数字电子技术第五高教.pptx

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1、11.TTL反相器的基本电路2.TTL反相器的工作原理3.采用输入级以提高工作速度 4.采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力2.4.2 TTL反相器第1页/共30页21.TTL反相器的基本电路 Rb1 4k Rc2 1.6k Rc4 130 T4 D T2 T1+vI T3+vO 负载 Re2 1K VCC(5V)输入级 中间级 输出级 2.4.2 TTL反相器第2页/共30页32.TTL反相器的工作原理（1）当输入为低电平（I=0.2 V）0.9V 0.2V OVCCVBE4VD 50.70.7=3.6V I低电平低电平(0.2V)T1深饱和深饱和T2截止截止T3截止截止T4放大放大

2、O高电平高电平（3.6V）2.4.2 TTL反相器第3页/共30页42.TTL反相器的工作原理 当输入为高电平（I=3.6 V）3.6V 4.3V 2.1V 1.4V 0.2V I全为高电平全为高电平(3.6V)T1倒置放大倒置放大T2饱和饱和T3饱和饱和T4截止截止 O低电平低电平0.2V）2.4.2 TTL反相器第4页/共30页53.采用输入级以提高工作速度（1）当TTL反相器I由3.6V变0.2V的瞬间 0.9V1.4V T1管的变化先于T2、T3管的变化；T1管Je正偏、Jc反偏，T1工作在放大状态。T1管射极电流1 iB1很快地从T2的基区抽走多余的存储电荷,从而加速了状态转换。2.

3、4.2 TTL反相器第5页/共30页64.采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力当输出为低电平时，T3处于深度饱和状态，T4截止，T3的集电极电流可以全部用来驱动负载。输出为高电平时，T3截止，T4组成的电压跟随器的输出电阻很小，所以输出高电平稳定，带负载能力也较强。3.6V 2.1V 1.4V 0.2V 0.9V 0.2V 3.6V2.4.2 TTL反相器波形上升沿陡直。而当输出电压由高变低后，CL很快放电，输出波形的上升沿和下降沿都很好。输出端接有负载电容CL时，在 输出由低到高跳变的瞬间，CL充电，其时间常数很小，使输出第6页/共30页7 2vO/V 5 4 3 2 1 0 3.6V

4、.48 V 0.2V 1 2 E D C B A 0.4V 1.1V 1.2V vI/V I很低，T1的发射结为正向偏置。T1饱和使T2、T3截止，同时T4和D导通。O=3.6V。I=B，T1仍维持饱和。但B2=C1增大使T2的发射结刚好正偏。B2=I+VCES，I(B)=VFVCES=0.6V0.2V0.4V CD段：当I的值继续增加C点后，使T3饱和导通，O0.2V I(D)=BE3+BE2CES1 =(0.7+0.70.2)V=1.2V 当I的值从D点再继续增加时，T1将进入倒置放大状态，保持O=0.2V B2=I，BC段的斜率为dO/dI=Rc2/Re2=1.6。I B时，由T1的集电

5、极供给T2的基极电流，但T1仍保持为饱和状态。在BC段内，T2对I的增量作线性放大:*2.4.3 TTL反相器的传输特性第7页/共30页82.4.4 TTL与非门1.TTL与非门电路多发射极BJT A B&BAL=T1 e e e e b b c c 第8页/共30页92.TTL与非门电路的工作原理 任一输入端为低电平时:T1的发射结正向偏置而导通，T2截止。输出为高电平。TTL与非门各级工作状态 VCC(5V)Rc 4 130 Rc2 1.6k Rb 2 1.6k T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1k D IT1T2T3T4 O输入全为输入全为高电平高电平(3.6V)倒置使用的倒置

6、使用的放大状态放大状态饱和饱和 饱和饱和 截止截止 低电平低电平（0.2V）输入有低输入有低电平电平(0.2V)深饱和深饱和截止截止 截止截止 放大放大 高电平高电平（3.6V）只有当全部输入端为高电平时：T1将转入倒置放大状态，T2和T3均饱和，输出为低电平。2.4.4 TTL与非门第9页/共30页10 vO/V 5 4 3 2 1 0 3.6V 2.48 V 0.2V 1 2 E D CB A 0.4V 1.1V 1.2V vI/V 各种类型的TTL门电路，其传输特性大同小异。VOHVO(A)3.6V VOLVCES 0.2VVIL VI(B)0.4VVIH VI(D)1.2V1、TTL与

7、非门传输特性2、输入、输出的高、低电压 2.4.5 TTL与非门的技术参数第10页/共30页113.TTL与非门噪声容限 输入噪声容限:输入高电平的噪声容限为 VNH=VOH(min)VIH(min)1 驱动门 vo 1 负载门 vI 噪声 1 输出 1 输入 0 输入 0 输出 vo vI+VDD 0 VNH VOH(min)VIH(min)VNL VOL(max)VIL(max)+VDD 0 输入低电平的噪声容限为 VNL=VIL(max)VOL(max)当电路受到干扰时，在保证输出高、低电平基本不变的条件下，输入电平的允许波动范围。2.4.5 TTL与非门的技术参数第11页/共30页12

8、 4.扇入与扇出系数 扇入数:取决于门的输入端的个数 扇出数:带同类门的个数。有带灌电流负载和拉电流负载两种情况:负载门驱动门0 VCC(5V)Rb1 4k T1 IIL T4 T3 Rc4 130 D 当负载门的个数增加时，总的灌电流IIL将增加,引起输出低电压VOL的升高。带灌电流负载：输出低电平时。IILIOL2.4.5 TTL与非门的技术参数101&第12页/共30页131&4.扇入与扇出系数 扇入数:取决于门的输入端的个数 扇出数:带同类门的个数。有带灌电流负载和拉电流负载两种情况:负载门驱动门1 VCC(5V)Rb1 4k T1 IIL T4 T3 Rc4 130 D 2.4.5

9、TTL与非门的技术参数01带拉电流负载：门输出高电平时当负载门的个数增多时，必将引起输出高电压的降低。IIHIOH第13页/共30页14例 查得基本的TTL与非门7410的参数如下：IOL16mA，IIL1.6mA，IOH0.4mA，IIH0.04mA.试计算其带同类门时的扇出数。解：(1)低电平输出时的扇出数 (2)高电平输出时的扇出数若NOLNOH，则取较小的作为电路的扇出数。例题：扇出数计算举例2.4.5 TTL与非门的技术参数第14页/共30页15 电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。5.传输延迟时间 输入 同相 输出 反相 输出 50%tPLH 50

10、%90%10%tr tPLH 90%50%10%tf 50%tPLH tPLH 90%50%10%tf 90%50%10%tr VOL VOH VOL VOH 0V VCC 平均传输延迟时间 tPdtPLH 为门电路输出由低电平转换到高电平所经历的时间;tPHL为由高电平转换到低电平所经历的时间。(tPLHtPHL)/2 表征门电路开关速度的参数第15页/共30页166.功耗与延时 功耗积1、功耗分为:静态功耗：动态功耗：对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。2、延时功耗积DP=tpdPD2.4.5 TTL与非门的技术参数指的是当电路没有状态转换时的功耗是在门的状态转换的瞬间的功耗。是一综合

11、性的指标，用DP表示，其单位为焦耳。DP的值愈小，表明它的特性愈接于理想情况。第16页/共30页171.TTL或非门 2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路R1A R1 R1B R4 VCC T1A T2A T2B B D T3 R3 T4 AT1BL第17页/共30页18 R1A R1 R1B R4 VCC A T1A T2A T2B T1B B D L T3 R3 T4 1.TTL或非门 TTL或非门的逻辑电路若二输入端为低电平 0.9 v0.2 v0.2 v0.9 v3.6V 2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第18页/共30页191.TTL或非门 若A、B两输入端都为高

12、电平 R1A R1 R1B R4 VCC A T1A T2A T2B T1B B D L T3 R3 T4 2.1 v3.6 v3.6v2.1 v0.3V 问题：若A、B两输入端中有一个为高电平，输出L=?2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第19页/共30页202.集电极开路门(Open Collector Gate)vOHvOLX2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第20页/共30页212.集电极开路门 TTL 电路 TTL 电路 D C B A T1 T2 VCC RP L A B C D&)()(CDABL=VCC(5V)Rc 4 130 Rc2 1.6k Rb2 1.

13、6k T4 T2 T3 T1 A B Re 2 1k D 2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第21页/共30页22 集电极开路门上拉电阻Rp 的计算 TTL 电路 TTL 电路 D C B A T 1 T 2 VCCL R P 在极限情况，上拉电阻Rp具有限制电流的作用。以保证IOL不超过额定值IOL(max)，故必须合理选用Rp的值。另一方面，Rp的大小影响OC门的开关速度，Rp的值愈大，因而开关速度愈慢 Rp(min)2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第22页/共30页23集电极开路门上拉电阻Rp 的计算举例 例2.4.2 设TTL与非门74LS01(OC)驱动八个74

14、LS04(反相器)，试确定一合适大小的上拉电阻Rp，设VCC5V。解：从器件手册查出得：VCC=5V，VOL(max)=0.4V，IOL(max)=8mA，IIL=400A，VIH(min)=2V，IIH=20A。IIL(total)=400A8=3.2mA得 VCC=5V，IIH(total)=20A8=0.16mA。Rp的值可在985至18.75k,之间选择,可选1k的电阻器为宜。所以 2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第23页/共30页24集电极开路门的缺点：由于OC门输出不是推拉式(Totem)结构，电路的上升延迟很大，这是因为：T3退出饱和状态很慢；对输出负载电容的充电电流

15、只能通过外接的RL来提供。因此，输出波形的上升沿时间很大。2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第24页/共30页25 3.三态与非门(TSL)三态钳位电路 R1 R2 R4 VCC T4L T3 R3T1与非门A B CS T5 T6 T7 R5 R66 VCC D3.6V1.4V0.7V当CS=1时CS数据输入端数据输入端输出端输出端LAB10010111011100三态与非门真值表=AB2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第25页/共30页26 R1 R2 R4 VCC T4L T3 R3T1与非门A B CS T5 T6 T7 R5 R66 VCC D当CS=0时0.2V

16、0.9V低电平0.9V开路CS数据输入端输出端LAB10010111011100高阻高阻 3.三态与非门(TSL)三态与非门真值表 AB CS&L 高电平使能=高阻状态与非功能 ZL ABLCS=0_CS=12.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第26页/共30页27另一种形式的三态与非门：CS数据输入端输出端LAB00010111011101高阻高阻 3.三态与非门(TSL)三态与非门真值表 低电平使能=高阻状态与非功能 ZL ABLCS=1_CS=0 AB CS&L 2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第27页/共30页28三态与非门的应用：两个三态门和总线相连电路1、2只能有一个处于正常态 若要求D1向BUS传送，则应有：若要求D2向BUS传送，则应有：1BUS22.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第28页/共30页29三态与非门的应用：双向传输当CS=0时，门1工作，门2禁止，数据从A送到B；当CS=1时，门1禁止，门2工作，数据从B送到A。2.4.6 TTL或非门、OC门和三态门电路第29页/共30页30感谢您的观看。第30页/共30页