三极管门电路课件2.pptx
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- 三极管 门电路 课件
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1、第二章第二章 逻辑门电路逻辑门电路2.1 2.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路2.2 2.2 TTL逻辑门电路逻辑门电路2.3 2.3 MOS逻辑门电路逻辑门电路2.4 2.4 集成集成逻辑门电路的应用逻辑门电路的应用2.5 2.5 正负逻辑及逻辑符号的变换正负逻辑及逻辑符号的变换第1页,共52页。一、二极管与门和或门电路一、二极管与门和或门电路1与门电路与门电路 2.1 2.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路输输 入入输出输出VA(V)VB(V)VL(V)0V0V5V5V0V5V0V5V0V0V0V5V0101BLA0011输输 入入0001输出输出 与逻辑真值表与逻辑真值表第2页,共52页。
2、2或门电路或门电路输输 入入输出输出VA(V)VB(V)VL(V)0V0V5V5V0V5V0V5V0V5V5V5V0101BLA0011输输 入入0111输出输出 或逻辑真值表或逻辑真值表第3页,共52页。二、三极管非门电路二、三极管非门电路输输 入入输输 出出VA(V)VL(V)0V5V5V0VLA01输输 入入10输输 出出非逻辑真值表非逻辑真值表第4页,共52页。二极管与门和或门电路的缺点:二极管与门和或门电路的缺点:(1 1)在多个门串接使用时,会出现低电平偏离标准数值)在多个门串接使用时,会出现低电平偏离标准数值的情况。的情况。(2 2)负载能力差。)负载能力差。第5页,共52页。解
3、决办法:解决办法:将二极管与门(或门)电路和三极管非门电路组合起来。将二极管与门(或门)电路和三极管非门电路组合起来。DD5R14.7k4第6页,共52页。CBAL三、三、DTL与非门电路与非门电路工作原理:工作原理:(1)当)当A、B、C全接为高电平全接为高电平5V时,二极管时,二极管D1D3都截止,而都截止,而D4、D5和和T导通,导通,且且T为为饱和饱和导通导通,VL=0.3V=0.3V,即输出低电平。,即输出低电平。(2)A、B、C中只要有一个为低电平中只要有一个为低电平0.3V时,则时,则VP1V,从而使,从而使D4、D5和和T都截止,都截止,VL=VCC=5V,即输出高电平。,即输
4、出高电平。所以该电路满足与非逻辑关系,即:所以该电路满足与非逻辑关系,即:第7页,共52页。2.2 2.2 TTL逻辑门电路逻辑门电路一、TTL与非门的基本结构及工作原理与非门的基本结构及工作原理1TTL与非门的基本结构与非门的基本结构第8页,共52页。TTL与非门的基本结构与非门的基本结构+VV12312312313DTRC输入级输出级中间级T4Tc22R3b1BRc4Aoe211k1.6kVc2TCCVR(+5V)e24k130第9页,共52页。2 2TTL与非门的逻辑关系与非门的逻辑关系(1 1)输入全为高电平)输入全为高电平3.63.6V时。时。T2 2、T3 3饱和导通,饱和导通,实
5、现了与非门的逻实现了与非门的逻辑功能之一:辑功能之一:输入全为高电平时,输入全为高电平时,输出为低电平输出为低电平。由于由于T2 2饱和导通,饱和导通,VC2C2=1=1V。T4 4和二极管和二极管D都截止。都截止。由于由于T3 3饱和导通,输出电压为:饱和导通,输出电压为:VO O=VCES3CES30.30.3V第10页,共52页。该发射结导通,该发射结导通,VB1 1=1=1V。T2 2、T3 3都截止。都截止。(2 2)输入有低电平)输入有低电平0.30.3V 时。时。实现了与非门的逻辑实现了与非门的逻辑功能的另一方面:功能的另一方面:输入有低电平时,输入有低电平时,输出为高电平输出为
6、高电平。忽略流过忽略流过RC2 2的电流,的电流,VB4B4VCCCC=5=5V 。由于由于T4 4和和D导通,所以:导通,所以:VO OVC CC C-VBE4BE4-VD D =5-0.7-0.7=3.6=5-0.7-0.7=3.6(V)CBAL综合上述两种情况,综合上述两种情况,该电路满足与非的该电路满足与非的逻辑功能,即:逻辑功能,即:第11页,共52页。二、二、TTL与非门的开关速度与非门的开关速度1TTL与非门提高工作速度的原理与非门提高工作速度的原理(1)采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。)采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。第12页,共52页。(2 2)采用了
7、推拉式输出级,输出阻抗比较小,可迅速给负载电容)采用了推拉式输出级,输出阻抗比较小,可迅速给负载电容充放电。充放电。第13页,共52页。2 2TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间tpd导通延迟时间导通延迟时间tPHL从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中点所从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中点所经历的时间。经历的时间。一般一般TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒十几个纳秒。的值为几纳秒十几个纳秒。截止延迟时间截止延迟时间tPLH从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中点从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的时间。所经历的时间。2PHLP
8、LHpdttt与非门的传输延迟时间与非门的传输延迟时间tpd:第14页,共52页。三、三、TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力与非门的电压传输特性及抗干扰能力1电压传输特性曲线:电压传输特性曲线:Vo=f(Vi)ABCDE第15页,共52页。(1 1)输出高电平电压输出高电平电压V VOHOH在正逻辑体制中代表逻辑在正逻辑体制中代表逻辑“1 1”的输出的输出电压。电压。VOH的理论值为的理论值为3.63.6V,产品规定输出高电压的最小值,产品规定输出高电压的最小值VOH(min)=2.4=2.4V。(2 2)输出低电平电压输出低电平电压V VOLOL在正逻辑体制中代表逻辑在正逻辑体制中代表逻
9、辑“0 0”的输出电压。的输出电压。VOL的理论值为的理论值为0.30.3V,产品规定输出低电压的最大值,产品规定输出低电压的最大值VOL(max)=0.4=0.4V。(3 3)关门电平电压)关门电平电压V VOFFOFF是指输出电压下降到是指输出电压下降到VOH(min)时对应的输时对应的输入电压。入电压。即即输入低电压的最大值。在产品手册中常称为输入低电压的最大值。在产品手册中常称为输入低电平输入低电平电压电压,用,用VIL(max)表示。产品规定表示。产品规定VIL(max)=0.8=0.8V。2几个重要参数几个重要参数第16页,共52页。(4 4)开门电平电压开门电平电压V VONON
10、是指输出电压下降到是指输出电压下降到VOL(max)时对应时对应的输入电压。的输入电压。即即输入高电压的最小值。在产品手册中常称输入高电压的最小值。在产品手册中常称为为输入高电平电压输入高电平电压,用,用VIH(min)表示。产品规定表示。产品规定VIH(min)=2=2V。(5 5)阈值电压阈值电压V Vthth电压传输特性的过渡区所对应的输入电压,电压传输特性的过渡区所对应的输入电压,即决定电路截止和导通的分界线,也是决定输出高、低电即决定电路截止和导通的分界线,也是决定输出高、低电压的分界线。压的分界线。近似地:近似地:VthVOFFVON 即即ViVth,与非门关门,输出高电平;,与非
11、门关门,输出高电平;ViVth,与非门开门,输出低电平。,与非门开门,输出低电平。Vth又常被形象化地称为又常被形象化地称为门槛电压门槛电压。Vth的值为的值为1.31.3V1.1.V。OH(min)3.01.5B(0.6V,3.6V)DD(1.4V,0.3V)o0.4V0.5C(1.3V,2.48V)A(0V,3.6V)iVV4.00.5E(3.6V,0.3V)VVV3.52.51.5VOFFOL(max)2.4VA3.52.0(V)ONE4.02.0(V)2.51.0B1.0C3.0OH(min)3.01.5B(0.6V,3.6V)DD(1.4V,0.3V)o0.4V0.5C(1.3V,2
12、.48V)A(0V,3.6V)iVV4.00.5E(3.6V,0.3V)VVV3.52.51.5VOFFOL(max)2.4VA3.52.0(V)ONE4.02.0(V)2.51.0B1.0C3.0第17页,共52页。低电平噪声容限低电平噪声容限 VNLVOFF-VOL(max)0.80.8V-0.4-0.4V0.40.4V高电平噪声容限高电平噪声容限 VNHVOH(min)-VON2.42.4V-2.0-2.0V0.40.4VTTL门电路的输出高低电平不是一个值,而是一个范围。门电路的输出高低电平不是一个值,而是一个范围。3 3抗干扰能力抗干扰能力同样,它的输入高低电平也有一个范围,即它的输
13、入信号允许一定的容差,称为同样,它的输入高低电平也有一个范围,即它的输入信号允许一定的容差,称为噪声噪声容限容限。第18页,共52页。(mA)14151b1BCCIL RVVI四、四、TTL与非门的带负载能力与非门的带负载能力1 1输入低电平电流输入低电平电流IIL与输入高电平电流与输入高电平电流IIH(1 1)输入低电平电流输入低电平电流I IILIL是指当门电路的输入端接低电平时,从门电是指当门电路的输入端接低电平时,从门电路输入端流出的电流。路输入端流出的电流。可以算出:可以算出:产品规定产品规定IIL1.61.6mA。第19页,共52页。(2 2)输入高电平电流输入高电平电流I IIH
14、IH是指当门电路的输入端接高电平时,流是指当门电路的输入端接高电平时,流入输入端的电流。入输入端的电流。有两种情况有两种情况:寄生三极管效应:寄生三极管效应:IIH=P PIB1B1,P P为寄生三极管的电流放大系数。为寄生三极管的电流放大系数。由于由于p和和i的值都远小于的值都远小于1 1,所以所以IIH的数值比较小,产品规定:的数值比较小,产品规定:IIH4040uA。倒置的放大状态:倒置的放大状态:IIH=iIB1B1,i为倒置放大的电流放大系数。为倒置放大的电流放大系数。3.6V+V13b1IB1IHTR1iCC4KA2.1V1.4V第20页,共52页。(1 1)灌电流负载)灌电流负载
15、当驱动门输出低电当驱动门输出低电平时,电流从负载门灌入驱动门。平时,电流从负载门灌入驱动门。ILOLOLIIN2 2带负载能力带负载能力 当负载门的个数增加,当负载门的个数增加,灌电流增大,会使灌电流增大,会使T3 3脱离脱离饱和,输出低电平升高。饱和,输出低电平升高。因此,把允许灌入输出端因此,把允许灌入输出端的电流定义为的电流定义为输出低电平电输出低电平电流流I IOLOL,产品规定产品规定IOL=16=16mA。由此可得出由此可得出:N NOLOL称为输出低电平时的扇出系数。称为输出低电平时的扇出系数。第21页,共52页。IHOHOHIIN (2 2)拉电流负载)拉电流负载当驱动门输出高
16、当驱动门输出高电平时,电流从驱动门拉出电平时,电流从驱动门拉出,流至负流至负载门的输入端。载门的输入端。NOH称为称为输出高电平时的扇出系数输出高电平时的扇出系数。产品规定产品规定:IOH=0.4=0.4mA。由此可得出:由此可得出:拉电流增大时,拉电流增大时,RC4C4上的上的压降增大,会使输出高电压降增大,会使输出高电平降低。因此,把允许拉平降低。因此,把允许拉出输出端的电流定义为出输出端的电流定义为输出输出高电平电流高电平电流I IOHOH。一般一般NOLNOH,常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数,常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数,用用NO表示。表示。第22页,共52页。五、五
17、、TTL与非门举例与非门举例7400740074007400是一种典型的是一种典型的TTL与非门器件,内部含有与非门器件,内部含有4 4个个2 2输入端输入端与非门,共有与非门,共有1414个引脚。引脚排列图如图所示。个引脚。引脚排列图如图所示。第23页,共52页。六、六、TTL门电路的其他类型门电路的其他类型1 1非门非门第24页,共52页。2或非门或非门第25页,共52页。3与或非门与或非门第26页,共52页。在工程实践中,有时需要将几个门的输出端并联使用,以实现与逻辑,称为在工程实践中,有时需要将几个门的输出端并联使用,以实现与逻辑,称为线线与与。普通的普通的TTL门电路不能进行线与门电
18、路不能进行线与。为此,为此,专门生产了一种可以进行线与的门电路专门生产了一种可以进行线与的门电路集电极开路门。集电极开路门。4集电极开路门(集电极开路门(OC门)门)+V+V123123123DD1233导通饱和(+5V)3CCTCCTT4R截止T截止Gc4导通L42截止1G第27页,共52页。(1 1)实现线与。)实现线与。逻辑关系为逻辑关系为:OC门主要有以下几方面的应用:门主要有以下几方面的应用:(2 2)实现电平转换。)实现电平转换。如图示,可使输出高电平变为如图示,可使输出高电平变为1010V。(3 3)用做驱动器。)用做驱动器。如图是用来驱动发光二极管的电路。如图是用来驱动发光二极
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