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1、数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出第三章第三章 逻辑门电路逻辑门电路3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路3.4 MOS逻辑门电路逻辑门电路3.5 集成逻辑门电路的应用集成逻辑门电路的应用3.6 两种有效电平及两种逻辑符号两种有效电平及两种逻辑符号3.1 二极管的开关特性及二极管门电路二极管的开关特性及二极管门电路3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路3.7 门电路的门电路的VHDL描述描述数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出3.1 3.1 二极管的开关特性及二极管门电路二极管的开关特性
2、及二极管门电路（1）加正向电压）加正向电压UF时，二极管导通，管压降时，二极管导通，管压降UD可忽略。二极管相当于可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。一个闭合的开关。一、二极管的开关特性一、二极管的开关特性1 1二极管的静态特性二极管的静态特性DRLFFUIFKFRULI数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出 可见，二极管在电路中表现为一个可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压受外加电压ui控制的开关控制的开关。当当外外加加电电压压vi为为一一脉脉冲冲信信号号时时，二二极极管管将将随随着着脉脉冲冲电电压压的的变变化化在在“开开”态态与与“关关”态态之之间
3、间转转换换。这这个个转转换换过过程程就就是是二二极管开关的极管开关的动态特性动态特性。（2）加反向电压）加反向电压VR时，二极管截止，反向电流时，二极管截止，反向电流IS可忽略。可忽略。二极管相当于一个断开的开关。二极管相当于一个断开的开关。3.1 3.1 二极管的开关特性及二极管门电路二极管的开关特性及二极管门电路DLRUSRILKURR数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出 2 2二极管开关的动态特性二极管开关的动态特性 给二极管电路加入一个脉冲信给二极管电路加入一个脉冲信号，电流的波形怎样呢？号，电流的波形怎样呢？ts为存储时间，为存储时间，tt称为
4、渡越时间。称为渡越时间。trets十十tt称为反向恢复时间称为反向恢复时间+DLiRuiuiUFUR t1t0 i t1t0 IF IStRtsIFtiI0.1t0IRt13.1 3.1 二极管的开关特性及二极管门电路二极管的开关特性及二极管门电路数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出 同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时间称为间称为开通时间开通时间。反向恢复时间：反向恢复时间：trets十十tt产生反向恢复过程的原因：产生反向恢复过程的原因：反向恢复时间反向恢复时间t trere就是存储电荷消散
5、所需要的时间。就是存储电荷消散所需要的时间。3.1 3.1 二极管的开关特性及二极管门电路二极管的开关特性及二极管门电路+-NPpLx浓度分布浓度分布耗尽层耗尽层NP区区区中空穴区中空穴区中电子区中电子区区浓度分布浓度分布nL数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出二、二极管门电路二、二极管门电路1.1.二极管与门二极管与门0101BLA0011输输 入入0001输出输出 与与逻辑真值表逻辑真值表3.1 3.1 二极管的开关特性及二极管门电路二极管的开关特性及二极管门电路B+VALDD3k3kR(+5V)CC12&L=ABBA输输 入入输出输出UA（V）UB
6、（V）UL（V）0V 0V 0V 0V 5V 0V 5V 0V 5V 5V 0V 5V 数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出 2或门电路或门电路0101BLA0011输输 入入0111输出输出 或逻辑真值表或逻辑真值表3.1 3.1 二极管的开关特性及二极管门电路二极管的开关特性及二极管门电路LABDD3k3k21R11L=A+BAB输输 入入输出输出UA（V）UB（V）UL（V）0V 0V 0V 0V 5V 5V 5V 0V 5V 5V 5V 5V 数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出1.1.三极管电路的习惯画法
7、三极管电路的习惯画法 一、三极管一、三极管的开关特性的开关特性3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路6VT-CcCC150k+-U4kCEV+12VVUbBERBIRBBI+V+TVRCCc150kIRBbBB(6V)(12V)BEU+-U+-CEIC数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出6VT-CcCC150k+-U4kCEV+12VVUbBERBIRBBI2.2.图解法图解法非线性部分非线性部分线性部分线性部分直流负载线直流负载线UCEQ 6VICQ1.5mAIB=40AIC=1.5mAUCEQ=6V 直流直流工作
8、点工作点M(VCC,0)(12,0)(0,3)Q用估算法求用估算法求IB3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路iCCE(V)(mA)=60uAIBU=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出 （1）截止状态：）截止状态：当当uI小于三极管发射结死区电压时，小于三极管发射结死区电压时，IBICBO0，ICICEO0，UCEVCC，三极管工作在截止区，对应图中的三极管工作在截止区，对应图中的A点。点。三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压三极管工
9、作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压3 3三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态CCUBE+-+V+-T3BIRebIuRICbCcCEU-VCICSB1I0.7VB5C/RCIB2BIB3D=0IIBI=IBSCCEVCEAUICCB43.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出 此此时时，若若增增加加uI，则则IB，IC，UCE，工工作作点点沿沿着着负负载载线线由由A点点B点点C点点D点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，其特
10、点为其特点为ICIB。三极管工作在放大状态的条件为：三极管工作在放大状态的条件为：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏 （2）放大状态：）放大状态：当当UI为正值且大于死区电压时，三极管导通。有为正值且大于死区电压时，三极管导通。有 VCICSB1I0.7VB5C/RCIB2BIB3D=0IIBI=IBSCCEVCEAUICCB43.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路CCUBE+-+V+-TBIRebIuRICbCcCEU-数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出VCICSB1I0.7VB5C/RCIB2BIB3
11、D=0IIBI=IBSCCEVCEAUICCB4若若继继续续增增加加uI，IB会会继继续续增增加加，UCEUBE0.7V，集集电电结结正正偏偏，三三极极管管进进入入饱和状态。饱和状态。ICICS基本不变，基本不变，UCEUCES 0.3V。电压条件为：发射结正偏，集电结也正偏。电压条件为：发射结正偏，集电结也正偏。三极管工作在饱和状态的电流条件为：三极管工作在饱和状态的电流条件为：IB IBS （3）饱饱和和状状态态：继继续续增增加加uI，当当UCEUBE0.7V时时，集集电电结结变变为为零零偏偏，称为称为临界饱和状态临界饱和状态，对应，对应E点。此时的集电极电流为点。此时的集电极电流为ICS
12、，基极电流为基极电流为IBS。集电极饱和电流集电极饱和电流基极临界饱和电流基极临界饱和电流临界饱和临界饱和CCUBE+-+V+-TBIRebIuRICbCcCEU-工作状态工作状态截截 止止放放 大大饱饱 和和条条 件件工工作作特特点点偏值情况偏值情况集电极电集电极电流流管管压降压降近似的等近似的等效电路效电路C、E间等间等效电阻效电阻 三种工作状态比较三种工作状态比较发射结电压发射结电压死区电压死区电压发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏发射结正偏发射结正偏集电结正偏集电结正偏很大很大相当开关断开相当开关断开可变可变很小很小相当开关闭合相当开关闭合3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管
13、门电路三极管的开关特性及三极管门电路bce0.7VIBICBIcbebce0.7VIBCSI数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出解：解：根据饱和条件根据饱和条件IBIBS解题。解题。例例3.2.1 电路及参数如图所示，设输入电压电路及参数如图所示，设输入电压UI=3V，三极管的三极管的UBE=0.7V。（1）若）若60，试判断三极管是否饱和，并求出试判断三极管是否饱和，并求出IC和和UO的值。的值。（2）将）将RC改为改为6.8kW，重复以上计算。重复以上计算。IBIBS 三极管饱和。三极管饱和。IB不变，仍为不变，仍为0.023mA IBIBS 三极管
14、处在放大状态。三极管处在放大状态。+V_ _-T3100kRCCRubI（+12V）uCO10k3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出（3）将）将RC改为改为6.8kW W，再将再将Rb改为改为60kW W，重复以上计算。重复以上计算。由由此此可可见见，Rb、RC、等等参参数数都都能决定三极管是否饱和。能决定三极管是否饱和。即在即在uI一定（要保证发射结正偏）和一定（要保证发射结正偏）和VCC一定的条件下，一定的条件下，Rb越小，越小，越大，越大，RC越大，三极管越容易饱和。越大，
15、三极管越容易饱和。IBS0.029 mAIBIBS 三极管饱和。三极管饱和。饱和条件可写为：饱和条件可写为：3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路+V_ _-T3100kRCCRubI（+12V）uCO10k数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出+V_-T123100k100kRCCRubI（+12V）uCO10k10kCCSICSItiCSI0.10.9Ui0U2ICICEOICStt1u 开通时间开通时间ton=td+tr 关断时间关断时间toff=ts+tf 4 4三极管的动态特性三极管的动态特性（1）延迟时间延
16、迟时间td从从ui正跳变的正跳变的瞬间开始，到瞬间开始，到iC上升到上升到0.1ICS所需所需的时间的时间（2）上升时间上升时间triC从从0.1ICS上上升到升到0.9ICS所需的时间。所需的时间。（3）存储时间存储时间ts从从ui下跳变的下跳变的瞬间开始，到瞬间开始，到iC下降到下降到0.9ICS所需所需的时间。的时间。（4）下降时间下降时间tfC从从0.9ICS下降下降到到0.1ICS所需的时间。所需的时间。tdSttrtf数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出（1）延迟时间延迟时间td从从ui正跳变正跳变的瞬间开始，到的瞬间开始，到iC上升到上升到
17、0.1ICS所所需的时间需的时间 耗尽层由宽耗尽层由宽窄窄瞬间瞬间IB越大，越大，td越小。越小。（2）上升时间上升时间triC从从0.1ICS上升到上升到0.9ICS所需的时间。所需的时间。放大放大饱和饱和NNPRbebBI+-CI0Iu瞬间电流瞬间电流产生开关时间的原因：产生开关时间的原因：3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出NNPIuRbebcCIBI（3）存储时间存储时间ts从从ui下跳变的瞬间开始，下跳变的瞬间开始，到到iC下降到下降到0.9ICS所需的时间。所需的时间
18、。（4）下降时间下降时间tfiC从从0.9ICS下降下降到到0.1ICS所需的时间所需的时间瞬间瞬间IB越大，越大，tS越小。越小。消散超量存储电荷所需时间消散超量存储电荷所需时间放大放大截止截止饱和越浅，超量存储电荷越少，饱和越浅，超量存储电荷越少，tS越小。越小。改善开关特性的措施：改善开关特性的措施：减少存储电荷减少存储电荷增大瞬间基极电流增大瞬间基极电流瞬间电流瞬间电流3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出二、三极管非门电路二、三极管非门电路LA01输输 入入10输输 出出
19、非非逻辑真值表逻辑真值表3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路AL=A1+VALT123RRbCCC（+5V）输输 入入输输 出出UA（V）UL（V）5V 0V 5V 0V 数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出0V5VL5V+V+VDDDD1213k3kRR3k3k2CC（+5V）（+5V）CCp二极管与门和或门电路的缺点：二极管与门和或门电路的缺点：（1 1）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况。）在多个门串接使用时，会出现低电平偏离标准数值的情况。（2 2）负载能力差。）负载能力差。三、二极管和三极
20、管组成的与非门电路三、二极管和三极管组成的与非门电路3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路0.7V1.4V数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出解决办法：解决办法：将将二二极极管管与与门门（或或门门）电电路路和和三三极极管管非非门门电电路路组合起来。组合起来。3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路LBA+VDD1kTP（+5V）1R2Rc3k3kCCRbDD5R14.7k4.7k4数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出DTL与非门电路与非门电路
21、工作原理：工作原理：（1）当当A、B、C全全接接为为高高电电平平5V时时，二二极极管管D1D3都都截截止止，而而D4、D5和和T导通，且导通，且T为饱和导通，为饱和导通，UL=0.3V，即输出低电平。即输出低电平。（2）A、B、C中中只只要要有有一一个个为为低低电电平平0.3V时时，则则UP1V，从从而而使使D4、D5和和T都截止，都截止，UL=VCC=5V，即输出高电平。即输出高电平。所以该电路满足与非逻辑关系，即：所以该电路满足与非逻辑关系，即：3.2 3.2 三极管的开关特性及三极管门电路三极管的开关特性及三极管门电路ABCL+VDDD123DD1R23CC（+5V）R1RcT45P3k
22、3k1k1k4.7k4.7k数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路一、TTL与非门的基本结构及工作原理与非门的基本结构及工作原理1 1TTLTTL与非门的基本结构与非门的基本结构ABCL+VDDD123DD1R23CC（+5V）R1RcT45P3k3k1k1k4.7k4.7k+V（+5V）CCABCTb1R1数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出TTL与非门的基本结构与非门的基本结构 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 （+5V）+VU123123D12313CCR130
23、130ABCTTTRT4k4kRb11243c2c4Re2UUc2e2输入级输入级中间级中间级输出级输出级1.6k1.6k1k1kO数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出2TTL与非门的逻辑关系与非门的逻辑关系与非的逻辑关系为：与非的逻辑关系为：输入全为高电平时，输出为低电平；输入全为高电平时，输出为低电平；输入有低电平时，输出为高电平。输入有低电平时，输出为高电平。0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C11111110Vo 与非逻辑真值表与非逻辑真值表假设：假设：输入高电平为输入高电平为3.6V；输入低
24、电平为输入低电平为0.3V。3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出U3.6V+V1231D4k4kRO1.6k1.6kc4CC130130e23BRc2（+5V）A4C2截止截止倒置状态倒置状态b1T截止截止1T饱和饱和1K饱和饱和RRTTTTL与非门的逻辑关系与非门的逻辑关系:（1 1）输入全为高电平）输入全为高电平3.63.6V V时。时。T2、T3饱和导通，饱和导通，实现了与非门的逻实现了与非门的逻辑功能之一：辑功能之一：输输入入全全为为高高电电平平时时，输出为低电平输出为低电平。由于由于T2饱和导通
25、，饱和导通，UC2=1V。T4和二极管和二极管D都截止。都截止。由于由于T3饱和导通，输出电压为：饱和导通，输出电压为：UO=UCES30.3V 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出该发射结导通，该发射结导通，UB1=1V。T2、T3都截止。都截止。（2）输入有低电平）输入有低电平0.3V 时。时。实现了与非门的逻辑实现了与非门的逻辑功能的另一方面：功能的另一方面：输入有低电平时，输入有低电平时，输出为高电平。输出为高电平。忽略流过忽略流过RC2的电流，的电流，UB4VCC=5V。由于由于T4和和D导通，
26、所以：导通，所以：UOVCC-UBE4-UD =5-0.7-0.7=3.6（V）综综合合上上述述两两种种情情况况，该该电电路路满满足足与与非非的的逻逻辑功能，即：辑功能，即：3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 +VU0.3V3.6V13123123D123R1301301c2c43BACCT2RCRRT4b1TT4k4ke2饱和饱和截止截止截止截止导通导通导通导通1.6k1.6k1k1kO数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出二、二、TTL与非门的开关速度与非门的开关速度1TTL与非门提高工作速度的原理与非门提高工作速度的原理（1）采用多发射
27、极三极管加快了存储电荷的消散过程。）采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 +V0.3V3.6VU13R1c23BACCT2RCRTb1Te21V1.4V0.7ViB1iB14k4k1.6k1.6k1k1kO数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出（2 2）采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给）采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给负载电容充放电。负载电容充放电。3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 +VU123123DCCc4截止截止T3T4导通导通导通导通R充电充电CLo+V
28、U123123Dc4CC导通导通3T4T截止截止截止截止R放电放电CLo数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出2TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间tpd导导通通延延迟迟时时间间tPHL从从输输入入波波形形上上升升沿沿的的中中点点到到输输出出波波形形下下降降沿沿的中点所经历的时间。的中点所经历的时间。一般一般TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒十几个纳秒。的值为几纳秒十几个纳秒。截止延迟时间截止延迟时间tPLH从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的时间。的中点所经历的时间。与
29、非门的传输延迟时间与非门的传输延迟时间tpd：tPHLtPLHuoui 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出0.52.0U3.02.53.5(V)1.54.03.02.51.01.03.50.54.02.0o1.5iU(V)三、三、TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力与非门的电压传输特性及抗干扰能力1电压传输特性曲线：电压传输特性曲线：Uo=f（Ui）ABCDEU2.4VOHOH（minmin）0.4VUOLOL（maxmax）UOFFONU 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 iU+VU
30、D2CCR130130ABCTTTRT4k4kRb11243c2c4Re2UUc2e21.6k1.6k1k1kO数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出（1）输出高电平电压输出高电平电压UOH在正逻辑体制中代表逻辑在正逻辑体制中代表逻辑“1”的输出电的输出电压。压。UOH的理论值为的理论值为3.6V，产品规定输出高电压的最小值产品规定输出高电压的最小值UOH（min）=2.4V。2几个重要参数几个重要参数（2）输出低电平电压输出低电平电压UOL在正逻辑体制中代表逻辑在正逻辑体制中代表逻辑“0”的输出电的输出电压。压。UOL的理论值为的理论值为0.3V，产品规
31、定输出低电压的最大值产品规定输出低电压的最大值UOL（max）=0.4V。（3）关门电平电压关门电平电压UOFF是指输出电压下降到是指输出电压下降到UOH（min）时对应的输入时对应的输入电压。即输入低电压的最大值。在产品手册中常称为电压。即输入低电压的最大值。在产品手册中常称为输入低电平电压输入低电平电压，用用UIL（max）表示。产品规定表示。产品规定UIL（max）=0.8V。（4）开开门门电电平平电电压压UON是是指指输输出出电电压压上上升升到到UOL（max）时时对对应应的的输输入入电电压压。即即输输入入高高电电压压的的最最小小值值。在在产产品品手手册册中中常常称称为为输输入入高高电
32、电平平电电压压，用用UIH（min）表示。产品规定表示。产品规定UIH（min）=2V。（5）阈阈值值电电压压Uth电电压压传传输输特特性性的的过过渡渡区区所所对对应应的的输输入入电电压压，即即决决定定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。近似地：近似地：UthUOFFUON 1.U2.4VOHOH（minmin）0.4VUOLOL（maxmax）UOFFONU 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 0.52.0U3.02.53.5(V)1.54.03.02.51.01.03.50.54.02.0o1.5iU
33、(V)UthUiUth；Uo=高电平高电平UiUth；Uo=低电平低电平数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出TTL门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。3 3抗干扰能力抗干扰能力同样，它的输入高低电平也有一个范围，即它的输入信号允许一定的同样，它的输入高低电平也有一个范围，即它的输入信号允许一定的容差，称为容差，称为噪声容限噪声容限。低电平噪声容限低电平噪声容限 UNLUOFF-UOL（max）0.8V-0.4V0.4V高电平噪声容限高电平噪声容限 UNHUOH（min）-UON2.4V-2.0V0.
34、4V高电平电压高电平电压“0”0”2.4V0.4V3.6V的范围的范围“1”1”0VU的范围的范围低电平电压低电平电压oUNHi3.6VUUG&NL12U&GoUUOLOL（maxmax）OFF0.8V输入输入“0”0”ONOHOH（minmin）2V0V0V输出输出“1”1”U输出输出“0”0”U输入输入“1”1”UoU2.4Vi3.6V0.4V 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出四、四、TTL与非门的带负载能力与非门的带负载能力产品规定产品规定IIL1.6mA1输入低电平电流输入低电平电流IIL与输
35、入高电平电流与输入高电平电流IIH（1）输入低电平电流输入低电平电流IIL是指当门电路的输入端接低电平时，从门电是指当门电路的输入端接低电平时，从门电路输入端流出的电流。路输入端流出的电流。可以算出：可以算出：3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路&0G1G2GnGoU0.3V+V13b1B1TR1iCC4k1VILI数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出倒置的放大状态：倒置的放大状态：IIH=iIB1，i为倒置放大的电流放大系数。为倒置放大的电流放大系数。（2）输入高电平电流）输入高电平电流IIH是指当门电路的输入端接高电平时，流入输是指当门电
36、路的输入端接高电平时，流入输入端的电流。入端的电流。寄生三极管效应：寄生三极管效应：IIH=PIB1，P为寄生三极管的电流放大系数。为寄生三极管的电流放大系数。由于由于p和和i的值都远小于的值都远小于1，所以所以IIH的数值比较小，产品规定：的数值比较小，产品规定：IIH40uA。3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 +VCC3.6V0.3V131B1ib1R4kTIIHABC1V3.6V+V13b1IB1IHTR1iCC4KA2.1V1.4V数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出2 2带负载能力带负载能力&oURL拉拉电流电流“1”3.3 T
37、TL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 灌电流灌电流&RL+VCC“0”oU灌电流负载灌电流负载当输出低电平时，电流从负载灌入门电路。当输出低电平时，电流从负载灌入门电路。拉电流负载拉电流负载当输出高电平时，电流从门电路拉出当输出高电平时，电流从门电路拉出,流入负载。流入负载。数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出（1）灌电流负载）灌电流负载当驱动门输出低电平当驱动门输出低电平时，电流从负载门灌入驱动门。时，电流从负载门灌入驱动门。当负载门的个数增加，当负载门的个数增加，灌电流增大，输出低电平升灌电流增大，输出低电平升高。高。NOL称为输出低电平时的扇出系
38、数。称为输出低电平时的扇出系数。当达到当达到UOL（max）=0.4V 时，允时，允许灌入输出端的电流定义为许灌入输出端的电流定义为输输出低电平电流出低电平电流IOL，产品规定产品规定IOL=16mA。由此可得出由此可得出:+V+V3D33截止截止3饱和饱和CCTTR截止截止4c4RCC4kb1b1R输出低电平输出低电平IILIILIOLC3I=4k 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出 NOH称为输出高电平时的扇出系数称为输出高电平时的扇出系数产品规定产品规定:IOH=0.4mA。由此可得出：由此可得出
39、：拉拉电电流流增增大大时时，RC4上上的的压压降降增增大大，会会使使输输出出高高电电平平降降低低。因因此此，把把允允许许拉拉出出输输出出端端的的电电流流定定义义为为输输出出高高电电平平电电流流IOH。（2 2）拉电流负载）拉电流负载当驱动门输出高电当驱动门输出高电平时，电流从驱动门拉出平时，电流从驱动门拉出,流至负载门的流至负载门的输入端。输入端。一般一般NOLNOH，取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用，取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用NO表示。表示。3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 +V+V12331233DRCCR3导通导通b1截止截止T（+5V）b1Tc4R
40、4CC导通导通输出高电平输出高电平IIHIIHOHE4=II4k4k数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出五、五、TTL门电路的其他类型门电路的其他类型1 1非门非门 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 1AL=AL+VD1231ATTT123Re2Rc2RCCRTc4b14数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出2或非门或非门0101BLA0011输输 入入1000输出输出 或非逻辑真值表或非逻辑真值表 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 AL=A+BB11L+V1232D22CC4TR3T
41、T1AT2AT1BT2BR1BR1AR2R43AB数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出3与或非门与或非门 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 1AA21BB2L11&+VL12312313D3 123CC4TR3T1AT2AT1BT2BTR1BR1AR24R3AB11A2B2数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出线与线与将几个门的输出端将几个门的输出端并联使用，实现与逻辑。并联使用，实现与逻辑。4集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 BA&DC&LLL
42、12普通的普通的TTL门电路不能进行线与！门电路不能进行线与！+V+VD1123D1233导通导通截止截止TT4导通导通3饱和饱和TT截止截止4CC（+5V）CCRc4截止截止LGG12电流电流太大！太大！当当LI输出输出“1“，L2输出输出“0”时时数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出ALB&+VL12312313CC（+5V）ABTTRTRb1123c2Re24k1.6k1k4集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出（1）实现线与）实现线与 OC门主要有以下几方面的应用：门主
43、要有以下几方面的应用：逻辑关系为逻辑关系为:3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 +VL12312313CC（+5V）ABTTRTRb1123c2Re24k1.6k1k+VBA&DC&PRCCLLL12数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出（2）实现电平转换）实现电平转换如图示如图示，可使输出高电平变为可使输出高电平变为10V。3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 +10V&OU+VL12312313CC（+5V）ABTTRTRb1123c2Re24k1.6k1k数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退
44、出退出+5V&270270（2）用做驱动器）用做驱动器 可用它来驱动发光二极管、指示灯、可用它来驱动发光二极管、指示灯、继电器和脉冲变压器等。继电器和脉冲变压器等。+VL21CC（+5V）ABTTRTRb1123c2Re24k1.6k1k 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出OC门进行线与时，外接上拉电阻门进行线与时，外接上拉电阻RP的选择：的选择：得：得：VCC-UOH（min）=IIHRP（max）由：由：（1）当输出高电平时，）当输出高电平时，RP不能太大。不能太大。RP为最大值时要保证输出电压为为
45、最大值时要保证输出电压为UOH（min）。3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 +V&RCCPUOHIIHIIHIIHnm&数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出（2）当输出低电平时）当输出低电平时 所以：所以：RP（min）RPRP（max）由：由：RP不能太小。不能太小。RP为最小值时要保证输出电压为为最小值时要保证输出电压为UOL（max）得：得：3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 +V&RPCCOLUIILILIn&m&IOL数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出当当EN=0时，时，D
46、1截止，为正常工作状态（二输入与非门）；截止，为正常工作状态（二输入与非门）；当当EN=1时时，D1导导通通，T4D、T3都都截截止止。这这时时从从输输出出端端L看看进进去去，呈呈现现高高阻，称为高阻态，或禁止态。阻，称为高阻态，或禁止态。5三态门（三态门（TSL门门)低低电平有效电平有效（1）结构及工作原理）结构及工作原理 ENABL00010111011101 高阻高阻 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 +VL2DD3ABT1b1R3TR4CCTTc2R2URc2e2c4pEN11G&ENABL数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出+V
47、L2DD3ABT1b1R3TR4CCTTc2R2URc2e2c4pEN11G 去去掉掉非非门门G，则则EN=1时时，为为工工作作状状态态，EN=0时时，为高阻态。为高阻态。EN=1为工作状态的三态门为工作状态的三态门 3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 BENA&L数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出（b）组成双向总线，组成双向总线，实现信号的分时双向传送。实现信号的分时双向传送。（2）三态门的应用）三态门的应用三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。（a）组成单向总线组成单向总线实现信号的分时单向传
48、送。实现信号的分时单向传送。3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门电路 AEN&BAEN&BAEN&BENENEN111222333总线总线G1G2G3EN1总线总线DDIO1EN/IDDOGG12EN100数字电子技术基础数字电子技术基础上一页上一页下一页下一页回目录回目录退出退出六、六、TTL集成逻辑门电路的改进电路集成逻辑门电路的改进电路1、采用了抗饱和三极管、采用了抗饱和三极管2、将、将Re2用用“有源泄放电路代替有源泄放电路代替”。3、输出级采用了达林顿结构。、输出级采用了达林顿结构。4、输入端加了保护二极管。、输入端加了保护二极管。3.3 TTL3.3 TTL逻辑门电路逻辑门
49、电路 cebbecL+Vcc123164T3T25b1c2e5c4b6c6TTTTRRRRRRDDDABC TTL分为分为54和和74两大系列，两大系列，54系列用于军品，系列用于军品，VCC为为4.55.5V，环境温度为环境温度为55+125；74系列用于民品，系列用于民品，VCC为为4.755.25V，工作的环境温度工作的环境温度为为070。子系列子系列主要特点主要特点74系列系列早期早期产产品，其平均品，其平均传输传输延延迟时间约为迟时间约为9ns，平均功耗平均功耗约为约为10mW每每门门74S系列系列肖特基肖特基TTL系列，系列，tpd缩缩短短为为3ns，但功耗但功耗较较大，大，约为约
50、为19mW74LS系列系列低功耗肖特基系列，低功耗肖特基系列，tpd为为9.5ns，平均功耗平均功耗约为约为2mW每每门门74AS系列系列先先进进肖特基系列，它是肖特基系列，它是74S系列的后系列的后继产继产品，品，tpd为为1.7ns，但平均功耗但平均功耗较较大，大，约为约为8mW每每门门74ALS系系列列先先进进低功耗肖特基系列，是低功耗肖特基系列，是74LS系列的后系列的后继产继产品。延品。延迟时间约为迟时间约为4 ns，平平均功耗均功耗约为约为1.2mW每每门门74F系列系列高速高速TTL系列。平均系列。平均传输传输延延迟时间约为迟时间约为3 ns，平均功耗平均功耗约为约为6mW七、七