數(shù)字電子技術(shù)第二章邏輯門(mén)電路PPT課件

1、輸出級(jí)T3、D、T4和Rc4構(gòu)成推拉式的輸出級(jí)。用于提高開(kāi)關(guān)速度和帶負(fù)載能力。中間級(jí)T2和電阻Rc2、Re2組成，從T2的集電極和發(fā)射極同時(shí)輸出兩個(gè)相位相反的信號(hào)，作為T(mén)3和T4輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)； Rb1 4k W Rc2 1.6k W Rc4 130 W T4 D T2 T1 + vI T3 + vO 負(fù)載 Re2 1K W VCC(5V) 輸入級(jí) 中間級(jí)輸出級(jí) 1. 電路組成輸入級(jí)T1和電阻Rb1組成。用于提高電路的開(kāi)關(guān)速度一. 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝的TTL非門(mén)的工作原理第1頁(yè)/共32頁(yè)2. TTL反相器的工作原理（邏輯關(guān)系、性能改善） （1）當(dāng)輸入為低電平（I = 0.3 V）mA 1 1B1C

2、CB1RvVi0 BS1 IBS1B1IiT1 深度飽和V 3.6V 70705DBE4B4O ).(vvvv截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止飽和低電平T4D4T3T2T1輸入高電平輸出T2 、 T3截止，T4 、D導(dǎo)通第2頁(yè)/共32頁(yè)（2）當(dāng)輸入為高電平（I = 3.6 V） T2、T3飽和導(dǎo)通 T1:倒置的放大狀態(tài)。 T4和D截止。使輸出為低電平.vO=vC3=VCES3=0.3V第3頁(yè)/共32頁(yè)輸入輸入A輸出輸出L0110邏輯真值表 邏輯表達(dá)式 L = A 飽和截止T4低電平截止截止飽和倒置工作高電平高電平導(dǎo)通導(dǎo)通截止飽和低電平輸出D4T3T2T1輸入第4頁(yè)/共32頁(yè)(一)電壓傳輸特性曲線：Vo=f（V

3、i）二. TTL非門(mén)的電壓傳輸特性曲線和電路參數(shù)截止區(qū)過(guò)渡區(qū)飽和區(qū)第5頁(yè)/共32頁(yè)(二)從電壓傳輸特性曲線上可以得出的電路參數(shù)1.輸出高電平電壓VOH在正邏輯體制中代表邏輯“1”的輸出 電 壓 。VO H的 理 論 值 為3.6V。2.標(biāo)準(zhǔn)輸出高電平USH_ 產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓的最小值 VOH（min）=2.4V。3.輸出低電平電壓VOL在正邏輯體制中代表邏輯“0”的輸出 電 壓 。VO L的 理 論 值 為0.3V。.標(biāo)準(zhǔn)輸出低電平USL 產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓的最大值 VO L （ m a x ）=0.4V第6頁(yè)/共32頁(yè).輸入低電壓的上限VIL（max）(關(guān)門(mén)電平電壓VOFF)是指輸出電壓下

4、降到VOH（min）時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓。即輸入低電壓的最大值。在產(chǎn)品手冊(cè)中常稱為輸入低電平電壓，用VIL（max）表示。產(chǎn)品規(guī)定VIL（max）=0.8V。6.輸入高電壓的下限VIH（min）(開(kāi)門(mén)電平電壓VON)是指輸出電壓下降到VOL（max）時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓。即輸入高電壓的最小值。在產(chǎn)品手冊(cè)中常稱為輸入高電平電壓，用VIH（min）表示。產(chǎn)品規(guī)定VIH（min）=2V。第7頁(yè)/共32頁(yè)7.閾值電壓Vth電壓傳輸特性的過(guò)渡區(qū)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓，即決定電路截止和導(dǎo)通的分界線，也是決定輸出高、低電壓的分界線。 近似地：VthVOFFVON 即ViVth，非門(mén)關(guān)門(mén)，輸出高電平； ViVth，非門(mén)開(kāi)門(mén)

5、，輸出低電平。 Vt h又常被形象化地稱為門(mén)檻電壓。Vt h的值為1.3V1.V。第8頁(yè)/共32頁(yè)輸入低電平噪聲容限(最大允許正向干擾電壓) VNLVIL(max)-VOL（max）0.8V-0.4V0.4V輸入高電平噪聲容限(最大允許負(fù)向干擾電壓) VNHVOH（min）-VIH(min)2.4V-2.0V0.4VTTL門(mén)電路的輸出高低電平不是一個(gè)值，而是一個(gè)范圍。同樣，它的輸入高低電平也有一個(gè)范圍，即當(dāng)電路受到干擾時(shí)，電路輸入電平所允許的波動(dòng)范圍，稱為噪聲容限。8.噪聲容限電壓第9頁(yè)/共32頁(yè)三.輸入特性和從其上可以得出的參數(shù) （一）標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝的TTL非門(mén)的輸入特性曲線輸入特性曲線是研究

6、輸入電壓與輸入電流之間關(guān)系的曲線。 第10頁(yè)/共32頁(yè)(mA)14151b1BCCILRVVI1.1.輸入低電平電流輸入低電平電流I IILIL是指當(dāng)門(mén)電路的輸入端接低電平時(shí)，從門(mén)電路輸入端流出的電流。可以算出：產(chǎn)品規(guī)定IIL1.6mA。（二）從標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝的TTL非門(mén)輸入特性曲線上可以得出的參數(shù) 第11頁(yè)/共32頁(yè)2.2.輸入高電平電流輸入高電平電流I IIHIH是指當(dāng)門(mén)電路的輸入端接高電平時(shí)，流入輸入端的電流。 由于i的值遠(yuǎn)小于1， 所以IIH的數(shù)值比較小，產(chǎn)品規(guī)定：IIH40uA。T1倒置的放大狀態(tài)：這時(shí)IIH=iIB1，i為倒置放大的電流放大系數(shù)。第12頁(yè)/共32頁(yè)五、TTL非門(mén)的輸入

7、負(fù)載特性和從其上可以得出的參數(shù)（一）TTL非門(mén)的輸入負(fù)載特性1.當(dāng)Ri很小時(shí)VI很小，相當(dāng)于輸入是低電平，此時(shí)三極管T3截止，輸出為高電平。2.當(dāng)Ri很大時(shí)， VI的極限值為1.4V 第13頁(yè)/共32頁(yè)（二）從TTL非門(mén)的輸入負(fù)載特性上可以得出的參數(shù)1關(guān)門(mén)電阻ROFF 當(dāng)Ri的值使VI= VIL（max） ，即輸入低電平的上限，這時(shí)的Ri定義為關(guān)門(mén)電阻ROFF，之所以叫關(guān)門(mén)電阻，是因?yàn)檩敵黾?jí)的三極管T3截止，處于關(guān)門(mén)狀態(tài)。2開(kāi)門(mén)電阻RON 當(dāng)Ri的值使VI= 1.4V ，VB1就會(huì)升高到2.1V，使T3飽和，這時(shí)的Ri定義為開(kāi)門(mén)電阻，之所以叫開(kāi)門(mén)電阻，是因?yàn)檩敵黾?jí)的三極管T3飽和，處于開(kāi)門(mén)狀態(tài)

8、。第14頁(yè)/共32頁(yè) (一) )灌電流負(fù)載ILOL(max)OLIIN當(dāng)驅(qū)動(dòng)門(mén)輸出低電平時(shí)，電流從負(fù)載門(mén)灌入驅(qū)動(dòng)門(mén)。 當(dāng)負(fù)載門(mén)的個(gè)數(shù)增加，灌電流增大，會(huì)使T3脫離飽和，輸出低電平升高。因此，把允許灌入輸出端的電流定義為輸出低電平電流IoL(max)，產(chǎn)品規(guī)定I0L(max)=16mA。由此可得出:NOL稱為輸出低電平時(shí)的扇出系數(shù)。1.扇入數(shù):取決于它的輸入端的個(gè)數(shù) 2.扇出數(shù):帶同類(lèi)門(mén)的數(shù)量 分灌電流和拉電流五、TTL非門(mén)的帶負(fù)載能力第15頁(yè)/共32頁(yè)IH(max)OHOHIIN （二）拉電流負(fù)載 NOH稱為輸出高電平時(shí)的扇出系數(shù)。產(chǎn)品規(guī)定IOH=0.4mA。由此可得出： 當(dāng)驅(qū)動(dòng)門(mén)輸出高電平時(shí)

9、，電流從驅(qū)動(dòng)門(mén)拉出,流至負(fù)載門(mén)的輸入端。 拉電流增大時(shí)，RC4上的壓降增大，會(huì)使輸出高電平降低。因此，把允許拉出輸出端的電流定義為輸出高電平電流I0H(max)。一般NOLNOH，常取兩者中的較小值作為門(mén)電路的扇出系數(shù)，用No表示。第16頁(yè)/共32頁(yè)例 查得基本的TTL與非門(mén)7410的參數(shù)如下： IoL16mA，IIL1.6mA，IoH0.4mA，IIH0.04mA.試計(jì)算其帶同類(lèi)門(mén)時(shí)的扇出數(shù)。解： (1)低電平輸出時(shí)的扇出數(shù)NOLmAmA161610. (2)高電平輸出時(shí)的扇出數(shù)NOHmAmA0400410.若NOHNOH，則取較小的作為電路的扇出數(shù)。第17頁(yè)/共32頁(yè)2PHLPLHpdtt

10、t六.傳輸延遲時(shí)間tpd導(dǎo)通延遲時(shí)間tPHL從輸入波形上升沿的中點(diǎn)到輸出波形下降沿的中點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。截止延遲時(shí)間tPLH從輸入波形下降沿的中點(diǎn)到輸出波形上升沿的中點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。與非門(mén)的傳輸延遲時(shí)間tpd是tPHL和tPLH的平均值。即 一般TTL與非門(mén)傳輸延遲時(shí)間tpd的值為幾納秒十幾個(gè)納秒。第18頁(yè)/共32頁(yè)七、1.功耗分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。靜態(tài)功耗指的是當(dāng)電路沒(méi)有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗動(dòng)態(tài)功耗是在門(mén)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的瞬間的功耗。對(duì)于TTL門(mén)電路來(lái)說(shuō)，靜態(tài)功耗是主要的。2.延時(shí)功耗積 DP = tpdPD是一綜合性的指標(biāo)，用DP表示,其單位為焦耳。DP的值愈小，表明它的特性愈接于理想情況。第19頁(yè)/共32

11、頁(yè)(一) TTL與非門(mén)電路多發(fā)射極BJT T1e e bc eeb cA& BALB八.其他邏輯功能的TTL門(mén)電路1.電路第20頁(yè)/共32頁(yè)2.TTL與非門(mén)電路的工作原理 任一輸入端為低電平時(shí):TTL與非門(mén)各級(jí)工作狀態(tài) IT1T2T4T3 O輸入全為高電輸入全為高電平平 (3.6V)倒置使用的放大倒置使用的放大狀態(tài)狀態(tài)飽和飽和截止截止飽和飽和低電平低電平（0.2V）輸入有低電平輸入有低電平 (0.2V)深飽和深飽和截止截止放大放大截止截止高電平高電平（3.6V）當(dāng)全部輸入端為高電平時(shí)： 輸出低電平 輸出高電平 第21頁(yè)/共32頁(yè)(二)TTL或非門(mén) 若A、B中有一個(gè)為高電平:若A、B均為

12、低電平:T2A和T2B均將截止，T3截止。 T4，D導(dǎo)通輸出為高電平。T2A或T2B將飽和，T3飽和，T4截止，輸出為低電平。BAL 邏輯表達(dá)式第22頁(yè)/共32頁(yè)vOHvOL輸出為低電平的邏輯門(mén)輸出級(jí)的損壞九. 集電極開(kāi)路(OC)的TTL門(mén)電路 VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 VCC(5V) Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 A B C T1 T2 D Re2 1k T3 （一）普通的TTL門(mén)電路輸出端直接相連的后果 在工程實(shí)踐中，有時(shí)需要將幾個(gè)門(mén)的輸出端并聯(lián)使用，以實(shí)現(xiàn)與邏輯，稱為線與。

13、第23頁(yè)/共32頁(yè) (二)集電極開(kāi)路與非門(mén)電路1. 使用時(shí)的外電路連接2. 邏輯功能L = A BVCC T1 Re2 Rc2 Rc4 Rb1 T2 T3 T4 D A B L VCC T1 Re2 Rc2 Rb1 T2 T3 A B L VCC3.國(guó)標(biāo)符號(hào) ALB&第24頁(yè)/共32頁(yè)（三）集電極開(kāi)路的TTL門(mén)電路可以實(shí)現(xiàn)線與運(yùn)算OPMNOPMNABC第25頁(yè)/共32頁(yè)1.當(dāng)輸出高電平時(shí)，RP不能太大。 太大會(huì)影響開(kāi)關(guān)速度；另外，在RP 上壓降變大，使輸出下降，RP為最大值時(shí)要保證輸出電壓為VOH（min），(四)OC門(mén)進(jìn)行線與時(shí)，外接上拉電阻RP的選擇：(max)(min)()PIH

14、OHOHccRmInIVVRp(max)= IHOHOH(min)ccImnIVV第26頁(yè)/共32頁(yè)(四)OC門(mén)進(jìn)行線與時(shí)，外接上拉電阻RP的選擇：（2）當(dāng)輸出低電平時(shí)，RP不能太小 限流，RP為最小值時(shí)要保證輸出電壓為VOL（max），RP（min）RPRP（max）+V&RPCCOLVIILILIn&m&IOL第27頁(yè)/共32頁(yè) 由于OC門(mén)輸出不是推拉式(Totem)結(jié)構(gòu)，省去了有源負(fù)載，帶負(fù)載能力下降 RP選擇受到限制不能太小，影響工作速度第28頁(yè)/共32頁(yè)（一）三態(tài)輸出門(mén)的結(jié)構(gòu)及工作原理1.當(dāng)EN=0時(shí)，G輸出為1，D1截止，相當(dāng)于一個(gè)正常的二輸入端與非門(mén)，稱為

15、正常工作狀態(tài)。2.當(dāng)EN=1時(shí)，G輸出為0，T4、T3都截止。這時(shí)從輸出端L看進(jìn)去，呈現(xiàn)高阻，稱為高阻態(tài)，或禁止態(tài)。十.TTL三態(tài)輸出門(mén)電路+VL123123D123D13ABT1b1R3TR4CCTTc2R2VRc2e2c4pEN11G&ENABL&ENABLCS數(shù)據(jù)輸入端輸出端LAB00010111011101高阻高阻第29頁(yè)/共32頁(yè)三態(tài)門(mén)在計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應(yīng)用。1.組成單向總線，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分時(shí)單向傳送.2.組成雙向總線，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分時(shí)雙向傳送。（二）三態(tài)門(mén)的應(yīng)用AEN&BAEN&BAEN&BENENEN111222333總線G1G2G3EN1總線DDIO1EN/I