82-TTL与非门在线视频

大家好

今天我们课程的内容是ttl与非门

首先我们来看一下分离元件的门电路的缺点

前面我们讲过的分离元件

它的体积比较大

工作不够可靠

另外需要用不同的电源来进行供电

还有各种门的输入输出电平不匹配

那么采用集成门电路以后

这些缺点将被克服

比如说集成门电路

它的第一个优点就是体积小

其次可靠性得到大幅度提高

另外集成门电路的运算速度非常快

那么电平匹配也在电路内自动完成

那么因此在集成电路当中

我们经常会用到以下几种类型的门电路

比如说ttl和CMOS门电路

除此之外还有DTL和HTL集成门电路

那么我们将重点讲解TTL和CMOS门电路

下面我们来分析一下在数字系统当中的高低电平的概念

在数字系统当中

一般高电平代表逻辑一

低电平代表逻辑零

这就是所谓的正逻辑系统

我们用一个图形来描述一下这个系统

大家看

这个区域表示的就是正逻辑当中的逻辑一

那么下面这个就是逻辑零

大家可以看到这是一个电压的范围

也就是换句话说

我们只需要判断高低电平

而不需要知道具体的电压值

那么在集成门电路的输入输出电平一般是这样规定的

高电平大概是3.6伏左右代表逻辑一

而低电平一般是0.3伏左右代表逻辑零

那么这些逻辑电平的输入输出值是由谁来提供的

就是我们前面讲过的半导体三极管来提供的

下面我们首先来复习一下三极管的开关特性

大家看
在这个电路当中

三极管构成的基本放大电路当中

A端是输入信号的加入端

F端是输出信号的输出端

那么三极管的输出特性大家还记得吗

它由三个工作区域组成

其中最上面的是饱和区

中间的是放大区

最下面的是截止区

那么只要我们的电路参数设置的合理

就可以实现这样的工作过程

比如说如果我们在输入端A加一个高电平

那么这时候只要参数合适

我们可以让三极管工作在饱和区

那么当三极管工作在饱和区的时候

发射极和基极之间的电压Ube近似的等于0.7伏

而这时候输出端的电压

也就是集电极和发射极之间的电压近似的等于0

管子处于饱和导通状态

那么这时候CE之间近似于一个闭合的开关

这是第一种情况

第二种情况

如果我们在A端加一个低电平逻辑零

那么这时候晶体管处于截止状态

当晶体管处于截止状态的时候

管子当中的电流等于0

那么输出端的电压取决于外电路

那么这时候C和E之间也就是集电极和发射极之间相当于一个断开的开关

那么根据这个特性

我们就可以得到我们前面所说的逻辑高低电平

好了

下面我们来介绍一下由基本的晶体管所构成的

集成电路ttl门电路

那么由它构成的与非门

我们称由晶体管集成构成的与非门电路

那么TTL与非门的外形

我们用一个图形来描述一下

大家看

这就是典型的七四系列的74LS00系列的芯片的结构

大家可以看到它是一个双列直插式的集成电路

那么他一共有14个管脚

其中在电路内部一共集成了四个与非门

每一个与非门的输入端是两个

下面我们就看一下这里面的内部电路

我们以一个三输入的与非门为例

看一下电路的结构

大家看在这个电路当中一共有五个晶体管

分别是T1T2T3T4和T5

其中T1管

大家看

它的输入端是接在发射极上

而T3T4管构成了复合管

这种结构

可以提供比较大的输出电流

可以提高负载充电的速度

那么同时我们看到这个电路所完成的逻辑功能

就是一个与非的关系

下面我们就具体的计算一下

根据电路的工作原理来推算一下他是否符合

这个逻辑关系

首先我们看第一种情况

当任意输入一个低电平的时候

三个输入端任意输入一个低电平的时候

我们看一下

根据与非的关系输出应该等于高

下面我们走一下电路

看一看各个节点的电压

来推算一下最终的输出电压

假设我们在C端接一个逻辑低电平

那么这时候T1管是处于导通状态的

那么B1点的电压应该近似的等于C点的电位加上0.7伏

也就是一伏左右

那么这时候我们看电压能不能让T2T5管导通

由于T2T5管的发射极的电位分别等于0.7伏

所以大家看只有这一点的电压高于2.1伏的时候

以下两个管子才有可能导通

而我们现在的电压只有1V

所以可以判断

这时候T2管和T5管是截止的

那么我们画出它对应的等效电路

把T2管和T5管去掉

这时候我们来计算输出端的电压

那么这时候我们看一下电流的方向

这时候电流大家看

应该从5V电源的位置流过R2

然后经过T3再经过T4到达负载

在通路上我们来计算F点的电压

显然它应该等于5V的电源值减去电阻R上的压降

再减去T3管和T4管发射级的压降

那么电压近似的等于3.6伏

根据刚才我们对高电平的规定

大家可以知道电压可以认为是逻辑高

那么这样的话大家看

这个电路首先在低电平输入的情况下

就符合我们刚才的与非的关系

任意一个输入端输入低电平输出为高

这是第一种情况

下面我们来看第二种情况

假设输入端全为高电平3.6伏的时候

那么这个时候根据与非的逻辑关系

应该的输出逻辑等于低电平

下面我们走一下电路

计算一下各节点的电压

看看是否符合这个逻辑关系

大家看

如果ABC都接高电平

那么这时候我们看T1是导通的

T2T5将同时导通

如果T2T5都导通

那么这一点的电压就被钳位在2.1V

大家可以计算一下

T5管的发射极电压是0.7

T2管的发射极电压是0.7

再加上T1管的结电压也是0.7

所以b1点的电位被钳位在2.1伏

那么这个时候由于T2T5导通了

这时候T1管大家注意

它是处于一个反偏状态的

也就是它的输出电流是从发射极流向集电极

而不是通常情况下的由集电极流出发射极

那么这是一个特殊的情况

那么这个时候我们推算出T2管的集电极的电压近似的等于1V

那么一伏电压大家算一下

看看他能不能让T3T4管导通

刚才我们讲了

T3管的发射极电压需要0.7

T4也需要0.7

因此这一点的电位只有超过1.4

这两个管子才能导通

而现在只有1V

所以T3T4管截止

那么对应的输出电压就是一个低电平

也就是我们这时候T5管是处在饱和导通区域的

那么饱和导通区域的时候

我们前面讲过集电极和发射极之间的电位很小

近似的等于0

所以F点的电位近似的等于逻辑低电平

那么这样的话大家看

当输入全是高电平的时候

输出端是不是就是低电平符合与非的逻辑关系

那么以上我们介绍了ttl电路的工作原理

下面我们来看一下它的传输特性

所谓传输特性指的是输入电压和输出电压之间的逻辑关系

那么从这个图上我们可以看出这一点指的是逻辑高电平的输出电压

这一点指的是逻辑低电平的输出电压

那么逻辑高电平的值可以达到3.6伏

逻辑低电平的值可以达到0.3伏

那么中间的这一段我们称为过渡过程

如果我们忽略过渡过程

那么就得到理想的传输特性

大家看

在理想的传输特性上

当高低电平发生转换的点所对应的输入电压

我们从图上可以读出来

电压的值近似的等于1.4V

我们把这个值称为阈值电压

这是ttl电路很重要的一个参数

希望大家要记住这个参数

好

下面我们再介绍TTL门电路一个很重要的

参数叫做扇出系数

什么是扇出系数

指的是门电路输出驱动同类门的个数

比如说前后级之间的电流关系

我们可以用这样一个图来表示

一个ttl与非门

再带一个ttl与非门

那么这时候它们两个之间的电流的方向是怎么样的

有两种情况

一种是前级流入后级一种是后级流入前级

那么具体的我们看一下内部电路的电流情况

比如说第一种情况

前级输出为高电平的时候

很显然当前及输入是高电平的时候

电流应该流入后级

那么这个时候我们把这个电流称为拉电流

第二种情况

如果前级输出是低电平

那么这个时候我们看电流的方向

由于前级是一个低电平

这时候后级电路将向前级灌入电流

那么我们把这个电流称为灌电流

大家要注意ttl灌电流是比较大的

可以达到毫安级

那么最后提醒大家注意两点

第一悬空的输入端是相当于接高电平的

那么因此为了防止干扰

我们通常情况下是将ttl悬空的输入端

固定的接在高电平上

这样既不影响与非的逻辑关系

又可以屏蔽干扰

好

今天这次课的内容就讲到这里

谢谢大家