数字逻辑电路教案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、2-1 经典经典TTL与非门工作原理与非门工作原理2-2 其它类型其它类型TTL门电路门电路2-3 ECL集成逻辑门集成逻辑门2-4 I2L集成逻辑门集成逻辑门2-5 MOS集成逻辑门集成逻辑门2-6 接口问题接口问题小结小结内容概述内容概述第1页TTL与非门与非门TTL与非门工作原理与非门工作原理TTL与非门工作速度与非门工作速度TTL与非门外特征及主要参数与非门外特征及主要参数第2页三态逻辑门(三态逻辑门(TSL)集电极开路集电极开路TTL“TTL“与非与非”门(门(OCOC门)门)第3页ECL“ECL“或或/或非或非”门电路门电路ECLECL门主要优缺点门主要优缺点第4页I I2 2 L
2、 L基本单元电路基本单元电路I I2 2 L L门电路门电路I I2 2 L L主要优缺点主要优缺点第5页NMOSNMOS反相器反相器NMOSNMOS门电路门电路CMOSCMOS门电路门电路第6页TTLTTL与与CMOSCMOS接口接口CMOS CMOS 与与TTLTTL接口接口第7页内容概述内容概述集集成成逻逻辑辑门门双极型集成逻辑门双极型集成逻辑门MOS集成逻辑门集成逻辑门按器件类型分按器件类型分PMOSNMOSCMOS按集成度分按集成度分SSI(100以下以下个等效门)个等效门)MSI(10103 3个等效门)个等效门)LSI(10104 4个等效门)个等效门)VLSI(10104 4个
3、以上等效门)个以上等效门)本章内容本章内容基本逻辑门基本结构、工作原理以及外部特征基本逻辑门基本结构、工作原理以及外部特征TTL、ECLI2L、HTL第8页TTLTTL与非门电路与非门电路输输入入级级由由多多发发射射极极晶晶体体管管T1和和基基极极电电组组R1组组成成,它它实实现现了了输输入入变变量量A、B、C与运算与运算输出级:由输出级:由T3、T4、T5和和R4、R5组成组成其中其中T3、T4组成复合管,与组成复合管,与T5组成推组成推拉式输出结构。含有较强负载能力拉式输出结构。含有较强负载能力返回返回中间级是放大级,由中间级是放大级,由T2、R2和和R3组成,组成,T2集电极集电极C2和
4、发和发射极射极E2能够分提供两个相位能够分提供两个相位相反电压信号相反电压信号第9页TTLTTL与非门工作原理与非门工作原理 输输入入端端最最少少有有一一个个接低电平接低电平0.3V3.6V3.6V1V3.6VT T1 1管管:A:A端端发发射射结结导导通通,V Vb1b1 =V VA A +V Vbe1be1 =1V1V,其其它它发发射射结结均均因因反反偏偏而截止而截止.5-0.7-0.7=3.6VV Vb1b1 =1V,=1V,所所以以T T2 2、T T5 5截止截止,V,VC2C2Vcc=5V,Vcc=5V,T T3 3:微饱和状态。微饱和状态。T T4 4:放大状态。放大状态。电路输
5、出高电平为:电路输出高电平为:5V返回返回第10页 输入端全为高电平输入端全为高电平3.6V3.6V2.1V0.3VT T1 1:V:Vb1b1=V Vbc1bc1+V+Vbe2be2+V+Vbe5 be5=0.7V3=2.1V=0.7V3=2.1V所所以以输输出出为为逻逻辑辑低低电电平平V VOLOL=0.3V=0.3V3.6V发射结反偏而集电发射结反偏而集电极正正偏偏.处于倒置放大状态处于倒置放大状态T T2 2:饱和状态:饱和状态T T3 3:V Vc2c2 =V Vces2ces2 +V Vbe5be51V1V,使使T T3 3导导通通,V Ve3e3 =V Vc2c2-V-Vbe3b
6、e3 =1-1-0.70.3V0.70.3V,使,使T T4 4截止截止。T T5 5:深饱和状态,:深饱和状态,返回返回TTLTTL与非门工作原理与非门工作原理第11页返回返回 输输入入端端全全为为高高电电平平,输出为低电平输出为低电平 输输入入最最少少有有一一个个为为低低电电平平时时,输输出出为为高高电平电平由由此此可可见见电电路路输输出出和和输输入入之之间间满满足足与与非逻辑关系非逻辑关系T T1 1:倒置放大状态倒置放大状态T T2 2:饱和状态:饱和状态T T3 3:导通状态:导通状态T T4 4:截止状态:截止状态T T5 5:深饱和状态:深饱和状态T T2 2:截止状态:截止状态
7、T T3 3:微饱和状态:微饱和状态T T4 4:放大状态:放大状态T T5 5:截止状态:截止状态TTLTTL与非门工作原理与非门工作原理第12页TTLTTL与非门工作速度与非门工作速度存存在在问问题题:TTL门门电电路路工工作作速速度度相相对对于于MOSMOS较较快快,但但因因为为当当输输出出为为低低电电平平时时T T5 5工工作作在在深深度度饱饱和和状状态态,当当输输出出由由低低转转为为高高电电平平,因因为为在在基基区区和和集集电电区区有有存存放放电电荷荷不不能能马上消散,而影响工作速度马上消散,而影响工作速度。改进型改进型TTLTTL与非门与非门 可可能能工工作作在在饱饱和和状状态态下
8、下晶晶体体管管T1、T2、T3、T5都都用用带带有有肖肖特特基基 势势 垒垒 二二 极极 管管(SBD)三三极极管管代代替替,以以限限制制其其饱饱和和深深度度,提升工作速度提升工作速度返回返回第13页返回返回改进型改进型TTLTTL与非门与非门 增加增加有源泄放电路有源泄放电路1、提升工作速度、提升工作速度由由T6、R6和和R3组成组成有源泄放电路来代有源泄放电路来代替替T2射极电阻射极电阻R3降低了电路开启时间降低了电路开启时间缩短了电路关闭时间缩短了电路关闭时间2、提升抗干扰能力提升抗干扰能力T2、T5同同时时导导通通,所所以以电电压压传传输输特特征征曲曲线线过过渡渡区区变变窄窄,曲曲线线
9、变变陡陡,输输入入低低电电平平噪噪声声容容限限VNL提提升升了了0.7V左左右右第14页TTL“TTL“与非与非”门外特征及主要参数门外特征及主要参数 电压传输特征电压传输特征TTL“TTL“与与非非”门门输输入入电电压压V VI I与与输输出出电电压压V VO O之之间间关关系系曲曲线线,即即 V VO O=f=f(V VI I)截截 止止 区区 当当 V VI I0.6V0.6V,V Vb1b11.3V1.3V时时,T T2 2、T T5 5截截止止,输出高电平输出高电平V VOH OH=3.6V=3.6V线线 性性 区区 当当 0.6VV0.6VVI I1.3V1.3V,0.7VV0.7
10、VV b2b21.4V1.4V时时,T T2 2导导通通,T T5 5仍仍截截止止,V VC2C2随随V Vb2b2升升高高而而下下降降,经经T T3 3、T T4 4两两级级射随器使射随器使V VO O下降下降转折区转折区饱和区饱和区返回返回第15页VoffVSHVonVSLTTL“TTL“与非与非”门外特门外特征及主要参数征及主要参数 抗干扰能力抗干扰能力关门电平关门电平V OFF:确保输出为标准高电平确保输出为标准高电平VSH最大最大输入输入低低电平值电平值开门电平开门电平V ON:确保输出为标准低电平确保输出为标准低电平VSL最小最小输入高电平值输入高电平值低电平噪声容限低电平噪声容限
11、V NL:V NL=V OFF -VSL高电平噪声容限高电平噪声容限V NH:V NH=V SH -VON第16页 输入特征输入特征输入电流与输入电压之间关系曲线,即输入电流与输入电压之间关系曲线,即II=f(VI)假假定定输输入入电电流流II流流入入T1发发射射极极时时方方向向为正,反之为负为正,反之为负1.1.输入短路电流输入短路电流ISD(也叫输入低电平电流(也叫输入低电平电流IIL)当当VIL=0V时由输入端流出电流时由输入端流出电流前级驱动门导通时,前级驱动门导通时,IIL将灌将灌入前级门,称为灌电流负载入前级门,称为灌电流负载2.2.输入漏电流输入漏电流IIH(输入高电平电流)(输
12、入高电平电流)指指一一个个输输入入端端接接高高电电平平,其其余余输输入入端端接接低低电电平平,经经该该输输入端流入电流。约入端流入电流。约10AA左右左右返回返回第17页 扇入系数扇入系数N Ni i和扇出系数和扇出系数N NO O1.1.扇入系数扇入系数N Ni i是指合格输入端个数是指合格输入端个数2.2.扇出系数扇出系数N NO O是指在灌电流(输出低电平)状态是指在灌电流(输出低电平)状态下驱动同类门个数。下驱动同类门个数。其其中中I IOLmaxOLmax为为最最大大允允许许灌灌电电流流,,I,IILIL是是一一个个负负载载门门灌灌入入本本级级电电流流(1.4mA1.4mA)。NoN
13、o越越大大,说说明明门负载能力越强门负载能力越强返回返回第18页 平均传输延迟时间平均传输延迟时间t tpdpd导导通通延延迟迟时时间间t tPHPH:L L输输入入波波形形上上升升沿沿50%50%幅幅值值处处到到输输出波形下降沿出波形下降沿50%50%幅值处所需要时间,幅值处所需要时间,截截止止延延迟迟时时间间t tPLHPLH:从从输输入入波波形形下下降降沿沿50%50%幅幅值值处处到到输输出出波波形形上上升升沿沿50%50%幅值处所需要时间,幅值处所需要时间,平均传输延迟时间平均传输延迟时间t tpdpd:通通常常t tPLHPLHt tPHLPHL,t tpdpd越越小小,电路开关速度
14、越高。电路开关速度越高。普通普通t tpdpd=10ns=10ns40ns40ns输入信号输入信号VI输出信号输出信号V0返回返回第19页三态逻辑门(三态逻辑门(TSL)集电极开路集电极开路TTL“TTL“与非与非”门(门(OCOC门)门)第20页10该该与与非非门门输输出出高高电平,电平,T5截止截止该该与与非非门门输输出出低低电平,电平,T5导通导通 TTL门输出端并联问题门输出端并联问题当当 将将 两两 个个 TTL“TTL“与与非非”门门输输出出端端直接并联时:直接并联时:V VccccRR5 5门门1T1T4 4门门2T2T5 5产生一个很产生一个很大电流大电流产生一个大电流产生一个
15、大电流1 1、抬抬高高门门2 2输输出出低电平低电平2 2、会会因因功功耗耗过过大大损坏门器件损坏门器件注:注:TTLTTL输出端输出端不能直接并联不能直接并联返回返回第21页TTL与非门电路与非门电路 OCOC门结构门结构RLVC集电极开路与非门(集电极开路与非门(OC门)门)当当输输入入端端全全为为高高电电平平时时,T2、T5导导通通,输出输出F为低电平;为低电平;输输入入端端有有一一个个为为低低电电平平时时,T2、T5截截止止,输输出出F高高电电平平靠靠近近电电源源电电压压VC。OC门完成门完成“与非与非”逻辑功效逻辑功效逻辑符号:逻辑符号:输出逻辑电平:输出逻辑电平:低电平低电平0.3
16、V高电平为高电平为VC(5-30V)ABF 返回返回第22页 OC门实现门实现“线与线与”逻辑逻辑FRLVC相当于相当于“与门与门”逻辑等效符号逻辑等效符号 负载电阻负载电阻RL选择选择(自自看看作作考考试内容)试内容)返回返回第23页 OC门应用门应用-电平转换器电平转换器OC门门需需外外接接电电阻阻,所所以以电电源源VC能能够够选选5V30V,所所以以OC门门作作为为TTL电电路路能能够够和和其其它它不不一一样样类类型型不不一一样样电电平平逻辑电路进行连接逻辑电路进行连接TTL电电路路驱驱动动CMOS电路图电路图CMOS电电路路VDD=5V18V,尤尤其其是是VDD VCC时时,必必须须选
17、选取取集集电电极极开开路路(OC门)门)TTL电路电路CMOS电电源源电电压压VDD =5V时时,普普通通TTL门门能能够够直接驱动直接驱动CMOS门门返回返回第24页三态逻辑门三态逻辑门(TSLTSL)三态门三态门工作原理工作原理除除含含有有TTL“与与非非”门门输输出出高高、低低电电平平状状态态外外,还还有有第第三三种种输输出出状状态态 高阻状态高阻状态,又称,又称禁止态或失效态禁止态或失效态非门,是三态门非门,是三态门状态控制部分状态控制部分E使能端使能端六管六管TTL与非门与非门增加部分增加部分当当 E=0时时,T4输输出出高高电电平平VC=1,D2截截止止,此此时时后后面面电路执行正
18、常与非功效电路执行正常与非功效F=AB101V1V输出输出F端处于高阻状态记为端处于高阻状态记为ZT6、T7、T9、T10均截止均截止Z当当 E=1时,时,返回返回第25页使使能能端端两两种种控控制制方方式式低电平使能低电平使能高电平使能高电平使能三态门逻辑符号三态门逻辑符号ABF EFAB E返回返回第26页 三态门应用三态门应用1.三态门广泛用于数据总线结构三态门广泛用于数据总线结构任何时刻只能有一个任何时刻只能有一个控制端有效,即只有控制端有效,即只有一个门处于数据传输,一个门处于数据传输,其它门处于禁止状态其它门处于禁止状态2.双向传输双向传输当当E=0时时,门门1工工作作,门门2禁禁
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