數(shù)電第一節(jié)標準TTL與非門課件

內(nèi)容概述雙極型集成邏輯門MOS集成邏輯門集成邏輯門按器件類型分按集成度分SSI：＜100個等效門MSI：＜103個等效門LSI：＜104個等效門VLSI：＞104個以上等效門本章內(nèi)容：集成邏輯門的基本結(jié)構(gòu)、工作原理；集成邏輯門的外部特性、參數(shù)及其接口電路。TTL、ECLI2L、HTLPMOSNMOSCMOS內(nèi)容概述雙極型集成邏輯門MOS集成邏輯門集按器件類型分按集成第一節(jié)標準TTL與非門

TTL與非門電路組成

TTL與非門工作原理

TTL與非門工作速度

TTL與非門外特性及主要參數(shù)

TTL標準與非門的改進型

TTL集成電路產(chǎn)品第一節(jié)標準TTL與非門TTL與非門電路組成TTTTL與非門電路組成輸出級由D3、T4、T5和電阻R4組成。T4與T5組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)，具有較強的負載能力。輸入級由多發(fā)射極晶體管T1、二極管D1、D2和電阻R1組成。實現(xiàn)輸入變量A、B的與運算。中間級由T2、R2和R3組成。T2的集電極C2和發(fā)射極E2分別提供兩個相位相反的電壓信號。TTL與非門電路組成輸出級由D3、T4、T5TTL與非門工作原理輸入端至少有一個（設(shè)A端）接低電平：0.3V3.6V1V3.6VT1管:A端發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，UB1=UA+UBE1=1V，其它發(fā)射結(jié)反偏截止。（5-0.7-0.7）V=3.6V因為UB1=1V,所以T2、T5截止,UC2≈Ucc=5V。T4：工作在放大狀態(tài)5V電路輸出高電平：TTL與非門工作原理輸入端至少有一個（設(shè)A端）接低電平：輸入端全接高電平：3.6V2.1V0.3VT1:UB1=UBC1+UBE2+UBE5=0.7V×3=2.1V電路輸出低電平：UOL=0.3V3.6VT1：發(fā)射結(jié)反偏，集電極正偏，工作在倒置放大狀態(tài)且T2、T5導(dǎo)通。T2：工作在飽和狀態(tài)T4：UC2=UCES2+UBE5≈1V，T4截止。T5：處于深飽和狀態(tài)TTL與非門工作原理輸入端全接高電平：3.6V2.1V0.3VT1:UB1=輸入端全接高電平，輸出為低電平。輸入端至少有一個接低電平時，輸出為高電平。由此可見，電路的輸出與輸入之間滿足與非邏輯關(guān)系：TTL與非門工作原理T1：倒置放大狀態(tài)T2：飽和狀態(tài)T4：截止狀態(tài)T5：深度飽和狀態(tài)T1：深度飽和狀態(tài)T2：截止狀態(tài)T4：放大狀態(tài)T5：截止狀態(tài)輸入端全接高電平，輸出為低電平。輸入端至少有一個接低TTL與非門的外特性及主要參數(shù)外特性：指的是電路在外部表現(xiàn)出來的各種特性。掌握器件的外特性及其主要參數(shù)是用戶正確使用、維護和設(shè)計電路的重要依據(jù)。介紹手冊中常見的特性曲線及其主要參數(shù)。

TTL與非門的外特性及主要參數(shù)外特性：指的是電路在外TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（一）電壓傳輸特性TTL與非門輸入電壓UI與輸出電壓UO之間的關(guān)系曲線，即UO=f（UI）。截止區(qū)：當UI≤0.6V，Ub1≤1.3V時，T2、T5截止，輸出高電平UOH=3.6V。飽和區(qū)：UI1.4V，T1進入倒置工作狀態(tài)Ub1=2.1V，此時T2、T5飽和，T4截止，輸出低電平UOL=0.3V，且UO不隨UI的增大而變化。

線性區(qū)：當0.6V≤UI≤1.3V，0.7V≤Ub2＜1.4V時，T2導(dǎo)通，T5仍截止，UC2隨Ub2升高而下降，經(jīng)T4射隨器使UO下降。轉(zhuǎn)折區(qū)：當UI≥1.3V時，輸入電壓略微升高，輸出電壓急劇下降，因為T2、T4、T5均處于放大狀態(tài)。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（一）電壓傳輸特性TTTTL與非門的外特性及主要參數(shù)根據(jù)電壓傳輸特性，可以求出TTL與非門幾個重要參數(shù)：輸出高電平UOH和輸出低電平UOL

、閾值電壓UTH、開門電平UON和關(guān)門電平UOFF、噪聲容限等。1.輸出高電平UOH和輸出低電平UOL

：AB段所對應(yīng)的輸出電壓為UOH。DE段所對應(yīng)的輸出電壓為UOL。一般要求UOH≥3V，UOL＜0.4V。3.開門電平UON：開門電平UON也稱輸入高電平電壓UIH，指的是輸出電平UO=0.3V時，允許輸入高電平的最小值。UON典型值為1.4V，一般產(chǎn)品要求UON≤1.8V。4.關(guān)門電平UOFF：關(guān)門電平UOFF也稱輸入低電平電壓UIL，指的是在保證輸出電壓為額定高電平UOH的90%時，允許輸入低電平的最大值。一般產(chǎn)品要求UOFF≥0.8V。2.閾值電壓UTH：CD段中點所對應(yīng)的輸入電壓稱為閾值電壓UTH，也稱門檻電壓。UTH=1.3～1.4V。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)根據(jù)電壓傳輸特低電平噪聲容限U

NL：高電平噪聲容限U

NH：5.噪聲容限TTL與非門的外特性及主要參數(shù)噪聲容限表示門電路抗干擾能力的參數(shù)。低電平噪聲容限UNL：高電平噪聲容限UNH：5.噪聲（二）輸入特性輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系曲線，即II=f（UI）。1.輸入短路電流IIS（輸入低電平電流IIL）當UIL=0V時由輸入端流出的電流。2.輸入漏電流IIH（輸入高電平電流）指一個輸入端接高電平，其余輸入端接低電平，流入該輸入端的電流，約10μA左右。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)假定輸入電流II流入T1發(fā)射極時方向為正，反之為負。前級驅(qū)動門導(dǎo)通時，IIS將灌入前級門，稱為灌電流負載。前級驅(qū)動門截止時，IIH從前級門流出，稱為拉電流負載。（二）輸入特性輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系曲線，即II=1.扇出系數(shù)NO表示門電路帶負載能力的大小，NO表示可驅(qū)動同類門的個數(shù)。NO分為兩種情況，一是灌電流負載NOL，二是拉電流負載NOH。NO=min（NOL，NOH）。IOLmax為驅(qū)動門的最大允許灌電流，IIL是一個負載門灌入本級的電流。IOHmax為驅(qū)動門的最大允許拉電流，IIH是負載門高電平輸入電流。（三）扇入系數(shù)NI和扇出系數(shù)NOTTL與非門的外特性及主要參數(shù)2.扇入系數(shù)NI是指合格輸入端的個數(shù)。1.扇出系數(shù)NO表示門電路帶負載能力的大小TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（四）輸入負載特性UI在一定范圍內(nèi)會隨著Ri的增加而升高，形成Ui=f（Ri）變化曲線，稱為輸入負載特性。若要使與非門穩(wěn)定在截止狀態(tài)，輸出高電平，應(yīng)選擇Ri＜ROFF。若要保證與非門可靠導(dǎo)通，輸出低電平，應(yīng)選擇Ri≥RON。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（四）輸入負載特性TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（五）功耗功耗有靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗之分。動態(tài)功耗指的是電路發(fā)生轉(zhuǎn)換時的功耗。靜態(tài)功耗指的是電路沒有發(fā)生轉(zhuǎn)換時的功耗。靜態(tài)功耗有空載導(dǎo)通功耗PON和空載截止功耗POFF兩個參數(shù)。1.空載導(dǎo)通功耗PON指的是輸出端開路、輸入端全部懸空、與非門導(dǎo)通時的功耗。標準TTL芯片PON≤50mW。2.空載截止功耗POFF指的是輸出端開路、輸入端接地、與非門截止時的功耗。標準TTL芯片POFF≤25mW。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（五）功耗功耗（六）平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間tpd：TTL與非門的外特性及主要參數(shù)平均傳輸延遲時間是表示門電路開關(guān)速度的參數(shù)，它是指門電路在輸入脈沖波形的作用下，輸出波形相對于輸入波形延遲了多少時間。

導(dǎo)通延遲時間tPHL：輸入波形上升沿的50%幅值處到輸出波形下降沿50%幅值處所需要的時間。截止延遲時間tPLH：從輸入波形下降沿50%幅值處到輸出波形上升沿50%幅值處所需要的時間。通常tPLH＞tPHL，tpd越小，電路的開關(guān)速度越高。一般tpd=10ns～40ns。（六）平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間tpd：TTL與非門的TTL與非門工作速度存在的問題：一是與非門內(nèi)部晶體管工作在飽和狀態(tài)對電路開關(guān)速度產(chǎn)生影響，二是與非門輸出端接容性負載時對工作速度產(chǎn)生影響。采取的措施：1.采用多發(fā)射極晶體管T1，加速T2管脫離飽和狀態(tài)。

2.T4和T5同時導(dǎo)通，加速T5管脫離飽和狀態(tài)。

3.降低與非門的輸出電阻，減小對負載電容的充電時間。

TTL與非門工作速度存在的問題：一是與非門內(nèi)部晶體管工作在飽TTL標準與非門的改進型（一）高速系列（74H系列）高速74H系列電路對標準74系列電路進行了兩項改進：一是在輸出級采用了達林頓結(jié)構(gòu)，將輸出級的T4用復(fù)合管T3和T4代替，減小門電路輸出高電平時的輸出電阻，提高對容性負載的充電速度。二是降低電路中所有電阻的阻值，加速三極管的開關(guān)速度。74H系列門電路的傳輸時間比74系列減小了一半，但是由于電源電流的增大，電路的功耗變大。TTL標準與非門的改進型（一）高速系列（74H系列）TTL標準與非門的改進型（二）肖特基系列（74S系列）肖特基74S系列與標準74系列相比有兩點改進。一是增加了有源泄放電路代替T2射極電阻R3。二是將標準門電路中所有可能工作在飽和區(qū)的晶體管都用肖特基三極管代替。由T6、R6和R3構(gòu)成的有源泄放電路來代替原T2射極電阻R3。一是提高工作速度，二是提高抗干擾能力。

工作速度和抗干擾能力提高。一般74S系列電路的tpd小于10ns。

TTL標準與非門的改進型（二）肖特基系列（74S系列）肖特基TTL標準與非門的改進型（三）低功耗肖特基系列（74LS系列）

74LS系列與標準74系列相比，電路有多項改進措施,以達到縮短傳輸延遲時間、降低功耗的目的。74LS系列具有較小的延遲-功耗積，具有較好的綜合性能。為降低功耗，提高電路各電阻的阻值,將電阻R5原接地端改接到輸出端，減小T3導(dǎo)通時電阻R5上的功耗。為縮短傳輸延遲時間，用肖特基管和有源泄放電路；還將輸入級的多發(fā)射極管改用SBD代替。TTL標準與非門的改進型（三）低功耗肖特基系列（74LS系列TTL集成電路產(chǎn)品系列名稱特點54/74系列TTL通用標準系列TTL最早產(chǎn)品，中速器件，目前仍使用。54H/74H系列TTL快速系列74系列改進型，速度較74系列高，功耗大。54S/74S系列TTL肖特基系列采用肖特基晶體管和有源泄放回路，速度高，品種較74LS系列少。54LS/74LS系列TTL低功耗肖特基系列目前主要應(yīng)用的產(chǎn)品，品種齊全，價格低廉。54AS/74AS系列TTL先進的肖特基系列74S系列的改進產(chǎn)品，速度和功耗得到改進。54ALS/74ALS系列TTL先進的低功耗肖特基系列74LS系列的改進產(chǎn)品，速度和功耗有較大改進，但品種少，價格略高。54F/74F系列TTL高速系列與74ALS及74AS產(chǎn)品相當，屬高速型產(chǎn)品，品種較少。TTL集成電路產(chǎn)品系列名稱特點54/74系列TT內(nèi)容概述雙極型集成邏輯門MOS集成邏輯門集成邏輯門按器件類型分按集成度分SSI：＜100個等效門MSI：＜103個等效門LSI：＜104個等效門VLSI：＞104個以上等效門本章內(nèi)容：集成邏輯門的基本結(jié)構(gòu)、工作原理；集成邏輯門的外部特性、參數(shù)及其接口電路。TTL、ECLI2L、HTLPMOSNMOSCMOS內(nèi)容概述雙極型集成邏輯門MOS集成邏輯門集按器件類型分按集成第一節(jié)標準TTL與非門

TTL與非門電路組成

TTL與非門工作原理

TTL與非門工作速度

TTL與非門外特性及主要參數(shù)

TTL標準與非門的改進型

TTL集成電路產(chǎn)品第一節(jié)標準TTL與非門TTL與非門電路組成TTTTL與非門電路組成輸出級由D3、T4、T5和電阻R4組成。T4與T5組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)，具有較強的負載能力。輸入級由多發(fā)射極晶體管T1、二極管D1、D2和電阻R1組成。實現(xiàn)輸入變量A、B的與運算。中間級由T2、R2和R3組成。T2的集電極C2和發(fā)射極E2分別提供兩個相位相反的電壓信號。TTL與非門電路組成輸出級由D3、T4、T5TTL與非門工作原理輸入端至少有一個（設(shè)A端）接低電平：0.3V3.6V1V3.6VT1管:A端發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，UB1=UA+UBE1=1V，其它發(fā)射結(jié)反偏截止。（5-0.7-0.7）V=3.6V因為UB1=1V,所以T2、T5截止,UC2≈Ucc=5V。T4：工作在放大狀態(tài)5V電路輸出高電平：TTL與非門工作原理輸入端至少有一個（設(shè)A端）接低電平：輸入端全接高電平：3.6V2.1V0.3VT1:UB1=UBC1+UBE2+UBE5=0.7V×3=2.1V電路輸出低電平：UOL=0.3V3.6VT1：發(fā)射結(jié)反偏，集電極正偏，工作在倒置放大狀態(tài)且T2、T5導(dǎo)通。T2：工作在飽和狀態(tài)T4：UC2=UCES2+UBE5≈1V，T4截止。T5：處于深飽和狀態(tài)TTL與非門工作原理輸入端全接高電平：3.6V2.1V0.3VT1:UB1=輸入端全接高電平，輸出為低電平。輸入端至少有一個接低電平時，輸出為高電平。由此可見，電路的輸出與輸入之間滿足與非邏輯關(guān)系：TTL與非門工作原理T1：倒置放大狀態(tài)T2：飽和狀態(tài)T4：截止狀態(tài)T5：深度飽和狀態(tài)T1：深度飽和狀態(tài)T2：截止狀態(tài)T4：放大狀態(tài)T5：截止狀態(tài)輸入端全接高電平，輸出為低電平。輸入端至少有一個接低TTL與非門的外特性及主要參數(shù)外特性：指的是電路在外部表現(xiàn)出來的各種特性。掌握器件的外特性及其主要參數(shù)是用戶正確使用、維護和設(shè)計電路的重要依據(jù)。介紹手冊中常見的特性曲線及其主要參數(shù)。

TTL與非門的外特性及主要參數(shù)外特性：指的是電路在外TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（一）電壓傳輸特性TTL與非門輸入電壓UI與輸出電壓UO之間的關(guān)系曲線，即UO=f（UI）。截止區(qū)：當UI≤0.6V，Ub1≤1.3V時，T2、T5截止，輸出高電平UOH=3.6V。飽和區(qū)：UI1.4V，T1進入倒置工作狀態(tài)Ub1=2.1V，此時T2、T5飽和，T4截止，輸出低電平UOL=0.3V，且UO不隨UI的增大而變化。

線性區(qū)：當0.6V≤UI≤1.3V，0.7V≤Ub2＜1.4V時，T2導(dǎo)通，T5仍截止，UC2隨Ub2升高而下降，經(jīng)T4射隨器使UO下降。轉(zhuǎn)折區(qū)：當UI≥1.3V時，輸入電壓略微升高，輸出電壓急劇下降，因為T2、T4、T5均處于放大狀態(tài)。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（一）電壓傳輸特性TTTTL與非門的外特性及主要參數(shù)根據(jù)電壓傳輸特性，可以求出TTL與非門幾個重要參數(shù)：輸出高電平UOH和輸出低電平UOL

、閾值電壓UTH、開門電平UON和關(guān)門電平UOFF、噪聲容限等。1.輸出高電平UOH和輸出低電平UOL

：AB段所對應(yīng)的輸出電壓為UOH。DE段所對應(yīng)的輸出電壓為UOL。一般要求UOH≥3V，UOL＜0.4V。3.開門電平UON：開門電平UON也稱輸入高電平電壓UIH，指的是輸出電平UO=0.3V時，允許輸入高電平的最小值。UON典型值為1.4V，一般產(chǎn)品要求UON≤1.8V。4.關(guān)門電平UOFF：關(guān)門電平UOFF也稱輸入低電平電壓UIL，指的是在保證輸出電壓為額定高電平UOH的90%時，允許輸入低電平的最大值。一般產(chǎn)品要求UOFF≥0.8V。2.閾值電壓UTH：CD段中點所對應(yīng)的輸入電壓稱為閾值電壓UTH，也稱門檻電壓。UTH=1.3～1.4V。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)根據(jù)電壓傳輸特低電平噪聲容限U

NL：高電平噪聲容限U

NH：5.噪聲容限TTL與非門的外特性及主要參數(shù)噪聲容限表示門電路抗干擾能力的參數(shù)。低電平噪聲容限UNL：高電平噪聲容限UNH：5.噪聲（二）輸入特性輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系曲線，即II=f（UI）。1.輸入短路電流IIS（輸入低電平電流IIL）當UIL=0V時由輸入端流出的電流。2.輸入漏電流IIH（輸入高電平電流）指一個輸入端接高電平，其余輸入端接低電平，流入該輸入端的電流，約10μA左右。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)假定輸入電流II流入T1發(fā)射極時方向為正，反之為負。前級驅(qū)動門導(dǎo)通時，IIS將灌入前級門，稱為灌電流負載。前級驅(qū)動門截止時，IIH從前級門流出，稱為拉電流負載。（二）輸入特性輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系曲線，即II=1.扇出系數(shù)NO表示門電路帶負載能力的大小，NO表示可驅(qū)動同類門的個數(shù)。NO分為兩種情況，一是灌電流負載NOL，二是拉電流負載NOH。NO=min（NOL，NOH）。IOLmax為驅(qū)動門的最大允許灌電流，IIL是一個負載門灌入本級的電流。IOHmax為驅(qū)動門的最大允許拉電流，IIH是負載門高電平輸入電流。（三）扇入系數(shù)NI和扇出系數(shù)NOTTL與非門的外特性及主要參數(shù)2.扇入系數(shù)NI是指合格輸入端的個數(shù)。1.扇出系數(shù)NO表示門電路帶負載能力的大小TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（四）輸入負載特性UI在一定范圍內(nèi)會隨著Ri的增加而升高，形成Ui=f（Ri）變化曲線，稱為輸入負載特性。若要使與非門穩(wěn)定在截止狀態(tài)，輸出高電平，應(yīng)選擇Ri＜ROFF。若要保證與非門可靠導(dǎo)通，輸出低電平，應(yīng)選擇Ri≥RON。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（四）輸入負載特性TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（五）功耗功耗有靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗之分。動態(tài)功耗指的是電路發(fā)生轉(zhuǎn)換時的功耗。靜態(tài)功耗指的是電路沒有發(fā)生轉(zhuǎn)換時的功耗。靜態(tài)功耗有空載導(dǎo)通功耗PON和空載截止功耗POFF兩個參數(shù)。1.空載導(dǎo)通功耗PON指的是輸出端開路、輸入端全部懸空、與非門導(dǎo)通時的功耗。標準TTL芯片PON≤50mW。2.空載截止功耗POFF指的是輸出端開路、輸入端接地、與非門截止時的功耗。標準TTL芯片POFF≤25mW。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（五）功耗功耗（六）平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間tpd：TTL與非門的外特性及主要參數(shù)平均傳輸延遲時間是表示門電路開關(guān)速度的參數(shù)，它是指門電路在輸入脈沖波形的作用下，輸出波形相對于輸入波形延遲了多少時間。

導(dǎo)通延遲時間tPHL：輸入波形上升沿的50%幅值處到輸出波形下降沿50%幅值處所需要的時間。截止延遲時間tPLH：從輸入波形下降沿50%幅值處到輸出波形上升沿50%幅值處所需要的時間。通常tPLH＞tPHL，tpd越小，電路的開關(guān)速度越高。一般tpd=10ns～40ns。（六）平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間tpd：TTL與非門的TTL與非門工作速度存在的問題：一是與非門內(nèi)部晶體管工作在飽和狀態(tài)對電路開關(guān)速度產(chǎn)生影響，二是與非門輸出端接容性負載時對工作速度產(chǎn)生影響。采取的措施：1.采用多發(fā)射極晶體管T1，加速T2管脫離飽和狀態(tài)。

2.T4和T5同時導(dǎo)通，加速T5管脫離飽和狀態(tài)。

3.降低與非門的輸出電阻，減小對負載電容的充電時間。

TTL與非門工作速度存在的問題：一是與非門內(nèi)部晶體管工作在飽TTL標準與非門的改進型（一）高速系列（74H系列）高速74H系列電路對標準74系列電路進行了兩項改進：一是在輸出級采用了達林頓結(jié)構(gòu)，將輸出級的T4用復(fù)合管T3和T4代替，減小門電路輸出高電