TTL逻辑门介绍.ppt

3 2 1BJT的开关特性 3 2TTL逻辑门 IBS VCC RcICS VCC Rc CE VCESVCES 0 2V 饱和导通 VB1 VB1 截止 Transistor TransistorLogic 1 BJT的开关作用 1 iC ICS BJT的开关条件 2 BJT截止 饱和状态的等效电路 3 2 BJT的开关时间 从截止到导通开通时间ton td tr 建立基区电荷时间 从导通到截止关闭时间toff ts tf 存储电荷消散的时间 问题 提高BJT开关速度的关键是什么 提高BJT开关速度的关键是加快基区电荷时间和存储电荷消散的时间 BJT饱和与截止两种状态的相互转换需要一定的时间才能完成 4 BJT 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 故需设计开关速度较快的实用型TTL门电路 3 2 2基本BJT反相器的动态性能 TTL反相器的产生 管子基区内电荷的存入和消散需要一定的时间 因此开关速度受到限制 若带电容负载 5 输出级T3 D T4和Rc4构成推拉式的输出级 用于提高开关速度和带负载能力 中间级T2和电阻Rc2 Re2组成 从T2的集电结和发射极同时输出两个相位相反的信号 作为T3和T4输出级的驱动信号 输入级 中间级 输出级 3 2 3TTL反相器的基本电路 1 电路组成 输入级T1和电阻Rb1组成 用于提高电路的开关速度 6 2 TTL反相器的工作原理 逻辑关系 性能改善 1 当输入为低电平 I 0 2V 0 9V 0 2V O VCC VBE4 VD 5 0 7 0 7 3 6V 7 2 当输入为高电平 I 3 6V 3 6V 4 3V 2 1V 1 4V 0 2V 0 9V 0 7V 逻辑真值表 倒置放大 饱和 饱和 截止 8 3 采用输入级以提高工作速度 当TTL反相器 I由3 6V变0 2V的瞬间 0 9V 1 4V T2 T3管的状态变化滞后于T1管 仍处于导通状态 T1管Je正偏 Jc反偏 T1工作在放大状态 T1管射极电流 1 1 iB1很快地从T2的基区抽走多余的存储电荷 从而加速了输出由低电平到高电平的转换 0 2V 9 当 O 3 6V时 4 采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力 O由低到高电平跳变的瞬间 CL充电 其时间常数很小使输出波形上升沿陡直 而当 O由高变低后 CL很快放电 输出波形的下降沿也很好 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 输出高电平稳定 带负载能力也较强 当 O 0 2V时 输出端接负载电容CL时 当输出为低电平时 T4截止 T3饱和导通 其饱和电流全部用来驱动负载 带负载能力 提高开关速度 10 2 TTL反相器的传输特性 AB段 截止区 I很低 0 6V T1的发射结为正向偏置 T1饱和使T2和T3截止 同时T4和D导通 O 3 6V CD段 转折区 当 I上升至1 4v T2 T3同时饱和导通 T4截止 输出电压急剧下降为低电平 O 0 2V DE段 饱和区 当 I的值从D点再继续增加时 输出保持 O 0 2V不变 BC段 线性区 I 0 7VT2导通 T3截止 T2工作于放大区 随着 I升高 O线性减小 11 1TTL与非门电路 多发射极BJT 3 2 4TTL逻辑门电路 12 TTL与非门电路的工作原理 任一输入端为低电平时 TTL与非门各级工作状态 当全部输入端为高电平时 13 2 TTL或非门 若二输入端为低电平 0 9v 0 2v 0 2v 0 9v 3 6V 14 3 6v 2 1v 3 6v 2 1v 0 2V 1V 若A B两输入端都为高电平 4 3v 4 3v 或非门逻辑表达式 15 vOH vOL 输出为低电平的逻辑门的输出级将被损坏 1 集电极开路门电路的提出 3 2 5集电极开路门和三态门电路 16 A 集电极开路与非门电路 B 使用时的外电路连接 C 逻辑功能 V CC 5V R c 4 130 W R c2 1 6k W R b 2 1 6k W T 4 T 2 T 3 T 1 A B R e 2 1k W D OC门输出端连接实现线与 L 17 2 三态与非门 TSL 三态钳位电路 3 6V 1 4V 0 7V 当CS 3 6V时 三态与非门真值表 18 R 1 R 2 R 4 V CC T4 L T3 R3 T1 与非门 A B CS T5 T6 T7 R5 R6 6 V CC 当CS 0 2V时 0 2V 0 9V 0 9V 高阻 19 真值表 逻辑功能 逻辑符号 低电平使能的三态与非门 20 特点 功耗低 速度快 驱动力强 3 2 6BiCMOS门电路 I为高电平 MN M1和T2导通 MP M2和T1截止 输出 O为低电平 1 截止 导通 导通 截止 截止 导通 工作原理 0 MN M1的导通加快了T2 T1的状态转换 0 21 截止 导通 截止 截止 导通 0 I为低电平 MP M2和T1导通 MN M1和T2截止 输出 O为高电平 T2基区的存储电荷通过M2而消散 门电路的开关速度可得到改善 导通 1 1 22 3 5正负逻辑问题 1 正负逻辑的规定 正逻辑 负逻辑 23 与非门 采用正逻辑 或非门 采用负逻辑 2 正负逻辑的关系及等效变换 24 1 驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围 包括高 低电压值 属于电压兼容性的问题 在数字电路或系统的设计中 往往将TTL和CMOS两种器件混合使用 以满足工作速度或者功耗指标的要求 由于每种器件的电压和电流参数各不相同 因而在这两种器件连接时 要满足驱动器件和负载器件以下两个条件 2 驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流 属于门电路的扇出数问题 3 6逻辑门电路使用中的几个实际问题 25 灌电流 IIL IOL 拉电流 IIH IOH 负载器件所要求的输入电压 对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流 26 驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流 驱动电路负载电路 1 VOH min VIH min 2 VOL max VIL max 驱动电路必须能为负载电路提供符合相应标准的高 低电平 27 2 CMOS门驱动TTL门 VOH min 4 9VVOL max 0 1V TTL门 74系列 VIH min 2VVIL max 0 8V IOH max 0 51mA IIH max 20 A VOH min VIH min VOL max VIL max 带拉电流负载 输出 输入电压 带灌电流负载 自分析 CMOS门 4000系列 IOL max 0 51mA IIL max 20 A 28 例用一个74HC00与非门电路驱动一个74系列TTL反相器和六个74LS系列逻辑门电路 计算此时的CMOS门电路是否过载 29 总的输入电流IIL total 1 6mA 6 0 4mA 4mA 灌电流情况 拉电流情况 74HC00 IOH max 4mA74系列反相器 IIH max 0 04mA74LS门 IIH max 0 02mA 总的输入电流IIH total 0 04mA 6 0 02mA 0 16mA 74HC00 IOL max 4mA74系列反相器 IIL max 1 6mA74LS门 IIL max 0 4mA 驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流 30 3 TTL门驱动CMOS门 如74HC 式2 3 4 都能满足 但式1VOH min VIH min 不满足 IO TTL输出级T3截止管的漏电流 31 1 逻辑门电路的主要技术参数有输入和输出高 低电压 噪声容限 传输延迟时间 功耗 延迟 功耗积 扇入和扇出数等 2 CMOS逻辑门电路是应用最为广泛的逻辑门电路 它集成度高 功耗低 扇出数大噪声容限亦大 开关速度较高 3 BiCMOS是取MOS和TTL两者的