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类型ppt22 第二节 TTL集成逻辑门.ppt

  • 上传人:hskm5268
  • 文档编号:6944359
  • 上传时间:2019-04-28
  • 格式:PPT
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    ppt22 第二节 TTL集成逻辑门.ppt
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    1、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。,D1 D2 D3 和RA构成二极管与门。,D4 D5 为电平移位二极管。,T、RC、RB 构成反相器。,当ABC输入中只要有一个为0.3V时:,VP1=0.3+0.7=1V,二极管正向导通压降0.7V,T

    2、截止,F=VCC,当ABC输入全为3.6V时:,VP1=2.1V,T饱和 F=Vces2=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,RA,A,B,C,F,RB,RC,T,P1,D4,D5,D1,D2,D3,5V,当输入VI由,电流经RA、D4、D5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VI由,电流经RA流向低电平输入端,D4、D5反偏而截止,三极管反向驱散电流为流经RB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。100nS,DTL逻辑门由于工作速度比较低,常

    3、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T1和R1组成。T1是多射极三极管,通过发射结实现与逻辑。,倒相级由T2和R2、R3组成。T2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T3、T4三极管。,输出级由T3、T4、D4和R4组成:T3、T4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T1管发射极过大,起保护作用。,二 、晶体管晶体管逻辑门电路(TTL),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。

    4、,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,当输入全接3.6V时:,Vb1=1.4V时: T1管集电结,T2管发射结导通。正向驱动电流很大,T2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T2管的反向驱动电流。使T2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T2管提供很大的反向驱散电流,使T2 管很快由饱和转变为截止。,T1,3.6V,

    5、T2,VCC,T2管截止以后:,i b1很大,i b2 i c1 0,使T1管工作在深饱和状态,Vces1=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:,(1)、倒置运用,当输入全接3.6V时:T2饱和,Vb1= Vbc1+ Vbes2 = 0.7 + 0.7 = 1.4V,Ve1=3.6V,Vc1= Vbes2=0.7V,Vb1 Ve1 T1管发射结反偏,Vb1 Vc1 T1管集电结正偏,i b,i IH=Ii b1,T1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

    6、T1管倒置运用时,其放大倍数很小。 I 0.2,T1管发射极电流就是倒置后的集电极电流。i IH=Ii 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),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

    7、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,当输入全接3.6V时:,T1集电结、T2、T4发射结正偏导通。,Vb1= Vbc1+ Vbe2 + Vbe4 = 3X 0.7 = 2.1V,T1管集电结正偏,发射结反偏,倒置,由于有大电流i b1经T1集电结、T2、T4发射结到地,使T2、T4管饱和导通。,i b1,Vc2 = 1V 不能同时驱动 T3、D4管, T3、D4截止。同时T2发射极向T4管基极提供(1+)i b1正向驱动电流,使T4管快速饱和。,VO = Vces4 = 0.3V,TTL与非门:输入全为高电平,输出为

    8、低电平。,4、TTL与非门工作原理,Vc2 = Vces2 + Vbes4 = 0.3+0.7=1V,0.3V,2.1V,1V,VCC,F,5V,R2,R3,R4,T2,T3,T4,D4,T1,3.6V,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。,Vb1= VIL+ Vbe1 = 0.3+0.7= 1V,T2、T4管均截止。,i b2 i c1 0,T1工作在深饱和状态。,Vc1 = VIL + VCes1=0.3+0.1=0.4V T2管截止,Vc2 = 5V 使T3、D4导通,VO = VCC - i B3r2 Vbe3 VD4 = 5 - 0.7 - 0.7 =

    9、 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。VI 从0开始增加,测量相应的输出电压。VO = f (VI),VI 0.6V以前:,T1深饱和,,T2、T4截止,VO = 3.6 V,电路处于关态,对应a、b段截止区。,= 0.1+VI 0.7V,VC1 = Vces1+VI,测试电路,截止区,TTL与非门主要外特性,a,b,VO随VI的增加而线性下降,对应曲线b、c段,叫做线性区。,VI i C2

    10、R2 VO,0.1+0.6 VC1 0.1+1.3,T1深饱和,T2导通,T4截止,0.6V VI 1.3V,测试电路,电压传输特性,线性区,TTL与非门主要外特性,VO/ V,3,2,1,0,a,b,c,VI/ V,VI 1.3V,T1 仍深饱和, T4开始导通,VO急剧下降。,随着VI的继续增加:,T3、D4趋向截止,T2、T4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。,VI继续增加:,T2、T4 饱和,T3、D4 截止,T1 倒置,VO = Vces4 = 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,VI/ V,VO/ V,3

    11、,2,1,0,a,b,c,d,e,输出高电平:VOH=3.6V,1、输出电平:,输出低电平:VOL=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(VI0.6V)电路的输出电平,即当输入为高电平时(VI1.4V)电路的输出电平,逻辑高电平为:3V,逻辑低电平为:0.35V,VI/ V,VO/ V,3,2,1,0,VOFF,Vth,VON,VIH,a,b,c,d,e,2、开门电平Von、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

    12、平的下限值。称为开门电平VON。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T3D4、T2T4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Voff 。一般 V off 0.8V。,即当VI1.4V输出为VOL.,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:VI = V I L+ 正向干扰 V off,所以:输入低电平时噪声容限:VNL= V off - V I

    13、 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VNL,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:,VI = 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。,VNH= 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VNH。,如果:,T1,T2,T3,T4,D4,VCC(5V),F,VI,mA,1、输入特性,输入电流和输入电压之间的关系。 i

    14、I = f (VI),首先规定电流方向:,流入输入为正,流出输入为负,当:VI0.6V时:,T1深饱和,T2、T4截止,i I,电流流出输入端,当:VI0 V时:,VI0 V时的输入电流称为:输入短路电流用 IIS 表示。,(2)、输入特性及输入负载特性,测试电路,T1,T2,T3,T4,D4,VCC(5V),F,VI,mA,当:0.6VVI1.3V时:,T1仍深饱和,T2导通,T4截止,与非门工作在线性区,输入电流i I变化不大,仍流出输入端。,当:VI1.3V时:,T2、T4饱和,T1 倒置,输入电流方向发生变化,从流出输入端变为流入输入端。称为输入漏电流。,输入漏电流:IIH = 10A

    15、,测试电路,输入特性曲线,i I,输入特性及输入负载特性,T1,T2,T3,T4,D4,VCC(5V),F,VI,RI,输入电压和输入电阻之间的关系:VI = f (RI),输入电压能控制门电路:,V on 1.8V,V off 0.8V。,那么输入端接电阻能不能控制门电路?,如果:RI = 0,T1深饱和,T2、T4截止,T3、D4导通,VO = VOH = 3.6V,R = 0 是关门,如果:RI = ,输入端悬空、开路。,Vb1=2.1V,VI = Vb1 - Vbe1 = 2.1 - 0.7 = 1.4V,输入端悬空相当于接高电平 “1”。VO=0.3V,2、输入负载特性,如果RI可调

    16、:, V off = 0.8V,门要关,即T4截止,VO = VOH = 3.6 V,调节RI 的大小,也可以控制与非门的开门和关门,将已知条件代入,求出 RI0.91K,把RI0.91K叫做关门电阻,用R O ff 表示 。,即:RI R O ff 时:,相当于输入端接低电平“0”,,VO=VOH=3.6V,输入负载特性,继续增大RI值,当:, 1.4V,门要开,即T4饱和,VO = VOL = 0 V,求出 RI2.5K,叫做开门电阻,用R o n表示,即:RI R o n 时:,相当于输入端接 低电平“1”,,VO=VOL=0 V 一般取R o n 510K,输入负载特性,全悬空相当于输

    17、入接高电平“1”。,防干扰,将空脚通过电阻接电源,将空脚和其它输入脚接在一起,多余输入端的处理,根据已知电路写出逻辑表达式。,RI R O ff,RI R o n,RI R O ff,RI R o n,或非门输入端有一个“1”,或非门封锁。,与非门输入端有一个“0”,与非门封锁。,或非门输入端有一个“0”,或非门开放。,与非门输入端有一个“1”,与非门开放。,输出电压和输入电流之间的关系VO = f (i I)。,与非门处于开态时:,T4饱和,负载电流为灌入电流。,其饱和等效电路和输出特性分别为:,1020,(1)与非门开态输出特性,3、输出特性,当灌入电流增加时T4的饱和程度要减轻,输出低电

    18、平随灌入电流的增加而略有增加。,输出电阻为1020,当灌入电流继续增加,使T4管脱离饱和进入放大。T4管输出低电平会随灌电流的增加而加大,如图AB段。在正常工作时,不允许工作于AB段。,(2)与非门关态输出特性,与非门处于关态,T3、D4导通,T4截止,负载电流为拉电流。其等效电路和输出特性分别为:, 等效输出电阻为T3管射极输出电阻,即RO=100, 从输出特性可以看出,当输出拉电流IO增加,会引起输出高电平下降。,100,VO,VOH,(4)平均延迟时间,平均延迟时间的大小反映了TTL门的开关特性,主要说明门电路的工作速度。,晶体管作开关应用时,存在着延迟时间td,存储时间ts,上升时间t

    19、r,下降时间tf。在集成门电路中由于晶体管开关时间的影响,使输出和输入之间存在延迟。,平均延迟时间为:,即存在导通延迟时间tPHL和截止延迟时间tPLH。,(5)电源特性,TTL与非门工作在开态和关态时,电源电流值是不同的。,开态时:T1集电结,T2、T4导通。,电源供给的总电流:,导通功耗:,由于输出未接负载,所以PL称为导通功耗。,关态时:T1处于深饱和,T2、T4截止,T3、D4导通。,如果忽略T3管基极电流,此时电源供给的电流主要是T1管的基极电流:,空载截止功耗:,平均功耗:,在动态情况下:当输入电压由高电平变为低电平时,门电路由开态转向关态的过程中,回出现T1、T2、T3、D4同时处于导通的瞬间状态,此时电源电流出现瞬时最大值。,电源特性,

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