數(shù)電課件 3-2

1、3.2TTL集成邏輯門R6AVCCT4T3DR4T2R5R3T1BCR1R2Y圖3-2-1 DTL與非與非門早期的雙極型集成邏輯早期的雙極型集成邏輯門采用的是二極管三極管門采用的是二極管三極管（DTL）形式。由于速度較）形式。由于速度較低，發(fā)展成晶體管晶體管低，發(fā)展成晶體管晶體管電路（電路（TTL）形式。目前國）形式。目前國產(chǎn)的產(chǎn)的TTL集成電路有：集成電路有：CT54/74系列（標(biāo)準(zhǔn)通用系列（標(biāo)準(zhǔn)通用系列）；系列）；CT54H/74H系列（高速系列）；系列（高速系列）；CT54S/74S系列（肖特基系列）；系列（肖特基系列）；CT54LS/74LS系列（低功耗肖特基系列）；系列（低功耗肖特基

2、系列）；R4AVCCT4T3D4R2T2R3T1BCR1Y圖3-2-2 CT54/74系列與非門 k4 .6k1 k1 0313.2.13.2.1晶體管晶體管邏輯門電路（晶體管晶體管邏輯門電路（TTL）TTL與非與非門由三部分組門由三部分組成：多發(fā)射極晶體管成：多發(fā)射極晶體管T1和電和電阻阻R1構(gòu)成電路的構(gòu)成電路的輸入級輸入級，輸，輸入信號通過入信號通過T1的發(fā)射結(jié)實(shí)現(xiàn)的發(fā)射結(jié)實(shí)現(xiàn)與與邏輯；邏輯；T2和電阻和電阻R2、R3組組成成中間級中間級，從，從T2的集電結(jié)和的集電結(jié)和發(fā)射極同時(shí)輸出兩個(gè)相位相發(fā)射極同時(shí)輸出兩個(gè)相位相反的信號，作為反的信號，作為T3和和T4輸出輸出級的驅(qū)動(dòng)信號；級的驅(qū)動(dòng)信號

3、；T3、D4、T4和和R4構(gòu)成推拉式的構(gòu)成推拉式的輸出級輸出級?；竟ぷ髑闆r基本工作情況R4AVCCT4T3D4R2T2R3T1BCR1Y圖3-2-2 CT54/74系列與非門 k4 .6k1 k1 031當(dāng)輸入信號當(dāng)輸入信號A、B、C中至少有中至少有一個(gè)為低電平一個(gè)為低電平(0.3V)時(shí)，時(shí)，多發(fā)射極晶多發(fā)射極晶體管體管T1的基極和低電平發(fā)射極之間，的基極和低電平發(fā)射極之間，有一壓降約為有一壓降約為0.7V，T1的基極電位約的基極電位約為為1V，因此，因此T2和和T4均不會(huì)導(dǎo)通。由于均不會(huì)導(dǎo)通。由于T2截止，截止，VCC經(jīng)經(jīng)R2驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)T3和和D4，使之，使之處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此輸出電壓處于導(dǎo)

4、通狀態(tài)。因此輸出電壓vO為：為：D4BE32B3CCOvvRiVv 由于基流由于基流iB3很小，可忽略很小，可忽略不計(jì)，則不計(jì)，則3.6VV7 . 0V7 . 0V5D4BE3CCO vvVv即輸出為高電平，有時(shí)稱電路處于關(guān)態(tài)。即輸出為高電平，有時(shí)稱電路處于關(guān)態(tài)。R4AVCCT4T3D4R2T2R3T1BCR1Y圖3-2-2 CT54/74系列與非門 k4 .6k1 k1 031當(dāng)輸入信號當(dāng)輸入信號A、B、C全部為高電平全部為高電平(3.6V)時(shí)，時(shí)，T1的基極電位升高，足以的基極電位升高，足以使使T1集電結(jié)、集電結(jié)、T2和和T4的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通。的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通。假設(shè)每個(gè)假設(shè)每個(gè)PN結(jié)導(dǎo)通壓降為結(jié)導(dǎo)

5、通壓降為0.7V，則，則T1基極電位被鉗制在基極電位被鉗制在2.1V左右，左右，T2處處于飽和導(dǎo)通，于飽和導(dǎo)通， T2的集電結(jié)電位約為的集電結(jié)電位約為1V，不能驅(qū)動(dòng)，不能驅(qū)動(dòng)T3和和D4，使之處于截止?fàn)顟B(tài)。輸出電，使之處于截止?fàn)顟B(tài)。輸出電壓為：壓為：V3 . 0CE(sat)4OLO VVv即輸出為低電平，稱電路即輸出為低電平，稱電路處于開態(tài)。處于開態(tài)。由此可見，由此可見，電路具有電路具有與非與非門的邏輯功能。門的邏輯功能。表3-2-1 TTL門電路各晶體管工作狀態(tài)vI/ /V3210123avO/ /VbcdeVNHVNLVILVoffVthVon圖3-2-3 電壓傳輸特性3.2.23.2.

6、2TTL與非與非門的電壓傳輸特性門的電壓傳輸特性電壓傳輸特性電壓傳輸特性ab段段：對應(yīng)：對應(yīng)vI0.6V，T1正正向飽和導(dǎo)通，向飽和導(dǎo)通，T2和和T4處于截止處于截止?fàn)顟B(tài)，狀態(tài)，T3和和D4導(dǎo)通，輸出高電導(dǎo)通，輸出高電平平(3.6V)。稱為。稱為截止區(qū)截止區(qū)，電路處，電路處于穩(wěn)定的于穩(wěn)定的關(guān)態(tài)關(guān)態(tài)。bc段段：對應(yīng)：對應(yīng)vI0.61.3V，T1正 向 飽 和 導(dǎo) 通 ，正 向 飽 和 導(dǎo) 通 ， 1.3V，T4開始導(dǎo)通。當(dāng)開始導(dǎo)通。當(dāng)vI增加時(shí)，輸出電壓增加時(shí)，輸出電壓急劇下降，急劇下降，T3和和D4趨向截止，趨向截止，T4趨向飽和，電路狀態(tài)由關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)趨向飽和，電路狀態(tài)由關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)換為開態(tài)。這一段稱為

7、換為開態(tài)。這一段稱為轉(zhuǎn)折區(qū)轉(zhuǎn)折區(qū)。vI/ /V3210123avO/ /VbcdeVNHVNLVILVoffVthVon圖3-2-3 電壓傳輸特性de段段：隨著：隨著vI增加，增加，T1進(jìn)入倒置工作狀態(tài)，進(jìn)入倒置工作狀態(tài)，T3、D4進(jìn)入截止，進(jìn)入截止， T4進(jìn)入飽和，進(jìn)入飽和，輸出低電平近似為輸出低電平近似為0.3V，電路進(jìn)入穩(wěn)定的開態(tài)。這電路進(jìn)入穩(wěn)定的開態(tài)。這一段稱為一段稱為飽和區(qū)飽和區(qū)。從電壓傳輸特性曲線從電壓傳輸特性曲線可以反映出可以反映出TTL與非與非門的門的幾個(gè)主要特性參數(shù)。幾個(gè)主要特性參數(shù)。(1) 輸出邏輯高電平和輸出邏輯低電平輸出邏輯高電平和輸出邏輯低電平在電壓傳輸特性曲線截止區(qū)

8、的輸出電壓為輸出邏輯高電平在電壓傳輸特性曲線截止區(qū)的輸出電壓為輸出邏輯高電平VOH， VOH=3.6V。飽和區(qū)的輸出電壓為輸出邏輯低電平飽和區(qū)的輸出電壓為輸出邏輯低電平VOL， VOL=0.3V.一般產(chǎn)品一般產(chǎn)品規(guī)定規(guī)定VOH3.6V， VOL0.4V為合格。為合格。(2) 開門電平開門電平(Von)和關(guān)門電平和關(guān)門電平(Voff)及閾值電壓及閾值電壓(Vth)在保證輸出為額定高電平在保證輸出為額定高電平(3V)的的90%(2.7V)的條件下，允許的條件下，允許的輸入低電平的最大值，稱為的輸入低電平的最大值，稱為關(guān)門電平關(guān)門電平Voff；在保證輸出為額定低電平在保證輸出為額定低電平(0.3V)

9、的條件下，允許的輸入高電的條件下，允許的輸入高電平的最小值，稱為平的最小值，稱為開門電平開門電平Von。一般產(chǎn)品要求一般產(chǎn)品要求Voff0.8V，Von1.8V。轉(zhuǎn)折區(qū)的中點(diǎn)對應(yīng)的輸入電壓稱為轉(zhuǎn)折區(qū)的中點(diǎn)對應(yīng)的輸入電壓稱為TTL門的閾值電壓門的閾值電壓Vth，（門檻電壓）。一般（門檻電壓）。一般Vth1.4V。(3) 抗干擾能力抗干擾能力在集成電路中，經(jīng)常以在集成電路中，經(jīng)常以噪聲容限噪聲容限的數(shù)值來定量地說明門電的數(shù)值來定量地說明門電路的抗干擾能力。路的抗干擾能力。（噪聲容限指噪聲容限指對干擾幅度的限制）對干擾幅度的限制）低電平噪聲容限低電平噪聲容限是指保證輸出高電平的前提下，允許疊加是指保

10、證輸出高電平的前提下，允許疊加在輸入低電平上的最大噪聲聲壓。在輸入低電平上的最大噪聲聲壓。 VNL=Voff-VIL。高電平噪聲容限高電平噪聲容限是指保證輸出低電平的前提下，允許疊加是指保證輸出低電平的前提下，允許疊加在輸入高電平上的最大噪聲聲壓。在輸入高電平上的最大噪聲聲壓。 VNH=VIH-Von。另外，隨著溫度的升高，輸出高電平和輸出低電平都會(huì)升另外，隨著溫度的升高，輸出高電平和輸出低電平都會(huì)升高，閾值電壓卻降低。電源電壓的變化主要影響輸出高電平，高，閾值電壓卻降低。電源電壓的變化主要影響輸出高電平，對輸出低電平影響不大。對輸出低電平影響不大。2集電極開路的集電極開路的TTL與非與非門（

11、門（OC門）門）BAY圖3-2-15 非門的線與連接圖示電路為兩個(gè)非門的輸出端直圖示電路為兩個(gè)非門的輸出端直接連接的情況。其輸出與輸入間的關(guān)接連接的情況。其輸出與輸入間的關(guān)系為系為BAY 兩個(gè)邏輯門輸出端相連，可以實(shí)現(xiàn)兩兩個(gè)邏輯門輸出端相連，可以實(shí)現(xiàn)兩輸出相輸出相與與的功能，稱為的功能，稱為線與線與。在用門電路組合各種邏輯電路時(shí)，在用門電路組合各種邏輯電路時(shí)，如果能將輸出端直接并接，有時(shí)能大如果能將輸出端直接并接，有時(shí)能大大簡化電路。大簡化電路。圖3-2-17 集電極開路的與非門 及其邏輯符號VCCT4YBAT1T2YBA&(a)(b)OC門電路取消了典型門電路取消了典型TTL門電路中

12、門電路中T3、D4的輸出的輸出電路，在使用時(shí)外接一個(gè)電電路，在使用時(shí)外接一個(gè)電阻阻RL和外接電源和外接電源V。只要電阻只要電阻RL和電源和電源V的數(shù)的數(shù)值選擇恰當(dāng)，就能保證輸出值選擇恰當(dāng)，就能保證輸出的高、低電平符合要求，輸?shù)母?、低電平符合要求，輸出三極管出三極管T4的負(fù)載電流又不的負(fù)載電流又不過大。過大。OC門與典型的門與典型的TTL門的差別在于它取消了門的差別在于它取消了T3、D4的輸出電路，而在使用的輸出電路，而在使用時(shí)外界時(shí)外界RL和外接電源和外接電源V。圖圖3-2-18表示了表示了n個(gè)個(gè)OC門并聯(lián)使用的情況，其輸出門并聯(lián)使用的情況，其輸出IJCDABIJCDABY 圖3-2-18 n

13、個(gè)OC門并聯(lián)使用YBA&DC&JI&VCCRLn三態(tài)輸出門（三態(tài)門）三態(tài)輸出門（三態(tài)門）三態(tài)門是在普通門電路基礎(chǔ)三態(tài)門是在普通門電路基礎(chǔ)上，增加控制端上，增加控制端（使能端）（使能端）和控制電路構(gòu)成的。和控制電路構(gòu)成的。 表3.2.3三態(tài)與非門的真值表 EN A B F 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 X X 1 1 1 0 z VCCT5T3T2Y圖3-2-22 CT54H/74H系列與非門T1ABCT4k3750100560k33.2.43.2.4其他系列其他系列TTL門電路門電路CT54H/74H系列系列改進(jìn)：改進(jìn)：(1) 輸出級用輸出級用T3

14、、T4復(fù)合管取代了原來復(fù)合管取代了原來的的T3、D4，使輸出電阻進(jìn)，使輸出電阻進(jìn)一步減小。提高了帶拉電一步減小。提高了帶拉電流負(fù)載的能力，加快了對流負(fù)載的能力，加快了對電容負(fù)載的充電速度。電容負(fù)載的充電速度。(2) 所有電阻值幾乎減小了一所有電阻值幾乎減小了一半，大大提高了三極管的半，大大提高了三極管的開關(guān)速度。開關(guān)速度。通常用功耗和傳輸延遲時(shí)間的乘積（簡稱通常用功耗和傳輸延遲時(shí)間的乘積（簡稱pd積）來評價(jià)門電路積）來評價(jià)門電路的性能優(yōu)劣。的性能優(yōu)劣。CT54H/74H與與CT54/74的的pd積相差不大。積相差不大。CT54S/74S系列系列VCCT5T3T2Y圖3-2-23 CT54S/7

15、4S系列與非門T1ABCT4.8k290050470250R1R2R4R3R6R5.5k3T6CT54S/74S系列采系列采用了抗飽和電路，從而用了抗飽和電路，從而提高了工作速度。提高了工作速度。特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1) T1、T2、T3、T5 、T6均采用抗飽均采用抗飽和三極管?？癸柡腿龢O和三極管。抗飽和三極管是由管是由雙極型三極管雙極型三極管和和肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管組成組成的。的。圖3-2-24 抗飽和晶體管BCEBCE(a)(b)肖特基勢壘二極管（肖特基勢壘二極管（SBD）具有具有正向壓降小正向壓降?。?.10.3V）和）和沒有電荷存儲作用，開關(guān)速度快沒有電荷存儲作用，開關(guān)速度快的特點(diǎn)。將的特點(diǎn)。將SBD并接在三極管的并接在三極管的B和和C電極之間，可避免三極管進(jìn)電極之間，可避免三極管進(jìn)入深飽和狀態(tài)，大大提高了工作入深飽和狀態(tài)，大大提高了工作速度。速度。CT54S/74S系列系列pd積較積較54/74和和54H/74H有所改善。有所改善。VCCT5T3T2Y圖3-2-26 CT54LS/74LS系列與非門ABT40k2k8120k5 . 1k3R1R2R4R3R6R5k4T6R7k12D1D2D3D4CT54LS/74LS系列系列特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1) 電阻值電阻值增大，增大，R5由接地改為接由