數(shù)字電子技術第二章邏輯門電路PPT課件

1、輸出級T3、D、T4和Rc4構成推拉式的輸出級。用于提高開關速度和帶負載能力。中間級T2和電阻Rc2、Re2組成，從T2的集電極和發(fā)射極同時輸出兩個相位相反的信號，作為T3和T4輸出級的驅(qū)動信號； Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負載 Re2 1K W VCC(5V) 輸入級 中間級輸出級 1. 電路組成輸入級T1和電阻Rb1組成。用于提高電路的開關速度一. 標準生產(chǎn)工藝的TTL非門的工作原理第1頁/共32頁2. TTL反相器的工作原理（邏輯關系、性能改善） （1）當輸入為低電平（I = 0.3 V）mA 1 1B1C

2、CB1RvVi0 BS1 IBS1B1IiT1 深度飽和V 3.6V 70705DBE4B4O ).(vvvv截止導通導通截止飽和低電平T4D4T3T2T1輸入高電平輸出T2 、 T3截止，T4 、D導通第2頁/共32頁（2）當輸入為高電平（I = 3.6 V） T2、T3飽和導通 T1:倒置的放大狀態(tài)。 T4和D截止。使輸出為低電平.vO=vC3=VCES3=0.3V第3頁/共32頁輸入輸入A輸出輸出L0110邏輯真值表 邏輯表達式 L = A 飽和截止T4低電平截止截止飽和倒置工作高電平高電平導通導通截止飽和低電平輸出D4T3T2T1輸入第4頁/共32頁(一)電壓傳輸特性曲線：Vo=f（V

3、i）二. TTL非門的電壓傳輸特性曲線和電路參數(shù)截止區(qū)過渡區(qū)飽和區(qū)第5頁/共32頁(二)從電壓傳輸特性曲線上可以得出的電路參數(shù)1.輸出高電平電壓VOH在正邏輯體制中代表邏輯“1”的輸出 電 壓 。VO H的 理 論 值 為3.6V。2.標準輸出高電平USH_ 產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓的最小值 VOH（min）=2.4V。3.輸出低電平電壓VOL在正邏輯體制中代表邏輯“0”的輸出 電 壓 。VO L的 理 論 值 為0.3V。.標準輸出低電平USL 產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓的最大值 VO L （ m a x ）=0.4V第6頁/共32頁.輸入低電壓的上限VIL（max）(關門電平電壓VOFF)是指輸出電壓下

4、降到VOH（min）時對應的輸入電壓。即輸入低電壓的最大值。在產(chǎn)品手冊中常稱為輸入低電平電壓，用VIL（max）表示。產(chǎn)品規(guī)定VIL（max）=0.8V。6.輸入高電壓的下限VIH（min）(開門電平電壓VON)是指輸出電壓下降到VOL（max）時對應的輸入電壓。即輸入高電壓的最小值。在產(chǎn)品手冊中常稱為輸入高電平電壓，用VIH（min）表示。產(chǎn)品規(guī)定VIH（min）=2V。第7頁/共32頁7.閾值電壓Vth電壓傳輸特性的過渡區(qū)所對應的輸入電壓，即決定電路截止和導通的分界線，也是決定輸出高、低電壓的分界線。 近似地：VthVOFFVON 即ViVth，非門關門，輸出高電平； ViVth，非門開門

5、，輸出低電平。 Vt h又常被形象化地稱為門檻電壓。Vt h的值為1.3V1.V。第8頁/共32頁輸入低電平噪聲容限(最大允許正向干擾電壓) VNLVIL(max)-VOL（max）0.8V-0.4V0.4V輸入高電平噪聲容限(最大允許負向干擾電壓) VNHVOH（min）-VIH(min)2.4V-2.0V0.4VTTL門電路的輸出高低電平不是一個值，而是一個范圍。同樣，它的輸入高低電平也有一個范圍，即當電路受到干擾時，電路輸入電平所允許的波動范圍，稱為噪聲容限。8.噪聲容限電壓第9頁/共32頁三.輸入特性和從其上可以得出的參數(shù) （一）標準生產(chǎn)工藝的TTL非門的輸入特性曲線輸入特性曲線是研究

6、輸入電壓與輸入電流之間關系的曲線。 第10頁/共32頁(mA)14151b1BCCILRVVI1.1.輸入低電平電流輸入低電平電流I IILIL是指當門電路的輸入端接低電平時，從門電路輸入端流出的電流?？梢运愠觯寒a(chǎn)品規(guī)定IIL1.6mA。（二）從標準生產(chǎn)工藝的TTL非門輸入特性曲線上可以得出的參數(shù) 第11頁/共32頁2.2.輸入高電平電流輸入高電平電流I IIHIH是指當門電路的輸入端接高電平時，流入輸入端的電流。 由于i的值遠小于1， 所以IIH的數(shù)值比較小，產(chǎn)品規(guī)定：IIH40uA。T1倒置的放大狀態(tài)：這時IIH=iIB1，i為倒置放大的電流放大系數(shù)。第12頁/共32頁五、TTL非門的輸入

7、負載特性和從其上可以得出的參數(shù)（一）TTL非門的輸入負載特性1.當Ri很小時VI很小，相當于輸入是低電平，此時三極管T3截止，輸出為高電平。2.當Ri很大時， VI的極限值為1.4V 第13頁/共32頁（二）從TTL非門的輸入負載特性上可以得出的參數(shù)1關門電阻ROFF 當Ri的值使VI= VIL（max） ，即輸入低電平的上限，這時的Ri定義為關門電阻ROFF，之所以叫關門電阻，是因為輸出級的三極管T3截止，處于關門狀態(tài)。2開門電阻RON 當Ri的值使VI= 1.4V ，VB1就會升高到2.1V，使T3飽和，這時的Ri定義為開門電阻，之所以叫開門電阻，是因為輸出級的三極管T3飽和，處于開門狀態(tài)

8、。第14頁/共32頁 (一) )灌電流負載ILOL(max)OLIIN當驅(qū)動門輸出低電平時，電流從負載門灌入驅(qū)動門。 當負載門的個數(shù)增加，灌電流增大，會使T3脫離飽和，輸出低電平升高。因此，把允許灌入輸出端的電流定義為輸出低電平電流IoL(max)，產(chǎn)品規(guī)定I0L(max)=16mA。由此可得出:NOL稱為輸出低電平時的扇出系數(shù)。1.扇入數(shù):取決于它的輸入端的個數(shù) 2.扇出數(shù):帶同類門的數(shù)量 分灌電流和拉電流五、TTL非門的帶負載能力第15頁/共32頁IH(max)OHOHIIN （二）拉電流負載 NOH稱為輸出高電平時的扇出系數(shù)。產(chǎn)品規(guī)定IOH=0.4mA。由此可得出： 當驅(qū)動門輸出高電平時

9、，電流從驅(qū)動門拉出,流至負載門的輸入端。 拉電流增大時，RC4上的壓降增大，會使輸出高電平降低。因此，把允許拉出輸出端的電流定義為輸出高電平電流I0H(max)。一般NOLNOH，常取兩者中的較小值作為門電路的扇出系數(shù)，用No表示。第16頁/共32頁例 查得基本的TTL與非門7410的參數(shù)如下： IoL16mA，IIL1.6mA，IoH0.4mA，IIH0.04mA.試計算其帶同類門時的扇出數(shù)。解： (1)低電平輸出時的扇出數(shù)NOLmAmA161610. (2)高電平輸出時的扇出數(shù)NOHmAmA0400410.若NOHNOH，則取較小的作為電路的扇出數(shù)。第17頁/共32頁2PHLPLHpdtt

10、t六.傳輸延遲時間tpd導通延遲時間tPHL從輸入波形上升沿的中點到輸出波形下降沿的中點所經(jīng)歷的時間。截止延遲時間tPLH從輸入波形下降沿的中點到輸出波形上升沿的中點所經(jīng)歷的時間。與非門的傳輸延遲時間tpd是tPHL和tPLH的平均值。即 一般TTL與非門傳輸延遲時間tpd的值為幾納秒十幾個納秒。第18頁/共32頁七、1.功耗分為靜態(tài)和動態(tài)。靜態(tài)功耗指的是當電路沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗動態(tài)功耗是在門的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的瞬間的功耗。對于TTL門電路來說，靜態(tài)功耗是主要的。2.延時功耗積 DP = tpdPD是一綜合性的指標，用DP表示,其單位為焦耳。DP的值愈小，表明它的特性愈接于理想情況。第19頁/共32

11、頁(一) TTL與非門電路多發(fā)射極BJT T1e e bc eeb cA& BALB八.其他邏輯功能的TTL門電路1.電路第20頁/共32頁2.TTL與非門電路的工作原理 任一輸入端為低電平時:TTL與非門各級工作狀態(tài) IT1T2T4T3 O輸入全為高電輸入全為高電平平 (3.6V)倒置使用的放大倒置使用的放大狀態(tài)狀態(tài)飽和飽和截止截止飽和飽和低電平低電平（0.2V）輸入有低電平輸入有低電平 (0.2V)深飽和深飽和截止截止放大放大截止截止高電平高電平（3.6V）當全部輸入端為高電平時： 輸出低電平 輸出高電平 第21頁/共32頁(二)TTL或非門 若A、B中有一個為高電平:若A、B均為

12、低電平:T2A和T2B均將截止，T3截止。 T4，D導通輸出為高電平。T2A或T2B將飽和，T3飽和，T4截止，輸出為低電平。BAL 邏輯表達式第22頁/共32頁vOHvOL輸出為低電平的邏輯門輸出級的損壞九. 集電極開路(OC)的TTL門電路 VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 （一）普通的TTL門電路輸出端直接相連的后果 在工程實踐中，有時需要將幾個門的輸出端并聯(lián)使用，以實現(xiàn)與邏輯，稱為線與。

13、第23頁/共32頁 (二)集電極開路與非門電路1. 使用時的外電路連接2. 邏輯功能L = A BVCC T1 Re2 Rc2 Rc4 Rb1 T2 T3 T4 D A B L VCC T1 Re2 Rc2 Rb1 T2 T3 A B L VCC3.國標符號 ALB&第24頁/共32頁（三）集電極開路的TTL門電路可以實現(xiàn)線與運算OPMNOPMNABC第25頁/共32頁1.當輸出高電平時，RP不能太大。 太大會影響開關速度；另外，在RP 上壓降變大，使輸出下降，RP為最大值時要保證輸出電壓為VOH（min），(四)OC門進行線與時，外接上拉電阻RP的選擇：(max)(min)()PIH

14、OHOHccRmInIVVRp(max)= IHOHOH(min)ccImnIVV第26頁/共32頁(四)OC門進行線與時，外接上拉電阻RP的選擇：（2）當輸出低電平時，RP不能太小 限流，RP為最小值時要保證輸出電壓為VOL（max），RP（min）RPRP（max）+V&RPCCOLVIILILIn&m&IOL第27頁/共32頁 由于OC門輸出不是推拉式(Totem)結構，省去了有源負載，帶負載能力下降 RP選擇受到限制不能太小，影響工作速度第28頁/共32頁（一）三態(tài)輸出門的結構及工作原理1.當EN=0時，G輸出為1，D1截止，相當于一個正常的二輸入端與非門，稱為

15、正常工作狀態(tài)。2.當EN=1時，G輸出為0，T4、T3都截止。這時從輸出端L看進去，呈現(xiàn)高阻，稱為高阻態(tài)，或禁止態(tài)。十.TTL三態(tài)輸出門電路+VL123123D123D13ABT1b1R3TR4CCTTc2R2VRc2e2c4pEN11G&ENABL&ENABLCS數(shù)據(jù)輸入端輸出端LAB00010111011101高阻高阻第29頁/共32頁三態(tài)門在計算機總線結構中有著廣泛的應用。1.組成單向總線，實現(xiàn)信號的分時單向傳送.2.組成雙向總線，實現(xiàn)信號的分時雙向傳送。（二）三態(tài)門的應用AEN&BAEN&BAEN&BENENEN111222333總線G1G2G3EN1總線DDIO1EN/I