數(shù)字電子技術(shù)經(jīng)典教程-TTL門電路課件

分立元件門電路LSTTL與非門電路TTL集電極開路門和三態(tài)門2.2TTL門電路LSTTL門電路的電氣特性二極管和三極管的開關(guān)特性分立元件門電路LSTTL與非門電路TTL集電極開路門和三態(tài)門1二極管的近似模型

當(dāng)二極管加正向電壓時，二極管導(dǎo)通，壓降維持在0.7V左右，當(dāng)二極管加反向電壓時，處于截止?fàn)顟B(tài)，只有極微小的電流IS（μA級）流過。

理想二極管模型數(shù)字電路中二極管模型二極管KADAKVON=0.7VAK二極管和三極管的開關(guān)特性二極管的近似模型當(dāng)二極管加正向電壓時，二極管導(dǎo)2

關(guān)的條件（管子截止）

當(dāng)vI≤0.7時，vBE＜0.7V，iB≈0，iC≈0，vO≈VCC。

三極管在電路中有三種工作狀態(tài)：放大狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)、飽和狀態(tài)。二極管和三極管的開關(guān)特性關(guān)的條件（管子截止）當(dāng)vI≤0.7時，vBE＜0.3

放大條件

iC=βiBvI↑→iB↑→iC↑→v

O↓分立元件門電路放大條件iC=βiBvI↑→iB↑→iC↑→vO↓4

開的條件（管子飽和）

分立元件門電路RB足夠小，RC足夠大或β足夠大開的條件（管子飽和）分立元件門電路RB足夠小，RC足5分立元件門電路1．與門

定義：低電平0~2V，高電平3~5V。

ABLABL1V1V1V4V4V1V4V4V1.7V1.7V1.7V4.7V000110110001分立元件門電路1．與門定義：低電平0~2V，高電平3~5V62．或門

ALB≥1分立元件門電路ABLABL1V1V1V4V4V1V4V4V0.3V3.3V3.3V3.3V0001101101112．或門ALB≥1分立元件門電路ABLAB73．非門

A1L分立元件門電路ALAL0V5V015V0.3V103．非門A1L分立元件門電路ALAL0V5V015V0.38（1）高低電平偏移

分立元件門電路存在的問題既非高電平也非低電平（1）高低電平偏移分立元件門電路存在的問題既非高電平9分立元件門電路存在的問題

當(dāng)驅(qū)動門輸出高電平時（2）負(fù)載特性差

什么是負(fù)載？什么是負(fù)載特性？何謂負(fù)載特性好？負(fù)載電流流過RC將產(chǎn)生壓降，使高電平輸出電壓下降，因此，要求RC越小越好。分立元件門電路存在的問題當(dāng)驅(qū)動門輸出高電平時（2）負(fù)10分立元件門電路存在的問題

當(dāng)門電路輸出低電平時在iT不變的情況下，iC越小，允許灌電流iL越大。因此，要求RC越大越好。iTiL+iC=各電流之間的關(guān)系：

iT增大將使驅(qū)動門低電平輸出電壓上升。分立元件門電路存在的問題當(dāng)門電路輸出低電平時11LSTTL與非門

集成TTL門電路是通過特殊工藝方法將所有電路元件制造在一個很小的硅片上，其優(yōu)點是體積小、重量輕、功耗小、成本低、使用起來焊點少、可靠性提高。

TTL——TransistorTransistorLogic三極管三極管邏輯TTL分以下4個系列：

74H系列：高速系列

74S系列：肖特基系列

74LS系列：低功耗、肖特基系列

74系列:經(jīng)典系列LSTTL與非門集成TTL門電路是通過特殊工12TTL與非門電路一：二極管與門+三極管反相器

存在的問題：當(dāng)A或B加0V低電平時，VP=0.7V，T管已處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，只要輸入電壓稍一升高，T管即導(dǎo)通，使輸出電平下降，因此無法正常工作。

與門非門0V0.7VTTL與非門電路一：二極管與門+三極管反相器13電路二：電路一中的R2用兩只二極管來代替

缺點：由于電路中RC為一固定值，負(fù)載特性不理想。因此，RC最好是一可變電阻。

TTL與非門

電平平移二極管電路二：電路一中的R2用兩只二極管來代替缺14電路三：用三極管代替RC，中間加一倒相級TTL與非門

輸入部分：與門。

中間T2、R2、R3組成倒相級。

由R4、T4、VD3、VT5組成輸出級。輸入級是三極管，輸出級是三極管——TTL邏輯電路。

輸入級的VT1為多發(fā)射極三極管VD1、VD2構(gòu)成輸入保護(hù)電路。

電路三：用三極管代替RC，中間加一倒相級TTL與非門150.3V1V1.輸入有低電平時，輸出為高電平(關(guān)態(tài))該電位不足以使VT2及VT5導(dǎo)通，因此VT2及VT5截止

VCC經(jīng)R2有電流向VT4的基極流去，得電壓方程式：0.3V1V1.輸入有低電平時，輸出為高電平(關(guān)態(tài))16

只要電路參數(shù)設(shè)計合適，可使VT2、VT5處于飽和狀態(tài)。2.輸入全為高電平時，輸出為低電平(開態(tài))

VC2電壓不能同時使T4和D3導(dǎo)通，故VT4和VD3截止。VC2

=VCES2+VBE5≈0.3+0.7=1VvO=VCES1≈0.3V3.6V3.6V2.1V1V只要電路參數(shù)設(shè)計合適，可使VT2、VT517ABVPVT2VT5VC2VT4L3.6V0.3V3.6V3.6V1.0V2.1V截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通≈VCC≈1.0V導(dǎo)通截止3.6V0.3V

TTL邏輯門具有輸入全“1”，輸出為“0”；輸入有“0”，輸出為“1”的與非邏輯關(guān)系，因而它是與非門。3.結(jié)論ABVPVT2VT5VC218思考題如何改善負(fù)載特性的？D3起何作用？R4起何作用？T4在工作中飽和嗎？思考題如何改善負(fù)載特性的？D3起何作用？R4起何作用？T4在19電路四：LSTTL與非門電路（2）RB、RC、VT6組成有源泄放電路，提高VT5的開關(guān)速度。（1）提高電路中所有電阻阻值以降低功耗有源泄放電路與電路三相比，電路四有以下幾方面改進(jìn)：電路四：LSTTL與非門電路（2）RB、RC、VT6組成有源20（3）將所有可能飽和的三極管用肖特基三極管代替肖特基三極管（3）將所有可能飽和的三極管用肖特基三極管代替肖特基三極管21（4）加電阻R5，給VT4的基極電荷提供泄放回路（6）VD3、VD4提供泄放回路，提高速度（5）加電阻R6，給VT2的基極電荷提供泄放回路（4）加電阻R5，給VT4的基極電荷提供泄放回路（6）VD322引線排列從左下角開始,逆時針計算

缺口標(biāo)記17814絕大多數(shù)右下角GND絕大多數(shù)左上角Vcc74LS00是在一個封裝內(nèi)有四個相同的與非門。其外形如圖所示。正視圖集成與非門—74LS008/17/2023引線排列從左下角缺口標(biāo)記17814絕大多數(shù)絕大多數(shù)23電壓傳輸特性：門電路輸入電壓取不同值時輸出電壓的變化規(guī)律。LSTTL門電路的電氣特性電壓傳輸特性：門電路輸入電壓取不同值時輸出電壓的變化規(guī)律。L2474LS系列門電路的幾個極限參數(shù)◆高電平輸出電壓VOH，VOH（min）=2.7V◆

低電平輸出電壓VOL

，VOL（max）=0.5V◆

高電平輸入電壓VIH，VIH（min）=2.0V◆

低電平輸入電壓VIL，VIL（max）=0.8VLSTTL門電路的電氣特性74LS系列門電路的幾個極限參數(shù)◆高電平輸出電壓VOH，25噪聲容限

低電平噪聲容限高電平噪聲容限VNL=VIL（max）－VOL（max）VNH=VOH（min）

－

VIH（min）G111G2VOL（max）VIH（min）VOH（min）VIL（max）LSTTL門電路的電氣特性噪聲容限低電平噪聲容限高電平噪聲容限VNL=VIL（max26重點分析3種情況：輸入短路、輸入低電平、輸入高電平輸入特性：輸入電壓vI和輸入電流iI之關(guān)系，即輸入端的伏安特性。LSTTL門電路的電氣特性重點分析3種情況：輸入短路、輸入低電平、輸入高電平27當(dāng)vI=0V時，輸入電流稱為輸入短路電流IIS

LSTTL門電路的電氣特性當(dāng)vI=0V時，輸入電流稱為輸入短路電流IISLSTTL門28當(dāng)vI=0.3V時，輸入電流IIL：LSTTL門電路的電氣特性當(dāng)vI=0.3V時，輸入電流IIL：LSTTL門電路的電氣29當(dāng)vI輸入高電平時，高電平輸入電流為二極管反向漏電流，IIH≤20μALSTTL門電路的電氣特性當(dāng)vI輸入高電平時，高電平輸入電流為二極管反向漏電流，IIH301.10.3V－0.23iI/mAvI/V0IISIIHIIL當(dāng)TTL門電路輸入高電平時，輸入電流流入門電路，但數(shù)值很小，當(dāng)TTL門電路輸入低電平時，輸入電流流出門電路。當(dāng)vI從0V~5V變化時，LSTTL門電路的電氣特性1.10.3V－0.23iI/mAvI/V0IISI31對于多輸入端門電路，當(dāng)n個輸入同時接低電平時，總的IIL與只有一個輸入端接低電平基本相等。LSTTL門電路的電氣特性對于多輸入端門電路，當(dāng)n個輸入同時接低電平時，總32對于多輸入門電路，總的高電平輸入電流得按并聯(lián)輸入端的數(shù)目加倍。LSTTL門電路的電氣特性對于多輸入門電路，總的高電平輸入電流得按并聯(lián)33TTL門電路輸入端接電阻時的特性當(dāng)RI≤1kΩ時，vI相當(dāng)于低電平。當(dāng)RI≥10kΩ時，vI相當(dāng)于高電平。LSTTL門電路的電氣特性TTL門電路輸入端接電阻時的特性當(dāng)RI≤1k34結(jié)論：（1）懸空相當(dāng)于接高電平；

（2）當(dāng)輸出端通過一個電阻接到下級輸入時，當(dāng)這個電阻R≥1kΩ時，低電平可能無法傳送到下級電路。RvO2vI111＞0.8V0.2VLSTTL門電路的電氣特性結(jié)論：（1）懸空相當(dāng)于接高電平；（2）當(dāng)輸出端通過一個電阻35（1）高電平輸出特性（拉電流負(fù)載特性）隨著負(fù)載電流增加，VOH下降，IOH（max）=0.4mA。（2）低電平輸出特性（灌電流負(fù)載特性）當(dāng)負(fù)載電流增加時，VOL逐漸升高。IOL（max）=-8mA。（3）把一個門電路帶同類門電路的個數(shù)稱為電路的扇出系數(shù)。LSTTL門電路的電氣特性（1）高電平輸出特性（拉電流負(fù)載特性）隨著負(fù)載電流增加，V36思考：以下是用門電路來驅(qū)動LED的兩種接法，哪一種較為合理？

+5VLEDR1LEDR1LSTTL門電路的電氣特性思考：以下是用門電路來驅(qū)動LED的兩種接法，哪一種較為合理？37例：已知門電路的參數(shù)IOH（max）=0.4mAIOL（max）=-8mAGP&G1&Gn&試求

門GP的扇出系數(shù)No應(yīng)為多少？

對門P輸出高電平和低電平時的情況分別討論，然后取兩個數(shù)中一個較小的作為門的扇出系數(shù)。

解：IIH=20

AIIL=-0.2mALSTTL門電路的電氣特性例：已知門電路的參數(shù)GP&G1&Gn&試求門GP的扇出38GP&G1&Gn&解：

當(dāng)門P輸出為低電平時，

當(dāng)門P輸出為高電平時，N應(yīng)選取{NL，NH}min，即N＝10LSTTL門電路的電氣特性GP&G1&Gn&解：當(dāng)門P輸出為低電平時，當(dāng)門39（1）傳輸延遲時間1vOvItpd的大小是由三極管開關(guān)時間，分布電容延遲等綜合因素決定的，不易準(zhǔn)確計算，一般在TTL集成電路數(shù)據(jù)手冊中給出。由于tpd的存在，對門電路的工作頻率給出了限制。tPHLtPLHvIvOLSTTL門電路的電氣特性（1）傳輸延遲時間1vOvItpd的大小是40（2）電源的動態(tài)尖峰電流由于輸出級T4、T5瞬間同時導(dǎo)通而出現(xiàn)電源的尖峰電流。結(jié)論：門電路的動態(tài)功耗要比靜態(tài)功耗大，而且工作頻率f越大，功耗越大。LSTTL門電路的電氣特性（2）電源的動態(tài)尖峰電流由于輸出級T4、T5瞬間同時導(dǎo)通而41普通LSTTL與非門不能線與TTL集電極開路門普通LSTTL與非門不能線與TTL集電極開路門42集電極開路門的電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號TTL集電極開路門集電極開路門的電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號TTL集電極開路門43集電極開路門使用時應(yīng)接上拉電阻TTL集電極開路門集電極開路門可以線與集電極開路門使用時應(yīng)接上拉電阻TTL集電極開路門集電極開路44分別用LSTTL與非門和OC門，實現(xiàn)函數(shù)畫出邏輯電路圖。例解：TTL集電極開路門分別用LSTTL與非門和OC門，實現(xiàn)函數(shù)畫出邏輯電路圖。例解45如圖所示電路，OC門輸出高電平漏電流IOZ=100μA，輸出低電平VOL=0.4V時最大灌電流IOL為8mA；門的輸入電流IIL≤-0.2mA；IIH≤20μA。如果要求X點高、低電平VIH≥3V，VIL≤0.4V，請計算上拉電阻RL的選擇范圍。例TTL集電極開路門如圖所示電路，OC門輸出高電平漏電流IOZ=100μA，輸出46TTL集電極開路門（a）當(dāng)X輸出高電平時，電流的分布如圖所示

流過RC總的電流為：I1=3×IOZ+6×IIH=3×0.1+6×0.02=0.42mAVX=5V－I1RC=5V－0.42×RC≥3VTTL集電極開路門（a）當(dāng)X輸出高電平時，電流的分布如圖所示47TTL集電極開路門（b）線與后輸出低電平流進(jìn)OC門的電流為0.622kΩ≤RC≤4.75kΩTTL集電極開路門（b）線與后輸出低電平流進(jìn)OC門的電流為048TTL集電極開路門OC門的應(yīng)用（a）可實現(xiàn)線與，簡化硬件電路（b）實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換TTL集電極開路門OC門的應(yīng)用（a）可實現(xiàn)線與，簡化硬件電路49TTL集電極開路門OC門的應(yīng)用（c）驅(qū)動大電流負(fù)載TTL集電極開路門OC門的應(yīng)用（c）驅(qū)動大電流負(fù)載50TTL三態(tài)門TTL三態(tài)門的電路結(jié)構(gòu)TTL三態(tài)門的工作原理當(dāng)EN為高電平時，與非邏輯功能當(dāng)EN為低電平時，T4和T1同時截止，輸出高阻態(tài)三態(tài)：0態(tài)、1態(tài)、高阻態(tài)LVCCT1T4T2R2R3ABR1ENR4D4DTTL三態(tài)門TTL三態(tài)門的電路結(jié)構(gòu)TTL三態(tài)門的工作原理51低電平使能高電平使能TTL三態(tài)門ABF＆ENENABF＆ENEN低電平使能高電平使能TTL三態(tài)門ABF＆ENENABF＆EN52

三態(tài)門的應(yīng)用1.三態(tài)門廣泛用于數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)任何時刻只能有一個控制端有效，即只有一個門處于數(shù)據(jù)傳輸，其它門處于禁止?fàn)顟B(tài)三態(tài)邏輯門（TSL）總線三態(tài)門的應(yīng)用1.三態(tài)門廣泛用于數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)532.雙向傳輸當(dāng)EN=0時，門1工作，門2禁止，數(shù)據(jù)從A送到B；EN=1時，門1禁止，門2工作，數(shù)據(jù)從B送到A。三態(tài)邏輯門（TSL）2.雙向傳輸當(dāng)EN=0時，門1工作，門2禁止，數(shù)據(jù)從A送54基本原則2.3集成門電路的接口（1）驅(qū)動門的輸出電壓應(yīng)在負(fù)載門所要求的輸入電壓范圍