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1、TTLTTL门电路（三极管路（三极管- -三极管三极管逻辑电路）路）一、双极型三极管的开关特性一、双极型三极管的开关特性1、结构：一个独立的双极型三极管由管芯、三个引出构：一个独立的双极型三极管由管芯、三个引出电极和外壳极和外壳组成。成。 基极基极b、集、集电极极c、发射极射极e整理ppt一、双极型三极管的开关特性一、双极型三极管的开关特性2、输入、入、输出特性出特性整理ppt3、三极管的三种工作状、三极管的三种工作状态 NPN饱和区和区放大区放大区截止区截止区饱和区：和区：IC受VCE显著控制的区域，该区域内VCE的 数值较小，一般VCE0.7 V(硅管)， 深度饱和状态VCE(sat) 0
2、.2V以下。 截止区：截止区：IC接近零的区域，IB=0的曲线的下方。 三极管工作在三极管工作在饱和状和状态的的电流条件流条件为： IB IBS 电压条件条件为：放大区：IC平行于VCE轴的区域，曲线基本 平行等距。 整理ppt三极管三极管PNPN结四种偏置方式四种偏置方式组合合发射射结(be(be结) ) 集集电结(bc(bc结) )工作状工作状态正偏正偏反偏反偏放大状放大状态正偏正偏正偏正偏饱和状和状态反偏反偏反偏反偏截止状截止状态反偏反偏正偏正偏倒置状倒置状态整理ppt4、双极型的三极管基本开关、双极型的三极管基本开关电路路整理ppt5、双极型三极管的、双极型三极管的动态开关特性开关特性
3、 三极管内部三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的荷的建立和消散都需要一定的时间,i,iC C的的变化滞化滞后于后于v vI I的的变化。化。整理ppt6 6、三极管反相器、三极管反相器 接入接入电阻阻R2和和负电源源VEE，即使即使输入的低入的低电平信号稍大于零也能平信号稍大于零也能使三极管的基极使三极管的基极为负电位，从而使三极管位，从而使三极管可靠的截止。可靠的截止。整理pptP115 例例3.5.1 在在图3.5.7所示的反相器所示的反相器电路中路中,若若VCC=5V，VEE= -8V，RC=1K，R1=3.3K，R2=10K，三极管的，三极管的电流放大系数流放大系数=20，饱和和压降
4、降VCE（sat）=0.1V，饱和和导通内阻通内阻RCE（sat）=20，输入的高、入的高、低低电平分平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算算输入高、低入高、低电平平时对应的的输出出电平，并平，并说明明电路参数的路参数的设计是否合理。是否合理。戴戴维宁定理宁定理bec双极型三极管工作状双极型三极管工作状态的的计算算整理pptP115 例例3.5.1 在在图3.5.7所示的反相器所示的反相器电路中路中,若若VCC=5V，VEE= -8V，RC=1K，R1=3.3K，R2=10K，三极管的，三极管的电流放大系数流放大系数=20，饱和和压降降VCE（sat）=0.1V，饱和和导通内阻通内阻RCE
5、（sat）=20，输入的高、入的高、低低电平分平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算算输入高、低入高、低电平平时对应的的输出出电平，并平，并说明明电路参数的路参数的设计是否合理。是否合理。当当vI=VIL=0V时，b-e结上是反向上是反向电压，三极管截止，三极管截止，iC=0,vO=VCC=5V。整理pptP115 例例3.5.1 在在图3.5.7所示的反相器所示的反相器电路中路中,若若VCC=5V，VEE= -8V，RC=1K，R1=3.3K，R2=10K，三极管的，三极管的电流放大系数流放大系数=20，饱和和压降降VCE（sat）=0.1V，饱和和导通内阻通内阻RCE（sat）=20，
6、输入的高、入的高、低低电平分平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算算输入高、低入高、低电平平时对应的的输出出电平，并平，并说明明电路参数的路参数的设计是否合理。是否合理。K当当vI=VIH=5V时，b-e结导通，通，VBE=0.7V,iBIBS，故三极管故三极管处于深度于深度饱和状和状态，输出出vO=VCE(sat) 0V整理pptTTLTTL反相器反相器1、TTL反相器的反相器的电路路结构、工作原理构、工作原理 输入入级由由双双极极型型三三极极管管T1、基极、基极电阻阻R1、D1组成。成。 由由T4、T5和和R4、 D2 组成成输出出级倒倒相相级由由双双极极型型三三极极管管T2、R2、R
7、3组成。成。D1:输入端入端钳位二极管位二极管,可可抑制抑制输入端可入端可能出能出现的的负极极性干性干扰脉冲脉冲,也可防止也可防止输入入电压为负时T1的的发射极射极电流流过大大,起到保起到保护作用作用.D2:确保确保T5饱和和导通通时T4可可靠地截止靠地截止.整理pptA(vI)T1发射射结vB1T2T4T5Y(vO)0.2V导通通0.9v截止截止导通通截止截止3.4v3.4V导通通4.1v导通通截止截止导通通0.2v?T1集集电结截止截止导通通2 .1V设Vcc=5V, vIH = 3.4V, vIL = 0.2V, PN结的的导通通电压为0.7V。整理ppt00101高低高低电平分析法平分
8、析法整理ppt11010高低高低电平分析法平分析法整理ppt2、电压传输特性（特性（输入入电压输出出电压关系）关系） 电压传输特性 大体上分4段： 截止区（AB） 线性区（BC） 转折区（CD） 中点的中点的输入入电压称称为 阈值电压(门槛电压)VTH 饱和区 (DE) TTLTTL反相器反相器截止区截止区线性区性区转折区折区饱和区和区v整理ppt饱和区和区 (DE) VI继续升高，升高， VO不不变化化v截止区（截止区（AB） VI =0 T2、T5截止，截止， T4导通通 VO=1线性区（性区（BC） VI升高升高 T2导通，通， T5截止截止 VO降低降低 转折区（折区（CD） VI=1
9、 T2、T5导通通 VO=0 中点的中点的输入入电压VTH称称为阈值电压（门槛电压）整理ppt3、输入端噪声容限入端噪声容限 若若输入信号偏离正常的入信号偏离正常的 低低电平而升高，平而升高，输出高出高电 平不立刻平不立刻变化。同化。同样，输 入信号偏离正常高入信号偏离正常高电平而平而 升高升高时，输出的高出的高电平不平不 立刻改立刻改变。 在在保保证输出高、低出高、低电平平基基 本不本不变（或（或说变化大小化大小不超、不超、 过允允许限度）的条件下，限度）的条件下，输 入入电平平允允许的的波波动范范围称称输 入端噪声容限。入端噪声容限。输入端噪声容限示意入端噪声容限示意图TTLTTL反相器反
10、相器整理ppt 若若许多多门电路相互路相互连接接组成系成系统时，前一，前一级门电路的路的输出是后一出是后一级门电路的路的输入。入。输入入为高高电平平时的噪声容限的噪声容限为 VNH=VOH(min)-VIH(min)输入入为低低电平平时的噪声容限的噪声容限为 VNL=VIL(max)-VOL(max)TTLTTL反相器反相器整理ppt1、输入特性入特性TTLTTL反相器静反相器静态特性特性VI=0v时, IIS (输入短路入短路电流流)IILVI=VIH时,T1相当于把原来的集相当于把原来的集电极极c1当作当作发射极使用射极使用,原原e1当作集当作集电极使用极使用倒置状倒置状态。倒置状。倒置状
11、态下三极管的下三极管的电流放大系数极小，所以流放大系数极小，所以IIH很小很小整理ppt2、输出特性出特性 （a）高高电平平输出特性出特性当当vo o= =vOHOH时，T T4 4、D D2 2导通，通，T T5 5截止截止 得出等效得出等效图 TTLTTL门电路（三极管路（三极管- -三极管三极管逻辑电路）路）整理ppt2、输出特性出特性 （a）高高电平平输出特性出特性 TTLTTL门电路（三极管路（三极管- -三极管三极管逻辑电路）路） T T4 4工作在工作在发射极射极输出状出状态，电路的路的输出出电阻很小，在阻很小，在i L L（负载电流）流）较小的范小的范围内，内，i L L的的变
12、化化对V VOHOH的影响很小。的影响很小。 随着随着i L L数数值的增加，的增加，R R4 4上的上的压降加大，使降加大，使T T4 4的的变为正正向偏置，向偏置，T T4 4进入入饱和状和状态。V VOHOH随随i L L数数值的增加几乎的增加几乎线性下降。性下降。整理ppt（b）低低电平平输出特性（出特性（T5饱和和 T4截止）截止）TTLTTL门电路（三极管路（三极管- -三极管三极管逻辑电路）路） T5饱和和导通通时c-e间的内阻很小，的内阻很小，i L增加增加时输出的低出的低电平平仅稍有升高。稍有升高。从低从低电平平输出特性曲出特性曲线可看出可看出: : V VOLOL与与i L
13、 L的关系在的关系在较大的范大的范围里基本呈里基本呈线性性整理ppt3、输入端入端负载特性特性如如图：输入入电流流流流过RP，RP上上产生生压降形成降形成vI I ， RP越大，越大， vI I越高。当越高。当vI I上升到上升到1.4V后后T2、T5同同时导通，将通，将vB1B1钳在在2.1V左右，左右，RP增加，增加，vI I不不变，趋近于近于vI I= =1.4v的一条水平的一条水平线。TTLTTL反相器反相器整理ppt整理ppt1.输出出为低低电平平时（vO = vOL0.4V)输出端出端带负载的情形如的情形如图：低低电平平输出出电流流 : IOL=N1IIL N1IIS 由于由于T5
14、管的管的导通通电阻阻为RON，N1是是输出出低低电平平时负载门的数目。的数目。所以，所以，vOL=IOLRON。为了保了保证 vOL0.4v，要限制要限制负载门的数目的数目N1。截止截止导通通vOL驱动门负载门IILIILIOLTTLTTL门电路扇出系数的路扇出系数的计算算扇出系数是指一个扇出系数是指一个门电路可以同路可以同时驱动某一种某一种门电路的最大数目路的最大数目+VCCT4T5+VCCT1+VCCT1整理ppt 高高电平平输出出电流：流：由于由于T4管的管的导通通电阻阻为RON ，所以，所以 vOH VCC -N2IIH (R4+RON)- 0.7v为了保了保证vOH2.4v，要限制，
15、要限制负载门的数目的数目N2。2.输出端出端为高高电平平时 (vO = vOH 2.4v)输出端出端带负载的情形的情形如如图：N2是是输出高出高电平平时负载门的数目。的数目。导通通截止截止vOH驱动门负载门IIHIIHIOHIOH = N2IIHR4+VCCT4T5+VCCT1+VCCT1整理pptP120例例3.5.2 在在图3.5.17所示的所示的电路中路中,试计算算门G1最多可以最多可以驱动多少个同多少个同样的的门电路路负载，VOH3.2V3.2V，VOL0.2V0.2V。整理pptP122例例3.5.3在在图3.5.20所示的所示的电路中，路中，为保保证门G1输出的高、出的高、低低电平
16、能正确地平能正确地传送到送到门G2的的输入端，要求入端，要求vO1=VOH时vI2VIH(min)，vO1=VOL时vI2VIL(max)，试计算算RP的最大允的最大允许值是是多少。已知多少。已知G1和和G2均均74系列反相器，系列反相器，VCC=5V，VOH=3.4V，VOL=0.2V，VIH(min)=2.0V，VIL(max)=0.8V。RP 为较小的小的值VOL整理ppt1、传输延延迟时间 把把输出出电压波形波形滞后滞后于于输入入电压波形的波形的时间称称为传输延延迟时间( (tPd) )。由低由低电平跳平跳变为高高电平平的的传输延延迟时间记tPLHTTLTTL反相器的反相器的动态特性特
17、性由高由高电平跳平跳变为低低电平平的的传输延延迟时间记tPHL整理ppt2、交流噪声容限交流噪声容限 由于由于TTL电路中存在三极管的开关路中存在三极管的开关时间和分布和分布电容的充放容的充放电过程，因而程，因而输入信号状入信号状态变化化时必必须有足有足够的的变化幅度和作用化幅度和作用时间才能使才能使输出状出状态改改变。窄脉冲。窄脉冲3、电源的源的动态尖峰尖峰电流流 瞬瞬时流流经的最大的最大电流，流，T4、T5同同时导通的状通的状态。TTLTTL动态特性特性整理ppt其他其他类型的型的TTLTTL门电路路1、其他、其他逻辑功能的功能的门电路路T1多多发射射极三极管极三极管整理ppt其他其他类型
18、的型的TTLTTL门电路路 多射极三极管和一般三极管多射极三极管和一般三极管结构基本相同，只是构基本相同，只是有多个有多个发射极。射极。相当于三个三极管的基极相当于三个三极管的基极b和集和集电极极c连在一起。在一起。TbeeAeBeCABCD1D2D3D4整理ppt0A/B=0 T1有一个有一个发射射结导通，通，T2、T5截止，截止，T4导通通 Y=1 0011整理ppt1A=1 B=1T2、T5导通，通，T4截止截止 Y=0 11001ABY001011101110Y=(AB) 整理ppt其他其他类型的型的TTLTTL门电路路1、其他、其他逻辑功能的功能的门电路路VVA=1时T2、T5导通，
19、通，T4截止截止 Y=0B=1时T2、T5导通，通，T4截止截止 Y=0A=B=0时T2、T2截止，截止，T5截止截止 ，T4导通通 Y=1Y=(A+B) A AB BY Y0 00 01 10 01 10 01 10 00 01 11 10 0整理ppt其他其他类型的型的TTLTTL门电路路1、其他、其他逻辑功能的功能的门电路路A=B=1 T2、T5导通，通，T4截止截止 Y=0C=D=1 T2 、T5导通，通，T4截止截止 Y=0仅当当A、B和和C、D每每组输入都不同入都不同时为1 (例例A=0B=1C=1D=0，T2、T2截止，截止，T5截止，截止，T4导通通) Y=1 Y=(AB+CD
20、) 011000011整理ppt其他其他类型的型的TTLTTL门电路路1、其他、其他逻辑功能的功能的门电路路A=B=1 T6、T9导通，通，T8截止截止 Y=0A=B=0 T4、T5截止，截止，T9导通通,T8截止截止 Y=0A、B不同不同时，T1导通，通，T6截止，截止，T4、T5一个一个导通，通，T7截止，截止，T8导通，通，T9截止截止 Y=1 Y=A B 整理ppt2、集、集电极开路的极开路的门电路（路（OC门） 工作工作时需要外接需要外接负载电阻和阻和电源，源，当他当他们的数的数值选择得当，就能得当，就能够保保证输出的出的高低高低电平符合要求，平符合要求，负载电流又不流又不过大。大。
21、其他其他类型的型的TTLTTL门电路路整理ppt线与与其他其他类型的型的TTLTTL门电路路整理ppt注：注：OC门外接外接电阻的阻的计算方法和算方法和OD门外接外接电阻阻的的计算方法基本相同。不同的是在多个算方法基本相同。不同的是在多个负载门输入端并入端并联情况下，低情况下，低电平平输入入电流的数目不一定流的数目不一定与与输入端的数目相等。入端的数目相等。当当输出高出高电平平时：当当输出低出低电平平时：n：并联OD门或OC门的数目整理ppt与非与非门：输入低入低电平平时，因，因为一个一个负载门总的低的低电平平输入入电流和每个流和每个输入端入端单独接低独接低电平平时的的输入入电流是一流是一样的
22、，所以的，所以m为负载门数目数目。输入高入高电平平时，m为输入端数目入端数目。整理ppt或非或非门：输入低入低电平平时， m 为输入端数目入端数目。输入高入高电平平时，m为输入端数目入端数目。整理pptP133例例3.5.5为图中外接中外接负载电阻阻RL选定合适的定合适的阻阻值。已知。已知G1、G2为OC门。整理ppt3、三、三态输出出门电路（路（TS门） 在普通在普通门电路路的基的基础上附加控上附加控制制电路构成路构成三三态：高：高电平平 低低电平平 高阻高阻态其他其他类型的型的TTLTTL门电路路整理ppt集成集成门电路路逻辑功能的分析功能的分析对TTL电路，路，输入端入端悬空与接空与接逻
23、辑高高电平等效。平等效。 输入端入端经过电阻接阻接电源源电压时，与接，与接逻辑高高电平等效。平等效。 输入端入端经过电阻接地阻接地时，输入端的入端的电平与平与电阻阻阻阻值大小有关，当大小有关，当电阻阻阻阻值很小（几十欧）很小（几十欧）时，相当于接低，相当于接低电平，当平，当电阻阻阻阻值大到一定程度以大到一定程度以后（几千欧），后（几千欧），输入端入端电压为高高电平。平。习题P154 3.14整理ppt对CMOS门电路路,通常不允通常不允许输入端工作在入端工作在悬空状空状态。 输入端入端经过电阻接地阻接地时，与接，与接逻辑低低电平等效；平等效； 经过电阻接阻接电源源电压时，与接，与接逻辑高高电平
24、等效。平等效。习题P154 3.15 集成集成门电路路逻辑功能的分析功能的分析整理ppt集成集成门电路路逻辑功能的分析功能的分析TTL集成集成门电路中的几种基本路中的几种基本电路模路模块 与与结构构 或非或非结构构 倒相倒相结构构整理ppt习题3.13AB(AB)ABAB(AB)AB整理ppt习题3.1301001001A AB BY Y0 00 00 01 11 10 01 11 10整理pptCMOS集成集成门电路中的几种基本路中的几种基本电路模路模块集成集成门电路路逻辑功能的分析功能的分析反相反相结构构 与非与非结构构 或非或非结构构整理pptP151习题3.7整理ppt习题 P150 3.3 试说明能否将与非明能否将与非门、或非、或非门、异或、异或门当做反相器使用？如果可以，各当做反相器使用？如果可以，各输入端入端应如何如何连接。接。 整理ppt习题 P150 3.4 画出画出图所示所示电路在下列两种情况下的路在下列两种情况下的输出出电压波形波形:(1)忽略所有忽略所有门电路的路的传输延延迟时间 (2)考考虑每个每个门都有都有传输延延迟时间tpd。 整理ppt作作业P151 3.7(b)(d) 3.8(b) 3.9 3.11 3.13(b) 3.16整理ppt
