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第二章逻辑门电路第第2章章 集成逻辑门电路集成逻辑门电路集成度集成度小规模小规模(Small Scale Integrated Circuit,SSI)就是由十几个门电路构成得。就是由十几个门电路构成得。中规模中规模(Medium Scale Integrated Circuit,MSI)就是由上百个门电路构成得。就是由上百个门电路构成得。大规模大规模(Large Scale Integrated Circuit,LSI)就是由几百个至几千个门电路构成得。就是由几百个至几千个门电路构成得。超大规模超大规模(Very Large Scale Integrated Circuit,VLSI)就是由一万个以上门电路构就是由一万个以上门电路构成得。成得。第第2章章 集成逻辑门电路集成逻辑门电路应用应用目前目前,广泛使用得逻辑门有广泛使用得逻辑门有TTL(Transistor-Transistor Logic)与与CMOS两个系列。两个系列。TTL门电路属双极型数字集成电路门电路属双极型数字集成电路,其输入其输入级与输出级都就是三极管结构级与输出级都就是三极管结构,故称故称TTL。CMOS门电路就是由门电路就是由NMOS管与管与PMOS管组管组成得互补成得互补MOS集成电路集成电路,属单极性数字集成属单极性数字集成电路。电路。第第2章章 集成逻辑门电路集成逻辑门电路我国我国TTL系列数字集成电路型号与国际型系列数字集成电路型号与国际型号对应列入表号对应列入表2-1中中 标准标准(通用系列通用系列)高速系列高速系列肖特基系列肖特基系列低功耗肖特基系列低功耗肖特基系列 54/7454/74H54/74S54/74LSCT1000CT2000CT3000CT4000TTL系列系列分类名称分类名称国际型号国际型号国产型号国产型号系列系列2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。VA=VB=3V。由由 于于 R接接 到到电电源源+12V上上,故故DA、DB均导通均导通,VF=3+0、7V=3、7V3V2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。VA=3V,VB=0V,由于由于DB优先导通优先导通,VF=0、7V,因而因而DA截止截止,通常将通常将DB导通导通,使使VF=0+0、7V=0、7V0V称为箝位。称为箝位。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。VA=0V,VB=3V,由于由于DA导通导通,VF=0+0、7V=0、7V0V,DB截止。截止。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。VA=VB=0V,VF=0、7V,此时此时DA、DB均导通。均导通。VF=0+0、7V=0、7V0V2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。(1)VA=VB=0V VF0V(2)VA=0V,VB=3V,VF0V(3)VA=3V,VB=0V,VF0V(4)VA=VB=3V VF3V2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。0003 0 0 0 3 3 0 3 3输出输出VF(V)输入输入 VF(V)VF(V)电位关系电位关系2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路二极管与门二极管与门实现与逻辑功能得电路实现与逻辑功能得电路,称为与门。称为与门。A B0 00 11 01 1F0001真值表真值表大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。VA=VB=3V,由由于于R接接到到电电源源-VEE(-12V)上上,故故DA、DB均均导导通通。VF因因此此为为VA-VD=2、3V 3V。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。VA=0V,VB=3V,此时此时DB导通导通,将将VF钳位在钳位在2、3V,DA加反向电压截止。因加反向电压截止。因此此VF=VB-VD=2、3V3V。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。VA=3V,VB=0V,此时此时DA导通导通,DB截止截止,VF=VA-VD=2、3V 3V。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。VA=VB=0V,DA、DB均导通均导通,VF=0-VD=-0、7V 0V。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。(1)VA=VB=0V:VF0V(2)VA=0V,VB=3V:VF3V(3)VA=3V,VB=0V:VF3V(4)VA=VB=3V:VF3V2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。0333 0 0 0 3 3 0 3 3输出输出VF(V)输入输入 VA(V)VB(V)电位关系电位关系2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路或门或门实现逻辑或功能得电路实现逻辑或功能得电路,称为或门。称为或门。A B0 00 11 01 1F0111真值表真值表2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门数字电路中数字电路中,二极管二极管,三极管均工作在开关状三极管均工作在开关状态。三极管工作在饱与态。三极管工作在饱与态与截止态。态与截止态。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门饱与时饱与时,其集电极输出为低其集电极输出为低电平电平(VO=Vces);截止时截止时,其集电极输出高电其集电极输出高电平平(无箝位时无箝位时,VO=VCC,有箝有箝位电路时位电路时,VO高电平将使高电平将使DQ导通导通,由于由于VQ=2、5V,故故VO=2、5V+0、7V=3、2V)。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门VI=0、3V时时,一一般般硅硅管管死死区区电电压压为为0、5V,故故T可可能能截截止止,只考虑到只考虑到VEE时时只考虑到只考虑到VI时时 2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门总总得得VB=-0、646V,T截截止止,VO为为高高电电平平。由由于于此此时时钳钳位位二二极极管管DQ导导通通,故故VO=VQ+VDQ=3、2V 3V。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门或：或：2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门当当VI=3.2V时，输入时，输入高电平，高电平，T应饱和，即应饱和，即 2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门在本例中在本例中 2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门实际上实际上2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门IBIBS,三极管饱与。三极管饱与。输出为低电平输出为低电平VO=Vces=0、3V0V采用正逻辑采用正逻辑,可列出非可列出非门得真值表。门得真值表。2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路非门非门(反相器反相器)实现逻辑非门功能得电路实现逻辑非门功能得电路,称作非门称作非门3003VF(V)VI(V)电位关系电位关系1001FA真值表真值表2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路4、与非门电路与非门电路2、1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路5、或非门电路或非门电路2、2 TTL集成逻辑门电路集成逻辑门电路 TTL与与非非门门得得工工作原理作原理 TTL与与非非门门得得典典型电路型电路TTL与非门得典与非门得典型电路如图型电路如图2-6所示所示,它分成输入级、中它分成输入级、中间级与输出级三个间级与输出级三个部分。部分。输入级输入级中间级中间级输出级输出级 TTL与非门得典型电路与非门得典型电路输入级由多发射极输入级由多发射极晶体管晶体管T1与电阻与电阻R1组成组成,通过通过T1得各个得各个发射极实现与逻辑发射极实现与逻辑功能。功能。多发射极晶体管多发射极晶体管 T1 的等效电路的等效电路 TTL与非门得典型电路与非门得典型电路中中间间级级由由T2、R2、R3组成。组成。其其主主要要作作用用就就是是从从T2管管得得集集电电极极c2与与发发射射极极e2同同时时输输出出两两个个相相位位相相反反得得信信号号,分分别别驱驱动动T3与与T5管管,来来保保证证T4与与T5管管有有一一个个导导通通时时,另另一一个就截止。个就截止。TTL与非门得典型电路与非门得典型电路输出级由输出级由R4、R5、T3、T4、T5组成组成,T5就就是反相器是反相器,T3、T4组组成复合管构成一个射成复合管构成一个射随器随器,作为作为T5管得有管得有源负载源负载,并与并与T5组成组成推拉式电路推拉式电路,使输出使输出无论就是高电平或就无论就是高电平或就是低电平是低电平,输出电阻输出电阻都很小都很小,提高了带负提高了带负载能力。载能力。工作原理工作原理则则VB1=VIL+VBE1 =0、3+0、7=1VVB2=VC1=VCES1+VIL =0、1+0、3=0、4V0.3V3.6V3.6VDA导通导通！设设A=0 B=1 C=1(VIL=0、3V),1V0.3V所以所以:T2、T5 截止截止T3 、T4 导通导通VF =5UBE3UBE4 50、70、7=3、6V拉电流拉电流F=1工作原理工作原理设设A=B=C=1,即即VA=VB=VC=VIH=3、6V,3、6V3、6V3、6V2、1VT1管得基极电位升管得基极电位升高高,使使T1管得集电结、管得集电结、T2与与T5得发射结正向得发射结正向偏置而导通偏置而导通,T1管得管得基极电位基极电位VB1被箝位被箝位在在2、1V。1、4V故故T1管处于倒置工管处于倒置工作状态作状态(发射结与集发射结与集电结反向运用状态电结反向运用状态,发射结反向偏置、发射结反向偏置、集电结正向偏置集电结正向偏置)。T3 导通导通,T4 截止截止 VF=0、3V ,F=0VF=0、3V灌电流灌电流结论结论:电路只要输入有一个为低电路只要输入有一个为低电平时电平时,输出就为高电平输出就为高电平;只有输入全为高电平时只有输入全为高电平时,输输出才为低电平。该门为与出才为低电平。该门为与非门。即非门。即1、输入不全为输入不全为1时时,输出为输出为12、输入全为输入全为1时时,输出为输出为0真值表为真值表为:111111100 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1FA B C真值表真值表2、TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性及及 抗干扰能力抗干扰能力电压传输特性电压传输特性电压传输特性就是描述输出电压电压传输特性就是描述输出电压vO与输入电压与输入电压vI之间对应关系得曲线之间对应关系得曲线,如图如图2-7所示。所示。TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性AB段段(截止区截止区):vI0、6V,输出电压输出电压vO不随输入电压不随输入电压vI变化变化,保持在高电平保持在高电平VH。VC10、7V,T2与与T5管管截止截止,T3、T4管导通管导通,输输出为高电平出为高电平,VOH=3、6V。由于这段由于这段T2与与T5管截管截止止,故称截止区。故称截止区。TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性BC段段(线性区线性区):0、6VvI1、3V,0、7VVC11、4V。这时这时T2管开始导通并管开始导通并处于放大状态处于放大状态,T2管得管得集电极电压集电极电压VC2与输出与输出电压电压vO随输入电压随输入电压vI得得增大而线性降低增大而线性降低,故该故该段称为线性区。段称为线性区。由于由于T5管得基极电位还低于管得基极电位还低于0、7V,故故T5管仍截止。管仍截止。T3、T4管还就是处于导通状态。管还就是处于导通状态。TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性CD段段(过渡区过渡区):1、3VvI1、4V,T5管开始导通管开始导通,T2、T3、T4管也都处于导通状管也都处于导通状态态,T4、T5管有一小段管有一小段时间同时导通时间同时导通,故有很故有很大电流流过大电流流过R4电阻电阻,T2管提供管提供T5管很大得基管很大得基极电流极电流;T2、T5管趋于饱与导通管趋于饱与导通,T4管趋于截止管趋于截止,输出电压输出电压vO急剧下降到低电平急剧下降到低电平vO=0、3V。由于由于vI得微小变化而引起输出电压得微小变化而引起输出电压vO得急剧下降得急剧下降,故此段称为过渡区或转折区。故此段称为过渡区或转折区。TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性CD段段(过渡区过渡区):CD段中点对应得输入段中点对应得输入电压电压,既就是既就是T5管截止管截止与导通得分界线与导通得分界线,又就又就是输出高、低电平得是输出高、低电平得分界线分界线,故此电压称阈故此电压称阈值电压值电压VT(门槛电压门槛电压),VT=1、4V。VT就是决定与非门状态得重要参数。当就是决定与非门状态得重要参数。当vIVT时时,与非门截止与非门截止,输出高电平。输出高电平。当当vIVT时时,与非门饱与导通与非门饱与导通,输出低电平。输出低电平。VT TTL与非门得电压传输特性与非门得电压传输特性DE段段(饱与区饱与区):vI1、4V以后以后,T1管处管处于倒置工作状态于倒置工作状态,VB1被被箝位在箝位在2、1V,T2、T5管管进入饱与导通状态进入饱与导通状态,T3管微导通管微导通,T4管截止。管截止。由于由于T2、T5管饱与导管饱与导通通,故称该段为饱与区。故称该段为饱与区。抗干扰能力抗干扰能力(输入噪声容限输入噪声容限)关门电平关门电平VOFF:输出为输出为标准高电平标准高电平VSH时所允时所允许得最大输入低电平值。许得最大输入低电平值。通常通常VOFF=0、8V。开门电平开门电平VON:输出为标输出为标准低电平准低电平VSL时所允许时所允许得最小输入高电平值。得最小输入高电平值。通常通常VON=1、8V。VNL抗干扰能力抗干扰能力(输入噪声容限输入噪声容限):不破坏与非门不破坏与非门输出逻辑状态所允许得最大干扰电压。输出逻辑状态所允许得最大干扰电压。VNH输入低电输入低电平得抗干平得抗干扰能力扰能力 输入高电平输入高电平得抗干扰能得抗干扰能力力 VNL=VOFF-VILmaxVNH=VIHmin-VONTTL与非门得输入特性、输出与非门得输入特性、输出特性与带负载能力特性与带负载能力 了解输入输出特性了解输入输出特性,可正确处理可正确处理TTL与非门与非门之间与其它电路之间得连接问题。只要输之间与其它电路之间得连接问题。只要输入端、输出端得电路结构形式与参数与入端、输出端得电路结构形式与参数与TTL与非门相同与非门相同,输入、输出特性对其它输入、输出特性对其它TTL电路也适用。电路也适用。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 输入特性就是描述输入电流与输入电压之间得关输入特性就是描述输入电流与输入电压之间得关系曲线系曲线,如图如图2-8所示得特性曲线。规定输入电流所示得特性曲线。规定输入电流流入输入端为正流入输入端为正,而从输入端流出为负。而从输入端流出为负。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 当当vI小于小于0、6V时时T2就是截止得就是截止得,T1基极电流均经基极电流均经其发射极流出其发射极流出(因集电极得负载电阻很大因集电极得负载电阻很大,IC1可以可以忽略不计忽略不计),这时电流大小可以近似计算为这时电流大小可以近似计算为iI=-(VCC-VBE1-vI)/R1。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 当当vI=0时时,相当于输入端接地相当于输入端接地,故将此时得输入电故将此时得输入电流称为输入短路电流流称为输入短路电流IIS,IIS=(VCC-VBE1)/R1=(5-0、7)/31、4mA。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 当当vI等于等于0、6V时时T2管开始导通管开始导通,T2管导通以后管导通以后IB1一部分就要流入一部分就要流入T2管得基极管得基极,iI得绝对值随之略有得绝对值随之略有减小减小;vI继续增加继续增加,IB2要继续增大要继续增大,而而iI得绝对值继得绝对值继续减小。续减小。0.6VTTL与非门得输入特性与非门得输入特性 当当vI增加到增加到1、3V以后以后,T5管开始导通管开始导通,VB1被箝位在被箝位在2、1V左右左右;此后此后,iI得绝对值随得绝对值随vI得增大而迅速减得增大而迅速减小。小。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 IB1绝大部分经绝大部分经T1集电结流入集电结流入T2得基极。当得基极。当vI大于大于1、4V以后以后,T1就进入倒置工作状态就进入倒置工作状态,iI得方向由负变得方向由负变为正为正,就就是说就就是说iI由由e1端流入输入端端流入输入端,此时得输入电此时得输入电流称为输入漏电流流称为输入漏电流IIH,其值约为其值约为10A。IIHTTL与非门得输入特性与非门得输入特性 在实际应用中在实际应用中,有时与非门得输入端需要经外有时与非门得输入端需要经外接电阻接电阻RI接地。如图接地。如图2-9(a)图所示。此时就有图所示。此时就有电流电流II流过流过RI,并在其上产生电压降并在其上产生电压降vI。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 当输入端所接电阻当输入端所接电阻RI=0时时,即输入端接地时即输入端接地时,输出输出为高电平为高电平;而而RI=时时,输入电流没有通路输入电流没有通路,与输入与输入端加高电平等效端加高电平等效,此时输出为低电平。此时输出为低电平。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 即即RI比较小时比较小时,与非门截止与非门截止,输出高电平输出高电平;RI较大时较大时,与非门饱与与非门饱与,输出为低电平输出为低电平;RI不大不小时不大不小时,与非门与非门工作在线性区或转折区。工作在线性区或转折区。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 TTL门输入端所接电阻得大小会影响输出状态。门输入端所接电阻得大小会影响输出状态。vI与与RI之间得关系曲线叫做输入端负载特性。之间得关系曲线叫做输入端负载特性。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 发射结导通时发射结导通时 TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 在在RIR1条件下条件下,vI几乎与几乎与RI成正比成正比,vI随随RI增加增加而增加。如图而增加。如图2-9(b)所示。所示。RI,vI=1、4V,T5管导通管导通,VB1被箝位在被箝位在2、1V。RI,vI=1、4V。则公式不再适用。则公式不再适用。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 关门电阻关门电阻ROFF:保证保证TTL与非门关闭与非门关闭,输出为标准输出为标准高电平时高电平时,所允许得所允许得RI最大值。一般最大值。一般ROFF=0、8k。RIROFF时时,与非门输出高电平与非门输出高电平;RIROFF时时,与非门输出低电平。与非门输出低电平。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 开门电阻开门电阻RON:保证保证TTL与非门导通与非门导通,输出为标准低输出为标准低电平时电平时,所允许得所允许得RI最小值。一般最小值。一般RON=2k。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 输入负载特性就是输入负载特性就是TTL与非门特有得与非门特有得,不能不能用于用于ECL与与CMOS门。门。TTL门得四种系列得门得四种系列得ROFF与与RON得值也不全得值也不全一样。一样。T1000、T2000、T3000系列相差不系列相差不多多,输入电阻输入电阻1k左右。但就是左右。但就是T4000系列系列差别很大差别很大,输入电阻增加到输入电阻增加到8k左右左右,与非门与非门才从输出高电平变成低电平。才从输出高电平变成低电平。TTL与非门得输入特性与非门得输入特性 与与非非门门多多余余端端得得处处理理:输输入入信信号号数数目目少少于于与与非非门门输输入入端端个个数数,出出现现多多余余端端。与与非非门门输输入入端端悬悬空空相相当当于于接接高高电电平平。在在实实际际使使用用时时,多多余余端端不不采采用用悬悬空空得得方方法法,以以防防干干扰扰信信号号从从悬悬空空得得输输入入端端引引入入。通通常常把把多多余余输输入入端端接接电电源得正端或固定高电平源得正端或固定高电平,或者并联使用或者并联使用、TTL与非门得输出特性与非门得输出特性 TTL与与非非门门实实际际工工作作时时,输输出出端端总总要要接接负负载载,产产生生负负载载电电流流,此此电电流流也也在在影影响响输输出出电电压压得得大小。大小。输输出出电电压压与与负负载载电电流流之之间间得得关关系系曲曲线线,称称为为输输出出特特性性。输输出出电电压压有有高高电电平平、低低电电平平两两种状态种状态,所以有两种输出特性。所以有两种输出特性。TTL与非门得输出特性与非门得输出特性 当当与与非非门门输输入入全全为为高高电电平平时时,输输出出为为低低电电平平。T1管管倒倒置置工工作作,T2、T5管管饱饱与与导导通通,T3管管微微导导通通,T4管管截止。截止。这这时时输输出出级级等等效效电电路路如如图图2-10(a)所所示示,即即为为一一个个三三极极管管,其其基基极极电电流流很很大大,负负载载电电流流方方向向就就是是流流入入三三极极管管T5得得集集电电极极,故故称称为灌电流负载。为灌电流负载。输出为低电平时得输出特性输出为低电平时得输出特性 TTL与非门得输出特性与非门得输出特性 输出为低电平时得输出特性输出为低电平时得输出特性 其输出特性就是一个三极管在基其输出特性就是一个三极管在基极电流为某一值时共射极接法得极电流为某一值时共射极接法得输出特性曲线如图输出特性曲线如图2-10(b)所示。所示。T5饱与饱与,其导通电阻其导通电阻rce很小很小(十十几欧姆几欧姆),所以所以iL增加时增加时vO仅稍有仅稍有增加增加,输出低电平输出低电平VOL。当当iL增加到大于某值后增加到大于某值后,T5管退出管退出饱与进入放大饱与进入放大,vO迅速上升迅速上升,破坏破坏了输出为低电平得逻辑关系了输出为低电平得逻辑关系,因因此对灌电流值要有限制。此对灌电流值要有限制。TTL与非门得输出特性与非门得输出特性 输出为高电平时得输出特性输出为高电平时得输出特性 当与非门输入端其中有一当与非门输入端其中有一端为低电平时端为低电平时,输出为高输出为高电平。电平。T1管处于饱与状态管处于饱与状态,T2、T5管截止管截止,T3、T4管管导通。这时输出级等效电导通。这时输出级等效电路如图路如图2-11(a)所示所示,负载电负载电流方向就是由输出端流向流方向就是由输出端流向负载负载,故称为拉电流负载。故称为拉电流负载。TTL与非门得输出特性与非门得输出特性 输出为高电平时得输出特性输出为高电平时得输出特性 在在iL较小时较小时,T5处于饱与边缘处于饱与边缘,T4管放大管放大,T3、T4组成得复合管有组成得复合管有一定得放大作用一定得放大作用,输出特性曲线如图输出特性曲线如图2-11(b)所示。所示。输出电阻很小输出电阻很小,TTL与非门得与非门得输出电压输出电压vO 随随iL变化不大变化不大,故输出高电平故输出高电平VOH。当当iL增加到大于某值后增加到大于某值后,R4上上压降增大压降增大,VC3下降下降,使使T3进入进入深饱与深饱与,复合管跟随器处于饱与状态复合管跟随器处于饱与状态,失去跟随作用失去跟随作用,输出电阻为输出电阻为Ri,输出电压输出电压vO随负载电流得增随负载电流得增加而迅速下降加而迅速下降,vOVCC-VCES3-VBE4-iLR4。为了保证为了保证vO为标准高电平。为标准高电平。对拉灌电流值要有限制。对拉灌电流值要有限制。带负载能力带负载能力TTL与与非非门门得得输输出出端端接接上上负负载载后后,负负载载有有灌灌电电流流负负载载与与拉拉电电流流负负载载。图图2-12分分别别表表示示灌灌电电流流负负载载与拉电流负载。与拉电流负载。拉电流负载增加会使与非门拉电流负载增加会使与非门得输出高电平下降得输出高电平下降;灌电流负载增加会使与非门得灌电流负载增加会使与非门得输出低电平上升。输出低电平上升。带负载能力带负载能力电电路路输输出出高高、低低电电平平时时有有输输出出电电阻阻,所所以以输输出出得得高高、低低电电平平随随负负载载电电流流改改变变,变变化化小小,说说明门得带负载能力强。明门得带负载能力强。用用输输出出电电平平变变化化不不超超过过某某一一规规定定值值(高高电电平平不不低低于于高高电电平平下下限限值值VOHmin,低低电电平平不不高高于于低低电电平平得得上上限限值值VOLmax)时时得得最最大大负负载载电电流流,来定量描述门电路得带负载能力大小。来定量描述门电路得带负载能力大小。带负载能力带负载能力负负载载电电流流大大,带带负负载载能能力力强强;反反之之,带带负负载载能能力弱。力弱。一一个个门门得得输输出出电电平平有有高高电电平平、低低电电平平之之分分,因因此此,说说这这个个门门得得带带负负载载能能力力,必必须须综综合合考考虑虑输输出出高高电电平平时时得得带带负负载载能能力力与与输输出出低低电电平平时时得带负载能力。得带负载能力。带负载能力带负载能力扇出系数扇出系数:门电路驱动同类门得最大数目。门电路驱动同类门得最大数目。输出高电平时得扇出系数输出高电平时得扇出系数 输出低电平时得扇出系数输出低电平时得扇出系数 一个门得扇出系数只能就是一个。若一个门得扇出系数只能就是一个。若NOH与与NOL不一样大时不一样大时,应取应取NOH与与NOL中小得一个。中小得一个。TTL与非门得动态特性与非门得动态特性 平均传输延迟时间平均传输延迟时间 二极管、三极管存在开关时间二极管、三极管存在开关时间,由二极管与三极由二极管与三极管构成得管构成得TTL电路得状态转换需要一定得时间电路得状态转换需要一定得时间,即即输出不能立即响应输入信号得变化输出不能立即响应输入信号得变化,而有一定得延而有一定得延迟。如图迟。如图2-13所示。所示。而电阻、二极管、三极管等元器件寄生电容得存而电阻、二极管、三极管等元器件寄生电容得存在在,还会使输出电压波形得上升沿与下降沿变得不还会使输出电压波形得上升沿与下降沿变得不那么陡。那么陡。导通传输导通传输延迟时间延迟时间 截止传输截止传输延迟时间延迟时间 平均传输延迟时间平均传输延迟时间 传输延迟时间小传输延迟时间小,表明门得工作速度表明门得工作速度可以高可以高,反之反之,门得门得工作速度必须降低。工作速度必须降低。TTL与非门得动态特性与非门得动态特性 动态尖峰电流动态尖峰电流 静态时静态时TTL与非门电路得电源电流比较小与非门电路得电源电流比较小,在在10mA左右。在动态情况下左右。在动态情况下,由于由于T5工作在深饱与工作在深饱与状态状态,T4必定在必定在T5截止之前就导通了。这样就出截止之前就导通了。这样就出现了瞬间现了瞬间T4与与T5都导通得状态。这一瞬间电源电都导通得状态。这一瞬间电源电流比静态时得电源电流大流比静态时得电源电流大,但持续时间较短但持续时间较短,故称故称之为尖峰电流或浪涌电流。输出由高电平变为低之为尖峰电流或浪涌电流。输出由高电平变为低电平时电平时,也会出现也会出现T4、T5都导通都导通,导致导致ICC出现尖出现尖峰。峰。TTL与非门得动态特性与非门得动态特性 动态尖峰电流动态尖峰电流 如图如图2-14所示。所示。在工作频率较高在工作频率较高时时,尖峰电流对电尖峰电流对电源平均电流影响不源平均电流影响不可忽略。它使电源可忽略。它使电源得平均电流增大得平均电流增大,这就要求加大电源这就要求加大电源得容量。得容量。电源得尖峰电流电源得尖峰电流在电路内部流通时在电路内部流通时,会在电源线与地线会在电源线与地线上产生电压降上产生电压降,形形成一个干扰源成一个干扰源,为为此此,要采取合理得要采取合理得接地与去耦措施接地与去耦措施,使之在允许范围内。使之在允许范围内。2、3 其她类型得其她类型得TTL门电路门电路 TTL门电路除了与非门外门电路除了与非门外,还有其它逻辑功还有其它逻辑功能得门电路能得门电路,如与门、或门、或非门、与或如与门、或门、或非门、与或非门、异或门、同或门、集电极开路门与三非门、异或门、同或门、集电极开路门与三态门等态门等,还有与扩展器、或扩展器与与或扩还有与扩展器、或扩展器与与或扩展器等。展器等。主要介绍集电极开路门与三态门。主要介绍集电极开路门与三态门。集电极开路门集电极开路门(OC门门)线与线与:把几个逻辑门把几个逻辑门得输出端直接连在一得输出端直接连在一起实现逻辑与。起实现逻辑与。TTL与非门直接线与与非门直接线与出现得问题出现得问题:F1=1,F2=0就会在电源就会在电源与地之间形成一个低阻与地之间形成一个低阻通路通路,破坏了逻辑关系破坏了逻辑关系,而且还会把截止门中得而且还会把截止门中得导通管导通管T4烧坏。烧坏。集电极开路门集电极开路门(OC门门)集电极开路门集电极开路门(OC门门)电路结构电路结构:把把TTL与非门电路得推拉输出级改为与非门电路得推拉输出级改为三极管集电极开路输出三极管集电极开路输出,称为集电极开路称为集电极开路(Open Collector)门电路。门电路。RL上上拉拉电电阻阻集电极开路门集电极开路门(OC门门)集电极开路门集电极开路门(OC门门)逻辑符号如图逻辑符号如图(b)所示。所示。逻辑功能逻辑功能:几个几个OC门得门得输出端直接并输出端直接并联后可共用一联后可共用一个集电极负载个集电极负载电阻电阻RL与电源与电源VCC。只要恰当地选只要恰当地选择电源电压与择电源电压与负载电阻负载电阻,就就可以保证输出可以保证输出电平得高、低电平得高、低要求要求,而又有而又有效地防止输出效地防止输出管电流过大。管电流过大。集电极开路门集电极开路门(OC门门)集电极负载电阻集电极负载电阻RL得选择得选择利用利用OC门可以实现线与功能。门可以实现线与功能。当有当有m个个OC门直接并联门直接并联,并带有并带有n个与非门个与非门作负载时作负载时,只要公共外接负载电阻只要公共外接负载电阻RL选择适选择适当当,就可以保证输出高电平不低于规定得就可以保证输出高电平不低于规定得VOHmin值值;又可以保证输出低电平不高于规又可以保证输出低电平不高于规定得定得VOLmax。而且也不会在电源与地之间形。而且也不会在电源与地之间形成低阻通路。成低阻通路。集电极开路门集电极开路门(OC门门)集电极负载电阻集电极负载电阻RL得选择得选择若若m个个OC与非门得输出都为高电平直接并联与非门得输出都为高电平直接并联,则则线与结果为高电平线与结果为高电平,如图如图2-17所示。所示。为保证并联输出高电为保证并联输出高电平不低于规定得平不低于规定得VOHmin值值,则要求则要求RL取值不能取值不能太大太大,才能保证才能保证VCC-IRLRLVOHmin。OC门门个数个数 TTL与非门输入与非门输入端得个数端得个数 OC门输出管截门输出管截止时得漏电流止时得漏电流 负载门每个输入端负载门每个输入端为高电平时得输入为高电平时得输入漏电流漏电流 IRL=mIOH+pIIH VCC-(mIOH+pIIH)RLVOHmin RL最大值最大值RLmax为为:VCC-IRLRLVOHmin集电极开路门集电极开路门(OC门门)当当OC门线与输出为低电平时门线与输出为低电平时,从最不利情从最不利情况考虑况考虑,设只有一个设只有一个OC门处于导通状态门处于导通状态,而而其它得其它得OC门均截止门均截止,如图如图2-18所示。所示。RL不能太小不能太小,应保证在应保证在所有得负载电流全部流所有得负载电流全部流入唯一导通得入唯一导通得OC门时门时,线与输出低电平仍能低线与输出低电平仍能低于规定得于规定得VOLmax值值,即即VCC-IRLRLVOLmax。OC门导通时得门导通时得最大负载电流最大负载电流 TTL与非门输与非门输入短路电流入短路电流 注注:无论一个门有几无论一个门有几个输入端接在个输入端接在VOL上上,IIS都就是同样大。都就是同样大。IRL=IOL-nIIS VCC-IRLRLVOLmaxVCC-(IOL-nIIS)RLVOLmaxRL最小值最小值RLmin为为:RLminRLRLmax 集电极开路门集电极开路门(OC门门)OC门得应用门得应用:实现与或非逻辑实现与或非逻辑(线与线与)将几个将几个OC门得输出直接并联在一起门得输出直接并联在一起,然后通过一然后通过一个公共上拉电阻个公共上拉电阻RL接到电源接到电源VCC上上,如图如图2-19所示。所示。,实现了与或实现了与或非得功能非得功能 集电极开路门集电极开路门(OC门门)OC门得应用门得应用:实现电平转移实现电平转移 在数字系统得接口在数字系统得接口(与外部设备相联系得电路与外部设备相联系得电路)需需要有电平转换得时候要有电平转换得时候,常用常用OC门实现门实现,如图如图2-20所所示电路。示电路。,要把高电平转换为要把高电平转换为10V时时,可将外接得上拉电阻可将外接得上拉电阻接到接到10V电源上。这样电源上。这样OC门得输入端电平与一门得输入端电平与一般与非门一致般与非门一致,而输出得而输出得高电平就可以变为高电平就可以变为10V。达到了电平转换得目得。达到了电平转换得目得。集电极开路门集电极开路门(OC门门)OC门得应用门得应用:用作驱动器用作驱动器 用用OC门驱动指示灯、继电器与脉冲变压器门驱动指示灯、继电器与脉冲变压器等。当用于驱动指示灯时等。当用于驱动指示灯时,上拉电阻由指示上拉电阻由指示灯代替灯代替,指示灯得一端于指示灯得一端于OC门得输出相连门得输出相连,另一端接上电源。如果电流过大另一端接上电源。如果电流过大,可串入一可串入一个适当得限流电阻。个适当得限流电阻。,集电极开路门集电极开路门(OC门门)用作驱动器用作驱动器 例例 试用试用74LS系列逻辑门系列逻辑门,驱动一只驱动一只VD=1、5V,ID=6mA得发光二极管。得发光二极管。解解:与非门与非门74LS00得得IOL为为4mA,不能驱动不能驱动ID=6mA得得发光二极管。集电极开路与非门发光二极管。集电极开路与非门74LS01得得IOL为为6mA,故可选用故可选用74LS01来驱动发光二极管来驱动发光二极管,其电路如其电路如图所示。图所示。,限流电阻限流电阻