TTL逻辑门电路课件.ppt

1、2.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路 一、基本一、基本BJT反相器的动态特性反相器的动态特性 二、二、TTL 反相器反相器 三、三、TTL 反相器的电气特性反相器的电气特性 四、四、TTL 与非门电路与非门电路 五、五、TTL 与非门的主要技术参数与非门的主要技术参数 六、六、TTL 其它常用门电路其它常用门电路 七、抗饱和七、抗饱和TTL 电路电路11/19/202212.4 TTL逻辑门电路逻辑门电路（晶体管（晶体管晶体管门电路，双极型门电路）晶体管门电路，双极型门电路）Transistor-Transistor Logic一、基本一、基本BJT反相器的动态特性：反相器的动态特性：如图：基本

2、如图：基本BJT反相器反相器若带电容负载若带电容负载CL：u当当 V0 由由01跳变时：跳变时：VCC RCCL 充电，充电，时间常数大，时间常数大，V0上升慢上升慢 影响开关速度。（影响开关速度。（RC较大）较大）u当当V0 由由10跳变时：跳变时：CL BJT放电放电 此电路简单，速度慢。此电路简单，速度慢。11/19/20222二、二、TTL反相器：反相器：1、电路组成及符号：、电路组成及符号：11/19/202232、工作原理：各、工作原理：各=20（1）输入为高电平）输入为高电平“1”，Vi=3.6V设设T1的的Je正偏导通，正偏导通，则则VB1=4.3V；而而T1的的Jc、T2的的

3、Je、T3的的Je正偏，正偏，共需共需0.7+0.7+0.7=2.1V的的VB1；T1的的Je正偏导通不成立。正偏导通不成立。T1的的Jc、T2的的Je、T3的的Je正偏使正偏使VB1钳位钳位VB1=2.1V对对T1工作在倒置状态，工作在倒置状态，=0.01对对T2,T3：设饱和：设饱和 则则VC2=0.7+0.2=0.9V222222324443350.92.561.652.110.010.73242.560.12820:0.900CSBBSBBSCBEBImAImAImAIITTVVVTIITCS3饱和对截止，I饱和假设成立uV0=VCES3=0.2V，输入为，输入为“1”；输出为；输出为

4、“0”。VB1=2.1VT1倒置T4止VB2=1.4VT2T3饱和VC2=0.9V11/19/20224（2）输入为低电平）输入为低电平“0”，Vi=0.2V 1111111212324004240.20.70.9:0,00.20.20.4,550.70.73.6BBCSCBICSCCCBEDCBTJeVVTIITVVVVVTTVRTDVVVVVRIV的正偏通，钳位对饱和截止输出很小u输入为低输入为低“0”，输出为高，输出为高“1”。VB1=0.9VT1饱和，VC1=0.4VT2T3止T4 通11/19/20225TTL集成反相器集成反相器740474LS04 外部引线和内部逻辑图外部引线和内

5、部逻辑图管脚管脚外形外形11/19/20226三、三、TTL反相器的电气特性：反相器的电气特性：1、电压传输特性：、电压传输特性：1234012230B0.4,3.6,10.40.40.20.61.3ICBIAVVTT TTVVVVVVVTTVVIB2段：饱和，止，通。逻辑“”BC段：1.1VVV导通，止。随线性放大区 过渡区11/19/20227相关参数：相关参数：（1）输入，输出高低电压）输入，输出高低电压VIH、VIL、VOH、VOL（2）关门电平）关门电平VOFF：TTL反相器关闭，输出为高，允许的最大低电平输入电压。反相器关闭，输出为高，允许的最大低电平输入电压。当当VIVON时，相

6、当输入逻辑时，相当输入逻辑“1”。340123431.41.400.2ICESCDVTTVDEVVTTTTVVI0段：1.1VV由截止饱和，由通止迅速下降 转折区段：倒置，饱和，止。输出为低“”，V11/19/202282、输入负载特性：、输入负载特性：Ri上的电压与上的电压与Ri的关系曲线。的关系曲线。1123,1.42.1,0IIEIIIIBIIRTJeR IRVRVVVVT TRVI0小时，的正偏通，V非线性随当时，被钳位，饱和通，门开启，V“”这时不变 1.4V输出为0，相当输入为1。ROFF关门电阻：关门电阻：反相器关闭，输出为反相器关闭，输出为1，输入端所接电阻的最大值。输入端所接

7、电阻的最大值。当当RIRON时，相当输入为时，相当输入为1。TTL门输入悬空相当接门输入悬空相当接“1”。11/19/202293、带负载特性、带负载特性：（输出特性）（输出特性）灌电流负载：灌电流负载：负载电流从外电路流入反相器。负载电流从外电路流入反相器。拉电流负载：拉电流负载：负载电流从反相器流向外电路。负载电流从反相器流向外电路。灌电流负载驱动同类门的个数：灌电流负载驱动同类门的个数：00,OLOLILOLLILINIIIIIL为驱动门输出为 时，允许灌入的电流。I 为负载门的低电平输入电流。可从手册中查。（1）灌电流工作情况：）灌电流工作情况：设反相器带同类门负载，如图：设反相器带同

8、类门负载，如图：11/19/202210（2）拉电流工作情况：）拉电流工作情况：驱动门输出为驱动门输出为1，如图：，如图：拉电流负载驱动同类门的数目：拉电流负载驱动同类门的数目：1,OHOHIHOHIHOHIHINIIIII驱动门输出为时，允许的最大拉电流。负载门高电平输入电流。手册中可查。11/19/202211四、四、TTL与非门电路：与非门电路：从从TTL反相器，可改进成反相器，可改进成TTL与非门，与非门，二者特性类同。二者特性类同。如图：如图：T1采用多发射极三极管采用多发射极三极管（二、三、四（二、三、四）当当A、B、C输入有输入有“0”时，时，T2、T3止，止，T4通，通，输出为

9、输出为“1”只有只有A、B、C输入全输入全“1”时，时，VB1=2.1V，T2、T3饱和，饱和，T4止，输出为止，输出为“0”。与非逻辑关系与非逻辑关系TTL反相器的电气特性，反相器的电气特性，适用于适用于TTL与非门与非门各参数以手册中给出的各参数以手册中给出的为准。为准。11/19/202212TTL与非门电路与非门电路74LS00 外部引线和内部逻辑图外部引线和内部逻辑图管脚管脚外形外形11/19/202213五、五、TTL与非门主要参数：与非门主要参数：1、输入、输出高低电平：、输入、输出高低电平：（附录（附录C）2、噪声容限：、噪声容限：表门电路的抗干扰能力表门电路的抗干扰能力 把反

10、相器传输特性中输入、输出高低把反相器传输特性中输入、输出高低 电压制成下图：电压制成下图：VNH=VOH-VIH高电平噪声容限高电平噪声容限VNL=VIL-VOL低电平噪声容限低电平噪声容限 噪声容限大，电路的抗干扰力强。噪声容限大，电路的抗干扰力强。3、扇入、扇出数：、扇入、扇出数：（1）扇入数：取决于门电路的输入端个数。）扇入数：取决于门电路的输入端个数。一个三输入端的与非门，扇入数一个三输入端的与非门，扇入数Ni=3（2）扇出数：）扇出数：No=NOH,NOLmin NOH门输出为门输出为1时，拉电流负载驱动同类门的数目；时，拉电流负载驱动同类门的数目；NOL门输出为门输出为0时，灌电流

11、负载驱动同类门的数目。时，灌电流负载驱动同类门的数目。一般一般TTL门：门：No10个个11/19/2022144、平均传输延迟时间、平均传输延迟时间tpd：如图：如图：tPLH表门电路输出由表门电路输出由“0”“1”经过的时间。经过的时间。tPHL表门电路输出由表门电路输出由“1”“0”经过的时间。经过的时间。定义：定义：12pdpLHpHLttt5、功耗、功耗PD：TTL门电路功耗较大。门电路功耗较大。6、延迟功耗积、延迟功耗积DP：理想门电路要求高速度，低功耗。理想门电路要求高速度，低功耗。DP为一种综合性的指标：为一种综合性的指标：DP=tpdPD(焦耳焦耳)DP愈小，表是门电路的性能

12、愈好。愈小，表是门电路的性能愈好。11/19/202215六、六、TTL其它常用门电路：其它常用门电路：1、TTL或非门、与或非门、异或门等：或非门、与或非门、异或门等：性能特点与性能特点与TTL与非门类似。与非门类似。2、集电极开路与非门：（、集电极开路与非门：（OC门）门）Open Collector（1）线与的概念：）线与的概念：将多个与非门的输出端直接相连，实现各输将多个与非门的输出端直接相连，实现各输出端相与的逻辑功能。出端相与的逻辑功能。线与线与 一般一般TTL与非门不能线与。与非门不能线与。如图：如图：11/19/202216（2）OC门可以线与：门可以线与：电路组成与符号：电路

13、组成与符号：应用时，应用时，T3集电极外接一上拉电阻集电极外接一上拉电阻RP和电源。和电源。多个多个OC门线与（输出并接），可共用一个门线与（输出并接），可共用一个 上拉电阻和电源。上拉电阻和电源。ABL 11/19/202217OC门可直接驱动较大电流的负载，如指示灯、发光二极管、蜂鸣器等。门可直接驱动较大电流的负载，如指示灯、发光二极管、蜂鸣器等。例如：例如：11/19/202218u上拉电阻上拉电阻RP的计算：的计算：当所有当所有OC门均截止，输出为门均截止，输出为“1”：为保证负载门输入为为保证负载门输入为1则：则：min()CCPIHtotalOHtotalIHVRIIVminmax

14、min0CCIHPIHtotalOHtotalIHtotalIHVVRIIOCIV因门截止，很小，近似为全部拉电流负载电流输入高电平最小值11/19/202219当当OC门线与输出为门线与输出为“0”时：时：一个一个OC门通，导通门灌入的电流最大。门通，导通门灌入的电流最大。为保证输出为为保证输出为0，则：（看上图红线），则：（看上图红线）maxmaxmaxminmaxmaxmaxCCPOLILtotalOLCCOLPOLILtotalOLILtotalOLVRIIVVVRIIIIVOC门最大灌电流能力全部灌电流负载电流输出低电平最大值RP的取值在的取值在RPminRPRPmax间，间，考虑开

15、关速度，取考虑开关速度，取RP 接近接近RPmin值。值。11/19/2022203、三态与非门（、三态与非门（TSL门）：门）：Tristate Logic一般门：输出有一般门：输出有0和和1两个状态；两个状态；三态门：输出除三态门：输出除0、1两个状态外，两个状态外，还有第三态：高阻态（禁止态）。还有第三态：高阻态（禁止态）。（1）简单电路构成及符号：）简单电路构成及符号：A、B信号输入端信号输入端CS片选输入信号（使能端、允许端）片选输入信号（使能端、允许端）五版：五版：EN11/19/202221（2）工作情况：）工作情况：CS=1时：时：D止，电路同一般止，电路同一般TTL与非门与非

16、门CS=0时：时：D通通 T2、T3、T4均截止，均截止，输出端开路（悬空）输出端开路（悬空）既不是既不是“1”，亦不是，亦不是“0”高阻态（禁止态）（第三态）。高阻态（禁止态）（第三态）。ABL VVVVVVVBILBC9.07.02.0)2.0(,9.07.02.014211/19/202222（3）真值表：）真值表：CS=1有效：（使能端高电平有效）有效：（使能端高电平有效）CS=1 TSL在工作状态在工作状态 CSA BL10011011110111100高高阻阻CS=0有效有效：（使能端低电平有效）（使能端低电平有效）符号及真值表：符号及真值表：五版：五版：EN有效电平的概念：有效电

17、平的概念：所谓低电平有效：是指当信号为所谓低电平有效：是指当信号为低电平时电路完成规定的操作；低电平时电路完成规定的操作；而高电平有效是指：当信号为高而高电平有效是指：当信号为高电平时电路完成规定的操作。电平时电路完成规定的操作。使能控制信号、集成芯片的输入使能控制信号、集成芯片的输入或输出信号都有可能是高电平有或输出信号都有可能是高电平有效或是低电平有效。效或是低电平有效。图中图中EN上面的横线表示该信号低上面的横线表示该信号低电平有效。电平有效。11/19/202223（4）应用：）应用：TSL门用在计算机系统信号的传输门用在计算机系统信号的传输11/19/202224七、抗饱和七、抗饱和

18、TTL电路：电路：带有带有SBD的的BJT电路及符号：电路及符号：SBD由金属由金属AlSi接触形成，与一般接触形成，与一般D比有以下特点：比有以下特点：有单向导电性有单向导电性阈值电压较低阈值电压较低0.40.5V导电由多数载流子完成，几乎无电荷存储导电由多数载流子完成，几乎无电荷存储SBDTTL电路（简称电路（简称STTL）提高开关速度的原因：）提高开关速度的原因：一般一般TTLtpd：几十纳秒：几十纳秒 一般一般STTLtpd：可降至几个纳秒：可降至几个纳秒11/19/202225STTL的电压传输特性较为理想：的电压传输特性较为理想：TTL集成逻辑门电路系列集成逻辑门电路系列1 174

19、74系列系列为为TTL集成电路的早期产品，属中速集成电路的早期产品，属中速TTL器件。器件。2 27474L系列系列为低功耗为低功耗TTL系列，又称系列，又称LTTL系列。系列。3 37474H系列系列为高速为高速TTL系列。系列。4 47474S系列系列为肖特基为肖特基TTL系列，进一步提高了速度。系列，进一步提高了速度。574LS系列系列为低功耗肖特基系列。为低功耗肖特基系列。674AS系列系列为先进肖特基系列，它是为先进肖特基系列，它是74S系列的后继产品。系列的后继产品。774ALS系列系列为先进低功耗肖特基系列，是为先进低功耗肖特基系列，是74LS系列的后继产品。系列的后继产品。11

20、/19/202226例例1：TTL电路，写输出表达式电路，写输出表达式12344401,0;,1.LLABLACBCLBLC BLBCB11/19/202227例题例题2：求：求LSTTL门驱动基本门驱动基本TTL门的扇出数门的扇出数0:0.04,1.6:0.4,8851.60.4100.045IHILOHOLOLOLILOHOHIHTTL ImA ImALSTTL ImA ImAINIININ灌电流扇出数：拉电流扇出数：从附录从附录C知知 11/19/202228本节重点：本节重点：u TTL逻辑门的电气特性（外特性）逻辑门的电气特性（外特性）u TTL门的主要技术参数门的主要技术参数u 各种各种TTL门、门、OC、TSL门的功能、符号、应用门的功能、符号、应用u TTL门电路的内部构成，工作原理了解。门电路的内部构成，工作原理了解。11/19/20222911/19/202230作业作业n 2、4、2（概念）【五版五版:3.2.2】n 2、4、4（驱动带负载）【五版五版:3.2.3】n 2、4、5（OC门应用电路）【五版五版:3.1.7】n 2、4、7（TSL应用）【五版五版:3.1.9】11/19/202231