第七章脉冲波形的产生与处理电路 7.4门电路 7.4.1二极管构成的简单逻辑门 V(+5V) A。 R A。 B °D。Y B C。 D3 C3。Y 5V 5V R V(0) 1 清华大学电子工程系李 第七章-7.4门电路 7.4.2TTL与非门 7.t与非门的工作原理2 R+5 (1)组成 KT2 一:T1、R1,输入级 T多发射极,“与” 二:T2、R2、T6、R3、R6 R0.r T2:放大、分相 三:T3、T、T、RR静态:iVB)R-mA 推挽输出级 T3:电平移动 ∴t2饱和v2≈1V (2)A=B=C=1(3.6V时 T3v3≈0.3V T:c,t2je,tsJe√ T2提供足够的igs∴T饱和 vo=0.3V,∴t4x,且Vbe40V :Je×∴倒置放大 T饱和(3=300,R6=200) Y=v1=0 1
1 1 清华大学电子工程系李冬梅 7.4 门电路 V(+5V) R A Y B C D1 D2 D3 0V 5V -V(0V) R Y A B C D1 D2 D3 0V 5V 7.4.1 二极管构成的简单逻辑门 第七章 脉冲波形的产生与处理电路 2 清华大学电子工程系李冬梅 (1) 组成 一：T1、R1，输入级 T1：多发射极，“与” 二：T2、R2、T6、 R3、R6， 中间级 T2： 放大、分相 三：T3、T4、T5、 R4、R5 推挽输出级 T3：电平移动 7.4.2 TTL与非门 7.4.2.1 TTL与非门的工作原理 A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R4 R3 R6 R5 T6 VCC (+5V) Y (v0) (2) A＝B＝C＝1 (3.6V)时 T1: Jc, T2: Je, T5: Je √ VB5=0.7V, VB2=1.4V, VB1=2.1V T1: Je × ∴ T1倒置放大 静态： iB1=(VCC-VB1)/R1≈1mA ∴ T2饱和 vC2 ≈ 1V ∴ T3 √ vE3 ≈ 0.3V T2提供足够的iB5, ∴ T5饱和 vO= 0.3V, ∴ T4 × ,且VBE4= 0V T6饱和（R3=300,R6=200) ∴ Y=VL=0 第七章 -7.4 门电路
第七童-7.4-7.4.2TTL与非门 7.4.2.1TTL与非门的工作原理(续) (3)输入至少有一个为低时 设A=0(0.3V); V B=C=1(3.6V) VB=Vt2、T5、T6 OR, R.(+5V) 认为T集电极C接Rc→∞ T T3 ∴T深度饱和 T Y 忽略R2压降 VE3 Vcc-YBE3-4.3V R34UR UR, ∴y=13.6 =ABC 3 第七童-7.4-7.4.2TTL与非门 7.4.2.2TTL与非门特性与参数 1.动态特性(速度) (1)平均传输延迟时间t 50% PLH v 50% + 2 2
2 3 清华大学电子工程系李冬梅 (3) 输入至少有一个为低时 设A＝0 (0.3V); B=C=1 (3.6V) VB1=1V ∴ T2 、T5、 T6 × 认为T1集电极C接Rc→∞ ∴ T1深度饱和 忽略R2压降 VE3 ≈ VCC-VBE3 = 4.3V vO = VE3-VBE4 = 3.6V ∴ Y= 1 (3.6V) ∴ A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R4 R3 R6 R5 T6 VCC (+5V) Y (v0) Y = ABC 第七章 -7.4－7.4.2 TTL与非门 7.4.2.1 TTL与非门的工作原理（续） 4 清华大学电子工程系李冬梅 vI vO tpHL tpLH 50% 50% 7.4.2.2 TTL与非门特性与参数 2 pHL pLH pd t t t + = 1．动态特性（速度） (1) 平均传输延迟时间tpd 第七章 -7.4－7.4.2 TTL与非门
第七章一晶体管的开关特性 晶体管(BJT)开关特性 R 临界饱和状态 截止状态 饱和状态 Ics=blas vI N)A/B(P)C(N 放大区 饱和区 Ie正偏、Jc反偏 evQ Je、Jc正偏 饱和深度 idLiB ICE IB N=-3 =(VCC-VCES Ro x 饱和越深 Je截止区J Q,越大 c反偏 (2)加速措施 A用T实现与逻辑(多发射极r口R2 当由全高输入 个(或几个)突变为低: (va) T1:由倒置状态正向放大状态 R口R。DR 产生较大i;=B1m1-T2迅速脱离饱和 T2截止 T3、T导通 工、L的4战地和速度加快一工截止 B.采用T4T同类管作推挽输出 vo从高→低 o从低→高一T5x、T4 =-cs=g大 io=i4Ro小=R0C1小一l C1放电快
3 5 清华大学电子工程系李冬梅 x =0 x = w x 晶体管(BJT)开关特性 vO T RB vI RC VCC + _ + _ i c E (N) B (P) C (N) Je Jc ① ② ③ ④ Qb Qbs 截止区 Je、Jc反偏 放大区 Je正偏、Jc反偏 iC=β iB 饱和区 Je、Jc正偏 iC=ICS =(VCC-VCES)/ RC 临界饱和状态 vBC=0 ICS=β IBS B BS i ≥ I 饱和深度: BS B I i N = N越大， 饱和越深， Qbs越大 第七章－晶体管的开关特性 截止状态: 饱和状态： A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R4 R3 R6 R5 T6 VCC (+5V) Y (v0) (2) 加速措施: A. 用T1实现与逻辑（多发射极T1） B. 采用T4、T5同类管作推挽输出 当由全高输入 一个（或几个）突变为低： T1：由倒置状态 产生较大iC1=β1iB1 正向放大状态 T2迅速脱离饱和 T2截止 T3、T4导通 iC5瞬间↑ T5脱离饱和速度加快 T5截止 T2 、T5的 tS↓↓ vO的tr↓ vO从低→高 T5 × 、T4 √ iO=iE4 RO小 ROCL小 tr↓ vO从高→低 T4 × 、T5 √ iO= -iC5= βiB5大 CL放电快 tf ↓ CL
CTR、R组成分流抗饱和网络 R R,O T2从截止→饱和: T 由于R3的存在 i2大部分注入T基极 4 R T饱和快 同时,当T6饱和后 对i2分流 l=T饱和变浅。t I2从饱和→截止 T基极的Q通过T泄放 T快速截止 2.传输特性(抗干扰能力) (1)输出高电平ⅤoH IR, OR R0(+5v Tsx;T4√ 典型3.6V,Vomm=24V LT (2)输出低电平VoL Tsv RR口R 典型0.3V(与负载有关) (3)输入开门电平oN (4)输入关门电平N州的Vmb多< 额定R1,使V=VoLm时的Ⅴ 额定R1,使 Vo=V (5)噪声容限电压 off OLma OLma 低电平噪声容限电压 高电平噪声容限电压
4 A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R4 R3 R6 R5 T6 VCC (+5V) Y (v0) C. T6、R3、R6组成分流抗饱和网络 •T2从截止→饱和： 由于R3的存在 iE2大部分注入T5基极 T5饱和快 ton↓ 同时，当T6饱和后 对iE2分流 iB5↓ T5饱和变浅 tS↓ •T2从饱和→截止： T5基极的Qbs通过T6泄放 T5快速截止 (1) 输出高电平VOH T5 ×; T4 √ 典型3.6V, VOHmin=2.4V 2．传输特性（抗干扰能力） A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R4 R3 R6 R5 T6 VCC (+5V) Y (v0) VOH VOL VOLmax VOHmin VoffVon VI VO VOLmax VOHmin VNL VNH (2) 输出低电平VOL T5 √; T4 × 典型0.3V(与负载有关） VOLmax=0.4V (3) 输入开门电平VON 额定RL, 使VO=VOLmax时的VI =Von (4) 输入关门电平VOFF 额定RL, 使VO=VOHmin时的VI=Voff (5) 噪声容限电压 VNL=Voff -VOLmax ----低电平噪声容限电压 VNH=VOHmin -Von ----高电平噪声容限电压
3.负载特性(带负载能力) 当vo=Vo时,拉电流负载; OR,OR, i个,R压降个,Vom 当vo=Vo时,灌电流负载 R ic个,当不满足s>l 保证Vo状态。T饱和越深,N越大 第十童74-74,2T与非门 74.22TTL与非门特性与参数(续) 4.功耗 CO (1)静态功耗 (2)动态功耗 IR, OR, 7423OC门与三态门 1.OC门( open collector) (v) 实现“线与” R 2.三态门 常用于数据总线结构中 5
5 z 当vO=VOH时，拉电流负载； iO = iE4 iE4↑, R4压降↑ ，VOH↓ z 当vO=VOL时，灌电流负载。 iO = - iC5 iC5↑, 当不满足iC5 > I O IL B5 ∴ N I < βi 保证VOL状态。T5饱和越深，NO越大 (1) 输入低电平电流IIL 作为前级的灌电流负载 (较大） (2) 输入高电平电流IIH 作为前级拉电流负载（较小） (3) 扇出系数NO（能带多少同类门） 10 清华大学电子工程系李冬梅 4．功耗 (1) 静态功耗 (2) 动态功耗 7.4.2.3 OC门与三态门 1．OC门（open collector) 实现“线与” 7.4.2.2 TTL与非门特性与参数（续） 第七章 -7.4－7.4.2 TTL与非门 A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R4 R3 R6 R5 T6 VCC (+5V) Y (v0) 2．三态门 常用于数据总线结构中
第土章74-742T与非门 7422TTL与非门特性与参数(续) 4.功耗 1)静态功耗 DR, OR R (2)动态功耗 7423OC门与三态门 1.OC门( open collector) 实现“线与” EN R,D OROR 2.三态门 常用于数据总线结构中 第士童-74门电路 744CMOs门电路 反相器(非门) 与非门 门 三态门 6
6 11 清华大学电子工程系李冬梅 4．功耗 (1) 静态功耗 (2) 动态功耗 7.4.2.3 OC门与三态门 1．OC门（open collector) 实现“线与” 7.4.2.2 TTL与非门特性与参数（续） 第七章 -7.4－7.4.2 TTL与非门 A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R4 R3 R6 R5 T6 VCC (+5V) Y (v0) EN 2．三态门 常用于数据总线结构中 12 清华大学电子工程系李冬梅 7.4.4 CMOS门电路 第七章 -7.4 门电路 OD门 三态门
算七章-74门电路 744CMos门电路(续) 特点: 抗干扰能力强 阈值电压≈VD/2,噪声容限大 电源电压范围宽 功耗低 负載能力 第士童-74门电路· 74.5门电路在使用中的问题 1.门电路输出端不能直接 接地或电源 2.TTL门的输入负载特性 关门电阻Rm RR。,则v=Vou T3 3.门的阑值电压v山 长T2 TTL:vh≈1.4v R R. OR, TS CMOS:VtsⅤD/2
7 13 清华大学电子工程系李冬梅 7.4.4 CMOS门电路（续） 第七章 -7.4 门电路 特点： z 抗干扰能力强 z 阈值电压≈VDD/2,噪声容限大 z 电源电压范围宽 功耗低 负载能力 14 清华大学电子工程系李冬梅 7.4.5 门电路在使用中的问题 1．门电路输出端不能直接 接地或电源 2．TTL门的输入负载特性 VOH VOL VOLmax VOHmin VoffVon VI VO VOLmax VOHmin VNL VNH 关门电阻Roff RRon, 则vO=VOL 3．门的阈值电压Vth TTL: Vth≈1.4V CMOS: Vth ≈VDD/ 2 A B C T1 R1 R2 T2 T3 T4 T5 R4 R3 R6 R5 T6 VCC (+5V) Y (v0 ) R 第七章 -7.4 门电路