数字电子技术经典教程 TTL门电路ppt课件.ppt

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1、分立元件门电路,LSTTL与非门电路,TTL集电极开路门和三态门,2.2 TTL门电路,LSTTL门电路的电气特性,二极管和三极管的开关特性,二极管的近似模型,当二极管加正向电压时，二极管导通，压降维持在0.7V左右，当二极管加反向电压时，处于截止状态，只有极微小的电流IS（A级）流过。,理想二极管模型,数字电路中二极管模型,二极管,二极管和三极管的开关特性, 关的条件（管子截止）,当vI0.7时，vBE0.7V，iB0，iC0，vOVCC 。,三极管在电路中有三种工作状态：放大状态、截止状态、饱和状态。,二极管和三极管的开关特性, 放大条件,iC=iB,vIiBiCv O,分立元件门电路,

2、开的条件（管子饱和）,分立元件门电路,RB足够小，RC足够大或足够大,分立元件门电路,1与门,定义：低电平02V，高电平35V。,2或门,分立元件门电路,3非门,分立元件门电路,（1）高低电平偏移,分立元件门电路存在的问题,分立元件门电路存在的问题, 当驱动门输出高电平时,（2）负载特性差,什么是负载？什么是负载特性？何谓负载特性好？,负载电流流过RC将产生压降，使高电平输出电压下降，因此，要求RC越小越好。,分立元件门电路存在的问题, 当门电路输出低电平时,在iT不变的情况下， iC越小， 允许灌电流 iL越大。因此，要求RC越大越好。,各电流之间的关系：,iT增大将使驱动门低电平输出电压上

3、升。,LSTTL与非门,集成TTL门电路是通过特殊工艺方法将所有电路元件制造在一个很小的硅片上，其优点是体积小、重量轻、功耗小、成本低、使用起来焊点少、可靠性提高。,TTLTransistor Transistor Logic三极管三极管逻辑,TTL分以下4个系列：,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: 经典系列,TTL与非门,电路一：二极管与门 + 三极管反相器,存在的问题：当A或B加0V低电平时，VP=0.7V，T管已处于临界导通状态，只要输入电压稍一升高，T管即导通，使输出电平下降，因此无法正常工作。,与门,非门,0V,0.7V,电

4、路二：电路一中的R2用两只二极管来代替,缺点：由于电路中RC为一固定值，负载特性不理想。因此，RC最好是一可变电阻。,TTL与非门,电路三：用三极管代替RC，中间加一倒相级,TTL与非门,输入部分：与门。,中间T2、R2 、 R3组成倒相级。,由 R4 、 T4、 VD3、 VT5 组成输出级。,输入级是三极管，输出级是三极管TTL逻辑电路。,输入级的VT1为多发射极三极管,VD1、VD2构成输入保护电路。,0.3V,1V,1. 输入有低电平时，输出为高电平(关态),该电位不足以使VT2及VT5导通，因此VT2及VT5截止,VCC经R2有电流向VT4的基极流去，,得电压方程式：,只要电路参数设

5、计合适，可使VT2 、VT5处于饱和状态。,2. 输入全为高电平时，输出为低电平(开态),VC2电压不能同时使T4和D3导通，故VT4和VD3截止。,VC2 = VCES2+VBE50.3+0.7=1V,vO=VCES10.3V,3.6V,3.6V,2.1V,1V,TTL逻辑门具有输入全“1”，输出为“0”；输入有“0”，输出为“1”的与非逻辑关系，因而它是与非门。,3. 结论,思考题,如何改善负载特性的？,D3起何作用？,R4起何作用？,T4在工作中饱和吗？,电路四：LSTTL与非门电路,（2）RB、RC、VT6组成有源泄放电路，提高VT5的开关速度。,（1）提高电路中所有电阻阻值以降低功耗

6、,与电路三相比，电路四有以下几方面改进：,（3）将所有可能饱和的三极管用肖特基三极管代替,（4）加电阻R5，给VT4的基极电荷提供泄放回路,（6）VD3、VD4提供泄放回路，提高速度,（5）加电阻R6，给VT2的基极电荷提供泄放回路,引线排列从左下角 开始,逆时针计算,缺口标记,1,7,8,14,绝大多数右下角GND,绝大多数左上角Vcc,74LS00是在一个封装内有四个相同的与非门。其外形如图所示。,正视图,集成与非门74LS00,电压传输特性：门电路输入电压取不同值时输出电压的变化规律。,LSTTL门电路的电气特性,74LS系列门电路的几个极限参数,高电平输出电压VOH ，VOH（min）

7、=2. 7V,低电平输出电压VOL ，VOL（max）=0. 5V,高电平输入电压VIH ，VIH（min）= 2.0V,低电平输入电压VIL，VIL（max）=0.8V,LSTTL门电路的电气特性,噪声容限,低电平噪声容限,高电平噪声容限,VNL=VIL（max）VOL（max）,VNH= VOH（min） VIH（min）,LSTTL门电路的电气特性,重点分析3种情况：输入短路、输入低电平、输入高电平,输入特性：输入电压 vI 和输入 电流iI 之关系，即输入端的伏安特性。,LSTTL门电路的电气特性,当vI=0V时，输入电流称为输入短路电流IIS,LSTTL门电路的电气特性,当vI=0.

8、3V时，输入电流IIL ：,LSTTL门电路的电气特性,当vI输入高电平时，,高电平输入电流为二极管反向漏电流，IIH20A,LSTTL门电路的电气特性,当TTL门电路输入高电平时，输入电流流入门电路，但数值很小，当TTL门电路输入低电平时，输入电流流出门电路。,当vI从0V5V变化时，,LSTTL门电路的电气特性,对于多输入端门电路，当n个输入同时接低电平时，总的IIL与只有一个输入端接低电平基本相等。,LSTTL门电路的电气特性,对于多输入门电路，总的高电平输入电流得按并联输入端的数目加倍。,LSTTL门电路的电气特性,TTL门电路输入端接电阻时的特性,当RI1k时， vI相当于低电平。当

9、RI10k时， vI相当于高电平。,LSTTL门电路的电气特性,结论：,（1）悬空相当于接高电平；,（2）当输出端通过一个电阻接到下级输入时，当这个电阻R1k时，低电平可能无法传送到下级电路。,0.8V,0.2V,LSTTL门电路的电气特性,（1）高电平输出特性（拉电流负载特性）,随着负载电流增加，VOH下降， IOH（max）=0.4mA。,（2）低电平输出特性（灌电流负载特性）,当负载电流增加时，VOL逐渐升高。 IOL（max）=-8mA。,（3）把一个门电路带同类门电路的个数称为电路的扇出系数。,LSTTL门电路的电气特性,思考：以下是用门电路来驱动LED的两种接法，哪一种较为合理？,

10、LSTTL门电路的电气特性,例：已知门电路的参数 IOH（max）=0.4mA IOL（max）=-8mA,试求 门 GP 的扇出系数No应为多少？,对门P输出高电平和低电平时的情况分别讨论，然后取两个数中一个较小的作为门的扇出系数。,解：,IIH= 20AIIL = -0.2mA,LSTTL门电路的电气特性,解：, 当门P输出为低电平时，, 当门P输出为高电平时，,N应选取 NL，NHmin，即,N10,LSTTL门电路的电气特性,（1）传输延迟时间,tpd的大小是由三极管开关时间，分布电容延迟等综合因素决定的，不易准确计算，一般在TTL集成电路数据手册中给出。,由于tpd的存在，对门电路的

11、工作频率给出了限制。,LSTTL门电路的电气特性,（2）电源的动态尖峰电流,由于输出级T4、T5瞬间同时导通而出现电源的尖峰电流。,结论：门电路的动态功耗要比静态功耗大，而且工作频率f越大，功耗越大。,LSTTL门电路的电气特性,普通LSTTL与非门不能线与,TTL集电极开路门,集电极开路门的电路结构和逻辑符号,TTL集电极开路门,集电极开路门使用时应接上拉电阻,TTL集电极开路门,集电极开路门可以线与,例,解：,TTL集电极开路门,如图所示电路，OC门输出高电平漏电流IOZ=100A，输出低电平VOL=0.4V时最大灌电流IOL为8mA；门的输入电流IIL-0.2mA； IIH20A。如果要

12、求X点高、低电平VIH3V，VIL0.4V，请计算上拉电阻RL的选择范围。,例,TTL集电极开路门,TTL集电极开路门,（a）当X输出高电平时，电流的分布如图所示,流过RC总的电流为：,I1=3IOZ+6IIH=30.1+60.02=0.42mA,VX=5VI1RC=5V0.42RC3V,TTL集电极开路门,（b）线与后输出低电平,流进OC门的电流为,0.622kRC4.75k,TTL集电极开路门,OC门的应用,（a）可实现线与，简化硬件电路,（b）实现电平转换,TTL集电极开路门,OC门的应用,（c）驱动大电流负载,TTL三态门,TTL三态门的电路结构,TTL三态门的工作原理,当EN为高电平

13、时，与非逻辑功能,当EN为低电平时，T4和T1同时截止，输出高阻态,三态：0态、1态、高阻态,低电平使能,高电平使能,TTL三态门, 三态门的应用,1. 三态门广泛用于数据总线结构,任何时刻只能有一个控制端有效，即只有一个门处于数据传输，其它门处于禁止状态,三态逻辑门（TSL）,2. 双向传输,当EN=0时，门1工作，门2禁止，数据从A送到B；,EN=1时，门1禁止，门2工作，数据从B送到A。,三态逻辑门（TSL）,基本原则,2.3集成门电路的接口,（1）驱动门的输出电压应在负载门所要求的输入电压范围内,VOH（min） VIH（min）,VOL（min） VIL（min）,（2）驱动门对负载

14、门能提供足够大的灌电流和拉电流, nIIH（max）,IOL（max） m,小结,1集成门电路是构成各种复杂数字电路的基本单元电路。常见的集成电路系列有CMOS和TTL两大类。,2. 门电路有多种输出结构：推拉式输出、OC（OD）输出、三态输出等。,3. 集成门电路的主要外特性包括电压传输特性、输入特性、输出特性、动态特性等。,小结,和电压传输特性相关的参数有VOL（max）、VOH（min）、VIL（max）、VIH（min）和VT；,和输入特性相关的的门电路参数有：IIL、IIH、RON和ROFF；与输出特性相关的参数有IOH（max）和IOL（max）；,与动态特性相关的参数有tPD和PD。,门电路的有一些参数是通过计算得到的，如高电平噪声容限VNH、低电平噪声容限VNL和扇出系数N,4. 集成门电路的主要参数。,小结,4. 集成门电路的主要参数。,5CMOS传输门是一种特殊的CMOS电路，它是一种数字开关，由数字信号控制，可以导通和截止，导通时既可以传输数字信号，也可以传输模拟信号，还具有双向传输功能。与CMOS反相器一样，CMOS传输门也是构成数字电路的基本单元。,作业,习题6、8，9，13，15,