數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)A門電路資料PPT課件

1、實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路。 邏輯門電路邏輯門電路 邏輯門電路的分類邏輯門電路的分類二極管門電路三極管門電路雙極型PMOS門CMOS門邏輯門邏輯門 電路電路分立NMOS門TTL - 三極管-三極管HTL 高閾值ECL 射極耦合I2L 集成注入集成單極型高抗干擾能力高抗干擾能力工作速度極高工作速度極高集成度高集成度高功耗小功耗小NMOS門2.1 2.1 概述概述第1頁(yè)/共84頁(yè) 高、低電平產(chǎn)生的原理高、低電平產(chǎn)生的原理 +5V R vo S vI 當(dāng)當(dāng)S閉合，閉合，vO= 0V當(dāng)當(dāng)S斷開(kāi)，斷開(kāi)，vO= +5VVccIvovS1S2輸輸入入信信號(hào)號(hào)輸輸出出信信號(hào)號(hào)圖3.1.3 互補(bǔ)開(kāi)

2、關(guān)電路圖3.1.3 互補(bǔ)開(kāi)關(guān)電路第2頁(yè)/共84頁(yè)一、二極管導(dǎo)通條件及導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn)一、二極管導(dǎo)通條件及導(dǎo)通時(shí)的特點(diǎn)二極管二極管D D的符號(hào)的符號(hào)設(shè)二極管的外加正向電壓為設(shè)二極管的外加正向電壓為V VF F，正向?qū)〞r(shí)的管壓降為，正向?qū)〞r(shí)的管壓降為V VD D導(dǎo)通條件：導(dǎo)通條件：VF0.7V(Si)/0.2V(Ge)導(dǎo)通時(shí)特點(diǎn)：導(dǎo)通時(shí)特點(diǎn)：VD0.7V(Si)/0.2V(Ge)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合后有個(gè)0.7/0.2V的恒壓降2.2 2.2 半導(dǎo)體二極管、三極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體二極管、三極管的開(kāi)關(guān)特性二極管的開(kāi)關(guān)特性二極管的開(kāi)關(guān)特性第3頁(yè)/共84頁(yè)二、二極管截止條件及截止時(shí)的特點(diǎn)二、二極管截止條件及截

3、止時(shí)的特點(diǎn)截止條件：截止條件：截止時(shí)特點(diǎn)：截止時(shí)特點(diǎn)：電流ID接近于0，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)加正向電壓時(shí)VF0.5V(Si)/0.1V(Ge)或加反向電壓第4頁(yè)/共84頁(yè)理想的開(kāi)關(guān)應(yīng)具有兩個(gè)工作狀態(tài)：理想的開(kāi)關(guān)應(yīng)具有兩個(gè)工作狀態(tài)：-要求阻抗越小越好，相當(dāng)于短路（導(dǎo)通）要求阻抗越小越好，相當(dāng)于短路（導(dǎo)通）-要求阻抗越大越好，相當(dāng)于開(kāi)路（截止）要求阻抗越大越好，相當(dāng)于開(kāi)路（截止） 在數(shù)字電路中，二極管和三極管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即，不在數(shù)字電路中，二極管和三極管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即，不是飽和導(dǎo)通，就是反向截止，好象一個(gè)開(kāi)關(guān)一樣。是飽和導(dǎo)通，就是反向截止，好象一個(gè)開(kāi)關(guān)一樣。 當(dāng)脈沖信號(hào)的頻率很高時(shí)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變

4、化速度很快，每當(dāng)脈沖信號(hào)的頻率很高時(shí)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)的變化速度很快，每秒可達(dá)秒可達(dá)百萬(wàn)次百萬(wàn)次，這就要求器件的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換速度要在微秒甚至納，這就要求器件的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換速度要在微秒甚至納秒內(nèi)完成。秒內(nèi)完成。 因此有必要研究一下二極管導(dǎo)通截止之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。因此有必要研究一下二極管導(dǎo)通截止之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。 接通狀態(tài)接通狀態(tài)斷開(kāi)狀態(tài)斷開(kāi)狀態(tài)第5頁(yè)/共84頁(yè)1.1.關(guān)斷特性關(guān)斷特性：二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂褂幸粋€(gè)反向恢復(fù)：二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂褂幸粋€(gè)反向恢復(fù)過(guò)程過(guò)程vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit在在O Ot t1 1期間，期間，vi i VF F，二二極管極管D導(dǎo)通，電路中有電流流過(guò)：

5、導(dǎo)通，電路中有電流流過(guò)：RLviiD三、二極管的開(kāi)關(guān)特性三、二極管的開(kāi)關(guān)特性第6頁(yè)/共84頁(yè)當(dāng)當(dāng)t t t t1 1 時(shí)，時(shí)，vi i 突變到突變到 VR R ，理想時(shí)，二極管應(yīng)立即截止，電理想時(shí)，二極管應(yīng)立即截止，電路中只有很小的反向電流路中只有很小的反向電流 。但實(shí)但實(shí)際并非如此，見(jiàn)右圖：際并非如此，見(jiàn)右圖：通常將二極管從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止通常將二極管從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止所需的時(shí)間稱為所需的時(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間: tre= ts+tt =ns級(jí)級(jí) vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間渡越時(shí)間渡越時(shí)間RLviiD第7頁(yè)/共84頁(yè) P 區(qū)區(qū) N 區(qū)區(qū) 勢(shì)壘區(qū)勢(shì)壘

6、區(qū) + - P 區(qū)的電子區(qū)的電子濃度分布濃度分布 N 區(qū)的空穴區(qū)的空穴濃度分布濃度分布 產(chǎn)生反向恢復(fù)過(guò)程的產(chǎn)生反向恢復(fù)過(guò)程的原因是原因是電荷存儲(chǔ)效應(yīng)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)所引所引起的。反向恢復(fù)時(shí)間就是起的。反向恢復(fù)時(shí)間就是存儲(chǔ)電荷消失所需要的時(shí)存儲(chǔ)電荷消失所需要的時(shí)間間，一般在納秒數(shù)量級(jí)。，一般在納秒數(shù)量級(jí)。第8頁(yè)/共84頁(yè)2. 2. 開(kāi)通特性：主要體現(xiàn)在二極管的開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通特性：主要體現(xiàn)在二極管的開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間-二極管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄋ枰臅r(shí)間二極管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄋ枰臅r(shí)間 該時(shí)間與該時(shí)間與反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間相比很小，對(duì)開(kāi)關(guān)速度影響小，相比很小，對(duì)開(kāi)關(guān)速度影響小， 可以忽略不

7、計(jì)?？梢院雎圆挥?jì)。第9頁(yè)/共84頁(yè)一、三極管處于三種工作區(qū)的條件一、三極管處于三種工作區(qū)的條件截止區(qū)：截止區(qū)：B、E加正向電壓時(shí)VF0.5V(Si)/0.1V(Ge)或加反向電壓放大區(qū)：放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏飽和區(qū)：飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏臨界飽和：臨界飽和：UBC=0IB=IC=0 IC=IBUCE=0.10.3V典型值UCE=0.3V三極管的開(kāi)關(guān)特性三極管的開(kāi)關(guān)特性第10頁(yè)/共84頁(yè)三極管工作在飽和狀態(tài)的電流條件為：I IB B I IBS BS CCCCCBECCE0.7V-U-U-RVRVRVRVICCCCCCCS CCCCSBSRVII 第11頁(yè)/共84頁(yè)二、二、三極管

8、的動(dòng)態(tài)特性三極管的動(dòng)態(tài)特性（1 1）延遲時(shí)間t td d 從輸入信號(hào)v vi i正跳變的 瞬間開(kāi)始，到集電極電流i iC C上升到0.10.1I ICSCS所需的時(shí)間 （2 2）上升時(shí)間t tr r集電極電流從0.10.1I ICSCS上升到0.90.9I ICSCS所需的時(shí)間。（3 3）存儲(chǔ)時(shí)間t ts s從輸入信號(hào)v vi i下跳變的瞬間開(kāi)始，到集電極電流i iC C下降到0.90.9I ICSCS所需的時(shí)間。（4 4）下降時(shí)間t tf f集電極電流從0.90.9I ICSCS下降到0.10.1I ICSCS所需的時(shí)間。 第12頁(yè)/共84頁(yè)二極管與門電路二極管與門電路非門電路非門電路 三極

9、管反相器三極管反相器二極管或門電路二極管或門電路復(fù)合邏輯門電路復(fù)合邏輯門電路第13頁(yè)/共84頁(yè)二極管與門電路二極管與門電路 B & L=ABC A C 二極管與門電路二極管與門電路與邏輯符號(hào)及表達(dá)式與邏輯符號(hào)及表達(dá)式 VCC+(5V) R 3kW L D1 D2 D3 A B C 第14頁(yè)/共84頁(yè)VCC+(5V) R 3kW L D1 D2 D3 A B C 0.7V 三個(gè)輸入端中，只要有一個(gè)為三個(gè)輸入端中，只要有一個(gè)為0V, 其余為其余為+5V時(shí)：時(shí)：輸入與輸出電壓關(guān)系輸入與輸出電壓關(guān)系0V5V5V 輸 入輸 出VAVBVCVL0V0V0V0V0V+5 V0V+5 V0V0V+5

10、V+5 V+5 V0V0 V+5 V0V+5 V+5 V+5 V0V0.7V壓差大的管子導(dǎo)通第15頁(yè)/共84頁(yè)VCC+(5V) R 3kW L D1 D2 D3 A B C 5 V 只有當(dāng)A、B、C三個(gè)輸入端均為高電平+5V時(shí)：5V5V5V 輸 入輸 出ABCL00000010010001101000101011001111 真真 值值 表表第16頁(yè)/共84頁(yè) 二極管或門電路二極管或門電路 R 3kW D1 D2 D3 A B C L 二極管或門電路或邏輯符號(hào)及表達(dá)式 B L=ABC A C 11第17頁(yè)/共84頁(yè)輸入端A、B、C都為0V R 3kW D1 D2 D3 A B C L 0 V或

11、邏輯真值表輸 入輸 出ABCL00000011010101111001101111011111輸 入輸 出ABCL000000110101011110011011110111110V0V0V第18頁(yè)/共84頁(yè)輸入端中只要有一個(gè)為+5V R 3kW D1 D2 D3 A B C L 4.3 V或邏輯真值表輸 入輸 出ABCL00000011010101111001101111011111輸 入輸 出ABCL000000110101011110011011110111110V5V5V第19頁(yè)/共84頁(yè)二極管與門和或門電路的缺點(diǎn)：（1 1）電平偏移：在多個(gè)門串接使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)低電平偏離標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的情況

12、。（2 2）負(fù)載能力差0V5V+V+VL5VDDDD3k（+5V）RCC211CCR2（+5V）0.7V1.4V3k只用于只用于IC內(nèi)部電路內(nèi)部電路第20頁(yè)/共84頁(yè) VC C Rc L T Rb A 三極管 反相電路 A 1 L=A 非邏輯符號(hào)及表達(dá)式非門電路非門電路 三極管反相器三極管反相器第21頁(yè)/共84頁(yè)當(dāng)輸入為當(dāng)輸入為邏輯邏輯0 0時(shí)時(shí): : VC C Rc L T Rb A 0 vcc1輸入A輸出L01非邏輯真值表 第22頁(yè)/共84頁(yè)當(dāng)輸入為當(dāng)輸入為邏輯邏輯1 1時(shí)時(shí): : VC C Rc L T Rb A 1 0輸入A輸出L0110非邏輯真值表 第23頁(yè)/共84頁(yè) VC C Rc

13、 L T D4 D5 R2 復(fù)合門電路復(fù)合門電路 VCC+(5V) R 3kW D1 D2 D3 A B C B & L=ABC A C 1、DTL與非門電路第24頁(yè)/共84頁(yè) VC C Rc L T D4 D5 R2 B 1 L=ABC A C 2、DTL或非門電路 R 3kW D1 D2 D3 A B C 第25頁(yè)/共84頁(yè)2.4 TTL2.4 TTL集成門電路 集成邏輯門電路是把門電路的所有元器件及連接導(dǎo)線制作在一塊半導(dǎo)集成邏輯門電路是把門電路的所有元器件及連接導(dǎo)線制作在一塊半導(dǎo)體硅片上，構(gòu)成集成邏輯門。體硅片上，構(gòu)成集成邏輯門。 若這種電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)都采用半導(dǎo)體三極管，則

14、稱為三極管若這種電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)都采用半導(dǎo)體三極管，則稱為三極管三三極管集成邏輯門電路（極管集成邏輯門電路（Transistor Transistor Logic），即），即TTL門電路。門電路。集成電路的特點(diǎn)：體積小，重量輕，功耗小，價(jià)格低，可靠性等。集成電路的特點(diǎn)：體積小，重量輕，功耗小，價(jià)格低，可靠性等。第26頁(yè)/共84頁(yè)分類門/片元器件/片SSI (Small Scale Integrated circuit) 11210100MSI (Medium Scale Integrated circuit)1399100999LSI ( Large Scale Integrated ci

15、rcuit)1009999100099999VLSI (Very Large Scale Integrated circuit)10000100000 集成電路根據(jù)一塊芯片上所集成的門數(shù)多少或元件多少可分為小、中、大和集成電路根據(jù)一塊芯片上所集成的門數(shù)多少或元件多少可分為小、中、大和超大規(guī)模集成電路。超大規(guī)模集成電路。邏輯門和觸發(fā)器是目前常用的邏輯門和觸發(fā)器是目前常用的SSI譯碼器、譯碼器、 數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)選擇器、 加法器、加法器、 計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器、 移位寄存器等組移位寄存器等組件是常用的件是常用的MSI。常見(jiàn)的常見(jiàn)的LSI、 VLSI有只讀存儲(chǔ)器、有只讀存儲(chǔ)器、 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存

16、儲(chǔ)器、 微處理微處理器、高速乘法累加器、器、高速乘法累加器、 通用和專用數(shù)字信號(hào)處理器等。通用和專用數(shù)字信號(hào)處理器等。 第27頁(yè)/共84頁(yè) 集成邏輯門集成邏輯門是最基本的數(shù)字集成電路，是組成數(shù)字邏輯的基礎(chǔ)。是最基本的數(shù)字集成電路，是組成數(shù)字邏輯的基礎(chǔ)。 常用的集成門電路，大多采用雙列直插式封裝（常用的集成門電路，大多采用雙列直插式封裝（Dual-In-line Package ，縮寫成縮寫成DIP）。）。集成門電路外形圖集成門電路外形圖第28頁(yè)/共84頁(yè)槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管腳編號(hào)管腳編號(hào) 集成芯片表面有一個(gè)缺口（引腳編號(hào)的參考標(biāo)志），如果將芯

17、片插在實(shí)驗(yàn)集成芯片表面有一個(gè)缺口（引腳編號(hào)的參考標(biāo)志），如果將芯片插在實(shí)驗(yàn)板上且缺口朝左邊，則引腳的排列規(guī)律為：左下管腳為板上且缺口朝左邊，則引腳的排列規(guī)律為：左下管腳為1引腳，其余以逆時(shí)針引腳，其余以逆時(shí)針?lè)较驈男〉酱箜樞蚺帕?。方向從小到大順序排列。一般引腳數(shù)為：一般引腳數(shù)為：14、16、20等。等。第29頁(yè)/共84頁(yè)槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管腳編號(hào)管腳編號(hào) 絕大多數(shù)情況下，電源從芯片左上角的引腳接入，地接右下引腳。絕大多數(shù)情況下，電源從芯片左上角的引腳接入，地接右下引腳。 一塊芯片中可集成若干個(gè)（一塊芯片中可集成若干個(gè)（1、2、4、6等）同樣功

18、能但又各自獨(dú)立的門電等）同樣功能但又各自獨(dú)立的門電路，每個(gè)門電路則具有若干個(gè)（路，每個(gè)門電路則具有若干個(gè)（1、2、3等）輸入端。等）輸入端。輸入端數(shù)有時(shí)稱為扇入（輸入端數(shù)有時(shí)稱為扇入（Fan-in）數(shù)。）數(shù)。第30頁(yè)/共84頁(yè)(a) 7404(六反相器六反相器) (b) 7400(四四2輸入與非門輸入與非門) 第31頁(yè)/共84頁(yè)與非門的工作原理與非門的工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y一、組一、組成成輸入級(jí)：輸入級(jí)：T T1 1,R,R1 1中間級(jí)：中間級(jí)：T T2 2,R,R2 2,R,R3 3輸出級(jí)：輸出級(jí)：T T3 3,T,T4

19、 4,R,R4 4,D,D輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)是保護(hù)二極管，為防止輸入電壓過(guò)低而設(shè)置第32頁(yè)/共84頁(yè)多發(fā)射極三極管多發(fā)射極三極管T1T1作用作用: :實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“與與”的功能的功能ABCbc+VCCABCbcABCT1bc第33頁(yè)/共84頁(yè) 輸入級(jí)由多發(fā)射極輸入級(jí)由多發(fā)射極三極管三極管T1和基極電組和基極電組R1組成，它實(shí)現(xiàn)了輸入變組成，它實(shí)現(xiàn)了輸入變量量A、B、的與運(yùn)算。的與運(yùn)算。(1) 輸入級(jí)輸入級(jí)第34頁(yè)/共84頁(yè) 中間級(jí)（中間級(jí)（倒相級(jí)倒相級(jí)）是放大級(jí)，由是放大級(jí)，由T2、R2和和R3組成，組成，T2的集電極的集電極C2和發(fā)射極和發(fā)射極E2可以分提供可以分提供兩個(gè)相位相

20、反的電壓信兩個(gè)相位相反的電壓信號(hào)，號(hào)，以滿足輸出級(jí)的需以滿足輸出級(jí)的需要。要。 (2) 中間級(jí)中間級(jí)第35頁(yè)/共84頁(yè) 輸出級(jí)由輸出級(jí)由T3、T4、D和和R4組成，其中其中組成，其中其中D、T3作為由作為由T4組成的反組成的反相器的有源負(fù)載。相器的有源負(fù)載。 T3與與T4組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的負(fù)載能力，具有較強(qiáng)的負(fù)載能力。(3) 輸出級(jí)輸出級(jí)第36頁(yè)/共84頁(yè)二、工作原理二、工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(1)(1)當(dāng)輸入端當(dāng)輸入端ABCABC中中至少至少有有 一個(gè)為低電平一個(gè)為低電平0.3V0.3V時(shí)時(shí)

21、低電平(0.3V)深飽和T1深度飽和，則0.3V1VuIT1T2T3T4uO高電平(3.6V)截止截止導(dǎo)通mA1RuVi11BCC1B / )(0i1C 0I1BS 11BBSiIV10Uu1CES1CE. V40uuu1CEI2B. T4截止，T3導(dǎo)通D3BE23BCCOuuRiVu V63707005. 3.6V3.6V第37頁(yè)/共84頁(yè)二、工作原理二、工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(2)(2)當(dāng)輸入端當(dāng)輸入端ABCABC都為都為高電高電 平平3.6V3.6V時(shí)時(shí)高電平(3.6V)倒置3.6V2.1VuIT1T2T3T4uOm

22、A7250RuVi11BCC1B./ )( V1uuu4BE2CES2C 4.3V3.6V3.6V1.4V假設(shè)T1發(fā)射結(jié)度正向?qū)?，則T1發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏，工作在倒置狀態(tài)，即集電極和發(fā)射極顛倒使用，此時(shí)電流放大系數(shù)i在0.02左右mA740iii1Bi1B2B. 假設(shè)T2飽和導(dǎo)通，則1VV34uuu1BEI1B. 4BE2BE1BC1Buuuu V12707070. 第38頁(yè)/共84頁(yè)二、工作原理二、工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(2)(2)當(dāng)輸入端當(dāng)輸入端ABCABC都為都為高電高電 平平3.6V3.6V時(shí)時(shí)高電平(3.6

23、V)倒置3.6V2.1VuIT1T2T3T4uO低電平(0.3V)飽和飽和截止4.3V3.6V3.6V1.4V1VmA52RuVI22CCC2CS./ )( 2052II22CS2BS/./ 22BBSiI故T2飽和的假設(shè)成立且T3和D截止對(duì)于T4的情況mA24352740Iii2CS2B2E. mA70RUi34BE3R./ mA542iii3R2E4B. 由于T3和D截止，故0I0I4BS4CS ,44BBSiI故T4深度飽和，輸出為低電平mA1250. 第39頁(yè)/共84頁(yè)(2)(2)當(dāng)輸入端當(dāng)輸入端ABCABC都為都為高電平高電平3.6V3.6V時(shí)時(shí)(1)(1)當(dāng)輸入端當(dāng)輸入端ABCAB

24、C中中至至少少有一個(gè)為低電平有一個(gè)為低電平0.3V0.3V時(shí)時(shí)輸出為高電平輸出為高電平3.6V3.6V輸出為低電平輸出為低電平0.3V0.3V綜上：綜上：故輸入輸出滿足關(guān)系：故輸入輸出滿足關(guān)系：ABCF 該電路為該電路為TTLTTL與非門電路與非門電路第40頁(yè)/共84頁(yè)(1)(1)當(dāng)采用多發(fā)射極三極管加快了存儲(chǔ)電荷的消散過(guò)程。當(dāng)采用多發(fā)射極三極管加快了存儲(chǔ)電荷的消散過(guò)程。TTLTTL與非門提高工作速度的原理與非門提高工作速度的原理( () )采用了推拉式輸出級(jí)，輸出阻抗比較小，可迅速給負(fù)采用了推拉式輸出級(jí)，輸出阻抗比較小，可迅速給負(fù)載電容充放電。載電容充放電。+VV+VV123123D1231

25、23D（+5V）CCc4o截止T3T4導(dǎo)通導(dǎo)通R充電CLc4CC（+5V）o導(dǎo)通3T4T截止截止R放電CL（a）（b）自學(xué)自學(xué)第41頁(yè)/共84頁(yè)2PHLPLHpdttt與非門傳輸延遲時(shí)間與非門傳輸延遲時(shí)間t tpdpd導(dǎo)通延遲時(shí)間tPHL從輸入波形上升沿的中點(diǎn)到輸出波形下降沿的中點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。截止延遲時(shí)間tPLH從輸入波形下降沿的中點(diǎn)到輸出波形上升沿的中點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。與非門的傳輸延遲時(shí)間tpd是tPHL和tPLH的平均值。即 一般TTL與非門傳輸延遲時(shí)間tpd的值為幾納秒十幾個(gè)納秒。第42頁(yè)/共84頁(yè)與非門的電壓傳輸特性及抗干擾能力與非門的電壓傳輸特性及抗干擾能力1電壓傳輸特性曲線：Vo=

26、f（Vi）第43頁(yè)/共84頁(yè)特性曲線分為AB、BC、CD、DE四段：AB段：VI0.6VVB11.3VT2、T4截止，而T3、D導(dǎo)通輸出電壓為高電平3.6V，基本不變BC段：VI0.61.3VT2已經(jīng)開(kāi)始導(dǎo)通，但VB21.3V，故T4截止，T2處于放大狀態(tài)，R2上的電流隨著VI的而線性，即R2上的壓降隨著VI的而線性，因此輸出VO將隨著VI的而線性CD段：1.3VVI1.4V ，T4已經(jīng)導(dǎo)通并迅速飽和， T3迅速截止，故VO迅速 ，稱CD段為轉(zhuǎn)折段DE段：1.4VVI ，此時(shí)T2 、T4都飽和導(dǎo)通，故輸出VO0.3V不變第44頁(yè)/共84頁(yè)（1 1）輸出高電平電壓輸出高電平電壓V VOHOH在正

27、邏輯體制中代表邏輯“1 1”的輸出電壓。VOH的典型值為3.63.6V，產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓的最小值VOH（min）=2.4=2.4V。（2 2）輸出低電平電壓輸出低電平電壓V VOLOL在正邏輯體制中代表邏輯“0 0”的輸出電壓。VOL的典型值為0.30.3V，產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓的最大值VOL（max）=0.4=0.4V。2 2幾個(gè)重要參數(shù)第45頁(yè)/共84頁(yè)（3 3）關(guān)門電平電壓關(guān)門電平電壓V VOFFOFF是指輸出電壓為VOH（min）時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓。即輸入低電壓的最大值。在產(chǎn)品手冊(cè)中常稱為輸入低電平電壓輸入低電平電壓，用VIL（max）表示。產(chǎn)品規(guī)定VIL（max）=0.8=0.8V。（

28、4 4）開(kāi)門電平電壓開(kāi)門電平電壓V VONON是指輸出電壓為VOL（max）時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓。即輸入高電壓的最小值。在產(chǎn)品手冊(cè)中常稱為輸入高電平電壓輸入高電平電壓，用VIH（min）表示。產(chǎn)品規(guī)定VIH（min）=2=2V。第46頁(yè)/共84頁(yè)（5 5）閾值電壓閾值電壓V Vthth電壓傳輸特性的過(guò)渡區(qū)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓，即決定電路截止和導(dǎo)通的分界線，也是決定輸出高、低電壓的分界線。 近似地：Vth（VOFF+ +VON）/2 即ViVth，與非門關(guān)門，輸出高電平； ViVth，與非門開(kāi)門，輸出低電平。 Vth又常被形象化地稱為門檻電壓門檻電壓。Vth的值為1.31.3V1.1.V。第47頁(yè)/共8

29、4頁(yè)低電平噪聲容限 VNLVOFF- -VOL（max）0.80.8V-0.4-0.4V0.40.4V高電平噪聲容限 VNHVOH（min）- -VON2.42.4V-2.0-2.0V0.40.4VTTL門電路的輸出高低電平不是一個(gè)值，而是一個(gè)范圍。同樣，它的輸入高低電平也有一個(gè)范圍，即它的輸入信號(hào)允許一定的容差，稱為噪聲容限噪聲容限。3 3抗干擾能力第48頁(yè)/共84頁(yè)與非門的輸入輸出特性和帶負(fù)載能力與非門的輸入輸出特性和帶負(fù)載能力1輸入特性：iI=f（Vi）ii3.6ViVIIS1.4VIIH(1)(1)當(dāng)輸入低電平時(shí)，當(dāng)輸入低電平時(shí)，VI=0.3V時(shí)，T2截止，iI從T1流出，為負(fù)值。IS

30、IIi 1BI 1I1BECCRVVV mA0751. （稱作輸入短路電流）13150.70.34 101mACCBEIILVvvIR 當(dāng)VI0時(shí)，iI最大，此時(shí)第49頁(yè)/共84頁(yè)與非門的輸入輸出特性和帶負(fù)載能力與非門的輸入輸出特性和帶負(fù)載能力1輸入特性：iI=f（Vi）ii3.6ViVIIS1.4VIIH( () )當(dāng)輸入高電平，當(dāng)輸入高電平，VI3.6V時(shí)，T2和T4飽和導(dǎo)通，T1的基極電位被箝位在2.1V，此時(shí)T1處于倒置狀態(tài)，晶體管放大倍數(shù)約為0.0211BCCi1BiIRVVIi 0.014514.5mAuAIHI （稱作輸入端漏電流）第50頁(yè)/共84頁(yè)2輸入端負(fù)載特性：是指輸入端外

31、接電阻RI時(shí)，其壓降VI和RI之間的關(guān)系(1)(1)當(dāng)當(dāng)RI較小時(shí):VIVT=1.4V 時(shí)時(shí), ,相當(dāng)輸入低電平相當(dāng)輸入低電平，所以輸出為高電平。所以輸出為高電平。(2)(2)當(dāng)當(dāng)RI增大時(shí):RI VI =VT 時(shí)，輸入變高，時(shí)，輸入變高，輸出變低電平。此時(shí)輸出變低電平。此時(shí)VI1.4V。II11BECCIRRRVVV IIRR434 .RI/kVI/V1.4V第51頁(yè)/共84頁(yè)開(kāi)門電阻開(kāi)門電阻R RONON: :RON一般為2 k /2.5 k保證與非門輸出為低電平，允許輸入電阻RI的最小值。當(dāng)RI RON時(shí)，相當(dāng)輸入高電平關(guān)門電阻關(guān)門電阻R ROFFOFF: :ROFF一般為0.7 k /

32、0.8 k保證與非門輸出為高電平，允許輸入電阻RI的最大值。當(dāng)RI ROFF時(shí)，相當(dāng)輸入低電平注：注：當(dāng)當(dāng)R RONON R RI I R ROFFOFF時(shí)，不符合正常工作狀態(tài)，一般不允許時(shí)，不符合正常工作狀態(tài)，一般不允許第52頁(yè)/共84頁(yè)由輸入端負(fù)載特性可知由輸入端負(fù)載特性可知“與非門與非門”多余輸入端的多余輸入端的處理方法有以下幾種處理方法有以下幾種（目的是置（目的是置“1”1”）：）：（1 1）接高電平）接高電平V VCCCC（2 2）和其他引腳接在一起）和其他引腳接在一起（3 3）外接一大于）外接一大于R RONON的電阻的電阻（4 4）引腳懸空）引腳懸空第53頁(yè)/共84頁(yè)輸出低電平說(shuō)

33、明:輸出為低,灌電流負(fù)載。ILFT3T4RLVCCIL0VOL20mA0.4V T4飽和,Rce4很小,故IL上升時(shí),VOL上升很慢,基本呈線性關(guān)系。當(dāng)VOL VOLMAX0.4V后，低電平輸出邏輯關(guān)系被破壞,故IL灌受限制，不能過(guò)大。把允許灌入輸出端的電流定義為輸出低電平電流IOL，產(chǎn)品規(guī)定IOL=16mA。3TTL的輸出特性：輸出電壓和負(fù)載電流之間的關(guān)系第54頁(yè)/共84頁(yè)輸出高電平+5VFR4R5T3T4T5RLIL說(shuō)明:輸出為高, ,拉電流負(fù)載。I IL L較小時(shí),T,T3 3處于飽和邊緣，T T4 4放大，二者構(gòu)成的復(fù)合管具有一定的放大作用，輸出電阻很小，故V VO O基本保持不變。當(dāng)

34、I IL L5mA5mA后, ,T3T3進(jìn)入飽和區(qū)， V VCE3CE3V VCES3CES3保持不變，V VO O隨I IL L上升而下降。IL0VO3.6V2.4V20mA5mAIR4當(dāng)V VOHOHV VOHMINOHMIN2.4V2.4V后, ,高電平輸出邏輯關(guān)系被破壞, ,故I IL L拉 受限制，不能過(guò)大。把允許拉出輸出端的電流定義為輸出高電平電流IOH。7474系列最大為 IOHIOH（maxmax）0.4mA0.4mA第55頁(yè)/共84頁(yè)4. 4. 扇出系數(shù) 扇出系數(shù):“1”“0”灌電流負(fù)載拉電流負(fù)載 扇出系數(shù)就扇出系數(shù)就是一個(gè)門電路驅(qū)動(dòng)同類型門電路的個(gè)數(shù)。也就是表示門電是一個(gè)門

35、電路驅(qū)動(dòng)同類型門電路的個(gè)數(shù)。也就是表示門電路的帶負(fù)載能力。路的帶負(fù)載能力?！?”“1”第56頁(yè)/共84頁(yè)負(fù)載門驅(qū)動(dòng)門0 VCC(5V) Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加時(shí)，當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加時(shí)，總的灌電流總的灌電流I IILIL將增加將增加, ,引起輸出引起輸出低電平低電平V VOLOL的升高。的升高。 灌電流“1”“0”IILIOL（負(fù)載門）（負(fù)載門）驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門ILOLOLIIN)( 第57頁(yè)/共84頁(yè) 當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增多時(shí)，必將當(dāng)負(fù)載門的個(gè)數(shù)增多時(shí)，必將引起輸出高電平的降低。引起輸出高電平的降低。 拉電流負(fù)載門驅(qū)動(dòng)門1 VCC(5V) R

36、b1 4kW T1 IIH T4 T3 Rc4 130W D “0”“1”IIHIOH一般，TTL的扇出系數(shù)扇出系數(shù)=10，高的可達(dá)高的可達(dá)30-50（負(fù)載門）（負(fù)載門）驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門IHOHOHIIN)( 第58頁(yè)/共84頁(yè)例 查得基本的TTL與非門7410的參數(shù)如下： IOL16mA，IIL1.6mA，IOH0.4mA，IIH0.04mA.試計(jì)算其帶同類門時(shí)的扇出系數(shù)。10mA6 . 1mA16 (2)高電平輸出時(shí)的扇出數(shù)10mA04. 0mA4 . 0若NOHNOH，則取較小的作為電路的扇出數(shù)。扇出系數(shù)計(jì)算舉例解： (1)低電平輸出時(shí)的扇出數(shù)（負(fù)載門）（負(fù)載門）驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門ILOLOLII

37、N)( （負(fù)載門）（負(fù)載門）驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門IHOHOHIIN)( 自學(xué)自學(xué)第59頁(yè)/共84頁(yè)2.5 2.5 其他其他TTLTTL集成門電路集成門電路在工程實(shí)踐中，有時(shí)需要將幾個(gè)門的輸出端并聯(lián)使用，以實(shí)現(xiàn)與邏輯，稱為線與。但是普通的TTL門電路不能進(jìn)行線與。門門一、引入目的一、引入目的專門生產(chǎn)了可以進(jìn)行線與的門電路集電極開(kāi)路門，也稱作OC門（Open Collector Gate）。F10輸出高電平時(shí)輸出電阻小輸出低電平時(shí)輸出電阻小低阻通路電流大，燒壞三極管輸出非0非1，破壞邏輯關(guān)系普通的TTL門輸出電平不可調(diào)負(fù)載能力不強(qiáng)，尤其是高電平輸出第60頁(yè)/共84頁(yè)二、電路與符號(hào)二、電路與符號(hào)4kR2R1

38、1.6k1kR3ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2YD130R4T3ABC&F+VCC2RLOC門電路圖國(guó)標(biāo)符號(hào)集電極開(kāi)路正常使用時(shí)，一般需外接上拉負(fù)載電阻第61頁(yè)/共84頁(yè)三、三、OCOC門的應(yīng)用門的應(yīng)用(1) (1) 實(shí)現(xiàn)線與實(shí)現(xiàn)線與321YYYY GHIDEFABC GHIDEFABC OC門線與圖輸出級(jí)連接圖等效邏輯電路圖實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)與或非與或非運(yùn)算運(yùn)算第62頁(yè)/共84頁(yè)(2) (2) 用作驅(qū)動(dòng)器用作驅(qū)動(dòng)器在OC門的上拉負(fù)載電阻RL處用指示燈、繼電器等替代，則可作為驅(qū)動(dòng)器使用。+VCC&270+5V右圖所示為一OC門驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的電路?？梢钥闯?，當(dāng)OC門輸入有一為低

39、電平時(shí)，發(fā)光二極管滅；當(dāng)三個(gè)輸入均為高電平時(shí)，輸出為低電平，發(fā)光二極管亮。u用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器第63頁(yè)/共84頁(yè)(2) (2) 用作驅(qū)動(dòng)器用作驅(qū)動(dòng)器u用來(lái)驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器用來(lái)驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器u用來(lái)驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載，構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器用來(lái)驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載，構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器 脈沖變壓器與普通變壓器的工作脈沖變壓器與普通變壓器的工作原理相同，只是脈沖變壓器可工作原理相同，只是脈沖變壓器可工作在更高的頻率上。在更高的頻率上。第64頁(yè)/共84頁(yè)(3) (3) 用作電平轉(zhuǎn)換用作電平轉(zhuǎn)換當(dāng)改變OC門上拉負(fù)載電阻上的電源VCC2為10V時(shí)，輸入輸出端邏輯0對(duì)應(yīng)的低電平保持0.3V不變，而邏輯1對(duì)應(yīng)的高電平由輸入端

40、的3.6V變?yōu)檩敵龆说?0V，高電平對(duì)應(yīng)電壓有所轉(zhuǎn)移。通過(guò)此電平轉(zhuǎn)換的功能可以調(diào)節(jié)輸出高電平使其滿足下一級(jí)電路對(duì)高電平的要求。+VCC2&RL+10V+VCC+5V輸入端：邏輯1 3.6V邏輯0 0.3V輸出端：邏輯1 10V邏輯0 0.3V第65頁(yè)/共84頁(yè)(4) (4) 實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)在總線上的分時(shí)傳輸實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)在總線上的分時(shí)傳輸?shù)?6頁(yè)/共84頁(yè)(4) (4) 上拉電阻的計(jì)算（確定）上拉電阻的計(jì)算（確定）圖中：n 上級(jí)OC門的個(gè)數(shù) p 負(fù)載OC門輸入端的個(gè)數(shù) m 負(fù)載OC門的個(gè)數(shù) IOHIOHIIHIIHIIHIRLu當(dāng)OC門的輸出為高電平時(shí)(含義)： IOH OC門的截止漏電流

41、 若負(fù)載RL的阻值變大，會(huì)使得輸出高電平電位降低，若RL無(wú)限制增大，可能使輸出高電平降低到VOH(min)以下，破壞了正常的邏輯關(guān)系，因此，應(yīng)有： (min)OHLRLCCVRIV IHOHRLpInII IHOHOHCCLpInIVVR (min)自學(xué)自學(xué)第67頁(yè)/共84頁(yè)IOLIISIISIRLu當(dāng)OC門的輸出為低電平時(shí)： 若負(fù)載RL的阻值變小，會(huì)使得輸出低電平電位抬高，若RL無(wú)限制減小，可能使輸出低電平抬高到VOL(max)以上，破壞了正常的邏輯關(guān)系，因此，應(yīng)有： 考慮最不利的情況，假設(shè)只有一個(gè)OC門（Y1）處于導(dǎo)通狀態(tài)，其他截止 (max)OLLRLCCVRIV ISOLRLmIII

42、ISOLOLCCLmIIVVR (max)注意：m為負(fù)載門的個(gè)數(shù)，非負(fù)載門輸入端個(gè)數(shù) 則： 自學(xué)自學(xué)第68頁(yè)/共84頁(yè)綜上，可知上拉負(fù)載電阻應(yīng)滿足關(guān)系：IHOHOHCCLISOLOLCCpInIVVRmIIVV (min)(max)例：下圖電路中各參數(shù)已列寫出，求上拉電阻大小IOH =200A; IOL=16mAIIS =1mA; IIH=40AVCC =5V; VOH(min)=3V; VOL(max)=0.4VRL(max)=(VCC-VOH)/(2IOH+9IIH)=(5-3)/(20.2+90.04)=2.63(k)RL(min)=(VCC-VOL)/(IOL-3IIS)=(5-0.4

43、)/(16-31)=0.35(k)可以取RL=1k自學(xué)自學(xué)第69頁(yè)/共84頁(yè)門（三態(tài)門）門（三態(tài)門） 通常數(shù)字邏輯是二值的，即僅0，1值，其所對(duì)應(yīng)電路的輸出電平是高、低兩種狀態(tài)。在實(shí)際電路中，還有一種輸出既非高電平又非低電平的狀態(tài)，被稱之為第三狀態(tài)。于是數(shù)字電路的輸出就有：0、1和Z（高阻）的三種狀態(tài)。這種電路稱三態(tài)邏輯電路或稱三態(tài)門電路，有時(shí)也記作TSL門（Three State Logic gate）。第70頁(yè)/共84頁(yè)一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)稱為控制端、使能端第71頁(yè)/共84頁(yè)(1)(1)當(dāng)當(dāng)E E“0”0” “0”導(dǎo)通1V1V截止截止截止高阻電路輸出為：電路輸出為：Y=Z(Y=Z(高阻

44、態(tài)高阻態(tài)或懸浮狀態(tài)，或懸浮狀態(tài)，也叫禁止?fàn)钜步薪範(fàn)顟B(tài)態(tài) ) )二、工作原理二、工作原理 在禁止?fàn)顟B(tài)下，三態(tài)門與負(fù)載之間無(wú)信號(hào)聯(lián)系，對(duì)負(fù)載在禁止?fàn)顟B(tài)下，三態(tài)門與負(fù)載之間無(wú)信號(hào)聯(lián)系，對(duì)負(fù)載不產(chǎn)生任何邏輯功能，所以禁止?fàn)顟B(tài)不是邏輯狀態(tài)。不產(chǎn)生任何邏輯功能，所以禁止?fàn)顟B(tài)不是邏輯狀態(tài)。由于三極管由于三極管T3和和T4同時(shí)截止，同時(shí)截止，輸出端相當(dāng)于輸出端相當(dāng)于懸空或開(kāi)路。懸空或開(kāi)路。第72頁(yè)/共84頁(yè)(2)(2)當(dāng)當(dāng)E E“1”1”“1”截止電路具備邏輯功電路具備邏輯功能：能：ABY 紅色二極管截紅色二極管截止，相當(dāng)于開(kāi)止，相當(dāng)于開(kāi)路，不起任何路，不起任何作用。作用。這種狀態(tài)是三態(tài)門的工作狀態(tài)，也叫這種狀態(tài)是三態(tài)門的工作狀態(tài)，也叫選通狀態(tài)選通狀態(tài)。這時(shí)三態(tài)門和普這時(shí)三態(tài)門和普通與非門一樣，通與非門一樣，完成與非功能。完成與非功能。第73頁(yè)/共84頁(yè)三、符號(hào)及功能表三、符號(hào)及功能表輸輸出出 高高阻阻1E0EABY 功能表功能表使能端高電平起作用&ENABEY輸輸出出高高阻阻0E 1E ABY 功能表功能表使能端低電平起作用&ENABEY第74頁(yè)/共84頁(yè)第75頁(yè)/共84頁(yè)四、三態(tài)門的應(yīng)用四、三態(tài)門的應(yīng)用(1) (