TTL集成門(mén)電路

1、按按集成度集成度不同不同小規(guī)模集成電路：小規(guī)模集成電路：SSISSI中規(guī)模集成電路：中規(guī)模集成電路：MSIMSI大規(guī)模集成電路：大規(guī)模集成電路：LSILSI超大規(guī)模集成電路：超大規(guī)模集成電路：VLSIVLSI按按內(nèi)部有源器件內(nèi)部有源器件不同不同雙極型集成電路：雙極型集成電路：TTLTTL單極型集成電路：?jiǎn)螛O型集成電路：CMOSCMOS2.3 TTL集成集成門(mén)電路門(mén)電路集成門(mén)電路：集成門(mén)電路：把構(gòu)成門(mén)電路的元器件和導(dǎo)線都制做在一塊半把構(gòu)成門(mén)電路的元器件和導(dǎo)線都制做在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來(lái)，就構(gòu)成了導(dǎo)體芯片上，再封裝起來(lái)，就構(gòu)成了集成門(mén)電路。集成門(mén)電路。 2.3 TTL集成集成門(mén)電路門(mén)電路T

2、TL：輸入輸出都是由三極管來(lái)完成的邏輯電路輸入輸出都是由三極管來(lái)完成的邏輯電路。Transistor-Transistor-Logic晶體管晶體管邏輯電路晶體管晶體管邏輯電路一般是中小規(guī)模集成電路一般是中小規(guī)模集成電路所有的所有的TTL電路工作電壓都是電路工作電壓都是5V。 一、一、TTL反相器的工作原理反相器的工作原理T1是輸入級(jí)，是輸入級(jí)， T2是中間級(jí)，是中間級(jí)， T3 、 T4 是輸出級(jí)。是輸出級(jí)。D1起保護(hù)作用，起保護(hù)作用， D起電平移位作用起電平移位作用中間級(jí)：又叫中間反相級(jí)中間級(jí)：又叫中間反相級(jí) 1 電路組成電路組成T1導(dǎo)通，T1基極電位被鉗位在1V UCCR1R2R4T3DT4

3、R3D1T1T2uouIYA由于T3工作在射極輸出器狀態(tài)，所以帶負(fù)載能力較強(qiáng) uI=UIL時(shí)時(shí)uO=UOH3.6V0.3V設(shè)UIL=0.3V，UIH=3.6V uO =5 UBE3 UD2=3.6V。1VT1基極到地至少有兩個(gè)PN結(jié) T2截止 T4截止 截止截止5V電源通過(guò)R2向T3基極提供電壓 T3和D都導(dǎo)通 uI=UIH時(shí)UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYAuC2=UBES4+UBES20.7+0.3=1V，可見(jiàn)輸出和輸入之間是反相關(guān)系，即 :空載輸出時(shí)約為0.3V3.6V1.4V1V0.7V0.3VAY uO=UOLuE1=3.6VT1：倒置工作狀態(tài)（集電結(jié)正向?qū)ǘ?/p>

4、發(fā)射結(jié)反偏假設(shè)假設(shè)T1導(dǎo)通4.3V4.3V電壓足以使三個(gè)PN結(jié)導(dǎo)通 2.1V截止飽和T3 、 D截止，T4飽和。二、二、TTL非門(mén)的特性曲線門(mén)的特性曲線 輸出電壓隨輸入電壓輸出電壓隨輸入電壓uI的變化可用曲線表示出來(lái)，叫電壓傳輸特性的變化可用曲線表示出來(lái)，叫電壓傳輸特性（一）電壓傳輸特性 uO/VuI/V055UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA電壓傳輸特性 輸入高電平時(shí)，輸出低電平輸入低電平時(shí)，輸出高電平電壓傳輸特性大致可分四段 uO/VuI/V055ABCDEAB段： UI0.5 V時(shí)，uO= 3.6V 截止區(qū)截止區(qū)截止區(qū)BC 段：0.5uI1.4V uo=0.3V 飽

5、和區(qū)飽和區(qū) 飽和區(qū)主要參數(shù)主要參數(shù)閾值電壓閾值電壓T4管由截止到導(dǎo)通，輸出由高電平到低電平時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓 ABCDE門(mén)檻電壓、門(mén)限電壓 近似分析時(shí)：UI Uth 門(mén)飽和，輸出低電平UL； UI Uth 門(mén)截止，輸出高電平UH 關(guān)門(mén)電平關(guān)門(mén)電平保證反相器處于截止?fàn)顟B(tài)（輸出為高電平）所對(duì)應(yīng)的輸入電壓的最大值 Uth 1.4VABCDEBABCDEACDEB閾值電壓ABCDEABCDEACDECuO/VuI/V055BADEUOFF =0.8V 開(kāi)門(mén)電平開(kāi)門(mén)電平保證反相器處于導(dǎo)通狀態(tài)（輸出為低電平）所對(duì)應(yīng)的輸入電壓 UOFF =2.0V UOFF =1.8V Uihmin =2.0V 要使反相器可

6、靠截止，輸出為高電平，要使反相器可靠截止，輸出為高電平，UIUON噪聲容限TTL電路中電路中 標(biāo)稱(chēng)值：標(biāo)稱(chēng)值：UL=0.3V，UH=3.6V輸入U(xiǎn)I偏離標(biāo)稱(chēng)值時(shí)，輸出并不是立即變化，只要噪聲不超過(guò)一定限度，輸出端的邏輯狀態(tài)就不會(huì)受到影響。這個(gè)不允許超過(guò)的界限叫做噪聲容限噪聲容限 一般規(guī)定：TTL門(mén)輸出低電平最大值是0.4V；輸出高電平最小值是2.4V 低電平噪聲容限： UNL = UOFF UIL0.4V高電平噪聲容限:UNH = UIH - UON 0.4V一般一般:ROFF=700 RON =2.5k主要參數(shù)主要參數(shù)開(kāi)門(mén)電阻開(kāi)門(mén)電阻(RON)關(guān)門(mén)電阻關(guān)門(mén)電阻(ROFF)當(dāng)輸入電阻當(dāng)輸入電阻

7、Ri RON時(shí)時(shí),相當(dāng)輸入相當(dāng)輸入高電平，門(mén)開(kāi)，輸出低電平。高電平，門(mén)開(kāi)，輸出低電平。當(dāng)輸入電阻當(dāng)輸入電阻Ri ROFF時(shí)時(shí),相當(dāng)輸入相當(dāng)輸入低電平，門(mén)關(guān)，輸出高電平。低電平，門(mén)關(guān)，輸出高電平。懸空懸空 易引入干擾易引入干擾TTLTTL與非門(mén)多余輸入端的處理與非門(mén)多余輸入端的處理接高電平接高電平(如通過(guò)電阻接電源如通過(guò)電阻接電源):不增加信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流不增加信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流與有用端并聯(lián)與有用端并聯(lián):增加可靠性，需驅(qū)動(dòng)電流大增加可靠性，需驅(qū)動(dòng)電流大在保證反相器開(kāi)啟，輸出為額定低電平的條件在保證反相器開(kāi)啟，輸出為額定低電平的條件下，所允許的輸入電阻下，所允許的輸入電阻Ri的最小值的最小值在保證反相器關(guān)閉

8、，輸出為高電平的條件下，在保證反相器關(guān)閉，輸出為高電平的條件下，所允許的輸入電阻所允許的輸入電阻Ri的最大值的最大值（三）輸出特性1.高電平輸出特性輸出高電平時(shí)的等效電路UCCR2R4T3DuoRLIOH 隨著拉電流負(fù)載電流的增大，輸出高電平下降。當(dāng)RL =0時(shí)，叫輸出短路電流IOS輸出為高電平時(shí)，對(duì)地短路的時(shí)間不能超過(guò)1秒秒U(xiǎn)CCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA輸出高電平輸出時(shí)，T2 、 T4 ，截止等效2.低電平輸出特性輸出低電平時(shí)，D、T3 ，截止， T4飽和UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA T4工作在飽和狀態(tài)，輸出電阻很小（一般只有十幾左右），

9、故隨灌電流IOL增大輸出低電平緩慢上升。輸出低電平時(shí)的等效電路等效RLUCCT4uoIOL扇入系數(shù)和扇出系數(shù)扇入系數(shù)和扇出系數(shù)ISLOIINmax根據(jù)輸出端為低電平時(shí)允許灌入的最大負(fù)載電流ILmax，可求出驅(qū)動(dòng)門(mén)的扇出系數(shù)NO： 扇入系數(shù)是指門(mén)的輸入端數(shù)扇出系數(shù)是指一個(gè)門(mén)能驅(qū)動(dòng)同類(lèi)型門(mén)的個(gè)數(shù)5.動(dòng)態(tài)特性tpLH：截止延遲時(shí)間對(duì)TTL電路：典型值為：tpHL=8ns tpLH=12ns tpd=10 ns 最大值為：tpHL=15ns tpLH=22ns tpd=18.5 ns 早些的資料典型值tpd=20 ns另外：在輸入電壓跳變瞬間，電源會(huì)出現(xiàn)尖峰電流傳輸延遲時(shí)間：tpd=（tpHL+tpL

10、H）/2tpHL：導(dǎo)通延遲時(shí)間三、其它功能的三、其它功能的TTL門(mén)電路門(mén)電路 常用的其它功能的TTL門(mén)電路有：與門(mén)、與非門(mén)、或門(mén)、或非門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén)。 ABCV1B1R1R2B2B3R3V4VDLV3R4 ECV2B41、與非門(mén)、與非門(mén)將輸入級(jí)T1換成多發(fā)射極三極管，相當(dāng)基極、集電極并聯(lián)在一起，發(fā)射極做輸入，實(shí)現(xiàn)與的功能 CBAL2、或非門(mén)、或非門(mén)T1、R1、T2、和T1、R1、T2是完全相同的兩部分 BAFT2和T2輸出并聯(lián)，有一個(gè)導(dǎo)通，則T4導(dǎo)通，輸出低電平 3、與門(mén)、或門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén)與門(mén)、或門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén) CDABF在與非門(mén)中間級(jí)再加一個(gè)反相電路，可得與門(mén)。F=AB在或

11、非門(mén)中間級(jí)再加一個(gè)反相電路，可得或門(mén)。F=A+B將或非門(mén)輸入級(jí)三極管換成多發(fā)射極三極管，可得與或非門(mén) 異或門(mén)可由非門(mén)、與門(mén)和或門(mén)組合而成。F=A B在使用這些門(mén)電路時(shí)，會(huì)遇到多余輸入端的問(wèn)題，處理方法是 &AABAB&YBUCCABYUCCYYABABBYABABY1ABABBYABABY1與門(mén)、與非門(mén)的處理辦法是一樣的，并聯(lián)使用或接電源或門(mén)、或非門(mén)的處理辦法是一樣的，并聯(lián)使用或接地BAAB11ABY111111YYBABABBAYBABAY0BABBAYBABAY0四、集電極開(kāi)路門(mén)和三態(tài)門(mén)四、集電極開(kāi)路門(mén)和三態(tài)門(mén) 1.集電極開(kāi)路（集電極開(kāi)路（OC）門(mén)）門(mén) 使用一般的TTL邏輯

12、門(mén)時(shí)，不能將兩個(gè)門(mén)的輸出端直接相連，否則將導(dǎo)致邏輯門(mén)損壞普通TTL門(mén)輸出高電平不會(huì)超過(guò)5V 5VR3V3VD3門(mén)1V45VR3V3VD3門(mén)2V4L1L2去掉T3 、D， 讓T4的集電極開(kāi)路R4T3DAUCCR1T4R3D1T1T2YR2UCC2RL1AYOC反相器符號(hào)這種電路必須接上拉負(fù)載才能工作輸出低電平為0.3V （ T4飽和），輸出的高電平接近UCC2（ T4截止） 。特別說(shuō)明：OC門(mén)不是功能的分類(lèi)，只是電路的輸出結(jié)構(gòu)不同，輸出還可以并聯(lián)。AUCCR1T4R3D1T1T2YR2UCC2RL輸入、輸出的電平不一致，這種功能叫電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換 。OC與非門(mén)輸出并聯(lián)后，所實(shí)現(xiàn)的邏輯功能是：CD

13、ABCDABYYUCC2RLABCDOC門(mén)的應(yīng)用這種功能叫線與線與 。線與OC門(mén)的用途：門(mén)的用途：構(gòu)成線與，完成與或非邏輯做電平轉(zhuǎn)換接口， UOH= VCC可以選擇不同VCC的，以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的要求直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)外接負(fù)載電阻RL的選擇 只有一個(gè)門(mén)導(dǎo)通，輸出低電平，所有負(fù)載電流都流入該導(dǎo)通門(mén)，這時(shí)，所有電流之和不應(yīng)超過(guò)OC門(mén)帶灌流負(fù)載的最大值RL不能太小 所有的門(mén)都處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出為高電平，有一個(gè)負(fù)載，就有一個(gè)拉流，T4管還有一個(gè)反向輸出的漏電流IOH，都使電平下降RL不能太大 2.三態(tài)（三態(tài)（TS）門(mén)）門(mén) 三態(tài)門(mén)是指輸出除了高、低電平，還有一個(gè)狀態(tài)：高阻。當(dāng) 當(dāng)叫做使能端，低電平有效現(xiàn)以一

14、個(gè)三態(tài)反相器為例介紹 0EN 1EN D1、 D2截止，普通的反相器，實(shí)現(xiàn)正常的反相功能。 時(shí) D1、 D2 導(dǎo)通，迫使T2、T3、T4都截止，輸出端就呈現(xiàn)高阻狀態(tài) 時(shí)EN使能端也有高電平使能的 1ENENAYUCCYR4T3DAR1T4R3T1T2R2D2D11EN三態(tài)反相器符號(hào)三態(tài)門(mén)的典型應(yīng)用 分時(shí)控制電路依次使三態(tài)門(mén)G1、 G2 G7使能（且任意時(shí)刻使能一個(gè)） ，就將D1、 D2 D7（以反碼的形式）分時(shí)送到總線上 1EN 1EN 1EN分時(shí)控制電路D0D1D7G0G1G7在一些復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)中為了減少各單元電路之間的連線，使用了“總線” 結(jié)構(gòu)0D1D7D0 1 11 0 11 1 0總線雙向傳輸數(shù)據(jù)線當(dāng)G1使能，G2高阻時(shí)當(dāng)時(shí)G2使能，G1高阻1BAAB/0BAAB/ 1EN1G1G21ENAB/BABAX數(shù)據(jù)從A到B數(shù)據(jù)從B到A X01 01五、其它雙極型五、其它雙極型 TTL電路是應(yīng)用最廣泛的雙極型集成電路，為了滿(mǎn)足某些特殊要求，還出現(xiàn)了一些其它類(lèi)型雙極型集成電路 六、六、TTL門(mén)的分類(lèi)門(mén)的分類(lèi) 在工藝上同時(shí)滿(mǎn)足要求是有一定的困難的、甚至是不可能的，所以不同的子系列有著自己的特點(diǎn)。 74：標(biāo)準(zhǔn)系列，延遲時(shí)間約10ns，平均功耗10mw74H：高速系列，延遲時(shí)間約6ns，平均功耗22m