数字电子技术第二章逻辑门电路

数字电子技术第二章逻辑门电路第1页，课件共33页，创作于2023年2月

CL的充、放电过程均需经历一定的时间，必然会增加输出电压O波形的上升时间和下降时间，导致基本的BJT反相器的开关速度不高。若带电容负载故需设计有较快开关速度的实用型TTL门电路。

引言第2页，课件共33页，创作于2023年2月输出级T3、D、T4和Rc4构成推拉式的输出级。用于提高开关速度和带负载能力。中间级T2和电阻Rc2、Re2组成，从T2的集电极和发射极同时输出两个相位相反的信号，作为T3和T4输出级的驱动信号；

Rb1

4kW

Rc2

1.6kW

Rc4

130W

T4

D

T2

T1

+

–

vI

T3

+

–

vO

负载

Re2

1KW

VCC(5V)

输入级

中间级输出级

1.电路组成输入级T1和电阻Rb1组成。用于提高电路的开关速度一.标准生产工艺的TTL非门的工作原理第3页，课件共33页，创作于2023年2月2.TTL反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善）

（1）当输入为低电平（I

=0.3V）T1深度饱和截止导通导通截止饱和低电平T4D4T3T2T1输入高电平输出T2、

T3截止，T4、D导通第4页，课件共33页，创作于2023年2月（2）当输入为高电平（I=3.6V）T2、T3饱和导通T1:倒置的放大状态。T4和D截止。使输出为低电平.vO=vC3=VCES3=0.3V第5页，课件共33页，创作于2023年2月输入A输出L0110逻辑真值表

逻辑表达式

L=A

饱和截止T4低电平截止截止饱和倒置工作高电平高电平导通导通截止饱和低电平输出D4T3T2T1输入第6页，课件共33页，创作于2023年2月(一)电压传输特性曲线：Vo=f（Vi）二.TTL非门的电压传输特性曲线和电路参数截止区过渡区饱和区第7页，课件共33页，创作于2023年2月(二)从电压传输特性曲线上可以得出的电路参数1.输出高电平电压VOH——在正逻辑体制中代表逻辑“1”的输出电压。VOH的理论值为3.6V。2.标准输出高电平USH_——

产品规定输出高电压的最小值VOH（min）=2.4V。3.输出低电平电压VOL——在正逻辑体制中代表逻辑“0”的输出电压。VOL的理论值为0.3V。４.标准输出低电平USL——产品规定输出低电压的最大值VOL（max）=0.4V第8页，课件共33页，创作于2023年2月５.输入低电压的上限VIL（max）(关门电平电压VOFF)——是指输出电压下降到VOH（min）时对应的输入电压。即输入低电压的最大值。在产品手册中常称为输入低电平电压，用VIL（max）表示。产品规定VIL（max）=0.8V。6.输入高电压的下限VIH（min）(开门电平电压VON)——是指输出电压下降到VOL（max）时对应的输入电压。即输入高电压的最小值。在产品手册中常称为输入高电平电压，用VIH（min）表示。产品规定VIH（min）=2V。第9页，课件共33页，创作于2023年2月7.阈值电压Vth——电压传输特性的过渡区所对应的输入电压，即决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。近似地：Vth≈VOFF≈VON即Vi＜Vth，非门关门，输出高电平；Vi＞Vth，非门开门，输出低电平。Vth又常被形象化地称为门槛电压。Vth的值为1.3V～1.４V。第10页，课件共33页，创作于2023年2月输入低电平噪声容限(最大允许正向干扰电压)

VNL＝VIL(max)-VOL（max）＝0.8V-0.4V＝0.4V输入高电平噪声容限(最大允许负向干扰电压)

VNH＝VOH（min）-VIH(min)＝2.4V-2.0V＝0.4VTTL门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。同样，它的输入高低电平也有一个范围，即当电路受到干扰时，电路输入电平所允许的波动范围，称为噪声容限。8.噪声容限电压第11页，课件共33页，创作于2023年2月三.输入特性和从其上可以得出的参数（一）标准生产工艺的TTL非门的输入特性曲线输入特性曲线是研究输入电压与输入电流之间关系的曲线。第12页，课件共33页，创作于2023年2月1.输入低电平电流IIL——是指当门电路的输入端接低电平时，从门电路输入端流出的电流。可以算出：产品规定IIL＜1.6mA。（二）从标准生产工艺的TTL非门输入特性曲线上可以得出的参数第13页，课件共33页，创作于2023年2月2.输入高电平电流IIH——是指当门电路的输入端接高电平时，流入输入端的电流。由于βi的值远小于1，所以IIH的数值比较小，产品规定：IIH＜40uA。T1倒置的放大状态：这时IIH=βiIB1，βi为倒置放大的电流放大系数。第14页，课件共33页，创作于2023年2月五、TTL非门的输入负载特性和从其上可以得出的参数

（一）TTL非门的输入负载特性1.当Ri很小时VI很小，相当于输入是低电平，此时三极管T3截止，输出为高电平。2.当Ri很大时，VI的极限值为1.4V第15页，课件共33页，创作于2023年2月（二）从TTL非门的输入负载特性上可以得出的参数1．关门电阻ROFF当Ri的值使VI=VIL（max），即输入低电平的上限，这时的Ri定义为关门电阻ROFF，之所以叫关门电阻，是因为输出级的三极管T3截止，处于关门状态。2．开门电阻RON当Ri的值使VI=

1.4V，VB1就会升高到2.1V，使T3饱和，这时的Ri定义为开门电阻，之所以叫开门电阻，是因为输出级的三极管T3饱和，处于开门状态。第16页，课件共33页，创作于2023年2月

(一)灌电流负载当驱动门输出低电平时，电流从负载门灌入驱动门。当负载门的个数增加，灌电流增大，会使T3脱离饱和，输出低电平升高。因此，把允许灌入输出端的电流定义为输出低电平电流IoL(max)，产品规定I0L(max)=16mA。由此可得出:NOL称为输出低电平时的扇出系数。1.扇入数:取决于它的输入端的个数

2.扇出数:带同类门的数量分灌电流和拉电流五、TTL非门的带负载能力第17页，课件共33页，创作于2023年2月

（二）拉电流负载

NOH称为输出高电平时的扇出系数。产品规定IOH=0.4mA。由此可得出：当驱动门输出高电平时，电流从驱动门拉出,流至负载门的输入端。

拉电流增大时，RC4上的压降增大，会使输出高电平降低。因此，把允许拉出输出端的电流定义为输出高电平电流I0H(max)。一般NOL≠NOH，常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用No表示。第18页，课件共33页，创作于2023年2月例查得基本的TTL与非门7410的参数如下：IoL＝16mA，IIL＝－1.6mA，IoH＝0.4mA，IIH＝0.04mA.试计算其带同类门时的扇出数。解：(1)低电平输出时的扇出数 (2)高电平输出时的扇出数若NOH≠NOH，则取较小的作为电路的扇出数。第19页，课件共33页，创作于2023年2月六.传输延迟时间tpd导通延迟时间tPHL——从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中点所经历的时间。截止延迟时间tPLH——从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的时间。与非门的传输延迟时间tpd是tPHL和tPLH的平均值。即

一般TTL与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒～十几个纳秒。第20页，课件共33页，创作于2023年2月七、1.功耗分为静态和动态。静态功耗指的是当电路没有状态转换时的功耗动态功耗是在门的状态转换的瞬间的功耗。对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。2.延时功耗积DP=tpdPD是一综合性的指标，用DP表示,其单位为焦耳。DP的值愈小，表明它的特性愈接于理想情况。第21页，课件共33页，创作于2023年2月(一)TTL与非门电路多发射极BJT

T1e

e

bc

eeb

cA&

BAL=B八.其他逻辑功能的TTL门电路1.电路第22页，课件共33页，创作于2023年2月2.TTL与非门电路的工作原理

任一输入端为低电平时:TTL与非门各级工作状态IT1T2T4T3O输入全为高电平(3.6V)倒置使用的放大状态饱和截止饱和低电平（0.2V）输入有低电平(0.2V)深饱和截止放大截止高电平（3.6V）当全部输入端为高电平时：输出低电平输出高电平第23页，课件共33页，创作于2023年2月(二)TTL或非门

若A、B中有一个为高电平:若A、B均为低电平:T2A和T2B均将截止，T3截止。T4，D导通输出为高电平。T2A或T2B将饱和，T3饱和，T4截止，输出为低电平。逻辑表达式第24页，课件共33页，创作于2023年2月vOHvOL输出为低电平的逻辑门输出级的损坏九.集电极开路(OC)的TTL门电路（一）普通的TTL门电路输出端直接相连的后果在工程实践中，有时需要将几个门的输出端并联使用，以实现与逻辑，称为线与。第25页，课件共33页，创作于2023年2月(二)集电极开路与非门电路1.使用时的外电路连接2.逻辑功能L=ABVCC3.国标符号第26页，课件共33页，创作于2023年2月（三）集电极开路的TTL门电路可以实现线与运算第27页，课件共33页，创作于2023年2月1.当输出高电平时，RP不能太大。太大会影响开关速度；另外，在RP上压降变大，使输出下降，RP为最大值时要保证输出电压为VOH（min），(四)OC门进行线与时，外接上拉电阻RP的选择：Rp(max)=

第28页，课件共33页，创作于2023年2月(四)OC门进行线与时，外接上拉电阻RP的选择：（2）当输出低电平时，RP不能太小限流，RP为最小值时要保证输出电压为VOL（max），RP（min）＜RP＜RP（max）第29页，课件共33页，创作于2023年2月由于OC门输出不是推拉式(Totem)结构，省去了有源负载，带负载能力下降RP选择受到限制不能太小，影响工作速度第30页，课件共33页，创作于2023年2月（一）三态输出门的结构及工作原理1.当EN=0时，G输出为1，D1截止，相当于一个正常的二输入端与非门，称为正常工作状态。2.当EN=1时，G输出为0，T4、T3都截止。这时从输出端L看进去，呈现高阻，称为高阻态，或禁止态。十.TTL三态输出门电路CS数据输入端输出端LAB00010111011101××高阻第31页，课件共33页，创作于2023年2月三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。1.组成单向总线，实现信号的分时单向传送.2.组成双向总线，实现信号的分时双向传送。（二）三态门的应用第32页，