第二章 逻辑门电路

• （2）放大状态：当VI为正值且大于死区电压时，三极 管导通。有 V V V
IB
I BE
Rb

I
Rb
• 此时，若调节Rb↓，则IB↑，IC↑，VCE↓，工作点沿着负 载线由A点→B点→C点→D点向上移动。在此期间，三极管 工作在放大区， 其特点为： IC＝βIB。 • 三极管工作在放大状态的条件为： 发射结正偏，集电结反偏
VIL VOL
VNL
0
4、扇入与扇出数： 1）扇入数： 取决于它的输入端的个数。 2）扇出数: MIN (NOH, NOL)
拉电流工作情况： 输出为高电平时，与 非门带拉电流负载
N OH
I OH （驱动门） I IH （负载门）
0 1
4
IIH II
L
输出为低电平时，与 灌电流工作情况： 非门带灌电流负载
0
T3 通
该与非门输 出低电平， 门 2 T3导通
集电极开路TTL“与非”门（OC门）
OC门的结构
当输入端全为高电 VCC 逻辑符号： 平时，T2、T3导通， A A A R 输出为低电平； L B B B 输入端有一个为 低 电 平 时 ， T2 、 输出逻辑电平： T3 截 止 ， 输 出 高 低电平0.3V 电 平 接 近 电 源 电 （5-30V） TTL与非门 高电平为VC 压VC。 OC门完成 集电极开路与非门（OC门） “与非”逻辑功 能
§2.3
CC
基本逻辑门电路
真值表
一、二极管“与门”及“或门”电路 A V (5V) 1、与门电路： 0 0 R 3k 0 A 1 L 1 B 1 C 1
A，B，C 任一为0V，其中一个 二极管导通，VL被钳制在0.7V
A，B，C全为高电压5V，二极
B 0 1 1 0 0 1 1
C 1 0 1 0 1 0 1
其中ts称为存储时间，tt称为渡越时间，tre=ts+tt称为反向恢复时间。 由于反向恢复时间的存在，使二极管的开关速度受到限制。
Vi
VF -VR
+ Vi _ RL
VF VD VF RL RL
IF
i
0.1IR
VR VD VR RL RL
-IR
ts:存储 时间
tt：渡越时间
二、产生反向恢复过程的原因 -----电荷存储效应
MOS集成逻辑门
3）按集成度分
SSI（100以下个等效门） MSI（<103个等效门） LSI （<104个等效门） VLSI（>104个以上等效门）
§2.1 二极管的开关特性
一、二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程.
通常把二极管从正向导通转为反向截止所经过的转换过程称为反向恢复过程。
给二极管电路加入一个方波信号，二极管电流的波形如图所示。
输出级：由T3、 T4组成推拉式输 出结构。具有较 强的负载能力， 提高工作速度。
输入端为低电平（0.2V) T1管发射结导通， 5V 0.9V 3.6V
Vb1 = Vi + Vbe1
= 0.2V+0.7V=0.9V 其它发射结均因反偏而截止。 此 时 ， Vb1=0.9V, 所 以 T2 、 T3 截止, VC2≈Vcc=5V, T4 ， D导通
T3存储电荷迅速从 集电极消散而截止
3、采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力
提高带负载能力 VO=VOL T3饱和,RO=T3 的饱和电阻（小）, 可驱动较大电流负载 T4截止,负载电流为Ic3，全驱动负载 VO=VOH T3截止 T4电压跟随器, RO小,输出电平
VC2 Ib4大
VC3
转折区 饱和区
五、TTL与非门电路
输入端全为高电平， T1倒置放大，T2，T3饱 和，输出为低电平 输入至少有一个为 低电平时，输出为高 电平 由此可见电路的输 出和输入之间满足 与非逻辑关系
A B C
ABC
六、TTL与非门的技术参数： 1、传输特性： 与TTL反相器类似 2、输入 和输出的高、低电压
0.2V
VO VCC Vbe4 VD
5-0.7-0.7=3.6V
2.1V 3.6V
输入端为高电平 T1:Vb1= Vbc1+Vbe2+Vbe5 = 0.7V×3 = 2.1V 发射结反偏而集电极正 偏.处于倒置放大状态 T2：饱和状态 T3：饱和状态， T4 ： Vc2=Vces2+Vbe3≈0.9V ， D,T4截止。 因此输出为逻辑低电 平VO = Vces3 =0.3V
二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程，实质上 是由于电荷存储效应所引起的，反向恢复时间就是存储 电荷消失所需要的时间。一般开关二极管的反向恢复时 间在纳秒（ns）数量级.
+
-
IR
VR VD VR RL RL
+
三、二极管的开通时间：
开通时间：二极管从截止转为正向导通所需的时间。这个 时间同反向恢复时间相比是很短的，它对开关速度的影响
F 0 0 0 0 0 0 1
逻辑表达式 L= A B C 逻辑符号：
管全截止，VL=+5V
规定：+5V为高电平并用逻辑1表示 0V，0.7V为低电平用逻辑0表示
A B C

L= A B C
2、或门电路：
A
B C
R 3k
真值表
L
A，B，C 任一为5V，其中一个 二极管导通，VL=5V A，B，C 全为低电压0V，二极管 全截止，VL=0V
（3）饱和状态：保持VI不变，继续减小Rb，当VCE ＝0.7V时，集电结 变为零偏，称为临界饱和状态，对应图（b）中的E点。
此时的集电极电流称为集电极饱和电流，用ICS表示，基极电流称为 基极临界饱和电流，用IBS表示，有:
I BS I CS


VCC RC
I CS
VCC - 0.7V VCC RC RC
很小，可忽略不计。
§2.2 BJT的开关特性
1．三极管的三种工作状态
+VCC RC iC Rb + VI － iB e
0.7V
1
iC VCC/RC ICS IB5 E D C B A VCC IB4 = IBS IB3 IB2 IB1 IB= 0 v
CE
b
c3 T
2
图 (a)
图 (b)
（1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压时，IB＝ICBO≈0，IC＝ ICEO≈0，VCE≈VCC，三极管工作在截止区，对应图（b）中的A点。 三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压。
低电平
vi
T
CL
放电
+ vo -
电路由VCC通过BJT放电。
带负载电容CL的BJT反相器
即，CL充电，放电 均需要一定的时间
故，器件内部和负载电容 的影响，使得BJT反相器 的开关速度不高。
二、TTL反相器的基本电路
输入级： 由 晶 体 管 T1 和基极电组 Rb1组成。
中间级:是放大级，由T2、 RC2和Re2组成，T2的集电 极C2和发射极E2可以分提 供两个相位相反的电压信 号驱动T4和T3。
稳定,带载强. 提高开关速度 输出接负载电容CL
VO由
VC2
L
比VC3
H
快
T2,T3饱和
截止
(Vc 2 Vc3 )
I b 4 很大
VO由 H
Vcc经Rc4，T4的饱和电阻对CL充电
小，上升快 小，下降快 L T3深度饱和呈低阻， CL放电
T4的c e间呈低阻
四、TTL反相器的传输特性：
电压传输特性
TTL“反相器输入电压VI与输出电压VO之间的关系曲线，即 VO = f（VI） 线 性 区 当 0.4V≤VI≤1.1V ， 截 止 b2 当 VI≤0.4V ， 0.7V≤V 区＜1.4V时，T2 导 Vb1≤1.1V时，T 、T3 截止， 通，T3 仍截止，V2C2 随Vb2 升 输出高电平VOH 、D使V 高而下降，经T3= 3.6V O 下 降
• 若再减小Rb，IB会继续增加，但IC已接近于最大值VCC/RC，不会再 增加，三极管进入饱和状态。饱和时的VCE电压称为饱和压降VCES， 其典型值为：VCES≈0.3V。
•
•
三极管工作在饱和状态的电流条件为：IB＞ IBS
电压条件为：集电结和发射结均正偏。
NPN型BJT截止、放大、饱和工作状态特点
pD---门电路的功耗. 一个逻辑门器件的DP的值愈小, 表明它的特性愈接近于理想情况
8 、 TTL集成门电路的封装
(a) 外封装图
(b)四个2输入端与非门 引脚分布图
14脚数字集成电路
六 .TTL或非门,集电极开路门和三态门电路.
1 、 TTL或非门.
A B全为低电平
R1B
T2A T2B截止，输 出为高电平
规定：5V为高电平用逻辑1表示 0V为低电平用逻辑0表示
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
L 0 1 1 1 1 1 1 1
逻辑表达式：
L = A+ B+ C
L A B C
L A B C A B C
逻辑符号： A B C 1 L = A+B+C
A B任一为高电平
A
T1A
T2A T2B
T1B B
L
T2A 或T2B饱和， T3饱和， 输出为低电平
L=
A B
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
L