ym第2章逻辑门电路1ttl

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1、第2章 集成逻辑门电路,本章主要内容 介绍基本门电路的概念 将讨论数字集成电路的几种主要类型,重点是双极型TTL集成门电路 MOS型数字集成电路 TTL电路和MOS电路的特点比较,第2章 集成逻辑门电路,集成逻辑门电路，是把门电路的所有元器件及连接导线制作在同一块半导体基片上构成的。 它属于小规模集成电路(SSI)，它是组成一个较大数字系统的基本单元。,第2章 集成逻辑门电路,集成度 小规模(Small Scale Integrated Circuit ,SSI)是由十几个门电路构成的。 中规模(Medium Scale Integrated Circuit, MSI)是由上百个门电路构成的。

2、 大规模(Large Scale Integrated Circuit ,LSI)是由几百个至几千个门电路构成的。 超大规模(Very Large Scale Integrated Circuit ,VLSI)是由一万个以上门电路构成的。,第2章 集成逻辑门电路,应用 目前，广泛使用的逻辑门有TTL (Transistor-Transistor Logic)和CMOS两个系列。 TTL门电路属双极型数字集成电路，其输入级和输出级都是三极管结构，故称TTL。 CMOS门电路是由NMOS管和PMOS管组成的互补MOS集成电路，属单极型数字集成电路。,第2章 集成逻辑门电路,我国TTL系列数字集成电

3、路型号与国际型号对应列入表2-1中,2.1 基本逻辑门电路,二极管与门 实现与逻辑功能的电路，称为与门。,VA=VB=3V。由于R接 到电源+12V上，故DA、DB均导通， VF= 3+0.7V=3.7V3V,A,B,V,CC,R,C,F,12V,D,A,D,B,3.9k,0.3V,3.2V,2.1 基本逻辑门电路,二极管与门 实现与逻辑功能的电路，称为与门。,VA=3V，VB=0V，由于DB优先导通，VF=0.7V，因而DA截止，通常将DB导通，使VF=0+0.7V=0.7V0V 称为箝位。,2.1 基本逻辑门电路,二极管与门 实现与逻辑功能的电路，称为与门。,VA=0V，VB=3V，由于D

4、A导通，VF=0+0.7V=0.7V0V，DB截止。,2.1 基本逻辑门电路,二极管与门 实现与逻辑功能的电路，称为与门。,VA=VB=0V，VF=0.7V，此时DA、DB均导通。 VF=0+0.7V=0.7V0V,2.1 基本逻辑门电路,二极管与门 实现与逻辑功能的电路，称为与门。,(1)VA=VB=0V VF0V (2) VA=0V, VB=3V，VF0V (3) VA=3V, VB=0V， VF0V (4)VA=VB=3V VF3V,2.1 基本逻辑门电路,二极管与门 实现与逻辑功能的电路，称为与门。,2.1 基本逻辑门电路,二极管与门 实现与逻辑功能的电路，称为与门。,2.1 基本逻辑

5、门电路,或门 实现逻辑或功能的电路，称为或门。,VA=VB=3V，由于R接到电源-VEE（-12V）上，故DA、DB均导通。VF因此为VA-VD=2.3V 3V 。,2.1 基本逻辑门电路,或门 实现逻辑或功能的电路，称为或门。,VA=0V，VB=3V，此时DB导通，将VF钳位在2.3V，DA加反向电压截止。因此 VF=VB-VD=2.3V3V 。,2.1 基本逻辑门电路,或门 实现逻辑或功能的电路，称为或门。,VA=3V，VB=0V，此时DA导通，DB截止，VF=VA-VD=2.3V 3V 。,2.1 基本逻辑门电路,或门 实现逻辑或功能的电路，称为或门。,VA=VB=0V，DA、DB均导通

6、，VF=0-VD=-0.7V 0V 。,2.1 基本逻辑门电路,或门 实现逻辑或功能的电路，称为或门。,(1)VA=VB=0V:VF0V (2) VA=0V, VB=3V: VF3V (3) VA=3V, VB=0V: VF3V (4)VA=VB=3V: VF3V,2.1 基本逻辑门电路,或门 实现逻辑或功能的电路，称为或门。,2.1 基本逻辑门电路,或门 实现逻辑或功能的电路，称为或门。,2.1 基本逻辑门电路,非门(反相器) 实现逻辑非门功能的电路，称作非门,数字电路中，二极管，三极管均工作在开关状态。三极管工作在饱和态和截止态。,2.1 基本逻辑门电路,非门(反相器) 实现逻辑非门功能的

7、电路，称作非门,饱和时，其集电极输出为低电平（VO=Vces）； 截止时，其集电极输出高电平（无箝位时，VO=VCC，有箝位电路时，VO高电平将使DQ导通，由于VQ=2.5V，故VO=2.5V+0.7V=3.2V）。,2.1 基本逻辑门电路,非门(反相器) 实现逻辑非门功能的电路，称作非门,VI=0.3V时，一般硅管死区电压为0.5V，故T可能截止，只考虑到VEE时,只考虑到VI时,2.1 基本逻辑门电路,非门(反相器) 实现逻辑非门功能的电路，称作非门,总的VB=-0.646V，T截止，VO为高电平。由于此时钳位二极管DQ导通，故VO=VQ+VDQ=3.2V 3V。,2.1 基本逻辑门电路,

8、非门(反相器) 实现逻辑非门功能的电路，称作非门,或：,2.1 基本逻辑门电路,非门(反相器) 实现逻辑非门功能的电路，称作非门,当VI=3.2V时，输入高电平，T应饱和，即,2.1 基本逻辑门电路,非门(反相器) 实现逻辑非门功能的电路，称作非门,在本例中,2.1 基本逻辑门电路,非门(反相器) 实现逻辑非门功能的电路，称作非门,实际上,2.1 基本逻辑门电路,非门(反相器) 实现逻辑非门功能的电路，称作非门,IBIBS，三极管饱和。输出为低电平 VO=Vces=0.3V0V 采用正逻辑，可列出非门的真值表。,2.1 基本逻辑门电路,非门(反相器) 实现逻辑非门功能的电路，称作非门,2.1

9、基本逻辑门电路,4.与非门电路,2.1 基本逻辑门电路,5.或非门电路,2.2 TTL集成逻辑门电路, TTL与非门的工作原理 TTL与非门的典型电路,TTL与非门的典型电路如图2-6所示，它分成输入级、中间级和输出级三个部分。,输出级, TTL与非门的典型电路,输入级由多发射极晶体管T1和电阻R1组成，通过T1的各个发射极实现与逻辑功能。,多发射极晶体管 T1 的等效电路, TTL与非门的典型电路,中间级由T2、R2、R3组成。 其主要作用是从T2管的集电极c2和发射极e2同时输出两个相位相反的信号，分别驱动T3和T5管，来保证T4和T5管有一个导通时，另一个就截止。, TTL与非门的典型电

10、路,输出级由R4、R5、T3、T4、T5组成，T5是反相器，T3、T4组成复合管构成一个射随器，作为T5管的有源负载，并与T5组成推拉式电路，使输出无论是高电平或是低电平，输出电阻都很小，提高了带负载能力。,工作原理,则VB1=VIL+VBE1 =0.3+0.7=1V VB2 =VC1=VCES1+VIL =0.1+0.3=0.4V,设A=0 B=1 C=1 (VIL=0.3V) ，,所以：T2 、T5 截止,T3 、T4 导通,VF = 5UBE3UBE4 50.70.7 = 3.6V,拉电流,F = 1,工作原理,设A = B = C =1，即VA=VB=VC=VIH=3.6V，,3.6V

11、 3.6V 3.6V,2.1V,T1管的基极电位升高，使T1管的集电结、T2和T5的发射结正向偏置而导通，T1管的基极电位VB1被箝位在2.1V。,1.4V,故T1管处于倒置工作状态（发射结和集电结反向运用状态，发射结反向偏置、集电结正向偏置）。,T3 导通 ，T4 截止,VF = 0.3V ， F = 0,VF =0.3V,灌电流,结论：,电路只要输入有一个为低电平时，输出就为高电平；只有输入全为高电平时，输出才为低电平。该门为与非门。即 1.输入不全为1时，输出为1 2.输入全为1时，输出为0 真值表为：,2.TTL与非门的电压传输特性及 抗干扰能力,电压传输特性 电压传输特性是描述输出电

12、压vO与输入电压vI之间对应关系的曲线，如图2-7所示。, TTL与非门的电压传输特性,AB段（截止区）： vI0.6V，输出电压vO不随输入电压vI变化，保持在高电平VH。 VC10.7V，T2和T5管截止，T3、T4管导通，输出为高电平，VOH=3.6V。 由于这段T2和T5管截止，故称截止区。, TTL与非门的电压传输特性,BC段(线性区)： 0.6VvI1.3V，0.7VVC11.4V。 这时T2管开始导通并处于放大状态，T2管的集电极电压VC2和输出电压vO随输入电压vI的增大而线性降低，故该段称为线性区。,由于T5管的基极电位还低于0.7V，故T5管仍截止。T3、T4管还是处于导通

13、状态。, TTL与非门的电压传输特性,CD段(过渡区)： 1.3VvI1.4V，T5管开始导通，T2、T3、T4管也都处于导通状态，T4、T5管有一小段时间同时导通，故有很大电流流过R4电阻，T2管提供T5管很大的基极电流;,T2、T5管趋于饱和导通，T4管趋于截止，输出电压vO急剧下降到低电平vO=0.3V。,由于vI的微小变化而引起输出电压vO的急剧下降，故此段称为过渡区或转折区。, TTL与非门的电压传输特性,CD段(过渡区)： CD段中点对应的输入电压，既是T5管截止和导通的分界线，又是输出高、低电平的分界线，故此电压称阈值电压VT（门槛电压），VT=1.4V。,VT是决定与非门状态的

14、重要参数。当vIVT时，与非门截止，输出高电平。,当vIVT时，与非门饱和导通，输出低电平。, TTL与非门的电压传输特性,DE段（饱和区）： vI1.4V以后，T1管处于倒置工作状态，VB1被箝位在2.1V，T2、T5管进入饱和导通状态，T3管微导通，T4管截止。 由于T2、T5管饱和导通，故称该段为饱和区。,抗干扰能力(输入噪声容限),关门电平VOFF：输出为标准高电平VSH时所允许的最大输入低电平值。通常VOFF=0.8V。 开门电平VON：输出为标准低电平VSL时所允许的最小输入高电平值。通常VON=1.8V。,抗干扰能力（输入噪声容限）：不破坏与非门输出逻辑状态所允许的最大干扰电压。

15、,输入低电平的抗干扰能力,输入高电平的抗干扰能力,VNL=VOFF-VILmax,VNH=VIHmin-VON,TTL与非门的输入特性、输出特性和带负载能力,了解输入输出特性，可正确处理TTL与非门之间和其它电路之间的连接问题。只要输入端、输出端的电路结构形式和参数与TTL与非门相同，输入、输出特性对其它TTL电路也适用。,TTL与非门的输入特性,输入特性是描述输入电流与输入电压之间的关系曲线，如图2-8所示的特性曲线。规定输入电流流入输入端为正，而从输入端流出为负。,TTL与非门的输入特性,当vI小于0.6V时T2是截止的，T1基极电流均经其发射极流出（因集电极的负载电阻很大，IC1可以忽略

16、不计），这时电流大小可以近似计算为iI=-(VCC-VBE1-vI)/R1。,TTL与非门的输入特性,当vI=0时，相当于输入端接地，故将此时的输入电流称为输入短路电流IIS，IIS=(VCC-VBE1)/R1=(5-0.7)/31.4mA。,TTL与非门的输入特性,当vI等于0.6V时T2管开始导通，T2管导通以后IB1一部分就要流入T2管的基极，iI的绝对值随之略有减小；vI继续增加，IB2要继续增大，而iI的绝对值继续减小。,TTL与非门的输入特性,当vI增加到1.3V以后，T5管开始导通，VB1被箝位在2.1V左右；此后，iI的绝对值随vI的增大而迅速减小。,TTL与非门的输入特性,IB1绝大部分经T1集电结流入T2的基极。当vI大于1.4V以后，T1就进入倒置工作状态，iI的方向由负变为正，就是说iI由e