第三章TTL门电路要点.ppt

TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）,一、双极型三极管的开关特性,1、结构：一个独立的双极型三极管由管芯、三个引出电极和外壳组成。基极b、集电极c、发射极e,一、双极型三极管的开关特性,2、输入、输出特性,3、三极管的三种工作状态NPN,饱和区：IC受VCE显著控制的区域，该区域内VCE的数值较小，一般VCE0.7V(硅管)，深度饱和状态VCE(sat)0.2V以下。,截止区：IC接近零的区域，IB=0的曲线的下方。,三极管工作在饱和状态的电流条件为：IBIBS电压条件为：,放大区：IC平行于VCE轴的区域，曲线基本平行等距。,三极管PN结四种偏置方式组合,4、双极型的三极管基本开关电路,5、双极型三极管的动态开关特性,三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间,iC的变化滞后于vI的变化。,6、三极管反相器,接入电阻R2和负电源VEE，即使输入的低电平信号稍大于零也能使三极管的基极为负电位，从而使三极管可靠的截止。,P115例3.5.1在图3.5.7所示的反相器电路中,若VCC=5V，VEE=-8V，RC=1K，R1=3.3K，R2=10K，三极管的电流放大系数=20，饱和压降VCE（sat）=0.1V，饱和导通内阻RCE（sat）=20，输入的高、低电平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算输入高、低电平时对应的输出电平，并说明电路参数的设计是否合理。,双极型三极管工作状态的计算,P115例3.5.1在图3.5.7所示的反相器电路中,若VCC=5V，VEE=-8V，RC=1K，R1=3.3K，R2=10K，三极管的电流放大系数=20，饱和压降VCE（sat）=0.1V，饱和导通内阻RCE（sat）=20，输入的高、低电平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算输入高、低电平时对应的输出电平，并说明电路参数的设计是否合理。,当vI=VIL=0V时，,b-e结上是反向电压，三极管截止，iC=0,vO=VCC=5V。,P115例3.5.1在图3.5.7所示的反相器电路中,若VCC=5V，VEE=-8V，RC=1K，R1=3.3K，R2=10K，三极管的电流放大系数=20，饱和压降VCE（sat）=0.1V，饱和导通内阻RCE（sat）=20，输入的高、低电平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算输入高、低电平时对应的输出电平，并说明电路参数的设计是否合理。,K,当vI=VIH=5V时，,b-e结导通，VBE=0.7V,iBIBS，故三极管处于深度饱和状态，输出vO=VCE(sat)0V,TTL反相器,1、TTL反相器的电路结构、工作原理,倒相级由双极型三极管T2、R2、R3组成。,D1:输入端钳位二极管,可抑制输入端可能出现的负极性干扰脉冲,也可防止输入电压为负时T1的发射极电流过大,起到保护作用.D2:确保T5饱和导通时T4可靠地截止.,A(vI),T1发射结,vB1,T2,T4,T5,Y(vO),0.2V,导通,0.9v,截止,导通,截止,3.4v,3.4V,导通,4.1v,导通,截止,导通,0.2v,?,T1集电结,截止,导通,2.1V,设Vcc=5V,vIH=3.4V,vIL=0.2V,PN结的导通电压为0.7V。,0,0,1,高低电平分析法,1,1,0,高低电平分析法,2、电压传输特性（输入电压输出电压关系）电压传输特性大体上分4段：截止区（AB）线性区（BC）转折区（CD）中点的输入电压称为阈值电压(门槛电压)VTH饱和区(DE),TTL反相器,截止区,线性区,转折区,饱和区,v,饱和区(DE)VI继续升高，VO不变化,v,截止区（AB）VI=0T2、T5截止，T4导通VO=1,线性区（BC）VI升高T2导通，T5截止VO降低,转折区（CD）VI=1T2、T5导通VO=0中点的输入电压VTH称为阈值电压（门槛电压）,3、输入端噪声容限若输入信号偏离正常的低电平而升高，输出高电平不立刻变化。同样，输入信号偏离正常高电平而升高时，输出的高电平不立刻改变。在保证输出高、低电平基本不变（或说变化大小不超、过允许限度）的条件下，输入电平允许的波动范围称输入端噪声容限。,输入端噪声容限示意图,TTL反相器,若许多门电路相互连接组成系统时，前一级门电路的输出是后一级门电路的输入。输入为高电平时的噪声容限为VNH=VOH(min)-VIH(min)输入为低电平时的噪声容限为VNL=VIL(max)-VOL(max),TTL反相器,1、输入特性,TTL反相器静态特性,VI=0v时,IIS(输入短路电流)IIL,VI=VIH时,T1相当于把原来的集电极c1当作发射极使用,原e1当作集电极使用倒置状态。倒置状态下三极管的电流放大系数极小，所以IIH很小,2、输出特性（a）高电平输出特性当vo=vOH时，T4、D2导通，T5截止得出等效图,TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）,2、输出特性（a）高电平输出特性,TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）,T4工作在发射极输出状态，电路的输出电阻很小，在iL（负载电流）较小的范围内，iL的变化对VOH的影响很小。随着iL数值的增加，R4上的压降加大，使T4的变为正向偏置，T4进入饱和状态。VOH随iL数值的增加几乎线性下降。,（b）低电平输出特性（T5饱和T4截止）,TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）,T5饱和导通时c-e间的内阻很小，iL增加时输出的低电平仅稍有升高。从低电平输出特性曲线可看出:VOL与iL的关系在较大的范围里基本呈线性,3、输入端负载特性如图：输入电流流过RP，RP上产生压降形成vI，RP越大，vI越高。当vI上升到1.4V后T2、T5同时导通，将vB1钳在2.1V左右，RP增加，vI不变，趋近于vI=1.4v的一条水平线。,TTL反相器,1.输出为低电平时（vO=vOL0.4V),输出端带负载的情形如图：,低电平输出电流:IOL=N1IILN1IIS,由于T5管的导通电阻为RON，,N1是输出低电平时负载门的数目。,所以，vOL=IOLRON。,为了保证vOL0.4v，,要限制负载门的数目N1。,截止,导通,vOL,驱动门,负载门,IIL,IIL,IOL,TTL门电路扇出系数的计算,扇出系数是指一个门电路可以同时驱动某一种门电路的最大数目,高电平输出电流：,由于T4管的导通电阻为RON，所以vOHVCC-N2IIH(R4+RON)-0.7v,为了保证vOH2.4v，要限制负载门的数目N2。,2.输出端为高电平时(vO=vOH2.4v),输出端带负载的情形如图：,N2是输出高电平时负载门的数目。,导通,截止,vOH,驱动门,负载门,IIH,IIH,IOH,IOH=N2IIH,R4,P120例3.5.2在图3.5.17所示的电路中,试计算门G1最多可以驱动多少个同样的门电路负载，VOH3.2V，VOL0.2V。,P122例3.5.3在图3.5.20所示的电路中，为保证门G1输出的高、低电平能正确地传送到门G2的输入端，要求vO1=VOH时vI2VIH(min)，vO1=VOL时vI2VIL(max)，试计算RP的最大允许值是多少。已知G1和G2均74系列反相器，VCC=5V，VOH=3.4V，VOL=0.2V，VIH(min)=2.0V，VIL(max)=0.8V。,RP为较小的值,VOL,1、传输延迟时间把输出电压波形滞后于输入电压波形的时间称为传输延迟时间(tPd)。由低电平跳变为高电平的传输延迟时间记tPLH,TTL反相器的动态特性,由高电平跳变为低电平的传输延迟时间记tPHL,2、交流噪声容限由于TTL电路中存在三极管的开关时间和分布电容的充放电过程，因而输入信号状态变化时必须有足够的变化幅度和作用时间才能使输出状态改变。窄脉冲3、电源的动态尖峰电流瞬时流经的最大电流，T4、T5同时导通的状态。,TTL动态特性,其他类型的TTL门电路,1、其他逻辑功能的门电路,T1多发射极三极管,其他类型的TTL门电路,多射极三极管工作特点,多射极三极管和一般三极管结构基本相同，只是有多个发射极。,相当于三个三极管的基极b和集电极c连在一起。,0,A/B=0T1有一个发射结导通，T2、T5截止，T4导通Y=1,0,0,1,1,1,A=1B=1T2、T5导通，T4截止Y=0,1,1,0,0,1,Y=(AB),其他类型的TTL门电路,1、其他逻辑功能的门电路VV,A=1时,T2、T5导通，T4截止Y=0,B=1时,T2、T5导通，T4截止Y=0,A=B=0时,T2、T2截止，T5截止，T4导通Y=1,Y=(A+B),其他类型的TTL门电路,1、其他逻辑功能的门电路,A=B=1,T2、T5导通，T4截止Y=0,C=D=1,T2、T5导通，T4截止Y=0,仅当A、B和C、D每组输入都不同时为1(例A=0B=1C=1D=0，T2、T2截止，T5截止，T4导通)Y=1,Y=(AB+CD),0,0,0,1,1,其他类型的TTL门电路,1、其他逻辑功能的门电路,A=B=1,T6、T9导通，T8截止Y=0,A=B=0,T4、T5截止，T9导通,T8截止Y=0,A、B不同时，T1导通，T6截止，T4、T5一个导通，T7截止，T8导通，T9截止Y=1,Y=AB,2、集电极开路的门电路（OC门）工作时需要外接负载电阻和电源，当他们的数值选择得当，就能够保证输出的高低电平符合要求，负载电流又不过大。,其他类型的TTL门电路,线与,其他类型的TTL门电路,注：OC门外接电阻的计算方法和OD门外接电阻的计算方法基本相同。不同的是在多个负载门输入端并联情况下，低电平输入电流的数目不一定与输入端的数目相等。,当输出高电平时：,当输出低电平时：,n：并联OD门或OC门的数目,与非门：输入低电平时，因为一个负载门总的低电平输入电流和每个输入端单独接低电平时的输入电流是一样的，所以m为负载门数目。输入高电平时，m为输入端数目。,或非门：输入低电平时，m为输入端数目。输入高电平时，m为输入端数目。,P133例3.5.5为图中外接负载电阻RL选定合适的阻值。已知G1、G2为OC门。,3、三态输出门电路（TS门）在普通门电路的基础上附加控制电路构成三态：高电平低电平高阻态,其他类型的TTL门电路,集成门电路逻辑功能的分析,对TTL电路，输入端悬空与接逻辑高电平等效。输入端经过电阻接电源电压时，与接逻辑高电平等效。输入端经过电阻接地时，输入端的电平与电阻阻值大小有关，当电阻阻值很小（几十欧）时，相当于接低电平，当电阻阻值大到一定程度以后（几千欧），输入端电压为高电平。习题P1543.14,对CMOS门电路,通常不允许输入端工作在悬空状态。输入端经过电阻接地时，与接逻辑低电平等效；经过电阻接电源电压时，与接逻辑高电平等效。习题P1543.15,集成门电路逻辑功能的分析,集成门电路逻辑功能的分析,TTL集成门电路中的几种基本电路模块,与结构或非结构倒相结构,习题3.13,AB,(AB),AB,AB,(AB),AB,习