TTL与三态门(第六讲)2014
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第二章 基本运算电路
§ 2.1 基本逻辑门电路
2.1.1 基本逻辑运算 2.1.2 二极管与门及或门电路 2.1.3 非门电路 2.1.4 DTL与非门
§ 2.2
§ 2.3 § 2.4
TTL逻辑门电路
CMOS逻辑门电路 集成运算运放电路
1
3. TTL与非门的传输特性 • 电压传输特性
+5V
&
ui u0
15
IOL 及其极限 IOL（max） IOH 及其极限 IOH (max)
(5) 扇出系数NO 与非门电路输出驱动同类门的个数 前级输出为 高电平时 例如： +5V
R2 R4
T3
R5
IiH1
T4
T1
IiH2
T1 T1
16
前级
IOH IiH3
前级输出为 低电平时 +5V
R1 3k b1
8
5.
TTL与非门的主要参数
(1) 输出高电平UOH 输入一个（或几个）为低时，门电路的 输出电平。典型值为3.6V。 UOH≥ USH =2.4V （ USH标准高电平） (2) 输出低电平UOL 额定负载下，输入全为高时，门电路的 输出电平。典型值为0.3V。
UOL≤ USL =0.4V （ USL标准低电平）
测试电路
2
输出高电平 u0(V)
UOH (3.6V)
u0(V) “1” 输出低电平
UOL (0.3V) UOH
UOL
(0.3V)
1
2 3 ui(V)
1
2 3 ui(V)
阈值UT=1.4V
传输特性曲线
理想的传输特性
3
UOH
UOL USL
UNL
UNH
UOFF
UON
USH
4
• 标准高电平USH：输出高电平的下限值(2.4V) • 标准低电平USL：输出低电平的上限值(0.4V) • 关门电平UOFF ：保证输出为标准高电平USH的 条件下所允许的最大输入低电平(0.8V) • 开门电平UON ：保证输出为标准低电平USL的条 件下所允许的最小输入高电平(1.8)
22
(8) 平均传输时间 用来表示电路开关速度的参数
平均传输时间
t pd
1 ( t d ( on ) t d ( off ) ) 2
23
2.2.2 其它形式的TTL门电路
1. 集电极开路门（OC门-Open Collector）
它与基本的TTL与非门电 路相比，少了T3和T4两个晶 体管，并将输出管T5的集 电极开路。工作时，T5的 集电极(即输出端)通过外 接电源和电阻RL作为OC门 的有源负载。 解决了一般TTL门电路输 出不能直接相接的问题。
6
4. TTL与非门的改进 •抗饱和TTL与非门电 路
如右图所示，三极管VT1 、 VT2 和VT5换成了肖特基管（用 肖特基三极管钳位）。
7
4. TTL与非门的改进 •抗饱和TTL与非门电路
抗饱和电路的出发点是为了消除三极管 进入深饱和区时存储电荷的影响，采取必要 的措施，使三极管不工作在深饱和区，减少 由存储电荷的消散所需时间，从而提高与非 门的工作速度。 改进主要围绕提高工作速度、降低功耗、 增强抗干扰能力以及提高集成度方面。
J
33
2 三态门(Tristate Logic , TSL)
三态“与非”门的输出除了具有与 前述“与非”门相同的高低电平外，还 具有高输出电阻的第三种状态，称为高 阻状态。 TTL三态输出“与非”门电路与一 般TTL“与非”门电路相比，只是多出了 一个二极管D，其中A和B是输入端，E是 控制端或称使能端(通常接另一“与非” 门的输出端)。
T4
R5
L
T5
Hale Waihona Puke BaiduR3
截止
37
符号 A B & L
功能表
E 0
L AB
E 1 输出高阻
E
低电平起作用
38
符号 A B & F
功能表
E 1
F AB
E 0
输出高阻
E
高电平起作用
39
用途1： 三态门主要作为TTL电路与总线间 的接口电路
A
B
公 用 E1０ 总 线
E2１
E1、E2、E3轮流
9
(3) 高电平输入电流IIH 输入漏电流，指某一输入端为高电平， 其它输入端接地时，该高电平输入端的电 流值。一般IIH ≤50μA (拉电流IOH)
(4) 输入低电平电流IIL 指与非门的某一输入端接低电平，其它输 入端接高电平或悬空时，该低电平输入端 的电流值。一般IIL≤1.4mA (灌电流IOL)
接入高电平，将 不同数据（A、B、 C）分时送至总 线。
C E3
０
40
用途2： 利用三态门实现数据的双向传输
41
习题
P71：
1、题2.2 (中间一小题不做)
2、题2.3
42
R4
R2
T1
c1
T2 R5
T3
T4
R
L
T5
ui
R3
4 .3 R R ui (5 U be1 ) R1 R 3 R
R较小时，ui<UOFF 相当输入低电平，所 以输出为高电平。
20
R增大
RuiuiUON时，输入变高，输出变 低电平。
R1 3k b1
+5V
R4
31
VCC (IOL NI IL )R C USL
R C min VCC USL I OL NI IL
R C min R C R C max
32
负载电阻RL和电源 UCC可以根据情况选择
如RL用继电器线圈（J）替代，可以 实现对其它电路的控制。 +12V J &
220V
24
符号
！
&
25
R1 3k b1 A B C
+5V
R2
T3 T4
无T3,T4 L
T5
c1
T1
T2
R3
集电极悬空
26
应用时输出端要接一上拉负载电阻RL
R1
3k b1
+5V
R2
UCC RL
A B C
c1
T1
T2
L
T5
R3
27
• OC门可以实现“线与”功能
UCC
UCC
&
L1
RL
RL
• 高电平噪声容限UNH： UNH = USH - UON (0.6V)
• 低电平噪声容限UNL： UNL = UOFF - USL (0.4V)
• TTL典型值 UOH=3.6V UOL 0.3V
5
4. TTL与非门的改进
•有源泄放TTL与 非门电路 如右图所示， 由三极管VT6及 电阻R3、R6组成。 作用是加快了 VT5的导通和截 止的过程，提高 了与非门的开关 速度。
34
R1
+5V
R4
E
A B
E
D
R2
T1
T2
T3
T4
R5
L
T5
E---控制端
R3
35
截止 0 1 E
R1 D
+5V
R4
E
A B
R2
T1
T2
T3
T4
R5
L
T5
L AB
R3
36
导通 1 0 E
截止
R1 D
+5V
R4
E
A B
R2
T1
T2
T3
高阻态
10
前后级之间电流的联系
&
&
11
前级输出为 高电平时
+5V
R4
+5V 反偏
R1
R2 T3
T4
R5
T1
前级流出电流IOH（拉电 流），后级流入电流 IIH(≤50μA )
前级
后级
12
前级输出为 低电平时
R1
3k b1
+5V
R2
流入前级的电流IOL 约 1.4mA (灌电流)，输入 低电平电流IIL。
+5V
R1 3K
c1
T1
T2
T1
T5 R3
13
前级
后级
灌电流的计算
饱和
I OL
5 T5压降 T1的be结压降 R1
5 0 . 3 0 . 7 1.4mA 3
14
关于电流的技术参数
名称及符号 输入低电平电流 IIL 含义 输入为低电平时流入 输 入 端 的 电 流 -1 .4mA。 输入高电平电流 IIH 输入为高电平时流入 输入端的电流 50μ A。 当 IOL> IOL(max)时，输出 不再是低电平。 当 IOH >IOH(max)时， 输出 不再是高电平。
N O N OL I OL (max) / I IL
一般与非门的扇出系数为8～10。
18
• 输入端通过电阻R接地的情况 输入端 “1”,“0”？
A B C R1 3k b1
+5V
R4
R2
c1
T1 ui
T2
T3
T4
R5
L
T5
R
R3
19
R较小时
A B C
R1 3k b1
+5V
R2
A B C
c1
T1 ui
4.3R 1.8(V) 3 R
T2
T3
T4
R5
L
T5
R
R3
21
R临界=2.16K
(6) 开门电平UON ：额定负载下，保 证输出为标准低电平时的最小输 入电压值。产品规范值为1.8V (7) 关门电平UOFF ：保证输出为标准 高电平时对应的最大输入电压值。 产品规范值为0.8V • 悬空的输入端相当于接高电平。为 了防止干扰，可将悬空的输入端接高 电平。
R2
IIL1
c1
T1
T2
IOL IIL2
T5
R3
IIL3
前级
17
输出低电平时，后级流入的电流（灌电流）： IOL I IL1 I IL 2 输出高电平时，流出前级的电流（拉电流）：
IOH I IH1 I IH 2
由于IOL、IOH的限制，每个门电路输出端所 带门电路的个数，称为扇出系数。
L
&
L2
输出级
T5
L
T5 T5
&
L3
L=L1L2L3
28
L=L1L2L3?
UCC
RL
L1 L2 L3
29
L=0
L
任一导通
L=L1L2L3?
UCC
RL
L1 L2
L=1
F
所以： L=L1L2L3
全部截止
L3
30
VCC (nIOH ' NI IH )R C USH
R C max VCC U SH nIOH ' NI IH
§ 2.1 基本逻辑门电路
2.1.1 基本逻辑运算 2.1.2 二极管与门及或门电路 2.1.3 非门电路 2.1.4 DTL与非门
§ 2.2
§ 2.3 § 2.4
TTL逻辑门电路
CMOS逻辑门电路 集成运算运放电路
1
3. TTL与非门的传输特性 • 电压传输特性
+5V
&
ui u0
15
IOL 及其极限 IOL（max） IOH 及其极限 IOH (max)
(5) 扇出系数NO 与非门电路输出驱动同类门的个数 前级输出为 高电平时 例如： +5V
R2 R4
T3
R5
IiH1
T4
T1
IiH2
T1 T1
16
前级
IOH IiH3
前级输出为 低电平时 +5V
R1 3k b1
8
5.
TTL与非门的主要参数
(1) 输出高电平UOH 输入一个（或几个）为低时，门电路的 输出电平。典型值为3.6V。 UOH≥ USH =2.4V （ USH标准高电平） (2) 输出低电平UOL 额定负载下，输入全为高时，门电路的 输出电平。典型值为0.3V。
UOL≤ USL =0.4V （ USL标准低电平）
测试电路
2
输出高电平 u0(V)
UOH (3.6V)
u0(V) “1” 输出低电平
UOL (0.3V) UOH
UOL
(0.3V)
1
2 3 ui(V)
1
2 3 ui(V)
阈值UT=1.4V
传输特性曲线
理想的传输特性
3
UOH
UOL USL
UNL
UNH
UOFF
UON
USH
4
• 标准高电平USH：输出高电平的下限值(2.4V) • 标准低电平USL：输出低电平的上限值(0.4V) • 关门电平UOFF ：保证输出为标准高电平USH的 条件下所允许的最大输入低电平(0.8V) • 开门电平UON ：保证输出为标准低电平USL的条 件下所允许的最小输入高电平(1.8)
22
(8) 平均传输时间 用来表示电路开关速度的参数
平均传输时间
t pd
1 ( t d ( on ) t d ( off ) ) 2
23
2.2.2 其它形式的TTL门电路
1. 集电极开路门（OC门-Open Collector）
它与基本的TTL与非门电 路相比，少了T3和T4两个晶 体管，并将输出管T5的集 电极开路。工作时，T5的 集电极(即输出端)通过外 接电源和电阻RL作为OC门 的有源负载。 解决了一般TTL门电路输 出不能直接相接的问题。
6
4. TTL与非门的改进 •抗饱和TTL与非门电 路
如右图所示，三极管VT1 、 VT2 和VT5换成了肖特基管（用 肖特基三极管钳位）。
7
4. TTL与非门的改进 •抗饱和TTL与非门电路
抗饱和电路的出发点是为了消除三极管 进入深饱和区时存储电荷的影响，采取必要 的措施，使三极管不工作在深饱和区，减少 由存储电荷的消散所需时间，从而提高与非 门的工作速度。 改进主要围绕提高工作速度、降低功耗、 增强抗干扰能力以及提高集成度方面。
J
33
2 三态门(Tristate Logic , TSL)
三态“与非”门的输出除了具有与 前述“与非”门相同的高低电平外，还 具有高输出电阻的第三种状态，称为高 阻状态。 TTL三态输出“与非”门电路与一 般TTL“与非”门电路相比，只是多出了 一个二极管D，其中A和B是输入端，E是 控制端或称使能端(通常接另一“与非” 门的输出端)。
T4
R5
L
T5
Hale Waihona Puke BaiduR3
截止
37
符号 A B & L
功能表
E 0
L AB
E 1 输出高阻
E
低电平起作用
38
符号 A B & F
功能表
E 1
F AB
E 0
输出高阻
E
高电平起作用
39
用途1： 三态门主要作为TTL电路与总线间 的接口电路
A
B
公 用 E1０ 总 线
E2１
E1、E2、E3轮流
9
(3) 高电平输入电流IIH 输入漏电流，指某一输入端为高电平， 其它输入端接地时，该高电平输入端的电 流值。一般IIH ≤50μA (拉电流IOH)
(4) 输入低电平电流IIL 指与非门的某一输入端接低电平，其它输 入端接高电平或悬空时，该低电平输入端 的电流值。一般IIL≤1.4mA (灌电流IOL)
接入高电平，将 不同数据（A、B、 C）分时送至总 线。
C E3
０
40
用途2： 利用三态门实现数据的双向传输
41
习题
P71：
1、题2.2 (中间一小题不做)
2、题2.3
42
R4
R2
T1
c1
T2 R5
T3
T4
R
L
T5
ui
R3
4 .3 R R ui (5 U be1 ) R1 R 3 R
R较小时，ui<UOFF 相当输入低电平，所 以输出为高电平。
20
R增大
RuiuiUON时，输入变高，输出变 低电平。
R1 3k b1
+5V
R4
31
VCC (IOL NI IL )R C USL
R C min VCC USL I OL NI IL
R C min R C R C max
32
负载电阻RL和电源 UCC可以根据情况选择
如RL用继电器线圈（J）替代，可以 实现对其它电路的控制。 +12V J &
220V
24
符号
！
&
25
R1 3k b1 A B C
+5V
R2
T3 T4
无T3,T4 L
T5
c1
T1
T2
R3
集电极悬空
26
应用时输出端要接一上拉负载电阻RL
R1
3k b1
+5V
R2
UCC RL
A B C
c1
T1
T2
L
T5
R3
27
• OC门可以实现“线与”功能
UCC
UCC
&
L1
RL
RL
• 高电平噪声容限UNH： UNH = USH - UON (0.6V)
• 低电平噪声容限UNL： UNL = UOFF - USL (0.4V)
• TTL典型值 UOH=3.6V UOL 0.3V
5
4. TTL与非门的改进
•有源泄放TTL与 非门电路 如右图所示， 由三极管VT6及 电阻R3、R6组成。 作用是加快了 VT5的导通和截 止的过程，提高 了与非门的开关 速度。
34
R1
+5V
R4
E
A B
E
D
R2
T1
T2
T3
T4
R5
L
T5
E---控制端
R3
35
截止 0 1 E
R1 D
+5V
R4
E
A B
R2
T1
T2
T3
T4
R5
L
T5
L AB
R3
36
导通 1 0 E
截止
R1 D
+5V
R4
E
A B
R2
T1
T2
T3
高阻态
10
前后级之间电流的联系
&
&
11
前级输出为 高电平时
+5V
R4
+5V 反偏
R1
R2 T3
T4
R5
T1
前级流出电流IOH（拉电 流），后级流入电流 IIH(≤50μA )
前级
后级
12
前级输出为 低电平时
R1
3k b1
+5V
R2
流入前级的电流IOL 约 1.4mA (灌电流)，输入 低电平电流IIL。
+5V
R1 3K
c1
T1
T2
T1
T5 R3
13
前级
后级
灌电流的计算
饱和
I OL
5 T5压降 T1的be结压降 R1
5 0 . 3 0 . 7 1.4mA 3
14
关于电流的技术参数
名称及符号 输入低电平电流 IIL 含义 输入为低电平时流入 输 入 端 的 电 流 -1 .4mA。 输入高电平电流 IIH 输入为高电平时流入 输入端的电流 50μ A。 当 IOL> IOL(max)时，输出 不再是低电平。 当 IOH >IOH(max)时， 输出 不再是高电平。
N O N OL I OL (max) / I IL
一般与非门的扇出系数为8～10。
18
• 输入端通过电阻R接地的情况 输入端 “1”,“0”？
A B C R1 3k b1
+5V
R4
R2
c1
T1 ui
T2
T3
T4
R5
L
T5
R
R3
19
R较小时
A B C
R1 3k b1
+5V
R2
A B C
c1
T1 ui
4.3R 1.8(V) 3 R
T2
T3
T4
R5
L
T5
R
R3
21
R临界=2.16K
(6) 开门电平UON ：额定负载下，保 证输出为标准低电平时的最小输 入电压值。产品规范值为1.8V (7) 关门电平UOFF ：保证输出为标准 高电平时对应的最大输入电压值。 产品规范值为0.8V • 悬空的输入端相当于接高电平。为 了防止干扰，可将悬空的输入端接高 电平。
R2
IIL1
c1
T1
T2
IOL IIL2
T5
R3
IIL3
前级
17
输出低电平时，后级流入的电流（灌电流）： IOL I IL1 I IL 2 输出高电平时，流出前级的电流（拉电流）：
IOH I IH1 I IH 2
由于IOL、IOH的限制，每个门电路输出端所 带门电路的个数，称为扇出系数。
L
&
L2
输出级
T5
L
T5 T5
&
L3
L=L1L2L3
28
L=L1L2L3?
UCC
RL
L1 L2 L3
29
L=0
L
任一导通
L=L1L2L3?
UCC
RL
L1 L2
L=1
F
所以： L=L1L2L3
全部截止
L3
30
VCC (nIOH ' NI IH )R C USH
R C max VCC U SH nIOH ' NI IH