数字电子技术第二章 逻辑门电路2.ppt

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；Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1 + – vI T3 + – vO 负载 Re2 1K W VCC(5V) 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 深度饱和截止导通导通截止饱和低电平T4D4T3T2T1输入高电平输出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:倒置的放大状态 T4和D截止使输出为低电平.vO=vC3=VCES3=0.3V输入A输出L0110逻辑真值表 逻辑表达式 L = A 饱和截止T4低电平截止截止饱和倒置工作高电平高电平导通导通截止饱和低电平输出D4T3T2T1输入(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）=2.4V3.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。

４.标准输出低电平USL ——产品规 定输出低电压的最大值VOL（max）=0.4V５.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）=0.8V6.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）=2V7.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，非门关门，输 出高电平；Vi＞Vth，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输入低电平噪声容限(最大允许正向干扰电压)VNL＝VIL(max)-VOL（max）＝0.8V-0.4V＝0.4V 输入高电平噪声容限(最大允许负向干扰电压)VNH＝VOH（min）-VIH(min)＝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TTL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IIL＜1.6mA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βi的值远小于1，所以IIH的数值比较小，产品规定：IIH＜40uAT1倒置的放大状态：这时IIH=βiIB1，βi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，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NOH≠NOH，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～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BJTT1e e b ceeb cA& BAL=B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 IT1T2T4T3O输入全为高 电平 (3.6V)倒置使用的放大 状态饱和截止饱和低电平 （0.2V）输入有低电 平 (0.2V)深饱和截止放大截止高电平 （3.6V）•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vOHvOL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L = A B VCC3.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（min），(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）＜RP＜RP（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CS数据输入端输出端L AB 0001 011 101 110 1××高阻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5．74LS系列——为低功耗肖特基系列6．74AS系列——为先进肖特基系列，它是74S系列的后继产品7．74ALS系列——为先进低功耗肖特基系列，是74LS系列的后继产品十一、其他生产工艺类型的TTL门电路1．74系列——为TTL集成电路的早期产品，属中速TTL器件2．74L系列——为低功耗TTL系列，又称LTTL系列3．74H系列——为高速TTL系列4．74S系列——为肖特基TTL系列，进一步提高了速度。