数字电路与逻辑设计 教学课件 作者 邹虹 第2章-逻辑门电路.ppt

《数字电路与逻辑设计 教学课件 作者 邹虹 第2章-逻辑门电路.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第2章逻辑门电路晶体三极管反相器2.1TTL集成逻辑门2.2MOS集成门2.42.1晶体三极管反相器实现非逻辑关系的电路称为非门，也称反相器。2.1.1晶体三极管反相器的工作原理当晶体三极管反相器的输入电压VI为低电平VIL时，晶体三极管T截止。电路的输出电压VO≈VCC，即电路输出高电平VOH。当电路的输入电压VI为高电平VIH时，若电路中元件参数选择合理，则晶体三极管处于饱和状态，输出电压VO＝Vces＝0.3V，即电路输出为低电平VOL。从以上讨论可知，此电路完成了输入电压VI和输出电压VO反相的逻辑功能，即VO=VI，故称为反相器，也叫非门电路。(1)当输入电压为低电平

2、VIL时，检查电路的截止工作条件。反相器的截止工作条件为2.当输入电压为高电平VIH时，检查电路的饱和工作条件。反相器的饱和工作条件：2.1.2．晶体三极管反相器输出波形的改善(a)电路(b)瞬态特性图2-3晶体三极管反相器瞬态特性作用输出电压波形失真的原因是，晶体三极管本身从截止状态转换到饱和状态，或者从饱和状态转换到截止状态，不仅存在开通时间和关断时间，还存在容性负载和分布电容的影响。①上升延迟时间trdtrd是输入电压VI从高电平跳变到低电平时刻开始，到输出电压VO从低电平上升到0.1VOH所需的时间。也就是晶体三极管从饱和过渡到临界饱和所需的时间。它取决于晶体三极管

3、的饱和深度以及基极反向驱动电流。②上升时间trtr是指输出电压VO从0.1VOH上升到0.9VOH所需的时间，即晶体三极管从脱离饱和过渡到截止所需的时间。trd＋tr＝ton，ton称为开通时间。③下降延迟时间tfdtfd是输入电压VI从低电平跃跳到高电平时刻开始，到输出电压从VOH下降到0.9VOH所需的时间。④下降时间tftf是指输出电压从0.9VOH下降到0.1VOH所需的时间。tfd＋tf＝toff，toff称为关断时间。为了改善反相器的瞬态特性，提高工作速度，通常还可采取如下两种措施。(1)采用加速电容如图2-2(a)所示反相器的R1两端并联。（2）采用钳位电路

4、2.1.3晶体管反相器的负载能力反相器的负载能力，是指在输出规定的高、低电平的前提下，电路所能承受的最大负载电流。当反相器处于饱和状态时，负载电流可以流进反相器，称为灌电流负载，用IOL表示；当反相器处于截止状态时，负载电流可从反相器流出，称为拉电流负载，用IOH表示。1．灌电流负载(1)反相器处于饱和状态时，其输出电压VO为低电平。讨论反相器带灌流负载能力，主要是讨论输入高电平，输出为低电平时，流入反相器输入端的电流以不破坏晶体三极管饱和时的情况。2．拉电流负载(1)反相器处于截止状态时综上所述，讨论反相器带拉流负载能力，主要是讨论输入低电平，输出为高电平时的情况。2.2TTL集

5、成逻辑门其中，54系列用于军用市场，74系列用于民用市场。主要是电源范围和工作环境温度范围不同。54系列电源范围为4.50～5.50V，工作温度范围为－55～＋125℃，74系列的电源范围为4.75～5.25V，工作温度范围为0～70℃。TTL具有低价格、高速度、高可靠性和良好输出驱动能力的优点。系列名称符号特性标准通用型74标准功耗和速度低功耗型74L功耗是标准系列的1/10,速度低于标准系列高速型74H速度高于标准系列,功耗大于标准系列肖特基型74S速度比标准系列快3倍,功耗大于标准系列低功耗肖特基型74LS速度与标准系列相同,功耗是标准系列的1/5先进肖特基型74AS速度

6、比标准系列快10倍,功耗低于标准系列先进低功耗肖特基型74ALS速度比标准系列快2倍,功耗是标准系列的1/10快速型74F速度比标准系列快近5倍,功耗低于标准系列表2-1TTL逻辑系列2.2.1．TTL与非门的典型电路及工作原理1.电路结构电路由输入级、中间级和输出级三部分组成。2.基本工作原理（1）TTL工作在关态（截止态）当输入信号A、B、C中至少一个为低电位（0.3V）时:VO=VOH=VCC–VR2–VBE3–VD4=5V－0.7V－0.7V=3.6V实现了输出高电平，此时TTL工作在关态，也称截止态。（2）TTL工作在开态（饱和态）输出电压Vo为VO=VOL=VCES4=

7、0.3V实现了输出低电平，此时TTL工作在开态，也称饱和态。通过以上分析可知，当输入信号中至少一个为低电位，即VI=ABC=VIL时，输出高电平，即VO=VOH；当输入信号全部为高电位时，即VI=ABC=VIH时，输出低电平，即VO=VOL。说明电路实现了与非门的逻辑关系，即3.带负载能力和工作速度的分析（1）带负载能力推拉式输出电路的主要作用是提高了带负载能力。（2）工作速度的分析TTL与非门的一个重要特点是采用多发射极晶体管来提高工作速度。2.2.2TTL与非门的