TTL集成逻辑门电路(精)

1、TTL集成逻辑门电路分立元件门电路的缺点是使用元件多、体积大、工作速度低、可靠性差、带负载能力较差等。数字电路中广泛采用集成电路。集成电路具有体积小、可靠性高、工作速度快等许多优点。TTL与非门1电路的组成典型的TTL与非门电路如图6-16所示，它由输入级、中间放大级和输出级三部分组成。I10OQ&(a)(b)图6-16典型TTL与非门电路及逻辑符号(a)电路(b)逻辑符号 输入级：输入级由多发射极三极管VI和电阻R1组成，实现与逻辑功能。其中VI是一个多发射极三极管，如图6-17(a)所示。它相当于若干个发射极独立、基极和集电极分别并联在一起的三极管。图6-17(b)是多发射极三极管的等效电

2、路。(a)(b)图6-17多发射极三极管及其等效电路(a)多发射极三极管(b)等效电路 中间放大级：中间放大级由V2、R2和R3组成。从V2管的集电极和发射极输出两个相位相反的信号，作为V3和V5的驱动信号。 输出级：输出级由V3、V4、V5和R4、R5组成，这种电路形式称为推拉式电路。其中V5构成反相器，实现非逻辑功能，V3、V4组成复合管，作为V5的有源负载。2工作原理 当输入端全部接高电平(设为3.6V)时，V1管的所有发射结均为反向偏置，而集电结处于正向偏置。此时，电源VCC通过R1和V1的集电结向V2管提供足够的基极电流，使V2管饱和导通，V2管的发射极电流在R3上产生的电压降使V5

3、管处于饱和状态，输出低电平，约为0.3V。与此同时，V2管的集电极电位为：UC2二UCES2+UBE5-0.3V+0.7V=1V由于UB3二UC2,此电位值使V3管导通，V3管的发射极电位UE3TV-0.7V二0.3V,这也是V4管的基极电位，而V4管的发射极电位UE4=UCES5W3V,V4管必然截止。即输入全为高电平，输出为低电平。 当输入端任意一个或几个为低电平(设为0.3V)时，V1管中接低电平的输入端的发射结正偏导通，V1管的基极电位等于输入端的低电平加上发射结的导通电压，即UB1-0.3V+0.7V二1V。因为UB1加在V1管的集电结以及V2管和V5管的发射结，所以V2管和V5管处

4、于截止状态。由于V2管截止，电源VCC经R2向V3管提供基极电流使V3管导通，V3管的发射极电位亦即V4管的基极电位为UE3二VCC-IB3R2-UBE3因IB3很小，IB3R2可忽略不计，所以UE305V-0.7V=4.3V该电位值使V4管导通。输出电位为UO=UE3-UBE4=4.3V-0.7V=3.6V即输入端任意一个或几个为低电平，输出为高电平。综上所述，图6-16(a)电路实现了与非逻辑关系，图6-16(b)是它的逻辑符号，它的逻辑表达式为YABCTTL与非门的外形多数为双列直插式，也有做成扁平式的。图6-18(a)为双列直插式，图6-18(b)为扁平式。图6-18(c)、(d)分别

5、是74LS00和74LS20的引脚排列图。74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。一片集成电路内的各个逻辑门互相独立，可以单独使用，但它们共用一根电源线和一根地线。74LS20的3脚和11脚为空脚。|耳出打月%JUNC职业hIlSIDai.L-1II（c）（d）图6-18集成电路的外形及引脚排列图（a）双列直插式（b）扁平式（c）74LS00的引脚排列图（d）74LS20的引脚排列图3.TTL集成电路系列根据工作温度和电源电压允许工作范围不同，TTL集成电路分为54系列和74系列两大类。54系列和74系列具有完全相同的电路结构和电气性能参数，所不同的是它们的工作条件

6、不同，由表6-10可知，54系列更适合在温度条件恶劣、供电电源变化大的环境中工作，常用于军品；而74系列则适合在常规条件下工作，常用于民品。表6-1054系列和74系列的对比参数电源电压/V工作温度/C最小4.5-5554系列一般5.025最大5.5125最小4.75074系列一般525最大5.257054系列和74系列又分几个子系列。它们分别是54/74标准系列、54/74H高速系列、54/74S肖特基系列、54/74LS低功耗肖特基系列、54/74AS先进肖特基系列、54/74ALS先进低功耗肖特基系列等。54系列和74系列的几个子系列的主要区别反映在平均传输延迟时间和平均功耗这两个参数上

7、，其它电参数和引脚排列图基本上是彼此相容的。所谓肖特基系列，是在集成电路中生成抗饱和二极管（或称肖特基二极管）以避免晶体管进入饱和状态，使传输延迟时间大幅度减小，用以提高54/74系列门电路的速度。下面以74系列为例来说明它的各子系列的主要区别。74标准系列74标准系列又称标准TTL系列，和CT1000系列相对应，是TTL集成电路的早期产品，属中速TTL器件。由于电路中三极管的基极驱动电流过大，三极管则工作在深饱和状态，故工作速度不高，每门功耗约为10mW，平均传输延迟时间约为10ns。74H高速系列74H高速系列又称HTTL系列，和CT2000系列相对应。它的特点是工作速度较标准系列高，平均

8、传输延迟时间约为6ns，但每门功耗比较大，约为20mW。74S肖特基系列74S肖特基系列又称STTL系列，和CT3000系列相对应。它的电路结构采用抗饱和三极管和有源泄放电路，使电路的工作速度和抗干扰能力都得到提高。平均传输延迟时间约为3ns,每门功耗约为19mW。(4) 74LS低功耗肖特基系列74LS低功耗肖特基系列又称LSTTL系列，和CT4000系列相对应。它的电路结构是在STTL的基础上，加大了电阻阻值，这样既提高了工作速度，又降低了功耗。LSTTL与非门的每门功耗约为2mW,平均传输延迟时间约为5ns,这是TTL门电路中功耗-延迟积最小的系列。(5) 74AS先进肖特基系列74AS

9、先进肖特基系列又称ASTTL系列，它是74S系列的后继产品，是在74S系列的基础上大大降低了电路中的电阻阻值，从而提高了工作速度。其平均传输延迟时间约为1.5ns,但每门功耗比较大，约为20mWo(6) 74ALS先进低功耗肖特基系列74ALS先进低功耗肖特基系列又称ALSTTL系列，它是74LS系列的后继产品，是在74LS系列的基础上通过增大电路中的电阻阻值、改进生产工艺和缩小内部器件的尺寸等措施，降低了电路的平均功耗、提高了工作速度。其平均传输延迟时间约为4ns,每门功耗约为1mW。不同子系列的主要区别主要在于功耗、速度、抗干扰能力等，表6-11列出了各子系列的主要参数，不同系列同型号的器件引脚排列完全相同。表6-11TTL74系列各子系列的主要参数平均传输延迟74子系列时间/ns/门74xx74Lxx74Hxx74Sxx74LSxx74ASxx74ALSxx10