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1、第13讲 TTL集成逻辑门电路,2.2 TTL集成逻辑门电路 在双极型集成逻辑门电路中应用最广泛的是TTL电路，因为它的输入端和输出端都是三极管的结构，所以称做三极管-三极管逻辑电路(TransistorTransistor Logic)，简称为TTL电路。,2.2.1 TTL与非门 1. 电路结构 图2.9(a)所示为CT74系列TTL与非门的典型电路。图中V1、R1、VD1、VD2组成输入级，V2、R2、R3组成倒相级，V3、V4、VD3和R4组成输出级。V1是多发射极三极管，它的基区和集电区是共用的，而在P型的基区上加了两个(或多个)高掺杂的N型区，从而形成两个互相独立的发射极，它相当于
2、发射极独立而基极和集电极分别并联在一起的三极管，等效电路如图2.10所示。,图2.9 CT74系列TTL与非门及逻辑符号,图2.10 V1的等效电路,2. 工作原理 设UCC=5 V，UIH=3.4 V，UIL=0.2 V，并设开启电压Uth0.7 V。当A、B两端中有低电平输入时，V1的发射结导通，其基极电位被钳位在0.9 V左右，这一电压分给V1的集电结、V2及V4的发射结，故三个PN结不具备导通条件，V2、V4截止，而V1的集电极回路电阻为R2与V2集电结反偏电阻之和，此阻值很大，此时V1饱和。V2截止后，VC2为高电平，VE2为低电平，故V3饱和导通，而V4截止，输出为UOH。 UOH
3、=50.70.73.6 V,当A、B同时为高电平时，如果不考虑V2、V4的存在，则有uB1UIH+Uth4.1 V，显然在V2、V4存在的情况下，其发射结必然导通，且UCC经R1、V1的集电结向V2、V4提供基极电流，vB1被钳位在2.1 V左右。V2导通，vC2下降而vE2上升，V3截止而V4导通，输出为UOL。 UOL=UCES=0.3 V,图2.11 集成与非门的引脚排列图,2.2.2 其他形式TTL逻辑门 1. 或非门 或非门是一种能实现“或”和“非”两种逻辑运算的电路，逻辑符号如图2.12所示。或非门的逻辑功能可用表2.9所示的真值表表示，也可以用下列逻辑函数式表示：,图2.12 或
4、非门逻辑符号,图2.13 TTL或非门电路和引脚排列图,2. TTL与或非门 与或非门是一种能实现“与”、“或”和“非”三种逻辑运算的电路，逻辑符号如图2.14所示。与或非门的逻辑功能可用表2.10所示的真值表表示，也可以用下列逻辑函数式表示： (2-6),图2.14 与或非门逻辑符号,图2.15 TTL与或非门电路和引脚排列图,3. TTL异或门 异或门是一种能实现“异或”运算的逻辑电路，逻辑符号如图2.16所示。或非门的逻辑功能可用表2.11所示的真值表表示，也可以用逻辑函数式表示： (2-7),图2.16 异或门逻辑符号,同或运算为异或的非，即 (2-8) 等效电路如图2.17所示。,图
5、2.17 同或门等效电路,图2.18 74LS86的引脚排列,2.2.3 TTL集电极开路门(OC门) 如图2.19所示为OC门的电路结构及逻辑符号。OC门在实际工作时要在输出的集电极和电源之间加接负载电阻，只要负载电阻和电源的数值选择得当，则可满足不同输出电平的需要，且OC门输出管设计尺寸较大时，可以承受较大的电流和电压。故OC门可用来驱动大电流高电压负载。,图2.19 OC门电路及符号,OC门可以将其输出端进行并联，如图2.20所示。我们将OC门输出端并联在一起的连接方式称为“线与”。OC门的逻辑函数式如下： (2-9),图2.20 OC门线与图,图2.21 OC门的应用,2.2.4 TT
6、L三态输出门 OC门虽然可以实现“线与”，但由于外界负载电阻R的选择不能取得太小，故限制了工作速度，“三态”门可以改进这点。所谓“三态”，即输出不仅有“0”、“1”两态，还有第三态，即高阻态。TTL三态输出门是在普通的门电路上附加控制电路而构成的，图2.22所示给出了三态输出门的电路及逻辑符号，它的真值表见表2.12。,图2.22 三态输出门,图2.23 另一种三态门逻辑符号,图2.24 三态门用于总线传输,图2.25 三态门的应用,2.2.5 74TTL系列集成门电路 1. TTL数字集成电路的国际标准化系列产品 (1) 74系列。 (2) 74H系列。 (3) 74S系列。 (4) 74L
7、S系列。 (5) 74ALS系列。 (6) 74AS系列。 (7) 74F系列。,2. TTL与非门的外特性及有关参数 要正确地选择和使用门电路，必须掌握它的外部特性及反映门电路性能的有关参数。 1) 电压传输特性及有关参数 电压传输特性是指门电路输出电压uo随输入电压ui变化的特性，通常用电压传输特性曲线来表示，如图2.26所示。,图2.26 基本TTL与非门的电压传输特性曲线,2) 阈值电压、关门电平、开门电平和输入信号噪声容限 (1) 阈值电压UTH。电压传输特性的转折区所对应的输入电压，即决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。 UTH=1.4 V。当uiUTH时，
8、就认为与非门饱和，输出低电平；当uiUTH时，就认为与非门截止，输出为高电平。UTH又常被形象化地称为门槛电压。UTH的值为1.31.4 V。,(2) 关门电平和开门电平。在保证输出至少为额定高电平的90%时，允许的最大输入低电平值称为关门电平UOFF。在图2.26中，UOFF1.1 V。 在保证输出为低电平时，所允许的最小高电平值称为开门电平UON。,(3) 输入信号噪声容限。在保证输出高电平不低于额定值的90%的前提下，允许叠加在输入高电平的最大噪声电压称为低电平噪声容限UNL。由图2.26可知 UNL=UOFFUIL (2-10) 当UOFF=1.1 V、UIL=0.3 V时，UNH=0
9、.8 V。 在保证输出为低电平的前提下，所允许叠加在输入高电平上的最大噪声电压称为高电平噪声容限UNH。由图2.26可知 UNH=UIHUON (2-11) UNH=1.4 V，输入噪声容限示意图如图2.27所示。,图2.27 输入噪声容限示意图,3) 输入特性及有关参数 输入特性是门电路输入电流和输入电压之间的关系，它反映了电路对前级信号源的影响并关系到如何正确地进行门电路之间以及门电路与其他电路之间的连接问题。,图2.28 TTL与非门的输入伏安特性,图2.29 TTL门电路输入端接电阻时的等效电路,图2.30 TTL与非门的输入端负载特性,4) 瞬时特性及有关参数 瞬时特性是指若在门电路
10、的输入端加一个理想的矩形波，实验和理论分析都证明，在输出端得到的脉冲不但要比输入脉冲滞后，而且波形的边沿也要变坏。TTL与非门的传输时间波形如图2.31所示。,图2.31 TTL与非门的传输时间波形,导通延迟时间tPHL：从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中点所经历的时间。 截止延迟时间tPLH：从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的时间。 与非门的平均传输延迟时间tpd是tPHL和tPLH的平均值，即 (2-12),5) TTL与非门的扇出系数No No表示同一型号的与非门作为负载时，一个与非门能够驱动同类与非门的最大数目，用来反映门电路带负载的能力。一般希望No越大越好，典型的数值No8。 6) 最高工作频率fCP 最高工作频率是指门电路对输入信号频率的最高限制。 以74LS00为例，表2.15列出了常用的参数值。,
