第三节 TTL门电路

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1、第三节第三节 TTLTTL门电路门电路第三节第三节 TTL门电路门电路v TTL反相器的电路结构和工作原理反相器的电路结构和工作原理v TTL反相器的静态输入、输出特性反相器的静态输入、输出特性v TTL反相器的动态特性反相器的动态特性v 其他类型的其他类型的TTL门电路门电路v TTL门电路的改进系列门电路的改进系列v 半导体三极管的开关特性半导体三极管的开关特性下页下页 总目录总目录推出推出1第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回上页上页v vBEBE V VONON 时三极管导通时三极管导通时三极管导通时三极管导通v vBEBE V VONON 时三极管截止时三极管截止时

2、三极管截止时三极管截止1. 1. 三极管的输入特性三极管的输入特性三极管的输入特性三极管的输入特性v vBEBE+ +- -i iB BO OU UBEBE/V/Vi iB B/ / A A实际特性实际特性实际特性实际特性理想特性理想特性理想特性理想特性V VONON一、半导体三极管的开关特性2第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回上页上页饱和区：饱和区：饱和区：饱和区：U UCECE很小很小很小很小深度饱和时在深度饱和时在深度饱和时在深度饱和时在0.3V0.3V以下以下以下以下i iC C/mA/mAOu uCECE/V/Vi iB B=80 A60402002. 2. 三极

3、管的输出特性三极管的输出特性三极管的输出特性三极管的输出特性放大区放大区放大区放大区截止区：截止区：截止区：截止区：i iC C几乎为零几乎为零几乎为零几乎为零I ICEOCEO通常在通常在通常在通常在1 1 A A以下以下以下以下放大区：放大区：iC随随iB成正比地变化成正比地变化几乎不受几乎不受vCE变化的影响变化的影响v vcece+ +- -i ic cv vBEBE+ +- -i iB B3第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回上页上页若参数选择合理若参数选择合理若参数选择合理若参数选择合理三极管截止时相当于开关断开，输出高电平；三极管截止时相当于开关断开，输出高电平

4、；三极管截止时相当于开关断开，输出高电平；三极管截止时相当于开关断开，输出高电平；三极管导通时相当于开关闭合，输出低电平。三极管导通时相当于开关闭合，输出低电平。三极管导通时相当于开关闭合，输出低电平。三极管导通时相当于开关闭合，输出低电平。3. 3. 三极管的基本开关电路三极管的基本开关电路三极管的基本开关电路三极管的基本开关电路v vOO+ +- -i iC CR RC CR RB Bv vI I+ +- -V VCCCC动画动画4第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回上页上页4. 4. 三极管的开关等效电路三极管的开关等效电路三极管的开关等效电路三极管的开关等效电路ebc

5、截止状态ebc饱和状态相当于开关断开。相当于开关断开。相当于开关闭和。相当于开关闭和。5第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回上页上页T深度饱和深度饱和T截止截止逻辑符号逻辑符号为保证在输入低电平时为保证在输入低电平时,三极管可靠截止，三极管可靠截止，接入了电阻接入了电阻R2和负电源和负电源VEE。5. 5. 三极管反相器三极管反相器三极管反相器三极管反相器三极管非门（反相器）三极管非门（反相器）-VEEVccRC R1 Y（vo）TR2A（vI）AY仿真仿真仿真仿真6第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回上页上页 例例例例3.3.13.3.1 : : 下图所示

6、反相器中，下图所示反相器中，下图所示反相器中，下图所示反相器中，V VCCCC= 5V= 5V，V VEEEE = = - - - -8V8V， R RC C = =1k k， R R1 1 =3.3=3.3kk， R R2 2 =10 =10kk，三极管的三极管的三极管的三极管的 =20=20， 饱和压降饱和压降饱和压降饱和压降U UCESCES =0.1V =0.1V， V VIHIH =5V =5V， V VILIL =0V =0V， （1 1）计算输入高、低电平时对应的输出电平；计算输入高、低电平时对应的输出电平；计算输入高、低电平时对应的输出电平；计算输入高、低电平时对应的输出电平；

7、 （2 2）说明电路参数的设计是否合理。）说明电路参数的设计是否合理。）说明电路参数的设计是否合理。）说明电路参数的设计是否合理。-VEEVccRC R1 Y（vo）TR2A（vI）7第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回上页上页 解：解：解：解：三极管非门电路的化简三极管非门电路的化简三极管非门电路的化简三极管非门电路的化简vIR1R2beVEE+-RB+-VBbe8第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回上页上页当当当当时时时时加在加在加在加在发射结上的是反向电压，三极管截止。发射结上的是反向电压，三极管截止。发射结上的是反向电压，三极管截止。发射结上的是反向

8、电压，三极管截止。RB+-VBbe9第三节第三节 TTLTTL门电路门电路返回返回上页上页三极管处于深度饱和状态。三极管处于深度饱和状态。三极管处于深度饱和状态。三极管处于深度饱和状态。当当当当时时时时可知电路参数设计合理可知电路参数设计合理可知电路参数设计合理可知电路参数设计合理10第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回1961年美国得克萨斯仪器公司率先制成了集成电路。集成电路年美国得克萨斯仪器公司率先制成了集成电路。集成电路体积小体积小、重量轻重量轻、可靠性好可靠性好，因而在大多数领域里迅速取代了，因而在大多数领域里迅速取代了分立元件电路。分立元件电路。按照集成度（即按照集

9、成度（即每一片硅片中所含元器件数每一片硅片中所含元器件数）的高低，）的高低，二、TTL反相器的电路结构和工作原理上页上页根据制造工艺的不同，集成电路又分成根据制造工艺的不同，集成电路又分成双极型双极型和和单极型单极型两类。两类。TTL电路电路是目前双极型数字集成电路中用得最多的一种。是目前双极型数字集成电路中用得最多的一种。小规模集成电路小规模集成电路（Small Scale Integration,简称简称SSI）中规模集成电路中规模集成电路（Medium Scale Integration,简称简称MSI）大规模集成电路大规模集成电路（Large Scale Integration,简称简

10、称LSI）超大规模集成电路超大规模集成电路（Very Large Scale Integration,简称简称VLSI）集集成成电电路路分分类类11第三节第三节 TTLTTL门电路门电路设：设：设：设：电源电压电源电压电源电压电源电压 V VCC CC = 5V= 5V输入高电平输入高电平输入高电平输入高电平V VIH IH = 3.4V= 3.4V输入低电平输入低电平输入低电平输入低电平V VIL IL = 0.2V= 0.2V开启电压开启电压开启电压开启电压 V VON ON = 0.7V= 0.7V1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构起起起起保护保护保护保护作用作用作用作用反相器是反

11、相器是TTL电路中电路结构最简单的一种。电路中电路结构最简单的一种。因电路输入端和输出端均为三极管结构，所以称为三极管因电路输入端和输出端均为三极管结构，所以称为三极管-三极管逻辑电路，简称三极管逻辑电路，简称TTL电路。电路。下页下页上页上页返回返回TTL反相器的典型电路输入级输入级倒相级倒相级输出级输出级12第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回上页上页v vI I = = V VIL IL = 0.2V= 0.2V时时时时v vB1 B1 = = V VIL IL + + V VONON = 0.9V = 0.9VT T2 2、T T5 5截止截止截止截止, ,T T4

12、4、D D2 2导通导通导通导通, ,输出为输出为输出为输出为高电平高电平高电平高电平。工作原理工作原理工作原理工作原理T T1 1工作在深度饱和状态，工作在深度饱和状态，TTL反相器的典型电路输入级输入级倒相级倒相级输出级输出级13第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页返回返回上页上页v vI I = = V VIH IH = 3.4V= 3.4V时时时时v vB1 B1 = = V VIH IH + + V VONON = 4.1V = 4.1VT T2 2、T T5 5导通，导通，导通，导通，v vB1B1被钳位在被钳位在被钳位在被钳位在2.1V2.1V，T T4 4、D D2

13、2截止，截止，截止，截止， T T5 5饱和，输出为饱和，输出为饱和，输出为饱和，输出为低电平。低电平。低电平。低电平。输入输出之间是反相关系，即输入输出之间是反相关系，即输入输出之间是反相关系，即输入输出之间是反相关系，即TTL反相器的典型电路输入级输入级倒相级倒相级输出级输出级14第三节第三节 TTLTTL门电路门电路ABAB段段段段: : 截止区，截止区，截止区，截止区，T T2 2、T T5 5截止，截止，截止，截止，T T4 4导通。导通。导通。导通。BCBC段：线性区，段：线性区，段：线性区，段：线性区，T T2 2导通、导通、导通、导通、T T5 5截止。截止。截止。截止。CDC

14、D段：转折区，段：转折区，段：转折区，段：转折区，T T2 2、T T5 5同时导通。同时导通。同时导通。同时导通。DEDE段段段段: : 饱和区饱和区饱和区饱和区, , v vi i 继续升高时继续升高时继续升高时继续升高时 v vo o 不再变化。不再变化。不再变化。不再变化。V VTHTH称为称为称为称为阈值电压阈值电压阈值电压阈值电压或或或或门槛电压门槛电压门槛电压门槛电压，约，约，约，约1.4V1.4V。2. 电压传输特性电压传输特性下页下页上页上页返回返回0ABCDE3.02.01.00.5 1.0 1.5vO/VvI/V仿真仿真仿真仿真15第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下

15、页下页上页上页3.3.输入躁声容限输入躁声容限输入躁声容限输入躁声容限定义：定义：定义：定义：在保证输出高、低电平基本不变在保证输出高、低电平基本不变在保证输出高、低电平基本不变在保证输出高、低电平基本不变（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，输入电平的允许波动范围，输入电平的允许波动范围，输入电平的允许波动范围，输入电平的允许波动范围，称为称为称为称为输入噪声容限输入噪声容限输入噪声容限输入噪声容限。返回返回16第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下

16、页上页上页输入为高电平时的噪声容限为：输入为高电平时的噪声容限为：输入为高电平时的噪声容限为：输入为高电平时的噪声容限为：输入为低电平时的噪声容限为：输入为低电平时的噪声容限为：输入为低电平时的噪声容限为：输入为低电平时的噪声容限为：V VNHNHV VIHIH（minmin）V VILIL（maxmax）V VNLNLvovi返回返回V VOHOH（minmin）V VOLOL（maxmax）0 0输出输出输出输出1 1输出输出输出输出0 0输入输入输入输入1 1输入输入输入输入vovi17第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页上页上页7474系列门电路的标准参数为系列门电路的标准参数为系列门电路的标准参数为系列门电路的标准参数为可得可得可得可得返回返回18第三节第三节 TTLTTL门电路门电路下页下页上页上页输入低电平电流为：输入低电平电流为：输入低电平电流为：输入低电平电流为：三、TTLTTL反相器的静态输入、输出特性当当当当时时时时当当当当时时时时T T1 1处于倒置状态处于倒置状态处于倒置状态处于倒置状态1. 1.输入特性输入特性输入特性输入特性返回返回TTLTTL反