TTL逻辑门电路课件

TTL逻辑门电路

A+UCCRKRCCL2.4.1基本BJT反相器的动态性能图2.4.1NPN型BJT当基极电压为0.6~0.7V时处于放大状态，发射结加正向电压，集电结加反向电压，具有放大作用。RBRCVCCICIBvI+–0.6~0.7V+–2当基极电压为0.7V左右时处于饱和状态，发射结、集电结都加正向电压，iC

ICS，VCE=VCES0，BJT相当于接通的开关。RBRCVCCIBvI+–0.7V+–0.2V+–当基极电压小于0.5V，或者为负值，处于截止状态，发射结、集电结都加反向电压，iC0，iB0，VCE

VCC，BJT相当于断开的开关。RBRCVCCIB0vI+–<0.5V+–

VCC+–IC02.4.1TTL反相器的基本电路Rb1Rc2Re2Rc4T1T2T3T44K

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+5VFRLDvi+–vo+–图2.4.2TTL（Transistor-Transistor-Logic）——输入输出都是由三极管来完成的逻辑电路。T1是输入级，T2是倒相级，T3

、T4

是输出级。D1起保护作用，D起电平移位所有的TTL电路工作电压都是5V。UCCR1R2R4T4DT3R3D1T1T2uouIYA电路集成门电路的发展方向：高速、低功耗、高抗干扰能力、带负载能力强。1、TTL非门的工作原理T1的集电极电流是T2

的极小的反向基极电流（可以理解为T2

的集电极电阻很大），所以T1饱和、T2、T3截止，T4

、D

导通。UCCR1R2R4T4DT3R3D1T1T2uouIYA由于T4工作在射极输出器状态，所以带拉电流负载能力较强。uI=UIL时uO=UOH3.6V0.2V设UIL=0.2V，UIH=3.6V可以认为T3截止时有一个很小的漏电流，作为T4的下拉负载，但负载很轻，T4的基极电流就更小了，空载（没有外部负载）时，uO

=5–UBE4–UD=3.6V。0.9V

5VuI=UIH时uC2=UBES3+UCES2≈0.7+0.2=0.9V，迫使T4

截止，由于T3饱和。可见输出和输入之间是反相关系，即:空载输出时约为0.2VUCCR1R2R4T4DT3R3D1T1T2uouIYA3.6V1.4V0.9V0.7V0.2VuO=UOLuE1=3.6V，而T1的集电极被T2、T3的发射结限幅，uC1=1.4V，此时T1集电结正向导通而发射结反偏（常称为倒置工作状态），可使T2、T3饱和。2.1V2.采用输入级改进工作速度UCCR1R2R4T4DT3R3D1T1T2uouIYA3.6V0.2V1.4V0.9V0.7V0.2V由于原来T2,T3饱和通导，它们的基区存储电荷来不及消散，UB2=1.4V,UB1=0.9V,T1处于放大状态，抽走基区的存储电荷，使T2迅速脱离饱和进入截止状态3.采用推拉式输出级提高开关速度和带负载能力Rb1Rc2Re2Rc4T1T2T3T44K

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+5VFDvi+–CL图2.4.2—51230vo(V)4vi(V)ABCDE0.4V1.1V3.6V0.2V2.48V图2.4.31.2V2.4.3TTL反相器的传输特性2.4.4TTL与非门电路Rb1Rc2Re2Rc4T1T2T3T44K

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+5VFRLDvo+–ABC

BCA图2.4.5图2.4.5—2Rb1Rc2Re2Rc4T1T2T3T44K

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+5VRLDvo+–0.2V0.9V

5V3.6V3.6V3.6V图2.4.5—3Rb1Rc2Re2Rc4T1T2T3T44K

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+5VRLDvo+–3.6V3.6V3.6V2.1V0.9V0.2V2.4.5TTL与非门的技术参数1.传输特性TTL与非门的传输特性是在只保留其中一个输入端，而把其它输入端接高电平时，该输入端与输出端之间的关系。所以TTL与非门与TTL反相器的传输特性是一致的。1230vo(V)4vi(V)ABCDE0.4V1.1V3.6V0.2V1.2V2.48V事实上，TTL门电路系列的各种电路（与下面将用讨论的或非门等），其传输特性以及其它参数都是基本一致的。2.输入和输出高、低电平时的电压输出高电平电压VOH（≥2.4V）输出高电压的最小值VOH（min）=2.4V输出低电平电压VOL（≤0.4V)输出低电压的最大值VOL（max）=0.4V。输入高电平电压VIH（≥2V）输入高电平的最小值VIH（min

）=2V。-------开门电平电压VON输入低电平电压VIL（≤0.8V）输入低电平电压最大值VIL(max)=0.8v------关门电平电压VOFF关门电平电压VOFF和开门电平电压VON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。常称为输入低电平电压，用VIL（max）表示。规定VIL（max）=0.8V。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。常称为输入高电平电压，用VIH（min）表示。规定VIH（min）=2V。阈值电压Vth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，与非门关门，输出高电平；

Vi＞Vth，与非门开门，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。Vth的值为1.3V～1.４V。低电平噪声容限

VNL＝VOFF-VOL（max）＝0.8V-0.4V＝0.4V高电平噪声容限

VNH＝VOH（min）-VON＝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，即它的输入信号允许一定的容差，称为噪声容限。3.噪声容限

（a）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，产品规定IOL=16mA。由此可得出:NOL称为输出低电平时的扇出系数。4.扇入和扇出数⑴.扇入数⑵.扇出数

（b）拉电流负载——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。

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：

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IOH。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。tpHLtpLH输入波形输出波形50%50%TpHL：从输入脉冲的上升沿的50%到输出脉冲的下降沿的50%所需要的时间。TpLH：从输入脉冲的下降沿的50%到输出脉冲的上升沿的50%所需要的时间。Tpd=(TpHL+

TpLH)/25.传输延迟时间6.功耗PD可分为静态功耗和动态功耗。静态功耗是当电路没有状态转换时的空载功耗。是指与非门空载时电源电流与电源电压的乘积。当输出为低电平时称为空载导通功耗PON

，输出为高电平时称为空载截止功耗POFF。动态功耗只发生在状态转换瞬间，或者电路有负载电容时，由该电容的充放电过程所引起的功耗。对TTL来说，静态功耗是主要的。7.延时—功耗积DP其中Tpd=(TpHL+

TpLH)/2PD

功耗2.4.6TTL或非门、集电极开路门和三态门电路1.TTL或非门R1AR2R3R4T1AT2AT3T4+5VLRLDT1BT2BR1BR1AR2R3R4T1AT2AT3T4+5VLRLDT1BT2BR1B3.6V0.2V0.2V2.1V+–+–R1AR2R3R4T1AT2AT3T4+5VLRLDT1BT2BR1B0.2V0.2V3.6V0.9V0.9V+–+–2.集电极开路（OC）门

以集电极开路的反相器为例，就是原反相器去掉T3、D2，T4的集电极内部开路。R4T3D2AUCCR1T4R3D1T1T2YR2UCC2RL1AYOC反相器符号这样就可以带一些小型的继电器。

实际上这种电路必须接上拉负载才能工作，负载的电源UCC2一般可工作在12～24V。Rb1Rc2Re2T1T2T3+5VYABC

BCATTL与非门的OC门的结构TTL与非门的OC门的电路符号多个OC门的输出端并联作线与使用时，应共用一个上拉电阻RP

。Rb1Rc2Re2T1T2T3+5VY1ABCRb1Rc2Re2T1T2T3+5VY2ABC+5VYRP上拉电阻RP的选择⑴.灌电流（输出低电平）时Rb1Rc2Re2T1T2T3+5VY1ABCRb1Rc2Re2T1T2T3+5VY2ABC+5VYRPIOLIIL（total）IRL其中IIL（total）是所有负载门的低电平输入电流之和。⑵.拉电流（输出高电平）时Rb1Rc2Re2T1T2T3+5VY1ABCRb1Rc2Re2T1T2T3+5VY2ABC+5VYRPIIH(total)IRL输出低电平为0.3V（T4饱和），输出的高电平接近UCC2（T4截止）。特别说明：OC门不是功能的分类，只是电路的输出结构不同，输出还可以并联。AUCCR1T4R3D1T1T2YR2UCC2RL输入、输出的电平不一致，这种功能叫电平转换。OC与非门输出并联后，所实现的逻辑功能是：Y＆＆UCC2RLABCDOC门的应用这种功能叫线与。线与2.三态（TS）门

三态门是指输出除了高、低电平，还有一个状态：高阻。当当叫做使能端，低电平有效现以一个三态反相器为例介绍D1、D2截止，实际上普通的反相器，实现正常的反相功能。时D1、D2

导通，迫使T2、T3、T4都截止，输出端就呈现高阻状态时使能端也有高电平使能的1ENAYUCCYR4T3D2AR1T4R3T1T2R2D2D11EN三态反相器符号三态输出TTL与非门TSL（—TristateLogic）Rb1Rc2Re2Rc4T1T2T3T44K

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+5VFRLD1vo+–ABCSD2Rb1Rc2Re2Rc4T1T2T3T44K

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+5VFRLD1vo+–ABCSD23.6VRb1Rc2Re2Rc4T1T2T3T44K

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+5VFRLD1vo+–ABCSD20V0.7V0.7V

使能端CS=1时，输出端状态由各输入端状态决定，实现与非逻辑；使能端CS=0时，输出端呈高阻态。

片选控制端CS也叫使能端，TSL门的逻辑功能是：

BCS

AEN三态门的典型应用分时控制电路依次使三态门G1、G2

……

G7使能（且任意时刻使能一个），就将D1、D2

……

D7（以反码的形式）分时送到总线上1EN1EN1EN分时控制电路D0D1D7G0G1G7在一些复杂的数字系统中（如计算机）为了减少各单元电路之间的连线，使用了“总线”011101110总线双向传输数据线当G1使能，G2高阻时当时G2使能，G1高阻

1EN1G1G21ENAB/BABAX数据从A到B数据从B到AX01012.4.7抗饱和TTL门电路肖特基三极管是由普通的双极型三极管和肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode，简称SBD）组合而成的。SBDSBD的开启电压很低，只有0.4V左右。并在三极管基—集之间，当集电结进入正偏时，SBD首先导通，将集电结的正向压降钳位在0.4V。此后，从基极注入的过驱动电流经过SBD直接到达集电极，使三极管不能进入深饱和状态。从而缩短了三极管的存储时间，提高了管子的开关速度。Rb1Rc2Rb4Rc4T1T2T3T42.8K

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+5VLDAABDBT5T6Rb6370

Rc6250

图2.4.15Rb1Rc2Re2Rc4T1T2T3T44K

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+5VFRLDvo+–ABC有源下拉电路1230vo(V)4vi(V)1.2抗饱和TTL电路的电压传输特性⑶当T2由截止变为导通的瞬间