯片中可集成假设干个1、2、4、6等等同样功能但又各自独立的门电路，每个门电路那么同样功能但又各自独立的门电路，每个门电路那么具有假设干个具有假设干个1、2、3等输入端。等输入端。输入端数有

22、时称为扇入输入端数有时称为扇入Fan-in数。数。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(a) 7404(六反相器六反相器) (b) 7400(四四2输入与非门输入与非门) 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.2.1 TTL与非门的内部构造及任务原理与非门的内部构造及任务原理 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级1. TTL与非门与非门的内部构造的内部构造上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 输入级由多发射极输入级由多发射极晶体管晶体管T1和

23、基极电组和基极电组R1组成，它实现了输入组成，它实现了输入变量变量A、B的与运算。的与运算。(1) 输入级输入级 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础多射极晶体管的等效电路多射极晶体管的等效电路 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 中间级是放大级，中间级是放大级，由由T2、R2和和R3组成，组成，T2

24、的集电极的集电极C2和发射和发射极极E2可以分提供两个可以分提供两个相位相反的电压信号，相位相反的电压信号，以满足输出级的需求。以满足输出级的需求。 (2) 中间级中间级 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 输出级由输出级由T3、T4、D和和R4组成，其中其中组成，其中其中D、T4作为由作为由T3组成的组成的反相器的有源负载。反相器的有源负载。 T3与与T4组成推拉式输出构组成推拉式输出构造，具有较强的负载才造，具有较强的负载才干。干。(3) 输

25、出级输出级 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础2. TTL与非门的功能分析与非门的功能分析 (1) 输入端至少有一输入端至少有一个为低电平个为低电平(UIL=0.3V) 接低电平的发射结接低电平的发射结正导游通。正导游通。那么那么T1的基极电位的基极电位:UB1=UBE1+UIL =0.7+0.3 =1V +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下

26、页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础为使为使T1的集电结及的集电结及T2和和T3的发射结同时导的发射结同时导通，通，UB1至少该当等于至少该当等于UB1=UBC1+UBE2+UBE3 =2.1VT2和和T3必然截止。必然截止。因此有因此有V52CCC2 RUUU +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础UC25V该电压使该电压使T4和和D处于良处于良好的导通形状。好的导通形状。输出电压输出电压UO= UOH= UC2-UBE4-UD 5-0.7-

27、0.7 =3.6V等于高电平等于高电平(3.6 V)当当UO=UOH时，称时，称与非门处于封锁形状。与非门处于封锁形状。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础UB1=UBC1+UBE2+UBE3 =2.1VT2和和T3 处于饱和形状处于饱和形状因此因此 (2) 输入端全部接高电输入端全部接高电平平(UIH=3.6V)T1的集电结及的集电结及T2和和T3的发射结会同时导的发射结会同时导通通T1的一切发射结均截止的一切发射结均截止 +VCC(+5V)

28、R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础T2的集电极电位为：的集电极电位为：UC2=UCES2+UBE3 0.3+0.7 =1VT4和和D截止。截止。 输出电压输出电压UO为：为：UO=UOL时，称与非时，称与非门处于开门形状。门处于开门形状。UO=UOL=UCES50.3V +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础由此可见，该电

29、路的输由此可见，该电路的输出和输入之间满足出和输入之间满足“与非与非逻辑关系逻辑关系 综上所述综上所述: 当输入端至少有一当输入端至少有一端接低电平端接低电平(0.3V)时，时， 输出为高电平输出为高电平(3.6V)； 当输入端全部接高当输入端全部接高电平电平(3.6V)时，时， 输出为输出为低电平低电平(0.3 V)。ABF +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(3) 多发射极三极管的功能多发射极三极管的功能 a. 完成与的逻辑功能。完成与的逻辑

30、功能。b. 便于制造。便于制造。c. 提高电路的开关速度。提高电路的开关速度。(4) TTL与非门具有较高与非门具有较高的开关速度的主要缘由：的开关速度的主要缘由：a. 采用了多射极管采用了多射极管T1, 缩缩短了短了T2和和T3的开关时间。的开关时间。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 当输入端全部为当输入端全部为高电位时，高电位时，T1处于处于倒置任务形状。此倒置任务形状。此时时T1向向T2提供了较提供了较大的基极电流，使大的基极电流，使T

31、2、T3迅速导通饱迅速导通饱和；和； +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 当某一输入端忽然当某一输入端忽然从高电位变到低电位时，从高电位变到低电位时，Ib1转而流向转而流向T1低电位低电位输入端，该瞬间将产生输入端，该瞬间将产生很大的集电极电流很大的集电极电流Ic1，为为T2和和T3提供了很大的提供了很大的反向基极电流，使反向基极电流，使T2和和T3基区的存储电荷迅速基区的存储电荷迅速散失，因此加快了散失，因此加快了T2和和T3的截止过程，提高了

32、的截止过程，提高了开关速度。开关速度。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 (a) 当当T2由饱和转由饱和转为截止时，为截止时，T4和和D导通。导通。由于由于T4是射随，是射随，T3的的集电极电阻很小，此时集电极电阻很小，此时瞬间电流很大，从而加瞬间电流很大，从而加速了速了T3管脱离饱和的管脱离饱和的速度，使速度，使T3迅速截止。迅速截止。 b. 采用了推拉式输出电采用了推拉式输出电路，加速了路，加速了T3管存储电管存储电荷的散失过程。荷的散失过

33、程。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 (b) 与非门输出低电平与非门输出低电平常常T3处于深饱和形状，处于深饱和形状，输出电阻很低；而输出输出电阻很低；而输出高电平常高电平常T4、D导通，导通，组成射极跟随器，其输组成射极跟随器，其输出电阻也很低，因此无出电阻也很低，因此无论哪种形状输出电阻都论哪种形状输出电阻都很低，都有很强的带负很低，都有很强的带负载才干，还能进一步加载才干，还能进一步加快开关速度。快开关速度。 +VCC(+5V) R41

34、00 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级 当输出为逻辑时，当输出为逻辑时，T3深饱和，可以接受较深饱和，可以接受较大的灌电流，负载电容大的灌电流，负载电容上的电荷能以很快经过上的电荷能以很快经过它放电，从而使输出电它放电，从而使输出电压下降沿很陡；压下降沿很陡； 当输出为逻辑当输出为逻辑1时，时，T4导通，导通，T3截止，也截止，也可以向负载提供大的

35、可以向负载提供大的驱动电流。驱动电流。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 T4管的低内阻可以管的低内阻可以使电源很快得向负载电使电源很快得向负载电容充电，从而获得很好容充电，从而获得很好的上升沿。的上升沿。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级 推拉输出构造使推拉输出构造使TTL门电路可以驱动较门电路可以驱动较大的电容负载而不致严大的电容负载而不致严重影响其开关速度。重影响其开关速度。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.2.2 TTL与非门的外特性及有关参数

36、与非门的外特性及有关参数1.电压传输特性电压传输特性 反映输出电压反映输出电压uouo随输入随输入电压电压uiui变化的规律。变化的规律。Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH 以以Q1、Q2两点为界，可将两点为界，可将此图分为三个区域。此图分为三个区域。 图中图中Q1和和Q2点处的斜率点处的斜率 duO/duI = 1是传输特性的转机点。是传输特性的转机点。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO

37、Uoff Uon= UIL= UIH区域区域(uI0.6V)：输出高电平输出高电平UOHUOH。uO根本不随根本不随uI而变，而变，UOL根本上亦与根本上亦与uI无无关。关。区域区域(uI1.4V):输出低电平输出低电平UOLUOL；上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH区域区域(0.6VuI(0.6VuI1.3V):1.3V):uO急剧地随急剧地随uI变化。变化。区域区域称为过渡区。称为过渡区。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基

38、础几个重要参数：几个重要参数：Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH(1) 关门电平关门电平Uoff输入低电输入低电平最大值平最大值UILmax 留意：在运用时，输入低电平留意：在运用时，输入低电平绝不能大于绝不能大于Uoff，否那么将引，否那么将引起逻辑混乱。起逻辑混乱。 当当uIUon时，与非门的时，与非门的T3导通，输出为低电平。导通，输出为低电平。(2) 开门电平开门电平Uon输入高电平最小值输入高电平最小值UIHmin Uon的典型值为的典型值为2V。UOHmin等于等于Q1点在点在uO轴上轴上

39、的投影值。的投影值。(3) 输出高电平下限值输出高电平下限值UOHmin典型的典型的UOHmin为为2.4V。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIHUOLmax为为Q2点在点在uO轴上的投影值。轴上的投影值。(4) 输出低电平上限值输出低电平上限值UOLmaxUOLmax的典型值为的典型值为0.4V。 集成门的噪声容限集成门的噪声容限UN分为分为高电平噪声容限高电平噪声容限UNH和低电平和低电平噪声容限噪声容限UNL。(5) 抗干扰度抗干扰度 抗干

40、扰度也称噪声容限，抗干扰度也称噪声容限，它反映电路在多大的干扰电压它反映电路在多大的干扰电压uN下仍能正常任务。下仍能正常任务。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础噪声容限简单表示噪声容限简单表示 UNL=Uoff-UOLmax =UILmax-UOLmaxUNH=UOHmin-Uon = UOHmin-UIHminTTL与非门典型与非门典型的噪声容限为的噪声容限为:UNH=2.4V-2V=0.4V UNL=0.8V-0.4V=0.4VUoff与与Uon越接近，即越接近，即Uon越越小，小，Uoff越大，那么越大，那么UNH、UNL越大，抗干扰才干就越强。越大，抗干扰才干就

41、越强。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH(6) 阈值电压阈值电压Uth典型值为典型值为1. 4V。Uoff =Uon =Uth 一定条件下，将与一定条件下，将与非门的电压传输特性理非门的电压传输特性理想化想化, ,以为以为: : Uth就是就是Q点在点在uI轴上的投影值。轴上的投影值。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础2.输入特性输入特性 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2

42、T1 T3 R1 T1 +VCC uI iIiI=f(uI)上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI /mA uI/VTTL与非门的输入特性与非门的输入特性 a.当当uIVth时时T1将任务在将任务在“倒置形状，其输入电流倒置形状，其输入电流iI普通小于几十微普通小于几十微安。安。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI /mA uI/VTTL与非门的输入特性与非门的输入特性 与输入特性有关的参数有与输入特性有关的参数有: :(1)

43、输入短路电流输入短路电流IIS当当UI=0时的输入电流称为输入短路电流。时的输入电流称为输入短路电流。典型值约为典型值约为-1.5mA。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础IIS反映了反映了TTL与非门对前级驱动门灌电流的大小。与非门对前级驱动门灌电流的大小。 R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI /mA uI/VTTL与非门的输入特性与非门的输入特性 可以近似以为输入低电平电流可以近似以为输入低电平电流IIL IIS。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI /mA

44、uI/VTTL与非门的输入特性与非门的输入特性 (2) 高电平输入电流高电平输入电流IIHIIH通常约几十微安。反映了对驱动它的门拉电流的多少。通常约几十微安。反映了对驱动它的门拉电流的多少。 当当uIUth时的输入电流称为高电平输入电流时的输入电流称为高电平输入电流(也称为输也称为输入漏电流入漏电流)。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 反映输出电压反映输出电压uO随随输出负载电流输出负载电流iL变化的变化的关系。关系。 3. 输出特性输出特性 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL 与非门输出有高、与非门输

45、出有高、低电平两种形状，下低电平两种形状，下面分两种情况分析输面分两种情况分析输出特性。出特性。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(1) 输出高电平常输出高电平常 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RLT3截止，截止，T4和和D导通，导通， iL为拉电流。为拉电流。 a. 假设空载时假设空载时iL=0输出为高电平输出为高电平uOHVCC由于由于iB4较小，较小， uB4变化很小，变化很小，uO与空载时相比，略有下降。与空载时相比，略有下降。 b. 当负载电流比较小时当负载电流比较小时T4处于放大形状处于放

46、大形状uE4uB4上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RLc. 当当iL足够大时足够大时T4管进入饱和形状管进入饱和形状输出电压输出电压uO = VCC-UCES4-uD-iR4R4uO随着随着iL添加而线性下降。添加而线性下降。=VCC-UCES4+uD-iLR4上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 uO/VO1 2 3 45 3 1 iL/mA IOHmax高电平输出特性高电平输出特性 由高电平输出特性曲线，由高电平输出特性曲线，可以得到集成门所允

47、许的最可以得到集成门所允许的最大输出电流大输出电流IOHmax。UOHmin上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(2) 输出低电平常输出低电平常 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RL输出电流输出电流iL从负载流从负载流进进T3 ，构成灌电流。，构成灌电流。T3饱和饱和a. 当灌电流添加时当灌电流添加时T3饱和程度减轻，饱和程度减轻，uO随随iL添加略有添加。添加略有添加。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础b.当当iL足够大时足够大时(70mAT3将退出饱和进入放大形状将退出饱和进入放

48、大形状,uO随随iL的添加而很快上升。的添加而很快上升。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RL上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 uO/V iL/mAO20 40 60 80 UOLmax2.01.510.5 IOLmax低电平输出特性低电平输出特性由低电平输出特性曲线可得：由低电平输出特性曲线可得：低电平输出时最大输出端电流低电平输出时最大输出端电流IOLmaxIOLmax为为uOL=UOLmax所对应的所对应的iL。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(3) 扇入系数和扇出系数扇入系数和扇出系数扇出系数反映了与非门的带负载才干。扇出系数反映了与非门的带负载才干。 a. 扇入系数扇入系数 扇入系数是指门的输入端数。扇入系数是指门的输入端数。b. 扇出系数扇出系数N扇出系数是指一个门能驱动同类型门的个数。扇出系数是指一个门