数字电子技术第二章逻辑门电路.ppt

1、第三节 TTL逻辑门,一. 标准生产工艺的TTL非门的工作原理,二*. TTL非门的电压传输特性曲线和电路参数,三. TTL非门输入特性和从其上可以得出的参数,四. TTL非门的输入负载特性和从其上可以得出的参数,五. TTL非门的输出特性和从其上可以得出的参数,六. 传输延迟时间,七. 功率损耗和功耗_延时积,八.其他逻辑功能的TTL门电路,九.集电极开路(OC)的TTL门电路,十.TTL三态输出门电路,十一.其他生产工艺类型的TTL门电路,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

2、有较快开关速度的实用型TTL门电路。,引言,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；,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,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 = 0.3 V）,T1 深度饱和,T2 、 T3截止，T4 、D导通,（2）当输入为高电平（I = 3.6 V）,T2、T3饱和导通,T1:倒

3、置的放大状态。,T4和D截止。,使输出为低电平. vO=vC3=VCES3=0.3V,逻辑真值表,(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,(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。 .标准输出低电平USL 产品规定输出低电压的最大值 VOL（max）=0.

4、4V,.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。,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：VthVOFF

5、VON 即ViVth，非门关门，输出高电平； ViVth，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1.3V1.V。,输入低电平噪声容限(最大允许正向干扰电压) VNLVIL(max)-VOL（max）0.8V-0.4V0.4V 输入高电平噪声容限(最大允许负向干扰电压) VNHVOH（min）-VIH(min)2.4V-2.0V0.4V,TTL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,三.输入特性和从其上可以得出的参数,（一）标准生产工艺的T

6、TL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。,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IIL1.6mA。,（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,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i的值远小于1， 所以IIH的数值比较小，产品规定：IIH40uA。,T1倒置的放大状态：这时IIH=iIB1，i为倒置放大的电流放大系数。,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

7、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,（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。,(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，

8、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,（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NOLNOH，常取

9、两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用No表示。,例 查得基本的TTL与非门7410的参数如下： IoL16mA，IIL 1.6mA，IoH0.4mA，IIH0.04mA.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NOHNOH，则取较小的作为电路的扇出数。,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

10、十几个纳秒。,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。,(一) TTL与非门电路,多发射极BJT,八.其他逻辑功能的TTL门电路,1.电路,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,当全部输入端为高电平时：,输出低电平,输出高电平,(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

11、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,vOH,vOL,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。,(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,3.国标符号,（三）集电极开路的TTL门电路可以实现线与运算,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（mi

12、n），,(四)OC门进行线与时，外接上拉电阻RP的选择：,Rp(max)=,(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）RPRP（max）,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,（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,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,574LS系列为低功耗