数字电子技术经典教程-TTL门电路课件

分立元件门电路LSTTL与非门电路TTL集电极开路门和三态门2.2TTL门电路LSTTL门电路的电气特性二极管和三极管的开关特性分立元件门电路LSTTL与非门电路TTL集电极开路门和三态门1二极管的近似模型

当二极管加正向电压时，二极管导通，压降维持在0.7V左右，当二极管加反向电压时，处于截止状态，只有极微小的电流IS（μA级）流过。

理想二极管模型数字电路中二极管模型二极管KADAKVON=0.7VAK二极管和三极管的开关特性二极管的近似模型当二极管加正向电压时，二极管导2

关的条件（管子截止）

当vI≤0.7时，vBE＜0.7V，iB≈0，iC≈0，vO≈VCC。

三极管在电路中有三种工作状态：放大状态、截止状态、饱和状态。二极管和三极管的开关特性关的条件（管子截止）当vI≤0.7时，vBE＜0.3

放大条件

iC=βiBvI↑→iB↑→iC↑→v

O↓分立元件门电路放大条件iC=βiBvI↑→iB↑→iC↑→vO↓4

开的条件（管子饱和）

分立元件门电路RB足够小，RC足够大或β足够大开的条件（管子饱和）分立元件门电路RB足够小，RC足5分立元件门电路1．与门

定义：低电平0~2V，高电平3~5V。

ABLABL1V1V1V4V4V1V4V4V1.7V1.7V1.7V4.7V000110110001分立元件门电路1．与门定义：低电平0~2V，高电平3~5V62．或门

ALB≥1分立元件门电路ABLABL1V1V1V4V4V1V4V4V0.3V3.3V3.3V3.3V0001101101112．或门ALB≥1分立元件门电路ABLAB73．非门

A1L分立元件门电路ALAL0V5V015V0.3V103．非门A1L分立元件门电路ALAL0V5V015V0.38（1）高低电平偏移

分立元件门电路存在的问题既非高电平也非低电平（1）高低电平偏移分立元件门电路存在的问题既非高电平9分立元件门电路存在的问题

当驱动门输出高电平时（2）负载特性差

什么是负载？什么是负载特性？何谓负载特性好？负载电流流过RC将产生压降，使高电平输出电压下降，因此，要求RC越小越好。分立元件门电路存在的问题当驱动门输出高电平时（2）负10分立元件门电路存在的问题

当门电路输出低电平时在iT不变的情况下，iC越小，允许灌电流iL越大。因此，要求RC越大越好。iTiL+iC=各电流之间的关系：

iT增大将使驱动门低电平输出电压上升。分立元件门电路存在的问题当门电路输出低电平时11LSTTL与非门

集成TTL门电路是通过特殊工艺方法将所有电路元件制造在一个很小的硅片上，其优点是体积小、重量轻、功耗小、成本低、使用起来焊点少、可靠性提高。

TTL——TransistorTransistorLogic三极管三极管逻辑TTL分以下4个系列：

74H系列：高速系列

74S系列：肖特基系列

74LS系列：低功耗、肖特基系列

74系列:经典系列LSTTL与非门集成TTL门电路是通过特殊工12TTL与非门电路一：二极管与门+三极管反相器

存在的问题：当A或B加0V低电平时，VP=0.7V，T管已处于临界导通状态，只要输入电压稍一升高，T管即导通，使输出电平下降，因此无法正常工作。

与门非门0V0.7VTTL与非门电路一：二极管与门+三极管反相器13电路二：电路一中的R2用两只二极管来代替

缺点：由于电路中RC为一固定值，负载特性不理想。因此，RC最好是一可变电阻。

TTL与非门

电平平移二极管电路二：电路一中的R2用两只二极管来代替缺14电路三：用三极管代替RC，中间加一倒相级TTL与非门

输入部分：与门。

中间T2、R2、R3组成倒相级。

由R4、T4、VD3、VT5组成输出级。输入级是三极管，输出级是三极管——TTL逻辑电路。

输入级的VT1为多发射极三极管VD1、VD2构成输入保护电路。

电路三：用三极管代替RC，中间加一倒相级TTL与非门150.3V1V1.输入有低电平时，输出为高电平(关态)该电位不足以使VT2及VT5导通，因此VT2及VT5截止

VCC经R2有电流向VT4的基极流去，得电压方程式：0.3V1V1.输入有低电平时，输出为高电平(关态)16

只要电路参数设计合适，可使VT2、VT5处于饱和状态。2.输入全为高电平时，输出为低电平(开态)

VC2电压不能同时使T4和D3导通，故VT4和VD3截止。VC2

=VCES2+VBE5≈0.3+0.7=1VvO=VCES1≈0.3V3.6V3.6V2.1V1V只要电路参数设计合适，可使VT2、VT517ABVPVT2VT5VC2VT4L3.6V0.3V3.6V3.6V1.0V2.1V截止截止导通导通≈VCC≈1.0V导通截止3.6V0.3V

TTL逻辑门具有输入全“1”，输出为“0”；输入有“0”，输出为“1”的与非逻辑关系，因而它是与非门。3.结论ABVPVT2VT5VC218思考题如何改善负载特性的？D3起何作用？R4起何作用？T4在工作中饱和吗？思考题如何改善负载特性的？D3起何作用？R4起何作用？T4在19电路四：LSTTL与非门电路（2）RB、RC、VT6组成有源泄放电路，提高VT5的开关速度。（1）提高电路中所有电阻阻值以降低功耗有源泄放电路与电路三相比，电路四有以下几方面改进：电路四：LSTTL与非门电路（2）RB、RC、VT6组成有源20（3）将所有可能饱和的三极管用肖特基三极管代替肖特基三极管（3）将所有可能饱和的三极管用肖特基三极管代替肖特基三极管21（4）加电阻R5，给VT4的基极电荷提供泄放回路（6）VD3、VD4提供泄放回路，提高速度（5）加电阻R6，给VT2的基极电荷提供泄放回路（4）加电阻R5，给VT4的基极电荷提供泄放回路（6）VD322引线排列从左下角开始,逆时针计算

缺口标记17814绝大多数右下角GND绝大多数左上角Vcc74LS00是在一个封装内有四个相同的与非门。其外形如图所示。正视图集成与非门—74LS008/17/2023引线排列从左下角缺口标记17814绝大多数绝大多数23电压传输特性：门电路输入电压取不同值时输出电压的变化规律。LSTTL门电路的电气特性电压传输特性：门电路输入电压取不同值时输出电压的变化规律。L2474LS系列门电路的几个极限参数◆高电平输出电压VOH，VOH（min）=2.7V◆

低电平输出电压VOL

，VOL（max）=0.5V◆

高电平输入电压VIH，VIH（min）=2.0V◆

低电平输入电压VIL，VIL（max）=0.8VLSTTL门电路的电气特性74LS系列门电路的几个极限参数◆高电平输出电压VOH，25噪声容限

低电平噪声容限高电平噪声容限VNL=VIL（max）－VOL（max）VNH=VOH（min）

－

VIH（min）G111G2VOL（max）VIH（min）VOH（min）VIL（max）LSTTL门电路的电气特性噪声容限低电平噪声容限高电平噪声容限VNL=VIL（max26重点分析3种情况：输入短路、输入低电平、输入高电平输入特性：输入电压vI和输入电流iI之关系，即输入端的伏安特性。LSTTL门电路的电气特性重点分析3种情况：输入短路、输入低电平、输入高电平27当vI=0V时，输入电流称为输入短路电流IIS

LSTTL门电路的电气特性当vI=0V时，输入电流称为输入短路电流IISLSTTL门28当vI=0.3V时，输入电流IIL：LSTTL门电路的电气特性当vI=0.3V时，输入电流IIL：LSTTL门电路的电气29当vI输入高电平时，高电平输入电流为二极管反向漏电流，IIH≤20μALSTTL门电路的电气特性当vI输入高电平时，高电平输入电流为二极管反向漏电流，IIH301.10.3V－0.23iI/mAvI/V0IISIIHIIL当TTL门电路输入高电平时，输入电流流入门电路，但数值很小，当TTL门电路输入低电平时，输入电流流出门电路。当vI从0V~5V变化时，LSTTL门电路的电气特性1.10.3V－0.23iI/mAvI/V0IISI31对于多输入端门电路，当n个输入同时接低电平时，总的IIL与只有一个输入端接低电平基本相等。LSTTL门电路的电气特性对于多输入端门电路，当n个输入同时接低电平时，总32对于多输入门电路，总的高电平输入电流得按并联输入端的数目加倍。LSTTL门电路的电气特性对于多输入门电路，总的高电平输入电流得按并联33TTL门电路输入端接电阻时的特性当RI≤1kΩ时，vI相当于低电平。当RI≥10kΩ时，vI相当于高电平。LSTTL门电路的电气特性TTL门电路输入端接电阻时的特性当RI≤1k34结论：（1）悬空相当于接高电平；

（2）当输出端通过一个电阻接到下级输入时，当这个电阻R≥1kΩ时，低电平可能无法传送到下级电路。RvO2vI111＞0.8V0.2VLSTTL门电路的电气特性结论：（1）悬空相当于接高电平；（2）当输出端通过一个电阻35（1）高电平输出特性（拉电流负载特性）随着负载电流增加，VOH下降，IOH（max）=0.4mA。（2）低电平输出特性（灌电流负载特性）当负载电流增加时，VOL逐渐升高。IOL（max）=-8mA。（3）把一个门电路带同类门电路的个数称为电路的扇出系数。LSTTL门电路的电气特性（1）高电平输出特性（拉电流负载特性）随着负载电流增加，V36思考：以下是用门电路来驱动LED的两种接法，哪一种较为合理？

+5VLEDR1LEDR1LSTTL门电路的电气特性思考：以下是用门电路来驱动LED的两种接法，哪一种较为合理？37例：已知门电路的参数IOH（max）=0.4mAIOL（max）=-8mAGP&G1&Gn&试求

门GP的扇出系数No应为多少？

对门P输出高电平和低电平时的情况分别讨论，然后取两个数中一个较小的作为门的扇出系数。

解：IIH=20

AIIL=-0.2mALSTTL门电路的电气特性例：已知门电路的参数GP&G1&Gn&试求门GP的扇出38GP&G1&Gn&解：

当门P输出为低电平时，

当门P输出为高电平时，N应选取{NL，NH}min，即N＝10LSTTL门电路的电气特性GP&G1&Gn&解：当门P输出为低电平时，当门39（1）传输延迟时间1vOvItpd的大小是由三极管开关时间，分布电容延迟等综合因素决定的，不易准确计算，一般在TTL集成电路数据手册中给出。由于tpd的存在，对门电路的工作频率给出了限制。tPHLtPLHvIvOLSTTL门电路的电气特性（1）传输延迟时间1vOvItpd的大小是40（2）电源的动态尖峰电流由于输出级T4、T5瞬间同时导通而出现电源的尖峰电流。结论：门电路的动态功耗要比静态功耗大，而且工作频率f越大，功耗越大。LSTTL门电路的电气特性（2）电源的动态尖峰电流由于输出级T4、T5瞬间同时导通而41普通LSTTL与非门不能线与TTL集电极开路门普通LSTTL与非门不能线与TTL集电极开路门42集电极开路门的电路结构和逻辑符号TTL集电极开路门集电极开路门的电路结构和逻辑符号TTL集电极开路门43集电极开路门使用时应接上拉电阻TTL集电极开路门集电极开路门可以线与集电极开路门使用时应接上拉电阻TTL集电极开路门集电极开路44分别用LSTTL与非门和OC门，实现函数画出逻辑电路图。例解：TTL集电极开路门分别用LSTTL与非门和OC门，实现函数画出逻辑电路图。例解45如图所示电路，OC门输出高电平漏电流IOZ=100μA，输出低电平VOL=0.4V时最大灌电流IOL为8mA；门的输入电流IIL≤-0.2mA；IIH≤20μA。如果要求X点高、低电平VIH≥3V，VIL≤0.4V，请计算上拉电阻RL的选择范围。例TTL集电极开路门如图所示电路，OC门输出高电平漏电流IOZ=100μA，输出46TTL集电极开路门（a）当X输出高电平时，电流的分布如图所示

流过RC总的电流为：I1=3×IOZ+6×IIH=3×0.1+6×0.02=0.42mAVX=5V－I1RC=5V－0.42×RC≥3VTTL集电极开路门（a）当X输出高电平时，电流的分布如图所示47TTL集电极开路门（b）线与后输出低电平流进OC门的电流为0.622kΩ≤RC≤4.75kΩTTL集电极开路门（b）线与后输出低电平流进OC门的电流为048TTL集电极开路门OC门的应用（a）可实现线与，简化硬件电路（b）实现电平转换TTL集电极开路门OC门的应用（a）可实现线与，简化硬件电路49TTL集电极开路门OC门的应用（c）驱动大电流负载TTL集电极开路门OC门的应用（c）驱动大电流负载50TTL三态门TTL三态门的电路结构TTL三态门的工作原理当EN为高电平时，与非逻辑功能当EN为低电平时，T4和T1同时截止，输出高阻态三态：0态、1态、高阻态LVCCT1T4T2R2R3ABR1ENR4D4DTTL三态门TTL三态门的电路结构TTL三态门的工作原理51低电平使能高电平使能TTL三态门ABF＆ENENABF＆ENEN低电平使能高电平使能TTL三态门ABF＆ENENABF＆EN52

三态门的应用1.三态门广泛用于数据总线结构任何时刻只能有一个控制端有效，即只有一个门处于数据传输，其它门处于禁止状态三态逻辑门（TSL）总线三态门的应用1.三态门广泛用于数据总线结构532.双向传输当EN=0时，门1工作，门2禁止，数据从A送到B；EN=1时，门1禁止，门2工作，数据从B送到A。三态逻辑门（TSL）2.双向传输当EN=0时，门1工作，门2禁止，数据从A送54基本原则2.3集成门电路的接口（1）驱动门的输出电压应在负载门所要求的输入电压范围