数字电子技术第五版教案-第二章-高教版dch24

12.4.1基本的BJT反相器的动态性能TTL反相器的产生:

若考虑基本反相器负载电容CL的影响，在反相器输出电压

O由低向高过渡时，电路由VCC通过Rc对CL充电。

vccRcTCL

反之，当

O由高向低过渡时，CL又将通过BJT放电。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。故需寻求更为实用的TTL电路结构。

21.TTL反相器的基本电路2.TTL反相器的工作原理3.采用输入级以提高工作速度

4.采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力2.4.2TTL反相器31.TTL反相器的基本电路

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

2.4.2TTL反相器42.TTL反相器的工作原理

（1）当输入为低电平（

I=0.2V）0.9V0.2V

O≈VCC－VBE4－VD

＝5－0.7－0.7=3.6V

I低电平(0.2V)T1深饱和T2截止T3截止T4放大

O高电平（3.6V）2.4.2TTL反相器52.TTL反相器的工作原理当输入为高电平（

I=3.6V）

3.6V4.3V2.1V1.4V0.2V

I全为高电平(3.6V)T1倒置放大T2饱和T3饱和T4截止

O低电平0.2V）2.4.2TTL反相器63.采用输入级以提高工作速度

（1）当TTL反相器

I由3.6V变0.2V的瞬间0.9V1.4VT1管的变化先于T2、T3管的变化；T1管Je正偏、Jc反偏，T1工作在放大状态。T1管射极电流

1

iB1很快地从T2的基区抽走多余的存储电荷,从而加速了状态转换。2.4.2TTL反相器74.采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力当输出为低电平时，T3处于深度饱和状态，T4截止，T3的集电极电流可以全部用来驱动负载。输出为高电平时，T3截止，T4组成的电压跟随器的输出电阻很小，所以输出高电平稳定，带负载能力也较强。3.6V

2.1V1.4V

0.2V

0.9V

0.2V

3.6V2.4.2TTL反相器波形上升沿陡直。而当输出电压由高变低后，CL很快放电，输出波形的上升沿和下降沿都很好。输出端接有负载电容CL时，在输出由低到高跳变的瞬间，CL充电，其时间常数很小，使输出8

2vO/V

5

4

3

2

1

0

3.6V

.48V

0.2V

1

2

E

D

C

B

A

0.4V

1.1V

1.2V

vI/V

I很低，T1的发射结为正向偏置。T1饱和使T2、T3截止，同时T4和D导通。

O=3.6V。

I=

B

，T1仍维持饱和。但

B2=

C1增大使T2的发射结刚好正偏。

B2=

I+VCES

，

I(B)=VF－VCES=0.6V－0.2V≈0.4VCD段：当

I的值继续增加C点后，使T3饱和导通，

O

0.2V

I(D)=

BE3+

BE2－

CES1=(0.7+0.7－0.2)V=1.2V当

I的值从D点再继续增加时，T1将进入倒置放大状态，保持

O=0.2V

△

B2=△

I，BC段的斜率为d

O/d

I=

Rc2/Re2=

1.6。

I>

B时，由T1的集电极供给T2的基极电流，但T1仍保持为饱和状态。在BC段内，T2对

I的增量作线性放大:

*2.4.3TTL反相器的传输特性92.4.4TTL与非门1.TTL与非门电路多发射极BJT

A

B

&

BAL=

T1

e

e

e

e

b

b

c

c

102.TTL与非门电路的工作原理

任一输入端为低电平时:T1的发射结正向偏置而导通，T2截止。输出为高电平。TTL与非门各级工作状态

VCC(5V)

Rc4

130W

Rc2

1.6kW

Rb2

1.6kW

T4

T2

T3

T1

A

B

Re2

1kW

D

IT1T2T3T4

O输入全为高电平(3.6V)倒置使用的放大状态饱和饱和截止低电平（0.2V）输入有低电平(0.2V)深饱和截止截止放大高电平（3.6V）只有当全部输入端为高电平时：

T1将转入倒置放大状态，T2和T3均饱和，输出为低电平。2.4.4TTL与非门11

vO/V

5

4

3

2

1

0

3.6V

2.48V

0.2V

1

2

E

D

CB

A

0.4V

1.1V

1.2V

vI/V

各种类型的TTL门电路，其传输特性大同小异。VOH≈VO(A)＝3.6VVOL＝VCES

＝0.2VVIL

＝VI(B)＝0.4VVIH

＝VI(D)＝1.2V1、TTL与非门传输特性2、输入、输出的高、低电压2.4.5TTL与非门的技术参数123.TTL与非门噪声容限

输入噪声容限:输入高电平的噪声容限为

VNH=VOH(min)–VIH(min)

1

驱动门

vo

1

负载门

vI

噪声

1输出

1输入

0输入

0输出

vo

vI

+VDD

0

VNH

VOH(min)

VIH(min)

VNL

VOL(max)

VIL(max)

+VDD

0

输入低电平的噪声容限为VNL=VIL(max)–VOL(max)

当电路受到干扰时，在保证输出高、低电平基本不变的条件下，输入电平的允许波动范围。2.4.5TTL与非门的技术参数134.扇入与扇出系数

扇入数:取决于门的输入端的个数

扇出数:带同类门的个数。有带灌电流负载和拉电流负载两种情况:负载门驱动门0

VCC(5V)

Rb1

4kW

T1

IIL

T4

T3

Rc4

130W

D

当负载门的个数增加时，总的灌电流IIL将增加,引起输出低电压VOL的升高。带灌电流负载：输出低电平时。IILIOL2.4.5TTL与非门的技术参数101&141&4.扇入与扇出系数

扇入数:取决于门的输入端的个数

扇出数:带同类门的个数。有带灌电流负载和拉电流负载两种情况:负载门驱动门1

VCC(5V)

Rb1

4kW

T1

IIL

T4

T3

Rc4

130W

D

2.4.5TTL与非门的技术参数01带拉电流负载：门输出高电平时当负载门的个数增多时，必将引起输出高电压的降低。IIHIOH15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NOL≠NOH，则取较小的作为电路的扇出数。例题：扇出数计算举例2.4.5TTL与非门的技术参数16

电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。5.传输延迟时间

输入

同相

输出

反相

输出

50%

tPLH

50%

90%

10%

tr

tPLH

90%

50%

10%

tf

50%

tPLH

tPLH

90%

50%

10%

tf

90%

50%

10%

tr

VOL

VOH

VOL

VOH

0V

VCC

平均传输延迟时间tPd＝tPLH为门电路输出由低电平转换到高电平所经历的时间;tPHL为由高电平转换到低电平所经历的时间。(tPLH＋tPHL)/2——

表征门电路开关速度的参数176.功耗与延时

功耗积1、功耗分为:静态功耗：动态功耗：对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。2、延时功耗积DP=tpdPD2.4.5TTL与非门的技术参数指的是当电路没有状态转换时的功耗是在门的状态转换的瞬间的功耗。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。181.TTL或非门

2.4.6TTL或非门、OC门和三态门电路R1A

R1

R1B

R4

VCC

T1A

T2A

T2B

B

D

T3

R3

T4

AT1BL19

R1A

R1

R1B

R4

VCC

A

T1A

T2A

T2B

T1B

B

D

L

T3

R3

T4

1.TTL或非门

TTL或非门的逻辑电路若二输入端为低电平

0.9v0.2v0.2v0.9v3.6V

2.4.6TTL或非门、OC门和三态门电路201.TTL或非门

若A、B两输入端都为高电平

R1A

R1

R1B

R4

VCC

A

T1A

T2A

T2B

T1B

B

D

L

T3

R3

T4

2.1v3.6v3.6v2.1v0.3V

问题：若A、B两输入端中有一个为高电平，输出L=?2.4.6TTL或非门、OC门和三态门电路212.集电极开路门(OpenCollectorGate)

vOHvOLX2.4.6TTL或非门、OC门和三态门电路222.集电极开路门

TTL

电路

TTL

电路

D

C

B

A

T1

T2

VCC

RP

L

A

B

C

D

&

)()(CDABL=

VCC(5V)

Rc4

130W

Rc2

1.6kW

Rb2

1.6kW

T4

T2

T3

T1

A

B

Re2

1kW

D

2.4.6TTL或非门、OC门和三态门电路23

集电极开路门上拉电阻Rp的计算

TTL

电路

TTL

电路

D

C

B

A

T1

T2

VCCL

RP

在极限情况，上拉电阻Rp具有限制电流的作用。以保证IOL不超过额定值IOL(max)，故必须合理选用Rp的值。

另一方面，Rp的大小影响OC门的开关速度，Rp的值愈大，因而开关速度愈慢Rp(min)

2.4.6TTL或非门、OC门和三态门电路24集电极开路门上拉电阻Rp的计算举例

例2.4.2设TTL与非门74LS01(OC)驱动八个74LS04(反相器)，试确定一合适大小的上拉电阻Rp，设VCC＝5V。解：从器件手册查出得：VCC=5V，VOL(max)=0.4V，IOL(max)=8mA，IIL=400

A，VIH(min)=2V，IIH=20

A。IIL(total)=400

A×8=3.2mA得

VCC=5V，IIH(total)=20

A×8=0.16mA。

Rp的值可在985

至18.75k,之间选择,可选1k的电阻器为宜。所以2.4.6TTL或非门、OC门和三态门电路25集电极开路门的缺点：由于OC门输出不是推拉式(Totem)结构，电路的上升延迟很大，这是因为：T3退出饱和状态很慢；对输出负载电容的充电电流只能通过外接的RL来提供。因此，输出波形的上升沿时间很大。2.4.6TTL或非门、OC门和三态门电路26

3.三态与非门(TSL)三态钳位电路

R1

R2

R4

VCC

T4L

T3

R3T1与非门A

B

CS

T5

T6

T7

R5

R66

VCC

D3.6V1.4V0.7V当CS=1时CS数据输入端输出端LAB10010111011100三态与非门真值表=AB2.4.6TTL或非门、OC门和三态门电路27

R1

R2

R4

VCC

T4L

T