1、2.3 TTL集成門電路,集成門電路：把構(gòu)成門電路的元器件和導(dǎo)線都制做在一塊半導(dǎo)體芯片上，再封裝起來(lái)，就構(gòu)成了集成門電路。,2.3 TTL集成門電路,TTL：,輸入輸出都是由三極管來(lái)完成的邏輯電路。,Transistor-Transistor-Logic,晶體管晶體管邏輯電路,一般是中小規(guī)模集成電路,所有的TTL電路工作電壓都是5V。,一、TTL反相器的工作原理,T1是輸入級(jí)， T2是中間級(jí)， T3 、 T4 是輸出級(jí)。,D1起保護(hù)作用， D起電平移位作用,中間級(jí)：又叫中間反相級(jí),1 電路組成,T1導(dǎo)通，T1基極電位被鉗位在1V,由于T3工作在射極輸出器狀態(tài)，所以帶負(fù)載能力較強(qiáng),uI=UIL時(shí)

2、,uO=UOH,3.6V,0.3V,設(shè)UIL=0.3V，UIH=3.6V,uO =5 UBE3 UD2=3.6V。,1V,T1基極到地至少有兩個(gè)PN結(jié),T2截止,T4截止,截止,截止,5V電源通過(guò)R2向T3基極提供電壓,T3和D都導(dǎo)通,uI=UIH時(shí),uC2=UBES4+UBES20.7+0.3=1V，,可見(jiàn)輸出和輸入之間是反相關(guān)系，即 :,空載輸出時(shí)約為0.3V,3.6V,1.4V,1V,0.7V,0.3V,uO=UOL,uE1=3.6V,T1：倒置工作狀態(tài)（集電結(jié)正向?qū)ǘl(fā)射結(jié)反偏,假設(shè)T1導(dǎo)通,4.3V,4.3V電壓足以使三個(gè)PN結(jié)導(dǎo)通,2.1V,截止,飽和,T3 、 D截止，T4飽和

3、。,二、TTL非門的特性曲線,輸出電壓隨輸入電壓uI的變化可用曲線表示出來(lái)，叫電壓傳輸特性,（一）電壓傳輸特性,電壓傳輸特性,輸入高電平時(shí)，輸出低電平,輸入低電平時(shí)，輸出高電平,電壓傳輸特性大致可分四段,AB段： UI0.5 V時(shí)，uO= 3.6V,截止區(qū),截止區(qū),BC 段：0.5uI1.3V ，uo隨著uI增加而線性減小,線性區(qū),線形區(qū),CD 段：uI 到1.4V uo急劇下降，迅速達(dá)到低電平,轉(zhuǎn)折區(qū),轉(zhuǎn)折區(qū),DE 段：uI1.4V uo=0.3V,飽和區(qū),飽和區(qū),主要參數(shù),閾值電壓,T4管由截止到導(dǎo)通，輸出由高電平到低電平時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓,A,B,C,D,E,門檻電壓、門限電壓,近似分析時(shí)

4、：UI Uth 門飽和，輸出低電平UL； UI Uth 門截止，輸出高電平UH,關(guān)門電平,保證反相器處于截止?fàn)顟B(tài)（輸出為高電平）所對(duì)應(yīng)的輸入電壓的最大值,Uth 1.4V,A,B,C,D,E,B,A,B,C,D,E,A,C,D,E,B,閾值電壓,A,B,C,D,E,A,B,C,D,E,A,C,D,E,C,B,A,D,E,UOFF =0.8V,開(kāi)門電平,保證反相器處于導(dǎo)通狀態(tài)（輸出為低電平）所對(duì)應(yīng)的輸入電壓,UOFF =2.0V,UOFF =1.8V,Uihmin =2.0V,要使反相器可靠截止，輸出為高電平，UIUON,噪聲容限,TTL電路中 標(biāo)稱值：UL=0.3V，UH=3.6V,輸入U(xiǎn)I偏

5、離標(biāo)稱值時(shí)，輸出并不是立即變化，只要噪聲不超過(guò)一定限度，輸出端的邏輯狀態(tài)就不會(huì)受到影響。 這個(gè)不允許超過(guò)的界限叫做噪聲容限,一般規(guī)定：TTL門輸出低電平最大值是0.4V；輸出高電平最小值是2.4V,低電平噪聲容限： UNL = UOFF UIL0.4V,高電平噪聲容限: UNH = UIH - UON 0.4V,一般:ROFF=700 RON =2.5k,主要參數(shù),開(kāi)門電阻(RON),關(guān)門電阻(ROFF),當(dāng)輸入電阻Ri RON時(shí),相當(dāng)輸入高電平，門開(kāi)，輸出低電平。,當(dāng)輸入電阻Ri ROFF時(shí),相當(dāng)輸入低電平，門關(guān)，輸出高電平。,懸空 易引入干擾,TTL與非門多余輸入端的處理,接高電平(如通過(guò)

6、電阻接電源):不增加信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流,與有用端并聯(lián):增加可靠性，需驅(qū)動(dòng)電流大,在保證反相器開(kāi)啟，輸出為額定低電平的條件下，所允許的輸入電阻Ri的最小值,在保證反相器關(guān)閉，輸出為高電平的條件下，所允許的輸入電阻Ri的最大值,（三）輸出特性,1.高電平輸出特性,輸出高電平時(shí) 的等效電路,IOH,隨著拉電流負(fù)載電流的增大，輸出高電平下降。,當(dāng)RL =0時(shí)，叫輸出短路電流IOS 輸出為高電平時(shí)，對(duì)地短路的時(shí)間不能超過(guò)1秒,輸出高電平輸出時(shí)，T2 、 T4 ，截止,等效,2.低電平輸出特性,輸出低電平時(shí)，D、T3 ，截止， T4飽和,T4工作在飽和狀態(tài)，輸出電阻很小（一般只有十幾左右），故隨灌電流IOL增大

7、輸出低電平緩慢上升。,輸出低電平時(shí)的 等效電路,等效,IOL,扇入系數(shù)和扇出系數(shù),根據(jù)輸出端為低電平時(shí)允許灌入的最大負(fù)載電流ILmax，可求出驅(qū)動(dòng)門的扇出系數(shù)NO：,扇入系數(shù)是指門的輸入端數(shù),扇出系數(shù)是指一個(gè)門能驅(qū)動(dòng)同類型門的個(gè)數(shù),5.動(dòng)態(tài)特性,tpLH：截止延遲時(shí)間,對(duì)TTL電路：典型值為：tpHL=8ns tpLH=12ns tpd=10 ns 最大值為：tpHL=15ns tpLH=22ns tpd=18.5 ns 早些的資料典型值tpd=20 ns,另外：在輸入電壓跳變瞬間，電源會(huì)出現(xiàn)尖峰電流,傳輸延遲時(shí)間： tpd=（tpHL+tpLH）/2,tpHL：導(dǎo)通延遲時(shí)間,三、其它功能的T

8、TL門電路,常用的其它功能的TTL門電路有：與門、與非門、或門、或非門、與或非門、異或門。,1、與非門,將輸入級(jí)T1換成多發(fā)射極三極管，相當(dāng)基極、集電極并聯(lián)在一起，發(fā)射極做輸入，實(shí)現(xiàn)與的功能,2、或非門,T1、R1、T2、和T1、R1、T2是完全相同的兩部分,T2和T2輸出并聯(lián)，有一個(gè)導(dǎo)通，則T4導(dǎo)通，輸出低電平,3、與門、或門、與或非門、異或門,在與非門中間級(jí)再加一個(gè)反相電路，可得與門。F=AB,在或非門中間級(jí)再加一個(gè)反相電路，可得或門。F=A+B,將或非門輸入級(jí)三極管換成多發(fā)射極三極管，可得與或非門,異或門可由非門、與門和或門組合而成。F=A B,在使用這些門電路時(shí)，會(huì)遇到多余輸入端的問(wèn)題

9、，處理方法是,與門、與非門的處理辦法是一樣的，并聯(lián)使用或接電源,或門、或非門的處理辦法是一樣的，并聯(lián)使用或接地,四、集電極開(kāi)路門和三態(tài)門,1.集電極開(kāi)路（OC）門,使用一般的TTL邏輯門時(shí)，不能將兩個(gè)門的輸出端直接相連，否則將導(dǎo)致邏輯門損壞,普通TTL門輸出高電平不會(huì)超過(guò)5V,去掉T3 、D， 讓T4的集電極開(kāi)路,OC反相器符號(hào),這種電路必須接上拉負(fù)載才能工作,輸出低電平為0.3V （ T4飽和），輸出的高電平接近UCC2（ T4截止） 。,特別說(shuō)明：OC門不是功能的分類，只是電路的輸出結(jié)構(gòu)不同，輸出還可以并聯(lián)。,輸入、輸出的電平不一致，這種功能叫電平轉(zhuǎn)換 。,OC與非門輸出并聯(lián)后，所實(shí)現(xiàn)的邏

10、輯功能是：,Y,A,B,C,D,OC門的應(yīng)用,這種功能叫線與 。,線與,OC門的用途：,構(gòu)成線與，完成與或非邏輯,做電平轉(zhuǎn)換接口， UOH= VCC 可以選擇不同VCC的，以滿足不同場(chǎng)合的要求,直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),外接負(fù)載電阻RL的選擇,只有一個(gè)門導(dǎo)通，輸出低電平，所有負(fù)載電流都流入該導(dǎo)通門，這時(shí)，所有電流之和不應(yīng)超過(guò)OC門帶灌流負(fù)載的最大值,RL不能太小,所有的門都處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出為高電平，有一個(gè)負(fù)載，就有一個(gè)拉流，T4管還有一個(gè)反向輸出的漏電流IOH，都使電平下降,RL不能太大,2.三態(tài)（TS）門,三態(tài)門是指輸出除了高、低電平，還有一個(gè)狀態(tài)：高阻。,當(dāng),當(dāng),叫做使能端，低電平有效,現(xiàn)以一個(gè)

11、三態(tài)反相器為例介紹,D1、 D2截止，普通的反相器，實(shí)現(xiàn)正常的反相功能。,時(shí),D1、 D2 導(dǎo)通，迫使T2、T3、T4都截止，輸出端就呈現(xiàn)高阻狀態(tài),時(shí),使能端也有高電平使能的,A,Y,三態(tài)反相器符號(hào),三態(tài)門的典型應(yīng)用,分時(shí)控制電路依次使三態(tài)門G1、 G2 G7使能（且任意時(shí)刻使能一個(gè)） ，就將D1、 D2 D7（以反碼的形式）分時(shí)送到總線上,在一些復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)中為了減少各單元電路之間的連線，使用了“總線” 結(jié)構(gòu),0 1 1,1 0 1,1 1 0,總線,雙向傳輸數(shù)據(jù)線,當(dāng),G1使能，G2高阻,時(shí),當(dāng),時(shí),G2使能，G1高阻,X,數(shù)據(jù)從A到B,數(shù)據(jù)從B到A,X,0,1,0,1,五、其它雙極型,TTL電路是應(yīng)用最廣泛的雙極型集成電路，為了滿足某些特殊要求，還出現(xiàn)了一些其它類型雙極型集成電路,六、TTL門的分類,在工藝上同時(shí)滿足要求是有一定的困難的、甚至是不可能的，所以不同的子系列有著自己的特點(diǎn)。,74：標(biāo)準(zhǔn)系列，延遲時(shí)間約10ns，平均功耗10mw,74H：高速系列，延遲時(shí)間約6ns，平均功耗22mw,74S：肖特基系列，加上了肖特基二極管，構(gòu)成肖特基三極管，延遲時(shí)間約3ns，平均功耗19mw,74LS：低功