数字电子技术 第六版 课件 3ch3 TTL集成逻辑门电路

3.3

TTL集成逻辑门电路3.3.1TTL与非门3.3.2其他功能的TTL门电路3.3.3

TTL数字集成电路系列第3章集成逻辑门电路ABCVT4VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V输入级中间倒相级输出级1、电路结构逻辑符号2.8k

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VT1VT2VT3VT5VT63.3.1TTL与非门一、TTL与非门的工作原理

输入级主要由多发射极管VT1

和基极电阻

R1组成，用以实现输入变量A、B、C的与运算。

VD1~VD3为输入钳位二极管，用以抑制输入端出现的负极性干扰。正常信号输入时，VD1

~VD3不工作，当输入的负极性干扰电压大于二极管导通电压时，二极管导通，输入端负电压被钳在-0.7V上，这不但抑制了输入端的负极性干扰，对VT1

还有保护作用。ABCVD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V输入级中间倒相级输出级STTL系列与非门电路逻辑符号2.8k

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3.3.1TTL与非门一、TTL与非门电路工作原理VT1VT2VT3VT5VT6VT4

中间级起倒相放大作用，VT2

集电极C2和发射极E2同时输出两个逻辑电平相反的信号，分别驱动VT3和VT5。RB、RC和VT6

构成有源泄放电路，用以减小VT5管开关时间，从而提高门电路工作速度。1、电路结构ABCVD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V输入级中间倒相级输出级逻辑符号2.8k

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3.2.1TTL与非门一、TTL与非门工作原理

输出级由VT3、VT4、R4、R5和VT5组成。其中

VT3和VT4

构成复合管，与VT5构成推拉式输出结构，提高了负载能力。VT1VT2VT3VT5VT6VT41、电路结构

VD1~VD3在正常信号输入时不工作，因此下面的分析中不予考虑。RB、RC和V6所构成的有源泄放电路的作用是提高开关速度，它们不影响与非门的逻辑功能，因此下面的工作原理分析中也不予考虑。

因为抗饱和三极管VT1的集电结导通电压为0.4V，而VT2、VT5发射结导通电压为0.7V，因此要使VT1集电结和VT2、VT5发射结导通，必须uB1≥1.8V。0.3V3.6V3.6V

输入端有一个或数个为低电平时，输出高电平。

输入A为低电平端对应的发射结导通，uB1=0.7V+0.3V=1V，VT1导通。1V这时VT2、VT5截止。

VT2截止，使VT1集电极等效电阻很大，使IB1>IB1(sat)，VT1饱和。VT2截止使uC2

VCC=5V，5V因此，输入有低电平时，输出为高电平。截止截止饱和VT3微饱和，VT4放大工作。uY=

5V

-

0.7

V

-

0.7

V

=

3.6

V电路输出为高电平。微饱和放大一﹑TTL与非门工作原理2﹑工作原理

因此，

输入均为高电平时，输出为低电平。综上所述,该电路实现了与非逻辑功能。3.6V3.6V3.6V因此，VT1发射结反偏而集电极正偏，称处于倒置放大状态。1.8V这时VT2、VT5饱和。uC2=UCE2(sat)+uBE5=0.3V+0.7V=1V使VT3导通，而VT4截止。1VuY=UCE5(sat)

0.3V

电路输出为低电平0.3VVT4截止使VＴ5的等效集电极电阻很大，使IB5>IB5(sat)，因此，VT5饱和。倒置放大饱和饱和截止导通

TTL电路输入端悬空时相当于输入高电平。

输入均为高电平时，输出低电平VCC经

R1使

VT1集电结和

VT2、VT5发射结导通，使uB1=1.8V。注意一﹑TTL与非门工作原理2﹑工作原理二

、TTL与非门的使用特性1.

输出高电平和低电平（1）输出高电平UOH—TTL与非门输出端外接负载增多时输出UOH会下降﹐UOH在2.4～3.6V之间为合格。（2）输出低电平UOL—TTL与非门输出UOL在0～0.5V之间为合格。二

、TTL与非门的使用特性2.

关门电平和开门电平（2）开门电平UON—输出电压uo为低电平UOL上限值UOL(max)时对应的输入电压值称为UON。只有输入电压uI>UON时，与非门才开通，输出低电平。UON在1.4～1.8V之间。（1）关门电平UOFF—输出电压uo为高电平UOH的下限值UOH(min）时对应的输入电压值称为UOFF。只有输入电压uI<UOFF时，与非门才关闭，输出高电平。UOFF在0.8～1V之间。二

、TTL与非门的使用特性3.

关门电阻和开门电阻（2）开门电阻RON—在RI上产生的电压为开门电平UON时对应的电阻RI值称为RON。RI>RON时，门开通。（1）关门电阻ROFF—在RI上产生的电压为关门电平UOFF时对应的电阻RI值称为ROFF。RI<ROFF时，门关闭。设与非门一个输入端对地接的电阻为RI，其余输入端都悬空。二

、TTL与非门的使用特性4.

输入噪声容限输入噪声容限表示与非门抗干扰能力的大小，噪声容限越大，抗干扰能力越强。（1）输入低电平噪声容限UNL。与非门输出保持高电平时允许输入低电平UIL上叠加的正向电压。因此，输入低电平噪声容限UNL为UNL=UOFF－

UIL（2）输入高电平噪声容限UNH。与非门输出保持低电平时允许输入高电平UIH上叠加的负向电压。因此，输入高电平噪声容限UNH为UNH=UIH－UON二

、TTL与非门的使用特性5.

输入低电平电流和高电平电流（1）输入低电平电流IIL—与非门一个输入端接低电平，其他输入端都悬空，流出低电平输入端的电流IIL，其又称为输入短路电流。（2）输入高电平电流IIH—与非门一个输入端接高电平，其它输入端都悬空，流入高电平输入端的电流IIH，其又称为输入漏电流。6.负载能力负载电流流入与非门的输出端。负载电流从与非门的输出端流向外负载。负载电流流入驱动门IOL负载电流流出驱动门IOH输入均为高电平输入有低电平输出为低电平输出为高电平灌电流负载拉电流负载

不管是灌电流负载还是拉电流负载，负载电流都不能超过其最大允许电流，否则将导致电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。实用中常用扇出系数NO表示电路负载能力的大小。门电路输出端外接负载通常为带同类门电路的个数。

通常按照负载电流的流向将与非门负载分为

灌电流负载拉电流负载

由于三极管存在开关时间，元、器件及连线存在一定的寄生电容，因此输入矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。输入信号UOm0.5UOm0.5UImUIm输出信号7.

传输延迟时间输入电压波形下降沿0.5UIm处到输出电压上升沿0.5Uom处间隔的时间称截止延迟时间，用tPLH表示。输入电压波形上升沿0.5UIm处到输出电压下降沿0.5Uom处间隔的时间称导通延迟时间，用tPHL表示。平均传输延迟时间tpd

tPHLtPLH

tpd越小，则门电路开关速度越高，工作频率也越高。0.5UIm0.5UOm8.

功耗-延迟积

常用功耗P和平均传输延迟时间tpd的乘积(简称功耗

–延迟积)

来综合评价门电路的性能，即M=Ptpd

M

又称品质因素，其值越小，说明综合性能越好。

性能优越的门电路应具有功耗低、工作速度高的特点，然而这两者是矛盾的。三、与非门的应用1.

构成简单控制电路当B=0时,与非门关闭，输入信号A不能通过与非门，输出Y=1；当B=1时,与非门开通，输入信号A通过与非门，输出Y的信号与输入A反相。2.

构成与门、或门和非门3.

简易逻辑状态测试笔测试点低电平时亮红灯绿灯测试点高电平时亮

使用时需外接上拉电阻RL

即Opencollectorgate，简称

OC门。

常用的有集电极开路与非门、三态门、或非门、与或非门和异或门等。它们都是在与非门基础上发展出来的，TTL与非门的上述特性对这些门电路大多适用。VC可以等于VCC也可不等于VCC

3.2.2其他功能的

TTL门电路

一、集电极开路与非门1.

电路、逻辑符号和工作原理输入都为高电平时，

VT2和VT5饱和导通，输出为低电平UOL

0.3V。输入有低电平时，VT2和VT5截止，输出为高电平UOH

VC。因此具有与非功能。

工作原理OC门

相当于与门作用。因为Y1、Y2中有低电平时，Y为低电平；只有

Y1、Y2均为高电平时，Y才为高电平，故Y=Y1·Y2。2.OC门的应用(1)

实现线与两个或多个OC门的输出端直接相连，相当于将这些输出信号在输出线上相与，故称为线与。

Y只有OC门才能实现线与。普通TTL门输出端不能并联，否则可能损坏器件。注意

（2）驱动继电器OC门输出低电平UOL时，有较大的集电极电流流经继电器线圈，簧片闭合，VD截止，对工作没有影响。当OC门由低电平UOL到高电平UOH瞬间，继电器线圈中的电流突然间为0，线圈产生下正上负的自感电动势，使VD导通，自感电动势被吸收掉，并有保护OC门输出管的作用。2.OC门的应用(3)驱动显示器[例]

下图为用

OC门驱动发光二极管LED的显示电路。已知LED的正向导通压降UF=2V，正向工作电流

IF=10mA，为保证电路正常工作，试确定RC的值。解：为保证电路正常工作，应满足因此

RC=270

分析：该电路只有在A、B均为高电平，使输出uO为低电平UOL时，LED才导通发光；否则LED中无电流流通，不发光。要使LED发光，应满足

IRc

IF=10mA。2.OC门的应用IRC＝TTLCMOSRLVDD+5V(4)实现电平转换

TTL与非门有时需要驱动其他种类门电路，而不同种类门电路的高低电平标准不一样。应用OC门就可以适应负载门对电平的要求。

OC门的输出UOL

0.3V，UOH

VDD，正好符合CMOS电路输入UIH

VDD，UIL

0V的要求。

VDDRL2.OC门的应用

即Tri-StateLogic门，简称TSL门。其输出有高电平态、低电平态和高阻态三种状态。三态输出与非门电路01100.3V1V导通截止截止

另一方面，VT1导通，uB1=0.3V+0.7V=1V,VT2、VT5截止。这时，从输出端Y

向左看，对地和对电源VCC都相当于开路，输出端呈现高阻态，相当于输出端开路。Y=AB1V导通截止截止ZEN＝1时，P＝0,uP＝0.3V，这时VD

导通，uC2=0.3V+0.7V=1V，使VT3导通、VT4截止。二、三态输出门1.

三态输出门的工作原理工作原理EN=0时，P=1，VD

截止电路等效为一个输入为A、B和P＝1的TTL与非门。

Y=AB

综上所述，可见：1.

三态输出门的工作原理只有当使能信号EN=0时才允许三态门工作，故称EN低电平有效。EN

称使能信号或称控制信号，A、B称数据信号。当EN=0时，Y=AB，三态门处于工作态；当EN=1时，三态门输出呈现高阻态，又称禁止态。EN即Enable功能表Z0AB1YEN使能端的两种控制方式使能端低电平有效使能端高电平有效功能表Z1AB0YENENZ即高阻2.

三态输出门的应用任何时刻EN1、EN2、

EN3中只能有一个为有效的高电平，使相应三态门工作，而其他三态门处于高阻状态，从而实现了总线的复用。总线(1)构成单向总线DIDO/DIDO00高阻态工作DIEN=0时，总线上的数据DI经反相后在G2输出端输出。(2)构成双向总线DIDO/DIDO11工作DO高阻态EN=1时，数据DO经G1反相后传送到总线上。DIDO/DIDO11工作DO高阻态EN=1时，数据DO经G1反相后传送到总线上。DO/DID0DI三、异或门1.

电路、逻辑符号和工作原理三、异或门2.

异或门的应用

正码/反码电路B=0时，Y0Y1Y2Y3=A0A1A2A3输出正码（原码）；B=1时，输出反码。Y0Y1Y2Y3=A0A1A2A3电路应用提示：1.电源电压用

+5V，74系列应满足5V

5%。2.输出端的连接

普通TTL门输出端不允许直接并联使用。

三态输出门的输出端可并联使用，但同一时刻只能有一个门工作，其他门输出处于高阻状态。集电极开路门输出端可并联使用，但公共输出端和电源VCC之间应接负载电阻RL。输出端不允许直接接电源VCC或直接接地。输出电流应小于产品手册上规定的最大值。3.

多余输入端的处理与门和与非门的多余输入端接逻辑

1或者与有用输入端并接。接

VCC通过

1~10k

电阻接

VCC与有用输入端并接

TTL电路输入端悬空时相当于输入高电平，做实验时与门和与非门等的多余输入端可悬空，但使用中多余输入端一般不悬空，以防止干扰。或门和或非门的多余输入