第二章 集成逻辑门

合集下载
相关主题
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1.0
A
B
C
USL
0 0.5
D
E
2.0 3.0
UTH 1.5
uI/V
图2-2 TTL与非门电压传输特性
数 字 电 子 技 术 (3)转折区(CD段) CD 段,u I> 1.3V 继续上升,只要 u I稍有增加, T5 开 始饱和导通,输出电压uo 迅速降到0.3V,该段称为 转折区。 (4)饱和区(DE段)
输出逻辑电平: UOH(max) UOH(min)/ USH UOL(max)/ USL UOL(min) 有效的高电平输出 (逻辑 1) 无效输出 有效的低电平输出 (逻辑 0) + 5V +2.4V
输入逻辑电平: UIH(max) UIH(min)/UON 有效的高电平输入 (逻辑 1) 无效输入 有效的低电平输入 (逻辑 0) + 5V + 2V +0.8V + 0V
(1)输出电压为低电平 (2)输出电压为高电平 (3)扇出系数 N 0 注 求 N ≥8。
0
图பைடு நூலகம்-6 TTL与非门的输出特性(a) 输出电压为低电平 (b)输出电压为高电平
I Omax N0 I IS
N 0 越大,与非门的带负载能力越强,TTL集成门电路一般要
数 字 电 子 技 术
2.2.3 TTL逻辑门系列
三态输出与非门(高电平有效)的电路及逻辑符号
数 字 电 子 技 术
该三态输出与非门的真值表如表所示
三态输出与非门的真值表

EN
A
B
Y
1 1 1 1 0
0 0 1 1 X
0 1 0 1 X
1 1 1 0 高阻
数 字 电 子 技 术 如图所示为该三态输出门的电路及逻辑符号, EN 为控制端(低电平有效)。
(a) 两个OC门输出端并联的接法及逻辑图 (a)OC门输出端并联的接法
(b)
(b)逻辑图
数 字 电 子 技 术 (1)上拉电阻的计算 当所有的 OC门同时截止时,输出电压为高电平,如图 (a) 所示为 R 不应选得太大,所以可得 R 的 保证输出高电平不小于标准值U SH , L L ' V CC U SH 最大值为: RL (max) nIOH m IIH V ' CC 外接电源电压;
+0.4V UIL(max)/ UOFF +0V
UIL(min)
图2-3 TTL门电路的输入、输出有效电平
数 字 电 子 技 术
(1)标准输出高电平 U SH 和标准输出低电平U S L (2)开门电平电压UO N 和关门电平电压U O FF (3)阈值电压 UTH (4)输入端噪声容限 U NH 和U NL (5)平均传输延迟时间
数 字 电 子 技 术 如图所示是两个 OC门电路输出端并联的情况。根据TTL与非门 Y1=AB, Y2=CD,而且,现将Y1 的工作原理可知 和Y2 两条输出线直接接在一 Y1 = Y Y2 = AB · Y2 起,不难得出,Y和Y1、之间的逻辑关系为 CD 这种连 接方式称为“线与”,在逻辑图中用虚方框表示。
3.总结
综上所述,当电路输入端有一个或多个为低电平时,输 出为高电平;输入全为高电平时输出为低电平,符合 “与非”的逻辑要求,即逻辑表达式为 Y AB
数 字 电 子 技 术
2.2.2 TTL与非门的特性
外特性即电路在外部所表现的电压和电流特性 TTL与非门的主要电气特性 1.电压传输特性及参数 电压传输特性是指输出电压u o随输入电压u I 变 化的关系曲线,即
图2-7 抗饱和三极管
数 字 电 子 技 术
2.2.4 三态门(TSL)
三态输出门是在普通TTL与非门电路的基础上附加控 制电路而构成。是指电路除了输出高电平和低电平 两个状态以外,还有第三个状态即高阻状态(也称禁 止状态或失效态)。如图所示为三态输出与非门的电 路及逻辑符号,EN为控制端,也称使能端,A、B为 输入端,Y为输出端。其工作原理如下:
( a) (b ) 图2-5 TTL与非门输入负载特性 (a)外接电阻接地的电路 (b)TTL与非门输入负载特性
图2-4 TTL与非门的输入特性
数 字 电 子 技 术
3.输出特性及参数
TTL与非门的输出特性是指输 出电压随输出(负载)电流变 化的特性曲线,即 u0 f (i0 ) 曲线,其中 输出电流规定输 入电流为正方向。如图2-6 (a)、(b)所示。
2.2.5 集电极开路门
Y1)输出高电平,另 如图所示,在一个门( Y2)输出低电平时,将有一个很大的电 一个门( 流同时流经两个门的输出级,到导通门的T5管, 这个电流会远远超过正常的工作电流,不仅会 引起逻辑混乱,严重时还会因功耗过大使电路 烧坏。
TTL与非门直接并联





因此不允许把两个或两个以上的TTL门电路的输出端直接并 接在一起。为了能将两个或两个以上的TTL门电路的输出端 直接并接在一起,可以采用集电极开路的与非门,简称为 (Open Collector Gate)OC门。 如图(a)、(b)所示为OC门的电路结构及逻辑符号。
数 字 电 子 技 术
2.2.1 TTL与非门的工作原理
典型的TTL与非门电路如图2-1所示。
图2-1
典型的TTL与非门的电路
数 字 电 子 技 术
1.电路结构
图2-1是CT54/74H系列与非门的典型电路。它由输入级、 中间级和输出级三个部分组成。
2.工作原理
TTL与非门有两种工作模式,即输入有低电平时输出为 高电平;输入全为高电平时输出为低电平
技能目标


数 字 电 子 技 术
2.1 概述
逻辑门电路的定义
能够实现各种逻辑运算的单元电路通称为逻辑门电路
逻辑门电路按电路结构不同分以下二种
1:分立元件门电路 2:集成门电路
集成门电路按内部有源器件的不同分为两大类
一类是双极型晶体管集成电路, 另一类是单极型MOS集成电路
2.2 TTL集成逻辑门
I OH
是每个OC门输出级三极 管截止时的漏电流
I IH是负载门每个输端的
高电平输入电流
(a)OC门上拉电阻的最大值 OC门上拉电阻的计算
数 字 电 子 技 术 当OC门中只有一个输出级三极管导通时,输出电压为低电平,如图 (b)所示。 这时,负载电流全部流入导通的那一个OC门,为确 保流入导通的OC门电流不致超过最大允许的电流I LM ,则 R L不应选得 太小,所以可得 RL的最小值为: V U SL RL (min) CC I LM m ' I IL 综合以上两种情况, R L的选取应 满足下式:
TTL 是晶体管-晶体管逻辑电路的英文缩写,在双极型 集成逻辑门电路中应用最为广泛。其符号构成如下: CT 54/74 LS 00 C P ① ② ③④⑤⑥ ① 产品制造单位:CT为中国制造的TTL型;SN为美 国TI公司制造。 ② 国际通用系列:54系列为军品;74系列为民品。 ③ 系列规格:空白为标准系列;H为高速系列;S为 肖特基系列;LS为低功耗肖特基系列;AS为先进的肖 特基系列;ALS为先进的低功耗肖特基系列。其中, LS系列的功耗-延迟积很小,性能优良,品种多,价格 便宜,是TTL集成电路的主要产品。 ④ 功能编号。如7400为四个2输入与非门。 ⑤ 温度:C在74系列中出现,为0~70℃;M为54系 列中出现,为-55~125℃。 ⑥ 封装形式:D为多层陶瓷双列直插封装;J为黑瓷 低熔玻璃双列直插封装;P为塑料双列直插封装;F为 多层陶瓷扁平封装。
1.CT54/74系列 CT54/74系列相当于旧型号CT1000系列,为标准型(基本型)系列
2.CT54/74H系列 CT54/74H系列相当于旧型号的CT2000系列,为高速系列。 3.CT54/74S系列 CT54/74S系列相当于旧型号 CT3000系列,又称STTL系列, 为肖特基系列。 4.CT54/74LS系列
R
(b)OC门上拉电阻的最小值
L(min)

R L< R L(max)
注意 一般为了减少负载电流的 影响, R L值应选接近R L(min)的值。






(2)OC门的应用
1)实现“线与”功能 2)实现电平转换 3)用做驱动器
+10V
+VCC
RC A B
& TTL &
R A

Y
COMS
B
OC门驱动发光二极管
OC门实现电平转换
数 字 电 子 技 术
2.3
MOS集成逻辑门
1:MOS逻辑门电路是继TTL之后发展起来的另一种被 广泛应用的数字集成电路
2:MOS属于单极性集成电路,它包括由NMOS管组成 的NMOS电路,由PMOS管组成的PMOS电路以及由这 两种管子组成的互补MOS电路,即CMOS电路。
2.3.1 CMOS反相器
如图2-2所示,给出了TTL与非门电压传输特性曲 线。该曲线大致可以分为四个区域。
数 字 电 子 技 术 (1)截止区(AB段) AB 段, u< I 0.6V ,这时 T1 饱和导通, u B1 V,T2和T5都截止,T3、 所以 <1.3 o/V T4 导通,输出高电平 3.4V 。在 TTL u USH 电路中通常用 T5 的状态表器件的状 3.0 态,因此该段称为截止区。 2.0 (2)线性区(BC段) BC 段, 0.6V < u< 1.3V ,这时 T1 仍 I 处于正向饱和导通, T2 开始导通, 并工作在放大区,因为 u I<1.3V, 所以T5依然截止T2集电极电压u C 2 及 uo 随 u I 的上升而线性下降,因此 该段称为线性区。
数 字 电 子 技 术
第二章
本章内容
集成逻辑门
概述 TTL集成逻辑门 MOS集成逻辑门 集成逻辑门电路的使用 集成逻辑门电路应用举例
本章要点


了解CMOS、TTL集成逻辑门电路的工作原理、外 特性。 理解TTL参数的意义。 掌握线与的概念。 熟悉各种门电路的功能。 掌握各种门电路的应用。 会用波形图分析电路。 能够对CMOS、TTL集成逻辑门电路外特性参数进 行测量。 掌握集成逻辑门电路的使用。 掌握OC门负载电阻的计算。
tpd
数 字 电 子 技 术
2.输入特性及参数
TTL 与非门的输入特性是指输入电 压u 和输入电流 i I的关系曲线,也称 I 输入伏安特性。典型的输入特性如 图2-4所示。图中输入电流以 i I 流入输入端为正方向。 (1)输入端有低电平时 (2)输入端全为高电平时
如图2-5(a)所示。输入端所接 电阻Ri 变化时引起的输入电压变 化的曲线称为输入负载特性,
u I 1.4V ,这时 u B约为 DE 段,> 2.1V ,所以 T2 和 T5 同时处于 1 导通状态,T3、T4截止。虽然 u I继续升高,但uo为低电平 0.3V不再变化,该段称为饱和区。
由电压传输特性可得TTL与非门相应的参数
TTL门电路的输入、输出有效电平如图2-3所示。可见在 实际TTL门电路中高低电平的大小是允许在一定范围 内变化的。
1)电路结构
如图所示的是CMOS反相器的基本 电路结构为有源负载反相器。
2)工作原理
CMOS反相器电路
数 字 电 子 技 术
2.3.2 CMOS逻辑门的特性
三态输出与非门(低电平有效)的电路及逻辑符号
注意:三态电路仍是二值逻辑电路,高阻状态并无 逻辑值,仅表示电路与其它电路无关联而已。
数 字 电 子 技 术
2)三态门的应用
三态门的一个重要用途就是实现多个数据或控制信号 的总线( BUS )传输,如图所示。
数据总线
EN


EN
A1 B1 EN1
A2 B2 EN2
(a) (b) 集电极开路与非门的电路和图形符号 (a)集电极开路与非门的电路 (b)图形符号
数 字 电 子 技 术
OC门的电路特点:是输出管T5的集电 极开路,故有集电极开路门之称。这 种门电路使用时需要外接负载电阻 RL(负载电阻又称作上拉电阻),来 代替普通TTL与非门的T3、T4。在电 路正常工作时,上拉电阻RL须接通电 源。所以只要上拉电阻的阻值和电源 电压的数值选择得当,就既能保证输 出的高、低电平符合要求,而且不会 使三极管的负载电流过大而烧坏。
A3 B3 EN3
三态门的总线应用 用三态门实现数据的双向传输
另外,利用三态门还可以实现数据的双向传输,如图所示。
当EN=1时,G1工作,G2处于高阻状态,则数据D0经门G1反相送到数据总线上;当 EN=0时,G1处于高阻状态,G2工作,则总线上的数据由门G2反相后在D1端输出。

EN
数 字 电 子 技 术
相关文档
最新文档