第二章 邏輯門電路1

1、第第2章章 集成邏輯門電路集成邏輯門電路本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容介紹基本門電路的概念介紹基本門電路的概念將討論數(shù)字集成電路的幾種主要類型將討論數(shù)字集成電路的幾種主要類型,重點重點是雙極型是雙極型TTL集成門電路集成門電路MOS型數(shù)字集成電路型數(shù)字集成電路TTL電路和電路和MOS電路的特點比較電路的特點比較第第2章章 集成邏輯門電路集成邏輯門電路集成邏輯門電路，是把門電路的所有元器集成邏輯門電路，是把門電路的所有元器件及連接導線制作在同一塊半導體基片上件及連接導線制作在同一塊半導體基片上構成的。構成的。它屬于小規(guī)模集成電路它屬于小規(guī)模集成電路(SSI)，它是組成一，它是組成一個較大數(shù)字系統(tǒng)的基本

2、單元。個較大數(shù)字系統(tǒng)的基本單元。第第2章章 集成邏輯門電路集成邏輯門電路集成度集成度小規(guī)模小規(guī)模(Small Scale Integrated Circuit ,SSI)是由十幾個門電路構成的。是由十幾個門電路構成的。中規(guī)模中規(guī)模(Medium Scale Integrated Circuit, MSI)是由上百個門電路構成的。是由上百個門電路構成的。大規(guī)模大規(guī)模(Large Scale Integrated Circuit ,LSI)是由幾百個至幾千個門電路構成的。是由幾百個至幾千個門電路構成的。超大規(guī)模超大規(guī)模(Very Large Scale Integrated Circuit ,VL

3、SI)是由一萬個以上門電路構成是由一萬個以上門電路構成的。的。第第2章章 集成邏輯門電路集成邏輯門電路應用應用目前，廣泛使用的邏輯門有目前，廣泛使用的邏輯門有TTL (Transistor-Transistor Logic)和和CMOS兩個兩個系列。系列。TTL門電路屬雙極型數(shù)字集成電路，其輸入門電路屬雙極型數(shù)字集成電路，其輸入級和輸出級都是三極管結構，故稱級和輸出級都是三極管結構，故稱TTL。CMOS門電路是由門電路是由NMOS管和管和PMOS管組成管組成的互補的互補MOS集成電路，屬單極性數(shù)字集成集成電路，屬單極性數(shù)字集成電路。電路。第第2章章 集成邏輯門電路集成邏輯門電路我國我國TTL系

4、列數(shù)字集成電路型號與國際型系列數(shù)字集成電路型號與國際型號對應列入表號對應列入表2-1中中 標準標準(通用系列通用系列)高速系列高速系列肖特基系列肖特基系列低功耗肖特基系列低功耗肖特基系列 54/7454/74H54/74S54/74LSCT1000CT2000CT3000CT4000TTL系列系列分類名稱分類名稱國際型號國際型號國產(chǎn)型號國產(chǎn)型號系列系列2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=VB=3V。由于。由于R接接 到電源到電源+12V上，故上，故DA、DB均導通，均導通，VF= 3+0.7V=3.7V

5、3V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=3V，VB=0V，由于，由于DB優(yōu)先導通，優(yōu)先導通，VF=0.7V，因，因而而DA截止，通常將截止，通常將DB導通，導通，使使VF=0+0.7V=0.7V0V稱為箝位。稱為箝位。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=0V，VB=3V，由于由于DA導通，導通，VF=0+0.7V=0.7V0V，DB截止。截止。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能

6、的電路，稱為與門。實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 VA=VB=0V，VF=0.7V，此時，此時DA、DB均導通。均導通。 VF=0+0.7V=0.7V0V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 (1)VA=VB=0V VF0V(2) VA=0V, VB=3V，VF0V(3) VA=3V, VB=0V， VF0V(4)VA=VB=3V VF3V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 0003 0 0 0 3 3 0 3 3輸出輸出V

7、F(V)輸入輸入 VF(V) VF(V) 電位關系電位關系2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路二極管與門二極管與門實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。實現(xiàn)與邏輯功能的電路，稱為與門。 A B0 00 11 01 1F0001真值表真值表2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 VA=VB=3V，由于，由于R接到電源接到電源-VEE（-12V）上，）上，故故DA、DB均導通。均導通。VF因因此為此為VA-VD=2.3V 3V 。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門

8、。 VA=0V，VB=3V，此，此時時DB導通，將導通，將VF鉗位在鉗位在2.3V，DA加反向電壓截止。加反向電壓截止。因此因此VF=VB-VD=2.3V3V 。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 VA=3V，VB=0V，此，此時時DA導通，導通，DB截止，截止，VF=VA-VD=2.3V 3V 。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 VA=VB=0V，DA、DB均導通，均導通，VF=0-VD=-0.7V 0V 。 2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電

9、路或門或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 (1)VA=VB=0V:VF0V(2) VA=0V, VB=3V: VF3V(3) VA=3V, VB=0V: VF3V (4)VA=VB=3V: VF3V2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 0333 0 0 0 3 3 0 3 3輸出輸出VF(V)輸入輸入 VA(V) VB(V) 電位關系電位關系2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路或門或門實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。實現(xiàn)邏輯或功能的電路，稱為或門。 A B0 00 11 01 1F0111

10、真值表真值表2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門非門(反相器反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門數(shù)字電路中，二極管，數(shù)字電路中，二極管，三極管均工作在開關狀三極管均工作在開關狀態(tài)。三極管工作在飽和態(tài)。三極管工作在飽和態(tài)和截止態(tài)。態(tài)和截止態(tài)。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門非門(反相器反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門飽和時，其集電極輸出為飽和時，其集電極輸出為低電平（低電平（VO=Vces）；）；截止時，其集電極輸出高截止時，其集電極輸出高電平（無箝位時，電平（無箝位時，VO=VCC，有箝位電路時，有箝位

11、電路時，VO高電平將高電平將使使DQ導通，由于導通，由于VQ=2.5V，故故VO=2.5V+0.7V=3.2V）。）。 2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門非門(反相器反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門VI=0.3V時，一般硅管死時，一般硅管死區(qū)電壓為區(qū)電壓為0.5V，故，故T可能截可能截止，只考慮到止，只考慮到VEE時時VkkkVV923. 05 . 1185 . 112B 只考慮到只考慮到VI時時 VkkkVV277.05.118183.0B 2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門非門(反相器反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門實現(xiàn)邏輯非

12、門功能的電路，稱作非門總的總的VB=-0.646V，T截止，截止，VO為高電平。為高電平。由于此時鉗位二極由于此時鉗位二極管管 DQ導 通 ， 故導 通 ， 故VO=VQ+VDQ=3.2V 3V。 2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門非門(反相器反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門VkkVVkVB646. 012354.11125 . 1183 . 01218或：或：2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門非門(反相器反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門CCESCCBSBRVVII當當VI=3.2V時，輸入時，輸入

13、高電平，高電平，T應飽和，即應飽和，即 2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門非門(反相器反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門在本例中在本例中 mARVVICCESCCCS7 .1113 . 012mAIICSBS39. 0307 .112.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門非門(反相器反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門BSRRBImAIII 96. 0706. 0667. 118)12(7 . 05 . 17 . 02 . 321實際上實際上2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門非門(反相器反相器) 實現(xiàn)邏輯

14、非門功能的電路，稱作非門實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門IBIBS，三極管飽和。，三極管飽和。輸出為低電平輸出為低電平VO=Vces=0.3V0V采用正邏輯，可列出采用正邏輯，可列出非門的真值表。非門的真值表。2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路非門非門(反相器反相器) 實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門實現(xiàn)邏輯非門功能的電路，稱作非門3003VF (V)VI (V) 電位關系電位關系1001FA真值表真值表2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路4.與非門電路與非門電路2.1 基本邏輯門電路基本邏輯門電路5.或非門電路或非門電路2.2 TTL集成邏輯門電路集成邏輯門電路 TTL與非門的工與非門的工

15、作原理作原理 TTL與非門的典與非門的典型電路型電路TTL與非門的典與非門的典型電路如圖型電路如圖2-6所示，所示，它分成輸入級、中它分成輸入級、中間級和輸出級三個間級和輸出級三個部分。部分。輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級 TTL與非門的典型電路與非門的典型電路輸入級輸入級由多發(fā)射極由多發(fā)射極晶體管晶體管T1和電阻和電阻R1組成，通過組成，通過T1的各的各個發(fā)射極實現(xiàn)與邏個發(fā)射極實現(xiàn)與邏輯功能。輯功能。多發(fā)射極晶體管多發(fā)射極晶體管 T1 的等效電路的等效電路 TTL與非門的典型電路與非門的典型電路中間級中間級由由T2、R2、R3組成。組成。其主要作用是從其主要作用是從T2管的集電極管的集

16、電極c2和發(fā)和發(fā)射極射極e2同時輸出兩同時輸出兩個相位相反的信號，個相位相反的信號，分別驅(qū)動分別驅(qū)動T3和和T5管，管，來保證來保證T4和和T5管有管有一個導通時，另一一個導通時，另一個就截止。個就截止。 TTL與非門的典型電路與非門的典型電路輸出級輸出級由由R4、R5、T3、T4、T5組成，組成，T5是反相器，是反相器，T3、T4組成復合管構成一組成復合管構成一個射隨器，作為個射隨器，作為T5管的有源負載，并管的有源負載，并與與T5組成推拉式電組成推拉式電路，使輸出無論是路，使輸出無論是高電平或是低電平高電平或是低電平，輸出電阻都很小，輸出電阻都很小，提高了帶負載能，提高了帶負載能力。力。工

17、作原理工作原理則則VB1=VIL+VBE1 =0.3+0.7=1VVB2 =VC1=VCES1+VIL =0.1+0.3=0.4V0.3V3.6V3.6VDA導通導通！設設A=0 B=1 C=1 (VIL=0.3V) ，1V0.3V所以：所以：T2 、T5 截止截止T3 、T4 導通導通VF = 5UBE3UBE4 50.70.7 = 3.6V拉電流拉電流F = 1工作原理工作原理設設A = B = C =1，即，即VA=VB=VC=VIH=3.6V，3.6V3.6V3.6V2.1VT1管的基極電位升管的基極電位升高，使高，使T1管的集電結、管的集電結、T2和和T5的發(fā)射結正向的發(fā)射結正向偏置

18、而導通，偏置而導通，T1管的管的基極電位基極電位VB1被箝位被箝位在在2.1V。1.4V故故T1管處于倒置工管處于倒置工作狀態(tài)（發(fā)射結和作狀態(tài)（發(fā)射結和集電結反向運用狀集電結反向運用狀態(tài)，發(fā)射結反向偏態(tài)，發(fā)射結反向偏置、集電結正向偏置、集電結正向偏置）。置）。T3 導通導通 ，T4 截止截止 VF = 0.3V ， F = 0VF =0.3V灌電流灌電流結論：結論：電路只要輸入有一個為低電路只要輸入有一個為低電平時，輸出就為高電平；電平時，輸出就為高電平；只有輸入全為高電平時，只有輸入全為高電平時，輸出才為低電平。該門為輸出才為低電平。該門為與非門。即與非門。即1.輸入不全為輸入不全為1時，輸

19、出為時，輸出為12.輸入全為輸入全為1時，輸出為時，輸出為0真值表為：真值表為：111111100 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1FA B C真值表真值表ABCF 2.TTL與非門的電壓傳輸特性及與非門的電壓傳輸特性及 抗干擾能力抗干擾能力電壓傳輸特性電壓傳輸特性電壓傳輸特性是描述輸出電壓電壓傳輸特性是描述輸出電壓vO與輸入電壓與輸入電壓vI之間對應關系的曲線，如圖之間對應關系的曲線，如圖2-7所示。所示。 TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性AB段（截止區(qū)）：段（截止區(qū)）：vI0.6V，輸出電壓，輸出電壓vO不隨輸入電壓不隨輸入電壓vI

20、變化，變化，保持在高電平保持在高電平VH。VC10.7V，T2和和T5管管截止，截止，T3、T4管導通管導通，輸出為高電平，輸出為高電平，VOH=3.6V。由于這段由于這段T2和和T5管截管截止，故稱截止區(qū)。止，故稱截止區(qū)。 TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性BC段段(線性區(qū)線性區(qū))：0.6VvI1.3V，0.7VVC11.4V。這時這時T2管開始導通并管開始導通并處于放大狀態(tài)，處于放大狀態(tài)，T2管管的集電極電壓的集電極電壓VC2和輸和輸出電壓出電壓vO隨輸入電壓隨輸入電壓vI的增大而線性降低，的增大而線性降低，故該段稱為線性區(qū)。故該段稱為線性區(qū)。由于由于T5管的基極電位還低于管的

21、基極電位還低于0.7V，故，故T5管仍截止。管仍截止。T3、T4管還是處于導通狀態(tài)。管還是處于導通狀態(tài)。 TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性CD段段(過渡區(qū)過渡區(qū))：1.3VvI1.4V，T5管管開始導通，開始導通，T2、T3、T4管也都處于導通狀管也都處于導通狀態(tài)，態(tài)，T4、T5管有一小管有一小段時間同時導通，故段時間同時導通，故有很大電流流過有很大電流流過R4電電阻，阻，T2管提供管提供T5管很管很大的基極電流大的基極電流;T2、T5管趨于飽和導通，管趨于飽和導通，T4管趨于截止，輸出電管趨于截止，輸出電壓壓vO急劇下降到低電平急劇下降到低電平vO=0.3V。由于由于vI的微小

22、變化而引起輸出電壓的微小變化而引起輸出電壓vO的急劇下降，的急劇下降，故此段稱為過渡區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。故此段稱為過渡區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。 TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性CD段段(過渡區(qū)過渡區(qū))：CD段中點對應的輸入段中點對應的輸入電壓，既是電壓，既是T5管截止管截止和導通的分界線，又和導通的分界線，又是輸出高、低電平的是輸出高、低電平的分界線，故此電壓稱分界線，故此電壓稱閾值電壓閾值電壓VT（門檻電（門檻電壓），壓），VT=1.4V。VT是決定與非門狀態(tài)的重要參數(shù)。當是決定與非門狀態(tài)的重要參數(shù)。當vIVT時，時，與非門截止，輸出高電平。與非門截止，輸出高電平。當當vIVT時，與非門飽和導通，

23、輸出低電平。時，與非門飽和導通，輸出低電平。VT TTL與非門的電壓傳輸特性與非門的電壓傳輸特性DE段（飽和區(qū)）：段（飽和區(qū)）：vI1.4V以后，以后，T1管處管處于倒置工作狀態(tài)，于倒置工作狀態(tài)，VB1被箝位在被箝位在2.1V，T2、T5管進入飽和導通狀管進入飽和導通狀態(tài)，態(tài)，T3管微導通，管微導通，T4管截止。管截止。由于由于T2、T5管飽和導管飽和導通，故稱該段為飽和通，故稱該段為飽和區(qū)。區(qū)。抗干擾能力抗干擾能力(輸入噪聲容限輸入噪聲容限)關門電平關門電平VOFF：輸出為：輸出為標準高電平標準高電平VSH時所允時所允許的最大輸入低電平值。許的最大輸入低電平值。通常通常VOFF=0.8V。開

24、門電平開門電平VON：輸出為：輸出為標準低電平標準低電平VSL時所允時所允許的最小輸入高電平值。許的最小輸入高電平值。通常通常VON=1.8V。 VNL抗干擾能力（輸入噪聲容限）：不破壞與抗干擾能力（輸入噪聲容限）：不破壞與非門輸出邏輯狀態(tài)所允許的最大干擾電壓。非門輸出邏輯狀態(tài)所允許的最大干擾電壓。VNH輸入低電輸入低電平的抗干平的抗干擾能力擾能力 輸入高電平輸入高電平的抗干擾能的抗干擾能力力 VNL=VOFF-VILmaxVNH=VIHmin-VONTTL與非門的輸入特性、輸出與非門的輸入特性、輸出特性和帶負載能力特性和帶負載能力 了解輸入輸出特性，可正確處理了解輸入輸出特性，可正確處理TT

25、L與非與非門之間和其它電路之間的連接問題。只要門之間和其它電路之間的連接問題。只要輸入端、輸出端的電路結構形式和參數(shù)與輸入端、輸出端的電路結構形式和參數(shù)與TTL與非門相同，輸入、輸出特性對其它與非門相同，輸入、輸出特性對其它TTL電路也適用。電路也適用。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 輸入特性是描述輸入電流與輸入電壓之間的關系輸入特性是描述輸入電流與輸入電壓之間的關系曲線，如圖曲線，如圖2-8所示的特性曲線。規(guī)定輸入電流流所示的特性曲線。規(guī)定輸入電流流入輸入端為正，而從輸入端流出為負。入輸入端為正，而從輸入端流出為負。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 當當vI小于小于0.6V時時

26、T2是截止的，是截止的，T1基極電流均經(jīng)其基極電流均經(jīng)其發(fā)射極流出（因集電極的負載電阻很大，發(fā)射極流出（因集電極的負載電阻很大，IC1可以可以忽略不計），這時電流大小可以近似計算為忽略不計），這時電流大小可以近似計算為iI=-(VCC-VBE1-vI)/R1。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 當當vI=0時，相當于輸入端接地，故將此時的輸入時，相當于輸入端接地，故將此時的輸入電流稱為輸入短路電流電流稱為輸入短路電流IIS，IIS=(VCC-VBE1)/R1=(5-0.7)/31.4mA。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 當當vI等于等于0.6V時時T2管開始導通，管開始導通，T2管

27、導通以后管導通以后IB1一部分就要流入一部分就要流入T2管的基極，管的基極，iI的絕對值隨之略有的絕對值隨之略有減??；減??；vI繼續(xù)增加，繼續(xù)增加，IB2要繼續(xù)增大，而要繼續(xù)增大，而iI的絕對值的絕對值繼續(xù)減小。繼續(xù)減小。 0.6VTTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 當當vI增加到增加到1.3V以后，以后，T5管開始導通，管開始導通，VB1被箝位被箝位在在2.1V左右；此后，左右；此后，iI的絕對值隨的絕對值隨vI的增大而迅速的增大而迅速減小。減小。 TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 IB1絕大部分經(jīng)絕大部分經(jīng)T1集電結流入集電結流入T2的基極。當?shù)幕鶚O。當vI大于大于1.4V以后，

28、以后，T1就進入倒置工作狀態(tài)，就進入倒置工作狀態(tài)，iI的方向由負的方向由負變?yōu)檎褪钦f變?yōu)檎?，就是說iI由由e1端流入輸入端，此時的輸入端流入輸入端，此時的輸入電流稱為輸入漏電流電流稱為輸入漏電流IIH，其值約為，其值約為10A。IIHTTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 在實際應用中，有時與非門的輸入端需要經(jīng)外在實際應用中，有時與非門的輸入端需要經(jīng)外接電阻接電阻RI接地。如圖接地。如圖2-9(a)圖所示。此時就有圖所示。此時就有電流電流II流過流過RI，并在其上產(chǎn)生電壓降，并在其上產(chǎn)生電壓降vI。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 當輸入端所接電阻當輸入端所接電阻RI=0時，即輸入端

29、接地時，輸時，即輸入端接地時，輸出為高電平；而出為高電平；而RI=時，輸入電流沒有通路，與時，輸入電流沒有通路，與輸入端加高電平等效，此時輸出為低電平。輸入端加高電平等效，此時輸出為低電平。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 即即RI比較小時，與非門截止，輸出高電平；比較小時，與非門截止，輸出高電平；RI較較大時，與非門飽和，輸出為低電平；大時，與非門飽和，輸出為低電平；RI不大不小不大不小時，與非門工作在線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。時，與非門工作在線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 TTL門輸入端所接電阻的大小會影響輸出狀態(tài)。門輸入端所接電阻的大小會影響輸出狀態(tài)。vI和和RI之間

30、的關系曲線叫做輸入端負載特性。之間的關系曲線叫做輸入端負載特性。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 發(fā)射結導通時發(fā)射結導通時 )(BE1CC1IIIVVRRRvTTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 在在RIR1條件下，條件下，vI幾乎和幾乎和RI成正比，成正比，vI隨隨RI增增加而增加。如圖加而增加。如圖2-9(b)所示。所示。)(BE1CC1IIIVVRRRvRI ，vI=1.4V，T5管導通，管導通，VB1被箝位在被箝位在2.1V。RI，vI=1.4V。則公式不再適用。則公式不再適用。 TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 關門電阻關門電阻ROFF：保證：保證TTL與非門關閉，輸出

31、為標與非門關閉，輸出為標準高電平時，所允許的準高電平時，所允許的RI最大值。一般最大值。一般ROFF=0.8k。 RIROFF時，與非門輸出高電平；時，與非門輸出高電平； RIROFF時，與非門輸出低電平。時，與非門輸出低電平。 TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 開門電阻開門電阻RON：保證：保證TTL與非門導通，輸出為標與非門導通，輸出為標準低電平時，所允許的準低電平時，所允許的RI最小值。一般最小值。一般RON=2k。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 輸入負載特性是輸入負載特性是TTL與非門特有的，不能與非門特有的，不能用于用于ECL和和CMOS門。門。TTL門的四種系列的門的

32、四種系列的ROFF和和RON的值也不全的值也不全一樣。一樣。T1000、T2000、T3000系列相差不系列相差不多，輸入電阻多，輸入電阻1k左右。但是左右。但是T4000系列差系列差別很大，輸入電阻增加到別很大，輸入電阻增加到8k左右，與非左右，與非門才從輸出高電平變成低電平。門才從輸出高電平變成低電平。TTL與非門的輸入特性與非門的輸入特性 與非門多余端的處理：與非門多余端的處理：輸入信號數(shù)目少于輸入信號數(shù)目少于與非門輸入端個數(shù)，出現(xiàn)多余端。與非門與非門輸入端個數(shù)，出現(xiàn)多余端。與非門輸入端懸空相當于接高電平。在實際使用輸入端懸空相當于接高電平。在實際使用時，多余端不采用懸空的方法，以防干擾

33、時，多余端不采用懸空的方法，以防干擾信號從懸空的輸入端引入。通常把多余輸信號從懸空的輸入端引入。通常把多余輸入端接電源的正端或固定高電平，或者并入端接電源的正端或固定高電平，或者并聯(lián)使用聯(lián)使用.TTL與非門的輸出特性與非門的輸出特性 TTL與非門實際工作時，輸出端總要接負與非門實際工作時，輸出端總要接負載，產(chǎn)生負載電流，此電流也在影響輸出載，產(chǎn)生負載電流，此電流也在影響輸出電壓的大小。電壓的大小。輸出電壓與負載電流之間的關系曲線，稱輸出電壓與負載電流之間的關系曲線，稱為輸出特性。輸出電壓有高電平、低電平為輸出特性。輸出電壓有高電平、低電平兩種狀態(tài)，所以有兩種輸出特性。兩種狀態(tài)，所以有兩種輸出特

34、性。 TTL與非門的輸出特性與非門的輸出特性 當與非門輸入全為高電平時，當與非門輸入全為高電平時，輸出為低電平。輸出為低電平。T1管倒置工作，管倒置工作，T2、T5管飽和導通，管飽和導通，T3管微導管微導通，通，T4管截止。管截止。這時輸出級等效電路如圖這時輸出級等效電路如圖2-10(a)所示，即為一個三極管，其基所示，即為一個三極管，其基極電流很大，負載電流方向是極電流很大，負載電流方向是流入三極管流入三極管T5的集電極，故稱的集電極，故稱為為灌電流負載灌電流負載。 輸出為低電平時的輸出特性輸出為低電平時的輸出特性 TTL與非門的輸出特性與非門的輸出特性 輸出為低電平時的輸出特性輸出為低電平

35、時的輸出特性 其輸出特性是一個三極管在基極其輸出特性是一個三極管在基極電流為某一值時共射極接法的輸電流為某一值時共射極接法的輸出特性曲線如圖出特性曲線如圖2-10(b)所示。所示。T5飽和，其導通電阻飽和，其導通電阻rce很小很?。ㄊ畮讱W姆），所以（十幾歐姆），所以iL增加時增加時vO僅稍有增加，輸出低電平僅稍有增加，輸出低電平VOL。當當iL增加到大于某值后，增加到大于某值后，T5管退管退出飽和進入放大，出飽和進入放大，vO迅速上升，迅速上升，破壞了輸出為低電平的邏輯關系，破壞了輸出為低電平的邏輯關系，因此對灌電流值要有限制。因此對灌電流值要有限制。 TTL與非門的輸出特性與非門的輸出特性

36、輸出為高電平時的輸出特性輸出為高電平時的輸出特性 當與非門輸入端其中有一當與非門輸入端其中有一端為低電平時，輸出為高端為低電平時，輸出為高電平。電平。T1管處于飽和狀態(tài)，管處于飽和狀態(tài)，T2、T5管截止，管截止，T3、T4管管導通。這時輸出級等效電導通。這時輸出級等效電路如圖路如圖2-11(a)所示，負載所示，負載電流方向是由輸出端流向電流方向是由輸出端流向負載，故稱為負載，故稱為拉電流負載拉電流負載。 TTL與非門的輸出特性與非門的輸出特性 輸出為高電平時的輸出特性輸出為高電平時的輸出特性 在在iL較小時，較小時，T5處于飽和邊緣，處于飽和邊緣，T4管放大，管放大，T3、T4組成的復合組成的

37、復合管有一定的放大作用，管有一定的放大作用，輸出特性曲線如圖輸出特性曲線如圖2-11(b)所示。所示。輸出電阻很小，輸出電阻很小，TTL與非與非門的輸出電壓門的輸出電壓vO 隨隨iL變化不變化不大，故輸出高電平大，故輸出高電平VOH。當當iL增加到大于某值后，增加到大于某值后，R4上壓降增大，上壓降增大，VC3下降，使下降，使T3進入深飽和，進入深飽和， 復合管跟隨器處于飽和狀態(tài)，復合管跟隨器處于飽和狀態(tài)，失去跟隨作用，輸出電阻為失去跟隨作用，輸出電阻為Ri， 輸出電壓輸出電壓vO隨負載電流的增隨負載電流的增加而迅速下降，加而迅速下降，vOVCC-VCES3-VBE4-iLR4。 為了保證為了

38、保證vO為標準高電平。為標準高電平。對拉灌電流值要有限制。對拉灌電流值要有限制。 帶負載能力帶負載能力TTL與非門的輸出端接上負載后，負載有灌電流與非門的輸出端接上負載后，負載有灌電流負載和拉電流負載。圖負載和拉電流負載。圖2-12分別表示灌電流負載分別表示灌電流負載和拉電流負載。和拉電流負載。 拉電流負載增加會使與非門拉電流負載增加會使與非門的輸出高電平下降；的輸出高電平下降；灌電流負載增加會使與非門的灌電流負載增加會使與非門的輸出低電平上升。輸出低電平上升。帶負載能力帶負載能力電路輸出高、低電平時有輸出電阻，所以輸電路輸出高、低電平時有輸出電阻，所以輸出的高、低電平隨負載電流改變，變化小，

39、出的高、低電平隨負載電流改變，變化小，說明門的帶負載能力強。說明門的帶負載能力強。用輸出電平變化不超過某一規(guī)定值（高電平用輸出電平變化不超過某一規(guī)定值（高電平不低于高電平下限值不低于高電平下限值VOHmin，低電平不高于，低電平不高于低電平的上限值低電平的上限值VOLmax）時的最大負載電流，）時的最大負載電流，來定量描述門電路的帶負載能力大小。來定量描述門電路的帶負載能力大小。帶負載能力帶負載能力負載電流大，帶負載能力強；反之，帶負載負載電流大，帶負載能力強；反之，帶負載能力弱。能力弱。一個門的輸出電平有高電平、低電平之分，一個門的輸出電平有高電平、低電平之分，因此，說這個門的帶負載能力，必

40、須綜合考因此，說這個門的帶負載能力，必須綜合考慮輸出高電平時的帶負載能力和輸出低電平慮輸出高電平時的帶負載能力和輸出低電平時的帶負載能力。時的帶負載能力。帶負載能力帶負載能力扇出系數(shù)：扇出系數(shù)：門電路驅(qū)動同類門的最大數(shù)目。門電路驅(qū)動同類門的最大數(shù)目。輸出高電平時的扇出系數(shù)輸出高電平時的扇出系數(shù) IHmaxOHmaxOHIIN輸出低電平時的扇出系數(shù)輸出低電平時的扇出系數(shù) ILmaxOLmaxOLIIN一個門的扇出系數(shù)只能是一個。若一個門的扇出系數(shù)只能是一個。若NOH和和NOL不不一樣大時，應取一樣大時，應取NOH和和NOL中小的一個。中小的一個。 TTL與非門的動態(tài)特性與非門的動態(tài)特性 平均傳輸

41、延遲時間平均傳輸延遲時間 二極管、三極管存在開關時間，由二極管和三極二極管、三極管存在開關時間，由二極管和三極管構成的管構成的TTL電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要一定的時間，即電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要一定的時間，即輸出不能立即響應輸入信號的變化，而有一定的延輸出不能立即響應輸入信號的變化，而有一定的延遲。如圖遲。如圖2-13所示。所示。而電阻、二極管、三極管等元器件寄生電容的存而電阻、二極管、三極管等元器件寄生電容的存在，還會使輸出電壓波形的上升沿和下降沿變得不在，還會使輸出電壓波形的上升沿和下降沿變得不那么陡。那么陡。導通傳輸導通傳輸延遲時間延遲時間 截止傳輸截止傳輸延遲時間延遲時間 平均傳輸延遲時間平均傳輸

42、延遲時間 2PLHPHLpdttt傳輸延遲時間小，傳輸延遲時間小，表明門的工作速度表明門的工作速度可以高，反之，門可以高，反之，門的工作速度必須降的工作速度必須降低。低。TTL與非門的動態(tài)特性與非門的動態(tài)特性 動態(tài)尖峰電流動態(tài)尖峰電流 靜態(tài)時靜態(tài)時TTL與非門電路的電源電流比較小，在與非門電路的電源電流比較小，在10mA左右。在動態(tài)情況下，由于左右。在動態(tài)情況下，由于T5工作在深飽工作在深飽和狀態(tài)，和狀態(tài)，T4必定在必定在T5截止之前就導通了。這樣就截止之前就導通了。這樣就出現(xiàn)了瞬間出現(xiàn)了瞬間T4和和T5都導通的狀態(tài)。這一瞬間電源都導通的狀態(tài)。這一瞬間電源電流比靜態(tài)時的電源電流大，但持續(xù)時間較

43、短，電流比靜態(tài)時的電源電流大，但持續(xù)時間較短，故稱之為尖峰電流或浪涌電流。輸出由高電平變故稱之為尖峰電流或浪涌電流。輸出由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，也會出現(xiàn)為低電平時，也會出現(xiàn)T4、T5都導通，導致都導通，導致ICC出現(xiàn)尖峰。出現(xiàn)尖峰。TTL與非門的動態(tài)特性與非門的動態(tài)特性 動態(tài)尖峰電流動態(tài)尖峰電流 如圖如圖2-14所示。所示。在工作頻率較高在工作頻率較高時，尖峰電流對電時，尖峰電流對電源平均電流影響不源平均電流影響不可忽略。它使電源可忽略。它使電源的平均電流增大，的平均電流增大，這就要求加大電源這就要求加大電源的容量。的容量。 電源的尖峰電流電源的尖峰電流在電路內(nèi)部流通時，在電路內(nèi)部流通時，會在電

44、源線和地線會在電源線和地線上產(chǎn)生電壓降，形上產(chǎn)生電壓降，形成一個干擾源，為成一個干擾源，為此，要采取合理的此，要采取合理的接地和去耦措施，接地和去耦措施，使之在允許范圍內(nèi)。使之在允許范圍內(nèi)。 2.3 其他類型的其他類型的TTL門電路門電路 TTL門電路除了與非門外，還有其它邏輯功門電路除了與非門外，還有其它邏輯功能的門電路，如與門、或門、或非門、與或能的門電路，如與門、或門、或非門、與或非門、異或門、同或門、集電極開路門和三非門、異或門、同或門、集電極開路門和三態(tài)門等，還有與擴展器、或擴展器和與或擴態(tài)門等，還有與擴展器、或擴展器和與或擴展器等。展器等。主要介紹集電極開路門和三態(tài)門。主要介紹集電

45、極開路門和三態(tài)門。集電極開路門集電極開路門(OC門門)線與線與 ：把幾個邏輯門把幾個邏輯門的輸出端直接連在一的輸出端直接連在一起實現(xiàn)邏輯與。起實現(xiàn)邏輯與。 TTL與非門直接線與與非門直接線與出現(xiàn)的問題：出現(xiàn)的問題：F1=1，F(xiàn)2=0就會在電就會在電源和地之間形成一個低源和地之間形成一個低阻通路，破壞了邏輯關阻通路，破壞了邏輯關系，而且還會把截止門系，而且還會把截止門中的導通管中的導通管T4燒壞。燒壞。 集電極開路門集電極開路門(OC門門)集電極開路門集電極開路門(OC門門)電路結構：電路結構：把把TTL與非門電路的推拉輸出級改與非門電路的推拉輸出級改為三極管集電極開路輸出為三極管集電極開路輸出

46、,稱為集電極開路稱為集電極開路(Open Collector)門電路。門電路。RL上上拉拉電電阻阻集電極開路門集電極開路門(OC門門)集電極開路門集電極開路門(OC門門)邏輯符號如圖邏輯符號如圖(b)所示。所示。 邏輯功能：邏輯功能：ABF 幾個幾個OC門的門的輸出端直接并輸出端直接并聯(lián)后可共用一聯(lián)后可共用一個集電極負載個集電極負載電阻電阻RL和電源和電源VCC。 只要恰當?shù)剡x只要恰當?shù)剡x擇電源電壓和擇電源電壓和負載電阻，就負載電阻，就可以保證輸出可以保證輸出電平的高、低電平的高、低要求，而又有要求，而又有效地防止輸出效地防止輸出管電流過大。管電流過大。 集電極開路門集電極開路門(OC門門)集

47、電極負載電阻集電極負載電阻RL的選擇的選擇利用利用OC門可以實現(xiàn)線與功能。門可以實現(xiàn)線與功能。當有當有m個個OC門直接并聯(lián)，并帶有門直接并聯(lián)，并帶有n個與非個與非門作負載時，只要公共外接負載電阻門作負載時，只要公共外接負載電阻RL選選擇適當，就可以保證輸出高電平不低于規(guī)擇適當，就可以保證輸出高電平不低于規(guī)定的定的VOHmin值；又可以保證輸出低電平不高值；又可以保證輸出低電平不高于規(guī)定的于規(guī)定的VOLmax。而且也不會在電源和地之。而且也不會在電源和地之間形成低阻通路。間形成低阻通路。 集電極開路門集電極開路門(OC門門)集電極負載電阻集電極負載電阻RL的選擇的選擇若若m個個OC與非門的輸出都

48、為高電平直接并聯(lián)，則與非門的輸出都為高電平直接并聯(lián)，則線與結果為高電平，如圖線與結果為高電平，如圖2-17所示。所示。為保證并聯(lián)輸出高電為保證并聯(lián)輸出高電平不低于規(guī)定的平不低于規(guī)定的VOHmin值，則要求值，則要求RL取值不取值不能太大，才能保證能太大，才能保證VCC-IRLRLVOHmin。OC門門個數(shù)個數(shù) TTL與非門輸入與非門輸入端的個數(shù)端的個數(shù) OC門輸出管截門輸出管截止時的漏電流止時的漏電流 負載門每個輸入端負載門每個輸入端為高電平時的輸入為高電平時的輸入漏電流漏電流 IRL=mIOH+pIIH VCC-(mIOH+pIIH)RLVOHmin RL最大值最大值RLmax為：為： IH

49、OHOHminCCLmaxpImIVVRVCC-IRLRLVOHmin集電極開路門集電極開路門(OC門門)當當OC門線與輸出為低電平時，從最不利情門線與輸出為低電平時，從最不利情況考慮，設只有一個況考慮，設只有一個OC門處于導通狀態(tài)，門處于導通狀態(tài)，而其它的而其它的OC門均截止，如圖門均截止，如圖2-18所示。所示。 RL不能太小，應保證不能太小，應保證在所有的負載電流全部在所有的負載電流全部流入唯一導通的流入唯一導通的OC門時，門時，線與輸出低電平仍能低線與輸出低電平仍能低于規(guī)定的于規(guī)定的VOLmax值，即值，即VCC-IRLRLVOLmax。 OC門導通時的門導通時的最大負載電流最大負載電流 TTL與非門輸與非門輸入短路電流入短路電流 注注：無論一個門有：無論一個門有幾個輸入端接在幾個輸入端接在VOL上，上，IIS都是同樣大。都是同樣大。 IRL=IOL-nIIS VCC-IRLRLVOLmaxVCC-(IOL-nIIS)RLVOLmaxRL最小值最小值RLmin為：為： ISOLOLmaxCCLminnIIVVRRLminRLRLma