數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) ch7-2

7.2TTL邏輯門電路7.2.1BJT的開關(guān)特性7.2.2TTL反相器7.2.3TTL與非門和或非門7.2.4TTL門電路的輸入和輸出特性7.2.5TTL集電極開路輸出和三態(tài)輸出門電路*7.2.6

TTL系列門電路特性參數(shù)比較7.2.1

BJT的開關(guān)特性半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)有兩種類型：NPN型和PNP型。1.BJT的結(jié)構(gòu)發(fā)射結(jié)(Je)

集電結(jié)(Jc)基極發(fā)射極集電極，用C或c表示（Collector）發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)晶體管符號(hào)1.BJT的結(jié)構(gòu)7.2.1

BJT的開關(guān)特性2.內(nèi)部載流子的傳輸過程發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子基區(qū)：傳送和控制載流子

集電區(qū)：收集載流子7.2.1

BJT的開關(guān)特性3.BJT的開關(guān)工作狀態(tài)及等效電路

飽和導(dǎo)通+5V

0V截止

當(dāng)i=0V時(shí)當(dāng)i=5V時(shí)BJT相當(dāng)于一個(gè)由基極電流所控制的無觸點(diǎn)開關(guān)。截止時(shí)相當(dāng)于開關(guān)“斷開”，而飽和導(dǎo)通相當(dāng)于開關(guān)“閉合”。飽和狀態(tài)等效電路截止?fàn)顟B(tài)等效電路7.2.1

BJT的開關(guān)特性4.BJT的開關(guān)時(shí)間從截止到導(dǎo)通開通時(shí)間ton(=td+tr)從導(dǎo)通到截止關(guān)閉時(shí)間toff(=ts+tf)BJT飽和與截止兩種狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間才能完成。7.2.1

BJT的開關(guān)特性

反相器用BJT的開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)

CL的充、放電過程均需經(jīng)歷一定的時(shí)間，必然會(huì)增加輸出電壓O波形的上升時(shí)間和下降時(shí)間，導(dǎo)致基本的BJT反相器的開關(guān)速度不高。故需設(shè)計(jì)有較快開關(guān)速度的實(shí)用型TTL門電路。

07.2.2TTL反相器管子基區(qū)內(nèi)電荷的存入和消散需要一定的時(shí)間，因此開關(guān)速度受到限制。若帶電容負(fù)載1TTL反相器的產(chǎn)生輸出級(jí)T3、D、T4和Rc4構(gòu)成推拉式的輸出級(jí)。用于提高開關(guān)速度和帶負(fù)載能力。中間級(jí)T2和電阻Rc2、Re2組成，從T2的集電極和發(fā)射極同時(shí)輸出兩個(gè)相位相反的信號(hào)，作為T3和T4輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

Rb1

4kW

Rc2

1.6kW

Rc4

130W

T4

D

T2

T1

+

–

vI

T3

+

–

vO

負(fù)載

Re2

1KW

VCC(5V)

輸入級(jí)

中間級(jí)輸出級(jí)

7.2.2TTL反相器輸入級(jí)T1和電阻Rb1組成。用于提高電路的開關(guān)速度1.TTL反相器的結(jié)構(gòu)和工作原理（1）電路結(jié)構(gòu)（2）TTL反相器的工作原理（邏輯關(guān)系、性能改善）

a.當(dāng)輸入為低電平（I

=0.2V）0.9V0.2VT1導(dǎo)通截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止導(dǎo)通低電平T4D4T3T2T1輸入高電平輸出T2、

T3截止，T4、D導(dǎo)通1.TTL反相器的結(jié)構(gòu)和工作原理b.當(dāng)輸入為高電平（I=3.6V）

3.6V4.3V2.1V1.4V

0.2V1V

0.7V輸入A輸出L0110邏輯真值表

邏輯表達(dá)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(dǎo)通導(dǎo)通截止飽和低電平輸出D4T3T2T1輸入倒置放大飽和飽和截止（2）TTL反相器的工作原理1.TTL反相器的結(jié)構(gòu)和工作原理采用輸入級(jí)以提高工作速度

當(dāng)TTL反相器I由3.6V變0.2V的瞬間。

0.9V1.4VT2、T3管的狀態(tài)變化滯后于T1管，仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。T1管Je正偏、Jc反偏，T1工作在放大狀態(tài)。T1管射極電流（1+1）

iB1很快地從T2的基區(qū)抽走多余的存儲(chǔ)電荷,從而加速了輸出由低電平到高電平的轉(zhuǎn)換。0.2V1.TTL反相器的結(jié)構(gòu)和工作原理（2）TTL反相器的工作原理采用推拉式輸出級(jí)以提高開關(guān)速度

和帶負(fù)載能力3.6V

2.1V1.4V

0.2V

當(dāng)O=0.2V時(shí)當(dāng)輸出為低電平時(shí)，T4截止，T3飽和導(dǎo)通，其飽和電流全部用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。a)帶負(fù)載能力（2）TTL反相器的工作原理1.TTL反相器的結(jié)構(gòu)和工作原理當(dāng)O=3.6V時(shí)O由低到高電平跳變的瞬間，CL充電，其時(shí)間常數(shù)很小使輸出波形上升沿陡直。而當(dāng)O由高變低后，CL很快放電，輸出波形的下降沿也很好。

T3截止，T4組成的電壓跟隨器的輸出電阻很小，輸出高電平穩(wěn)定，帶負(fù)載能力也較強(qiáng)。輸出端接負(fù)載電容CL時(shí)，0.9V0.2V3.6Vb)輸出級(jí)對(duì)提高開關(guān)速度的作用CL采用推拉式輸出級(jí)以提高開關(guān)速度

和帶負(fù)載能力（2）TTL反相器的工作原理1.TTL反相器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.電壓傳輸特性反相器的電壓傳輸特性AB段vI<0.4V，vB2=vI+vCE1，這時(shí)由于T1處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，vCE1=vCES<0.2V，所以vB2<0.6V，T2和T3截止而T4導(dǎo)通，電路輸出高電平VOH。此后vI

繼續(xù)升高，vO

不再變化，進(jìn)入DE段。BC段，vI繼續(xù)上升，vB2≥0.7V，T2導(dǎo)通。隨著vI的升高，vC2和vO線性下降。當(dāng)輸入電壓上升到1.1~1.2V左右，即C點(diǎn)，vB2的電壓上升到使T2、T3兩個(gè)發(fā)射結(jié)開始導(dǎo)電時(shí)，T3導(dǎo)通，也處于放大狀態(tài)，

vO開始急劇下降。直到vI=1.4V，vB1升到約2.1V，T2和T3飽和，T4截止，輸出低電平VOL。1.與非門電路多發(fā)射極BJT

T1e

e

bc

eeb

c

BAL=7.2.3

TTL與非門和或非門電路與非門電路的工作原理

任一輸入端為低電平時(shí):TTL與非門各級(jí)工作狀態(tài)IT1T2T4T5O輸入全為高電平(3.6V)倒置使用的放大狀態(tài)飽和截止飽和低電平（0.2V）輸入有低電平

(0.2V)深飽和截止放大截止高電平（3.6V）當(dāng)全部輸入端為高電平時(shí)：3.63.60.22.10.2V3.6V3.6V0.9V輸出低電平輸出高電平

1.與非門7.2.3

TTL與非門和或非門電路若二輸入端均為低電平

R1A

R1

R1B

R4

VCC

A

T1A

T2A

T2B

T1B

B

D

L

T3

R3

T4

0.2v0.9v0.2v3.6V0.9v2.與非門7.2.3

TTL與非門和或非門電路

R1A

R1

R1B

R4

VCC

A

T1A

T2A

T2B

T1B

B

D

L

T3

R3

T4

3.6v2.1v3.6v2.1v0.2V1V若A、B兩輸入端都為高電平

4.3v4.3vA

LB

000011110001或非門真值表

或非門邏輯表達(dá)式若A、B兩輸入端只有一個(gè)輸入端為高電平?

1.或非門電路7.2.3

TTL與非門和或非門電路或非門邏輯符號(hào)AB7.2.4TTL門電路的輸入、輸出特性無論輸入高電平還是低電平，輸入電流都不為零.當(dāng)vI=VIH時(shí)，1.輸入特性T1處于倒置運(yùn)用狀態(tài)，即集電極c1作發(fā)射極使用，而發(fā)射極e1作集電極使用，倒置狀態(tài)下BJT的電流放大系數(shù)βi極小高電平輸入電流也很小。顯然，IIH對(duì)前級(jí)輸出電路是一種拉電流負(fù)載。電流從輸入端流出，灌入信號(hào)源（即前級(jí)邏輯輸出）。當(dāng)vI=VIL時(shí)，7.2.4TTL門電路的輸入、輸出特性2.輸出特性（1）高電平輸出特性帶拉電流負(fù)載。T4工作在射極跟隨器狀態(tài)，輸出電阻很小。隨著負(fù)載電流絕對(duì)值加大，R4上的壓降隨之增大。以后，VOH隨iL絕對(duì)值的增加幾乎線性下降。當(dāng)O=VOH時(shí)T3截止，T4、D2導(dǎo)通7.2.4TTL門電路的輸入、輸出特性2.輸出特性（2）低電平輸出特性當(dāng)O=VOL時(shí)由于這時(shí)T3

的c-e間內(nèi)阻很小，所以負(fù)載電流iL增加時(shí)，輸出低電平VOL升高很少。T4飽和導(dǎo)通而T3截止，vOHvOL輸出為低電平的邏輯門的輸出級(jí)的損壞??7.2.5集電極開路輸出和三態(tài)門輸出門電路（1)集電極開路門電路的提出1.集電極開路輸出(OC)門電路7.2.5集電極開路輸出和三態(tài)門輸出門電路1.集電極開路輸出(OC)門電路（2)集電極開路門電路（3)集電極開路門電路的使用（4)外接電阻RP阻值的確定外接電阻RP和電源VCC

RP(min)=

RP(max)=

三態(tài)鉗位電路

R1

R2

R4

VCC

T4L

T3

R3T1與非門A

B

CS

T5

T6

T7

R5

R66

VCC

D3.6V1.4V0.7V當(dāng)CS=3.6V時(shí)CS數(shù)據(jù)輸入端輸出端LAB10010111011100三態(tài)與非門真值表=AB7.2.5集電極開路輸出和三態(tài)門輸出門電路2.三態(tài)門輸出門電路

R1R2

R4

VCC

T4L

T3

R3T1A

B

CS

T6

R5

R66

VCC當(dāng)CS=0.2V時(shí)0.2V0.9V0.9V高阻CS數(shù)據(jù)輸入端輸出端LAB10010111011100××高阻高電平使能==高阻狀態(tài)與非邏輯

ZL

ABLCS=0____CS=1

真值表

邏輯符號(hào)7.2.5集電極開路輸出和三態(tài)門輸出門電路2.三態(tài)門輸出門電路ABCS

L

EN系列參數(shù)74S74LS74AS74ALS74FVIL(max)/V0.80.80.80.80.8VOL(max)/V0.50.50.50.50.5VIH(min)/V2.02.02.02.02.0VOH(min)/V2.72.72.72.72.7IIL(max)