典型TTL与非门工作原理

基本逻辑门的基本结构、工作原理以及外部特性
一、ttl 与非门
*输入级由多发射极晶体管 t 1 和基极电组 r 1 组成,它实现了输入变量 a 、 b 、 c 的与运算
* 中间级是放大级,由 t 2 、 r 2 和 r 3 组成, t 2 的集电极 c 2 和 发射极 e 2 可以分提供两个相 位相反的电压信号
* 输出级:由 t 3 、 t 4 、 t 5 和 r 4 、 r 5 组成 其中 t 3 、 t 4 构成复合管,与 t 5 组成推 拉式输出结构。具有较强的负载能力
ttl与非门工作原理
*输入端全为高电平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:vc2 = vces2 + vbe5≈1v,使t3导通,ve3 = vc2-vbe3 = 1-0.7≈0.3v,使t4截止。t5:深饱和状态,因此输出为逻辑低电平vol = 0.3v3 .6v
ttl与非门工作速度
存在问题: ttl 门电路工作速度 相对于mos较快,但由于当输出为低电平时t 5 工作在深度饱和状态,当输出由低转为高电平,由于在基区和集电区有存储电荷不能马上消散,而影响工作速度 。
改进型ttl与非门
可能工作在饱和状态下的晶体管t1、t2、t3、t5都用带有肖特基势垒二极管(sbd)的三极管代替,以限制其饱和深度,提高工作速度
*增加 有源泄放电路
1 、提高工作速度 减少了电路的开启时间 缩短了电路关闭时间
2 、 提高抗干扰能力 t 2 、 t 5 同时导通,因此电压传输特性曲线过渡区变窄,曲线变陡,输入低电平噪声容限 v nl 提高了 0.7v 左右
ttl “ 与非 ” 门的外特性及主要参数
· 电压传输特性
ttl “ 与非 ” 门输入电压v i 与输出电压v o 之间的关系曲线,即 v o = f(v i )
* 截止区 当v i ≤0.6v,v b1 ≤1.3v时,t 2 、t 5 截止,输出高电平v oh = 3.6v
* 线性区当0.6v≤v i ≤1.3v,0.7v≤v b2 <1.4v时,t 2 导通,t 5 仍截止,v c2 随v b2 升高而下降,经t 3 、t 4 两级射随器使v o 下降
ttl “ 与非 ” 门的外特 性及主要参数
· 抗干扰能力
关门电平 v off : 保证输出为标准高电平 v sh 的 最大 输入 低 电平值
开门电平 v on : 保证输出为标准低电平 v sl 的 最小 输入高电平值
低电平噪声容限 v nl : v nl= v off - v sl
高电平噪声容限 v nh : v nh= v sh - v on
· 输入特性
输入电流与输入电压之间的关系曲线,即 i i = f ( v i ) ( 假定输入电流 i i 流入 t 1 发射极时方向为正,反之为负 )
1. 输入短路电流 i sd (也叫输入低电平电流 i il ) 当 v il = 0v 时由输入端流出的电流
( 前级驱动门导通时, i il 将灌 入前级门,称为灌电流负载 )
2. 输入漏电流 i ih (输入高电平电流)
指一个输入端接高电平,其余输入端接低电平,经该输入端流入的电流。约 10 μa 左右
· 扇入系数n i 和扇出系数n o
1. 扇入系数n i 是指合格的输入端的个数
2. 扇出系数n o 是指在灌电流(输出低电平)状态 下驱动同类门的个数。
其中i olmax 为最大允许灌电流,,i il 是一个负载门灌入本级的电流(≈1.4ma)。no越大,说明门的负载能力越强
· 平均传输延迟时间t pd
导通延迟时间tph:l输入波形上升沿的50%幅值处到输出波形下降沿50% 幅值处所需要的时间
截止延迟时间t plh : 从输入波形下降沿50% 幅值处到输出波形上升沿50% 幅值处所需要的时间,
平均传输延迟时间t pd: