数字电子技术基础3-2

单击此处编辑母版标题样式,abcd,单击此处编辑母版文本样式,abvd,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.2 TTL,逻辑门,3.2.1,BJT,的开关特性,3.2.2,基本,BJT,反相器的动态特性,3.2.3,TTL,反相器的基本电路,3.2.4,TTL,逻辑门电路,3.2.5,集电极开路门和三态门,3.2.6,BiMOS,门电路,3.2 TTL,逻辑门,3.2.1,BJT,的开关特性,i,B,0,，,i,C,0,，,v,O,V,CE,V,CC,，,c,、,e,极之间近似于开路,v,I,=0V,时,:,i,B,0,，,i,C,0,，,v,O,V,CE,0.2V,，,c,、,e,极之间近似于短路,v,I,=5V,时,:,i,C,I,CS,很小，约为数百欧，相当于开关闭合,可变,很大，约为数百千欧，相当于开关断开,c,、,e,间等效内阻,V,CES,0.20.3 V,V,CE,V,CC,i,C,R,c,V,CEO,V,CC,管压降,且不随,i,B,增加而增加,i,c,i,B,i,C,0,集电极电流,发射结和集电结均为正偏,发射结正偏，集电结反偏,发射结和集电结均为反偏,偏置情况,工作特点,i,B,i,B,0,条件,饱 和,放 大,截 止,工作状态,BJT,的开关条件,0,i,B,2.BJT,的开关时间,从截止到导通,开通,时间,t,on,(=,t,d,+,t,r,),从导通到截止,关闭时间,t,off,(=,t,s,+,t,f,),BJT,饱和与截止两种状态的相,互转换需要一定的时间才能完成。,C,L,的充、放电过程均需经历一定,的时间，必然会增加输出电压,O,波,形的上升时间和下降时间，导致基,本的,BJT,反相器的开关速度不高。,3.2.2,基本,BJT,反相器的动态性能,若带电容负载,故需设计有较快开关速度的实用型,TTL,门电路。,输出级,T,3,、,D,、,T,4,和,R,c4,构成推拉式的输出级。用于提高开关速度和带负载能力。,中间级,T,2,和电阻,R,c2,、,R,e2,组成，从,T,2,的集电结和发射极同时输出两个相位相反的信号，作为,T,3,和,T,4,输出级的驱动信号；,R,b1,4k,W,R,c,2,1.6k,W,R,c,4,130,W,T,4,D,T,2,T,1,+,v,I,T,3,+,v,O,负载,R,e2,1K,W,V,CC,(5V),输入级,中间级,输出级,3.2.3 TTL,反相器的基本,电路,1.,电路组成,输入级,T,1,和电阻,R,b1,组成。用于提高电路的开关速度,2.TTL,反相器的工作原理（逻辑关系、性能改善）,（,1,）当输入为低电平（,I,=0.2 V,）,T,1,深度饱和,截止,导通,导通,截止,饱和,低电平,T,4,D,4,T,3,T,2,T,1,输入,高电平,输出,T,2,、,T,3,截止，,T,4,、,D,导通,（,2,）当输入为高电平（,I,=3.6 V,）,T,2,、,T,3,饱和导通,T,1,:,倒置的放大状态。,T,4,和,D,截止。,使输出为低电平,.,v,O,=,v,C3,=,V,CES3,=0.2V,输入,A,输出,L,0,1,1,0,逻辑真值表,逻辑表达式,L =A,饱和,截止,T,4,低电平,截止,截止,饱和,倒置工作,高电平,高电平,导通,导通,截止,饱和,低电平,输出,D,4,T,3,T,2,T,1,输入,（,3,）采用输入级以提高工作速度,当,TTL,反相器,I,由,3.6V,变,0.2V,的瞬间,T,2,、,T,3,管的状态变化滞后于,T,1,管，仍处于导通状态。,T,1,管,Je,正偏、,Jc,反偏，,T,1,工作在放大状态。,T,1,管,射极电流（,1+,1,）,i,B1,很快地从,T,2,的基区抽走多余的存储电荷,从而加速了输出由低电平到高电平的转换。,（,4,）采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力,当,O,=0,.2V,时,当输出为低电平时，,T,4,截止，,T,3,饱和导通，其饱和电流全部用来驱动负载,a),带负载能力,当,O,=,3.6V,时,O,由低到高电平跳变的瞬间，,C,L,充电，其时间常数很小使输出波形上升沿陡直。而当,O,由高变低后，,C,L,很快放电，输出波形的下降沿也很好。,T,3,截止，,T,4,组成的电压跟随器的输出电阻很小，输出高电平稳定，带负载能力也较强。,输出端接负载,电容,C,L,时,，,b),输出级对提高开关速度的作用,1.TTL,与非门电路,多发射极,BJT,T,1,e,e,b,c,e,e,b,c,A,&,B,A,L,=,B,3.2.4,TTL,逻辑门电路,TTL,与非门,电路的工作原理,任一输入端为低电平时,:,TTL,与非门各级工作状态,I,T,1,T,2,T,4,T,5,O,输入全为高电平,(3.6V),倒置使用的放大状态,饱和,截止,饱和,低电平（,0.2V,）,输入有低电平,(0.2V),深饱和,截止,放大,截止,高电平,（,3.6V,）,当全部输入端为高电平时：,输出低电平,输出高电平,2.TTL,或非门,若,A,、,B,中有一个为高电平,:,若,A,、,B,均为低电平,:,T,2A,和,T,2B,均将截止，,T,3,截止。,T,4,和,D,饱和，,输出为高电平。,T,2A,或,T,2B,将饱和，,T,3,饱和，,T,4,截止，,输出为低电平。,逻辑表达式,v,OH,v,OL,输出为低电平的逻辑门输出级的损坏,3.2.5,集电极开路门和三态门电路,1.,集电极开路门,电路,a,）,集电极开路与非门电路,b,）,使用时的外电路连接,C,）,逻辑功能,L,=,A B,OC,门输出端连接实现线与,V,CC,2,.,三态与非门,(TSL),当,CS=3.6V,时,CS,数据输入端,输出端,L,A,B,1,0,0,1,0,1,1,1,0,1,1,1,0,0,三态与非门真值表,当,CS=0.2V,时,CS,数据输入端,输出端,L,A,B,1,0,0,1,0,1,1,1,0,1,1,1,0,0,高阻,高电平,使能,=,=,高阻状态,与非逻辑,Z,L,AB,L,CS=0,_,CS=1,真值表,逻辑符号,A,B,CS,&,L,EN,特点,:,功耗低、速度快、驱动力强,3.2.6,BiCMOS,门电路,I,为高电平,:,M,N,、,M,1,和,T,2,导通，,M,P,、,M,2,和,T,1,截止，输出,O,为低电平。,工作原理,:,M,1,的导通,迅速拉走,T,1,的基区存储电荷,;,M,2,截止,M,N,的输出电流全部作为,T,2,管的驱动电流,M,1,、,M,2,加快输出状态的转换,I,为低电平,:,M,P,、,M,2,和,T,1,导通，,M,N,、,M,1,和,T,2,截止，输出,O,为高电平。,T,2,基区的存储电荷通过,M,2,而消散。,M1,、,M2,加快输出状态的转换,电路的开关速度可得到改善,M,1,截止，,M,P,的输出,电流全部作为,T,1,的驱动电流。,