實驗二TTL與非門的參數(shù)和特性測試課件

3.3.1TTL與非門

3.3.2低功耗肖特基系列

3.3TTL集成邏輯門電路3.3.4TTL數(shù)字集成電路系列

3.3.3其它功能的TTL門電路返回結(jié)束放映3.3.5TTL集成邏輯門的使用注意事項

11/23/202213.3.1TTL與非門3.3.2低功耗肖特基系列3復習1、三極管飽和導通相當于開關(guān)是什么狀態(tài)？2、什么是狀態(tài)賦值？3、二極管與門、或門有何優(yōu)點和缺點？11/23/20222復習1、三極管飽和導通相當于開關(guān)是什么狀態(tài)？11/22/203.3TTL集成邏輯門電路

TTL集成邏輯門電路的輸入和輸出結(jié)構(gòu)均采用半導體三極管，所以稱晶體管—晶體管邏輯門電路，簡稱TTL電路。

簡單了解TTL與非門的電路及工作原理，重點掌握其特性曲線和主要參數(shù)（應用所需知識）。11/23/202233.3TTL集成邏輯門電路TTL集成邏輯門電路的輸一、TTL與非門的工作原理1.電路組成返回圖3-9TTL與非門電路及邏輯符號

3.3.1TTL與非門

11/23/20224一、TTL與非門的工作原理1.電路組成返回圖3-9TTL(1)輸入級

當輸入有一個或數(shù)個為低電平時，uIL=0.3V，發(fā)射結(jié)正向?qū)ǎ?/p>

uB1=1.0V;當輸入全為高電平時，

uIH=3.6V，發(fā)射結(jié)受后級電路的影響將反向截止。uB1由后級電路決定。11/23/20225(1)輸入級當輸入有一個或數(shù)個為低電平時，uIL=0.3(2)中間級反相器VT2實現(xiàn)非邏輯反相輸出同相輸出向后級提供反相與同相輸出。輸入高電壓時飽和輸入低電壓時截止11/23/20226(2)中間級反相器VT2反相輸出同相輸出向后級提供反相與同(3)輸出級（推拉式輸出）VT3為射極跟隨器低輸入高輸入飽和截止低輸入高輸入截止導通11/23/20227(3)輸出級（推拉式輸出）VT3為射極跟隨器低輸入高輸入飽2.工作原理（1）當輸入全為高電平時，

uI=3.6V，VT1處于倒置工作狀態(tài)，集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，uB1=0.7V×3=2.1V，VT2和VT4飽和，輸出為低電平uO=0.3V。2.1V0.3V3.6V11/23/202282.工作原理（1）當輸入全為高電平時，uI=3.6V，（2）當輸入端有一個或數(shù)個為低電平時，uI=0.3V，VT1發(fā)射結(jié)導通，

uB1=0.3V+0.7V=1V，VT2和VT4均截止，VT3和VD導通,輸出高電平：

uO=VCC-UBE3-UD≈5V-0.7V-0.7V=3.6V1V3.6V0.3V11/23/20229（2）當輸入端有一個或數(shù)個為低電平時，uI=0.3V，VT1

(3)采用推拉式輸出級利于提高開關(guān)速度和負載能力

VT3組成射極輸出器，優(yōu)點是既能提高開關(guān)速度，又能提高負載能力。當輸入高電平時，VT4飽和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集電極電流可以全部用來驅(qū)動負載。當輸入低電平時，VT4截止，VT3導通(為射極輸出器)，其輸出電阻很小，帶負載能力很強?？梢?，無論輸入如何，VT3和VT4總是一管導通而另一管截止。這種推拉式工作方式，帶負載能力很強。

11/23/202210(3)采用推拉式輸出級利于提高開關(guān)速度和負載能力1、電壓傳輸特性：輸出電壓uO與輸入電壓uI的關(guān)系曲線。特性曲線如下：圖3-10CT74S與非門的電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)飽和區(qū)VT4飽和，稱開門返回二、二、電壓傳輸特性和噪聲容限VT4截止，稱關(guān)門截止區(qū)11/23/2022111、電壓傳輸特性：輸出電壓uO與輸入電壓uI的關(guān)系曲線。圖32.結(jié)合電壓傳輸特性介紹幾個參數(shù)

(1)輸出高電平UOH

典型值為3V。(2)輸出低電平UOL

典型值為0.3V。11/23/2022122.結(jié)合電壓傳輸特性介紹幾個參數(shù)(1)輸出高電平UO(3)開門電平UON在保證輸出為標準低電平USL時，允許輸入高電平的最小值，用UON表示。(4)關(guān)門電平UOFF在保證輸出為標準高電平USH時，允許輸入低電平的最大值，用UOFF表示。11/23/202213(3)開門電平UON(4)關(guān)門電平UOFF11/22/2

(5)閾值電壓UTH

電壓傳輸特性曲線轉(zhuǎn)折區(qū)中點所對應的uI值稱為閾值電壓UTH（又稱門檻電平）。通常UTH≈1.4V。

(6)輸入噪聲容限（UNL和UNH）輸入噪聲容限也稱抗干擾能力，它反映門電路在多大的干擾電壓下仍能正常工作。UNL和UNH越大，電路的抗干擾能力越強。11/23/202214(5)閾值電壓UTH(6)輸入噪聲容限（UNL和U①低電平噪聲容限（低電平正向干擾范圍）UNL=UOFF-UIL

UIL為電路輸入低電平的典型值（0.3V）若UOFF=1V，則有UNL=1-0.3=0.7(V)

②高電平噪聲容限（高電平負向干擾范圍）UNH=UIH-UONUIH為電路輸入高電平的典型值（3V）若UON=1.2V，則有UNH=3-1.2=1.8(V)11/23/202215①低電平噪聲容限（低電平正向干擾范圍）②高電平噪聲容圖3-11輸入負載特性曲線（a）測試電路（b）輸入負載特性曲線

TTL與非門的輸入端對地接上電阻RI時，uI隨RI

的變化而變化的關(guān)系曲線。三、輸入負載特性11/23/202216圖3-11輸入負載特性曲線TTL與非門的輸入端對地接

在一定范圍內(nèi)，uI隨RI的增大而升高。但當輸入電壓uI達到1.4V以后，uB1=2.1V，RI增大，由于uB1不變，故uI=1.4V也不變。這時VT2和VT4飽和導通，輸出為低電平。虛框內(nèi)為TTL與非門的部分內(nèi)部電路

11/23/202217在一定范圍內(nèi)，uI隨RI的增大而升高。但當輸入電壓uI達RI不大不小時，工作在線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。RI較小時，關(guān)門，輸出高電平；RI較大時，開門，輸出低電平；ROFFRONRI→∞懸空時？11/23/202218RI不大不小時，工作在線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。RI較小時，關(guān)門，

(1)關(guān)門電阻ROFF——在保證門電路輸出為額定高電平的條件下，所允許RI

的最大值稱為關(guān)門電阻。典型的TTL門電路ROFF≈0.7kΩ。

(2)開門電阻RON——在保證門電路輸出為額定低電平的條件下，所允許RI

的最小值稱為開門電阻。典型的TTL門電路RON≈2.1kΩ。數(shù)字電路中要求輸入負載電阻RI≥RON或RI≤ROFF，否則輸入信號將不在高低電平范圍內(nèi)。振蕩電路則令ROFF≤RI≤RON使電路處于轉(zhuǎn)折區(qū)。11/23/202219(1)關(guān)門電阻ROFF——在保證門電路輸出為額定四、輸出負載特性

指輸出電壓與輸出電流之間的關(guān)系曲線。1、輸出高電平時的輸出特性負載電流iL不可過大，否則輸出高電平會降低。圖3-12輸出高電平時的輸出特性（a）電路（b）特性曲線拉電流負載11/23/202220四、輸出負載特性指輸出電壓與輸出電流之間的關(guān)系曲線。1圖2-14輸出低電平時的輸出特性（a）電路（b）特性曲線2、輸出低電平時的輸出特性負載電流iL不可過大，否則輸出低電平會升高。

一般灌電流在20mA以下時，電路可以正常工作。典型TTL門電路的灌電流負載為12.8mA。灌電流負載11/23/202221圖2-14輸出低電平時的輸出特性2、輸出低電平時的輸出特性五、平均傳輸延遲時間tpd

平均傳輸延遲時間tpd表征了門電路的開關(guān)速度。tpd=（tpLH+tpHL）/2

圖3-13TTL與非門的平均延遲時間

返回11/23/202222五、平均傳輸延遲時間tpd平均傳輸延遲時間tpd表征了3.3.2低功耗肖特基系列

低功耗肖特基與非門有如下特點：1、功耗低其功耗約為2ｍW，僅為CTS系列的1/10。2、工作速度高。為了提高工作速度，電路采用了以下措施：（1）、采用了抗飽和三極管和由V6、RB和RC組成的有源泄放電路；（2）、輸入級的多發(fā)射極三極管改用沒有電荷存儲效應的肖特基勢壘二極管SBD代替；（3）、在輸出級和中間級之間接入了兩個SBD。11/23/2022233.3.2低功耗肖特基系列低功耗肖特基與非門有如下特點返回為何要采用集電極開路門呢？

推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)存在局限性。

首先，輸出端不能并聯(lián)使用。若兩個門的輸出一高一低，當兩個門的輸出端并聯(lián)以后，必然有很大的電流同時流過這兩個門的輸出級，而且電流的數(shù)值遠遠超過正常的工作電流，可能使門電路損壞。而且，輸出端也呈現(xiàn)不高不低的電平，不能實現(xiàn)應有的邏輯功能。

3.3.3其它功能的TTL門電路一、集電極開路與非門（OC門）11/23/202224返回為何要采用集電極開路門呢？推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)存在局限性圖3-14集電極開路門及其邏輯符號1、OC門的工作原理OC門工作時需要在輸出端和電源之間外接一個上拉電阻。其工作原理如下：當A、B、C全為高電平時VT2和VT5飽和導通，輸出低電平；當A、B、C有低電平時，VT2和VT5截止，輸出高電平。因此OC門具有與非功能，其邏輯表達式為：集電極開路11/23/202225圖3-14集電極開路門及其邏輯符號1、OC門的工作原理O2、OC門的應用（1）實現(xiàn)線與功能（2）驅(qū)動顯示器（如圖3-16）（3）實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換（如：圖3-17）圖3-15用OC門實現(xiàn)線與圖3-16圖3-1711/23/2022262、OC門的應用（1）實現(xiàn)線與功能（2）驅(qū)動顯示器（如圖3-二、三態(tài)輸出門電路（TS門）三態(tài)門電路的輸出有三種可能出現(xiàn)的狀態(tài)：高電平、低電平、高阻。懸空、懸浮狀態(tài)，又稱為禁止狀態(tài)。測電阻為∞，故稱為高阻狀態(tài)。測電壓為0V，但不是接地。測其電流也為0A。何為高阻狀態(tài)？11/23/202227二、三態(tài)輸出門電路（TS門）三態(tài)門電路的輸出有三種可(1)三態(tài)門的電路結(jié)構(gòu)1．三態(tài)門的工作原理圖3-18電路結(jié)構(gòu)11/23/202228(1)三態(tài)門的電路結(jié)構(gòu)1．三態(tài)門的工作原理圖3-18電路結(jié)構(gòu)(2)三態(tài)門的工作原理01截止Y＝AB

EN=0時，電路為正常的與非工作狀態(tài)，所以稱控制端低電平有效。當EN=1時，門電路輸出端處于懸空的高阻狀態(tài)。11/23/202229(2)三態(tài)門的工作原理01截止Y＝ABEN=0時控制端高電平有效的三態(tài)門(3)邏輯符號控制端低電平有效的三態(tài)門用“▽”表示輸出為三態(tài)。高電平有效低電平有效11/23/202230控制端高電平有效的三態(tài)門(3)邏輯符號控制端低電平有效的三態(tài)（2）用三態(tài)門構(gòu)成雙向總線EN1、EN2、EN3輪流為高電平，且任何時刻只有一個三態(tài)門工作，則三個門電路輪流將信號送到總線上。當EN=1時，G2呈高阻態(tài)，G1工作，輸入數(shù)據(jù)D0經(jīng)G1反相后送到總線上；當EN=0時，G1呈高阻礙態(tài)，G2工作，總線上的數(shù)據(jù)D1經(jīng)G2反相后輸出。（1）用三態(tài)門構(gòu)成單向總線2、三態(tài)門的應用11/23/202231（2）用三態(tài)門構(gòu)成雙向總線EN1、EN2、EN3輪流為高電平一、CT54系列和CT74系列二、TTL集成邏輯門電路的子系列1、CT74標準系列2、CT74H高速系列3、CT74L低功耗系列4、CT74S肖特基系列5、CT74LS低功耗肖特基系列6、CT74AS先進肖特基系列7、CT74ALS先進低功耗肖特基系列3.3.4TTL數(shù)字集成電路系列

11/23/202232一、CT54系列和CT74系列3.3.4TTL數(shù)字集成電一、電源電壓及電源干擾的消除二、輸出端的連接三、閑置輸入端的處理四、電路安裝接線和焊接應注意的問題五、調(diào)試中應注意的問題3.3.5TTL集成邏輯門的使用注意事項

11/23/202233一、電源電壓及電源干擾的消除3.3.5TTL集成邏輯門的作業(yè)題:P64思考題返回小結(jié):1、TTL與非門電路分析；2、了解其它形式的門電路。11/23/202234作業(yè)題:P64思考題返回小結(jié):1、TTL與非門電路分析；11返回首頁再見！11/23/202235返回首頁再見！11/22/2022353.3.1TTL與非門

3.3.2低功耗肖特基系列

3.3TTL集成邏輯門電路3.3.4TTL數(shù)字集成電路系列

3.3.3其它功能的TTL門電路返回結(jié)束放映3.3.5TTL集成邏輯門的使用注意事項

11/23/2022363.3.1TTL與非門3.3.2低功耗肖特基系列3復習1、三極管飽和導通相當于開關(guān)是什么狀態(tài)？2、什么是狀態(tài)賦值？3、二極管與門、或門有何優(yōu)點和缺點？11/23/202237復習1、三極管飽和導通相當于開關(guān)是什么狀態(tài)？11/22/203.3TTL集成邏輯門電路

TTL集成邏輯門電路的輸入和輸出結(jié)構(gòu)均采用半導體三極管，所以稱晶體管—晶體管邏輯門電路，簡稱TTL電路。

簡單了解TTL與非門的電路及工作原理，重點掌握其特性曲線和主要參數(shù)（應用所需知識）。11/23/2022383.3TTL集成邏輯門電路TTL集成邏輯門電路的輸一、TTL與非門的工作原理1.電路組成返回圖3-9TTL與非門電路及邏輯符號

3.3.1TTL與非門

11/23/202239一、TTL與非門的工作原理1.電路組成返回圖3-9TTL(1)輸入級

當輸入有一個或數(shù)個為低電平時，uIL=0.3V，發(fā)射結(jié)正向?qū)ǎ?/p>

uB1=1.0V;當輸入全為高電平時，

uIH=3.6V，發(fā)射結(jié)受后級電路的影響將反向截止。uB1由后級電路決定。11/23/202240(1)輸入級當輸入有一個或數(shù)個為低電平時，uIL=0.3(2)中間級反相器VT2實現(xiàn)非邏輯反相輸出同相輸出向后級提供反相與同相輸出。輸入高電壓時飽和輸入低電壓時截止11/23/202241(2)中間級反相器VT2反相輸出同相輸出向后級提供反相與同(3)輸出級（推拉式輸出）VT3為射極跟隨器低輸入高輸入飽和截止低輸入高輸入截止導通11/23/202242(3)輸出級（推拉式輸出）VT3為射極跟隨器低輸入高輸入飽2.工作原理（1）當輸入全為高電平時，

uI=3.6V，VT1處于倒置工作狀態(tài)，集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，uB1=0.7V×3=2.1V，VT2和VT4飽和，輸出為低電平uO=0.3V。2.1V0.3V3.6V11/23/2022432.工作原理（1）當輸入全為高電平時，uI=3.6V，（2）當輸入端有一個或數(shù)個為低電平時，uI=0.3V，VT1發(fā)射結(jié)導通，

uB1=0.3V+0.7V=1V，VT2和VT4均截止，VT3和VD導通,輸出高電平：

uO=VCC-UBE3-UD≈5V-0.7V-0.7V=3.6V1V3.6V0.3V11/23/202244（2）當輸入端有一個或數(shù)個為低電平時，uI=0.3V，VT1

(3)采用推拉式輸出級利于提高開關(guān)速度和負載能力

VT3組成射極輸出器，優(yōu)點是既能提高開關(guān)速度，又能提高負載能力。當輸入高電平時，VT4飽和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集電極電流可以全部用來驅(qū)動負載。當輸入低電平時，VT4截止，VT3導通(為射極輸出器)，其輸出電阻很小，帶負載能力很強?？梢?，無論輸入如何，VT3和VT4總是一管導通而另一管截止。這種推拉式工作方式，帶負載能力很強。

11/23/202245(3)采用推拉式輸出級利于提高開關(guān)速度和負載能力1、電壓傳輸特性：輸出電壓uO與輸入電壓uI的關(guān)系曲線。特性曲線如下：圖3-10CT74S與非門的電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)飽和區(qū)VT4飽和，稱開門返回二、二、電壓傳輸特性和噪聲容限VT4截止，稱關(guān)門截止區(qū)11/23/2022461、電壓傳輸特性：輸出電壓uO與輸入電壓uI的關(guān)系曲線。圖32.結(jié)合電壓傳輸特性介紹幾個參數(shù)

(1)輸出高電平UOH

典型值為3V。(2)輸出低電平UOL

典型值為0.3V。11/23/2022472.結(jié)合電壓傳輸特性介紹幾個參數(shù)(1)輸出高電平UO(3)開門電平UON在保證輸出為標準低電平USL時，允許輸入高電平的最小值，用UON表示。(4)關(guān)門電平UOFF在保證輸出為標準高電平USH時，允許輸入低電平的最大值，用UOFF表示。11/23/202248(3)開門電平UON(4)關(guān)門電平UOFF11/22/2

(5)閾值電壓UTH

電壓傳輸特性曲線轉(zhuǎn)折區(qū)中點所對應的uI值稱為閾值電壓UTH（又稱門檻電平）。通常UTH≈1.4V。

(6)輸入噪聲容限（UNL和UNH）輸入噪聲容限也稱抗干擾能力，它反映門電路在多大的干擾電壓下仍能正常工作。UNL和UNH越大，電路的抗干擾能力越強。11/23/202249(5)閾值電壓UTH(6)輸入噪聲容限（UNL和U①低電平噪聲容限（低電平正向干擾范圍）UNL=UOFF-UIL

UIL為電路輸入低電平的典型值（0.3V）若UOFF=1V，則有UNL=1-0.3=0.7(V)

②高電平噪聲容限（高電平負向干擾范圍）UNH=UIH-UONUIH為電路輸入高電平的典型值（3V）若UON=1.2V，則有UNH=3-1.2=1.8(V)11/23/202250①低電平噪聲容限（低電平正向干擾范圍）②高電平噪聲容圖3-11輸入負載特性曲線（a）測試電路（b）輸入負載特性曲線

TTL與非門的輸入端對地接上電阻RI時，uI隨RI

的變化而變化的關(guān)系曲線。三、輸入負載特性11/23/202251圖3-11輸入負載特性曲線TTL與非門的輸入端對地接

在一定范圍內(nèi)，uI隨RI的增大而升高。但當輸入電壓uI達到1.4V以后，uB1=2.1V，RI增大，由于uB1不變，故uI=1.4V也不變。這時VT2和VT4飽和導通，輸出為低電平。虛框內(nèi)為TTL與非門的部分內(nèi)部電路

11/23/202252在一定范圍內(nèi)，uI隨RI的增大而升高。但當輸入電壓uI達RI不大不小時，工作在線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。RI較小時，關(guān)門，輸出高電平；RI較大時，開門，輸出低電平；ROFFRONRI→∞懸空時？11/23/202253RI不大不小時，工作在線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。RI較小時，關(guān)門，

(1)關(guān)門電阻ROFF——在保證門電路輸出為額定高電平的條件下，所允許RI

的最大值稱為關(guān)門電阻。典型的TTL門電路ROFF≈0.7kΩ。

(2)開門電阻RON——在保證門電路輸出為額定低電平的條件下，所允許RI

的最小值稱為開門電阻。典型的TTL門電路RON≈2.1kΩ。數(shù)字電路中要求輸入負載電阻RI≥RON或RI≤ROFF，否則輸入信號將不在高低電平范圍內(nèi)。振蕩電路則令ROFF≤RI≤RON使電路處于轉(zhuǎn)折區(qū)。11/23/202254(1)關(guān)門電阻ROFF——在保證門電路輸出為額定四、輸出負載特性

指輸出電壓與輸出電流之間的關(guān)系曲線。1、輸出高電平時的輸出特性負載電流iL不可過大，否則輸出高電平會降低。圖3-12輸出高電平時的輸出特性（a）電路（b）特性曲線拉電流負載11/23/202255四、輸出負載特性指輸出電壓與輸出電流之間的關(guān)系曲線。1圖2-14輸出低電平時的輸出特性（a）電路（b）特性曲線2、輸出低電平時的輸出特性負載電流iL不可過大，否則輸出低電平會升高。

一般灌電流在20mA以下時，電路可以正常工作。典型TTL門電路的灌電流負載為12.8mA。灌電流負載11/23/202256圖2-14輸出低電平時的輸出特性2、輸出低電平時的輸出特性五、平均傳輸延遲時間tpd

平均傳輸延遲時間tpd表征了門電路的開關(guān)速度。tpd=（tpLH+tpHL）/2

圖3-13TTL與非門的平均延遲時間

返回11/23/202257五、平均傳輸延遲時間tpd平均傳輸延遲時間tpd表征了3.3.2低功耗肖特基系列

低功耗肖特基與非門有如下特點：1、功耗低其功耗約為2ｍW，僅為CTS系列的1/10。2、工作速度高。為了提高工作速度，電路采用了以下措施：（1）、采用了抗飽和三極管和由V6、RB和RC組成的有源泄放電路；（2）、輸入級的多發(fā)射極三極管改用沒有電荷存儲效應的肖特基勢壘二極管SBD代替；（3）、在輸出級和中間級之間接入了兩個SBD。11/23/2022583.3.2低功耗肖特基系列低功耗肖特基與非門有如下特點返回為何要采用集電極開路門呢？

推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)存在局限性。

首先，輸出端不能并聯(lián)使用。若兩個門的輸出一高一低，當兩個門的輸出端并聯(lián)以后，必然有很大的電流同時流過這兩個門的輸出級，而且電流的數(shù)值遠遠超過正常的工作電流，可能使門電路損壞。而且，輸出端也呈現(xiàn)不高不低的電平，不能實現(xiàn)應有的邏輯功能。

3.3.3其它功能的TTL門電路一、集電極開路與非門（OC門）11/23/202259返回為何要采用集電極開路門呢？推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)存在局限性圖3-14集電極開路門及其邏輯符號1、OC門的工作原理OC門工作時需要在輸出端和電源之間外接一個上拉電阻。其工作原理如下：當A、B、C全為高電平時VT2和VT5飽和導通，輸出低電平；當A、B、C有低電平時，VT2和VT5截止，輸出高電平。因此OC門具有與非功能，其邏輯表達式為：集電極開路11/23/202260圖3-14集電極開路門及其邏輯符號1、OC門的工作原理O2、OC門的應用（1）實現(xiàn)線與功能（2）驅(qū)動顯示器（如圖3-16）（3）實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換（如：圖3-17）圖3-15用OC門實現(xiàn)線與圖3-16圖3-1711/23/2022612、OC門的應用（1）實現(xiàn)線與功能（2）驅(qū)動顯示器（如圖3-