集成逻辑门电路ppt课件.ppt

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1、上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3 集成逻辑门电路集成逻辑门电路3.1 二、三极管开关特性二、三极管开关特性3.2 TTL集成逻辑门集成逻辑门3.3 CMOS集成门电路集成门电路3.4 逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.1 二、三极管开关特性二、三极管开关特性3.1.1 二极管的开关特性二极管的开关特性1. 二极管的开关特性二极管的开关特性 二极管最重要的特性是单向导电性，即正向导二极管最重要的特性是单向导电性，即正向导通，反向截止。通，反向截止。二极管相当于一个受电压控制的开关。二极

2、管相当于一个受电压控制的开关。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 iD uD +_ UO iD O uD UOka iD uD + iD Oka忽略导通电压忽略导通电压二极管的模型二极管的模型恒压模型恒压模型理想模型理想模型上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 iD uD + iD Oka理想模型理想模型理想理想二极管的开关特性二极管的开关特性: :开关接通时，电阻为零；开关接通时，电阻为零；断开时，电阻为无穷大。断开时，电阻为无穷大。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础FURU 1ttOFIRI tiOSt tR1 . 0 Iu

3、 uR D it tt t渡越时间，反向恢复时间。渡越时间，反向恢复时间。t ts s存储时间存储时间tre=ts+tt 反向恢复时间反向恢复时间上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础二极管的二极管的实际实际开关特性开关特性: :开关时间开关时间: : 一般为几十一般为几十到几百纳秒。到几百纳秒。FURU 1ttOFIRI tiOSt tR1 . 0 Iu上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(1) 二极管与门二极管与门 uIA R uIB +Vcc DA DB uO低低低低低低高高低低高高低低高高低低低低高高高高uOuIBuIA输出输出输入输入二极管与门电

4、平表二极管与门电平表 2. 二极管逻辑电路二极管逻辑电路上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(2) 二极管或门二极管或门 uIA uIBR uO DA DB 低低高高高高高高低低高高低低高高低低低低高高高高uOuIBuIA输出输出输入输入二极管或门电平表二极管或门电平表 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.1.2 三极管的开关特性三极管的开关特性1. 动态开关特性动态开关特性 三极管这种在外加电压作用下，截止和饱和后三极管这种在外加电压作用下，截止和饱和后的稳态模型，它反映了三极管的静态开关特性。的稳态模型，它反映了三极管的静态开关特性。 如果三极管

5、只工作在截止状态，管子截止相当如果三极管只工作在截止状态，管子截止相当于开关断开。于开关断开。 如果三极管只工作在饱和状态，管子饱和相如果三极管只工作在饱和状态，管子饱和相当于开关接通。当于开关接通。(1) 静态开关静态开关特性特性上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(2) 动态开关特性动态开关特性a. 三极管开关电路图三极管开关电路图 Rc Vcc RB V11V V22V uO10k +1k uI+S5V上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础b. 三极管开关电路波形图三极管开关电路波形图ooouoiC ICS 0.9ICS 0.1ICSVCCtonto

6、ff V2 V1ttt uIa) 开关时间开关时间延迟时间延迟时间td 从从uI上跳开始上跳开始到到iC上升到上升到0.1ICS所需要的时间。所需要的时间。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础上升时间上升时间tr iC从从0.1ICS上升上升到到0.9ICS的时间。的时间。接通时间接通时间ton td与与tr之和。之和。ooouoiC ICS 0.9ICS 0.1ICSVCCtontoff V2 V1ttt uI上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础存储时间存储时间tSiC从从ICS下降到下降到0.9ICS的时间。的时间。关断时间关断时间toff ts与与

7、tf之和之和。 下降时间下降时间tfiC从从0.9ICS下降到下降到0.1ICS的时间。的时间。ooouoiC ICS 0.9ICS 0.1ICSVCCtontoff V2 V1ttt uI上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础开关时间开关时间三极管的接通时间三极管的接通时间ton、关断时间、关断时间toff，统称为开关时间统称为开关时间。开关时间越短，开关速度也就越高。开关时间越短，开关速度也就越高。管子的结构工艺，外加输入电压的极性及大小管子的结构工艺，外加输入电压的极性及大小 。b) 影响开关时间的因素影响开关时间的因素c) 提高开关速度的途径提高开关速度的途径 制造开

8、关时间较小的管子；设计合理的外电路。制造开关时间较小的管子；设计合理的外电路。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 通常通常toff ton、ts tf。因此控制三极管的饱和深度，减小。因此控制三极管的饱和深度，减小ts是缩短开关时间、提高开关速度的一个主要途径。是缩短开关时间、提高开关速度的一个主要途径。 给三极管的集电结并联给三极管的集电结并联一个肖特基二极管一个肖特基二极管(高速、高速、低压降低压降)，可以限制三极管，可以限制三极管的饱和深度，从而使开断的饱和深度，从而使开断时间大大缩短。时间大大缩短。 将三极管和肖特基二极管制将三极管和肖特基二极管制作在一起，构成肖

9、特基晶体管，作在一起，构成肖特基晶体管，可以提高电路的开关速度。可以提高电路的开关速度。(a) 电路图；电路图； (b) 电路符号电路符号上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础2. 晶体管逻辑电路晶体管逻辑电路 RB1 uo6.8k +(A)(L) uI+ RC330 RB222k VBB5V +VCC(+5V)反相器电路图反相器电路图 (1) 反相器反相器(非门非门)工作原理：工作原理： a. 当当uI高电平时，高电平时，晶体管饱和导通，晶体管饱和导通，输出输出uO 0b. 当当uI低电平时低电平时晶体管截止，晶体管截止，输出输出uO VCC上页上页下页下页返回返回数字电子

10、技术基础数字电子技术基础BJT工作状态工作状态 uI uO 低低 截止截止 高高 高高 饱和饱和 低低非门非门电平表电平表 RB1 uo6.8k +(A)(L) uI+ RC330 RB222k VBB5V +VCC(+5V)反相器电路图反相器电路图 反相器的输出与反相器的输出与输入关系可表示为输入关系可表示为AL 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 (2) 与非门与非门 将二极管与门和晶体管非门复合在一将二极管与门和晶体管非门复合在一起可构成与非门。起可构成与非门。&ABL1&ABABL 与非门逻辑图与非门逻辑图上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础

11、RB1 uo6.8k +(A)(L) uI+ RC330 RB222k VBB5V +VCC(+5V)反相器电路图反相器电路图 uIA R uIB +Vcc DA DB 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 同理，可将二极管或门和非门复合在一起同理，可将二极管或门和非门复合在一起可构成或非门。可构成或非门。 (3) 或非门或非门 1ABL1 1ABABL 或非门逻辑图或非门逻辑图上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.1.3 场效应管的开关特性场效应管的开关特性1. MOS场效应管场效应管(MOSFET)的开关特性的开关特性数字电路中普遍采用增强型的数字

12、电路中普遍采用增强型的MOSFET。当漏源电压当漏源电压uDS较高时：较高时： 当当uGS大于大于UT，MOSFET工作在变阻状态，工作在变阻状态，相当于开关接通相当于开关接通。 栅源电压栅源电压uGS小于开启电压小于开启电压UT时，时，MOSFET处于截止状态，相当于开关断开处于截止状态，相当于开关断开；上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础MOSFET的开关模型的开关模型 uGS UTgsdb截止状态截止状态 uGS+_gdss uGS+_gdss变阻状态变阻状态 MOS场效应管的开关速度往往比双极型管低，场效应管的开关速度往往比双极型管低，但随着工艺的改进，集成但随着工

13、艺的改进，集成CMOS电路的速度已和电路的速度已和TTL电路不差上下。电路不差上下。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础2. MOS管开关电路管开关电路电阻负载反相器电路电阻负载反相器电路a. 当当u1UT，T截止截止 uI+ RD3.3k +VCC(+5V) uo+TuO=VDD(为高电平为高电平)b. 当当u1为高电平时，为高电平时，T导通。导通。输出为低电平输出为低电平上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.2 TTL集成逻辑门集成逻辑门1. 集成电路集成电路(Integrated Circuit，简称，简称IC) 集成电路就是把电路中的半导体器

14、件、电阻、电容及集成电路就是把电路中的半导体器件、电阻、电容及导线制作在一块半导体基片导线制作在一块半导体基片( (芯片芯片) )上，并封装在一个壳体上，并封装在一个壳体内所构成的完整电路。内所构成的完整电路。数字集成电路就是用来处理数字信号的集成电路。数字集成电路就是用来处理数字信号的集成电路。 与分立元件电路相比，集成电路具有重量轻、体积小、与分立元件电路相比，集成电路具有重量轻、体积小、功耗低、成本低、可靠性高和工作速度高等优点。功耗低、成本低、可靠性高和工作速度高等优点。 2. 集成电路的特点集成电路的特点上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3. 数字集成电路的分类

15、：数字集成电路的分类： (1) 按电路内部有源器件的不同可分为按电路内部有源器件的不同可分为a. 双极型晶体管集成电路双极型晶体管集成电路:(a) 晶体管晶体管晶体管逻辑晶体管逻辑(TTL-Transistor Transistor Logic)(b) 射极耦合逻辑射极耦合逻辑(ECL-Emitter Coupled Logic)(c) 集成注入逻辑集成注入逻辑(I2L-Integrated Injection Logic)主要有主要有:上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础b. MOS(Metal Oxide Semiconductor)集成电路集成电路主要有：主要有：NM

16、OS、 PMOS和和CMOS等几种类型。等几种类型。 目前已生产了目前已生产了BiCMOS器件，它由双极型晶体管器件，它由双极型晶体管电路和电路和MOS型集成电路构成，能够充分发挥两种电型集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优势，路的优势， 缺点是制造工艺复杂。缺点是制造工艺复杂。 TTL和和CMOS集成电路的特点：集成电路的特点：(a) TTL集成电路工作速度高、集成电路工作速度高、 驱动能力强，但驱动能力强，但功耗大、集成度低；功耗大、集成度低；(b) MOS集成电路集成度高、功耗低，但工作速度略集成电路集成度高、功耗低，但工作速度略低，超大规模集成电路基本上都是低，超大规模集成电路基本上

17、都是MOS集成电路。集成电路。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(2) 按集成度可分为按集成度可分为a. 小规模集成电路小规模集成电路(SSI-Small Scale Integration)， 每每片组件内包含片组件内包含10100个元件个元件(或或1020个等效门个等效门)。b. 中规模集成电路中规模集成电路(MSI-Medium Scale Integration)，每片组件内含每片组件内含1001000个元件个元件(或或20100个等效门个等效门)。逻辑门和触发器是目前常用的逻辑门和触发器是目前常用的SSI。 译码器、译码器、 数据选择器、数据选择器、 加法器、加

18、法器、 计数器、计数器、 移位寄存器等组件是常用的移位寄存器等组件是常用的MSI。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础c. 大规模集成电路大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)， 每片组件每片组件内含内含1000100 000个元件个元件(或或1001000个等效门个等效门)。d. 超大规模集成电路超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)， 每片组件内含每片组件内含100 000个元件个元件(或或1000个以上等效门个以上等效门)。 常见的常见的LSI、 VLSI有只读存储器、有只读存储器、 随

19、机存取存储器、随机存取存储器、 微微处理器、处理器、 单片微处理机、单片微处理机、 位片式微处理器、位片式微处理器、 高速乘法累加器、高速乘法累加器、 通用和专用数字信号处理器等。通用和专用数字信号处理器等。 此外还有专用集成电路此外还有专用集成电路ASIC， 如可编程逻辑器件如可编程逻辑器件PLD。 PLD是近十几年来迅速发展的新型是近十几年来迅速发展的新型数字器件，数字器件， 目前应用十分广泛，目前应用十分广泛，上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础4. 集成逻辑门集成逻辑门 集成逻辑门集成逻辑门是最基本的数字集成电路，是组是最基本的数字集成电路，是组成数字逻辑的基础。成

20、数字逻辑的基础。 常用的集成门电路，大多采用双列直插式封常用的集成门电路，大多采用双列直插式封装（装（Dual-In-line Package ，缩写成，缩写成DIP）。）。集成门电路外形图集成门电路外形图上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管脚编号管脚编号 集成芯片表面有一个缺口（引脚编号的参考标集成芯片表面有一个缺口（引脚编号的参考标志），如果将芯片插在实验板上且缺口朝左边，则志），如果将芯片插在实验板上且缺口朝左边，则引脚的排列规律为：左下管脚为引脚的排列规律为：左下管脚为1引脚，其余以逆引脚，其余

21、以逆时针方向从小到大顺序排列。时针方向从小到大顺序排列。一般引脚数为：一般引脚数为：14、16、20等。等。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管脚编号管脚编号 绝大多数情况下，电源从芯片左上角的引脚接绝大多数情况下，电源从芯片左上角的引脚接入，地接右下引脚。入，地接右下引脚。 一块芯片中可集成若干个（一块芯片中可集成若干个（1、2、4、6等）同等）同样功能但又各自独立的门电路，每个门电路则具有样功能但又各自独立的门电路，每个门电路则具有若干个（若干个（1、2、3等）输入端。等）输入端。输入端数有时称为扇

22、入（输入端数有时称为扇入（Fan-in）数。）数。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(a) 7404(六反相器六反相器) (b) 7400(四四2输入与非门输入与非门) 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.2.1 TTL与非门的内部结构及工作原理与非门的内部结构及工作原理 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级1. TTL与非门与非门的内部结构的内部结构上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 输入级由多发射极输入级由多发射极晶体管晶体管T1和

23、基极电组和基极电组R1组成，它实现了输入变组成，它实现了输入变量量A、B的与运算。的与运算。(1) 输入级输入级 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础多射极晶体管的等效电路多射极晶体管的等效电路 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 中间级是放大级，中间级是放大级，由由T2、R2和和R3组成，组成，T2

24、的集电极的集电极C2和发射极和发射极E2可以分提供两个相位相可以分提供两个相位相反的电压信号，反的电压信号，以满足以满足输出级的需要。输出级的需要。 (2) 中间级中间级 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 输出级由输出级由T3、T4、D和和R4组成，其中其中组成，其中其中D、T4作为由作为由T3组成的反组成的反相器的有源负载。相器的有源负载。 T3与与T4组成推拉式输出结构组成推拉式输出结构，具有较强的负载能力，具有较强的负载能力。(3) 输出

25、级输出级 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础2. TTL与非门的功能分析与非门的功能分析 (1) 输入端至少有一输入端至少有一个为低电平个为低电平(UIL=0.3V) 接低电平的发射结接低电平的发射结正向导通。正向导通。则则T1的基极电位的基极电位:UB1=UBE1+UIL =0.7+0.3 =1V +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回

26、返回数字电子技术基础数字电子技术基础为使为使T1的集电结及的集电结及T2和和T3的发射结同时导通，的发射结同时导通，UB1至少应当等于至少应当等于UB1=UBC1+UBE2+UBE3 =2.1VT2和和T3必然截止。必然截止。因此有因此有V52CCC2 RUUU +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础UC2 5V该电压使该电压使T4和和D处于良处于良好的导通状态。好的导通状态。输出电压输出电压UO= UOH= UC2-UBE4-UD 5-0.7-0.

27、7 =3.6V等于高电平等于高电平(3.6 V)当当UO=UOH时，称与时，称与非门处于关闭状态。非门处于关闭状态。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础UB1=UBC1+UBE2+UBE3 =2.1VT2和和T3 处于饱和状态处于饱和状态因此因此 (2) 输入端全部接高电输入端全部接高电平平(UIH=3.6V)T1的集电结及的集电结及T2和和T3的发射结会同时导通的发射结会同时导通T1的所有发射结均截止的所有发射结均截止 +VCC(+5V) R4

28、100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础T2的集电极电位为：的集电极电位为：UC2=UCES2+UBE3 0.3+0.7 =1VT4和和D截止。截止。 输出电压输出电压UO为：为：UO=UOL时，称与非时，称与非门处于开门状态。门处于开门状态。UO=UOL=UCES50.3V +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础由此可见，该电路的

29、输由此可见，该电路的输出和输入之间满足出和输入之间满足“与与非非”逻辑关系逻辑关系 综上所述综上所述: 当输入端至少有一当输入端至少有一端接低电平端接低电平(0.3V)时，时， 输出为高电平输出为高电平(3.6V)； 当输入端全部接高当输入端全部接高电平电平(3.6V)时，时， 输出为输出为低电平低电平(0.3 V)。ABF +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(3) 多发射极三极管的功能多发射极三极管的功能 a. 完成与的逻辑功能。完成与的逻辑功

30、能。b. 便于制造。便于制造。c. 提高电路的开关速度。提高电路的开关速度。(4) TTL与非门具有较高与非门具有较高的开关速度的主要原因：的开关速度的主要原因：a. 采用了多射极管采用了多射极管T1, 缩缩短了短了T2和和T3的开关时间。的开关时间。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 当输入端全部为当输入端全部为高电位时，高电位时，T1处于处于倒置工作状态。此倒置工作状态。此时时T1向向T2提供了较提供了较大的基极电流，使大的基极电流，使T2

31、、T3迅速导通饱迅速导通饱和；和； +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 当某一输入端突然当某一输入端突然从高电位变到低电位时，从高电位变到低电位时，Ib1转而流向转而流向T1低电位输低电位输入端，该瞬间将产生很入端，该瞬间将产生很大的集电极电流大的集电极电流Ic1，为，为T2和和T3提供了很大的反提供了很大的反向基极电流，使向基极电流，使T2和和T3基区的存储电荷迅速消基区的存储电荷迅速消散，因而加快了散，因而加快了T2和和T3的截止过程，提高了

32、开的截止过程，提高了开关速度。关速度。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 (a) 当当T2由饱和转由饱和转为截止时，为截止时，T4和和D导通。导通。由于由于T4是射随，是射随，T3的集的集电极电阻很小，此时瞬电极电阻很小，此时瞬间电流很大，从而加速间电流很大，从而加速了了T3管脱离饱和的速度，管脱离饱和的速度，使使T3迅速截止。迅速截止。 b. 采用了推拉式输出电采用了推拉式输出电路，加速了路，加速了T3管存储电管存储电荷的消散过程。荷的消散过

33、程。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 (b) 与非门输出低电平与非门输出低电平时时T3处于深饱和状态，处于深饱和状态，输出电阻很低；而输出输出电阻很低；而输出高电平时高电平时T4、D导通，组导通，组成射极跟随器，其输出成射极跟随器，其输出电阻也很低，因此无论电阻也很低，因此无论哪种状态输出电阻都很哪种状态输出电阻都很低，都有很强的带负载低，都有很强的带负载能力，还能进一步加快能力，还能进一步加快开关速度。开关速度。 +VCC(+5V) R41

34、00 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级 当输出为逻辑时，当输出为逻辑时，T3深饱和，可以接受较深饱和，可以接受较大的灌电流，负载电容大的灌电流，负载电容上的电荷能以很快通过上的电荷能以很快通过它放电，从而使输出电它放电，从而使输出电压下降沿很陡；压下降沿很陡； 当输出为逻辑当输出为逻辑1时，时，T4导通，导通，T3截止，也截止，也能够向负载提供大的

35、能够向负载提供大的驱动电流。驱动电流。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 T4管的低内阻可以管的低内阻可以使电源很快得向负载电使电源很快得向负载电容充电，从而获得很好容充电，从而获得很好的上升沿。的上升沿。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3输入级输入级输出级输出级中间级中间级 推拉输出结构使推拉输出结构使TTL门电路能够驱动较门电路能够驱动较大的电容负载而不致严大的电容负载而不致严重影响其开关速度。重影响其开关速度。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础3.2.2 TTL与非门的外特性及有关参数

36、与非门的外特性及有关参数1.电压传输特性电压传输特性 反映输出电压反映输出电压uo随输入随输入电压电压ui变化的规律。变化的规律。Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH 以以Q1、Q2两点为界，可将两点为界，可将此图分为三个区域。此图分为三个区域。 图中图中Q1和和Q2点处的斜率点处的斜率 duO/duI = 1是传输特性的转折点。是传输特性的转折点。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff

37、 Uon= UIL= UIH区域区域(uI0.6V)：输出高电平输出高电平UOH。uO基本不随基本不随uI而变，而变，UOL基本上亦与基本上亦与uI无关。无关。区域区域(uI1.4V):输出低电平输出低电平UOL；上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH区域区域(0.6VuI1.3V): :uO急剧地随急剧地随uI变化。变化。区域区域称为过渡区。称为过渡区。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础几个重要参数：几个重要参数：Q UIL

38、UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH(1) 关门电平关门电平Uoff（输入低电（输入低电平最大值平最大值UILmax ） 注意：在使用时，输入低电平注意：在使用时，输入低电平绝不能大于绝不能大于Uoff，否则将引起逻，否则将引起逻辑混乱。辑混乱。 当当uIUon时，与非门的时，与非门的T3导通，输出为低电平。导通，输出为低电平。(2) 开门电平开门电平Uon（输入高电平最小值（输入高电平最小值UIHmin ）Uon的典型值为的典型值为2V。UOHmin等于等于Q1点在点在uO轴上的投轴上的投影值。影值。(3) 输出

39、高电平下限值输出高电平下限值UOHmin典型的典型的UOHmin为为2.4V。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIHUOLmax为为Q2点在点在uO轴上的投影值。轴上的投影值。(4) 输出低电平上限值输出低电平上限值UOLmaxUOLmax的典型值为的典型值为0.4V。 集成门的噪声容限集成门的噪声容限UN分为高分为高电平噪声容限电平噪声容限UNH和低电平噪和低电平噪声容限声容限UNL。(5) 抗干扰度抗干扰度 抗干扰度也称噪声容限，抗干扰度也称噪

40、声容限，它反映电路在多大的干扰电压它反映电路在多大的干扰电压uN下仍能正常工作。下仍能正常工作。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础噪声容限简单表示噪声容限简单表示 UNL=Uoff-UOLmax =UILmax-UOLmaxUNH=UOHmin-Uon = UOHmin-UIHminTTL与非门典型与非门典型的噪声容限为的噪声容限为:UNH=2.4V-2V=0.4V UNL=0.8V-0.4V=0.4VUoff与与Uon越接近，即越接近，即Uon越小，越小，Uoff越大，则越大，则UNH、UNL越大，越大，抗干扰能力就越强。抗干扰能力就越强。 上页上页下页下页返回返回数字

41、电子技术基础数字电子技术基础Q UIL UTH IIIIII Q1 Q2 UIH UOH UOL uO/V uI/VO Uoff Uon= UIL= UIH(6) 阈值电压阈值电压Uth典型值为典型值为1. 4V。Uoff =Uon =Uth 一定条件下，将与一定条件下，将与非门非门的电压传输特性理的电压传输特性理想化想化, ,认为认为: : Uth就是就是Q点在点在uI轴上的投影值。轴上的投影值。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础2.输入特性输入特性 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3 R1 T1 +VCC u

42、I iIiI=f(uI)上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI/mA uI/VTTL与非门的输入特性与非门的输入特性 a.当当uIVth时时T1将工作在将工作在“倒置倒置”状态，其输入电流状态，其输入电流iI一般小于几十微一般小于几十微安。安。 上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI/mA uI/VTTL与非门的输入特性与非门的输入特性 与输入特性有关的参数有与输入特性有关的参数有: :(1) 输入短路电流输入短路电流IIS当当UI

43、=0时的输入电流称为输入短路电流时的输入电流称为输入短路电流。典型值约为典型值约为-1.5mA。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础IIS反映了反映了TTL与非门对前级驱动门灌电流的大小。与非门对前级驱动门灌电流的大小。 R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI/mA uI/VTTL与非门的输入特性与非门的输入特性 可以近似认为输入低电平电流可以近似认为输入低电平电流IIL IIS。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 R1 T1 +VCC uI iI IIS-1 IIH-2OiI/mA uI/VTTL与非门的输入特性与非门的输入特

44、性 (2) 高电平输入电流高电平输入电流IIHIIH通常约几十微安。反映了对驱动它的门拉电流的多少。通常约几十微安。反映了对驱动它的门拉电流的多少。 当当uIUth时的输入电流称为高电平输入电流时的输入电流称为高电平输入电流(也称为输入也称为输入漏电流漏电流)。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 反映输出电压反映输出电压uO随随输出负载电流输出负载电流iL变化的变化的关系。关系。 3. 输出特性输出特性 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL 与非门输出有高、与非门输出有高、低电平两种状态，下低电平两种状态，下

45、面分两种情况分析输面分两种情况分析输出特性。出特性。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(1) 输出高电平时输出高电平时 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RLT3截止，截止，T4和和D导通，导通， iL为拉电流。为拉电流。 a. 若空载时（若空载时（iL=0）输出为高电平输出为高电平uOHVCC由于由于iB4较小，较小， uB4变化很小，变化很小，uO与空载时相比，略有下降。与空载时相比，略有下降。 b. 当负载电流比较小时当负载电流比较小时T4处于放大状态处于放大状态uE4 uB4上页上页下页下页返回返

46、回数字电子技术基础数字电子技术基础 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RLc. 当当iL足够大时足够大时T4管进入饱和状态管进入饱和状态输出电压输出电压uO = VCC-UCES4-uD-iR4R4uO随着随着iL增加而线性下降。增加而线性下降。=VCC-（UCES4+uD）-iLR4上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 uO/VO1 2 3 45 3 1 iL/mA IOHmax高电平输出特性高电平输出特性 由高电平输出特性曲线，由高电平输出特性曲线，可以得到集成门所允许的最可以得到集成门所允许的最大输出

47、电流大输出电流IOHmax。UOHmin上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(2) 输出低电平时输出低电平时 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RL输出电流输出电流iL从负载流从负载流进进T3 ，形成灌电流。，形成灌电流。T3饱和饱和a. 当灌电流增加时当灌电流增加时T3饱和程度减轻，饱和程度减轻，uO随随iL增加略有增加。增加略有增加。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础b.当当iL足够大时足够大时( 70mA）T3将退出饱和进入放大状态将退出饱和进入放大状态,uO随随iL的增加而很快

48、上升。的增加而很快上升。 +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3uOiL RL上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 uO/V iL/mAO20 40 60 80 UOLmax2.01.510.5 IOLmax低电平输出特性低电平输出特性由低电平输出特性曲线可得：由低电平输出特性曲线可得：低电平输出时最大输出端电流低电平输出时最大输出端电流IOLmaxIOLmax为为uOL=UOLmax所对应的所对应的iL。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础(3) 扇入系数和扇出系数扇入系数和扇出系数扇出系数反映了与

49、非门的带负载能力。扇出系数反映了与非门的带负载能力。 a. 扇入系数扇入系数 扇入系数是指门的输入端数。扇入系数是指门的输入端数。b. 扇出系数扇出系数N扇出系数是指一个门能驱动同类型门的个数。扇出系数是指一个门能驱动同类型门的个数。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础a. 当输出低电平时当输出低电平时 uO/V iL/mAO20 40 60 80 UOLmax2.01.510.5 IOLmaxLL ISmaxOLLIIN(c) 两者之比越大，扇出系数两者之比越大，扇出系数NL越大。越大。 (a) IIS越小，对驱动门的负担越轻越小，对驱动门的负担越轻;显然显然:(b) I

50、OLmax愈大，则带灌电流负载能力愈强愈大，则带灌电流负载能力愈强;上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础b. 当输出高电平时当输出高电平时 IHmaxOHHIIN uO/VO1 2 3 45 3 1 iL/mA IOHmaxUOHmin上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础一般由于一般由于NLUCC )，TTL的输出端的输出端仍可接一上拉电阻，但需使用集电极开路门电路。仍可接一上拉电阻，但需使用集电极开路门电路。上页上页下页下页返回返回数字电子技术基础数字电子技术基础 另一种方案是采用一个专用的另一种方案是采用一个专用的CMOS电平移动器，它由两电平移动器