1.6k9 Q 导通 43LD导通 T2截止 饱和 R 图224输入有低电平时的工作情况 该发射结导通,T的基极电位被钳位到VB1=1V。T、T3都截止。由于T2截止,流过Rc2 的电流仅为T的基极电流,这个电流较小,在Rc2上产生的压降也较小,可以忽略,所以 B≈V=5V,使T4和D导通,则有: V≈clEV=5-0.7-0.7=3.6(V) 可见实现了与非门的逻辑功能的另一方面:输入有低电平时,输出为高电平 综合上述两种情况,该电路满足与非的逻辑功能,是一个与非门 TIL与非门的开关速度 1.TIL与非门提高工作速度的原理 (1)采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。设电路原来输出低电平,当电 路的某一输入端突然由高电平变为低电平,T的一个发射结导通,I变为IV。由于T2、Ts 原来是饱和的,基区中的超量存贮电荷还来不及消散,Vε仍维持1.4V。在这个瞬间,T为 发射结正偏,集电结反偏,工作于放大状态,其基极电流l=(Va-V1)/R1, 1.6k9 3 14V T2 T l 0.7v T 图2.2.5多发射极三极管消散T2存储电荷的过程 集电极电流i1=βil。这个i正好是T2的反向基极电流i,可将T2的存贮电荷迅速地拉走, 促使T管迅速截止。T管迅速截止又使T:管迅速导通,而使T3管的集电极电流加大,使 T3的超量存贮电荷从集电极消散而达到截止 (2)采用了推拉式输出级,输出阻抗比较小,可迅速给负载电容充放电
+V V 0.3V 3.6V 1 3 1 2 3 1 2 3 D 1 2 3 R o 130Ω 1 c2 c4 3 B A CC T2 R C R R T 4 b 1 T T 4kΩ e2 1V 5V 3.6V 饱和 截止 截止 导通 导通 4.3V 1.6kΩ 1kΩ 图 2.2.4 输入有低电平时的工作情况 该发射结导通，T1 的基极电位被钳位到 VB1=1V。T2、T3 都截止。由于 T2 截止，流过 RC2 的电流仅为 T4 的基极电流，这个电流较小，在 RC2 上产生的压降也较小，可以忽略，所以 VB4≈VCC=5V ，使 T4 和 D 导通，则有： VO≈VCC-VBE4-VD=5-0.7-0.7=3.6（V） 可见实现了与非门的逻辑功能的另一方面：输入有低电平时，输出为高电平。 综合上述两种情况，该电路满足与非的逻辑功能，是一个与非门。 二． TTL 与非门的开关速度 1．TTL 与非门提高工作速度的原理 （1）采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。设电路原来输出低电平，当电 路的某一输入端突然由高电平变为低电平，T1 的一个发射结导通，VB1 变为 1V。由于 T2、T3 原来是饱和的，基区中的超量存贮电荷还来不及消散，VB2 仍维持 1.4V。在这个瞬间，T1 为 发射结正偏，集电结反偏，工作于放大状态，其基极电流 iB1=（VCC-VB1）/Rb1， +V 0.3V 3.6V V 1 3 1 2 3 1 2 3 R 1 c2 3 B A CC T2 R C R T b 1 T e2 1V 1.4V 0.7V β iB1 iB1 o 4kΩ 1.6kΩ 1kΩ 图 2.2.5 多发射极三极管消散 T2存储电荷的过程 集电极电流 iC1=β1iB1。这个 iC1 正好是 T2 的反向基极电流 iB2，可将 T2 的存贮电荷迅速地拉走， 促使 T2 管迅速截止。T2 管迅速截止又使 T4 管迅速导通，而使 T3 管的集电极电流加大，使 T3 的超量存贮电荷从集电极消散而达到截止。 （2）采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给负载电容充放电
+ld+5V囗 截止 充电 C 电下G (b) 2.TTL与非门传输延迟时间lpd 当与非门输入一个脉冲波形时,其输出波形有一定的延迟,如图所示。定义了以下两个 延迟时间 导通延迟时间p一从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中点所经历的时 间 截止延迟时间lH一从输入波形下降 沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的 时间 与非门的传输延迟时间是lpL和lPLH 的平均值。即 图227TTL与非门的传输时间 一般T∏L与非门传输延迟时间 lpd的值为几纳秒~十几个纳秒 三.TIL与非门的电压传输特性及抗干扰能力 1.电压传输特性曲线 与非门的电压传输特性曲线是指与非门的输出电压与输入电压之间的对应关系曲线,即 。f(V),它反映了电路的静态特性
+V V +V V 1 2 3 1 2 3 D 1 2 3 D 1 2 3 c4 CC（+5V（ o 截止 T3 4 T 导通 导通 R 充电 CL o 3 CL 截止 T c4 放电 R 截止 T 4 CC（+5V（ 导通 （a） （b） 2．TTL 与非门传输延迟时间 tpd 当与非门输入一个脉冲波形时，其输出波形有一定的延迟，如图所示。定义了以下两个 延迟时间： 导通延迟时间 tPHL——从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中点所经历的时 间。 截止延迟时间 tPLH——从输入波形下降 沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的 时间。 与非门的传输延迟时间 tpd 是 tPHL 和 tPLH 的平均值。即 2 PLH PHL pd t t t + = 一般 TTL 与非门传输延迟时间 tpd 的值为几纳秒～十几个纳秒。 三． TTL 与非门的电压传输特性及抗干扰能力 1．电压传输特性曲线 与非门的电压传输特性曲线是指与非门的输出电压与输入电压之间的对应关系曲线，即 V o=f（Vi），它反映了电路的静态特性。 图 2.2.7 TTL 与非门的传输时间 tPHL tPLH Vo Vi
Vo(V 6m(mim5-+-34Y C(1.3V,2.48v 图228传输特性的测试方法 图229TL与非门的电压传输特性 (1)AB段(截止区)。 (2)BC段(线性区)。 (3)CD段(过渡区)。 (4)DE段(饱和区)。 2.几个重要参数 从T∏L与非门的电压传输特性曲线上,我们可以定义几个重要的电路指标。 (1)输出高电平电压VoH—VoH的理论值为3.6V,产品规定输出高电压的最小值VoH min=2.4V,即大于2.4V的输出电压就可称为输出高电压VoHs (2)输出低电平电压VoL-—VouL的理论值为0.3V,产品规定输出低电压的最大值VoL maxy=0.4V,即小于0.4V的输出电压就可称为输出低电压VoL 由上述规定可以看出,TL门电路的输出高低电压都不是一个值,而是一个范围。 (3)关门电平电压VoH一是指输出电压下降到 OH (min)时对应的输入电压。显然只 要V<Vom,V就是高电压,所以VoH就是输入低电压的最大值,在产品手册中常称为输入 低电平电压,用Ilcm表示。从电压传输特性曲线上看 VIL c)(VoH)≈1.3V,产品规 L (max (4)开门电平电压VoN—是指输出电压下降到 VoL (max时对应的输入电压。显然只 要V>VoN,V就是低电压,所以IoN就是输入高电压的最小值,在产品手册中常称为输入 高电平电压,用 VIH (min)表示。从电压传输特性曲线上看Wcmn(oN)略大于1.3V,产 品规定 VIH C=2V (5)阈值电压V—决定电路截止和导通的分界线,也是决定输出高、低电压的分界 线。从电压传输特性曲线上看,Vh的值界于VoH与VoN之间,而Vor与VoN的实际值又差 别不大,所以,近似为h≈VH≈VoN。是一个很重要的参数,在近似分析和估算时, 常把它作为决定与非门工作状态的关键值,即V<V,与非门开门,输出低电平;V>V 与非门关门,输出高电平。哂又常被形象化地称为门槛电压。Vh的值为1.3V~1.4V 3.抗干扰能力 TIL门电路的输出高低电平不是一个值,而是一个范围。同样,它的输入高低电平也
& V V Vo Vi 0.5 0.5 1.0 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 3.5 3.5 4.0 4.0 A B C D E 2.4V 0.4V VOL（ max） VOH（ min） Vo Vi VOFF VO N (V) (V) A(0V,3.6V) B(0.6V,3.6V) C(1.3V,2.48V) D(1.4V,0.3V) E(3.6V,0.3V) 图 2.2.8 传输特性的测试方法 图 2.2.9 TTL 与非门的电压传输特性 （1）AB 段（截止区）。 （2）BC 段（线性区）。 （3）CD 段（过渡区）。 （4）DE 段（饱和区)。 2．几个重要参数 从 TTL 与非门的电压传输特性曲线上，我们可以定义几个重要的电路指标。 （1）输出高电平电压 VOH——VOH 的理论值为 3.6V，产品规定输出高电压的最小值 VOH （min）=2.4V，即大于 2.4V 的输出电压就可称为输出高电压 VOH。 （2）输出低电平电压 VOL——VOL 的理论值为 0.3V，产品规定输出低电压的最大值 VOL （max）=0.4V，即小于 0.4V 的输出电压就可称为输出低电压 VOL。 由上述规定可以看出，TTL 门电路的输出高低电压都不是一个值，而是一个范围。 （3）关门电平电压 VOFF——是指输出电压下降到 VOH（min）时对应的输入电压。显然只 要 Vi＜VOff，Vo 就是高电压，所以 VOFF就是输入低电压的最大值，在产品手册中常称为输入 低电平电压，用 VIL（max）表示。从电压传输特性曲线上看 VIL（max）（VOFF）≈1.3V，产品规 定 VIL（max）=0.8V。 （4）开门电平电压 VON——是指输出电压下降到 VOL（max）时对应的输入电压。显然只 要 Vi＞VON，Vo 就是低电压，所以 VON 就是输入高电压的最小值，在产品手册中常称为输入 高电平电压，用 VIH（min）表示。从电压传输特性曲线上看 VIH（min）（VON）略大于 1.3V，产 品规定 VIH（min）=2V。 （5）阈值电压 Vth——决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界 线。从电压传输特性曲线上看，Vth 的值界于 VOFF与 VON 之间，而 VOFF与 VON 的实际值又差 别不大，所以，近似为 Vth≈VOFF≈VON。Vth 是一个很重要的参数，在近似分析和估算时， 常把它作为决定与非门工作状态的关键值，即 Vi＜Vth，与非门开门，输出低电平；Vi＞Vth， 与非门关门，输出高电平。Vth 又常被形象化地称为门槛电压。Vth 的值为 1.3V～1.４V。 3．抗干扰能力 TTL 门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。同样，它的输入高低电平也
有一个范围,即它的输入信号允许一定的容差,称为噪声容限 在图2.2.11中若前一个门G输出为低电压,则后一个门G2输入也为低电压。如果由 于某种干扰,使Gi2的输入低电压高于了输出低电压的最大值 VoL o),从电压传输特性曲线 上看,只要这个值不大于VoH,G2的输出电压仍大于 VoH C),即逻辑关系仍是正确的。因 此在输入低电压时,把关门电压VoH与 VoL (max)之差称为低电平噪声容限,用INL来表示 低电平噪声容限INL=VoH- VoL)=0.8V-0.4V=0.4V 3.6v 电平电压 3.6V 的范围 2.4V 2.4V 低电平电压 的范围 国时 图22.10输出高低电平的电压范围 图22.11噪声容限图解 若前一个门G1输出为高电压,则后一个门G2输入也为高电压。如果由于某种干扰,使 G2的输入低电压低于了输出高电压的最小值 VoH (min),从电压传输特性曲线上看,只要这个 值不小于VoN,G2的输出电压仍小于oLm,逻辑关系仍是正确的。因此在输入高电压时, 把VoH(m与开门电压VoN与之差称为高电平噪声容限,用INH来表示,即 高电平噪声容限NH=VoH(miny-VoN=2.4V-2.0V=0.4V 噪声容限表示门电路的抗干扰能力。显然,噪声容限越大,电路的抗干扰能力越强 通过这一段的讨论,也可看出二值数字逻辑中的“0”和“1”都是允许有一定的容差的, 也是数字电路的一个突出的特点。 四.TIL与非门的带负载能力 在数字系统中,门电路的输出端一般都要与其他门电路的输入端相连,称为带负载 个门电路最多允许带几个同类的负载门?就是这一部分要讨论的问题 1.输入低电平电流l与输入高电平电流l 这是两个与带负载能力有关的电路参数。 (1)输入低电平电流是指当门电路的输入端接低电平时,从门电路输入端流出的电 流。可以算出lu =l(mA),产品规定l<1.6mA
有一个范围，即它的输入信号允许一定的容差，称为噪声容限。 在图 2.2.11 中若前一个门 G1 输出为低电压，则后一个门 G2 输入也为低电压。如果由 于某种干扰，使 G2 的输入低电压高于了输出低电压的最大值 VOL（max），从电压传输特性曲线 上看，只要这个值不大于 VOFF，G2 的输出电压仍大于 VOH（min），即逻辑关系仍是正确的。因 此在输入低电压时，把关门电压 VOFF 与 VOL（max）之差称为低电平噪声容限，用 VNL 来表示， 即 低电平噪声容限 VNL＝VOFF-VOL（max）＝0.8V-0.4V＝0.4V 图 2.2.10 输出高低电平的电压范围 图 2.2.11 噪声容限图解 若前一个门 G1 输出为高电压，则后一个门 G2 输入也为高电压。如果由于某种干扰，使 G2 的输入低电压低于了输出高电压的最小值 VOH（min），从电压传输特性曲线上看，只要这个 值不小于 VON，G2 的输出电压仍小于 VOL（max），逻辑关系仍是正确的。因此在输入高电压时， 把 VOH（min）与开门电压 VON 与之差称为高电平噪声容限，用 VNH 来表示，即 高电平噪声容限 VNH＝VOH（min）-VON＝2.4V-2.0V＝0.4V 噪声容限表示门电路的抗干扰能力。显然，噪声容限越大，电路的抗干扰能力越强。 通过这一段的讨论，也可看出二值数字逻辑中的“0”和“1”都是允许有一定的容差的，这 也是数字电路的一个突出的特点。 四．TTL 与非门的带负载能力 在数字系统中，门电路的输出端一般都要与其他门电路的输入端相连，称为带负载。一 个门电路最多允许带几个同类的负载门？就是这一部分要讨论的问题。 1．输入低电平电流 IIL 与输入高电平电流 IIH 这是两个与带负载能力有关的电路参数。 （1）输入低电平电流 IIL 是指当门电路的输入端接低电平时，从门电路输入端流出的电 流。可以算出 1(mA) 4 5 1 b1 CC B1 IL = − = − = R V V I , 产品规定 IIL＜1.6mA。 2.4V 3.6V 0.4V 0V “1” “0” 高电平电压 的范围 的范围 低电平电压 Vo & Vo & & & G0 G1 G2 Gn 2.4V 3.6V 0.4V 0V Vo 输入“1” 输入“0” 输出“1” 输出“0” Vi 3.6V 2V 0.8V 0V VOH（min） V ON V VOFF VNH NL V & Vo Vi & G1 G2 OL（max） 0.3V +V 1 3 b1 B1 T R 1 i CC 4K 1V IL I