数字电子技术章.pptx

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1、 第1页3 高、低电平产生的原理高、低电平产生的原理当当S闭合，闭合，vO=当当S断开，断开，vO=0 V+5 V(低电平低电平)(高电平高电平)理想的开关应具有两个工作状态：理想的开关应具有两个工作状态：接通状态：接通状态：断开状态断开状态：要求阻抗越小越好，要求阻抗越小越好，相当于短路（导通）相当于短路（导通）要求阻抗越大越好，要求阻抗越大越好，相当于开路（截止）相当于开路（截止）第1页/共71页2.1 二极管的开关特性二极管的开关特性一、数字电路中，二极管工作在开关状态：一、数字电路中，二极管工作在开关状态：二极管正向导通时：导通电阻二极管正向导通时：导通电阻很小，两端相很小，两端相当于

2、短路；当于短路；二极管反向截止时：二极管反向截止时：等效电阻很大，两端相等效电阻很大，两端相当于开路。当于开路。当脉冲信号的频率很高时，开关状态的变化速当脉冲信号的频率很高时，开关状态的变化速度很快，每秒可达百万次，这就要求器件的开关转度很快，每秒可达百万次，这就要求器件的开关转换速度要在微秒甚至纳秒内完成。换速度要在微秒甚至纳秒内完成。二极管的开关特性表现在正向导通和反向截止二极管的开关特性表现在正向导通和反向截止状态之间的转换过程（即动态特性）：状态之间的转换过程（即动态特性）：第2页/共71页 第3页二、二极管的动态特性二、二极管的动态特性在在0t1期间，期间，vi VF时，时，D导通，

3、电路中有电流流过：导通，电路中有电流流过：RLviiD1.1.二极管从正向导通到反向截止的过程二极管从正向导通到反向截止的过程vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit第3页/共71页 第4页二、二极管的动态特性二、二极管的动态特性RLviiD1.1.二极管从正向导通到反向截止的过程二极管从正向导通到反向截止的过程：通常将二极管从导通转为截止所通常将二极管从导通转为截止所需的时间称为反向恢复时间需的时间称为反向恢复时间:tre=ts+ttvitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit存储时间存储时间渡越时间渡越时间在在t1 时，突然时，突然 I VR时，时，电路中电流电路中电流

4、 i=?第4页/共71页 第5页反向恢复时间一般在纳秒数量反向恢复时间一般在纳秒数量级。级。1.1.二极管从正向导通到反二极管从正向导通到反向截止的过程向截止的过程二、二极管的动态特性二、二极管的动态特性正向（饱和）电流愈大，电正向（饱和）电流愈大，电荷的浓度分布梯度愈大，存荷的浓度分布梯度愈大，存储的电荷愈多，电荷消散所储的电荷愈多，电荷消散所需的时间也愈长。需的时间也愈长。产生反向恢复的过程的原因：产生反向恢复的过程的原因：存储电荷消散需要时间存储电荷消散需要时间第5页/共71页 第6页1.1.二极管从反向截止到正向导通的过程二极管从反向截止到正向导通的过程二、二极管的动态特性二、二极管的

5、动态特性结论：二极管的开通时间与反向恢复时间相比很小，结论：二极管的开通时间与反向恢复时间相比很小，可以忽略不计。二极管的动态特性主要考虑反向恢可以忽略不计。二极管的动态特性主要考虑反向恢复时间。复时间。二极管从截止转为正向导通所需的时间称为开通二极管从截止转为正向导通所需的时间称为开通时间。时间。原因是：原因是：PN结加正偏电压时，其正向压降很小，结加正偏电压时，其正向压降很小，比比VF小得多，故电路中的正向电流小得多，故电路中的正向电流IF VF/RL。主要由外电路参数决定。主要由外电路参数决定。第6页/共71页 第7页2.2 BJT的开关特性的开关特性1.BJT的开关作用的开关作用2.B

6、JT的开关时间的开关时间第7页/共71页 第8页1.BJT的开关作用的开关作用 IB5 iC IBS=IB4 IB3 IB2 IB1 A vCE VCC iB=0 VCES O ICS VCC/Rc C CIBS=VCC/Rc ICS=VCC/Rc CEVCES0.2V VCC RC iC T Rb ib+v1 -VB1 VCC RC iC T Rb ib+v1+VB1第8页/共71页 第9页截止状态截止状态cbe饱和状态饱和状态Vb=0.7v,Vc=0.3vebc1.BJT的开关作用的开关作用第9页/共71页 第10页iCICS工作状态工作状态截截 止止放放 大大饱饱 和和条件条件iB0 0

7、 iB 工工作作特特点点偏置情况偏置情况 发射结和集发射结和集电结均为反偏电结均为反偏 发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏 发射结和集电发射结和集电结均为正偏结均为正偏集电极电集电极电流流iC 0Ic iB 且不随且不随iB增加而增加而增加增加管压降管压降VCEO VCCVCEVCCiCRcVCES 0.20.3 V c、e间等间等效内阻效内阻 很大，约为很大，约为数百千欧，相数百千欧，相当于开关断开当于开关断开可变可变很小，约为数百很小，约为数百欧，相当于开关欧，相当于开关闭合闭合2.NPN 型型 BJT 截止、放大、饱和三种工作状态的特点截止、放大、饱和三种工作状态的特点第10页

8、/共71页 第11页 v1+VB2 VB2 O t iC ICS 0.9ICS 0.1ICS O tr ts t tf td 3.BJT的开关时间的开关时间开通时间开通时间 ton=td+trtd 延迟时间延迟时间 tr 上升时间上升时间关闭时间关闭时间 toFF=ts+tfts存储时间存储时间 tf-下降时间下降时间 开关时间随管子类型开关时间随管子类型的不同而不同，一般为几的不同而不同，一般为几十几百纳秒。开关时间十几百纳秒。开关时间越短，开关速度越高。一越短，开关速度越高。一般可用改进管子内部构造般可用改进管子内部构造和外电路的方法来提高三和外电路的方法来提高三极管的开关速度。极管的开关

9、速度。第11页/共71页 第12页基本逻辑关系基本逻辑关系 与与 (and)或或(or)非非(not)13.2 基本逻辑关系基本逻辑关系第12页/共71页 第13页1.与逻辑关系与逻辑关系UABY 真值表真值表A B Y0 0 00 1 01 0 01 1 1规定规定:开关合为逻辑开关合为逻辑“1”开关断为逻辑开关断为逻辑“0”灯亮为逻辑灯亮为逻辑“1”灯灭为逻辑灯灭为逻辑“0”真值表特点真值表特点:任任0 则则0,全全1则则1一、一、“与与”逻辑关系和与门逻辑关系和与门与逻辑与逻辑：决定事件发生的各条件中，：决定事件发生的各条件中，所有条件都具备，事件才会发生所有条件都具备，事件才会发生（成

10、立）。（成立）。第13页/共71页 第14页2.二极管组成的与门电路二极管组成的与门电路+5VVAVBVO输入输出电平对应表输入输出电平对应表 (忽略二极管压降忽略二极管压降)VA VB VO 0.3 0.3 0.3 0.3 3 0.3 3 0.3 0.3 3 3 30.3V=逻辑逻辑0,3V=逻辑逻辑1 此电路实现此电路实现“与与”逻辑关逻辑关系系与门符号:&ABY第14页/共71页 第15页VCC+(5V)R 3kW L D1 D2 D3 A B C 0 v若输入端中有任意一个若输入端中有任意一个为为0V,另两个为另两个为+5V输入与输出电压关系输入与输出电压关系0V5V5V 输 入输 出

11、VAVBVCVL000000+5 V00+5 V000+5 V+5 V0+5 V0+5 V0+5 V0+5 V0+5 V+5 V00+5 V+5 V+5 V+5 V例：第15页/共71页 第16页 输 入输 出VAVBVCVL000000+5 V00+5 V000+5 V+5 V0+5 V0+5 V0+5 V0+5 V0+5 V+5 V00+5 V+5 V+5 V+5 V 输 入输 出ABCLLLLLLLHLLHLLLHHLHLLLHLHLHHLLHHHHVCC+(5V)R 3kW L D1 D2 D3 A B C 5 vA、B、C三个都输入高三个都输入高电平电平+5V5V5V5V 输 入输

12、出ABCL000000100100011010001010110011112.3.1 二极管与门电路 真真 值值 表表第16页/共71页 第17页与逻辑运算规则与逻辑运算规则 逻辑乘逻辑乘3.3.与逻辑关系表示式与逻辑关系表示式Y=AY=AB=ABB=AB 与门符号与门符号:&A AB BY Y基本逻辑关系基本逻辑关系0 0 00 0 00 1 00 1 01 0 01 0 01 1 11 1 1A B YA B Y与逻辑真值表与逻辑真值表0 0=0 0 1=01 0=0 1 1=1第17页/共71页 第18页二、二、“或或”逻辑关系和或逻辑关系和或门门或逻辑或逻辑：决定事件发生的各条件中，有

13、一个或一个：决定事件发生的各条件中，有一个或一个以上的条件具备，事件就会发生（成立）。以上的条件具备，事件就会发生（成立）。1 1、“或或”逻辑关系逻辑关系UABY0 0 00 0 00 1 10 1 11 0 11 0 11 1 11 1 1A B YA B Y开关合为逻辑开关合为逻辑“1 1”，开关断为，开关断为逻辑逻辑“0 0”；灯亮；灯亮为逻辑为逻辑“1 1”，灯灯灭为逻辑灭为逻辑“0 0”。设：设：特点特点:任任1 1 则则1,1,全全0 0则则0 0真值表真值表基本逻辑关系基本逻辑关系第18页/共71页 第19页2 2、二极管组成的二极管组成的“或或”门电路门电路0.3V=0.3V

14、=逻辑逻辑0,3V=0,3V=逻辑逻辑1 1此电路实现此电路实现“或或”逻辑关系。逻辑关系。VA VB VO 0.3 0.3 0.3 0.3 3 3 3 0.3 3 3 3 3输入输出电平对应表输入输出电平对应表 (忽略二极管压降忽略二极管压降)0 0 00 0 00 1 10 1 11 0 11 0 11 1 11 1 1V VA AV VB BV VO OR R-5V-5V基本逻辑关系基本逻辑关系或门符号或门符号:A AB BY Y1 1第19页/共71页 第20页或逻辑运算规则或逻辑运算规则 逻辑加逻辑加3.3.或逻辑关系表示式或逻辑关系表示式 Y=A B 或门符号或门符号:A AB B

15、Y Y1 10 0 00 0 00 1 10 1 11 0 11 0 11 1 11 1 1A B YA B Y或逻辑真值表基本逻辑关系基本逻辑关系0+0=0 0+1=11+0=1 1+1=1第20页/共71页 第21页三、三、“非非”逻辑关系与非逻辑关系与非门门“非非”逻辑逻辑：决定事件发生的条件只有一个，条件不具决定事件发生的条件只有一个，条件不具备时事件发生（成立），条件具备时事件不发生。备时事件发生（成立），条件具备时事件不发生。特点特点:1:1则则0,00,0则则1 1真值表真值表0 10 11 01 0A YA YYRAU1 1、“非非”逻辑关系逻辑关系基本逻辑关系基本逻辑关系第2

16、1页/共71页 第22页2 2、非门电路、非门电路-三极管反相器三极管反相器三极管反相器电路实现三极管反相器电路实现“非非”逻辑关系。逻辑关系。非门表示符号非门表示符号:1 1Y YA A 输入输出电平对应表输入输出电平对应表 VA VO 0 1 (三极管截止三极管截止)1 0 (三极管饱和三极管饱和)+E+Ec cV VA AV VO OR Rc cR R1 1基本逻辑关系基本逻辑关系第22页/共71页 第23页非逻辑非逻辑 逻辑反逻辑反非逻辑真值表非逻辑真值表 A Y 0 1 1 0 运算规则：运算规则：0 1 1 0 3.3.非逻辑关系表示式非逻辑关系表示式非逻辑关系表非逻辑关系表示式示

17、式:Y A第23页/共71页 第24页四、基本逻辑关系的扩展四、基本逻辑关系的扩展 将基本逻辑门加以组合，可构成将基本逻辑门加以组合，可构成“与非与非”、“或非或非”、“异或异或”等门电路。等门电路。1、与非门与非门表示式表示式：Y=AB 真值表真值表 A B AB Y 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0Y=AB C多个逻辑变量时多个逻辑变量时:&A AB BY Y符号：符号：第24页/共71页 第25页2 2、或非门、或非门表示式表示式：Y=A+B 真值表真值表 A B A+B Y 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0多个逻辑变量时多个逻

18、辑变量时:Y=A+B+CA AB BY Y1 1符号：符号：第25页/共71页 第26页真值表特点真值表特点:相同则相同则0,0,不同则不同则1 1 真值表真值表 A B AB AB Y 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 03、异或异或门门Y=A B=AB+AB表示式表示式：=1=1A AB BY Y符号：符号：第26页/共71页 第27页用基本逻辑门组成异或门用基本逻辑门组成异或门11&1ABY=A B=AB+AB表示式表示式：ABABABY=AB+AB异或门异或门第27页/共71页 第28页 在工程上，一般先提出逻辑命题，在工程上，一般先提出逻辑命

19、题，然后用真值表加以描述，最后写出然后用真值表加以描述，最后写出逻辑函数表达式。逻辑函数表达式。通过一个简单的例子加以介绍。通过一个简单的例子加以介绍。图图1.6.1是一个控制楼梯照明灯的是一个控制楼梯照明灯的电路。为了省电，人在楼下开灯，电路。为了省电，人在楼下开灯，上楼后可关灯；反之亦然。上楼后可关灯；反之亦然。A、B是两个单刀双掷开关，是两个单刀双掷开关，A装在楼上，装在楼上，B装在楼下。只有当两个开关同时装在楼下。只有当两个开关同时向上或向下时，灯才被点亮。试用向上或向下时，灯才被点亮。试用一个逻辑函数来描述开关一个逻辑函数来描述开关A、B与与照明灯之间的关系。照明灯之间的关系。1.从

20、逻辑问题建立逻辑函数的过程从逻辑问题建立逻辑函数的过程应用：应用：第28页/共71页 第29页(1)设开关设开关A、B为输入变量为输入变量:开关接开关接 上面为上面为“1”，开关接下面为，开关接下面为“0”设电灯设电灯L为输出变量，灯亮为输出变量，灯亮L=1，灯灭灯灭L=0。(2)列出列出A、B所有状态及对应输出所有状态及对应输出L的的状态，即真值表。状态，即真值表。(3)(3)根据真值表，写出逻辑表达式：根据真值表，写出逻辑表达式：ABL001 0 10 1 0 1 101解：解：把对应函数值为把对应函数值为“1”的变量组合挑出（即的变量组合挑出（即第第1、4）组合，写成一个乘积项；）组合，

21、写成一个乘积项；AB AB凡取值为凡取值为“1”的写成原变量的写成原变量 A，取值为，取值为“0”的写成反变量的写成反变量 A；最后，将上述乘积项相加，即为所求函数：最后，将上述乘积项相加，即为所求函数：第29页/共71页 第30页 该式表明：该式表明：A、B两变量取值相同的所有组合，两变量取值相同的所有组合，使函数为使函数为“1”，也就是说，当开关，也就是说，当开关A、B都向上都向上或都向下时，灯亮，否则不亮。该函数还称为同或都向下时，灯亮，否则不亮。该函数还称为同或函数。或函数。其逻辑符号为：其逻辑符号为：ABL第30页/共71页 第31页门电路是实现一定逻辑关系的电路。门电路是实现一定逻

22、辑关系的电路。类型类型:与门、或门、非门、与非门、或非门、与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门异或门 。1 1、用二极管、三极管实现、用二极管、三极管实现2 2、数字集成电路、数字集成电路(大量使用大量使用)1)TTL 1)TTL集成门电路集成门电路 2)MOS2)MOS集成门电路集成门电路 实现方法实现方法:门电路小结门电路小结第31页/共71页 第32页门电路门电路小结小结门电路门电路 符号符号 表示式表示式与门与门&A AB BY YA AB BY Y1 1或门或门非门非门1 1Y YA AY=ABY=ABY=A+BY=A+BY=AY=A与非门与非门&A AB BY YY=ABY=A

23、B或非门或非门A AB BY Y1 1Y=A+BY=A+B异或门异或门=1=1A AB BY YY=AY=A B B第32页/共71页 第33页输入输入A A、B B波形如图所示波形如图所示,请画出与非门请画出与非门的输出（的输出（Y Y）波形。）波形。ABYY=AB课堂练习课堂练习:&A AB BY Y A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0真值表真值表第33页/共71页 第34页2.4 TTL2.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路2.4.7 改进型改进型TTL门电路门电路 抗饱和抗饱和TTL电路电路2.4.1 基本的基本的BJT反相器的动态性能反相器的动态性能2.4.2 T

24、TL反相器的基本电路反相器的基本电路2.4.3 TTL反相器的传输特性反相器的传输特性2.4.4 TTL与非门电路与非门电路2.4.5 TTL与非门的技术参数与非门的技术参数2.4.6 TTL或非门、集电极开路门和或非门、集电极开路门和三态门电路三态门电路第34页/共71页 第35页2.4.1 基本的BJT反相器的动态性能TTL反相器的产生反相器的产生:若考虑基本反相器负载电容若考虑基本反相器负载电容CL的影响，在反相器输出电压的影响，在反相器输出电压 O由低向高过渡时，电路由由低向高过渡时，电路由VCC通过通过Rc对对CL充电。充电。vccRcTCL 反之，当反之，当 O由高向低过渡时，由高

25、向低过渡时，CL又将通过又将通过BJT放电。放电。CL的充、放电过程均需经历一定的时间，必然会增加输出的充、放电过程均需经历一定的时间，必然会增加输出电压电压 O波形的上升时间和下降时间，导致基本的波形的上升时间和下降时间，导致基本的BJT反相反相器的开关速度不高。故需寻求更为实用的器的开关速度不高。故需寻求更为实用的TTL电路结构。电路结构。第35页/共71页 第36页1.TTL反相器的基本电路反相器的基本电路 Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1+vI T3+vO 负载 Re2 1K W VCC(5V)输入级输入级 中间级中间级 输出级输出级 2

26、.4.2 TTL反相器反相器第36页/共71页 第37页2.TTL反相器的工作原理（1）当输入为低电平）当输入为低电平（I=0.2 V）0.9V 0.2V OVCCVBE4VD 50.70.7=3.6V I低电平(0.2V)T1深饱和T2截止T3截止T4放大O高电平（3.6V）第37页/共71页 第38页2.TTL反相器的工作原理 当输入为高电平（当输入为高电平（I=3.6 V）3.6V 4.3V 2.1V 1.4V 0.2V I全为高电平(3.6V)T1倒置放大T2饱和T3饱和T4截止O低电平0.2V）第38页/共71页 第39页3.采用输入级以提高工作速度（1）当）当TTL反相器反相器 I

27、由由3.6V变变0.2V的瞬间的瞬间 0.9V1.4V T1管的变化先于管的变化先于T2、T3管的变化；管的变化；T1管管Je正偏、正偏、Jc反偏，反偏，T1工作在放大状态。工作在放大状态。T1管射极电流管射极电流 1 iB1很很快地从快地从T2的基区抽走多的基区抽走多余的存储电荷余的存储电荷,从而加从而加速了状态转换。速了状态转换。第39页/共71页 第40页4.采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力当输出为低电平时，T3处于深度饱和状态，T4截止，T3的集电极电流可以全部用来驱动负载。输出为高电平时，输出为高电平时，T3截止，截止，T4组成的电压跟随器的输出电阻组成的电压跟随器的输出电

28、阻很小，所以输出高电平稳定，很小，所以输出高电平稳定，带负载能力也较强。带负载能力也较强。3.6V 2.1V 1.4V 0.2V 0.9V 0.2V 3.6V波形上升沿陡直。而当输出电压由高变低后，波形上升沿陡直。而当输出电压由高变低后，CL很快放很快放电，输出波形的上升沿和下降沿都很好。电，输出波形的上升沿和下降沿都很好。输出端接有负载电容输出端接有负载电容CL时，在时，在 输出由低到高跳变的瞬间，输出由低到高跳变的瞬间，CL充电，其时间常数很小，使输出充电，其时间常数很小，使输出第40页/共71页 第41页THE END第41页/共71页 第42页 2vO/V 5 4 3 2 1 0 3.

29、6V.48 V 0.2V 1 2 E D C B A 0.4V 1.1V 1.2V vI/V I很低，很低，T1的发射结为正的发射结为正向偏置。向偏置。T1饱和使饱和使T2、T3截止，同时截止，同时T4和和D导通。导通。O=3.6V。I=B，T1仍维持饱和。但仍维持饱和。但 B2=C1增大使增大使T2的发射结刚好正偏。的发射结刚好正偏。B2=I+VCES，I(B)=VFVCES=0.6V0.2V0.4V CD段：当段：当 I的值继续增加的值继续增加C点后，点后，使使T3饱和导通，饱和导通，O 0.2V I(D)=BE3+BE2 CES1 =(0.7+0.70.2)V=1.2V 当当 I的值从的

30、值从D点再继续增加时，点再继续增加时，T1将进入倒置放大状态，保持将进入倒置放大状态，保持 O=0.2V B2=I，BC段段的的斜斜率率为为d O/d I=Rc2/Re2=1.6。I B时，由时，由T1的集电极供给的集电极供给T2的基极电流，但的基极电流，但T1仍保持为仍保持为饱和状态。在饱和状态。在BC段内，段内，T2对对 I的增量作线性放大的增量作线性放大:2.4.3 TTL反相器的传输特性第42页/共71页 第43页2.4.4 TTL与非门1.TTL与非门电路与非门电路多发射极多发射极BJT A B&BAL=T1 e e e e b b c c 第43页/共71页 第44页2.TTL与非

31、门电路的工作原理 任一输入端为低电平时:T1的发射结正向偏置而导通，T2截止。输出为高电平。TTL与非门各级工作状态与非门各级工作状态 VCC(5V)Rc 4 130 Rc2 1.6k Rb 2 1.6k T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1k D IT1T2T3T4O输入全为高电平(3.6V)倒置使用的放大状态饱和饱和截止低电平（0.2V）输入有低电平(0.2V)深饱和截止截止放大高电平（3.6V）只有当全部输入端为高电平时：只有当全部输入端为高电平时：T1将转入倒置放大状态，将转入倒置放大状态，T2和和T3均饱和，输出为低电平。均饱和，输出为低电平。第44页/共71页 第45页 v

32、O/V 5 4 3 2 1 0 3.6V 2.48 V 0.2V 1 2 E D CB A 0.4V 1.1V 1.2V vI/V 各种类型的各种类型的TTL门电路，门电路，其传输特性大同小异其传输特性大同小异。VOHVO(A)3.6V VOLVCES 0.2VVIL VI(B)0.4VVIH VI(D)1.2V1、TTL与非门传输特性与非门传输特性2、输入、输出的高、输入、输出的高、低电压低电压 2.4.5 TTL与非门的技术参数第45页/共71页 第46页3.TTL与非门噪声容限 输入噪声容限输入噪声容限:输入高电平的噪声容限为输入高电平的噪声容限为 VNH=VOH(min)VIH(min

33、)1 驱动门驱动门 vo 1 负载门负载门 vI 噪声噪声 1输出输出 1输入输入 0输入输入 0输出输出 vo vI+VDD 0 VNH VOH(min)VIH(min)VNL VOL(max)VIL(max)+VDD 0 输入低电平的噪声容限为输入低电平的噪声容限为 VNL=VIL(max)VOL(max)当电路受到干扰时，在保证输出高、低电平基本不变当电路受到干扰时，在保证输出高、低电平基本不变的条件下，输入电平的允许波动范围。的条件下，输入电平的允许波动范围。第46页/共71页 第47页 4.扇入与扇出系数 扇入数扇入数:取决于门的输入端的个数取决于门的输入端的个数 扇出数扇出数:带同

34、类门的个数。带同类门的个数。有带灌电流负载和拉电流负载有带灌电流负载和拉电流负载两种情况两种情况:负载门负载门驱动门驱动门0 VCC(5V)Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 当负载门的个数增加时，总的当负载门的个数增加时，总的灌电流灌电流IIL将增加将增加,引起输出低引起输出低电压电压VOL的升高。的升高。带灌电流负载：输出低电平时。带灌电流负载：输出低电平时。IILIOL2.4.5 TTL与非门的技术参数与非门的技术参数101&第47页/共71页 第48页1&4.扇入与扇出系数 负载门负载门驱动门驱动门1 VCC(5V)Rb1 4kW T1 IIL T4 T3

35、Rc4 130W D 2.4.5 TTL与非门的技术参数与非门的技术参数01带拉电流负载：门输出高电平时带拉电流负载：门输出高电平时当负载门的个数增多时，必将当负载门的个数增多时，必将引起输出高电压的降低。引起输出高电压的降低。IIHIOH第48页/共71页 第49页例例 查得基本的查得基本的TTL与非门与非门7410的参数如下：的参数如下：IOL16mA，IIL1.6mA，IOH0.4mA，IIH0.04mA.试计算其带同类门时的试计算其带同类门时的扇出数。扇出数。解：解：(1)低电平输出时的扇出数低电平输出时的扇出数 (2)高电平输出时的扇出数高电平输出时的扇出数若若NOLNOH，则取较小

36、的作为电路的扇出数。，则取较小的作为电路的扇出数。例题：扇出数计算举例2.4.5 TTL与非门的技术参数与非门的技术参数第49页/共71页 第50页 电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。入波形延迟了多长的时间。5.传输延迟时间 输入输入 同相同相 输出输出 反相反相 输出输出 50%tPLH 50%90%10%tr tPLH 90%50%10%tf 50%tPHL tPHL 90%50%10%tf 90%50%10%tr VOL VOH VOL VOH 0V VCC 平均传输延迟时间平均传输延迟时间 tPdtPLH

37、 为门电路输出由低电平转换到高电平所经历的时间为门电路输出由低电平转换到高电平所经历的时间;tPHL为由高电平转换到低电平所经历的时间。为由高电平转换到低电平所经历的时间。(tPLHtPHL)/2 表征门电路开关速度的参数表征门电路开关速度的参数第50页/共71页 第51页6.功耗/延时 功耗积/封装1 1、功耗分为、功耗分为:静态功耗：静态功耗：动态功耗：动态功耗：对于对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。门电路来说，静态功耗是主要的。2 2、延时、延时 功耗积功耗积DP=tpdPD2.4.5 TTL与非门的技术参数与非门的技术参数指的是当电路没有状态转换时的功耗指的是当电路没有状态转换时

38、的功耗是在门的状态转换的瞬间的功耗。是在门的状态转换的瞬间的功耗。是一综合性的指标，是一综合性的指标，用用DP表示，其单位为焦耳。表示，其单位为焦耳。DP的值愈小，表明它的特性愈接于理想情况。的值愈小，表明它的特性愈接于理想情况。第51页/共71页 第52页1.TTL或非门或非门 2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路R1A R1 R1B R4 VCC T1A T2A T2B B D T3 R3 T4 AT1BL第52页/共71页 第53页 R1A R1 R1B R4 VCC A T1A T2A T2B T1B B D L T3 R3 T4 1.TTL或非门或非门 TTL或非门的逻辑电路

39、或非门的逻辑电路若二输入端为低电平若二输入端为低电平 0.9 v0.2 v0.2 v0.9 v3.6V 2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第53页/共71页 第54页1.TTL或非门或非门 若若A、B两输入端都为高电平两输入端都为高电平 R1A R1 R1B R4 VCC A T1A T2A T2B T1B B D L T3 R3 T4 2.1 v3.6 v3.6v2.1 v0.3V 问题：若问题：若A、B两输入端中有一个为高电平，输出两输入端中有一个为高电平，输出L=?2.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第54页/共71页 第55页2.集电极开路门(O

40、pen Collector Gate)vOHvOLX2.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第55页/共71页 第56页2.集电极开路门 TTL 电路电路 TTL 电路电路 D C B A T1 T2 VCC RP L A B C D&)()(CDABL=VCC(5V)Rc 4 130 W Rc2 1.6k W Rb2 1.6k W T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1k W D 2.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第56页/共71页 第57页 集电极开路门上拉电阻Rp 的计算 TTL 电路 TTL 电路 D C B A T 1

41、T 2 VCCL R P 在极限情况，上拉电阻在极限情况，上拉电阻Rp具有限具有限制电流的作用。以保证制电流的作用。以保证IOL不超过额不超过额定值定值IOL(max)，故必须合理选用，故必须合理选用Rp的值。的值。另一方面，另一方面，Rp的大小影响的大小影响OC门门的开关速度，的开关速度，Rp的值愈大，因而的值愈大，因而开关速度愈慢开关速度愈慢 Rp(min)2.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第57页/共71页 第58页集电极开路门上拉电阻Rp 的计算举例 例例2.4.2 设设TTL与非门与非门74LS01(OC)驱动八个驱动八个74LS04(反相器反相器)，

42、试确定一合适大小的上拉电阻试确定一合适大小的上拉电阻Rp，设，设VCC5V。解：从器件手册查出得：解：从器件手册查出得：VCC=5V，VOL(max)=0.4V，IOL(max)=8mA，IIL=400 A，VIH(min)=2V，IIH=20 A。IIL(total)=400 A8=3.2mA得得 VCC=5V，IIH(total)=20 A8=0.16mA。Rp的值可在的值可在985 至至18.75k,之间选择之间选择,可选可选1k 的电阻器为宜。的电阻器为宜。所以所以 2.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第58页/共71页 第59页集电极开路门的缺点：由于由

43、于OC门输出不是推拉式门输出不是推拉式(Totem)结构，电路结构，电路的上升延迟很大，这是因为：的上升延迟很大，这是因为：T3退出饱和状态很慢；退出饱和状态很慢；对输出负载电容的充电电流只能通过外接的对输出负载电容的充电电流只能通过外接的RL来提供。因此，输出波形的上升沿时间很来提供。因此，输出波形的上升沿时间很大。大。2.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第59页/共71页 第60页 3.三态与非门三态与非门(TSL)三态钳位电路三态钳位电路 R1 R2 R4 VCC T4L T3 R3T1与非门A B CS T5 T6 T7 R5 R66 VCC D3.6V1

44、.4V0.7V当当CS=1时时CS数据输入端输出端LAB10010111011100三态与非门真值表三态与非门真值表=AB2.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第60页/共71页 第61页 R1 R2 R4 VCC T4L T3 R3T1与非门A B CS T5 T6 T7 R5 R66 VCC D当当CS=0时时0.2V0.9V低电平低电平0.9V开路开路CS数据输入端数据输入端输出端输出端LAB10010111011100高阻 3.三态与非门三态与非门(TSL)三态与非门真值表三态与非门真值表 AB CS&L 高电平使能高电平使能=高阻状态高阻状态与非功能与非功

45、能 ZL ABLCS=0_CS=12.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第61页/共71页 第62页另一种形式的三态与非门：另一种形式的三态与非门：CS数据输入端数据输入端输出端输出端LAB00010111011101高阻 3.三态与非门三态与非门(TSL)三态与非门真值表三态与非门真值表 低电平使能低电平使能=高阻状态高阻状态与非功能与非功能 ZL ABLCS=1_CS=0 AB CS&L 2.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第62页/共71页 第63页三态与非门的应用：三态与非门的应用：两个三态门和总线相连两个三态门和总线相连电路电

46、路1、2只能有一个处于正常态只能有一个处于正常态 若要求若要求D1向向BUS传送，则应有：传送，则应有：若要求若要求D2D2向向BUSBUS传送，则应有：传送，则应有：1BUS22.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第63页/共71页 第64页三态与非门的应用：双向传输三态与非门的应用：双向传输当当CS=1时，门时，门1工作，门工作，门2禁止，数据从禁止，数据从A送到送到B；当当CS=0时，门时，门1禁止，门禁止，门2工作，数据从工作，数据从B送到送到A。2.4.6 TTL或非门、或非门、OC门和三态门电路门和三态门电路第64页/共71页 第65页The end第6

47、5页/共71页 第66页2.8 正负逻辑问题1、正负逻辑规定、正负逻辑规定在逻辑电路中，输入和输出一般都用电平来表示。若用在逻辑电路中，输入和输出一般都用电平来表示。若用H和和L分别表示高、低电平，则门电路的功能可用表分别表示高、低电平，则门电路的功能可用表2.8.1所示的所示的电平表来描述。电平表来描述。A BLL LHL HHH LHH HLA BL0 010 111 011 10A BL1 101 000 100 01正逻辑与非门正逻辑与非门负逻辑与非门负逻辑与非门二、正负逻辑的等效变换二、正负逻辑的等效变换与非与非或非或非，或，或，非非非非与与第66页/共71页 第67页2.9 逻辑门

48、电路使用中的几个实际问题一、一、TTL与与CMOS门电路之间的接口技术门电路之间的接口技术1、TTL驱动驱动CMOS-电平匹配问题电平匹配问题采用专用电平移动器采用专用电平移动器40109VCCVDD第67页/共71页 第68页2、CMOS驱动驱动TTL-增加驱动电流问题增加驱动电流问题采用三极管反相器作接口采用三极管反相器作接口 第68页/共71页 第69页2、CMOS驱动驱动TTL-增加驱动电流问题增加驱动电流问题采用专用器件作接口采用专用器件作接口 4049405040107210第69页/共71页 第70页二、二、TTL与与CMOS门电路外接负载问题门电路外接负载问题三、抗干扰措施三、抗干扰措施直接驱动直接驱动/利用运算放大器驱动利用运算放大器驱动1、多余输入端的处理措施、多余输入端的处理措施2、去耦合电容、去耦合电容每个芯片加接每个芯片加接0.1F电容滤除开关噪声电容滤除开关噪声，同时将同时将10-100F的电容与直流电源并联，滤除不需要的电容与直流电源并联，滤除不需要的频率成分的频率成分3、接地及安装工艺、接地及安装工艺第70页/共71页 第71页感谢您的观看。第71页/共71页