下载文档原格式
第7章 集成逻辑门
7.1对课程内容掌握程度的建议
7.2 授课的几点建议
7.2.1标准TTL 与非门电路的结构
标准TTL 与非门如图7.1所示，TTL 与非门的重点是逻辑关系、特性曲线和参数，内部电路为曲线和参数服务，通过内部电路以便更好地了解曲线和参数，对集成数字电路内部结构做一般了解。
TTL 与非门由三部分组成：输入级、中间放大级、输出级。输出有两个状态：即上止（VT 3、VD 4截止）下通（VT 5导通），输出低电平，称为开态；上通（VT 3、VD 4导通）下止（VT 5截止），输出高电平，也称为关态。
O
B
A V
5CC =V 4
图7.1 标准TTL 与非门
在开态和关态时，对电路内部电流、电压的计算不作为重点，从逻辑关系了解如下逻辑状态的转换关系即可。对开态有
U A = U B = U IH −→ I B1 = I B2 −→VT 2饱和−→ VT 5饱和−→ U OL ↓ ↓ ↓ ↑
U B1 =2.1V ←− U B2 =1.4V ←− U B5 =0.7V └− −-┐ ↓ ∣ U C2 =1V −→ VT 3、VD 4截止−┘
对关态有
B
A ==U U B1B1==U I I -
----→截止截止52VT VT ↓
OH 43B3
R2 VD VT U I I →→=饱和、↓
7.2.2标准TTL 与非门电路的特性曲线及参数
TTL 与非门的特性曲线有： u O = f (u I )---电压传输特性曲线；
u OL = f (i OL )----输出低电平负载特性曲线； u OH = f (I OH )---输出高电平负载特性曲线； u I = f (R )---输入负载特性曲线。
对TTL 逻辑门，这五条特性曲线，输出低电平负载特性曲线和输出高电平负载特性曲线是反映输出端带负载能力的情况，输出高电平时，输出电流，即拉电流是向外流；输出低电平时，输出电流，即灌电流是向里流。输出电流与逻辑门带负载的能力，工作速度有关，是重要的特性曲线。输入特性曲线，反映输入电压和输入电流之间的关系，当输入电流向里流时，是高电平输入电流，此时这个电流仅微安量级，对电路的影响很小；当输入电流向外流时，是低电平输入电流，此时这个电流对逻辑门的影响由输出低电平负载特性曲线得到反映。对于CMOS 门没有输入电流，所以，本书对输入特性曲线没有专门介绍。电压传输特性曲线是十分重要的特性曲线，特别是它与许多参数关系密切，现以电压传输特性曲线为例说明这条曲线与逻辑门功能和参数之间的关系。
7.2.2.1 u o = f (u I )---电压传输特性曲线
电压传输特性曲线是研究在逻辑门的输入电压变化时，逻辑门的输出电压是如何变化的。为了了解输入电压变化的全貌对输出电压的影响，所以测量时输入电压是连续变化的。电压传输特性曲线如图7.2所示。
U U off /V
I u
图7.2 电压传输特性曲线
1．与电压传输特性曲线相关的四个逻辑电平参数 ①输出低电平的最大值U OLMAX ②输入高电平的最小值U OHMIN ③输入低电平的最大值U ILMAX ④输入高电平的最小值U IHMIN
对于中述系列TTL 与非门规定U OLMAX =0.4V 、U OHMIN =2.4V 、U ILMAX =0.8V 、U IHMIN =2V 。这四个参数之间的大小关系反映了逻辑门的噪声容限，见图7.3。对输出高电平，负向干扰只要不小于U IHMIN ，电路的逻辑状态就不会改变；对输出低电平，正向干扰只要不大于U ILMIN ，电路的逻辑状态就不会改变。理解了这一点U OLMAX 、U OHMIN 、U ILMAX 、U IHMIN 四个逻辑电平的大学关系就不会搞错。从图7.3中可以看出输出逻辑电平在上下两端的外侧；输入逻辑电平在上下两端的内侧。定义
（U ILMAX -U OLMAX ）为低电平噪声容限U NL （或△0）， （U OHMIN -U IHMIN ）为高电平噪声容限U NH （或△1）。
实际的噪声容限U’NL = U ILMAX -U OL ，U’NH = U OH -U IHMIN 一般要大一些。
U OLMAX =0.4V
U ILMAX =0.8V U OHMIN =2.4V
U IHMIN =2V
U NL
图7.3 逻辑电平和噪声容限
2．开门电平和关门电平
从图7.2还可得到开门电平U on 和关门电平U on 。开门电平实际是输入高电平的最小值；而关门电平实际是输入低电平的最大值。U on 和U on 与U IHMIN 和U ILMAX 的差别是U IHMIN 和U ILMAX 是考虑了噪声容限和一批集成电路存在分散性以后制定的规范值，是对整个系列起作用的标准；而U on 和U on 是对一个具体的逻辑门而言，从物理概念上定义的输入高电平的最小值和输入低电平的最大值。
3．阈值电压U T
电压传输特性的过渡区很陡，于是可以认为它所对应的输入电压，既是决定VT 5管截止和导通的分界线，又是决定输出高、低电平的分界线。因此，经常形象化地把这个电压叫做阀值电压或门槛电压，用U T 表示。然而，过渡区所对应的输入电压，实际上有一定的范围，所以严格地讲，应当把阈值电压定义为过渡区中点所对应的输入电压值。
U T 是一个很重要的参数，对于大信号变化，在近似分析估算中，常把它作为决定与非门工作状态的关键值。当u I ＞U T 时，就认为高电平输入，与非门开启，输出为低电平U OL ；当U I ＜U T 时，就认为低电平输入，与非门截止，输出为高电平U OH 。
7.2.2.2 输出负载特性曲线
输出负载特性曲线包括输出低电平负载特性曲线和输出高电平负载特性曲线，如图7.4 所示。
由负载性曲线可得到相关的参数如下：
①输出低电平电流的最大值I OLMAX ，根据不同的TTL 系列，在几个毫安至几十个毫安； ②输出高电平电流的最大值I OHMAX ，一般在几个毫安； 电流参数除I OLMAX 和I OHMAX 之外，还有
③输入高电平电流最大值I IHMAX ，一般在几个微安；
