TTL集成門電路

1、按按集成度集成度不同不同小規(guī)模集成電路：小規(guī)模集成電路：SSISSI中規(guī)模集成電路：中規(guī)模集成電路：MSIMSI大規(guī)模集成電路：大規(guī)模集成電路：LSILSI超大規(guī)模集成電路：超大規(guī)模集成電路：VLSIVLSI按按內(nèi)部有源器件內(nèi)部有源器件不同不同雙極型集成電路：雙極型集成電路：TTLTTL單極型集成電路：單極型集成電路：CMOSCMOS2.3 TTL集成集成門電路門電路集成門電路：集成門電路：把構(gòu)成門電路的元器件和導(dǎo)線都制做在一塊半把構(gòu)成門電路的元器件和導(dǎo)線都制做在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來，就構(gòu)成了導(dǎo)體芯片上，再封裝起來，就構(gòu)成了集成門電路。集成門電路。 2.3 TTL集成集成門電路門電路T

2、TL：輸入輸出都是由三極管來完成的邏輯電路輸入輸出都是由三極管來完成的邏輯電路。Transistor-Transistor-Logic晶體管晶體管邏輯電路晶體管晶體管邏輯電路一般是中小規(guī)模集成電路一般是中小規(guī)模集成電路所有的所有的TTL電路工作電壓都是電路工作電壓都是5V。 一、一、TTL反相器的工作原理反相器的工作原理T1是輸入級，是輸入級， T2是中間級，是中間級， T3 、 T4 是輸出級。是輸出級。D1起保護作用，起保護作用， D起電平移位作用起電平移位作用中間級：又叫中間反相級中間級：又叫中間反相級 1 電路組成電路組成T1導(dǎo)通，T1基極電位被鉗位在1V UCCR1R2R4T3DT4

3、R3D1T1T2uouIYA由于T3工作在射極輸出器狀態(tài)，所以帶負(fù)載能力較強 uI=UIL時時uO=UOH3.6V0.3V設(shè)UIL=0.3V，UIH=3.6V uO =5 UBE3 UD2=3.6V。1VT1基極到地至少有兩個PN結(jié) T2截止 T4截止 截止截止5V電源通過R2向T3基極提供電壓 T3和D都導(dǎo)通 uI=UIH時UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYAuC2=UBES4+UBES20.7+0.3=1V，可見輸出和輸入之間是反相關(guān)系，即 :空載輸出時約為0.3V3.6V1.4V1V0.7V0.3VAY uO=UOLuE1=3.6VT1：倒置工作狀態(tài)（集電結(jié)正向?qū)ǘ?/p>

4、發(fā)射結(jié)反偏假設(shè)假設(shè)T1導(dǎo)通4.3V4.3V電壓足以使三個PN結(jié)導(dǎo)通 2.1V截止飽和T3 、 D截止，T4飽和。二、二、TTL非門的特性曲線門的特性曲線 輸出電壓隨輸入電壓輸出電壓隨輸入電壓uI的變化可用曲線表示出來，叫電壓傳輸特性的變化可用曲線表示出來，叫電壓傳輸特性（一）電壓傳輸特性 uO/VuI/V055UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA電壓傳輸特性 輸入高電平時，輸出低電平輸入低電平時，輸出高電平電壓傳輸特性大致可分四段 uO/VuI/V055ABCDEAB段： UI0.5 V時，uO= 3.6V 截止區(qū)截止區(qū)截止區(qū)BC 段：0.5uI1.4V uo=0.3V 飽

5、和區(qū)飽和區(qū) 飽和區(qū)主要參數(shù)主要參數(shù)閾值電壓閾值電壓T4管由截止到導(dǎo)通，輸出由高電平到低電平時對應(yīng)的輸入電壓 ABCDE門檻電壓、門限電壓 近似分析時：UI Uth 門飽和，輸出低電平UL； UI Uth 門截止，輸出高電平UH 關(guān)門電平關(guān)門電平保證反相器處于截止?fàn)顟B(tài)（輸出為高電平）所對應(yīng)的輸入電壓的最大值 Uth 1.4VABCDEBABCDEACDEB閾值電壓ABCDEABCDEACDECuO/VuI/V055BADEUOFF =0.8V 開門電平開門電平保證反相器處于導(dǎo)通狀態(tài)（輸出為低電平）所對應(yīng)的輸入電壓 UOFF =2.0V UOFF =1.8V Uihmin =2.0V 要使反相器可

6、靠截止，輸出為高電平，要使反相器可靠截止，輸出為高電平，UIUON噪聲容限TTL電路中電路中 標(biāo)稱值：標(biāo)稱值：UL=0.3V，UH=3.6V輸入UI偏離標(biāo)稱值時，輸出并不是立即變化，只要噪聲不超過一定限度，輸出端的邏輯狀態(tài)就不會受到影響。這個不允許超過的界限叫做噪聲容限噪聲容限 一般規(guī)定：TTL門輸出低電平最大值是0.4V；輸出高電平最小值是2.4V 低電平噪聲容限： UNL = UOFF UIL0.4V高電平噪聲容限:UNH = UIH - UON 0.4V一般一般:ROFF=700 RON =2.5k主要參數(shù)主要參數(shù)開門電阻開門電阻(RON)關(guān)門電阻關(guān)門電阻(ROFF)當(dāng)輸入電阻當(dāng)輸入電阻

7、Ri RON時時,相當(dāng)輸入相當(dāng)輸入高電平，門開，輸出低電平。高電平，門開，輸出低電平。當(dāng)輸入電阻當(dāng)輸入電阻Ri ROFF時時,相當(dāng)輸入相當(dāng)輸入低電平，門關(guān)，輸出高電平。低電平，門關(guān)，輸出高電平。懸空懸空 易引入干擾易引入干擾TTLTTL與非門多余輸入端的處理與非門多余輸入端的處理接高電平接高電平(如通過電阻接電源如通過電阻接電源):不增加信號驅(qū)動電流不增加信號驅(qū)動電流與有用端并聯(lián)與有用端并聯(lián):增加可靠性，需驅(qū)動電流大增加可靠性，需驅(qū)動電流大在保證反相器開啟，輸出為額定低電平的條件在保證反相器開啟，輸出為額定低電平的條件下，所允許的輸入電阻下，所允許的輸入電阻Ri的最小值的最小值在保證反相器關(guān)閉

8、，輸出為高電平的條件下，在保證反相器關(guān)閉，輸出為高電平的條件下，所允許的輸入電阻所允許的輸入電阻Ri的最大值的最大值（三）輸出特性1.高電平輸出特性輸出高電平時的等效電路UCCR2R4T3DuoRLIOH 隨著拉電流負(fù)載電流的增大，輸出高電平下降。當(dāng)RL =0時，叫輸出短路電流IOS輸出為高電平時，對地短路的時間不能超過1秒秒UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA輸出高電平輸出時，T2 、 T4 ，截止等效2.低電平輸出特性輸出低電平時，D、T3 ，截止， T4飽和UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA T4工作在飽和狀態(tài)，輸出電阻很小（一般只有十幾左右），

9、故隨灌電流IOL增大輸出低電平緩慢上升。輸出低電平時的等效電路等效RLUCCT4uoIOL扇入系數(shù)和扇出系數(shù)扇入系數(shù)和扇出系數(shù)ISLOIINmax根據(jù)輸出端為低電平時允許灌入的最大負(fù)載電流ILmax，可求出驅(qū)動門的扇出系數(shù)NO： 扇入系數(shù)是指門的輸入端數(shù)扇出系數(shù)是指一個門能驅(qū)動同類型門的個數(shù)5.動態(tài)特性tpLH：截止延遲時間對TTL電路：典型值為：tpHL=8ns tpLH=12ns tpd=10 ns 最大值為：tpHL=15ns tpLH=22ns tpd=18.5 ns 早些的資料典型值tpd=20 ns另外：在輸入電壓跳變瞬間，電源會出現(xiàn)尖峰電流傳輸延遲時間：tpd=（tpHL+tpL

10、H）/2tpHL：導(dǎo)通延遲時間三、其它功能的三、其它功能的TTL門電路門電路 常用的其它功能的TTL門電路有：與門、與非門、或門、或非門、與或非門、異或門。 ABCV1B1R1R2B2B3R3V4VDLV3R4 ECV2B41、與非門、與非門將輸入級T1換成多發(fā)射極三極管，相當(dāng)基極、集電極并聯(lián)在一起，發(fā)射極做輸入，實現(xiàn)與的功能 CBAL2、或非門、或非門T1、R1、T2、和T1、R1、T2是完全相同的兩部分 BAFT2和T2輸出并聯(lián)，有一個導(dǎo)通，則T4導(dǎo)通，輸出低電平 3、與門、或門、與或非門、異或門與門、或門、與或非門、異或門 CDABF在與非門中間級再加一個反相電路，可得與門。F=AB在或

11、非門中間級再加一個反相電路，可得或門。F=A+B將或非門輸入級三極管換成多發(fā)射極三極管，可得與或非門 異或門可由非門、與門和或門組合而成。F=A B在使用這些門電路時，會遇到多余輸入端的問題，處理方法是 &AABAB&YBUCCABYUCCYYABABBYABABY1ABABBYABABY1與門、與非門的處理辦法是一樣的，并聯(lián)使用或接電源或門、或非門的處理辦法是一樣的，并聯(lián)使用或接地BAAB11ABY111111YYBABABBAYBABAY0BABBAYBABAY0四、集電極開路門和三態(tài)門四、集電極開路門和三態(tài)門 1.集電極開路（集電極開路（OC）門）門 使用一般的TTL邏輯

12、門時，不能將兩個門的輸出端直接相連，否則將導(dǎo)致邏輯門損壞普通TTL門輸出高電平不會超過5V 5VR3V3VD3門1V45VR3V3VD3門2V4L1L2去掉T3 、D， 讓T4的集電極開路R4T3DAUCCR1T4R3D1T1T2YR2UCC2RL1AYOC反相器符號這種電路必須接上拉負(fù)載才能工作輸出低電平為0.3V （ T4飽和），輸出的高電平接近UCC2（ T4截止） 。特別說明：OC門不是功能的分類，只是電路的輸出結(jié)構(gòu)不同，輸出還可以并聯(lián)。AUCCR1T4R3D1T1T2YR2UCC2RL輸入、輸出的電平不一致，這種功能叫電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換 。OC與非門輸出并聯(lián)后，所實現(xiàn)的邏輯功能是：CD

13、ABCDABYYUCC2RLABCDOC門的應(yīng)用這種功能叫線與線與 。線與OC門的用途：門的用途：構(gòu)成線與，完成與或非邏輯做電平轉(zhuǎn)換接口， UOH= VCC可以選擇不同VCC的，以滿足不同場合的要求直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)外接負(fù)載電阻RL的選擇 只有一個門導(dǎo)通，輸出低電平，所有負(fù)載電流都流入該導(dǎo)通門，這時，所有電流之和不應(yīng)超過OC門帶灌流負(fù)載的最大值RL不能太小 所有的門都處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出為高電平，有一個負(fù)載，就有一個拉流，T4管還有一個反向輸出的漏電流IOH，都使電平下降RL不能太大 2.三態(tài)（三態(tài)（TS）門）門 三態(tài)門是指輸出除了高、低電平，還有一個狀態(tài)：高阻。當(dāng) 當(dāng)叫做使能端，低電平有效現(xiàn)以一

14、個三態(tài)反相器為例介紹 0EN 1EN D1、 D2截止，普通的反相器，實現(xiàn)正常的反相功能。 時 D1、 D2 導(dǎo)通，迫使T2、T3、T4都截止，輸出端就呈現(xiàn)高阻狀態(tài) 時EN使能端也有高電平使能的 1ENENAYUCCYR4T3DAR1T4R3T1T2R2D2D11EN三態(tài)反相器符號三態(tài)門的典型應(yīng)用 分時控制電路依次使三態(tài)門G1、 G2 G7使能（且任意時刻使能一個） ，就將D1、 D2 D7（以反碼的形式）分時送到總線上 1EN 1EN 1EN分時控制電路D0D1D7G0G1G7在一些復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)中為了減少各單元電路之間的連線，使用了“總線” 結(jié)構(gòu)0D1D7D0 1 11 0 11 1 0總線雙向傳輸數(shù)據(jù)線當(dāng)G1使能，G2高阻時當(dāng)時G2使能，G1高阻1BAAB/0BAAB/ 1EN1G1G21ENAB/BABAX數(shù)據(jù)從A到B數(shù)據(jù)從B到A X01 01五、其它雙極型五、其它雙極型 TTL電路是應(yīng)用最廣泛的雙極型集成電路，為了滿足某些特殊要求，還出現(xiàn)了一些其它類型雙極型集成電路 六、六、TTL門的分類門的分類 在工藝上同時滿足要求是有一定的困難的、甚至是不可能的，所以不同的子系列有著自己的特點。 74：標(biāo)準(zhǔn)系列，延遲時間約10ns，平均功耗10mw74H：高速系列，延遲時間約6ns，平均功耗22m