第13讲-TTL集成逻辑门电路综述课件

1 1第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路第13讲 TTL集成逻辑门电路2 2第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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。3 3第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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。4 4第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.9 CT74系列TTL与非门及逻辑符号5 5第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.10 V1的等效电路 6 6第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路7 7第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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=50.70.73.6 V8 8第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路当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 V9 9第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.11 集成与非门的引脚排列图1010第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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：1111第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.12 或非门逻辑符号 1212第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路1313第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.13 TTL或非门电路和引脚排列图 1414第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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)1515第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.14 与或非门逻辑符号 1616第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路1717第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.15 TTL与或非门电路和引脚排列图1818第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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)1919第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.16 异或门逻辑符号2020第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路2121第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路同或运算为异或的非，即(2-8)等效电路如图2.17所示。2222第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.17 同或门等效电路 2323第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.18 74LS86的引脚排列2424第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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。2525第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.19 OC门电路及符号2626第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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)2727第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.20 OC门线与图 2828第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.21 OC门的应用2929第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路2.2.4 TTL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。3030第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路 图2.22 三态输出门3131第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路3232第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.23 另一种三态门逻辑符号3333第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.24 三态门用于总线传输3434第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.25 三态门的应用3535第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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)74LS系列。(5)74ALS系列。(6)74AS系列。(7)74F系列。3636第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路3737第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路3838第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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。3939第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.26 基本TTL与非门的电压传输特性曲线4040第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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，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。4141第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路(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。4242第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路(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=0.8 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。4343第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.27 输入噪声容限示意图4444第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路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。4545第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.28 TTL与非门的输入伏安特性 4646第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.29 TTL门电路输入端接电阻时的等效电路4747第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.30 TTL与非门的输入端负载特性4848第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路4)瞬时特性及有关参数瞬时特性是指若在门电路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。4949第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路图2.31 TTL与非门的传输时间波形5050第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路导通延迟时间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)5151第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路5)TTL与非门的扇出系数NoNo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。5252第第2章章 逻逻 辑辑 门门 电电 路路