ttl反相器工作原理.ppt

2.3.1TTL反相器的工作原理反相器的工作原理 2.3.2 TTL反相器的电压传输特性及参数反相器的电压传输特性及参数 2.3 TTL2.3 TTL反相器反相器2.3.4 TTL反相器的其它参数反相器的其它参数 2.3.3TTL反相器的输入特性和输出特性反相器的输入特性和输出特性 结束结束结束结束放映放映放映放映5/10/20241.复习复习什么是高电平？什么是低电平？什么是状态赋值？什么是正逻辑？什么是负逻辑？二极管与门、或门有何优点和缺点？5/10/20242.2.3 TTL2.3 TTL反相器反相器TTL集成逻辑门电路的输入和输出结构均采用半导体三极管，所以称晶体管晶体管逻辑门电路，简称TTL电路。TTL电路的基本环节是反相器。简单了解TTL反相器的电路及工作原理，重点掌握其特性曲线和主要参数（应用所需知识）。5/10/20243.2.3.1 TTL反相器的工作原理反相器的工作原理1.电路组成图2-9 TTL反相器的基本电路 5/10/20244.(1)输入级NPN当输入低电平时，uI=0.3V，发射结正向导通，uB1=1.0V当输入高电平时，uI=3.6V，发射结受后级电路的影响将反向截止。uB1由后级电路决定。NNP5/10/20245.(2)中间级反相器VT2实现非逻辑反相输出同相输出向后级提供反相与同相输出。输入高电 压时饱和输入低电压时截止5/10/20246.(3)输出级（推拉式输出）VT3为射极跟随器低输入高输入饱和截止低输入高输入截止导通5/10/20247.2.工作原理（1）当输入高电平时，uI=3.6V，VT1处于倒置工作状态，集电结正偏，发射结反偏，uB1=0.7V3=2.1V，VT2和VT4饱和，输出为低电平uO=0.3V。2.1V0.3V3.6V5/10/20248.（2）当输入低电平时，uI=0.3V，VT1发射结导通，uB1=0.3V+0.7V=1V，VT2和VT4均截止，VT3和VD导通。输出高电平uO=VCC-UBE3-UD5V-0.7V-0.7V=3.6V1V3.6V0.3V5/10/20249.(3)采用推拉式输出级利于提高开关速度和负载能力 VT3组成射极输出器，优点是既能提高开关速度，又能提高负载能力。当输入高电平时，VT4饱和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集电极电流可以全部用来驱动负载。当输入低电平时，VT4截止，VT3导通(为射极输出器)，其输出电阻很小，带负载能力很强。可见，无论输入如何，VT3和VT4总是一管导通而另一管截止。这种推拉式工作方式，带负载能力很强。5/10/202410.2.3.2 TTL反相器的电压传输特性及参数反相器的电压传输特性及参数 电压传输特性：输出电压uO与输入电压uI的关系曲线。图2-10 TTL反相器电路的电压传输特性截止区线性区转折区饱和区1.1.曲线分析曲线分析VT4截止，称关门VT4饱和，称开门5/10/202411.2.结合电压传输特性介绍几个参数 (1)输出高电平UOH 典型值为3V。(2)输出低电平UOL 典型值为0.3V。5/10/202412.(3)开门电平UON一般要求UON1.8V(4)关门电平UOFF一般要求UOFF0.8V 在保证输出为额定低电平的条件下，允许的最小输入高电平的数值，称为开门电平UON。在保证输出为额定高电平的条件下，允许的最大输入低电平的数值，称为关门电平UOFF。UOFFUON5/10/202413.(5)阈值电压UTH 电压传输特性曲线转折区中点所对应的uI值称为阈值电压UTH（又称门槛电平）。通常UTH1.4V。(6)噪声容限（UNL和UNH）噪声容限也称抗干扰能力，它反映门电路在多大的干扰电压下仍能正常工作。UNL和UNH越大，电路的抗干扰能力越强。5/10/202414.UOFFUNLUILUONUNHUIH5/10/202415.低电平噪声容限（低电平正向干扰范围）UNL=UOFF-UIL UIL为电路输入低电平的典型值（0.3V）若UOFF=0.8V，则有 UNL=0.8-0.3=0.5(V)高电平噪声容限（高电平负向干扰范围）UNH=UIH-UON UIH为电路输入高电平的典型值（3V）若UON=1.8V，则有 UNH=3-1.8=1.2(V)5/10/202416.2.3.3 TTL反相器的输入特性和输出特性反相器的输入特性和输出特性 1.输入伏安特性输入电压和输入电流之间的关系曲线。图2-11 TTL反相器的输入伏安特性（a）测试电路 （b）输入伏安特性曲线5/10/202417.两个重要参数：(1)输入短路电流IIS当uI=0V时，iI从输入端流出。iI=(VCCUBE1)/R1=(50.7)/4 1.1mA(2)高电平输入电流IIH 当输入为高电平时，VT1的发射结反偏，集电结正偏，处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流放大系数反很小(约在0.01以下)，所以 iI=IIH=反 iB2 IIH很小，约为10A左右。5/10/202418.图2-12 输入负载特性曲线（a）测试电路 （b）输入负载特性曲线 TTL反相器的输入端对地接上电阻RI 时，uI随RI 的变化而变化的关系曲线。2.输入负载特性5/10/202419.在一定范围内，uI随RI的增大而升高。但当输入电压uI达到1.4V以后，uB1=2.1V，RI增大，由于uB1不变，故uI=1.4V也不变。这时VT2和VT4饱和导通，输出为低电平。虚框内为TTL反相器的部分内部电路 5/10/202420.RI 不大不小时，工作在线性区或转折区。RI 较小时，关门，输出高电平；RI 较大时，开门，输出低电平；ROFFRONRI 悬空时？5/10/202421.(1)关门电阻ROFF 在保证门电路输出为额定高电平的条件下，所允许RI 的最大值称为关门电阻。典型的TTL门电路ROFF 0.7k。(2)开门电阻RON 在保证门电路输出为额定低电平的条件下，所允许RI 的最小值称为开门电阻。典型的TTL门电路RON 2k。数字电路中要求输入负载电阻RI RON或RI ROFF，否则输入信号将不在高低电平范围内。振荡电路则令 ROFF RI RON使电路处于转折区。5/10/202422.3.输出特性 指输出电压与输出电流之间的关系曲线。(1)输出高电平时的输出特性负载电流iL不可过大，否则输出高电平会降低。图2-13 输出高电平时的输出特性（a）电路 （b）特性曲线拉电流负载5/10/202423.图2-14输出低电平时的输出特性（a）电路 （b）特性曲线(2)输出低电平时的输出特性负载电流iL不可过大，否则输出低电平会升高。一般灌电流在20 mA以下时，电路可以正常工作。典型TTL门电路的灌电流负载为12.8 mA。灌电流负载5/10/202424.2.3.4 TTL反相器的其它参数反相器的其它参数 1.平均传输延迟时间tpd 平均传输延迟时间tpd表征了门电路的开关速度。tpd=（tpLH+tpHL）/2 图2-15 TTL反相器的平均延迟时间 5/10/202425.2 TTL门电路主要参数的典型数据表2-5 74系列TTL门电路主要参数的典型数据参 数 名 称典 型 数 据 导通电源电流 ICCL 10 mA 截止电源电流 ICCH 5 mA 输出高电平 UOH 3 V 输出低电平 UOL 0.35 V 输入短路电流 IIS 2.2 mA 输入漏电流 IIH 70A 开门电平 UON 1.8 V 关门电平 UOFF 0.8 V 平均传输时间 tpd 30 ns5/10/202426.作业题作业题2-65/10/202427.