電子線路課件2014第二章門電路改

1、第二章 門電路 2.1 基本邏輯門電路 2.2 TTL邏輯門電路 2.1 基本邏輯門電路2.1.1三級管的開關(guān)特性三極管開關(guān)的通斷是受基極 b 控制。BBCECE特性曲線 三極管輸出特性曲線IC=f(UCE) Ib=C飽和區(qū):Ic受Uce顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)Uce的數(shù)值較小，一般Uce0.7V(硅管)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏(2) Uces=0.3V左右截止區(qū)：Ib=0的曲線的下方的區(qū)域Ib=0 Ic=Iceo NPN：Ube0.5V,管子就處于截止態(tài)通常該區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域:特性曲線 三極管輸出特性曲線放大區(qū)IC平行于Uce軸的區(qū)域，曲線基本平行等距

2、。(1) Ic=Ib,即Ic主要受Ib的控制。(2) 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓Ube大于0.7V左右(硅管) 。判斷三極管工作狀態(tài)的依據(jù)：飽和區(qū):發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏截止區(qū)：發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓, 集電結(jié)反偏放大區(qū):發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏2.1.2 三極管構(gòu)成的反相器下面以NPN硅管為例進行分析三極管是電流控制的電流源，在模擬電路中，工作在放大區(qū)。在數(shù)字電路中工作在飽和區(qū)或截止區(qū)開關(guān)狀態(tài)。TRcRBUCCiCiBuiuCEuOuCEiC0ICS負(fù)載線放大區(qū)截止區(qū)IBSIB=0UCC三極管CE之間相當(dāng)于一個開關(guān)：在飽和區(qū)“閉合”，截止區(qū)“斷開”一、三極管開關(guān)特性1.三極管的截止條件和等效

3、電路當(dāng)輸入信號uI=UIL=0.3V時（UBE=0.3V0.5V）三極管截止，iB=0，iC 0，uO=UOH=UCC輸入特性0uBE/ViB0.50.7BCE等效電路截止時，iB、iC都很小，三個極均可看作開路TRCRBUCCui=0.3ViCiBuCE飽和區(qū)截止區(qū)ICSIBSIB=0UCCuCEiC0uO輸出特性2.三極管的飽和條件和等效電路 在模擬電路中，為了不產(chǎn)生失真，通常規(guī)定飽和時UCES=1V。由于三極管的輸入特性很陡，通常認(rèn)為飽和時的UBES和導(dǎo)通時的UBE相等（硅管：0.7V，鍺管0.3V）在數(shù)字電路中，為了更接近理想開關(guān)，規(guī)定飽和時UCES=0.3V。輸入特性0uBE/ViB

4、/AUBES飽和區(qū)截止區(qū)ICSIBSIB=0UCCuCEiC0輸出特性UCES臨界飽和電壓UCES=0.6-0.7將三極管剛剛從放大進入飽和時的狀態(tài)稱為：臨界飽和狀態(tài)。當(dāng)輸入信號uI=UIH=3.2V時iCuCEuOui=3.2ViBTRcRBUCCIB=0UCCuCEiC0輸出特性ICSIBSUCES臨界飽和集電極電流：定義飽和深度：臨界飽和基極電流：可靠飽和條件為：iBIBSUCESBCEUBES等效電路3.三極管的動態(tài)開關(guān)特性當(dāng)基極施加一矩形電壓uI時截止到飽和所需的時間稱為開啟時間ton，它基本上由三極管自身決定。iC、uO波形不夠陡峭， iC、uO滯后于uI，即三極管在截止與飽和狀態(tài)

5、轉(zhuǎn)換需要一定的時間。這是由三極管的結(jié)電容引起的，管內(nèi)電荷的建立與消散需要一定的時間。uI iC uO UIL UIH ICS 0 Ucc UCES tontoff飽和到截止所需的時間稱為關(guān)閉時間toff。三極管非門uA0V時，三極管截止，iB0，iC0，輸出電壓uYVCC5VuA5V時，三極管導(dǎo)通?；鶚O電流為：iBIBS，三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓uYUCES0.3V。三極管臨界飽和時的基極電流為：2.1.3二極管門電路1、二極管與門Y=AB2、二極管或門Y=A+BRAABCFRBRCTP1D4D5D1D2D3D1 D2 D3 和RA構(gòu)成二極管與門。D4 D5 為電平移位二極管。T、RC、

6、RB 構(gòu)成反相器。當(dāng)ABC輸入中只要有一個為0.3V時：VP1=0.3+0.7=1V,二極管正向?qū)▔航?.7VT 截止，F(xiàn)=VCC當(dāng)ABC輸入全為3.6V時:VP1=2.1VT飽和 F=Vces=0.3V全高為低，一低出高。是與非門。DTL 邏輯門電路電路組成工作原理：穩(wěn)態(tài)0.3V3.6V5V 2.1.4 正負(fù)邏輯 在數(shù)字系統(tǒng)中，邏輯值是用邏輯電平表示的。若用邏輯高電平UOH表示邏輯“真”，用邏輯低電平UOL表示邏輯“假”，則稱為正邏輯；反之，則稱為負(fù)邏輯。本教材采用正邏輯。 當(dāng)規(guī)定“真”記作“1”，“假”記作“0”時，正邏輯可描述為： 若UOH代表“1”，UOL代表“0”，則為正邏輯；反之

7、，則為負(fù)邏輯。 UOH和UOL統(tǒng)稱為邏輯電平，其值因邏輯器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同而異(后述)。 UOH和UOL的差值(叫邏輯擺幅)愈大，則“”和“0”的區(qū)別越明顯，電路可靠性越高。 TTL 晶體管-晶體管邏輯集成電路2.2 TTL邏輯門電路集成門電路雙極型TTL (Transistor-Transistor Logic Integrated Circuit , TTL)ECL NMOSCMOSPMOSMOS型（Metal-Oxide- Semiconductor，MOS）MOS 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管集成電路(Emitter Coupled Logic)2.2.1 TTL與非門的基本原理TTL與非門

8、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCNNPT1是輸入級（與門）T2是放大級T3、T4 、 T5 是輸出級（非門）多射極晶體管的結(jié)構(gòu)及其等效電路 1. 任一輸入為低電平（0.3V）時“0”1V不足以讓T2、T5導(dǎo)通三個PN結(jié)導(dǎo)通需2.1V+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABCT2、T5截止uouo=5-uR2-ube3-ube43.6V 高電平！NNP3k750 100+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC“1”全導(dǎo)通電位被嵌在2.1V全反偏1V截止2. 輸入全為高電平（3.6V）時或輸入全懸空T2、

9、T5飽和導(dǎo)通uo =0.3V輸出低電平輸入懸空，相當(dāng)于輸入“1”NNP輸入、輸出的邏輯關(guān)系式：+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABC2.2.2TTL與非門的外特性及主要參數(shù) 外特性：指的是電路在外部表現(xiàn)出來的各種特性。掌握器件的外特性及其主要參數(shù)是用戶正確使用、維護和設(shè)計電路的重要依據(jù)。 下面介紹手冊中常見的特性曲線及其主要參數(shù)。 TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（一）電壓傳輸特性 TTL與非門輸入電壓UI與輸出電壓UO之間的關(guān)系曲線，即 UO = f（UI）。截止區(qū)：當(dāng)UI0.6V，Ub11.3， UC10.7V,T2、T5截止，輸出高電平UOH = 3.6V。線性

10、區(qū)：當(dāng)0.6VUI1.3V， 0.7VUb21.4V時，T2導(dǎo)通，T5仍截止。 T2處于放大狀態(tài)，T3、T4為射隨器，UO隨著UI的升高而下降。轉(zhuǎn)折區(qū)：當(dāng)UI1.3V時，輸入電壓略微升高，輸出電壓急劇下降，因為T2、T3、T4、T5均處于放大狀態(tài)。飽和區(qū)：UI繼續(xù)升高，T1進入倒置工作狀態(tài)Ub1=2.1V，此時T2、T5飽和，T3、T4截止，輸出低電平UOL = 0.3V ，且UO不隨UI的增大而變化。 ABCDETTL與非門的外特性及主要參數(shù) 根據(jù)電壓傳輸特性，可以求出TTL與非門幾個重要參數(shù)：輸出高電平UOH和輸出低電平UOL 、閾值電壓UTH、開門電平UON和關(guān)門電平UOFF 、噪聲容限

11、等。1.輸出高電平UOH和輸出低電平UOL ： AB段所對應(yīng)的輸出電壓為UOH 。DE段所對應(yīng)的輸出電壓為UOL。一般要求UOH3V，UOL0.4V 。3. 開門電平UON：指的是輸出電平UO =0.3V時，允許輸入高電平的最小值。UON典型值為1.4V，一般產(chǎn)品要求UON1.8V。4. 關(guān)門電平UOFF ：指的是在保證輸出電壓為額定高電平UOH的90%時，允許輸入低電平的最大值。一般產(chǎn)品要求UOFF0.8V。2. 閾值電壓UTH：CD段中點所對應(yīng)的輸入電壓稱為閾值電壓UTH，也稱門檻電壓。UTH=1.31.4V。低電平噪聲容限U NL：高電平噪聲容限U NH： 噪聲容限TTL與非門的外特性及

12、主要參數(shù)噪聲容限表示門電路抗干擾能力的參數(shù)。 （二）輸入特性輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系曲線，即II = f（UI）。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)假定輸入電流II流入T1發(fā)射極時方向為正，反之為負(fù)。當(dāng)UIL = 0V時由輸入端流出的電流。輸入短路電流IIS（輸入低電平電流IIL）依然為1.4mA（二）輸入特性2. 輸入高電平電流IIH 指輸入端接高電平，流入該輸入端的電流，約10A左右。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)3.6V30uA左右TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（三）輸入負(fù)載特性 UI在一定范圍內(nèi)會隨著Ri的增加而升高，形成Ui = f（Ri）變化曲線，稱為輸入負(fù)載特性。 若要使與非門穩(wěn)

13、定在截止?fàn)顟B(tài)，輸出高電平，應(yīng)選擇RiROFF(0.7k) 。 若要保證與非門可靠導(dǎo)通，輸出低電平，應(yīng)選擇RiRON(1.5k)。TTL與非門的外特性及主要參數(shù)（四）輸出特性 輸出電壓UO與負(fù)載電流iL之間的電流曲線稱為輸出特性 輸出為高電平時的輸出特性： uo=VCC-uCE3-ube4-iLR4 uo=VCC-uR2-ube3-ube43.6V 拉電流負(fù)載TTL與非門的外特性及主要參數(shù) 輸出為低電平時的輸出特性 灌電流負(fù)載 扇出系數(shù)NO表示門電路帶負(fù)載能力的大小，NO表示可驅(qū)動同類門的個數(shù)。 NO分為兩種情況，一是灌電流負(fù)載NOL，二是拉電流負(fù)載NOH。NO=min（NOL，NOH）。 IO

14、Lmax為驅(qū)動門的最大允許灌電流，IIL是一個負(fù)載門灌入本級的電流。 IOHmax為驅(qū)動門的最大允許拉電流，IIH是負(fù)載門高電平輸入電流。 （四）扇出系數(shù)NOTTL與非門的外特性及主要參數(shù)（五）平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間tpd：TTL與非門的外特性及主要參數(shù) 平均傳輸延遲時間是表示門電路開關(guān)速度的參數(shù)，它是指門電路在輸入脈沖波形的作用下，輸出波形相對于輸入波形延遲了多少時間。 導(dǎo)通延遲時間tPHL ：輸入波形上升沿的50%幅值處到輸出波形下降沿50% 幅值處所需要的時間。 截止延遲時間tPLH：從輸入波形下降沿50% 幅值處到輸出波形上升沿50% 幅值處所需要的時間。 通常tPLHtPH

15、L，tpd越小，電路的開關(guān)速度越高。一般tpd=10ns40ns。兩個TTL門輸出端并聯(lián)情況 2.2.3 OC門和三態(tài)門RLUCC1. 集電極開路的與非門（OC門）輸入全1時，輸出=0；輸入任0時，輸出懸空+5VFR2R13kT2R3T1T5b1c1ABC&符號應(yīng)用時輸出端要接一上拉負(fù)載電阻 RL 。& OC門可以實現(xiàn)“線與”功能。&UCCF1F2F3F分析：F1、F2、F3任一導(dǎo)通，則F=0。 F1、F2、F3全截止，則F=1 。輸出級RLUCCRLT5T5T5F=F1F2F32. 三態(tài)門E 控制端+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c1ABDE一、結(jié)構(gòu)+5VFR4R2R13kT2R5R3T3T4T1T5b1c