TTL集成门电路.ppt

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1、2.3 TTL集成门电路,集成门电路：把构成门电路的元器件和导线都制做在一块半导体芯片上，再封装起来，就构成了集成门电路。,2.3 TTL集成门电路,TTL：,输入输出都是由三极管来完成的逻辑电路。,Transistor-Transistor-Logic,晶体管晶体管逻辑电路,一般是中小规模集成电路,所有的TTL电路工作电压都是5V。,一、TTL反相器的工作原理,T1是输入级，T2是中间级，T3、T4 是输出级。,D1起保护作用，D起电平移位作用,中间级：又叫中间反相级,1 电路组成,T1导通，T1基极电位被钳位在1V,由于T3工作在射极输出器状态，所以带负载能力较强,uI=UIL时,uO=U

2、OH,3.6V,0.3V,设UIL=0.3V，UIH=3.6V,uO=5 UBE3 UD2=3.6V。,1V,T1基极到地至少有两个PN结,T2截止,T4截止,截止,截止,5V电源通过R2向T3基极提供电压,T3和D都导通,uI=UIH时,uC2=UBES4+UBES20.7+0.3=1V，,可见输出和输入之间是反相关系，即:,空载输出时约为0.3V,3.6V,1.4V,1V,0.7V,0.3V,uO=UOL,uE1=3.6V,T1：倒置工作状态（集电结正向导通而发射结反偏,假设T1导通,4.3V,4.3V电压足以使三个PN结导通,2.1V,截止,饱和,T3、D截止，T4饱和。,二、TTL非门

3、的特性曲线,输出电压随输入电压uI的变化可用曲线表示出来，叫电压传输特性,（一）电压传输特性,电压传输特性,输入高电平时，输出低电平,输入低电平时，输出高电平,电压传输特性大致可分四段,AB段：UI0.5 V时，uO=3.6V,截止区,截止区,BC 段：0.5uI1.3V，uo随着uI增加而线性减小,线性区,线形区,CD 段：uI 到1.4V uo急剧下降，迅速达到低电平,转折区,转折区,DE 段：uI1.4V uo=0.3V,饱和区,饱和区,主要参数,阈值电压,T4管由截止到导通，输出由高电平到低电平时对应的输入电压,A,B,C,D,E,门槛电压、门限电压,近似分析时：UI Uth 门饱和，

4、输出低电平UL；UI Uth 门截止，输出高电平UH,关门电平,保证反相器处于截止状态（输出为高电平）所对应的输入电压的最大值,Uth 1.4V,A,B,C,D,E,B,A,B,C,D,E,A,C,D,E,B,阈值电压,A,B,C,D,E,A,B,C,D,E,A,C,D,E,C,B,A,D,E,UOFF=0.8V,开门电平,保证反相器处于导通状态（输出为低电平）所对应的输入电压,UOFF=2.0V,UOFF=1.8V,Uihmin=2.0V,要使反相器可靠截止，输出为高电平，UIUON,噪声容限,TTL电路中 标称值：UL=0.3V，UH=3.6V,输入UI偏离标称值时，输出并不是立即变化，只

5、要噪声不超过一定限度，输出端的逻辑状态就不会受到影响。这个不允许超过的界限叫做噪声容限,一般规定：TTL门输出低电平最大值是0.4V；输出高电平最小值是2.4V,低电平噪声容限：UNL=UOFF UIL0.4V,高电平噪声容限:UNH=UIH-UON 0.4V,一般:ROFF=700 RON=2.5k,主要参数,开门电阻(RON),关门电阻(ROFF),当输入电阻Ri RON时,相当输入高电平，门开，输出低电平。,当输入电阻Ri ROFF时,相当输入低电平，门关，输出高电平。,悬空 易引入干扰,TTL与非门多余输入端的处理,接高电平(如通过电阻接电源):不增加信号驱动电流,与有用端并联:增加可

6、靠性，需驱动电流大,在保证反相器开启，输出为额定低电平的条件下，所允许的输入电阻Ri的最小值,在保证反相器关闭，输出为高电平的条件下，所允许的输入电阻Ri的最大值,（三）输出特性,1.高电平输出特性,输出高电平时的等效电路,IOH,随着拉电流负载电流的增大，输出高电平下降。,当RL=0时，叫输出短路电流IOS输出为高电平时，对地短路的时间不能超过1秒,输出高电平输出时，T2、T4，截止,等效,2.低电平输出特性,输出低电平时，D、T3，截止，T4饱和,T4工作在饱和状态，输出电阻很小（一般只有十几左右），故随灌电流IOL增大输出低电平缓慢上升。,输出低电平时的等效电路,等效,IOL,扇入系数和

7、扇出系数,根据输出端为低电平时允许灌入的最大负载电流ILmax，可求出驱动门的扇出系数NO：,扇入系数是指门的输入端数,扇出系数是指一个门能驱动同类型门的个数,5.动态特性,tpLH：截止延迟时间,对TTL电路：典型值为：tpHL=8ns tpLH=12ns tpd=10 ns 最大值为：tpHL=15ns tpLH=22ns tpd=18.5 ns 早些的资料典型值tpd=20 ns,另外：在输入电压跳变瞬间，电源会出现尖峰电流,传输延迟时间：tpd=（tpHL+tpLH）/2,tpHL：导通延迟时间,三、其它功能的TTL门电路,常用的其它功能的TTL门电路有：与门、与非门、或门、或非门、与

8、或非门、异或门。,1、与非门,将输入级T1换成多发射极三极管，相当基极、集电极并联在一起，发射极做输入，实现与的功能,2、或非门,T1、R1、T2、和T1、R1、T2是完全相同的两部分,T2和T2输出并联，有一个导通，则T4导通，输出低电平,3、与门、或门、与或非门、异或门,在与非门中间级再加一个反相电路，可得与门。F=AB,在或非门中间级再加一个反相电路，可得或门。F=A+B,将或非门输入级三极管换成多发射极三极管，可得与或非门,异或门可由非门、与门和或门组合而成。F=A B,在使用这些门电路时，会遇到多余输入端的问题，处理方法是,与门、与非门的处理办法是一样的，并联使用或接电源,或门、或非

9、门的处理办法是一样的，并联使用或接地,四、集电极开路门和三态门,1.集电极开路（OC）门,使用一般的TTL逻辑门时，不能将两个门的输出端直接相连，否则将导致逻辑门损坏,普通TTL门输出高电平不会超过5V,去掉T3、D，让T4的集电极开路,OC反相器符号,这种电路必须接上拉负载才能工作,输出低电平为0.3V（T4饱和），输出的高电平接近UCC2（T4截止）。,特别说明：OC门不是功能的分类，只是电路的输出结构不同，输出还可以并联。,输入、输出的电平不一致，这种功能叫电平转换。,OC与非门输出并联后，所实现的逻辑功能是：,Y,A,B,C,D,OC门的应用,这种功能叫线与。,线与,OC门的用途：,构

10、成线与，完成与或非逻辑,做电平转换接口，UOH=VCC可以选择不同VCC的，以满足不同场合的要求,直接驱动执行机构,外接负载电阻RL的选择,只有一个门导通，输出低电平，所有负载电流都流入该导通门，这时，所有电流之和不应超过OC门带灌流负载的最大值,RL不能太小,所有的门都处于截止状态，输出为高电平，有一个负载，就有一个拉流，T4管还有一个反向输出的漏电流IOH，都使电平下降,RL不能太大,2.三态（TS）门,三态门是指输出除了高、低电平，还有一个状态：高阻。,当,当,叫做使能端，低电平有效,现以一个三态反相器为例介绍,D1、D2截止，普通的反相器，实现正常的反相功能。,时,D1、D2 导通，迫

11、使T2、T3、T4都截止，输出端就呈现高阻状态,时,使能端也有高电平使能的,A,Y,三态反相器符号,三态门的典型应用,分时控制电路依次使三态门G1、G2 G7使能（且任意时刻使能一个），就将D1、D2 D7（以反码的形式）分时送到总线上,在一些复杂的数字系统中为了减少各单元电路之间的连线，使用了“总线”结构,0 1 1,1 0 1,1 1 0,总线,双向传输数据线,当,G1使能，G2高阻,时,当,时,G2使能，G1高阻,X,数据从A到B,数据从B到A,X,0,1,0,1,五、其它双极型,TTL电路是应用最广泛的双极型集成电路，为了满足某些特殊要求，还出现了一些其它类型双极型集成电路,六、TTL

12、门的分类,在工艺上同时满足要求是有一定的困难的、甚至是不可能的，所以不同的子系列有着自己的特点。,74：标准系列，延迟时间约10ns，平均功耗10mw,74H：高速系列，延迟时间约6ns，平均功耗22mw,74S：肖特基系列，加上了肖特基二极管，构成肖特基三极管，延迟时间约3ns，平均功耗19mw,74LS：低功耗肖特基系列，延迟时间约9ns，平均功耗2mw,有资料把74系列分成六类,只要后面*的数字相同逻辑功能就完全相同集成块引脚图也相同,74*：普通标准TTL,74系列的工作温度是070 54系列的工作温度是-55125,74S*：肖特基TTL,74LS*：低功耗肖特基TTL,74AS*：先进肖特基TTL,74F*：高速TTL,74ALS*：先进低功耗肖特基TTL,