數(shù)字電子技術(shù)第二章邏輯門電路2ppt課件

1、第三節(jié)第三節(jié) TTLTTL邏輯門邏輯門一一. 規(guī)范消費(fèi)工藝的規(guī)范消費(fèi)工藝的TTL非門的任務(wù)原理非門的任務(wù)原理二二*. TTL非門的電壓傳輸特性曲線和電路參數(shù)非門的電壓傳輸特性曲線和電路參數(shù)三三. TTL非門輸入特性和從其上可以得出的參數(shù)非門輸入特性和從其上可以得出的參數(shù)四四. TTL. TTL非門的輸入負(fù)載特性和從其上可以得出的參數(shù)非門的輸入負(fù)載特性和從其上可以得出的參數(shù)五五. TTL. TTL非門的輸出特性和從其上可以得出的參數(shù)非門的輸出特性和從其上可以得出的參數(shù)六六. . 傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間七七. . 功率損耗和功耗功率損耗和功耗_ _延時(shí)積延時(shí)積八八. .其他邏輯功能的其他邏輯功能

2、的TTLTTL門電路門電路九九. .集電極開路集電極開路(OC)(OC)的的TTLTTL門電路門電路十十.TTL.TTL三態(tài)輸出門電路三態(tài)輸出門電路十一十一. .其他消費(fèi)工藝類型的其他消費(fèi)工藝類型的TTLTTL門電路門電路CL的充、放電過程均需閱歷一定的時(shí)間，必然會(huì)添加輸出電壓O波形的上升時(shí)間和下降時(shí)間，導(dǎo)致基本的BJT反相器的開關(guān)速度不高。假設(shè)帶電容負(fù)假設(shè)帶電容負(fù)載載故需設(shè)計(jì)有較快開關(guān)速度的適用型故需設(shè)計(jì)有較快開關(guān)速度的適用型TTL門電路。門電路。 引言引言輸出級輸出級T3T3、D D、T4T4和和Rc4Rc4構(gòu)構(gòu)成推拉式的輸出級。成推拉式的輸出級。用于提高開關(guān)速度用于提高開關(guān)速度和帶負(fù)載才

3、干。和帶負(fù)載才干。中間級中間級T2T2和電阻和電阻Rc2Rc2、Re2Re2組成，從組成，從T2T2的集電極和發(fā)射的集電極和發(fā)射極同時(shí)輸出兩個(gè)相極同時(shí)輸出兩個(gè)相位相反的信號，作位相反的信號，作為為T3T3和和T4T4輸出級的輸出級的驅(qū)動(dòng)信號；驅(qū)動(dòng)信號； Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K W VCC(5V) 輸入級輸入級 中間級中間級輸出級輸出級 1. 1. 電路組成電路組成輸入級輸入級T1T1和電阻和電阻Rb1Rb1組成。用于提組成。用于提高電路的開關(guān)速度高電路的開關(guān)速度一一. 規(guī)范消費(fèi)工藝的規(guī)范消費(fèi)

4、工藝的TTL非門的任務(wù)原理非門的任務(wù)原理2. TTL反相器的任務(wù)原理邏輯關(guān)系、性能改善反相器的任務(wù)原理邏輯關(guān)系、性能改善 1 1當(dāng)輸入為低電平當(dāng)輸入為低電平I = 0.3 VI = 0.3 VmA 1 1B1CCB1RvVi0 BS1 IBS1B1Ii T1 深度飽和深度飽和V 3.6V 70705DBE4B4O ).(vvvv截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止飽和低電平T4D4T3T2T1輸入高電平輸出輸出T2 、 T3截止，截止，T4 、D導(dǎo)導(dǎo)通通2當(dāng)輸入為高電平當(dāng)輸入為高電平I = 3.6 V T2、T3飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通 T1:倒置的放大形狀。倒置的放大形狀。 T4和和D截止。截止。使輸出為低電平使輸出為

5、低電平.vO=vC3=VCES3=0.3V輸入輸入A輸出輸出L0110邏輯真值表邏輯真值表 邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式 L = A L = A 飽和截止T4低電平截止截止飽和倒置任務(wù)高電平高電平導(dǎo)通導(dǎo)通截止飽和低電平輸出D4T3T2T1輸入( (一一) )電壓傳輸特性曲線：電壓傳輸特性曲線：Vo=fVo=fViVi二二. TTL非門的電壓傳輸特性曲線和電路參數(shù)非門的電壓傳輸特性曲線和電路參數(shù)截止區(qū)截止區(qū)過渡區(qū)過渡區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)(二二)從電壓傳輸特性曲線上可以得出的電路參數(shù)從電壓傳輸特性曲線上可以得出的電路參數(shù)1.輸出高電平電壓VOH在正邏輯體制中代表邏輯“1的輸出電壓。VOH的實(shí)際值為3.6V。2.

6、規(guī)范輸出高電平USH_ 產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓的最小值 VOHmin=2.4V。3.輸出低電平電壓VOL在正邏輯體制中代表邏輯“0的輸出電壓。VOL的實(shí)際值為0.3V。.規(guī)范輸出低電平USL 產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓的最大值 V O Lmax=0.4V.輸入低電壓的上限VILmax(關(guān)門電平電壓VOFF)是指輸出電壓下降到VOHmin時(shí)對應(yīng)的輸入電壓。即輸入低電壓的最大值。在產(chǎn)品手冊中常稱為輸入低電平電壓，用VILmax表示。產(chǎn)品規(guī)定VILmax=0.8V。6.輸入高電壓的下限VIHmin(開門電平電壓VON)是指輸出電壓下降到VOLmax時(shí)對應(yīng)的輸入電壓。即輸入高電壓的最小值。在產(chǎn)品手冊中常稱為輸入高

7、電平電壓，用VIHmin表示。產(chǎn)品規(guī)定VIHmin=2V。7.閾值電壓Vth電壓傳輸特性的過渡區(qū)所對應(yīng)的輸入電壓，即決議電路截止和導(dǎo)通的分界限，也是決議輸出高、低電壓的分界限。 近似地：VthVOFFVON 即ViVth，非門關(guān)門，輸出高電平； ViVth，非門開門，輸出低電平。 Vth又常被籠統(tǒng)化地稱為門檻電壓。Vth的值為1.3V1.V。輸入低電平噪聲容限輸入低電平噪聲容限( (最大允許正向干擾電壓最大允許正向干擾電壓) ) VNL VNLVIL(max)-VOLVIL(max)-VOLmaxmax0.8V-0.4V0.8V-0.4V0.4V0.4V輸入高電平噪聲容限輸入高電平噪聲容限(

8、(最大允許負(fù)向干擾電壓最大允許負(fù)向干擾電壓) ) VNH VNHVOHVOHminmin-VIH(min)-VIH(min)2.4V-2.0V2.4V-2.0V0.4V0.4VTTLTTL門電路的輸出高低電平不是一個(gè)值，而是一個(gè)范圍。同樣，它的門電路的輸出高低電平不是一個(gè)值，而是一個(gè)范圍。同樣，它的輸入高低電平也有一個(gè)范圍，即當(dāng)電路遭到干擾時(shí)，電路輸入電平所輸入高低電平也有一個(gè)范圍，即當(dāng)電路遭到干擾時(shí)，電路輸入電平所允許的動(dòng)搖范圍，稱為噪聲容限。允許的動(dòng)搖范圍，稱為噪聲容限。8.噪聲容限電壓三三.輸入特性和從其上可以得出的參數(shù)輸入特性和從其上可以得出的參數(shù) 一規(guī)范消費(fèi)工藝的一規(guī)范消費(fèi)工藝的TT

9、LTTL非門的輸入特性曲線非門的輸入特性曲線輸入特性曲線是研討輸入電壓與輸入電流之間關(guān)系的曲線。輸入特性曲線是研討輸入電壓與輸入電流之間關(guān)系的曲線。 (mA)14151b1BCCILRVVI1.1.輸入低電平電流輸入低電平電流IILIIL是指當(dāng)門電路的輸入端接低電是指當(dāng)門電路的輸入端接低電平常，從門電路輸入端流出的電流。平常，從門電路輸入端流出的電流。可以算出：可以算出：產(chǎn)品規(guī)定產(chǎn)品規(guī)定IILIIL1.6mA1.6mA。二從規(guī)范消費(fèi)工藝的二從規(guī)范消費(fèi)工藝的TTLTTL非門輸入特性曲線上可以得出的參數(shù)非門輸入特性曲線上可以得出的參數(shù) 2.2.輸入高電平電流輸入高電平電流IIHIIH是指當(dāng)門電路的

10、輸入端接高電是指當(dāng)門電路的輸入端接高電平常，流入輸入端的電流。平常，流入輸入端的電流。 由于i的值遠(yuǎn)小于1， 所以IIH的數(shù)值比較小，產(chǎn)品規(guī)定：IIH40uA。T1倒置的放大形狀：這時(shí)倒置的放大形狀：這時(shí)IIH=iIB1，i為倒置放大的電為倒置放大的電流放大系數(shù)。流放大系數(shù)。五、五、TTL非門的輸入負(fù)載特性和從其上可以得出的參數(shù)非門的輸入負(fù)載特性和從其上可以得出的參數(shù)一一TTLTTL非門的輸入負(fù)載特性非門的輸入負(fù)載特性1.1.當(dāng)當(dāng)RiRi很小時(shí)很小時(shí)VIVI很小，相當(dāng)很小，相當(dāng)于輸入是低電平，此時(shí)三極于輸入是低電平，此時(shí)三極管管T3T3截止，輸出為高電平。截止，輸出為高電平。2.2.當(dāng)當(dāng)RiR

11、i很大時(shí)，很大時(shí)， VIVI的極限值的極限值為為1.4V 1.4V 二從二從TTL非門的輸入負(fù)載特性上可以得出的參數(shù)非門的輸入負(fù)載特性上可以得出的參數(shù)1 1關(guān)門電阻關(guān)門電阻ROFFROFF 當(dāng)當(dāng)RiRi的值使的值使VI= VILVI= VILmaxmax ，即輸入低電平的上，即輸入低電平的上限，這時(shí)的限，這時(shí)的RiRi定義為關(guān)門電阻定義為關(guān)門電阻ROFFROFF，之所以叫關(guān)門電阻，是，之所以叫關(guān)門電阻，是由于輸出級的三極管由于輸出級的三極管T3T3截止，截止，處于關(guān)門形狀。處于關(guān)門形狀。2 2開門電阻開門電阻RONRON 當(dāng)當(dāng)RiRi的值使的值使VI= 1.4V VI= 1.4V ，VB1VB

12、1就會(huì)升高到就會(huì)升高到2.1V2.1V，使，使T3T3飽和，這時(shí)的飽和，這時(shí)的RiRi定義為開門電阻，之所以叫開門定義為開門電阻，之所以叫開門電阻，是由于輸出級的三極管電阻，是由于輸出級的三極管T3T3飽和，處于開門形飽和，處于開門形狀。狀。 (一一)灌電流負(fù)載灌電流負(fù)載ILOL(max)OLIIN當(dāng)驅(qū)動(dòng)門輸出低電平常，電流從負(fù)載門灌入驅(qū)動(dòng)門。當(dāng)驅(qū)動(dòng)門輸出低電平常，電流從負(fù)載門灌入驅(qū)動(dòng)門。 當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)添加，灌電流增大，會(huì)使當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)添加，灌電流增大，會(huì)使T3T3脫離飽和，輸出低脫離飽和，輸出低電平升高。因此，把允許灌入輸出端的電流定義為輸出低電平電流電平升高。因此，把允許灌入輸出端的電

13、流定義為輸出低電平電流IoL(max)IoL(max)，產(chǎn)品規(guī)定，產(chǎn)品規(guī)定I0L(max)=16mAI0L(max)=16mA。由此可得出。由此可得出: :NOLNOL稱為輸出低電平常的扇出系數(shù)。稱為輸出低電平常的扇出系數(shù)。1.1.扇入數(shù)扇入數(shù): :取決于它的取決于它的輸入端的個(gè)數(shù)輸入端的個(gè)數(shù) 2.2.扇出數(shù)扇出數(shù): :帶同類門的數(shù)量帶同類門的數(shù)量 分灌電流和拉電流分灌電流和拉電流五、五、TTLTTL非門的帶負(fù)載才干非門的帶負(fù)載才干IH(max)OHOHIIN 二拉電流負(fù)載二拉電流負(fù)載 NOH稱為輸出高電平常的稱為輸出高電平常的扇出系數(shù)。扇出系數(shù)。產(chǎn)品規(guī)定產(chǎn)品規(guī)定IOH=0.4mAIOH=0.

14、4mA。由此可得出：。由此可得出： 當(dāng)驅(qū)動(dòng)門輸出高電平常，當(dāng)驅(qū)動(dòng)門輸出高電平常，電流從驅(qū)動(dòng)門拉出電流從驅(qū)動(dòng)門拉出, ,流至流至負(fù)載門的輸入端。負(fù)載門的輸入端。 拉電流增大時(shí)，拉電流增大時(shí)，RC4RC4上的上的壓降增大，會(huì)使輸出高電壓降增大，會(huì)使輸出高電平降低。因此，把允許拉平降低。因此，把允許拉出輸出端的電流定義為輸出輸出端的電流定義為輸出高電平電流出高電平電流I0H(max)I0H(max)。普通普通NOLNOHNOLNOH，常取兩者中的較小值作為門電路的扇出系數(shù)，用，常取兩者中的較小值作為門電路的扇出系數(shù)，用NoNo表示。表示。例例 查得根本的查得根本的TTLTTL與非門與非門741074

15、10的參數(shù)如下：的參數(shù)如下： IoL IoL16mA16mA，IILIIL1.6mA1.6mA，IoHIoH0.4mA0.4mA，IIHIIH0.04mA.0.04mA.試計(jì)算其帶同類門時(shí)的扇出數(shù)。試計(jì)算其帶同類門時(shí)的扇出數(shù)。解：解： (1) (1)低電平輸出時(shí)的扇出數(shù)低電平輸出時(shí)的扇出數(shù)NOLmAmA161610. (2) (2)高電平輸出時(shí)的扇出數(shù)高電平輸出時(shí)的扇出數(shù)NOHmAmA0400410.假設(shè)假設(shè)NOHNOHNOHNOH，那么取較小的作為電路的扇出數(shù)。，那么取較小的作為電路的扇出數(shù)。2PHLPLHpdttt六六. .傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間tpdtpd導(dǎo)通延遲時(shí)間導(dǎo)通延遲時(shí)間tPH

16、LtPHL從輸入波形上升沿的中點(diǎn)到輸出波形下降沿從輸入波形上升沿的中點(diǎn)到輸出波形下降沿的中點(diǎn)所閱歷的時(shí)間。的中點(diǎn)所閱歷的時(shí)間。截止延遲時(shí)間截止延遲時(shí)間tPLHtPLH從輸入波形下降沿的中點(diǎn)到輸出波形上升沿從輸入波形下降沿的中點(diǎn)到輸出波形上升沿的中點(diǎn)所閱歷的時(shí)間。的中點(diǎn)所閱歷的時(shí)間。與非門的傳輸延遲時(shí)間與非門的傳輸延遲時(shí)間tpdtpd是是tPHLtPHL和和tPLHtPLH的平均值。即的平均值。即 普通普通TTLTTL與非門傳輸延遲時(shí)間與非門傳輸延遲時(shí)間tpdtpd的值為幾納秒十幾個(gè)納秒。的值為幾納秒十幾個(gè)納秒。七、七、1.1.功耗分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。功耗分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。靜態(tài)功耗指的是當(dāng)電路沒有形狀

17、轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗靜態(tài)功耗指的是當(dāng)電路沒有形狀轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗動(dòng)態(tài)功耗是在門的形狀轉(zhuǎn)換的瞬間的功耗。動(dòng)態(tài)功耗是在門的形狀轉(zhuǎn)換的瞬間的功耗。對于對于TTLTTL門電路來說，靜態(tài)功耗是主要的。門電路來說，靜態(tài)功耗是主要的。2.2.延時(shí)延時(shí)功耗積功耗積 DP = tpdPD是一綜合性的目的，用是一綜合性的目的，用DP表示表示,其單位為焦耳。其單位為焦耳。DP的值愈小，闡明它的特性愈接于理想情況。的值愈小，闡明它的特性愈接于理想情況。(一一) TTL與非門電路與非門電路多發(fā)射極多發(fā)射極BJTBJT T1e e bc eeb cA& BALB八八.其他邏輯功能的其他邏輯功能的TTL門電路門電路1.1.電路

18、電路2.TTL與非門電路的任務(wù)原理與非門電路的任務(wù)原理 任一輸入端為低電平常任一輸入端為低電平常: :TTL與非門各級任務(wù)形狀與非門各級任務(wù)形狀 IT1T2T4T3 O輸入全為高電輸入全為高電平平 (3.6V)倒置使用的放大倒置使用的放大狀態(tài)狀態(tài)飽和飽和截止截止飽和飽和低電平低電平（0.2V）輸入有低電平輸入有低電平 (0.2V)深飽和深飽和截止截止放大放大截止截止高電平高電平（3.6V）當(dāng)全部輸入端為高電平常：當(dāng)全部輸入端為高電平常： 輸出低電平輸出低電平 輸出高電平輸出高電平 (二二)TTL或非門或非門 假設(shè)假設(shè)A、B中有一個(gè)為高電平中有一個(gè)為高電平:假設(shè)假設(shè)A、B均為低電平均為低電平:T

19、2A和和T2B均將截止，均將截止，T3截止。截止。 T4，D導(dǎo)通導(dǎo)通輸出為高電平。輸出為高電平。T2A或或T2B將飽和，將飽和，T3飽和，飽和，T4截止，截止，輸出為低電平。輸出為低電平。BAL 邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式vOHvOL輸出為低電平的邏輸出為低電平的邏輯門輸出級的損壞輯門輸出級的損壞九九. 集電極開路集電極開路(OC)的的TTL門電路門電路 VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 一普通的一普

20、通的TTLTTL門電路輸門電路輸出端直接相連的后果出端直接相連的后果 在工程實(shí)際中，有時(shí)在工程實(shí)際中，有時(shí)需求將幾個(gè)門的輸出需求將幾個(gè)門的輸出端并聯(lián)運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)端并聯(lián)運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)與邏輯，稱為線與。與邏輯，稱為線與。 ( (二二) )集電極開路與非門電路集電極開路與非門電路1. 1. 運(yùn)用時(shí)的外電路銜接運(yùn)用時(shí)的外電路銜接2. 邏輯功能邏輯功能L = A BVCC T1 Re2 Rc2 Rc4 Rb1 T2 T3 T4 D A B L VCC T1 Re2 Rc2 Rb1 T2 T3 A B L VCC3.3.國標(biāo)符號國標(biāo)符號 ALB&三集電極開路的三集電極開路的TTL門電路可以實(shí)現(xiàn)線與運(yùn)

21、算門電路可以實(shí)現(xiàn)線與運(yùn)算OPMNOPMNABC1.當(dāng)輸出高電平常，RP不能太大。 太大會(huì)影響開關(guān)速度；另外，在RP 上壓降變大，使輸出下降，RP為最大值時(shí)要保證輸出電壓為VOHmin，( (四四)OC)OC門進(jìn)展線與時(shí)，外接上拉電阻門進(jìn)展線與時(shí)，外接上拉電阻RPRP的選擇：的選擇：(max)(min)()PIHOHOHccRmInIVVRp(max)= IHOHOH(min)ccImnIVV( (四四)OC)OC門進(jìn)展線與時(shí)，外接上拉電阻門進(jìn)展線與時(shí)，外接上拉電阻RPRP的選擇：的選擇：2 2當(dāng)輸出低電平常，當(dāng)輸出低電平常，RPRP不能太小不能太小 限流，限流，RPRP為最小值時(shí)要保證輸出電壓

22、為為最小值時(shí)要保證輸出電壓為VOLVOLmaxmax，RPminRPRPmax+V&RPCCOLVIILILIn&m&IOL 由于由于OCOC門輸出不是推拉式門輸出不是推拉式(Totem)(Totem)構(gòu)造，省去構(gòu)造，省去了有源負(fù)載，帶負(fù)載才干下降了有源負(fù)載，帶負(fù)載才干下降 RPRP選擇遭到限制不能太小，影響任務(wù)速度選擇遭到限制不能太小，影響任務(wù)速度一三態(tài)輸出門的構(gòu)造及任務(wù)原理一三態(tài)輸出門的構(gòu)造及任務(wù)原理1.1.當(dāng)當(dāng)EN=0EN=0時(shí)，時(shí)，G G輸出為輸出為1 1，D1D1截止，相當(dāng)于一個(gè)正常的二輸入端與非門，截止，相當(dāng)于一個(gè)正常的二輸入端與非門，稱為正常任務(wù)形狀。稱為正常任務(wù)形狀。2.2.當(dāng)當(dāng)EN=1EN=1時(shí)，時(shí)，G G輸出為輸出為0 0，T4T4、T3T3都截止。這時(shí)從輸出端都截止。這時(shí)從輸出端L L看進(jìn)去，呈現(xiàn)看進(jìn)去，呈現(xiàn)高阻，稱為高阻態(tài)，或制止態(tài)。高