第2章逻辑门电路TTL-03

1、数字逻辑与数字系统第数字逻辑与数字系统第3次课次课主要内容：主要内容：第第2章章 逻辑门电路逻辑门电路2.2 TTL 集成逻辑门电路集成逻辑门电路2.3 其它类型的其它类型的TTL 门电路门电路2.5数字集成电路使用中应注意的问题数字集成电路使用中应注意的问题课时：课时：2目的与要求目的与要求n掌握掌握TTL与非门的工作原理、电气特性。与非门的工作原理、电气特性。n了解集电极开路门和三态门的功能。了解集电极开路门和三态门的功能。n了解集成电路中使用中的问题了解集成电路中使用中的问题 重点与难点重点与难点重点：重点： 1. TTL与非门的工作原理与非门的工作原理 2. TTL与非门的外特性与非门

2、的外特性难点：难点：TTL与非门的外特性与非门的外特性 门电路分类门电路分类nTTLnCMOS 集成逻辑门：集成逻辑门：把门电路的所有元器件及连接导线制把门电路的所有元器件及连接导线制作在同一块半导体基片上。使用时接电源、输入和输作在同一块半导体基片上。使用时接电源、输入和输出。它具有体积小、可靠性高、速度快、价格便宜的出。它具有体积小、可靠性高、速度快、价格便宜的特点。特点。 TTL门电路：门电路：输入端和输出端都采用了半导体晶体输入端和输出端都采用了半导体晶体管，称之为管，称之为: Transistor Transistor Logic。2.2 TTL2.2 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门

3、电路+5VABCR1T1R2T2R3FR4R5T3T4T5输入级输入级输出级输出级中间级中间级0.3V3.6V一、一、TTL与非门电路结构与非门电路结构T1 与与R1组成输入级：组成输入级：T T1 1 多发射极晶体管：多发射极晶体管： 实现实现“与与”运算。运算。等效电路等效电路 b1=A B C c1+5VR1T1b1ABCc1AB+5Vb1R1C一、一、TTL与非门电路结构与非门电路结构+5VR1c1T1b1ABCR2T2R3FR4R5T3T4T5“与与”复合管形式复合管形式 TTL与非门与非门输出级输出级0.3V3.6V一、一、TTL与非门电路结构与非门电路结构1 1、任一输入为低电平

4、（、任一输入为低电平（0.3V0.3V）时）时+5VFR4R2R1R5R3T3b1ABC“0” 截止截止c1T1T5T2T41V0.3V二、二、TTL与非门工作原理与非门工作原理UF=5 -UBE3-UBE4 -UR2 3.4V 高电平！高电平！+5V“0”FR4R2R13kR5T3T4T1b1c1ABC1VUFRLT2 、T5截止截止逻辑关系逻辑关系:任任0则则1二、二、TTL与非门工作原理与非门工作原理2. 输入全为高电平（输入全为高电平（3.6V）时）时4.3V3.6V“1”(3.6V)T5T4发射结反偏发射结反偏R2+5VFR4R1T2R5R3T3T1b1c1ABC电位箝电位箝在在2.

5、1V0.7V1.4V二、二、TTL与非门工作原理与非门工作原理 全导通全导通(T2、 T5饱和饱和)T5T4R2截止截止T1:倒置状态倒置状态C、E作用颠倒作用颠倒+5VFR4R1T2R5R3T3T1b1c1ABC 1V0.7V1.4V“1”(3.6V)发射结发射结全反偏全反偏电位箝电位箝在在2.1V二、二、TTL与非门工作原理与非门工作原理UF=0.3V饱和饱和T1T2T5T4：截止：截止逻辑关系：逻辑关系：全全1则则0+5VFR2R13kR3b1c1ABC“1”(3.6V)电位箝电位箝在在2.1V发射结全反偏发射结全反偏二、二、TTL与非门工作原理与非门工作原理ABCF &ABCF

6、 输入任输入任0：T2、T5 截止截止,T3、T4 导通；导通； U0= U0H 。 输入全输入全1： T4 截止截止,T2、T5饱和导通饱和导通; U0= U0L 。逻辑关系：逻辑关系：任任0则则1全全1则则0与非门与非门二、二、TTL与非门工作原理与非门工作原理三、三、TTLTTL与非门外特性与非门外特性n电压传输特性：电压传输特性： UO UIn输入负载特性：输入负载特性： (u(ui i R R ) )n带负载能力带负载能力测试电路测试电路&+5VUIUO R1、电压传输特性：、电压传输特性： UO UIu0(V)ui(V)123UOH(3.6V)UOL(0.3V)传输特性曲线

7、传输特性曲线u0(V)ui(V)123UOH“1”UOL(0.3V)阈值阈值UT=1.4V理想的传输特性理想的传输特性输出高电平输出高电平输出低电平输出低电平1、电压传输特性：、电压传输特性： UO UI截止区截止区(T5 ：关门：关门)转折区转折区(过渡区过渡区)饱和区饱和区(T5开门开门) 通用：通用：UOH 2.4V ， UOL 0.4V 典型值典型值 ： 输出高电平输出高电平 UOH=3.4V 输出低电平输出低电平 UO L =0.3V 阈值电压阈值电压 UT =1.4V1. 输出端典型参数输出端典型参数2. 输入端典型参数：输入端典型参数： 典型值典型值 ： 输入高电平输入高电平 U

8、IH=3.6V 输入低电平输入低电平 UIL =0.3V 通用：通用：UI UT ，UI=“1”，与非门开门与非门开门 UO L ； UIUT ，UI=“0”，与非门关门与非门关门 UOH 。 1、电压传输特性：、电压传输特性： UO UI2 2、输入负载特性、输入负载特性 (u(ui i R R ) ) uiVRC+5VR4R2R13k b1100 750 FT2R5R3T3T4T1T5c1AB360 3K 测试电路测试电路R较小时较小时R较小时，较小时，uiUT 相当于输入低电平相当于输入低电平，所以输出为高电平。所以输出为高电平。Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5

9、b1c1ABC )5(11beiURRRuRR33 . 4设：设：T2、T5 截止截止2 2、输入负载特性、输入负载特性 (u(ui i R R ) )R增大增大Ruiui UT时时 ， T2、 T5将饱和导通，将饱和导通，输入变高，输出变低电平。输入变高，输出变低电平。RR33 . 4)V(4 . 1R临界临界=1.45K Rui+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC 2.1V1.4V0.7V1.4V20RI(K )UI(V)12310.60.51.41.45对应对应:UOH对应对应:UOL2 2、输入负载特性、输入负载特性 (u(ui i R R ) )关门电阻

10、关门电阻ROFF：保证保证TTL与非门关闭，输出为标准高电平与非门关闭，输出为标准高电平时，所允许的时，所允许的RI最大值。一般取最大值。一般取ROFF1K 开门电阻开门电阻RON：保证保证TTL与与非门导通，输出为标准低电平时，非门导通，输出为标准低电平时，所允许的所允许的RI最小值。一般取最小值。一般取ROFF2K RI RON时，相当于输入高电平，与非门输出为低电平；时，相当于输入高电平，与非门输出为低电平；RI ROFF时，相当于输入低电平，与非门输出为高电平。时，相当于输入低电平，与非门输出为高电平。1. 悬空的输入端相当于接高电平。悬空的输入端相当于接高电平。2. 为了防止干扰，可

11、将悬空的输入为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。端接高电平。3. 输入端的并联使用输入端的并联使用3 3、带负载能力、带负载能力扇出系数扇出系数N N与非门输出驱动同类门的个数：与非门输出驱动同类门的个数：N 8 。与非门的扇出系数一般是与非门的扇出系数一般是10。驱动器：扇出系数可以大于驱动器：扇出系数可以大于20。带同类门的个数带同类门的个数+5VR4R2R5T3T4T1前级前级T1T1IiH1IiH3IiH2IOH前级输出为前级输出为 高电平时高电平时 3 3、带负载能力、带负载能力扇出系数扇出系数N N拉电流负载拉电流负载与非门输出为与非门输出为 高电平时：高电平时：（ U UIL

12、IL: T: T2 2 、T T5 5 截止，截止，T T3 3、 T T4 4导通）导通） 拉电流：拉电流：IOH（几百几百)iORL(等效等效)拉电流能力：拉电流能力：维持维持UOH时，时，所允许的最大拉电流值。所允许的最大拉电流值。+5VR4R2R5T3T4UOH3 3、带负载能力、带负载能力扇出系数扇出系数N N+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1前级前级IOLIiL1IiL2IiL3前级输出为前级输出为 低电平时低电平时 3 3、带负载能力、带负载能力扇出系数扇出系数N N灌电流负载灌电流负载与非门输出为与非门输出为 低电平低电平时：时：iORL+5V(等效等效)灌电流：灌电流

13、：IOL约十几约十几mA灌电流能力：灌电流能力：维持维持UOL时，时，所允许的最大所允许的最大灌电流值灌电流值 。+5VR2R13kT2R3T1T5b1c1UOL3 3、带负载能力、带负载能力扇出系数扇出系数N N输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：21iLiLOLIII输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）：输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）：21iHiHOHIII一般与非门的扇出系数为一般与非门的扇出系数为10。 由于由于IOL、IOH的限制，每个门电路输出端所的限制，每个门电路输出端所带门电路的个数，称为扇出系数。带门电路的个数，称为扇出系

14、数。学习学习TTLTTL与非门的要求与非门的要求：掌握逻辑关系：任掌握逻辑关系：任0则则1，全，全1则则0；掌握典型参数，会使用。掌握典型参数，会使用。 2.3. 2.3. 其它类型的其它类型的TTLTTL门电路门电路1、集电极开路的与非门（、集电极开路的与非门（OC门门）问题的提出问题的提出标准标准TTL与非门进行与非门进行与运算与运算:&ABEF&CD&G1A B C D&ABEF&CDG 能否能否“线与线与”？（Open Collector)G=E F= A B C D E F E F问题：问题：TTL与非门的输出电阻很低。与非门的输出电阻很低。i

15、功耗功耗与非门截止：与非门截止： T4热击穿热击穿iUOL与非门导通：与非门导通：不允许不允许&ABEF&CDG与非门与非门 截止截止与非门与非门 导通导通+5VR4R2T3T4T5100 750 3K R3UOH+5VR4R2T3T4T5100 750 3K R3UOLOCOC门结构门结构 +5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC去掉去掉T3,T4标准标准TTL与非门与非门 可以断开可以断开（Open Collector)F = ABC&符号符号缺缺角角集电极集电极开路开路“与与”“非非”RL（外接）（外接）UCCFT5+5VR2R13kT2

16、R3T1b1c1ABC特点：特点：RL 和和UCC 可以可以外接。外接。“线与线与”电路电路F=F1 F2 F3RL（外接外接）任任 0 则则 0全全 1 则则 1F&UCCF1F2F3A1B1C1A2B2C2A3B3C3“线与线与”使用使用OC门的门的关键关键是是选择外接选择外接RL:根据带负载情况确定。根据带负载情况确定。例：负载电阻例：负载电阻RL和电源和电源 UCC可以根据情况选择可以根据情况选择&J+30V 220VJ如如RL用继电器线圈（用继电器线圈（J）替代，可以）替代，可以实现对其它电路的控制。实现对其它电路的控制。2 2、三态输出与非门（、三态输出与非门（TSTS门）门）