第3章逻辑门电路2课件

2.2.3改进型TTL与非门(简介）1.有源泄放TTL与非门上面介绍的TTL与非门的典型电路开关速度比较低。为进一步提高开关速度，实际应用的TTL与非门电路是在上述电路的基础上引入了一个“有源泄放回路”，如图2.2.13所示。2.2.3改进型TTL与非门(简介）1图2.2.13有源泄放TTL与非门图2.2.13有源泄放TTL与非门2有源泄放回路在转换过程中提高开关速度的原因是它的等效电阻是可变的。在输入由低电平全部变为高电平的瞬间，有源泄放回路AB两端呈现高阻抗，使V5迅速饱和，缩短了开启时间tON；在输入由高电平变为低电平的瞬间，有源泄放回路AB两端呈现低阻抗，使V5加快截止，缩短了关闭时间tOFF(分析略)。另外，有源泄放回路还能提高电路的抗干扰能力，使低电平噪声容限达1V左右，改善了电压传输特性，有源泄放TTL与非门的电压传输特性接近于图2.2.5的理想特性。有源泄放回路在转换过程中提高开关速度32.抗饱和TTL与非门尽管有源泄放TTL与非门的开关速度比典型电路要高，但它的速度仍然不够理想，原因是当三极管工作在饱和及深饱和状态后，其开关时间无法缩短，影响了门电路的传输速度。为此，提出了抗饱和(抵抗三极管的“过饱和”)电路。抗饱和电路是在三极管的c结上并联了一个肖特基势垒二极管(SchottkyBarrierDiode)，简称SBD，如图2.2.14(a)所示。图2.2.14(B)是它的电路符号。2.抗饱和TTL与非门4SBD是一种金属—半导体二极管(例如，铝—硅二极管)，它的正向导通电压为0.4V~0.5V,比一般硅管的正向导通电压0.6V~0.7V低0.2V。这样，当三极管的c结进入正偏后，SBD首先导通，c结的正偏电压被钳在0.4V~0.5V，使三极管不会进入深饱和，而只能工作在微饱和状态，从而大大提高了门电路的工作速度。当有源泄放TTL电路中的V1,V2,V5都采用SBD钳位时，如图2.2.15所示，就会收到明显的抗饱和效果。这种抗饱和TTL，简称“STTL”。SBD是一种金属—半导体二极管(5图2.2.14抗饱和三极管(a)并接SBD的三极管；(B)电路符号图2.2.14抗饱和三极管6图2.2.15抗饱和TTL电路图2.2.15抗饱和TTL电路72.2.4OC门及三态门1.OC门在实际使用时，有时需要将多个与非门的输出端直接相连，来实现“与”的功能。例如，在图3.2.16中，当F1或F2中有一个为0时，F=0(有0出0)；当F1=F2=1时，F=1(全1出1)。可见,

。这种用“线”连接成“与”的方式称为“线与”(WiredAND)。图中所用的门就是OC门。“线与”可以节省门数，减少门的级数。例如，在上例中，如果采用一般的TTL与非门，则需要三级四个门，逻辑图留请读者画)。2.2.4OC门及三态门8图2.2.16图2.2.169必须指出的是，并不是所有形式的与非门都能接成“线与”电路。例如，一般的TTL与非门，由于采用了推拉式输出电路，无论是输出高电平还是低电平，输出电阻都比较低，只有几至几十Ω。如果将两个输出端直接相连，当一个门的输出为高电平，另一个门输出为低电平时，则会形成一条自+UCC到地的低阻通路，会有一股很大的电流从截止门的V4管灌入到导通门的V5管，如图2.2.17所示。这个大电流不仅会使导通门的输出低电平抬高，而且还可能因功耗太大而损坏两个门的输出管，这是不允许的。为了克服一般TTL门不能直接相连的缺点，提出了OC门。必须指出的是，并不是所有形式的与10图2.2.17两个TTL门输出端相连图2.2.17两个TTL门输出端相连11图2.2.18OC门结构图2.2.18OC门结构12图2.2.19OC门符号图2.2.19OC门符号13OC门是用外接电阻RL来代替V3、V4复合管组成的有源负载。当n个OC门相连时，可共用一个外接负载电阻RL，如图2.2.20所示。只要RL选择得恰当，就不会在+UCC和地之间形成低阻通路。RL的取值原则是：应保证输出高电平UOH≥2.7V，输出低电平UOL≤0.35V。综上所述：(1)OC门在使用时输出端与电源UCC之间必须外接一个负载电阻RL。(2)当OC门输出端并联时，能实现“线与”功能。OC门是用外接电阻RL来代替V3、14图2.2.20n个OC门“线与”图2.2.20n个OC门“线与”152.三态门三态门就是输出有三种状态的与非门(TristateLogicGate)，简称TSL门。它与一般TTL与非门的不同点是：(1)输出端除了有高电平、低电平两种状态外，还增加了一个“高阻态”，或称“禁止态”。(2)输入级多了一个“控制端”，或称“使能端”E。TSL门的一种电路结构如图2.2.21(a)所示，图2.2.21(B)是它的符号。它的工作原理为2.三态门16图2.2.21一种形式的三态门(a)电路；(B)符号图2.2.21一种形式的三态门17(1)当E=1时，与非门处于正常工作状态，

。(2)当E=0时，例如，UE=0.3V,则V1的Ub1=1V,V2,V5截止。同时因为Ub3被钳位在Ub3=Ue+Ud=0.3+0.7=1V，所以V4也截止。这时从输出端看进去，电路处于高阻态，相当于开路。这种门的真值表如表2.2.1所示。此外，还有一种TSL门，如图2.2.22(a)所示，控制端为低电平有效，即接低电平时，与非门处于工作状态。其符号如图2.2.22(B)所示，真值表如表2.2.2所示。在使用时请认清。(1)当E=1时，与非门处于正常工作状18表2.2.1一种TSL门的真值表表2.2.1一种TSL门的真值表19图2.2.22另一种形式的三态门(a)电路；(B)符号(b)A&FBENER1ABV2V1V4V5F+VCCV3EVD(a)R2R5R3R4图2.2.22另一种形式的三态门(a)电路；20三态门主要应用在数字系统的总线结构中。当多个门利用一条总线来传输信息时，每一时刻只允许一个门处于工作状态，其余的门不应影响总线的信息，均应处于高阻态，相当于与总线脱开。例如，在图2.2.23中，将三个TSL门的输出连接到同一根总线上。如果令E1,E2,E3轮流接高电平1，那么D1,D2;D3,D4;D5,D6这三组数据就会轮流地按与非关系送到总线上，这样就可以用同一根总线轮流地把三组数据输送出去了。当某一个门处于高阻态时，就相当于此门的输出端与总线断开，使总线不受此门的影响。三态门主要应用在数字系统的总线结构中21表2.2.2另一种TSL门的真值表表2.2.2另一种TSL门的真值表22图2.2.24是用TSL门来实现数据的双向传输的。具体为：当E=1时，G1工作，G2高阻态，信号由A传输到B。当E=0时，G2工作，G1高阻态，信号由B传输到A。改变控制器E的电平，就可控制信号的传输方向。如果A为主机，B为外部设备，则通过一根导线，既可由A向B输出数据，又可由B向A输入数据，互相不干扰。三态门除了作三态与非门外，还可用作三态反相器或缓冲器，它也是数字系统中的一种重要的接口电路。图2.2.24是用TSL门来实现数23图2.2.23用TSL门接成总线结构

图2.2.23用TSL门接成总线结构

24图2.2.24用TSL门实现数据的双向传输图2.2.24用TSL门实现数据的双向传输252.3ECL电路及I2L电路的特点本节对ECL、I2L电路的结构及工作原理不作介绍，请读者参阅有关教材。1.射极耦合逻辑电路(简称ECL)ECL电路的管子工作在非饱和状态。它的主要特点是：速度高，带负载能力强，逻辑功能强，可以实现线或。在大型高速计算机中，ECL得到广泛的应用。缺点是：功耗大，抗干扰能力差。2.3ECL电路及I2L电路的特点262.集成注入逻辑电路(Integrat