《數(shù)字電路~》PPT課件.ppt

1、2.3 簡單的與、或、非門電路,基本邏輯門電路： 與門電路 或門電路 非門電路,繼續(xù),1、二極管與門,Y=AB,繼續(xù),Y=A+B,2、二極管或門,加入VEE目的： ？,三極管反相器,uA0V時，三極管截止， iB0，iC0， 輸出電壓uYVCC5V,繼續(xù),uA5V時，三極管導通?；鶚O電流為：,三極管臨界飽和時 的基極電流為：,輸出電壓uYVCES0.3V,繼續(xù),繼續(xù),(1)、與非電路,000 0,001 0,010 0,011 0,100 0,101 0,110 0,111 1,5、復合邏輯門,繼續(xù),(2)、或非門電路,繼續(xù),輸入級,倒相級,輸出級,稱為推拉式電路或圖騰柱輸出電路,2.4.1

2、TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理,1.輸入為低電平（0.2V）時,0.9V,不足以讓 T2、T5導通,T2、T5截止,1.輸入為低電平（0.2V）時,vo=5vR2vbe4vD23.4V 輸出高電平,2.輸入為高電平（3.4V）時,電位被嵌 在2.1V,vB1=VIH+VON=4.1V,發(fā)射結(jié)反偏,1V,T2、T5飽和導通,2.輸入為高電平（3.4V）時,vo =VCE50.3V 輸出低電平,無論輸入如何，T4和T5總是一管導通而另一管截止。 這種推拉式工作方式，帶負載能力很強。,繼續(xù),類似：TTL與非門,1. 任一輸入為低電平（0.2V）時,0.9V,不足以讓 T2、T5導通,T2、T5截止

3、,任一輸入為低時，uo=5-uR2-ube3-ube43.6V 輸出為高!,繼續(xù),1V,2. 輸入全為高電平（3.6V）時,T2、T5飽和導通,uo =0.3V 輸出低電平,當輸入全為高時，輸出為低,繼續(xù),符號,一般用T5的狀態(tài)表示門的工作狀態(tài) T5截止，稱門電路處于關(guān)態(tài) （關(guān)斷狀態(tài)） T5導通，稱門電路處于開態(tài) （開通狀態(tài)）,TTL-IC的封裝： 雙列直插式,如：TTL門電路芯片（四2輸入與非門，型號74LS00 ),地GND,外 形,電源VCC（+5V）,74LS00內(nèi)含4個2輸入與非門，74LS20內(nèi)含2個4輸入與非門。,輸入低電平電流IIL：,1、輸入、輸出特性,輸入高電平電流IIH：

4、,2.4.2 TTL的外特性及參數(shù),輸 入 特 性,輸入短路電流IIS(IIL),高電平輸入電流IIH,注：以流入門的電流為正,輸出特性,與非門輸出為 高電平時：,輸出電流的方向為流出（拉電流）,實際工作中，受到功耗的限制，輸出電流不能超過0. 4mA。,IOHmax= -0. 4mA,由于與非門輸出電阻的存在，輸出電壓隨輸出電流的增大而下降,拉電流： IOH,反映輸出電壓vO與輸出電流iL的關(guān)系。規(guī)定灌入電流為正方向。拉出電流為負方向。,與非門輸出為 低電平時：,灌電流： IOL,輸出電流的方向為流入(灌電流)，,輸出電壓隨輸出電流的增大而增大。,飽和導通內(nèi)阻很小，飽和導通壓降很低，負載電流

5、增加時輸出低電平稍有升高,IOLmax=16mA,IOL(max),2 輸入端負載特性,輸入端負載特性,T5截止，與非門處在關(guān)斷狀態(tài)。,將0.75k稱為關(guān)門電阻，用ROFF表示。,當RP ROFF時，相當于輸入端接低電平。,T5導通，,將2k稱為開門電阻，用RON表示。,當RP RON時，相當于輸入端接高電平。,數(shù)字電路中要求輸入負載電阻RP RON或RP ROFF ，否則輸入信號將不在高低電平范圍內(nèi)。,懸空的輸入端相當于接高電平。,為了防止 干擾，一般應將懸空的輸入端人為接高電平。,例：判斷如圖TTL電路輸出為何狀態(tài)？,Y0=0,1,0,Y1=1,Y0,Y2=0,1,0,3. 電壓傳輸特性：

6、 VO= f（VI）,輸出電壓隨輸入電壓變化,AB段：,截止區(qū),BC段：,線性區(qū),CD段：,轉(zhuǎn)折區(qū),DE段：,飽和區(qū),0VUi0.6V,0.6Ui1.3V,1.3Ui 1.5V,Ui1.5V,電壓傳輸特性可以反映TTL非門的幾個主要電參數(shù)：, 輸出高、低電平,VOH,VOL,輸出高電平VOH 輸出低電平VOL,關(guān)門電平(Voff)和開門電平(Von),Voff(VILmax),Von(VIHmin),在保證輸出高于VOHmin允許的輸入低電平的最大值，稱為關(guān)門電平Voff (VILmax); 在保證輸出低于VOLmax允許的輸入高電平的最小值，稱為開門電平Von (VIHmin)。,0.8V,

7、2V,3.4V,0.3V, 輸出高、低電平的最小值,輸出高電平最小值VOHmin 輸出低電平最大值VOLmax, 閾值電壓(Vth):,轉(zhuǎn)折區(qū)中點對應的輸入電壓稱閾值電壓Vth。,2.4V,0. 4V,VOH,VOL,4 噪聲容限,VNH= VOHmin-VIHmin,VNL= VILmax-VOLmax,VNH= 2.4-2=0.4V,VNL= 0.8-0.4=0.4V,思考：前后級之間電流的聯(lián)系,前級輸出為 高電平時,前級（驅(qū)動門）,后級（負載門）,1,前級輸出為 低電平時,前級（驅(qū)動門）,后級（負載門）,0,流入前級的電流IOL (灌電流),輸入低電平時的輸入電流IIL，大約為1mA。,

8、5. 扇出系數(shù)（fan out）, 一個門電路能驅(qū)動同類門的最大數(shù)目。,扇出系數(shù)衡量門電路的帶負載能力。,VOL=0.2V時，查特性圖得到輸出電流IOL=16mA,每個負載門的輸入電流為IIL=1mA,VOH=3.2V時，查圖得輸出電流IOH=7.5mA,但手冊規(guī)定|IOH|0.4mA,故取|IOH|=0.4mA;每個負載門的輸入電流為IIH=40A,綜上所述，扇出系數(shù)NO=10,計算G1可驅(qū)動多少個同樣門？要求VOH3.2V, VOL0.2V,解：（1）vO1=VOH、vI2VIH(min)時,應滿足：VOHIIHRPVIH(min),例：為保證G1輸出的高低電平能正確傳遞到G2，要求vO1

9、=VOH、vI2VIH(min)；vO1=VOL、vI2VIL(max)，試計算RP的最大允許值。所有參數(shù)見前,A為0.2V時，B應0.8V，若RP太大，B會0.8V,應滿足：0.2+iRP 0.8,代入得,（2）vO1=VOL、vI2VIL(max)時,取R1 =4k ，則RP不應大于690.,TTL門電路的動態(tài)特性 p55,一、傳輸延遲時間tpd,tpd表征門電路的開關(guān)速度,tpHL,tpLH,導通傳輸 時間,截止傳輸 時間,平均傳輸延遲時間 （Propagation delay),tpd =515ns,上升沿,下降沿,問：哪個長？為什么？,tpHL,tpLH,平均傳輸延遲時間 （Prop

10、agation delay),8ns，12ns,T5管導通時工作在深度飽和狀態(tài)，其從導通轉(zhuǎn)換為截止（對應輸出從低電平跳變?yōu)楦唠娖剑┑拈_關(guān)時間較長，因此tpHL tpLH,二.功耗：,分為靜態(tài)、動態(tài)功耗 見前 對于TTL電路靜態(tài)功耗是主要的,2.4.3 其他類型的TTL門電路,一. 其他邏輯功能的門電路,輸入端改成多發(fā)射極三極管,1.與非門,74LS00內(nèi)含4個2輸入與非門，74LS20內(nèi)含2個4輸入與非門。,例：如圖電路，已知 74LS00門電路GP參數(shù)為： IOH/IOL=-1.0mA/20mA IIH/IIL=50A/-1.43mA 試求門GP能驅(qū)動多少同類門？若將電路中的芯片改為74LS

11、20，其門電路參數(shù)同74S00，問此時GP能驅(qū)動多少同類門？,門GP輸出低電平時，設可帶同類門數(shù)為NOL：,解： (1) 74LS00 為2輸入與非門：,門GP輸出的高電平時，設可帶同類門數(shù)為NOH：,扇出系數(shù)=10,(2) 74S20為4輸入與非門：,門GP輸出低電平時，設可帶同類門數(shù)為NOL：,門GP輸出高電平時，設可帶同類門數(shù)為NOH：,扇出系數(shù)No=5,或非門,與或非門,74LS86,二.集電極開路門（OC門）,為什么需要OC門？ 普通與非門輸出不能 直接連在一起實現(xiàn)“線與”！,產(chǎn)生一個很大的電流,輸入全1時，輸出=0 輸入任0時，輸出懸空,繼續(xù),OC門的“線與”,分析：F1、F2、F

12、3任一導通(為0)，則F=0； F1、F2、F3全截止(為1)，則F=1 。,F=F1F2F3,繼續(xù),集電極開路,OC門特點：,RL的選擇,IOH,IIH,n個,m 個,VOH,負載門輸入端個數(shù),(1) RL有最大值：,VOL,m個,IOL,IIL,負載門個數(shù),由于與非門的輸入端為多發(fā)射極，當前一級門輸出低電平時，負載門只要一個輸入端為低電平，T2、T5就截止。,(2) RL有最小值：,2、三態(tài)輸出門電路（ TSL）,TriState Logic,在計算機系統(tǒng)中，為減少各部件間的連線，往往希望能將各部件直接掛在一根總線上，但不是所有的輸出門都可以做到的，普通門電路不行，OD門要外接電源和電阻，

13、這也不方便。,1 . 問題的提出,解決方法：,采用TSL三態(tài)門。,“ 三態(tài)門 ”是在普通門的基礎上附加控制電路而構(gòu)成。,三種狀態(tài),高電平,低電平,高阻狀態(tài)（禁止狀態(tài)）,標準門的輸出狀態(tài),TTL輸出三態(tài)門（TS門：p59）,EN 即 Enable,符號及功能表,繼續(xù),三態(tài)門 （TS門)常用符號,2.4.4 TTL門電路的各種系列 (了解),74H系列：高速系列。其工作速度的提高是用增加功耗的代價換取的，效果不夠理想。,從提高工作速度、降低功耗兩方面考慮進行改進。,74S系列：肖特基系列。采用抗飽和三極管，提高了工作速度，但電路功耗加大，并且輸出的低電平升高。,74LS系列：低功耗肖特基系列。兼顧功耗和速度兩個方面，得到更小的延遲功耗積。,74AS