数字电子技术(第五版)教案,第二章,高教版dch.ppt

1,2.4 TTL逻辑门电路,2.4.7 改进型TTL门电路抗饱和TTL电路,2.4.1 基本的BJT反相器的动态性能,2.4.2 TTL反相器的基本电路,2.4.3 TTL反相器的传输特性,2.4.4 TTL与非门电路,2.4.5 TTL与非门的技术参数,2.4.6 TTL或非门、集电极开路门和,三态门电路,2,2.4.1 基本的BJT反相器的动态性能,TTL反相器的产生:,若考虑基本反相器负载电容CL 的影响，在反相器输出电压O 由低向高过渡时，电路由VCC 通过Rc对CL充电。,vcc,Rc,T,CL,反之，当O由高向低过渡时，CL又将通过BJT放电。CL的充、放电过程均需经历一定的时间，必然会增加输出电压O波形的上升时间和下降时间，导致基本的BJT反相器的开关速度不高。故需寻求更为实用的TTL电路结构。,3,1. TTL反相器的基本电路,2. TTL反相器的工作原理,3. 采用输入级以提高工作速度,4. 采用推拉式输出级以提高开关速度,和带负载能力,2.4.2 TTL反相器,4,1. TTL反相器的基本电路,输入级,中间级,输出级,2.4.2 TTL反相器,5,2. TTL反相器的工作原理,（1）当输入为低电平 （I = 0.2 V）,0.9V,0.2V,OVCCVBE4VD 50.70.7 =3.6V,2.4.2 TTL反相器,6,2. TTL反相器的工作原理,当输入为高电平（I = 3.6 V）,3.6V,4.3V,2.1V,1.4V,0.2V,2.4.2 TTL反相器,7,3. 采用输入级以提高工作速度,（1）当TTL反相器I由 3.6V变0.2V的瞬间,0.9V,1.4V,T1管的变化先于T2、 T3管的变化；,T1管Je正偏、Jc反偏， T1工作在放大状态。,T1管射极电流1 iB1很快地从T2的基区抽走多余的存储电荷,从而加速了状态转换。,2.4.2 TTL反相器,8,4. 采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力,当输出为低电平时，T3处于深度饱和状态，T4截止， T3的集电极电流可以全部用来驱动负载。,输出为高电平时，T3截止，T4组成的电压跟随器的输出电阻很小，所以输出高电平稳定，带负载能力也较强。,2.4.2 TTL反相器,波形上升沿陡直。而当输出电压由高变低后， CL很快放电，输出波形的上升沿和下降沿都很好。,输出端接有负载电容CL时，在 输出由低到高跳变的瞬间，CL充电，其时间常数很小，使输出,9,I很低，T1的发射结为正向偏置。T1饱和使T2、T3截止，同时T4和D导通。O=3.6V。,I = B ，T1仍维持饱和。但B2 = C1增大使T2的发射结刚好正偏。 B2= I+VCES ， I(B)=VFVCES=0.6V0.2V0.4V,CD段：当I的值继续增加C点后，使T3饱和导通， O0.2V I(D)=BE3+BE2CES1 = (0.7+0.70.2)V=1.2V,当I的值从D点再继续增加时，T1将进入倒置放大状态，保持O= 0.2V,B2=I， BC段的斜率为dO/dI = Rc2/Re2= 1.6。,I B时，由T1的集电极供给 T2的基极电流，但T1仍保持为 饱和状态。在BC段内，T2对I 的增量作线性放大:,*2.4.3 TTL反相器的传输特性,10,2.4.4 TTL与非门,1. TTL与非门电路,多发射极BJT,11,2. TTL与非门电路的工作原理,任一输入端为低电平时: T1的发射结正向偏置而导通，T2截止。输出为高电平。,TTL与非门各级工作状态,只有当全部输入端为高电平时： T1将转入倒置放大状态，T2和T3均饱和，输出为低电平。,2.4.4 TTL与非门,12,各种类型的TTL门电路， 其传输特性大同小异。,VOHVO(A)3.6V,VOLVCES 0.2V,VIL VI (B)0.4V,VIH VI(D)1.2V,1、TTL与非门传输特性,2、输入、输出的高、低电压,2.4.5 TTL与非门的技术参数,13,3. TTL与非门噪声容限,输入噪声容限:,输入高电平的噪声容限为 VNH=VOH(min)VIH(min),输入低电平的噪声容限为 VNL=VIL(max)VOL(max),当电路受到干扰时，在保证输出高、低电平基本不变的条件下，输入电平的允许波动范围。,2.4.5 TTL与非门的技术参数,14,4. 扇入与扇出系数,扇入数: 取决于门的输入端的个数,扇出数: 带同类门的个数。 有带灌电流负载和拉电流负载两种情况:,负载门,驱动门,0,当负载门的个数增加时，总的 灌电流IIL将增加,引起输出低 电压VOL的升高。,带灌电流负载：输出低电平时。,IIL,IOL,2.4.5 TTL与非门的技术参数,15,4. 扇入与扇出系数,扇入数: 取决于门的输入端的个数,扇出数: 带同类门的个数。 有带灌电流负载和拉电流负载两种情况:,负载门,驱动门,1,2.4.5 TTL与非门的技术参数,0,1,带拉电流负载：门输出高电平时,当负载门的个数增多时，必将 引起输出高电压的降低。,IIH,IOH,16,例 查得基本的TTL与非门7410的参数如下： IOL16mA，IIL1.6mA，IOH0.4mA，IIH0.04mA.试计算其带同类门时的扇出数。 解： (1)低电平输出时的扇出数,(2)高电平输出时的扇出数,若NOLNOH，则取较小的作为电路的扇出数。,例题： 扇出数计算举例,2.4.5 TTL与非门的技术参数,17,电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。,5. 传输延迟时间,平均传输延迟时间 tPd,tPLH 为门电路输出由低电平转换到高电平所经历的时间; tPHL为由高电平转换到低电平所经历的时间。,(tPLHtPHL)/2, 表征门电路开关速度的参数,18,6. 功耗与延时功耗积,1、功耗分为:,静态功耗：,动态功耗：,对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。,2、延时功耗积,DP = tpdPD,2.4.5 TTL与非门的技术参数,指的是当电路没有状态转换时的功耗,是在门的状态转换的瞬间的功耗。,是一综合性的指标，用DP表示，其单位为焦耳。DP的值愈小，表明它的特性愈接于理想情况。,19,1. TTL或非门,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路,20,1. TTL或非门,TTL或非门的逻辑电路,若二输入端为低电平,0.9 v,0.2 v,0.2 v,0.9 v,3.6V,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路,21,1. TTL或非门,若A、B两输入端都为高电平,2.1 v,3.6 v,3.6v,2.1 v,0.3V,问题：若A、B两输入端中有一个为高电平，输出L = ?,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路,22,2. 集电极开路门 (Open Collector Gate),vOH,vOL,X,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路,23,2. 集电极开路门,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路,24,集电极开路门上拉电阻Rp 的计算,在极限情况，上拉电阻Rp具有限制电流的作用。以保证IOL不超过额定值IOL(max)，故必须合理选用Rp的值。,另一方面，Rp的大小影响OC门 的开关速度，Rp的值愈大，因而 开关速度愈慢,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路,25,集电极开路门上拉电阻Rp 的计算举例,例2.4.2 设TTL与非门74LS01(OC)驱动八个74LS04(反相器)， 试确定一合适大小的上拉电阻Rp，设VCC5V。,解：从器件手册查出得：VCC=5V，VOL(max)=0.4V，IOL(max)=8mA，IIL= 400A，VIH(min) =2V，IIH=20A。,IIL(total)=400A8=3.2mA,得,VCC=5V，IIH(total) =20A8= 0.16mA。,Rp的值可在985至18.75k,之间选择,可选1k的电阻器为宜。,所以,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路,26,集电极开路门的缺点：,由于OC门输出不是推拉式(Totem)结构，电路的上升延迟很大，这是因为： T3退出饱和状态很慢； 对输出负载电容的充电电流只能通过外接的RL来提供。因此，输出波形的上升沿时间很大。,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路,27,3. 三态与非门(TSL ),三态钳位电路,3.6V,1.4V,0.7V,当CS= 1时,三态与非门真值表,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路,28,当CS= 0时,0.2V,0.9V,低电平,0.9V,开路,3. 三态与非门(TSL ),三态与非门真值表,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路,29,另一种形式的三态与非门：,3. 三态与非门(TSL ),三态与非门真值表,2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电