数字电路第三章门电路.ppt

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1、 第三章 集成逻辑门电路教学要求教学要求 ：1 1、在重点理解原理的基础上，熟练掌握各种门电路的外、在重点理解原理的基础上，熟练掌握各种门电路的外特性；对各种常用门电路的使用方法有深刻的了解；知特性；对各种常用门电路的使用方法有深刻的了解；知道选用器件进行组合，实现实际系统的设计要求。道选用器件进行组合，实现实际系统的设计要求。2 2、各种器件的、各种器件的内部内部工作原理和工作原理和结构结构只需了解，以能只需了解，以能“理理解解”为原则。为原则。3 3、本章分析方法：、本章分析方法：电路图电路分析电路图电路分析 约定逻辑定义约定逻辑定义 实现的逻辑功能实现的逻辑功能 数字集成电路的分类数字集

2、成电路的分类 数字集成电路按其内部有源器件的不同可分为两类。数字集成电路按其内部有源器件的不同可分为两类。1 1、双极型晶体管集成电路、双极型晶体管集成电路 晶体管晶体管晶体管逻辑晶体管逻辑(TTL(TTL）射极耦合逻辑射极耦合逻辑(ECL)(ECL)集成注入逻辑集成注入逻辑(I(I2 2L L）2 2、MOS(Metal Oxide Semiconductor)MOS(Metal Oxide Semiconductor)集成电路集成电路 有有源源器器件件采采用用金金属属氧氧化化物物半半导导体体场场效效应应管管，它它 又可分为又可分为NMOSNMOS、PMOSPMOS和和CMOSCMOS等几种

3、类型。等几种类型。3 3、TTLTTL和和CMOSCMOS集成电路特点。集成电路特点。A A、TTLTTL集成电路工作速度快、驱动能力强，但功耗集成电路工作速度快、驱动能力强，但功耗 大、集成度低；大、集成度低；B B、MOSMOS集成电路集成度高、功耗低。超大规模集成电集成电路集成度高、功耗低。超大规模集成电 路基本上都是路基本上都是MOSMOS集成电路，其缺点是工作速度略集成电路，其缺点是工作速度略低。低。目前数字系统中普遍使用目前数字系统中普遍使用TTLTTL和和CMOSCMOS集成电路。集成电路。4 4、大、中、小规模集成电路大、中、小规模集成电路A A、小规模集成电路、小规模集成电路

4、(SSI(SSI），每片组件内包含），每片组件内包含1010010100个个 元件元件(或或10201020个等效门个等效门)。B B、中中规规模模集集成成电电路路(MSI)(MSI)，每每片片组组件件内内含含10010001001000个个元件元件(或或2010020100个等效门个等效门)。C C、大规模集成电路、大规模集成电路(LSI)(LSI)，每片组件内含每片组件内含10001000001000100000个元件个元件(或或10010001001000个等效门个等效门)。D D、超超大大规规模模集集成成电电路路(VLSI)(VLSI)，每每片片组组件件内内含含100000 10000

5、0 个元件个元件(或或10001000个以上等效门个以上等效门)。目前常用的逻辑门和触发器属于目前常用的逻辑门和触发器属于SSISSI，常用的译码器、，常用的译码器、数据选择器、加法器、计数器、移位寄存器等组件属于数据选择器、加法器、计数器、移位寄存器等组件属于MSIMSI。常见的。常见的LSILSI、VLSIVLSI有只读存储器、随机存取存储器、有只读存储器、随机存取存储器、微处理器、单片微处理机、位片式微处理器、微处理器、单片微处理机、位片式微处理器、高速乘高速乘法累加器、通用和专用数字信号处理器等。此外还有法累加器、通用和专用数字信号处理器等。此外还有专专用集成电路用集成电路，它分标准单

6、元、门阵列和可编程逻辑器件，它分标准单元、门阵列和可编程逻辑器件PLDPLD。PLDPLD是近十几年来迅速发展的新型数字器件，目前是近十几年来迅速发展的新型数字器件，目前应用十分广泛。应用十分广泛。2 2 半导体二极管和三极管的开关特性半导体二极管和三极管的开关特性 一、一、半导体二极管的开关特性半导体二极管的开关特性 1 1、开关特性、开关特性 半导体二极管具有半导体二极管具有单向导电性单向导电性，即外加正向电压，即外加正向电压（大于阈值电压）时导通，反之截止。所以相当于一个（大于阈值电压）时导通，反之截止。所以相当于一个 受外加电压极性控制的开关。受外加电压极性控制的开关。二极管开关电路二

7、极管开关电路 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 A A、电路分析：、电路分析：设：输入信号的高电平设：输入信号的高电平 V VIHIH=V=VCCCC ，低电平，低电平V VILIL=0 =0 二极管二极管D D为理性器件，即正向导通为理性器件，即正向导通电阻为电阻为0 0，反向电阻为，反向电阻为。1 1）V VI I=V=VIHIH 时，时，D D 截止，截止，V VO O=V=VOHOH=V=VCCCC 2 2）V VI I=V=VILIL 时，时，D D 导通，导通，V VO O=V=VOLOL=0=0 可以通过输入高、低电平控制二极管的开关状态，可以通过输入高、低电平控制二极管的开关状

8、态，并在输出端得到相应的高、低电平。并在输出端得到相应的高、低电平。B B、门限电压（阈值电压）：、门限电压（阈值电压）：通常把电压通常把电压V VTHTH称为门限电压或阈值电压。称为门限电压或阈值电压。硅管的阈值电压为硅管的阈值电压为0.6 0.7 V0.6 0.7 V，锗管的阈值电压为锗管的阈值电压为0.2 0.3 V0.2 0.3 V。2 2、限幅电路（限幅器）、限幅电路（限幅器）A A、电路功能：、电路功能：限幅电路的功能是将限幅电路的功能是将输入波形的一部分传送到输出输入波形的一部分传送到输出端端，其余部分抑制掉其余部分抑制掉，可以对脉冲波形进行整形或，可以对脉冲波形进行整形或变换变

9、换 。常用的有二极管串联上限限幅器、串联下限限幅器、。常用的有二极管串联上限限幅器、串联下限限幅器、串联双向限幅器；二极管并联上限限幅器、并联下限限串联双向限幅器；二极管并联上限限幅器、并联下限限幅器、并联双向限幅器。幅器、并联双向限幅器。B B、电路分析：、电路分析：限幅电路如图所示，设限幅电路如图所示，设D D工作在工作在理想理想的开关状态。的开关状态。1 1）V VI IVVREF REF 时，时，D D导通，导通，V VO O V VI I2 2）V VI IVVREF REF 时，时，D D截止，截止，V VO O V VREFREF 它将输入波形中瞬时电位低于它将输入波形中瞬时电位

10、低于V VREFREF的部分波形抑制掉，的部分波形抑制掉，而将瞬时波形高于而将瞬时波形高于V VREFREF的部分波形传送到输出端。的部分波形传送到输出端。限幅电平为限幅电平为V VREFREF的串联下限限幅器及工作波形图的串联下限限幅器及工作波形图注意：在限幅器中，注意：在限幅器中，D D截止时，截止时，D D上反向电压不能超过上反向电压不能超过D D的的 反向击穿电压。反向击穿电压。二、半导体三极管的开关特性二、半导体三极管的开关特性 在脉冲与数字电路中，在在脉冲与数字电路中，在大幅度脉冲信号大幅度脉冲信号作用下，作用下，半导体三极管交替半导体三极管交替工作在截止区与饱和区工作在截止区与饱

11、和区，作为，作为开开关元关元件件来使用。来使用。1 1、三极管的基本开关电路及电路传输特性：、三极管的基本开关电路及电路传输特性：三极管的基本开关电路及电路传输特性如图示：三极管的基本开关电路及电路传输特性如图示：2 2、电路分析：、电路分析：A A、当输入电压、当输入电压V VI IVVVONON而小于某一数值时，三极管而小于某一数值时，三极管T T工工 作在放大区。当输入电压有一较小变化时，会引作在放大区。当输入电压有一较小变化时，会引 起输出电压较大的变化。起输出电压较大的变化。C C、当输入电压大于某一数值时，三极管、当输入电压大于某一数值时，三极管T T工作在饱和工作在饱和 区，相当

12、于开关闭合。区，相当于开关闭合。硅管的阈值电压为硅管的阈值电压为0.6 0.7V0.6 0.7V，锗管的阈值电压为锗管的阈值电压为0.2 0.3V0.2 0.3V。3 3、举例：、举例：在图示电路中，试计算当输入端分别接在图示电路中，试计算当输入端分别接0 V0 V、5 V5 V和和 悬空悬空时输出电压时输出电压U U0 0的数值，并指出三极管工作在什么的数值，并指出三极管工作在什么状态。假定三极管导通以后状态。假定三极管导通以后U UBEBE=0.7 V=0.7 V，电路参数如，电路参数如图中所注。图中所注。解：当输入端悬空时解：当输入端悬空时，U UBEBE=-10 V=-10 V，三极管

13、处于截，三极管处于截 止状态，止状态，U U0 0=10 V=10 V。当当输输入入端端接接UiUi时时，可可利利用用戴戴维维宁宁定定理理将将接接至至基基极极与与 发射极间的外电路化简为由等效电压发射极间的外电路化简为由等效电压U UE E和等效电阻和等效电阻 R RE E串联的单回路，如图所示。串联的单回路，如图所示。其中：其中：若若U Ui i=0=0 V V，则则U UE E=-2.03-2.03 V V，故故三三极极管管处处于于截截止止状状态态，U U0 0=10 V=10 V。若若U Ui i=5 V=5 V，则则U UE E=1.95 V=1.95 V，而临界饱和基极电流而临界饱和

14、基极电流可见，可见，I IB BIIBSBS，三极管处于饱和导通状态，三极管处于饱和导通状态，U U0 0=U=UCESCES=0.3 V=0.3 V。3 TTL3 TTL集成逻辑门集成逻辑门 一、一、TTL TTL与非门：与非门：1 1、电路构成：、电路构成：输入级输入级 倒相级倒相级 输出级输出级A A、输入级输入级：输输入入级级由由多多发发射射极极管管T T1 1和和电电阻阻R R1 1组组成成，其其作作用用是是对对输入变量输入变量A A、B B、C C实现逻辑与，它相当于一个与门。实现逻辑与，它相当于一个与门。设设二极管二极管V V11V V4 4 的正向管压降为的正向管压降为0.7

15、V0.7 V。输入级等效电路如下图所示。输入级等效电路如下图所示。1 1）当当输输入入信信号号A A、B B、C C 中中至至少少有有一一个个以以上上为为低低电电平平(0.3V)(0.3V)时，时，U Ub1b1=1V=1V，U UC C =0.3V=0.3V；2 2）当）当A A、B B、C C 全部为全部为高电平高电平(3.6V)(3.6V)时，时，U Ub1b1=4.3V=4.3V，U UC C=3.6V=3.6V。当所有输入都为高时，输出才为高，只要有一个输当所有输入都为高时，输出才为高，只要有一个输入为低，输出便是低，所以起到了与门的作用。入为低，输出便是低，所以起到了与门的作用。B

16、 B、倒相级：、倒相级：倒倒相相级级由由T T2 2、R R2 2、R R3 3组组成成，在在T T2 2的的集集电电极极与与发发射射极极可可以以得得到到两两个个相相位位相相反反的的电电压压，为为输输出出级级提提供供两两个个相相位位相相反的驱动信号。反的驱动信号。C C、输出级：、输出级：输输出出级级由由T T3 3、T T4 4、T T5 5和和R R4 4、R R5 5组组成成，这这种种电电路路形形式式称称推拉式电路，它不仅输出阻抗低，带负载能力强，推拉式电路，它不仅输出阻抗低，带负载能力强，而而且且可以提高工作速度。可以提高工作速度。2 2、电路分析：、电路分析：A A、当、当T1T1管

17、的输入全为高时：管的输入全为高时：(开门状态）开门状态）T1 T1管处于反向偏置状态，管处于反向偏置状态，反反=0.2=0.2 T2 T2饱和饱和 T5 T5饱和饱和 T3 T3导通，导通，T4T4截止截止 假设假设T T2 2不存在。此时：不存在。此时：V VB1B1=V=VIHIH+V+VONON=3.6+0.7=4.3(V)=3.6+0.7=4.3(V)显然显然T T2 2、T T5 5存在的情况下，存在的情况下，T T2 2、T T5 5的发射结必然同的发射结必然同时导通。一旦时导通。一旦T T2 2、T T5 5导通之后：导通之后：V VB1B1=0.7+0.7+0.7=2.1(V)

18、=0.7+0.7+0.7=2.1(V)又因为，此时又因为，此时V VE1 E1=3.6V=3.6V，V VC1C1=1.4V=1.4V。所以。所以T T1 1处于处于发射结反向偏置、集电结正向偏置的工作状态，即称为发射结反向偏置、集电结正向偏置的工作状态，即称为“倒置倒置”工作状态。工作状态。所以所以V VB1 B1 被箝位在被箝位在2.2V2.2V左右，左右，T T2 2导通使导通使V VC2C2被箝位被箝位在在1.0V1.0V左右，所以左右，所以T T3 3导通，但导通，但T T4 4截止。由于截止。由于T T5 5导通，导通，所以输出为低电平。所以输出为低电平。注注：发发射射结结处处于于

19、反反偏偏（V Vbe1be1=-0.7V=-0.7V），这这时时T1T1管管相相当当于于一一个个反反向向放放大大管管（射射极极当当集集电电极极用用），其其反反=0.2=0.2，各各发发射射极极电电流流是是很很微微弱弱的的。而而集集电电极极却却有有较较大大的的电电流流。这这样样I Ib2b2电流较大，将使电流较大，将使T2T2管处于饱和状态。管处于饱和状态。B B、当、当T1T1的输入至少有一为低时：的输入至少有一为低时：(关门状态）关门状态）T1T1饱和饱和 ，T2T2截止截止 T5 T5截止截止 T3 T3饱和，饱和，T4T4放大。放大。此时此时T T1 1的发射结导通，基极电位被箝位在：的

20、发射结导通，基极电位被箝位在：VB1=VIL+VON=0.3+0.7=1.0(V)由于由于T T1 1工作在深度饱和状态，使工作在深度饱和状态，使V VCECE=0.1V=0.1V，则：，则：VC1=VIL+VCES=0.3+0.1=0.4(V)因此因此T T2 2的发射结不会导通。的发射结不会导通。T T2 2截止后，截止后，V VC2C2为高电为高电平，平，V VE2E2为低电平，导致为低电平，导致T T5 5截止，截止，T T4 4导通，输出为高电导通，输出为高电平。平。所以输入与输出之间的关系为与非关系。所以输入与输出之间的关系为与非关系。注：注：由于由于V VE1E1为低，发射结将处

21、于正偏，为低，发射结将处于正偏，T T1 1管处于饱和管处于饱和 状态，将有很大的集电极电流（状态，将有很大的集电极电流（I IC1C1）流通。）流通。I IB2B2 是个相当大的反向驱动电流，它促使是个相当大的反向驱动电流，它促使T T2 2管很快管很快 从饱和转换为截止。从饱和转换为截止。当当T T1 1的输入端接有低电平时，的输入端接有低电平时，T T1 1管总的来说是管总的来说是 处于饱和状态，但却经历两种特殊的饱和阶段。处于饱和状态，但却经历两种特殊的饱和阶段。当当T T2 2管即将退出饱和时，管即将退出饱和时，T T1 1处于低负载电阻，大处于低负载电阻，大 电流（电流（I IC1

22、C1大）饱和状态。当大）饱和状态。当T T2 2进入截止后，进入截止后，T T1 1 负载是负载是T T2 2的反向结电阻与的反向结电阻与R2R2串联，是个大电阻，串联，是个大电阻，T T1 1处于小电流饱和状态，其处于小电流饱和状态，其V VCESCES=0.1V=0.1V。C、交叉漏电流、交叉漏电流 当当T T1 1输输入入一一个个为为高高，两两个个为为低低时时，存存在在一一个个交交叉叉漏漏电电流流。一一般般来来说说，前前一一级级高高电电平平负负载载主主要要是是由由交交叉叉漏电流来确定。（即漏电流来确定。（即T T4 4管提供此电流管提供此电流I I交叉交叉）。）。注注：实实际际电电路路中

23、中，输输入入端端有有一一箝箝位位二二极极管管，它它即即可可以以抑抑止止输输入入端端可可能能出出现现的的负负极极性性干干扰扰脉脉冲冲，又又可可以以防防止止输输入入电电压压为为负负时时T1T1的的发发射射极极电电流流过过大大，起起到到保保护护作作用用。该该二极管允许通过的最大电流约为二极管允许通过的最大电流约为20mA20mA。3 3、TTLTTL与非门的特性与参数与非门的特性与参数A A、电压传输特性、电压传输特性输出电压跟随输入电压变化的输出电压跟随输入电压变化的 关系曲线，曲线如图示。关系曲线，曲线如图示。曲线大致分为四段：曲线大致分为四段：1)1)、AB AB段段(截止区截止区)：当当U

24、UI I0.6V0.6V时，时，U UB1B11.3V,1.3V,故故 T T2 2,T,T5 5截止，截止，T T3 3,T,T4 4导通，输出导通，输出 为高电平。为高电平。UOH=UCCIB3R2UBE3UBE4=3.6V 2)2)、BC BC段段(线性区线性区)：当当0.6V0.6VU UI I1.3V1.3V时，时，T1T1工作在深度饱和状态，使工作在深度饱和状态，使V VCECE=0.1V=0.1V，所以，所以0.7V0.7VU Ub2b21.4V1.4V，T T2 2开始导通，开始导通，T T5 5尚未尚未导通。导通。T T2 2处于放大状态，其集电极电压处于放大状态，其集电极电

25、压U Uc2c2随着随着U UI I的增加的增加而下降，并通过而下降，并通过T T3 3、T T4 4射极跟随器使输出电压射极跟随器使输出电压U UO O也下降，也下降，下降斜率近似等于下降斜率近似等于-R R2 2/R R3 3。3)3)、CDCD段段(转折区转折区)：1.3V1.3VU UI I 1.4V1.4V，当当U UI I略略 大大 于于 1.3V1.3V时时，U UB1B1约约 为为2.1V2.1V，T2T2、T T5 5导导通通，T T4 4截截止止，输输出出电电压压迅迅速速下下降降为为低低电电平平。转转折折区区中中点点对对应应的的输输入入电电压压称称为为阈阈值值电电压压也称门

26、槛电压。也称门槛电压。此时电路的状态由关态转换为开态。此时电路的状态由关态转换为开态。4)4)、DEDE段段(饱和区饱和区)：当当U UI I1.4V1.4V时时，随随着着U UI I增增加加V V1 1进进入入倒倒置置工工作作状状态态，T T4 4截止，截止，T T2 2、T T5 5饱和，输出为低电平饱和，输出为低电平U UOLOL=0.3V=0.3V。B B、几个重要参数：、几个重要参数：a a、输出高电平、输出高电平U UOHOH和输出低电平和输出低电平U UOLOL 电压传输特性：截止区的输出电压电压传输特性：截止区的输出电压U UOHOH=3.6V=3.6V，饱和区的输出电压饱和区

27、的输出电压U UOLOL=0.3V=0.3V。一般产品规定一般产品规定U UOHOH2.7V2.7V、U UOLOL0.5V0.5V时即为合格时即为合格。b b、阈值电压、阈值电压U UT T。电电压压传传输输特特性性上上转转折折区区中中点点所所对对应应的的输输入入电电压压U UT T1.3V1.3V，U UT T可可看看成成与与非非门门导导通通和和截截止止的的分分界界线线。c c、开门电平开门电平U UONON和关门电平和关门电平U UOFFOFF。开开门门电电平平U UONON是是保保证证输输出出电电平平达达到到额额定定低低电电平平(0.3V(0.3V）所所允允许许输输入入高高电电平平的的

28、最最低低值值，通通常常U UONON=1.4V=1.4V，一般产品规定一般产品规定U UONON1.8V1.8V。关关门门电电平平U UOFFOFF是是保保证证输输出出电电平平为为额额定定高高电电平平(2.7V(2.7V左左右右)时时，允允许许输输入入低低电电平平的的最最大大值值。通通常常U UOFFOFF1V,1V,一般产品要求一般产品要求U UOFFOFF0.8V0.8V。d d、噪声容限噪声容限U UNLNL、U UNHNH 在在电电子子电电路路中中总总是是不不同同程程度度地地存存在在外外界界的的干干扰扰，这这些些干干扰扰信信号号称称为为噪噪声声。它它将将影影响响电电路路的的正正常常工工

29、作作。噪噪声声容容限限就就是是反反映映电电路路抗抗干干扰扰能能力力的的一一个个指指标标，即即反反映映电电路路在多大的干扰电压下仍能正常工作。在多大的干扰电压下仍能正常工作。在在保保证证输输出出高高、低低电电平平不不变变的的条条件件下下，输输入入电电平平允允许波动的范围值称为许波动的范围值称为噪声容限噪声容限。低电平噪声容限低电平噪声容限 用用U UNLNL表示：表示：U UNLNL=U UOFFOFFU UILIL 若若U UOFFOFF=0.8V=0.8V，U UILIL=0.3V=0.3V，则，则U UNLNL=0.5V=0.5V。高电平噪声容限高电平噪声容限 用用U UNHNH表示：表示

30、：U UNHNH=U UIHIHU UONON 若若U UONON=1.8V=1.8V，U UIHIH=3V=3V，则，则U UNHNH=1.2V=1.2V。注意：在一般条件下，影响电压传输特性的主要因素是环注意：在一般条件下，影响电压传输特性的主要因素是环境温度和电源电压。总趋势：温度升高，输出高、低电平境温度和电源电压。总趋势：温度升高，输出高、低电平都会升高，阈值电压降低。电源电压的变化主要影响输出都会升高，阈值电压降低。电源电压的变化主要影响输出高电平，一般高电平，一般VVOHOH V VCCCC，输出低电平影响不大。，输出低电平影响不大。C C、输入特性、输入特性(输入端）输入端）输

31、入特性是指输入电流与输入特性是指输入电流与输入电压之间的关系曲线，输入电压之间的关系曲线，输入特性如图示。输入特性如图示。分析过程中，仅考虑输入信号分析过程中，仅考虑输入信号是高、低电平，而不考虑中间值。是高、低电平，而不考虑中间值。设输入电流设输入电流I II由信号源流入由信号源流入V V1 1发射极时方向为正，发射极时方向为正，反之为负。反之为负。当当U UIU UT T时时I II为负为负，即，即I II流入信号源，对信号源形成灌流入信号源，对信号源形成灌 电电流流负负载载。当当U UIU UT T时时I II为为正正，I II流流入入TTLTTL门门，对对信信号号源源形成拉电流负载。形

32、成拉电流负载。1)1)、V VI为低电平：若为低电平：若V VCCCC=5V,V=5V,VI=V=VILIL=0.3V=0.3V（输入短路输入短路 电流电流）此时此时T1T1饱和饱和 ，T2T2截止截止输入短路电流输入短路电流I IIS S：当当U UI为低电平时的输入电流称为输入短为低电平时的输入电流称为输入短 路电流。路电流。典型值约为典型值约为-1.5-1.5mAmA。2)2)、V VI为高电平：若为高电平：若V VCCCC=5V,V=5V,VI=V=VIHIH=3.6V=3.6V（输入漏电流输入漏电流）此时，此时，T1T1处于倒置状态，处于倒置状态，T2T2、T5T5导通导通 7474

33、系列门电路每个输入端的系列门电路每个输入端的I IIHIH值一般小于值一般小于40uA40uA。D D、输入负载特性、输入负载特性输入负载特性如图示。输入负载特性如图示。输输入入电电流流流流过过R RI，在在R RI上上产产生生压压降降而而形形成成输输入入端端电电位位U UI，U UI随随R RI变化的规律即为输入端负载特性变化的规律即为输入端负载特性。1)1)、当、当R RI很小时很小时U UI很小，相当于输入低电平，输出高电很小，相当于输入低电平，输出高电 平。为了保持电路稳定地输出高电平，必须使平。为了保持电路稳定地输出高电平，必须使U UIU UOFFOFF，即：，即：若若U UOFF

34、OFF=0.8V=0.8V，R R1 1=3k=3k，可求得，可求得R RI 0.69k0.69k，这个电阻，这个电阻值称为值称为关门电阻关门电阻R ROFFOFF。可见，要使与非门稳定地工作在截止。可见，要使与非门稳定地工作在截止状态，必须选取状态，必须选取R RIR ROFFOFF。2)2)、同理，为了保证与非门稳定地输出低电平，应、同理，为了保证与非门稳定地输出低电平，应 该有该有U UIU UONON。此时求得的输入电阻称为。此时求得的输入电阻称为开门电开门电 阻阻R RONON。对于典型。对于典型TTLTTL与非门，与非门，R RONON=2k=2k，即：即：R RIR RON ON

35、 时，才能保证与非门可靠导通。时，才能保证与非门可靠导通。E E、输出特性、输出特性（输出端（输出端)1)1)、输出低电平的输出特性：、输出低电平的输出特性：当输出为低电平时，当输出为低电平时，V V5 5饱和、饱和、V V4 4截止，输出电流截止，输出电流I IL L从从负载流进负载流进V V5 5，形成，形成灌电流灌电流；当灌电流增加时，；当灌电流增加时，V V5 5饱和饱和程度减轻，因而程度减轻，因而U UOLOL随随I IL L增加略有增加。增加略有增加。V V5 5输出电阻约输出电阻约10102020。若灌电流很大，使。若灌电流很大，使V V5 5脱离饱和进入放大状脱离饱和进入放大状

36、态，态，U UOLOL将很快增加，这是不允许的。通常为了保证将很快增加，这是不允许的。通常为了保证输出低电平输出低电平U UOLOL0.35V0.35V，应使，应使 I IL L25mA25mA。2)2)、输出高电平时的输出特性：、输出高电平时的输出特性：当输出为高电平时，当输出为高电平时，V V5 5截止，截止，V V3 3微饱和，微饱和，V V4 4导通，负导通，负 载电流为载电流为拉电流拉电流，当拉电流，当拉电流I IL L5mA5mA时，时，V V3 3、V V4 4处于处于 射随器状态，因而输出高电平射随器状态，因而输出高电平U UOHOH变化不大。变化不大。当当I IL L5mA5

37、mA时，时，V V3 3进入深饱和，由于进入深饱和，由于I IR5R5I IL L，U UOH OH U UCCCC-U Uces4ces4-I IL LR R5 5，故，故U UOHOH将随着将随着I IL L的增加而降低。的增加而降低。因因此此，为为保保证证稳稳定定地地输输出出高高电电平平，要要求求负负载载电电流流I IL L14mA14mA，允许的，允许的最小负载电阻最小负载电阻R RL L约为约为170170。注意：注意：由于受到功耗的限制，由于受到功耗的限制，7474系列门电路的运用条件系列门电路的运用条件 规定，规定，输出为高电平时，最大负载电流不能超过输出为高电平时，最大负载电流

38、不能超过 0.4mA 0.4mA。F F、扇扇出出系系数数：表表示示门门电电路路能能驱驱动动同同类类型型门门的的个个数数，是是衡衡量量门门电电路路负负载载能能力力的的指指标标。分分低低电电平平输输出出扇扇出出系系数数和和高电平输出扇出系数高电平输出扇出系数。（一般为（一般为2 28 8个）个）1 1）低低电电平平输输出出扇扇出出系系数数N NL L：驱驱动动门门的的最最大大灌灌电电流流与与负负载载门的低电平输入电流之比。门的低电平输入电流之比。2 2）高高电电平平输输出出扇扇出出系系数数N NH H：驱驱动动门门的的最最大大拉拉电电流流与与负负载载门的高电平输入电流之比。门的高电平输入电流之比

39、。4 4、举例、举例：A A、在由在由7474系系TTLTTL与非与非门组成的电路中，计算门门组成的电路中，计算门G1G1能能驱驱动动多少同样的与非门。多少同样的与非门。要要求求G1G1输输出出的的高高、低低电电平平满满足足V VOH OH 3.2V3.2V，V VOLOL0.4 0.4 V V。与非门的输入电流为与非门的输入电流为I IILIL-1.6 mA-1.6 mA，I IIHIH40 40 A A。V VOLOL0.4 V 0.4 V 时输出电流最大值为时输出电流最大值为I IOLOL=16 mA=16 mA，V VOHOH3.2 V 3.2 V 时输出电流最大值为时输出电流最大值为

40、I IOHOH=-0.4 mA=-0.4 mA。G1G1的输出电阻可忽略不计。的输出电阻可忽略不计。解：当解：当U UO O=V=VOLOL=0.4 V=0.4 V时，可求得：时，可求得：当当U UO O=V=VOHOH=3.2 V=3.2 V时，可求得：时，可求得：故故G1G1能驱动能驱动5 5个同样的与非门。个同样的与非门。B B、在在图图示示电电路路中中，为为保保证证U U0101=0.2V=0.2V时时U U12120.5V0.5V，试试计算计算G1G1和和G2G2为为7474系列与非门时系列与非门时R R的最大允许值。的最大允许值。解：解：对对7474系列而言，输入端的系列而言，输入

41、端的电路结构如图示，电路结构如图示，R R的最大允许值为：的最大允许值为：已知已知7474系列系列TTLTTL与非门的与非门的R1R1为为3K3K，代入上式得到，代入上式得到 R=237 R=237。一般情况下，典型值一般情况下，典型值R 0.69KR 0.69K。（关门电阻）。（关门电阻）F F、传输延迟时间、传输延迟时间t t pdpd 传输延迟时间表示输出信号传输延迟时间表示输出信号滞后于输入信号的时间。滞后于输入信号的时间。1)1)、输出电压由高电平跳、输出电压由高电平跳变为低电平的传输延迟时间变为低电平的传输延迟时间称为称为导通延迟时间导通延迟时间t tPHLPHL。2)2)、输出电

42、压由低电平跳变为、输出电压由低电平跳变为高电平的传输延迟时间称为高电平的传输延迟时间称为 截止延迟时间截止延迟时间t t PLHPLH。t t PHLPHL和和t t PLHPLH是以输入、输出波形对应边上等于最大是以输入、输出波形对应边上等于最大 幅度幅度50%50%的两点时间间隔来确定的，如图所示。的两点时间间隔来确定的，如图所示。3)3)、t t pdpd为为t t PLHPLH和和t t PHLPHL的平均值：的平均值：通常，通常，TTLTTL门的门的t tpdpd在在3 340 ns40 ns之间。之间。三、三、集电极开路门（集电极开路门（OCOC门门 OPEN COLLECTOR

43、GATEOPEN COLLECTOR GATE）在数字电路中，常希望多个门电路的输出端并联以在数字电路中，常希望多个门电路的输出端并联以实现实现“与与”逻辑，这种功能称为逻辑，这种功能称为“线与线与”。而而TTLTTL门电路门电路中，中，输出端是不允输出端是不允 许并联使用。许并联使用。因为当两个门并接时，因为当两个门并接时，若一个门输出为高电平，另一个门若一个门输出为高电平，另一个门 输出低电平，就会有一个很大的电输出低电平，就会有一个很大的电 流从截止门的流从截止门的V4V4管流到导通门的管流到导通门的V5V5 管管(如图如图 所示所示)。这个电流不仅会使。这个电流不仅会使 导通门的输出低

44、电平抬高，而且会导通门的输出低电平抬高，而且会 使它因功耗过大而损坏。使它因功耗过大而损坏。集电极开路门是允许输出端直接集电极开路门是允许输出端直接 并联在一起的并联在一起的TTLTTL门，以构成门，以构成线与逻线与逻 辑及线或逻辑。辑及线或逻辑。1 1、电路构成：、电路构成：集电极开路门电路图及逻辑符号如图示；集电极开路门电路图及逻辑符号如图示；注：注：OCOC门在使用时，必须在输出门在使用时，必须在输出 端通过外接负载电阻接至端通过外接负载电阻接至V VCCCC 或其它电源。或其它电源。2 2、由、由OCOC门组成的与或非逻辑电路：门组成的与或非逻辑电路：1 1）、逻辑电路：）、逻辑电路：

45、2 2）、外接上拉电阻）、外接上拉电阻R RL L的选取：的选取：外接上拉电阻外接上拉电阻R RL L的选取应保证输出高电平时，不低的选取应保证输出高电平时，不低 于于U UOHminOHmin；输出低电平时，不高于；输出低电平时，不高于U UOLmaxOLmax。设：有设：有n n个个OCOC门门 线与输出，驱动线与输出，驱动m m个个TTLTTL与非门的与非门的mm个输入端。个输入端。A A、当、当所有所有OCOC门输出高电平时：门输出高电平时：其中：其中：I IOHOH为每个为每个OCOC门输出管门输出管 截止时的漏电流截止时的漏电流，I IIH H是负载门每个输入端是负载门每个输入端

46、的高电平输入电流，的高电平输入电流，m m为负载门的个数，为负载门的个数，n n为为OCOC门的个数。门的个数。B B、当、当只有一个只有一个OCOC门输出低电平时（极限情况）：门输出低电平时（极限情况）：其中：其中：I ILM LM 是是OCOC门允许的门允许的 最大负载电流，最大负载电流，I IIL L为每个负载门为每个负载门 输入电流的输入电流的绝对值绝对值。C C、电阻、电阻R RL L的选取：的选取：R RL L的典型值为的典型值为1K 1K。注：注：由于有上拉电阻由于有上拉电阻R RL L存在，降低了系统的开关速存在，降低了系统的开关速 度，故度，故OCOC门只适用于速度不高的场合

47、。门只适用于速度不高的场合。上拉电阻的大小不仅影响上拉电阻的大小不仅影响线与线与输出的高、低电输出的高、低电 平，而且还影响门的平，而且还影响门的延时、功耗和扇出延时、功耗和扇出等等。等等。3 3、利用、利用OCOC门实现不同电平的转换门实现不同电平的转换有些有些OCOC门的输出管设计较大，足以承受较大电流和门的输出管设计较大，足以承受较大电流和较高电压。较高电压。所以输出管所以输出管T5T5的的R RL L可接到较高的电源可接到较高的电源E EC C上，上，用它控制输出所需要的高电平。如数码管，用它控制输出所需要的高电平。如数码管，MOSMOS器件等，器件等，此时此时E EC C可接可接10

48、1020V20V。例例SN7407SN7407（同相）（同相）/SN7406/SN7406（反相（反相)输出管允许的输出管允许的最大负载电流为最大负载电流为40mA 40mA，截止时耐压为，截止时耐压为30V30V，足以直接驱，足以直接驱动小型继电器和数码管等小型功率器件。动小型继电器和数码管等小型功率器件。除与非门外，反相器、与门、或门、或非门都可做除与非门外，反相器、与门、或门、或非门都可做成成OCOC门的输出结构，外接负载电阻的计算方法也相同。门的输出结构，外接负载电阻的计算方法也相同。4 4、计算图示电路中上拉电阻计算图示电路中上拉电阻R RL L的阻值范围的阻值范围。其中其中 G1

49、G1、G2G2、G3G3是是74LS74LS系列系列OCOC门，输出管截止时的漏电流门，输出管截止时的漏电流I IOHOH100 100 A A，输出低电平，输出低电平V VOLOL0.4 V0.4 V时允许的最大负载电时允许的最大负载电流流I ILMLM=8 mA=8 mA。G4G4、G5G5、G6G6为为74 LS74 LS系列与非门，它们的输系列与非门，它们的输入电流为入电流为I IIL L-0.4 mA-0.4 mA，I IIH H203.2V,V3.2V,VOLOL0.4 V0.4 V。解：解：故应取故应取0.68k0.68kR15 kR15 k 。四、三态四、三态TTLTTL电路电

50、路（三态门（三态门 THREE STATE GATE THREE STATE GATE）普通普通TTLTTL门的输出只有两种状态门的输出只有两种状态逻辑逻辑 0 0 和逻辑和逻辑 1 1，这两种状态都是，这两种状态都是低阻输出低阻输出。三态逻辑。三态逻辑(TSL)(TSL)输出门除输出门除了具有上述两个状态外，还具有了具有上述两个状态外，还具有高阻输出的第三种状态高阻输出的第三种状态(或称禁止状态或称禁止状态)，这时，这时输出端相当于悬空输出端相当于悬空。1 1、电路构成：、电路构成：三态门的电路图及符号如图所示。三态门的电路图及符号如图所示。其中：其中：G G为控制输入端为控制输入端 2 2