ppt22 第二节TTL集成逻辑门

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 TTL集成逻辑门,常用双极型逻辑门:,DTL:二极管、晶体管逻辑门电路。,TTL:晶体管、晶体管逻辑门电路。,CT1000系列。,CT2000系列。,CT3000系列。,CT4000系列。,(54/74系列）,通用标准系列。,(54H/74H系列),高速系列。,(54S/74S系列),抗饱和系列。,(54LS/74LS系列),低功耗系列。,以上系列目的是如何提高工作速度，降低功耗。,R,A,A,B,C,F,R,B,R,C,T,P,1,D,4,D,5,D,1,D,2,D,3,D,1,D,2,D,3,和,R,A,构成二极管与门。,D,4,D,5,为电平移位二极管。,T,、,R,C,、,R,B,构成反相器。,当,ABC,输入中只要有一个为,0.3V,时：,VP,1,=0.3+0.7=1V,二极管正向导通压降,0.7V,T,截止,，,F=V,CC,当,ABC,输入全为,3.6V,时,:,VP,1,=2.1V,T,饱和,F=V,ces2,=0.3V,全高为低，一低出高。是与非门。,一、DTL 逻辑门电路,电路组成,工作原理：,稳态,0.3V,3.6V,5V,R,A,A,B,C,F,R,B,R,C,T,P,1,D,4,D,5,D,1,D,2,D,3,5V,当输入,V,I,由,电流经,R,A,、,D,4,、,D,5,流入三极管 基极。,正向驱动电流很大,，,T,很快由截止变为饱和。,当输入,V,I,由,电流经,R,A,流向低电平输入端，,D,4,、,D,5,反偏而截止，三极管,反向驱散电流,为流经,R,B,中的小电流，,T,由饱和到截止过程比较长。所以,DTL,逻辑门电路工作速度比较低。,100,nS,DTL,逻辑门由于工作速度比较低，常用于低速场合。那么如何提高工作速度，满足高速运用环境，因此，研制出,TTL,系列,集成逻辑门电路。,动态,输入级,倒相级,输出级,1,、电路构成,：,输入级,由,T,1,和,R,1,组成。,T,1,是多射极三极管，通过发射结实现与逻辑。,倒相级,由,T,2,和,R,2,、,R,3,组成。,T,2,管作倒相运用，集电极和发射极同时输出相位相反的信号，驱动,T,3,、,T,4,三极管。,输出级,由,T,3,、,T,4,、,D,4,和,R,4,组成：,T,3,、,T,4,在输入信号的作用下，轮流导通，一个导通，另一个截止。叫做推拉输出级。,钳位二极管,作用：防止负脉冲输入时，流向,T,1,管发射极过大，起保护作用。,二、晶体管晶体管逻辑门电路（TTL),R,1,A,B,C,F,5V,R,2,R,3,R,4,T,1,T,2,T,3,T,4,D,4,V,CC,多射极三极管和一般三极管结构基本相同，只是有多个发射极。,TTL,和,DTL,与非门主要区别在于用,多射极管门,代替二极管门。,多射极管门有那些优缺、点。,相当于三个三极管的基极,b,和集电极,c,连在一起。,2、多射极三极管工作特点,T,1,b,e,e,A,e,B,e,C,A,B,C,D,1,D,2,D,3,D,4,n,p,n,c,b,e,A,e,B,e,C,当输入全接,3.6V,时：,V,b1,=1.4V,时：,T,1,管集电结，,T,2,管发射结导通。正向驱动电流很大，,T,2,管快速饱和。,当输入中有一个由,基极电流,i,b1,流向低电平输入端,。,多射极管工作,放大状态,。,i,c1,=,i,b1,=-,i,b2,-,i,b2,是,T,2,管的反向驱动电流。使,T,2,管快速截止，缩短了开关时间。,3、多射极三极管提高工作速度的原理,多射极管的优点,：对,T,2,管提供很大的反向驱散电流，使,T,2,管很快由饱和转变为截止。,T,1,R,1,R,C,3.6V,T,2,V,CC,T,1,R,1,R,C,3.6V,T,2,V,CC,T,2,管截止以后：,i,b1,很大,i,b2,i,c1,0,使,T,1,管工作在,深饱和状态,V,ces1,=0.1V,由三极管输出特性曲线可知：,三极管发射结“发射有余”，集电结“收集不足”。,其饱和压降为：,T,1,R,1,R,C,3.6V,T,2,V,CC,(1,）、倒置运用,当输入全接,3.6V,时：,T,2,饱和,V,b1,=V,bc1,+V,bes2,=0.7+0.7=1.4V,V,e1,=3.6V,V,c1,=V,bes2,=0.7V,V,b1,V,c1,T,1,管集电结正偏,i,b,i,IH,=,I,i,b1,T,1,管把集电极当作发射极，发射极电子集电极。叫倒置运用。,倒置运用的特点,：,由于发射区参杂浓度大，集电区参杂浓度小，所以,T,1,管倒置运用时，其放大倍数很小。,I,0.2,T,1,管发射极电流就是倒置后的集电极电流。,i,IH,=,I,i,b1,是前级高电平输出的,拉流负载，,也称为输入,输入漏电流。,多射极管的缺点:,（倒置运用、寄生三极管效应）,+,-,b,c,N,P,N,两个发射极通过基区形成,NPN,型寄生三极管。,接高电平和低电平的发射极会形成寄生三极管电流，其电流反向由高电平输入端流向低电平输入端。,基极电流,i,b,流向低电平输入端。,接高电平的发射极相当于寄生三极管的集电极，其电流的大小为：,i,IH,=,j,i,b,基极和发射极之间的电流关系称为：,交叉电流放大系数,，,用,j,表示。,j,0.05,总之：,不管是倒置运用，还是寄生三极管效应。接高电平的输入端既有,输入漏电流,，又有,交叉漏电流,。,总的漏电流,i,IH,=,（,j,I,）,i,b,。,是前级门的拉流负载。,（2）、寄生三极管效应,V,CC,R,1,F,5V,R,2,R,3,R,4,T,2,T,3,T,4,D,4,T,1,3.6V,当输入全接,3.6V,时：,T,1,集电结、,T,2,、,T,4,发射结正偏导通。,V,b1,=V,bc1,+V,be2,+V,be4,=3X 0.7=2.1V,T,1,管集电结正偏，发射结反偏，,倒置,由于有,大电流,i,b1,经,T,1,集电结、,T,2,、,T,4,发射结到地，使,T,2,、,T,4,管饱和导通。,i,b1,V,c2,=1V,不能同时驱动,T,3,、,D,4,管，,T,3,、,D,4,截止。同时,T,2,发射极向,T,4,管基极提供,（,1+,）,i,b1,正向驱动电流，使,T,4,管快速饱和。,V,O,=V,ces4,=0.3V,TTL,与非门：输入全为高电平，输出为低电平。,4、TTL与非门工作原理,V,c2,=V,ces2,+,V,bes4,=0.3+0.7=1V,0.3V,2.1V,1V,V,CC,R,1,F,5V,R,2,R,3,R,4,T,2,T,3,T,4,D,4,T,1,3.6V,输入中只要有一个,0.3V,时：,i,b1,电流总是由高电位流向底电位。,V,b1,=V,IL,+V,be1,=0.3+0.7=1V,T,2,、,T,4,管均截止。,i,b2,i,c1,0,T,1,工作在深饱和状态。,V,c1,=V,IL,+,V,Ces1,=0.3+0.1=0.4V T,2,管截止,V,c2,=5V,使,T,3,、,D,4,导通,V,O,=V,CC,-,i,B3r,2,V,be3,V,D4,=5-0.7-0.7=3.6 V,输入中只要有一个低电平，输出就是高电平。,TTL与非门工作原理,3.6V,5、TTL与非门主要外特性,（1）电压传输特性,（2）输入特性及输入负载特性,（3）输出特性,（,1),、电压传输特性,输出电压随输入电压变化的关系曲线。,V,I,从,0,开始增加，测量相应的输出电压。,V,O,=,f,(V,I,),V,I,0.6V,以前：,T,1,深饱和，,T,2,、,T,4,截止，,V,O,=3.6 V,电路处于关态，对应,a,、,b,段,截止区,。,=0.1+V,I,0.7V,V,C1,=V,ces1,+V,I,测试电路,截止区,TTL与非门主要外特性,T,1,T,2,T,3,T,4,D,4,V,CC,(5V),F,V,I,a,b,电压传输特性,V,O,/V,3,2,1,0,V,I,/V,V,O,随,V,I,的增加而线性下降，对应曲线,b,、,c,段，叫做,线性区,。,V,I,i,C2,R,2,V,O,0.1,+0.6 V,C1,0.1,+1.3,T,1,深饱和,T,2,导通，,T,4,截止,0.6V V,I,1.3V,T,1,仍深饱和,T,4,开始导通，,V,O,急剧下降。,随着,V,I,的继续增加：,T,3,、,D,4,趋向截止,T,2,、,T,4,趋向饱和,电路由关态转向开态，对应于曲线,c,、,d,段叫做,转折区,。,V,I,继续增加：,T,2,、,T,4,饱和,T,3,、,D4,截止,T,1,倒置,V,O,=V,ces4,=0.3 V,电路进入稳定开态。,测试电路,电压传输特性,转折区,TTL与非门主要外特性,T,1,T,2,T,3,T,4,D,4,V,CC,(5V),F,V,I,V,I,/V,V,O,/V,3,2,1,0,a,b,c,d,e,输出高电平：,V,OH,=3.6V,1,、输出电平,:,输出低电平：,V,OL,=0.3V,由于器件制造的非一致性，输出的高、低电平略有不同，因此，规定输出,额定逻辑电平,为：,电压传输特性曲线上反映出与非门几个主要参数。,即当输入为低电平时（,V,I,1.4V),电路的输出电平,逻辑高电平为：,3V,逻辑低电平为：,0.35V,V,I,/V,V,O,/V,3,2,1,0,V,OFF,V,th,V,ON,V,IH,a,b,c,d,e,2,、开门电平,V,on,、关门电平,V,off,、阈值电平,V,t h,:,在保证输出为额定低电平（,0.35V),条件下，即,输入高电平的下限值,。称为开门电平,V,ON,。一般,V,on,1.8V,。,关门电平,V,off,:,阈值电平,V,t h,:,转折区中点所对应的输入电压。,V,t h,1.4V,是作为,T,3,D,4,、,T,2,T,4,导通和截止的分界线。,在保证输出为额定高电平（,3V,),的,90%,（,2.7V,),条件下，,允许输入低电平的上限值,。称为关门电平,V,off,。一般,V,off,0.8V,。,即当,V,I,1.4V,输出为,V,OL,.,3,、抗干扰能力,在输入信号中叠加干扰信号，电路能否满足输入、输出关系。用,噪声容限,来衡量。,输入低电平噪声容限：,如果：,V,I,=V,I,L,+,正向干扰,V,off,所以：输入低电平时,噪声容限：,V,NL,=V,off,-V,I,L,不能保证输出为高电平,。,电压传输特性曲线上反映出与非门几个主要参数。,即：关门电平与逻辑低电平（,0.35V),之差。称为电路的下限抗干扰容限，或低电平噪声容限，记为,V,NL,电压传输特性曲线上反映出与非门几个主要参数。,输入高电平噪声容限,：,V,I,=V,I,H,+,负向干扰,V,on,所以：输入高电平时,噪声容限：,不能保证输出为低电平。,V,NH,=V,IH,-V,on,逻辑高电平的最低值,(2.7V),与开门电平之差，称为电路的上限抗干扰容限。或高电平噪声容限。记为,V,NH,。,如果：,T,1,T,2,T,3,T,4,D,4,V,CC,(5V),F,V,I,mA,1,、输入特性,输入电流和输入电压之间的关系。,i,I,=,f,(V,I,),首先规定电流方向：,流入输入为正,流出输入为负,当：,V,I,0.6V,时：,T,1,深饱和，,T,2,、,T,4,截止,i,I,电流流出输入端,当：,V,I,0 V,时：,V,I,0 V,时的输入电流称为：,输入短路电流用,I,I,S,表示。,(2)、输入特性及输入负载特性,测试电路,输入特性曲线,T,1,T,2,T,3,T,4,D,4,V,CC,(5V),F,V,I,mA,当：,0.6VV,I,1.3V,时：,T,2,、,T,4,饱和,T,1,倒置,输入电流方向发生变化，从流出输