數(shù)字邏輯3-2 TTL集成邏輯門

3.2TTL集成邏輯門3.2.1

TTL反相器基本結(jié)構(gòu)及工作原理3.2.2

TTL反相器主要外部特性3.2.3

其它類型TTL門電路2/5/202313.2TTL集成邏輯門TTL集成邏輯門電路的輸入和輸出結(jié)構(gòu)均采用半導(dǎo)體三極管，所以稱晶體管—晶體管邏輯門電路，簡稱TTL電路。TTL電路的基本環(huán)節(jié)是反相器。簡單了解TTL反相器的電路及工作原理，重點掌握其特性曲線和主要參數(shù)（應(yīng)用所需知識）。2/5/202323.2.1TTL反相器的工作原理1.電路組成TTL反相器的基本電路

2/5/20233(1)輸入級NPN當(dāng)輸入低電平時，

uI=0.3V，發(fā)射結(jié)正向?qū)ǎ?/p>

uB1=1.0V當(dāng)輸入高電平時，

uI=3.6V，發(fā)射結(jié)受后級電路的影響將反向截止。uB1由后級電路決定。NNP2/5/20234(2)中間級反相器VT2實現(xiàn)非邏輯反相輸出同相輸出向后級提供反相與同相輸出。輸入高電壓時飽和輸入低電壓時截止2/5/20235(3)輸出級（推拉式輸出）VT3為射極跟隨器低輸入高輸入飽和截止低輸入高輸入截止導(dǎo)通2/5/202362.工作原理（1）當(dāng)輸入高電平時，

uI=3.6V，VT1處于倒置工作狀態(tài)，集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，uB1=0.7V×3=2.1V，VT2和VT4飽和，輸出為低電平uO=0.3V。2.1V0.3V3.6V2/5/20237（2）當(dāng)輸入低電平時，

uI=0.3V，VT1發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，uB1=0.3V+0.7V=1V，VT2和VT4均截止，VT3和VD導(dǎo)通。輸出高電平uO=VCC-UBE3-UD≈5V-0.7V-0.7V=3.6V1V3.6V0.3V2/5/20238

(3)采用推拉式輸出級利于提高開關(guān)速度和負(fù)載能力

VT3組成射極輸出器，優(yōu)點是既能提高開關(guān)速度，又能提高負(fù)載能力。當(dāng)輸入高電平時，VT4飽和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集電極電流可以全部用來驅(qū)動負(fù)載。當(dāng)輸入低電平時，VT4截止，VT3導(dǎo)通(為射極輸出器)，其輸出電阻很小，帶負(fù)載能力很強。可見，無論輸入如何，VT3和VT4總是一管導(dǎo)通而另一管截止。

這種推拉式工作方式，帶負(fù)載能力很強。

2/5/202393.2.2TTL反相器的主要外部特性

電壓傳輸特性：輸出電壓uO與輸入電壓uI的關(guān)系曲線。TTL反相器電路的電壓傳輸特性截止區(qū)線性區(qū)轉(zhuǎn)折區(qū)飽和區(qū)1.曲線分析VT4截止，稱關(guān)門VT4飽和，稱開門2/5/2023102.結(jié)合電壓傳輸特性介紹幾個參數(shù)

(1)輸出高電平UOH典型值為3V。(2)輸出低電平UOL典型值為0.3V。2/5/202311(3)開門電平UON一般要求UON≤1.8V(4)關(guān)門電平UOFF一般要求UOFF≥0.8V在保證輸出為額定低電平的條件下，允許的最小輸入高電平的數(shù)值，稱為開門電平UON。在保證輸出為額定高電平的條件下，允許的最大輸入低電平的數(shù)值，稱為關(guān)門電平UOFF。UOFFUON2/5/202312(5)閾值電壓UTH電壓傳輸特性曲線轉(zhuǎn)折區(qū)中點所對應(yīng)的uI值稱為閾值電壓UTH（又稱門檻電平）。通常UTH≈1.4V。(6)噪聲容限（UNL和UNH）噪聲容限也稱抗干擾能力，它反映門電路在多大的干擾電壓下仍能正常工作。UNL和UNH越大，電路的抗干擾能力越強。2/5/202313UOFFUNLUILUONUNHUIH2/5/202314①低電平噪聲容限（低電平正向干擾范圍）

UNL=UOFF-UIL

UIL為電路輸入低電平的典型值（0.3V）若UOFF=0.8V，則有UNL=0.8-0.3=0.5(V)

②高電平噪聲容限（高電平負(fù)向干擾范圍）

UNH=UIH-UONUIH為電路輸入高電平的典型值（3V）若UON=1.8V，則有UNH=3-1.8=1.2(V)2/5/202315

3.其它參數(shù)

（1）平均傳輸延遲時間tpd

平均傳輸延遲時間tpd表征了門電路的開關(guān)速度。tpd=（tpLH+tpHL）/2

TTL反相器的平均延遲時間

2/5/202316（2）TTL門電路主要參數(shù)的典型數(shù)據(jù)74系列TTL門電路主要參數(shù)的典型數(shù)據(jù)參數(shù)名稱典型數(shù)據(jù)導(dǎo)通電源電流ICCL

≤10mA截止電源電流ICCH

≤5mA輸出高電平UOH

≥3V輸出低電平UOL

≤0.35V輸入短路電流IIS

≤2.2mA輸入漏電流IIH

≤70μA開門電平UON

≤1.8V關(guān)門電平UOFF

≥0.8V平均傳輸時間tpd

≤30ns2/5/2023173.2.3其它類型TTL門電路1.TTL與非門（1）TTL與非門的電路結(jié)構(gòu)及工作原理

每一個發(fā)射極能各自獨立形成正向偏置的發(fā)射結(jié)，并可使三極管進入放大或飽和區(qū)。

多e極三極管

有0.3V鉗位于1.0V全為3.6V集電結(jié)導(dǎo)通2/5/2023183.2.3其它類型TTL門電路(1)TTL與非門1）電路結(jié)構(gòu)及工作原理1.其他邏輯功能的門電路2/5/202319為了提高工作速度，降低功耗，提高抗干擾能力，各生產(chǎn)廠家對門電路作了多次改進。74系列與54系列的電路具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)。其不同之處見下表所示。系列參數(shù)74系列54系列工作環(huán)境溫度0~70OC-55~125OC電源電壓工作范圍5V±5%5V±10%2)TTL門電路的改進系列2/5/202320不同系列TTL門電路的比較系列參數(shù)54/74標(biāo)準(zhǔn)54H/74H高速54S/74S肖特基tpd/ns1064P/門/mw1022.520系列參數(shù)54LS/74LS低功耗肖特基54ALS/74ALS低功耗肖特基高速tpd/ns104P/門/mw21其中LS系列的綜合性能(功耗延遲積)較優(yōu)，價格較ALS系列優(yōu)越，因此得到了較廣的應(yīng)用。

2/5/202321

對于不同系列的TTL器件，只要器件型號的后幾位數(shù)碼一樣，則它們的邏輯功能、外形尺寸、引腳排列就完全相同。

例如，7420、74H20、74S20、74LS20都是四輸入雙與非門，都采用14條引腳雙列直插式封裝，而且各引腳的位置也是相同的。2/5/202322(2)或非門(3)與或非門2/5/202323(4)異或門2/5/2023242.集電極開路門（OC門）為何要采用集電極開路門呢？

推拉式輸出電路結(jié)構(gòu)存在局限性。首先，輸出端不能并聯(lián)使用。若兩個門的輸出一高一低，當(dāng)兩個門的輸出端并聯(lián)以后，必然有很大的電流同時流過這兩個門的輸出級，而且電流的數(shù)值遠遠超過正常的工作電流，可能使門電路損壞。而且，輸出端也呈現(xiàn)不高不低的電平，不能實現(xiàn)應(yīng)有的邏輯功能。

2/5/202325推拉式輸出級并聯(lián)的情況01很大的電流不高不低的電平：1/0?2/5/202326其次，在采用推拉式輸出級的門電路中，電源一經(jīng)確定（通常規(guī)定為5V），輸出的高電平也就固定了（不可能高于電源電壓5V），因而無法滿足對不同輸出高電平的需要。集電極開路門（簡稱OC門）就是為克服以上局限性而設(shè)計的一種TTL門電路。

2/5/2023271)電路結(jié)構(gòu)：輸出級是集電極開路的。(1)集電極開路門的電路結(jié)構(gòu)2)邏輯符號：用“

”表示集電極開路。集電極開路的TTL與非門（a）電路（b）邏輯符號集電極開路2/5/2023283)工作原理：當(dāng)VT3飽和，輸出低電平UOL＝0.3V；當(dāng)VT3截止，由外接電源E通過外接上拉電阻提供高電平UOH＝E。

因此，OC門電路必須外接電源和負(fù)載電阻，才能提供高電平輸出信號。2/5/2023291)OC門的輸出端并聯(lián)，實現(xiàn)線與功能。RL為外接負(fù)載電阻。圖3-20OC門的輸出端并聯(lián)實現(xiàn)線與功能

Y1Y2Y000010100111Y1=ABY2=CD(2)OC門的應(yīng)用舉例2/5/202330用OC門實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的電路

2）用OC門實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換2/5/2023313.三態(tài)輸出門電路（TS門）三態(tài)門電路的輸出有三種可能出現(xiàn)的狀態(tài)：高電平、低電平、高阻。何為高阻狀態(tài)？

懸空、懸浮狀態(tài)，又稱為禁止?fàn)顟B(tài)。測電阻為∞，故稱為高阻狀態(tài)。測電壓為0V，但不是接地。因為懸空，所以測其電流為0A。2/5/202332(1)電路結(jié)構(gòu)：增加了控制輸入端（Enable）。(1)三態(tài)門的電路結(jié)構(gòu)(2)工作原理：01截止Y＝ABEN=0時，電路為正常的與非工作狀態(tài)，所以稱控制端低電平有效。2/5/20233310導(dǎo)通1.0V1.0V截止截止懸空當(dāng)EN=1時，門