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1、2.3 简单的与、或、非门电路,基本逻辑门电路： 与门电路 或门电路 非门电路,继续,1、二极管与门,Y=AB,继续,Y=A+B,2、二极管或门,加入VEE目的： ？,三极管反相器,uA0V时，三极管截止， iB0，iC0， 输出电压uYVCC5V,继续,uA5V时，三极管导通。基极电流为：,三极管临界饱和时 的基极电流为：,输出电压uYVCES0.3V,继续,继续,(1)、与非电路,000 0,001 0,010 0,011 0,100 0,101 0,110 0,111 1,5、复合逻辑门,继续,(2)、或非门电路,继续,输入级,倒相级,输出级,称为推拉式电路或图腾柱输出电路,2.4.1
2、TTL反相器的电路结构和工作原理,1.输入为低电平（0.2V）时,0.9V,不足以让 T2、T5导通,T2、T5截止,1.输入为低电平（0.2V）时,vo=5vR2vbe4vD23.4V 输出高电平,2.输入为高电平（3.4V）时,电位被嵌 在2.1V,vB1=VIH+VON=4.1V,发射结反偏,1V,T2、T5饱和导通,2.输入为高电平（3.4V）时,vo =VCE50.3V 输出低电平,无论输入如何，T4和T5总是一管导通而另一管截止。 这种推拉式工作方式，带负载能力很强。,继续,类似：TTL与非门,1. 任一输入为低电平（0.2V）时,0.9V,不足以让 T2、T5导通,T2、T5截止
3、,任一输入为低时，uo=5-uR2-ube3-ube43.6V 输出为高!,继续,1V,2. 输入全为高电平（3.6V）时,T2、T5饱和导通,uo =0.3V 输出低电平,当输入全为高时，输出为低,继续,符号,一般用T5的状态表示门的工作状态 T5截止，称门电路处于关态 （关断状态） T5导通，称门电路处于开态 （开通状态）,TTL-IC的封装： 双列直插式,如：TTL门电路芯片（四2输入与非门，型号74LS00 ),地GND,外 形,电源VCC（+5V）,74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。,输入低电平电流IIL：,1、输入、输出特性,输入高电平电流IIH：
4、,2.4.2 TTL的外特性及参数,输 入 特 性,输入短路电流IIS(IIL),高电平输入电流IIH,注：以流入门的电流为正,输出特性,与非门输出为 高电平时：,输出电流的方向为流出（拉电流）,实际工作中，受到功耗的限制，输出电流不能超过0. 4mA。,IOHmax= -0. 4mA,由于与非门输出电阻的存在，输出电压随输出电流的增大而下降,拉电流： IOH,反映输出电压vO与输出电流iL的关系。规定灌入电流为正方向。拉出电流为负方向。,与非门输出为 低电平时：,灌电流： IOL,输出电流的方向为流入(灌电流)，,输出电压随输出电流的增大而增大。,饱和导通内阻很小，饱和导通压降很低，负载电流
5、增加时输出低电平稍有升高,IOLmax=16mA,IOL(max),2 输入端负载特性,输入端负载特性,T5截止，与非门处在关断状态。,将0.75k称为关门电阻，用ROFF表示。,当RP ROFF时，相当于输入端接低电平。,T5导通，,将2k称为开门电阻，用RON表示。,当RP RON时，相当于输入端接高电平。,数字电路中要求输入负载电阻RP RON或RP ROFF ，否则输入信号将不在高低电平范围内。,悬空的输入端相当于接高电平。,为了防止 干扰，一般应将悬空的输入端人为接高电平。,例：判断如图TTL电路输出为何状态？,Y0=0,1,0,Y1=1,Y0,Y2=0,1,0,3. 电压传输特性：
6、 VO= f（VI）,输出电压随输入电压变化,AB段：,截止区,BC段：,线性区,CD段：,转折区,DE段：,饱和区,0VUi0.6V,0.6Ui1.3V,1.3Ui 1.5V,Ui1.5V,电压传输特性可以反映TTL非门的几个主要电参数：, 输出高、低电平,VOH,VOL,输出高电平VOH 输出低电平VOL,关门电平(Voff)和开门电平(Von),Voff(VILmax),Von(VIHmin),在保证输出高于VOHmin允许的输入低电平的最大值，称为关门电平Voff (VILmax); 在保证输出低于VOLmax允许的输入高电平的最小值，称为开门电平Von (VIHmin)。,0.8V,
7、2V,3.4V,0.3V, 输出高、低电平的最小值,输出高电平最小值VOHmin 输出低电平最大值VOLmax, 阈值电压(Vth):,转折区中点对应的输入电压称阈值电压Vth。,2.4V,0. 4V,VOH,VOL,4 噪声容限,VNH= VOHmin-VIHmin,VNL= VILmax-VOLmax,VNH= 2.4-2=0.4V,VNL= 0.8-0.4=0.4V,思考：前后级之间电流的联系,前级输出为 高电平时,前级（驱动门）,后级（负载门）,1,前级输出为 低电平时,前级（驱动门）,后级（负载门）,0,流入前级的电流IOL (灌电流),输入低电平时的输入电流IIL，大约为1mA。,
8、5. 扇出系数（fan out）, 一个门电路能驱动同类门的最大数目。,扇出系数衡量门电路的带负载能力。,VOL=0.2V时，查特性图得到输出电流IOL=16mA,每个负载门的输入电流为IIL=1mA,VOH=3.2V时，查图得输出电流IOH=7.5mA,但手册规定|IOH|0.4mA,故取|IOH|=0.4mA;每个负载门的输入电流为IIH=40A,综上所述，扇出系数NO=10,计算G1可驱动多少个同样门？要求VOH3.2V, VOL0.2V,解：（1）vO1=VOH、vI2VIH(min)时,应满足：VOHIIHRPVIH(min),例：为保证G1输出的高低电平能正确传递到G2，要求vO1
9、=VOH、vI2VIH(min)；vO1=VOL、vI2VIL(max)，试计算RP的最大允许值。所有参数见前,A为0.2V时，B应0.8V，若RP太大，B会0.8V,应满足：0.2+iRP 0.8,代入得,（2）vO1=VOL、vI2VIL(max)时,取R1 =4k ，则RP不应大于690.,TTL门电路的动态特性 p55,一、传输延迟时间tpd,tpd表征门电路的开关速度,tpHL,tpLH,导通传输 时间,截止传输 时间,平均传输延迟时间 （Propagation delay),tpd =515ns,上升沿,下降沿,问：哪个长？为什么？,tpHL,tpLH,平均传输延迟时间 （Prop
10、agation delay),8ns，12ns,T5管导通时工作在深度饱和状态，其从导通转换为截止（对应输出从低电平跳变为高电平）的开关时间较长，因此tpHL tpLH,二.功耗：,分为静态、动态功耗 见前 对于TTL电路静态功耗是主要的,2.4.3 其他类型的TTL门电路,一. 其他逻辑功能的门电路,输入端改成多发射极三极管,1.与非门,74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。,例：如图电路，已知 74LS00门电路GP参数为： IOH/IOL=-1.0mA/20mA IIH/IIL=50A/-1.43mA 试求门GP能驱动多少同类门？若将电路中的芯片改为74LS
11、20，其门电路参数同74S00，问此时GP能驱动多少同类门？,门GP输出低电平时，设可带同类门数为NOL：,解： (1) 74LS00 为2输入与非门：,门GP输出的高电平时，设可带同类门数为NOH：,扇出系数=10,(2) 74S20为4输入与非门：,门GP输出低电平时，设可带同类门数为NOL：,门GP输出高电平时，设可带同类门数为NOH：,扇出系数No=5,或非门,与或非门,74LS86,二.集电极开路门（OC门）,为什么需要OC门？ 普通与非门输出不能 直接连在一起实现“线与”！,产生一个很大的电流,输入全1时，输出=0 输入任0时，输出悬空,继续,OC门的“线与”,分析：F1、F2、F
12、3任一导通(为0)，则F=0； F1、F2、F3全截止(为1)，则F=1 。,F=F1F2F3,继续,集电极开路,OC门特点：,RL的选择,IOH,IIH,n个,m 个,VOH,负载门输入端个数,(1) RL有最大值：,VOL,m个,IOL,IIL,负载门个数,由于与非门的输入端为多发射极，当前一级门输出低电平时，负载门只要一个输入端为低电平，T2、T5就截止。,(2) RL有最小值：,2、三态输出门电路（ TSL）,TriState Logic,在计算机系统中，为减少各部件间的连线，往往希望能将各部件直接挂在一根总线上，但不是所有的输出门都可以做到的，普通门电路不行，OD门要外接电源和电阻，
13、这也不方便。,1 . 问题的提出,解决方法：,采用TSL三态门。,“ 三态门 ”是在普通门的基础上附加控制电路而构成。,三种状态,高电平,低电平,高阻状态（禁止状态）,标准门的输出状态,TTL输出三态门（TS门：p59）,EN 即 Enable,符号及功能表,继续,三态门 （TS门)常用符号,2.4.4 TTL门电路的各种系列 (了解),74H系列：高速系列。其工作速度的提高是用增加功耗的代价换取的，效果不够理想。,从提高工作速度、降低功耗两方面考虑进行改进。,74S系列：肖特基系列。采用抗饱和三极管，提高了工作速度，但电路功耗加大，并且输出的低电平升高。,74LS系列：低功耗肖特基系列。兼顾功耗和速度两个方面，得到更小的延迟功耗积。,74AS系列：电路结构与74LS系列相似，采用低 阻值，提高了工作速度，但功耗较大。,74ALS系列：其延迟功耗积是TTL电路所有系列中最小的一种。,54、54H、54S、54LS系列：54系列与74系列电路具有完全相同的电路结构和电气性能参数。54系列工作温度范围更宽，电源允许的工作范围更大。 74系列：温度070，电源电压5V5%; 54系列: 温度-55+125，电源电压5V10%。,TTL集成门电路系列举例,
