数字电子技术基础02A第二章门电路资料.ppt

第二章第二章 门电路门电路2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 半导体二极管、三极管的开关特性半导体二极管、三极管的开关特性2.3 2.3 分立元器件门电路分立元器件门电路2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。逻辑门电路逻辑门电路 逻辑门电路的分类逻辑门电路的分类二极管门电路二极管门电路三极管门电路三极管门电路双极型双极型PMOS门门CMOS门门逻辑门逻辑门 电路电路分立分立NMOS门门TTL-三极管三极管-三极管三极管HTL 高阈值高阈值ECL 射极耦合射极耦合I2L 集成注入集成注入集成集成单极单极型型高抗高抗干扰能力干扰能力工作速度极高工作速度极高集成度高集成度高功耗小功耗小NMOS门门2.1 2.1 概述概述 高、低电平产生的原理高、低电平产生的原理当当S闭合，闭合，vO=0V当当S断开，断开，vO=+5V一、二极管导通条件及导通时的特点一、二极管导通条件及导通时的特点二极管二极管D D的符号的符号设二极管的外加正向电压为设二极管的外加正向电压为V VF F，正向导通时的管压降为，正向导通时的管压降为V VD D导通条件：导通条件：VF0.7V(Si)/0.2V(Ge)导通时特点：导通时特点：VD0.7V(Si)/0.2V(Ge)相当于开关闭合后有个相当于开关闭合后有个0.7/0.2V的恒压降的恒压降2.2 2.2 半导体二极管、三极管的开关特性半导体二极管、三极管的开关特性2.2.1 2.2.1 二极管的开关特性二极管的开关特性二、二极管截止条件及截止时的特点二、二极管截止条件及截止时的特点截止条件：截止条件：截止时特点：截止时特点：电流电流ID接近于接近于0，相当于开关断开，相当于开关断开加正向电压时加正向电压时VF0.5V(Si)/0.1V(Ge)或加反向电压或加反向电压理想的开关应具有两个工作状态：理想的开关应具有两个工作状态：-要求阻抗越小越好，相当于短路（导通）要求阻抗越小越好，相当于短路（导通）-要求阻抗越大越好，相当于开路（截止）要求阻抗越大越好，相当于开路（截止）在数字电路中，二极管和三极管工作在开关状态，即，不在数字电路中，二极管和三极管工作在开关状态，即，不是是饱和导通，就是反向截止，好象一个开关一样。饱和导通，就是反向截止，好象一个开关一样。当脉冲信号的频率很高时，开关状态的变化速度很快，每当脉冲信号的频率很高时，开关状态的变化速度很快，每秒可达秒可达百万次百万次，这就要求器件的开关转换速度要在微秒甚至纳，这就要求器件的开关转换速度要在微秒甚至纳秒内完成。秒内完成。因此有必要研究一下二极管导通截止之间的转换过程。因此有必要研究一下二极管导通截止之间的转换过程。接通状态接通状态断开状态断开状态1.1.关断特性关断特性：二极管从正向导通到反向截止有一个反向恢复过程：二极管从正向导通到反向截止有一个反向恢复过程vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit在在O Ot t1 1期间，期间，vi i VF F，二二极管极管D导通，电路中有电流流过：导通，电路中有电流流过：RLviiD三、二极管的开关特性三、二极管的开关特性当当t t t t1 1 时，时，vi i 突变到突变到 VR R，理想时，二极管应立即截止，电理想时，二极管应立即截止，电路中只有很小的反向电流路中只有很小的反向电流。但实但实际并非如此，见右图：际并非如此，见右图：通常将二极管从导通转为截止通常将二极管从导通转为截止所需的时间称为所需的时间称为反向恢复时间反向恢复时间:tre=ts+tt=ns级级 vitVF-VRIF-IRt1tstt0.1IRit存储时间存储时间渡越时间渡越时间RLviiD 产生反向恢复过程的原产生反向恢复过程的原因是因是电荷存储效应电荷存储效应所引起的。所引起的。反向恢复时间就是反向恢复时间就是存储电荷存储电荷消失所需要的时间消失所需要的时间，一般在，一般在纳秒数量级。纳秒数量级。2.2.开通特性：主要体现在二极管的开通时间开通特性：主要体现在二极管的开通时间开通时间开通时间-二极管从截止转为正向导通所需要的二极管从截止转为正向导通所需要的时间时间 该时间与该时间与反向恢复时间反向恢复时间相比很小，对开关速度影响小，相比很小，对开关速度影响小，可以忽略不计。可以忽略不计。一、三极管处于三种工作区的条件一、三极管处于三种工作区的条件截止区：截止区：B、E加正向电压时加正向电压时VF0.5V(Si)/0.1V(Ge)或或加反向电压加反向电压放大区：放大区：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏饱和区：饱和区：发射结正偏、集电结正偏发射结正偏、集电结正偏临界饱和：临界饱和：UBC=0IB=IC=0 IC=IBUCE=0.10.3V典型值典型值UCE=0.3V2.2.2 2.2.2 三极管的开关特性三极管的开关特性三极管三极管工作在饱和状态的工作在饱和状态的电流条件电流条件为：为：I IB B I IBS BS 二、三极管的动态特性三极管的动态特性（1 1）延迟时间延迟时间t td d 从输入信号从输入信号v vi i正跳变的正跳变的 瞬间开始，到集电极电流瞬间开始，到集电极电流i iC C上升到上升到0.10.1I ICSCS所需的时间所需的时间 （2 2）上升时间上升时间t tr r集电极电流从集电极电流从0.10.1I ICSCS上上升到升到0.90.9I ICSCS所需的时间。所需的时间。（3 3）存储时间存储时间t ts s从输入信号从输入信号v vi i下跳变的下跳变的瞬间开始，到集电极电流瞬间开始，到集电极电流i iC C下降到下降到0.90.9I ICSCS所需的时间。所需的时间。（4 4）下降时间下降时间t tf f集电极电流从集电极电流从0.90.9I ICSCS下降下降到到0.10.1I ICSCS所需的时间。所需的时间。2.3 2.3 基本逻辑门电路基本逻辑门电路2.3.1 2.3.1 二极管与门电路二极管与门电路2.3.3 2.3.3 非门电路非门电路 三极管反相器三极管反相器2.3.2 2.3.2 二极管或门电路二极管或门电路2.3.4 2.3.4 复合逻辑门电路复合逻辑门电路2.3.1 2.3.1 二极管与门电路二极管与门电路二极管与门电路二极管与门电路与逻辑符号及表达式与逻辑符号及表达式 VCC+(5V)R 3kW L D1 D2 D3 A B C VCC+(5V)R 3kW L D1 D2 D3 A B C 0.7V 三个输入端中，只三个输入端中，只要有一个为要有一个为0V,其余为其余为+5V时：时：输入与输出电压关系输入与输出电压关系0V5V5V 输 入输 出VAVBVCVL0V0V0V0V0V+5 V0V+5 V0V0V+5 V+5 V+5 V0V0 V+5 V0V+5 V+5 V+5 V0V0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V0.7V压差大的管子导通VCC+(5V)R 3kW L D1 D2 D3 A B C 5 V 只有当只有当A、B、C三个输入端均为高电三个输入端均为高电平平+5V时：时：5V5V5V 输 入输 出ABCL00000010010001101000101011001111 真真 值值 表表 2.3.2 2.3.2 二极管或门电路二极管或门电路二极管或门电路二极管或门电路或逻辑符号及表达式或逻辑符号及表达式1 1输入端输入端A、B、C都为都为0V 0 V或或逻辑逻辑真真值值表表输 入输 出ABCL00000011010101111001101111011111输 入输 出ABCL000000110101011110011011110111110V0V0V输入端中只要有一个为输入端中只要有一个为+5V4.3 V或或逻辑逻辑真真值值表表输 入输 出ABCL00000011010101111001101111011111输 入输 出ABCL000000110101011110011011110111110V5V5V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）电电平平偏偏移移：在在多多个个门门串串接接使使用用时时，会会出出现现低低电电平平偏偏离标准数值的情况。离标准数值的情况。（2 2）负载能力差）负载能力差只用于只用于IC内部电路内部电路三极管三极管 反相电路反相电路非逻辑符号及表达式非逻辑符号及表达式2.3.3 2.3.3 非门电路非门电路 三极管反相器三极管反相器当当输入为输入为逻辑逻辑0 0时时:0 vcc1输入A输出L01非逻辑真值表非逻辑真值表 当当输入为输入为逻辑逻辑1 1时时:1 0输入A输出L0110非逻辑真值表非逻辑真值表 2.3.4 DTL2.3.4 DTL复合门电路复合门电路 VCC+(5V)R 3kW D1 D2 D3 A B C 1、DTL与非门电路与非门电路 2、DTL或非门电路或非门电路2.4 TTL2.4 TTL集成门电路集成门电路 集成逻辑门电路是把门电路的所有元器件及集成逻辑门电路是把门电路的所有元器件及连接导线制作在一块半导体硅片上，构成集成逻连接导线制作在一块半导体硅片上，构成集成逻辑门。辑门。若这种电路的输入级和输出级都采用半导体若这种电路的输入级和输出级都采用半导体三极管，则称为三极管三极管，则称为三极管三极管集成逻辑门电路三极管集成逻辑门电路（Transistor Transistor Logic），即），即TTL门门电路。电路。集成电路的特点：体积小，重量轻，功耗小，价集成电路的特点：体积小，重量轻，功耗小，价格低，可靠性等。格低，可靠性等。分类门/片元器件/片SSI(Small Scale Integrated circuit)11210100MSI(Medium Scale Integrated circuit)1399100999LSI(Large Scale Integrated circuit)1009999100099999VLSI(Very Large Scale Integrated circuit)10000100000 集成电路根据一块芯片上所集成的门数多少或集成电路根据一块芯片上所集成的门数多少或元件多少可分为小、中、大和超大规模集成电路。元件多少可分为小、中、大和超大规模集成电路。逻辑门和触发器是目前常用的逻辑门和触发器是目前常用的SSI译码器、译码器、数据选择器、数据选择器、加法器、加法器、计数器、计数器、移位寄存器等组移位寄存器等组件是常用的件是常用的MSI。常见的常见的LSI、VLSI有只读存储器、有只读存储器、随机存取存储器、随机存取存储器、微处理微处理器、高速乘法累加器、器、高速乘法累加器、通用和专用数字信号处理器等。通用和专用数字信号处理器等。集成逻辑门集成逻辑门是最基本的数字集成电路，是组是最基本的数字集成电路，是组成数字逻辑的基础。成数字逻辑的基础。常用的集成门电路，大多采用双列直插式封常用的集成门电路，大多采用双列直插式封装（装（Dual-In-line Package，缩写成缩写成DIP）。）。集成门电路外形图集成门电路外形图槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管脚编号管脚编号 集成芯片表面有一个缺口（引脚编号的参考标集成芯片表面有一个缺口（引脚编号的参考标志），如果将芯片插在实验板上且缺口朝左边，则志），如果将芯片插在实验板上且缺口朝左边，则引脚的排列规律为：左下管脚为引脚的排列规律为：左下管脚为1引脚，其余以逆引脚，其余以逆时针方向从小到大顺序排列。时针方向从小到大顺序排列。一般引脚数为：一般引脚数为：14、16、20等。等。槽口槽口1 2 3 3 4 6 714 13 12 11 10 9 8管脚编号管脚编号 绝大多数情况下，电源从芯片左上角的引脚接绝大多数情况下，电源从芯片左上角的引脚接入，地接右下引脚。入，地接右下引脚。一块芯片中可集成若干个（一块芯片中可集成若干个（1、2、4、6等）同等）同样功能但又各自独立的门电路，每个门电路则具有样功能但又各自独立的门电路，每个门电路则具有若干个（若干个（1、2、3等）输入端。等）输入端。输入端数有时称为扇入（输入端数有时称为扇入（Fan-in）数。数。(a)7404(六反相器六反相器)(b)7400(四四2输入与非门输入与非门)2.4.1 TTL2.4.1 TTL与非门的工作原理与非门的工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y一、组成一、组成输入级：输入级：T T1 1,R,R1 1中间级：中间级：T T2 2,R,R2 2,R,R3 3输出级：输出级：T T3 3,T,T4 4,R,R4 4,D,D输入级输入级中间级中间级输出级输出级是保护二极管，为是保护二极管，为防止输入电压过低防止输入电压过低而设置而设置多发射极三极管多发射极三极管T1T1作用作用:实现实现“与与”的功能的功能ABCbc+VCCABCbcABCT1bc 输入级由多发射极输入级由多发射极三极管三极管T1和基极电组和基极电组R1组成，它实现了输入变组成，它实现了输入变量量A、B、的与运算。的与运算。(1)输入级输入级 中间级（中间级（倒相级倒相级）是放大级，由是放大级，由T2、R2和和R3组成，组成，T2的集电极的集电极C2和发射极和发射极E2可以分提供可以分提供两个相位相反的电压信两个相位相反的电压信号，号，以满足输出级的需以满足输出级的需要。要。(2)中间级中间级 输出级由输出级由T3、T4、D和和R4组成，其中其中组成，其中其中D、T3作为由作为由T4组成的反组成的反相器的有源负载。相器的有源负载。T3与与T4组成推拉式输出结构，组成推拉式输出结构，具有较强的负载能力。具有较强的负载能力。(3)输出级输出级二、工作原理二、工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(1)(1)当输入端当输入端ABCABC中中至少至少有有 一个为低电平一个为低电平0.3V0.3V时时低电平低电平(0.3V)深饱和深饱和T1深度饱和，则深度饱和，则0.3V1VuIT1T2T3T4uO高电平高电平(3.6V)截止截止截止截止导通导通T4截止，截止，T3导通导通3.6V3.6V二、工作原理二、工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(2)(2)当输入端当输入端ABCABC都为都为高电高电 平平3.6V3.6V时时高电平高电平(3.6V)倒置倒置3.6V2.1VuIT1T2T3T4uO4.3V3.6V3.6V1.4V假设假设T1发射结度正向导通，则发射结度正向导通，则T1发射结反偏，集电结正偏，发射结反偏，集电结正偏，工作在工作在倒置状态倒置状态，即集电极和，即集电极和发射极颠倒使用，此时电流放发射极颠倒使用，此时电流放大系数大系数i在在0.02左右左右假设假设T2饱和导通，则饱和导通，则1V二、工作原理二、工作原理D4kR2R11.6k1kR3130R4ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2T3Y(2)(2)当输入端当输入端ABCABC都为都为高电高电 平平3.6V3.6V时时高电平高电平(3.6V)倒置倒置3.6V2.1VuIT1T2T3T4uO低电平低电平(0.3V)饱和饱和饱和饱和截止截止4.3V3.6V3.6V1.4V1V故故T2饱和的假设成立且饱和的假设成立且T3和和D截止截止对于对于T4的情况的情况由于由于T3和和D截止，故截止，故故故T4深度饱和，输出为低电平深度饱和，输出为低电平(2)(2)当输入端当输入端ABCABC都为都为高电平高电平3.6V3.6V时时(1)(1)当输入端当输入端ABCABC中中至至少少有一个为低电平有一个为低电平0.3V0.3V时时输出为高电平输出为高电平3.6V3.6V输出为低电平输出为低电平0.3V0.3V综上：综上：故输入输出满足关系：故输入输出满足关系：该电路为该电路为TTLTTL与非门电路与非门电路(1)(1)当采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。当采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。TTLTTL与非门提高工作速度的原理与非门提高工作速度的原理()采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给负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。载电容充放电。自学自学2.4.2 TTL2.4.2 TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间t tpdpd导导通通延延迟迟时时间间tPHL从从输输入入波波形形上上升升沿沿的的中中点点到到输输出出波波形形下下降降沿沿的中点所经历的时间。的中点所经历的时间。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。的中点所经历的时间。与非门的传输延迟时间与非门的传输延迟时间tpd是是tPHL和和tPLH的平均值。即的平均值。即 一般一般TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间tpd的值为的值为几纳秒十几个纳秒几纳秒十几个纳秒。2.4.3 TTL2.4.3 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）特性曲线分为特性曲线分为AB、BC、CD、DE四段：四段：AB段：段：VI0.6VVB11.3VT2、T4截止截止，而，而T3、D导通输出导通输出电压为高电平电压为高电平3.6V，基本不变，基本不变BC段：段：VI0.61.3VT2已经开始导通已经开始导通，但，但VB21.3V，故，故T4截止，截止，T2处于处于放大状态放大状态，R2上的电流随着上的电流随着VI的的而线性而线性，即即R2上的压降随着上的压降随着VI的的而线性而线性，因此输出，因此输出VO将随着将随着VI的的而线而线性性CD段：段：1.3VVI1.4V，T4已经导通并已经导通并迅速饱和，迅速饱和，T3迅速截止，故迅速截止，故VO迅速迅速，称，称CD段为段为转折段转折段DE段：段：1.4VVI，此时此时T2、T4都都饱和饱和导导通，故输出通，故输出VO0.3V不变不变（1 1）输输出出高高电电平平电电压压V VOHOH在在正正逻逻辑辑体体制制中中代代表表逻逻辑辑“1 1”的输出电压。的输出电压。VOH的典型值为的典型值为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）输输出出低低电电平平电电压压V VOLOL在在正正逻逻辑辑体体制制中中代代表表逻逻辑辑“0 0”的输出电压。的输出电压。VOL的典型值为的典型值为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。2 2几个重要参数几个重要参数（3 3）关关门门电电平平电电压压V VOFFOFF是是指指输输出出电电压压为为VOH（min）时时对对应应的的输输入入电电压压。即即输输入入低低电电压压的的最最大大值值。在在产产品品手手册册中中常常称称为为输输入低电平电压入低电平电压，用，用VIL（max）表示。产品规定表示。产品规定VIL（max）=0.8=0.8V。（4 4）开开门门电电平平电电压压V VONON是是指指输输出出电电压压为为VOL（max）时时对对应应的的输输入入电电压压。即即输输入入高高电电压压的的最最小小值值。在在产产品品手手册册中中常常称称为为输输入高电平电压入高电平电压，用，用VIH（min）表示。产品规定表示。产品规定VIH（min）=2=2V。（5 5）阈阈值值电电压压V Vthth电电压压传传输输特特性性的的过过渡渡区区所所对对应应的的输输入入电电压压，即即决决定定电电路路截截止止和和导导通通的的分分界界线线，也也是是决决定定输输出出高高、低低电压的分界线。电压的分界线。近似地：近似地：Vth（VOFF+VON）/2 即即ViVth，与非门关门，输出高电平；与非门关门，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又又常常被被形形象象化化地地称称为为门门槛槛电电压压。Vth的的值值为为1.31.3V1.1.V。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门电路的门电路的输出高低输出高低电平不是一个值，而是一个范围。同样，它的电平不是一个值，而是一个范围。同样，它的输入高低电平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，称为也有一个范围，即它的输入信号允许一定的容差，称为噪声容限噪声容限。3 3抗干扰能力抗干扰能力2.4.4 TTL2.4.4 TTL与非门的输入输出特性和带负载能力与非门的输入输出特性和带负载能力1输入特性：输入特性：iI=f（Vi）3.6VIIS1.4VIIH(1)(1)当输入低电平时，当输入低电平时，VI=0.3V时时，T2截止，截止，iI从从T1流出，为负值。流出，为负值。（称作输入短路电流）（称作输入短路电流）当当VI0时，时，iI最大，此时最大，此时2.4.4 TTL2.4.4 TTL与非门的输入输出特性和带负载能力与非门的输入输出特性和带负载能力1输入特性：输入特性：iI=f（Vi）3.6VIIS1.4VIIH()当输入高电平，当输入高电平，VI3.6V时时，T2和和T4饱和饱和导通导通，T1的基极电位的基极电位被箝位在被箝位在2.1V，此时，此时T1处于倒置处于倒置状态，晶体管放大倍数约为状态，晶体管放大倍数约为0.02（称作输入端漏电流）（称作输入端漏电流）2输入端负载特性：输入端负载特性：是指输入端外接电阻是指输入端外接电阻RI时，其压降时，其压降VI和和RI之间的关系之间的关系(1)(1)当当RI较小时较小时:VIVT=1.4V 时时,相当输入低电平相当输入低电平，所以输出为高电平。所以输出为高电平。(2)(2)当当RI增大时增大时:RI VI=VT 时，输入变高，时，输入变高，输出变低电平。此时输出变低电平。此时VI1.4V。RI/kVI/V1.4V开门电阻开门电阻R RONON:RON一般为一般为2 k/2.5 k保证与非门输出为保证与非门输出为低电平低电平，允许输入电阻，允许输入电阻RI的的最小值最小值。当当RI RON时，相当输入高电平时，相当输入高电平关门电阻关门电阻R ROFFOFF:ROFF一般为一般为0.7 k/0.8 k保证与非门输出为保证与非门输出为高电平高电平，允许输入电阻，允许输入电阻RI的的最大值最大值。当当RI ROFF时，相当输入低电平时，相当输入低电平注：注：当当R RONON R RI I R ROFFOFF时，不符合正常工作状态，一般不允许时，不符合正常工作状态，一般不允许由输入端负载特性可知由输入端负载特性可知“与非门与非门”多余输入端的多余输入端的处理方法有以下几种处理方法有以下几种（目的是置（目的是置“1 1”）：）：（1 1）接高电平）接高电平V VCCCC（2 2）和其他引脚接在一起）和其他引脚接在一起（3 3）外接一大于）外接一大于R RONON的电阻的电阻（4 4）引脚悬空）引脚悬空输出低电平输出低电平说明说明:输出为低输出为低,灌电流负载灌电流负载。ILFT3T4RLVCCIL0VOL20mA0.4V T4饱和饱和,Rce4很小很小,故故IL上升时上升时,VOL上升很上升很慢慢,基本呈线性关系。基本呈线性关系。当当VOL VOLMAX0.4V后，后，低低电平输出逻辑电平输出逻辑关系被关系被破坏破坏,故故IL灌灌受限制，不能过大。受限制，不能过大。把允许灌把允许灌入输出端的电流定义为入输出端的电流定义为输出低电平电流输出低电平电流IOL，产品规产品规定定IOL=16mA。3TTL的输出特性：的输出特性：输出电压和负载电流之间的关系输出电压和负载电流之间的关系输出高电平输出高电平+5VFR4R5T3T4T5RLIL说明说明:输出为高输出为高,拉电流拉电流负载。负载。I IL L较小时较小时,T,T3 3处于饱和边缘，处于饱和边缘，T T4 4放大，二者构成的放大，二者构成的复合管具有一定的放大作用，输出电阻很小，故复合管具有一定的放大作用，输出电阻很小，故V VO O基本保持不变。基本保持不变。当当I IL L5mA5mA后后,T3T3进入饱和区，进入饱和区，V VCE3CE3V VCES3CES3保持不变，保持不变，V VO O随随I IL L上升而下降。上升而下降。IL0VO3.6V2.4V20mA5mAIR4当当V VOHOHV VOHMINOHMIN2.4V2.4V后后,高高电平输出逻辑关系被破坏电平输出逻辑关系被破坏,故故I IL L拉拉 受限制，不能过大。受限制，不能过大。把允许拉出输出端的电流定义为把允许拉出输出端的电流定义为输出高电平电流输出高电平电流IOH。7474系列最大为系列最大为 IOHIOH（maxmax）0.4mA0.4mA4.4.扇出系数扇出系数 扇出系数扇出系数:“1”“0”灌电流负载灌电流负载拉电流负载拉电流负载 扇出系数就扇出系数就是一个门电路驱动同类型门电是一个门电路驱动同类型门电路的个数。也就是表示门电路的带负载能力。路的个数。也就是表示门电路的带负载能力。“0”“1”负载门负载门驱动门驱动门0 VCC(5V)Rb1 4kW T1 IIL T4 T3 Rc4 130W D 当负载门的个数增加时，当负载门的个数增加时，总的灌电流总的灌电流I IILIL将增加将增加,引起输出引起输出低电平低电平V VOLOL的升高。的升高。灌电流灌电流“1”“0”IILIOL 当负载门的个数增多时，必将当负载门的个数增多时，必将引起输出高电平的降低。引起输出高电平的降低。拉电流拉电流负载门负载门驱动门驱动门1 VCC(5V)Rb1 4kW T1 IIH T4 T3 Rc4 130W D “0”“1”IIHIOH一般，一般，TTL的的扇出系数扇出系数=10，高的可达高的可达30-50例例 查查得基本的得基本的TTL与非与非门门7410的参数如下：的参数如下：IOL16mA，IIL1.6mA，IOH0.4mA，IIH0.04mA.试计试计算其算其带带同同类门时类门时的的扇出扇出系系数。数。(2)高高电电平平输输出出时时的扇出数的扇出数若若NOHNOH，则则取取较较小的作小的作为电为电路的扇出数。路的扇出数。扇出系数计算举例扇出系数计算举例解：解：(1)低低电电平平输输出出时时的扇出数的扇出数自学自学2.5 2.5 其他其他TTLTTL集成门电路集成门电路在工程实践中，有时需要在工程实践中，有时需要将几个门的输出端并联使将几个门的输出端并联使用，以实现用，以实现与逻辑与逻辑，称为，称为线与。但是线与。但是普通的普通的TTL门门电路不能进行线与电路不能进行线与。2.5.1 OC2.5.1 OC门门一、引入目的一、引入目的专门生产了可以进行线与专门生产了可以进行线与的门电路的门电路集电极开路集电极开路门，也称作门，也称作OC门（门（Open Collector Gate）。）。F10输输出出高高电电平平时时输输出出电电阻阻小小输输出出低低电电平平时时输输出出电电阻阻小小低阻低阻通路电通路电流大，流大，烧坏三烧坏三极管极管输出输出非非0非非1，破坏，破坏逻辑关逻辑关系系普通的普通的TTL门门输出电平不可调输出电平不可调负载能力不强，尤其是高电平输出负载能力不强，尤其是高电平输出二、电路与符号二、电路与符号4kR2R11.6k1kR3ABC+VCC+5VuOuIT4T1T2YD130R4T3ABC&F+VCC2RLOC门电路图门电路图国标符号国标符号集电集电极开极开路路正常使用时，正常使用时，一般需外接上一般需外接上拉负载电阻拉负载电阻三、三、OCOC门的应用门的应用(1)(1)实现线与实现线与OC门线与图门线与图输出级连接图输出级连接图等效逻辑电路图等效逻辑电路图实现实现与或非与或非运算运算(2)(2)用作驱动器用作驱动器在在OC门的上拉负载电阻门的上拉负载电阻RL处用指示处用指示灯、继电器等替代，则可作为驱动器灯、继电器等替代，则可作为驱动器使用。使用。+VCC&270+5V右图所示为一右图所示为一OC门驱动发光二极管门驱动发光二极管的电路。可以看出，当的电路。可以看出，当OC门输入有门输入有一为低电平时，发光二极管灭；当三一为低电平时，发光二极管灭；当三个输入均为高电平时，输出为低电平，个输入均为高电平时，输出为低电平，发光二极管亮发光二极管亮。u用来驱动继电器用来驱动继电器(2)(2)用作驱动器用作驱动器u用来驱动脉冲变压器用来驱动脉冲变压器u用来驱动电容负载，构成锯齿波发生器用来驱动电容负载，构成锯齿波发生器 脉冲变压器与普通变压器的工作脉冲变压器与普通变压器的工作原理相同，只是脉冲变压器可工作原理相同，只是脉冲变压器可工作在更高的频率上。在更高的频率上。(3)(3)用作电平转换用作电平转换当改变当改变OC门上拉负载电阻上的电源门上拉负载电阻上的电源VCC2为为10V时，输入输出端逻辑时，输入输出端逻辑0对应的对应的低电平保持低电平保持0.3V不变不变，而逻辑，而逻辑1对应的对应的高电平由高电平由输入端的输入端的3.6V变变为为输出端的输出端的10V，高电平对应电压有所转移。，高电平对应电压有所转移。通过此电平转换的功能可以调节输出高电平使其满足下一级电路对高通过此电平转换的功能可以调节输出高电平使其满足下一级电路对高电平的要求。电平的要求。+VCC2&RL+10V+VCC+5V输入端：输入端：逻辑逻辑1 3.6V逻辑逻辑0 0.3V输出端：输出端：逻辑逻辑1 10V逻辑逻辑0 0.3V(4)(4)实现多路信号在总线上的分时传输实现多路信号在总线上的分时传输(4)(4)上拉电阻的计算（确定）上拉电阻的计算（确定）图中：图中：n 上级上级OC门的个数门的个数 p 负载负载OC门输入端的个数门输入端的个数 m 负载负载OC门的个数门的个数 IOHIOHIIHIIHIIHIRLu当当OC门的输出为高电平时门的输出为高电平时(含义含义)：IOH OC门的截止漏电流门的截止漏电流 若负载若负载RL的阻值变大，会使得输的阻值变大，会使得输出高电平电位降低，若出高电平电位降低，若RL无限制无限制增大，可能使输出高电平降低到增大，可能使输出高电平降低到VOH(min)以下，破坏了正常的逻辑以下，破坏了正常的逻辑关系，因此，应有：关系，因此，应有：自学自学IOLIISIISIRLu当当OC门的输出为低电平时：门的输出为低电平时：若负载若负载RL的阻值变小，会使得输的阻值变小，会使得输出低电平电位抬高，若出低电平电位抬高，若RL无限制无限制减小，可能使输出低电平抬高到减小，可能使输出低电平抬高到VOL(max)以上，破坏了正常的逻辑以上，破坏了正常的逻辑关系，因此，应有：关系，因此，应有：考虑最不利的情况考虑最不利的情况，假设只有一，假设只有一个个OC门（门（Y1）处于导通状态，）处于导通状态，其他截止其他截止 注意：注意：m为负载为负载门的个数，非负门的个数，非负载门输入端个数载门输入端个数 则：则：自学自学综上，可知上拉综上，可知上拉负载电阻应满足负载电阻应满足关系：关系：例：下图电路中各参数已列写出，求上拉电阻大小例：下图电路中各参数已列写出，求上拉电阻大小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)/(16-31)=0.35(k)可以取可以取RL=1k自学自学2.5.2 TSL2.5.2 TSL门（三态门）门（三态门）通常数字逻辑是二值的，即仅通常数字逻辑是二值的，即仅0，1值，其所值，其所对应电路的输出电平是高、低两种状态。对应电路的输出电平是高、低两种状态。在实际电路中，还有一种输出既非高电平又在实际电路中，还有一种输出既非高电平又非低电平的状态，被称之为第三状态。于是数字非低电平的状态，被称之为第三状态。于是数字电路的输出就有：电路的输出就有：0、1和和Z（高阻）高阻）的三种状态。的三种状态。这种电路称三态逻辑电路或称这种电路称三态逻辑电路或称三态门电路三态门电路，有时也记作有时也记作TSL门门（Three State Logic gate）。）。一、电路结构一、电路结构称称为为控控制制端端、使使能能端端(1)(1)当当E E“0 0”“0”导通导通1V1V截截止止截截止止截截止止高高阻阻电路输出为：电路输出为：Y=Z(Y=Z(高阻态高阻态或悬浮状态，或悬浮状态，也叫禁止状态也叫禁止状态 )二、工作原理二、工作原理 在禁止状态下，三态门与负载之间无信号联系，对负载在禁止状态下，三态门与负载之间无信号联系，对负载不产生任何逻辑功能，所以禁止状态不是逻辑状态。不产生任何逻辑功能，所以禁止状态不是逻辑状态。由于三极管由于三极管T3和和T4同时截止，同时截止，输出端相当于输出端相当于悬空或开路。悬空或开路。(2)(2)当当E E“1 1”“1”截止截止电路具备逻辑功电路具备逻辑功能：能：红色二极管截红色二极管截止，相当于开止，相当于开路，不起任何路，不起任何作用。作用。这种状态是三态门的工作状态，也叫这种状态是三态门的工作状态，也叫选通状态选通状态。这时三态门和普这时三态门和普通与非门一样，通与非门一样，完成与非功能完成与非功能。三、符号及功能表三、符号及功能表功能表功能表使能端使能端高电平高电平起作用起作用&ENABEY功能表功能表使能端使能端低电平低电平起作用起作用&ENABEY四、三态门的应用四、三态门的应用(1)(1)总线连接总线连接 分时控制各个门的分时控制各个门的CS端，就可以让各端，就可以让各个门的输出信号分别进入总线。个门的输出信号分别进入总线。注意：注意：同一时刻，只允许一个门进入同一时刻，只允许一个门进入总线。其他门必须保持为高阻状态总线。其他门必须保持为高阻状态010(2)(2)实现数据的双向传输实现数据的双向传输右图所示电路为两个三态门组右图所示电路为两个三态门组成的电路，门成的电路，门1 1为低电平使能，为低电平使能，门门2 2为高电平使能。为高电平使能。E=0E=0时，门时，门1 1导通，门导通，门2 2禁止，禁止，数据流向是数据流向是ABABE=1E=1时，门时，门1 1禁止禁止，门，门2 2导通导通，数据流向是数据流向是BABATTL反相器、反相器、TTL或非门、或非门、TTL与门、与门、TTL或门、或门、TTL与或非门、与或非门、TTL异或门异或门自学自学各种各种TTL门的性能比较门的性能比较TTL门主要有门主要有74系列，它是国际上通用的标准电路。系列，它是国际上通用的标准电路。TTL门的品种可分为以下几类：门的品种可分为以下几类：标准系列（标准系列（74系列）系列）高速型（高速型（74H系列、系列、74F）低功耗型（低功耗型（74L系列）系列）肖特基（肖特基（Schottky）型（型（74S系列）系列）低功耗肖特基型（低功耗肖特基型（74LS系列）系列）改进低功耗肖特基型（改进低功耗肖特基型（74ALS系列）系列）改进肖特基型（改进肖特基型（74AS系列）系列）类型类型性能性能PD/mWTpd/nsM/pJ74 74H 74L 74S 74LS 74AS 74ALS 10 22 1 19 2 22 1 10 6 33 3 9.5 1.5 4 100 132 33 57 19 33 4TTL电路的各系列性能比较电路的各系列性能比较 功耗时延积功耗时延积M是衡量一个门的品质指标。是衡量一个门的品质指标。M=P tpdM 值越大，表示组件