TTL集成門電路課件

按集成度不同小規(guī)模集成電路：SSI中規(guī)模集成電路：MSI大規(guī)模集成電路：LSI超大規(guī)模集成電路：VLSI按內(nèi)部有源器件不同雙極型集成電路：TTL單極型集成電路：CMOS2.3TTL集成門電路集成門電路：把構(gòu)成門電路的元器件和導(dǎo)線都制做在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來，就構(gòu)成了集成門電路。

1精選2021版課件2.3TTL集成門電路TTL：輸入輸出都是由三極管來完成的邏輯電路。Transistor-Transistor-Logic晶體管－晶體管－邏輯電路一般是中小規(guī)模集成電路所有的TTL電路工作電壓都是5V。2精選2021版課件一、TTL反相器的工作原理T1是輸入級，T2是中間級，T3

、T4

是輸出級。D1起保護(hù)作用，D起電平移位作用中間級：又叫中間反相級

1電路組成3精選2021版課件T1導(dǎo)通，T1基極電位被鉗位在1VUCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA由于T3工作在射極輸出器狀態(tài)，所以帶負(fù)載能力較強(qiáng)uI=UIL時(shí)uO=UOH3.6V0.3V設(shè)UIL=0.3V，UIH=3.6VuO

=5–UBE3

–UD2=3.6V。1VT1基極到地至少有兩個(gè)PN結(jié)T2截止T4截止截止截止5V電源通過R2向T3基極提供電壓T3和D都導(dǎo)通4精選2021版課件uI=UIH時(shí)UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYAuC2=UBES4+UBES2≈0.7+0.3=1V，可見輸出和輸入之間是反相關(guān)系，即:空載輸出時(shí)約為0.3V3.6V1.4V1V0.7V0.3VuO=UOLuE1=3.6VT1：倒置工作狀態(tài)（集電結(jié)正向?qū)ǘl(fā)射結(jié)反偏假設(shè)T1導(dǎo)通4.3V4.3V電壓足以使三個(gè)PN結(jié)導(dǎo)通

2.1V截止飽和T3

、D截止，T4飽和。5精選2021版課件二、TTL非門的特性曲線

輸出電壓隨輸入電壓uI的變化可用曲線表示出來，叫電壓傳輸特性（一）電壓傳輸特性uO/VuI/V055UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA電壓傳輸特性輸入高電平時(shí)，輸出低電平輸入低電平時(shí)，輸出高電平6精選2021版課件電壓傳輸特性大致可分四段uO/VuI/V055ABCDEAB段：UI≤0.5V時(shí)，uO=3.6V截止區(qū)截止區(qū)BC段：0.5<uI<1.3V，uo隨著uI增加而線性減小線性區(qū)線形區(qū)CD段：uI↑到1.4Vuo急劇下降，迅速達(dá)到低電平

轉(zhuǎn)折區(qū)轉(zhuǎn)折區(qū)DE段：uI>1.4Vuo=0.3V飽和區(qū)飽和區(qū)7精選2021版課件主要參數(shù)

閾值電壓T4管由截止到導(dǎo)通，輸出由高電平到低電平時(shí)對應(yīng)的輸入電壓ABCDE門檻電壓、門限電壓近似分析時(shí)：UI>Uth

門飽和，輸出低電平UL；

UI<Uth

門截止，輸出高電平UH

關(guān)門電平保證反相器處于截止?fàn)顟B(tài)（輸出為高電平）所對應(yīng)的輸入電壓的最大值Uth≈1.4VABCDEBABCDEACDEB閾值電壓ABCDEABCDEACDECuO/VuI/V055BADEUOFF=0.8V開門電平保證反相器處于導(dǎo)通狀態(tài)（輸出為低電平）所對應(yīng)的輸入電壓UOFF=2.0VUOFF=1.8VUihmin=2.0V要使反相器可靠截止，輸出為高電平，UI<UOFF要使反相器可靠飽和，輸出為低電平，UI>UON8精選2021版課件噪聲容限TTL電路中標(biāo)稱值：UL=0.3V，UH=3.6V輸入U(xiǎn)I偏離標(biāo)稱值時(shí)，輸出并不是立即變化，只要噪聲不超過一定限度，輸出端的邏輯狀態(tài)就不會受到影響。這個(gè)不允許超過的界限叫做噪聲容限

一般規(guī)定：TTL門輸出低電平最大值是0.4V；輸出高電平最小值是2.4V

低電平噪聲容限：

UNL=UOFF－UIL＝0.4V高電平噪聲容限:UNH=UIH-UON＝0.4V9精選2021版課件一般:ROFF=700ΩRON=2.5kΩ主要參數(shù)開門電阻(RON)關(guān)門電阻(ROFF)當(dāng)輸入電阻Ri>RON時(shí),相當(dāng)輸入高電平，門開，輸出低電平。當(dāng)輸入電阻Ri<ROFF時(shí),相當(dāng)輸入低電平，門關(guān)，輸出高電平。③懸空易引入干擾TTL與非門多余輸入端的處理①接高電平(如通過電阻接電源):不增加信號驅(qū)動(dòng)電流②與有用端并聯(lián):增加可靠性，需驅(qū)動(dòng)電流大在保證反相器開啟，輸出為額定低電平的條件下，所允許的輸入電阻Ri的最小值在保證反相器關(guān)閉，輸出為高電平的條件下，所允許的輸入電阻Ri的最大值10精選2021版課件（三）輸出特性1.高電平輸出特性輸出高電平時(shí)的等效電路UCCR2R4T3DuoRLIOH

隨著拉電流負(fù)載電流的增大，輸出高電平下降。當(dāng)RL=0時(shí)，叫輸出短路電流IOS輸出為高電平時(shí)，對地短路的時(shí)間不能超過1秒U(xiǎn)CCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA輸出高電平輸出時(shí)，T2

、T4

，截止等效11精選2021版課件2.低電平輸出特性輸出低電平時(shí)，D、T3

，截止，T4飽和UCCR1R2R4T3DT4R3D1T1T2uouIYA

T4工作在飽和狀態(tài)，輸出電阻很?。ㄒ话阒挥惺畮爪缸笥遥?，故隨灌電流IOL增大輸出低電平緩慢上升。輸出低電平時(shí)的等效電路等效RLUCCT4uoIOL12精選2021版課件扇入系數(shù)和扇出系數(shù)根據(jù)輸出端為低電平時(shí)允許灌入的最大負(fù)載電流ILmax，可求出驅(qū)動(dòng)門的扇出系數(shù)NO：扇入系數(shù)是指門的輸入端數(shù)扇出系數(shù)是指一個(gè)門能驅(qū)動(dòng)同類型門的個(gè)數(shù)13精選2021版課件5.動(dòng)態(tài)特性tpLH：截止延遲時(shí)間對TTL電路：典型值為：tpHL=8nstpLH=12nstpd=10ns

最大值為：tpHL=15nstpLH=22nstpd=18.5ns

早些的資料典型值tpd=20ns另外：在輸入電壓跳變瞬間，電源會出現(xiàn)尖峰電流傳輸延遲時(shí)間：tpd=（tpHL+tpLH）/2tpHL：導(dǎo)通延遲時(shí)間14精選2021版課件三、其它功能的TTL門電路

常用的其它功能的TTL門電路有：與門、與非門、或門、或非門、與或非門、異或門。1、與非門將輸入級T1換成多發(fā)射極三極管，相當(dāng)基極、集電極并聯(lián)在一起，發(fā)射極做輸入，實(shí)現(xiàn)與的功能15精選2021版課件2、或非門T1’、R1’、T2’、和T1、R1、T2是完全相同的兩部分T2和T2’輸出并聯(lián)，有一個(gè)導(dǎo)通，則T4導(dǎo)通，輸出低電平16精選2021版課件3、與門、或門、與或非門、異或門在與非門中間級再加一個(gè)反相電路，可得與門。F=A?B在或非門中間級再加一個(gè)反相電路，可得或門。F=A+B將或非門輸入級三極管換成多發(fā)射極三極管，可得與或非門異或門可由非門、與門和或門組合而成。F=A⊕B17精選2021版課件在使用這些門電路時(shí)，會遇到多余輸入端的問題，處理方法是&&&AABAB&YBUCCABYUCCYY與門、與非門的處理辦法是一樣的，并聯(lián)使用或接電源或門、或非門的處理辦法是一樣的，并聯(lián)使用或接地BAAB≥1ABY≥1≥1≥1YYBA18精選2021版課件四、集電極開路門和三態(tài)門1.集電極開路（OC）門

使用一般的TTL邏輯門時(shí)，不能將兩個(gè)門的輸出端直接相連，否則將導(dǎo)致邏輯門損壞普通TTL門輸出高電平不會超過5V19精選2021版課件去掉T3、D，讓T4的集電極開路R4T3DAUCCR1T4R3D1T1T2YR2UCC2RL1AYOC反相器符號這種電路必須接上拉負(fù)載才能工作20精選2021版課件輸出低電平為0.3V（T4飽和），輸出的高電平接近UCC2（T4截止）。特別說明：OC門不是功能的分類，只是電路的輸出結(jié)構(gòu)不同，輸出還可以并聯(lián)。AUCCR1T4R3D1T1T2YR2UCC2RL輸入、輸出的電平不一致，這種功能叫電平轉(zhuǎn)換。OC與非門輸出并聯(lián)后，所實(shí)現(xiàn)的邏輯功能是：Y＆＆UCC2RLABCDOC門的應(yīng)用這種功能叫線與。線與21精選2021版課件OC門的用途：構(gòu)成線與，完成與或非邏輯做電平轉(zhuǎn)換接口，∵UOH=VCC可以選擇不同VCC的，以滿足不同場合的要求直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)外接負(fù)載電阻RL的選擇只有一個(gè)門導(dǎo)通，輸出低電平，所有負(fù)載電流都流入該導(dǎo)通門，這時(shí)，所有電流之和不應(yīng)超過OC門帶灌流負(fù)載的最大值RL不能太小所有的門都處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出為高電平，有一個(gè)負(fù)載，就有一個(gè)拉流，T4管還有一個(gè)反向輸出的漏電流IOH，都使電平下降RL不能太大22精選2021版課件2.三態(tài)（TS）門三態(tài)門是指輸出除了高、低電平，還有一個(gè)狀態(tài)：高阻。當(dāng)當(dāng)叫做使能端，低電平有效現(xiàn)以一個(gè)三態(tài)反相器為例介紹D1、D2截止，普通的反相器，實(shí)現(xiàn)正常的反相功能。時(shí)D1、D2

導(dǎo)通，迫使T2、T3、T4都截止，輸出端就呈現(xiàn)高阻狀態(tài)時(shí)使能端也有高電平使能的1ENAYUCCYR4T3DAR1T4R3T1T2R2D2D11EN三態(tài)反相器符號23精選2021版課件三態(tài)門的典型應(yīng)用分時(shí)控制電路依次使三態(tài)門G1、G2

……

G7使能（且任意時(shí)刻使能一個(gè)），就將D1、D2

……

D7（以反碼的形式）分時(shí)送到總線上1EN1EN1EN分時(shí)控制電路D0D1D7G0G1G7在一些復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)中為了減少各單元電路之間的連線，使用了“總線”結(jié)構(gòu)011101110總線24精選2021版課件雙向傳輸數(shù)據(jù)線當(dāng)G1使能，G2高阻時(shí)當(dāng)時(shí)G2使能，G1高阻1EN1G1G21ENAB/BABAX數(shù)據(jù)從A到B數(shù)據(jù)從B到AX010125精選2021版課件五、其它雙極型

TTL電路是應(yīng)用最廣泛的雙極型集成電路，為了滿足某些特殊要求，還出現(xiàn)了一些其它類型雙極型集成電路26精選2021版課件六、TTL門的分類

在工藝上同時(shí)滿足要求是有一定的困難的、甚至是不可能的，所以不同的子系列有著自己的特點(diǎn)。74：標(biāo)準(zhǔn)系列，延遲時(shí)間約10ns，平均功耗10mw74H：高速系列，延遲時(shí)間約6ns，平均功耗22mw74S：肖特基系列，加上了肖特基二極管，構(gòu)成肖特基三極管