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  • 电源电压取5V时,TTL型输出高电平3.6V,CMOS型输出高电平约5V;输出低电平时,CMOS型接近OV,TTL型约0.1V。由此可见CMOS型数字集成电路的动态范围要比TTL型数字集成电路大。  两者的输人转折点电压也不相同...
  •  首先测电源端的正、反向电阻,可设黑表笔接集成电路电源正管脚Vcc,红表笔接集成电路电源负管脚GND正向电阻,表笔调换时反向(下同)。电源正向电阻值不完全统一,大致在十几千欧到1OOkΩ之间;电源反向电阻基本...
  •  2)从电源电压上区分:CMOS集成电路电源电压为3-18V,TTL型集成电路电源电压为5V±O.5V。比如555系列的时基集成电路,有TTL型的也有CMOS型的,此时只要给集成电路加上3V电源电压,能正常工作的是CMOS集成电路,...
  • TTL反相器的基本电路

    2020-07-14 07:08:03
    图2表示TTL反相器的基本电路,该电路由三部分组成,即BJTT1组成电路的输入级,T3、T4和二极管D组成输出级,以及由T2组成的中间级作为输出级的驱动电路,将T2的单端输入信号V12转换互补的双端输出信号。以驱动T3和...
  • 根据TTL电路阈值电压和PN结压降的关系,提出TTL电路低阈值设置及中间电平生成方法,使三值 TTL电路可工作于3V电源电压,并从开关级设计了适合于3V电源工作的三值TTL电路。经计算机模拟表明,该电路不仅具有正确的逻辑...
  • TTL反相器的电路结构和工作原理 TTL电路是三极管-三极管逻辑的简称,在数电中,我们也经常利用三极管的开关特性 在数电中,我们想让三极管工作在截止区或者饱和区 工作在截止区时,就有:uBE<uonu_{BE} ...


    TTL门电路是三极管-三极管逻辑的简称,在数电中,我们也经常利用三极管的开关特性
    在这里插入图片描述
    在数电中,我们想让三极管工作在 截止区或者 饱和区
    工作在截止区时,就有: u B E < u o n u_{BE} < u_{on} uBE<uon,为了使三极管深度截止,我们一般令 u B E − > 0 u_{BE} -> 0 uBE>0
    工作在饱和区时: i B ≥ i B S i_B ≥ i_{BS} iBiBS -> u C E ≈ 0 u_{CE} ≈ 0 uCE0,我们一般令 u B E u_{BE} uBE为高电平

    下面,我们先来看看三极管的开关等效电路,然后再分析其他东西:

    当三极管截止时,我们就可以看看(a)图,相当于开关与b, c极都不接触
    当三极管饱和导通时,就是(b), (c )图,(b)图用于定量计算,(c )用于定性分析:当三极管饱和导通时,BE之间的电压就是发射结的导通电压0.7V,然后,C极和E极我们近似看成是由一个开关直接相连了因此,在定性分析时,当三极管导通,我们认C,E等电位

    1.1 三极管反相器

    接下来,我们看看三极管反相器:

    1. 输入端 v I v_I vI为低电平时,三极管截止,说明 v 0 v_0 v0的电压就等于 V C C V_{CC} VCC,即输出为高电平
    2. 当输入端 v I v_I vI为高电平时,三极管饱和导通,BE的电压为0.7V,C,E之间相当于用开关直接连接,那么, v 0 v_0 v0 = 0V,输出为低电平

    1.1.1 双极性三极管反相器的动态开关特性

    1.1.2 (重要!)TTL反相器的电路结构和工作原理

    我们先来看看该电路的结构:

    在这里插入图片描述
    我们可以知道,该电路分为了输入级,倒向级还有输出级。

    设电源电压 V C C V_{CC} VCC = 5V,输入信号的高,低电平分别为 V I H V_{IH} VIH = 3.4V, V I L V_{IL} VIL =
    0.2V,三极管的开启电压为 V O N V_{ON} VON = 0.7V

    下面我们来分析一下:

    1. 当输入信号 v I v_I vI为低电平0.2V时,由于T1的基极是高电平,所以T1导通了,那么由上面的分析知:T1的C,E两级相当于直接相连,那么T1的C极的电位就等于T1E极的电位等于0.2V.但是,对于T2,问题来了,T2的基极电位为0.2V,如果T2想导通,由于开启电压为0.7V,那么T2基极的电压就一定要比0.9V还要大才行,换句话说,T1的集电极电压不足以驱动T2导通,因此,T2,T5都截止,又由于T4的基极是高电位,因此,T4导通,那么, v 0 v_0 v0即输出为高电平
    2. 当输入信号 v I v_I vI为高电平3.4V时,由于一开始T1的基极是直接和 V C C V_{CC} VCC相连的,因此,在一开始的阶段T1的基极电位还是会高于T1的发射极电位的,所以现在T1暂时导通,那么所以T1的C极电位就等于3.4V,3.4V是足以驱动T2,T5导通的。
      但是,当T2,T5导通之后,T2,T5的BE之间的电压都等于了0.7V,这就导致T1集电极的电位被钳在了1.4V,因此,T1反向导通(大家还记得三极管工作时集电结,也就是BC那个PN结是反偏的,原因就是C极的电压大于B极的电压,但是如果B极电压反过来大于了C极电压,就说明这个PN结正偏导通,三极管反向导通),那么此时,T1的B,C极之间的电压为0.7V,那么,T1的基极电位就被钳在了:0.7V +1.4V = 2.1V
      大家有没有发现:在一开始T1的基极电压是大于发射极的,现在基极电压2.1V却小于发射极电压3.4V了,说明T1最终还是截止了!
      这个是一方面,另一方面,由于T2,T5还是导通了,T2的 u C E u_{CE} uCE = 0.3V(虽然之前说在定性分析的时候可以看成C,E等电位,但现在我们要做定量计算),T5的 u B E u_{BE} uBE = 0.7V,所以,T4的基极电位就等于0.3V + 0.7V = 1.0V
      但是:
      T4要想导通,它的基极电压要是多大呢?假设T4导通,那么电流流过D2(0.7V),还有T5的 u C E u_{CE} uCE = 0.3V,因此T4基极的电压至少为:0.7V + 0.7V + 0.3V = 1.7V
      很显然,现在T4的基极电压是达不到标准的,因此,T4截止
      所以, v 0 v_0 v0输出低电平

    对于上面这个电路,我们不难发现,T4和T5总有一个是截止,一个是导通的

    1.1.3 电压传输特性

    1. AB段(截止区):T4导通,T2,T5截止,输出高电平
    2. BC段(线性区):T5截止,但T2导通,并且工作在放大区
    3. CD段:T4截止,T2,T5同时导通
    4. DE段(饱和区)

    CMOS门短路的传输特性比TTL门电路的要好一些

    1.1.4 TTL反相器的输入端负载特性(重要!)

    对于一般的TTL门电路来说,当输入端通过负载接地时:

    1. 若负载≤0.7KΩ;则相当于这个输入端输入为低电平
    2. 若负载≥1.5KΩ;则相当于这个输入端输入为高电平

    特别注意:CMOS门电路不存在这种特性!!!

    小练习:写出下面TT门电路的逻辑关系式:

    在这里插入图片描述
    Y1 = (AB0)’ = 1
    Y2 = (AB1)’ = (AB)’
    Y3 = ((0A)+ (B1))’ = (0 + B)’ = B’

    1.2 其他类型的TTL门电路

    1.2.1 TTL与非门电路

    设输入的低电平电压为0.2V,输出的高电平电压为3.4V
    我们来分析一下:

    1. 当A,B均为低电平时,T1显然导通;同时,T2B极的电位为0.2V,这将导致T2和T5均截止,又由于T4的基极为高电位,因此T4导通,输出为高电平
    2. 然后,我们发现:只要A和B任意一个输入为低电平,T1都会导通,然后得到一样的结果
    3. 最后,如果A和B均为高电平3.4V,我们来看看,由于一开始T1的基极电压还是高于3.4V的,因此在一开始,T1正向导通,那么T2基极的电位就等于3.4V,这足以驱动T2和T5导通。但是,当T2和T5导通之后,T2基极的电位就被钳在了0.7V+0.7V = 1.4V,此时,T1的基极电位高于了T1集电极的电位,因此T1反向导通,这将导致T1基极的电位被钳在了1.4V + 0.7V = 2.1V < 3.4V,最终T1截止
      由于T2,T5导通,导致T4基极的电位被钳在了0.3V + 0.7V = 1V,不足以驱动T4和D3共同导通,换句话说,也即是上面的支路断了,输出低电平

    因此,真值表为:

    ABY
    001
    011
    101
    110

    表示为Y = (AB)’

    说明:在习题中遇到像上图这种多发射极三极管的情况,只要输入端有一个为低电平输入,那么该三极管就会导通,只有当输入全是高电平时,三极管会截止(但是注意一开始是导通的,同时注意反向导通的情况)另外,大家要记得TTL与非门的两个输入端是相关的!

    1.2.3 TTL或非门电路

    我们来分析一下:

    1. 当A为高电平时,B暂且不看哈:由于T1的基极和 V C C V_{CC} VCC连接,所以B极电压还是会高于A的电压,所以T1暂时导通,这就使得T2的基极电位等于3.4V,T2导通,使得T2的C和E极相通,由于T2的C极连着 V C C V_{CC} VCC,所以是高电平,因此,顺着E极传下来之后使得T5的基极电位为高电平,T5导通,输出为低电平
    2. 当B为高电平时,A暂且不看:同理,由于T1’的基极和 V C C V_{CC} VCC连接,所以B极电压还是会高于B的电压,所以T1’暂时导通,这就使得T2’的基极电位等于3.4V,T2’导通,由于T2‘的C极和 V C C V_{CC} VCC相连,所以导致T2’的E极也是高电平,使得T5的基极为高电平,T5导通,输出为低电平
    3. 当A,B同时为低电平时,T1和T1‘同时导通,使得T2的基极,T2’的基极均为低电平,T2和T2‘均截止,但是我们看到,由于T4的基极和 V C C V_{CC} VCC相连,所以T4的基极为高电平,T4导通,而T5的基极连着T2和T2’的发射极,为低电平,所以T5截止,输出为高电平

    真值表为:

    ABY
    100
    010
    110
    001

    逻辑表达式为Y = (A + B)’

    Tips:对比上面TTL与非门来看,TTL或非门两个输入端是互不相关的

    1.2.4 TTL与或非门电路

    有了之前的分析基础,这一次我们不打算逐个情况的分析,而是换一种更加灵活快捷的思维去分析一下:(我们惊喜地发现这个电路的输入端和TTL与非门很接近)
    我们发现A,B只要至少有一个输入是低电平,那么就会导致T1的导通,进而导致T2截止,T5截止,输出为高电平
    恰巧C和D的关系也是这样
    因此,只有当AB全是高电平或者CD全是低电平的情况下,T2或者T2‘才会导通,进而T5才会导通,输出低电平
    那么,这就是TTL与或非门:Y = (AB + CD)’

    1.2.5 TTl异或门电路

    这里我们也来分析一下:我们发现输入端是一个双发射极三极管,A与B之间只要有一个是低电平,那么T1导通,我们假设A = 1,B = 0,(低电平电压为0.2V,高电平电压为3.4V)
    那么此时,T3导通,导致T5基极为高电平,T5和下方二极管导通;之后T5的集电极也就是T7的基极电位就被钳位在0.3V+0.7V = 1.0V但是1.0V的电压不足以驱动T7和T9同时导通,因此T7截止,又T1导通,T6的基极电位变为低电平,T6也截止,因此最终T9也截止,T8导通,输出高电平
    A = 0,B = 1的分析类似
    而当A = 1,B = 1时,T6和T9同时导通,然后使得T8的基极电位被钳位在1.0V,不足以导通T8和下面的二极管,因此,T8截止,输出低电平

    ABY
    000
    011
    101
    110

    1.2.6 集电极开路输出的门电路(OC门)

    单个的OC门的逻辑功能相当于与非门,它正常工作时,需要在Y端接电源 V C C 2 V_{CC2} VCC2以及上拉电阻 R L R_L RL

    另外,多个OC门并联可以实现线与的功能:

    直接将输出端连起来就相当于“与”的功能
    上图的逻辑表达式可以写成:Y = (AB)’(CD)’ = (AB + CD)’

    下面,我们来看看上拉电阻范围的计算:

    与非门在计算上拉电阻时,电流流出的数目要看与非门的数目而不是端的数目!!

    在TTL门电路中计算 R L R_L RL,都是以电压作为方程的驱动:
    【1】当输出为高电平时,电流的流向如下图所示:

    我们想要求我们输出的电压比输出高电平的最低电压还要高,因此有: V C C − R L ( n I O H + m I I H ) ≥ V O H ( m i n ) 即 R L ≤ V C C − V O H ( m i n ) n I O H + m I I H V_{CC} - R_L(nI_{OH} + mI_{IH}) ≥ V_{OH(min)}\\ 即R_L ≤ \frac{V_{CC} - V_{OH(min)}}{nI_{OH} + mI_{IH}} VCCRL(nIOH+mIIH)VOH(min)RLnIOH+mIIHVCCVOH(min)
    其中,n是输出端的数目,m是负载的数目(例如一个与非门有两个输入端)
    【2】输出为低电平的情况:

    当输出为低电平时,我们想要输出的低电平比输出低电平的最高电平要小,我们考虑极端情况,假设所有电流都从一个与非门流入:
    V C C − R L ( I O L − m ′ I I L ) ≤ V O L ( m i n ) 即 : R L ≥ V C C − V O L ( m i n ) I O L − m ′ I I L V_{CC} - R_L(I_{OL} - m'I_{IL}) ≤ V_{OL(min)}\\ 即:R_L ≥ \frac{V_{CC} - V_{OL(min)}}{I_{OL} - m'I_{IL}} VCCRL(IOLmIIL)VOL(min)RLIOLmIILVCCVOL(min)
    特别注意:上式子中的m’是输出端与非门的个数

    1.2.7 三态输出门电路(TS门)

    该电路的输出状态,除了高低电平外,还有一种高阻态情况
    T1管只要有一个输入为低电平,那么T1就会导通。当EN’ = 1时,经过反向变成低电平0.2V,T1导通,使得T2的基极变为低电平,T2和T5截止;然后由于二极管D导通,因此T4的基极就被钳位在0.2V+0.7V = 0.9V,而0.9V不足以驱动T4和它下面的二极管同时导通,因此,T4和T5同时截止,处于高阻态状态

    Tips:EN’表示该三态门是低电平有效(即EN‘为低电平时,不影响电路的正常工作状态(与非门)
    EN表示三态门是高电平有效

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  • CMOS和TTL电路区别

    千次阅读 2019-11-17 19:31:25
    1、CMOS是场效应管构成(单极性电路),TTL为双极晶体管构成(双极性电路) 2、COMS的逻辑电平范围比较大(5~15V),TTL只能在5V下工作 3、CMOS的高低电平之间相差比较大、抗干扰性强,TTL则相差小,抗干扰能力差 ...

    1、CMOS是场效应管构成(单极性电路),TTL为双极晶体管构成(双极性电路)

    2、COMS的逻辑电平范围比较大(5~15V),TTL只能在5V下工作

    3、CMOS的高低电平之间相差比较大、抗干扰性强,TTL则相差小,抗干扰能力差

    4、CMOS功耗很小,TTL功耗较大(1~5mA/门)

    5、CMOS的工作频率较TTL略低,但是高速CMOS速度与TTL差不多相当

    6、CMOS的噪声容限比TTL噪声容限大

    7、通常以为TTL门的速度高于“CMOS门电路。影响 TTL门电路工作速度的主要因素是电路内部管子的开关特性、电路结构及内部的各电阻阻数值。电阻数值越大,工作速度越低。

    向左转|向右转
    扩展资料:

    CMOS使用注意事项

    1、COMS电路时电压控制器件,它的输入总抗很大,对干扰信号的捕捉能力很强。所以,不用的管脚不要悬空,要接上拉电阻或者下拉电阻,给它一个恒定的电平。

    2、输入端接低内组的信号源时,要在输入端和信号源之间要串联限流电阻,使输入的电流限制在1mA之内。

    3、当接长信号传输线时,在COMS电路端接匹配电阻。

    4、当输入端接大电容时,应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。

    5、COMS的输入电流超过1mA,就有可能烧坏COMS。

    什么是TTL电平,什么是CMOS电平,他们的区别
    (一)TTL高电平3.65V,低电平0V2.4V
    CMOS电平Vcc可达到12V
    CMOS电路输出高电平约为0.9Vcc,而输出低电平约为
    0.1Vcc。
    CMOS电路不使用的输入端不能悬空,会造成逻辑混乱。
    TTL电路不使用的输入端悬空为高电平
    另外,CMOS集成电路电源电压可以在较大范围内变化,因而对电源的要求不像TTL集成电路那样严格。
    用TTL电平他们就可以兼容
    (二)TTL电平是5V,CMOS电平一般是12V。
    因为TTL电路电源电压是5V,CMOS电路电源电压一般是12V。
    5V的电平不能触发CMOS电路,12V的电平会损坏TTL电路,因此不能互相兼容匹配。
    (三)TTL电平标准
    输出 L: <0.8V ; H:>2.4V。
    输入 L: <1.2V ; H:>2.0V
    TTL器件输出低电平要小于0.8V,高电平要大于2.4V。输入,低于1.2V就认为是0,高于2.0就认为是1。

    CMOS电平:
    输出 L: <0.1Vcc ; H:>0.9Vcc。
    输入 L: <0.3Vcc ; H:>0.7Vcc.

    TTL和COMS电路比较:
    1、TTL电路是电流控制器件,而coms电路是电压控制器件。
    2、TTL电路的速度快,传输延迟时间短(5-10ns),但是功耗大。
    COMS电路的速度慢,传输延迟时间长(25–50ns),但功耗低。
    COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关,频率越高,芯片集越热,这是正常现象。
    3、COMS电路的锁定效应:
    COMS电路由于输入太大的电流,内部的电流急剧增大,除非切断电源,电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生
    锁定效应时,COMS的内部电流能达到40mA以上,很容易烧毁芯片。
    防御措施:
    (1)、在输入端和输出端加钳位电路,使输入和输出不超过不超过规定电压。
    (2)、芯片的电源输入端加去耦电路,防止VDD端出现瞬间的高压。
    (3)、在VDD和外电源之间加线流电阻,即使有大的电流也不让它进去。
    (4)、当系统由几个电源分别供电时,开关要按下列顺序:开启时,先开启COMS电路得电源,再开启输入信号和负载的电
    源;关闭时,先关闭输入信号和负载的电源,再关闭COMS电路的电源。

    4、COMS电路的使用注意事项
    (1)、COMS电路时电压控制器件,它的输入总抗很大,对干扰信号的捕捉能力很强。所以,不用的管脚不要悬空,要接上拉
    电阻或者下拉电阻,给它一个恒定的电平。
    (2)、输入端接低内组的信号源时,要在输入端和信号源之间要串联限流电阻,使输入的电流限制在1mA之内。
    (3)、当接长信号传输线时,在COMS电路端接匹配电阻。
    (4)、当输入端接大电容时,应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。
    (5)、COMS的输入电流超过1mA,就有可能烧坏COMS。

    参考:百度

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    数电技术基础大恶补05:TTL门电路

    1.双极性三极管结构

    所谓TTL,就是三极管–三极管–逻辑的简称。

    一个独立的双极性三极管包括:

    管芯、三个电极(基极,发射极,集电极)、外壳

    而根据管芯的三层半导体分成NPN和PNP两种类型。

    以NPN型为例,当发射极正偏,即Vbe > VON(开启电压),集电极反偏,即Vcb > 0 的时候,电流Ib产生,其大小由外电路的电压电阻决定。
    在这里插入图片描述

    当产生Ib时,如下图,分为3个部分:

    ①截止区:条件Vbe= 0, ib = 0, ic = 0, c一e间“断开”

    ②放大区 :条件Vce> 0.7, ib>0, ic 随ig成正比变化, △ic=β△ib

    ③饱和区 :条件Vce< 0.7, ib >0, Vce 很低,△ic随△ib增加变缓,趋于“饱和”

    在这里插入图片描述

    2.三极管反相器

    在这里插入图片描述
    当Vi为低电平时三极管工作在截止状态,输出高电平;
    当Vi为高电平时三极管工作在饱和状态,输出低电平;
    因此构成了三极管反相器。

    动态开关特性:滞后现象。

    滞后现象:三极管在截止区与饱和导通两种状态的迅速转换时,其内部电荷的建立和消散都需要一定的时间。

    3.TTL反相器

    TTL反向器的经典电路如下:
    在这里插入图片描述
    其电压传输特性:
    在这里插入图片描述
    AB段:截止区,Vi < 0.6,所以Vb1 < 1.3 ,三极管T1、T4导通,T4、T5截止。Voh = 3.4v

    BC段:线性区,0.7 < Vi < 1.3,T2导通且工作在放大区,T5截止,T4导通,线性成反比关系

    CD段:转折区,Vi = Tth ≈ 1.4 ,所以Vb1 >= 2.1 ,T2、T5同时导通,T4截止,Vo迅速下降,Vol ≈ 0

    DE段:饱和区 ,Vi继续增大,而Vo不变,Vo = Vol

    4.TTL反相器的静态输入输出特性

    输入特性:
    在这里插入图片描述
    由上图可知,输入低电平电流为-1mA,输入高电平电流很小。

    输出高电平特性:

    在这里插入图片描述
    输出高电平电流较大,考虑功耗应当做相应限制

    输出低电平特性:
    在这里插入图片描述
    允许流入较大电流,可带较大负载电流

    输入端负载特性:
    加入可变电阻Rp来控制Vi
    在这里插入图片描述
    其关系如下图:
    在这里插入图片描述
    这一特性的用处:判断TTL反相器电路在Rp的存在情况下,是否能正常工作

    5.扇出系数

    	门能驱动多少个同样的门电路负载,需要根据输入输出曲线了解
    

    6.TTL反相器的动态特性

    6.1延迟时间

    在TTL电路中,由于二极管和三极管从导通变为截止或从截止交导通都需要一定的时间,而且还有二极管、三极管以及电阻、连接线等的寄生电容存在,所以把理想的矩形电压信号加到TTL反相器的输人端时,输出电压的波形要比输人信号滞后。
    像在CMOS电路中所做的一样,我们将输出电压波形滞后于输人电压波形的时间称为传输延迟时间,并且将输出电压由低电平跳变为高电平时的传输延
    迟时间记作tpLH,将输出电压由高电平跳变为低电平时的传输延迟时间记作tpHL。
    在这里插入图片描述

    6.2 交流噪声容限

    当输入信号为窄脉冲,且接近于tpLH,tpHL时,输出变化将会跟不上,变化很小,因此交流噪声容限远大于直流噪声容限。换句话说,窄脉冲输入信号对输出是影响不大的。
    在这里插入图片描述

    6.3动态尖峰电流

    动态情况下,特别是当输出电压由低电平突然转变成高电平的过渡过程中,由于T5原来工作在深度饱和状态,所以T4的导通必然先于T5的截止,这样就出现了短时间内T4和T5同时导通的状态,有很大的瞬时电流流经T4和T5,使电源电流出现尖峰脉冲。
    在这里插入图片描述

    7.其他TTL门电路

    TTL与非门(多发射极)
    在这里插入图片描述
    TTL或非门
    在这里插入图片描述

    TTL与或非门
    在这里插入图片描述

    8.集电极开路输出门电路(OC门)

    与CMOS中的OD门相似,TTL也有相应的OC门。
    在这里插入图片描述
    ①输出端为OC三极管T5,T5可承受较大电压、电流

    ②工作时需要外接RL上拉到VCC 。
    只要RL,VCC取值合适,定可使:
    A,B同为1时,T5饱和,VoL ≈0
    A或B为0时,T5截止,Vo ≈Vcc

    ③输出端并联可实现线与,如图
    在这里插入图片描述

    其上拉电阻的计算:
    1、OC门输出管全部截止时,Vo > VoH,所以R不能太大(得RL上限)
    2、OC门仅一个输出管导通,Vo > VoL,所以R不能太小,否则iL过大(得RL下限)
    在这里插入图片描述
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    9.TTL三态门

    和CMOS一样,TTL电路也有其三态门,也是构成总线的重要器件。
    在这里插入图片描述
    EN’为使能端,图中电路为EN’ = 0时,电路正常工作,否则输出高阻态。

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  • TTL与CMOS 电路

    2016-06-14 20:34:22
    TTL电路则不能直接驱动CMOS电路,TTL的输出高电平大于2.4V,如果落在2.4V~3.5V之间,则CMOS电路就不能检测到高电平,低电平小于0.4V满足要求,所以在TTL电路驱动COMS电路时需要加上拉电阻。如果出现不同电压...

    TTL与CMOS  电路



    一.TTL

    TTL集成电路的主要型式为晶体管-晶体管逻辑门(transistor-transistor logic gate),TTL大部分都采用5V电源。

    1.输出高电平Uoh和输出低电平Uol
    Uoh≥2.4V,Uol≤0.4V
    2.输入高电平和输入低电平
    Uih≥2.0V,Uil≤0.8V

    二.CMOS

    CMOS电路是电压控制器件,输入电阻极大,对于干扰信号十分敏感,因此不用的输入端不应开路,接到地或者电源上。CMOS电路的优点是噪声容限较宽,静态功耗很小。

    1.输出高电平Uoh和输出低电平Uol
    Uoh≈VCC,Uol≈GND
    2.输入高电平Uoh和输入低电平Uol
    Uih≥0.7VCC,Uil≤0.2VCC (VCC为电源电压,GND为地)

    从上面可以看出:

    在同样5V电源电压情况下,COMS电路可以直接驱动TTL,因为CMOS的输出高电平大于2.0V,输出低电平小于0.8V;而TTL电路则不能直接驱动CMOS电路,TTL的输出高电平为大于2.4V,如果落在2.4V~3.5V之间,则CMOS电路就不能检测到高电平,低电平小于0.4V满足要求,所以在TTL电路驱动COMS电路时需要加上拉电阻。如果出现不同电压电源的情况,也可以通过上面的方法进行判断。

    如果电路中出现3.3V的COMS电路去驱动5V CMOS电路的情况,如3.3V单片机去驱动74HC,这种情况有以下几种方法解决,最简单的就是直接将74HC换成74HCT(74系列的输入输出在下面有介绍)的芯片,因为3.3V CMOS 可以直接驱动5V的TTL电路;或者加电压转换芯片;还有就是把单片机的I/O口设为开漏,然后加上拉电阻到5V,这种情况下得根据实际情况调整电阻的大小,以保证信号的上升沿时间。

    三.74系列简介

    74系列可以说是我们平时接触的最多的芯片,74系列中分为很多种,而我们平时用得最多的应该是以下几种:74LS,74HC,74HCT这三种,这三种系列在电平方面的区别如下:

            输入电平            输出电平

    74LS TTL电平          TTL电平
    74HC COMS电平    COMS电平
    74HCT TTL电平       COMS电平
    ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++





    1、TTL电平(什么是TTL电平):

    输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下,一般输出高电平是3.5V,输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平:输入高电平>=2.0V,输入低电平<=0.8V,噪声容限是0.4V。

    2、CMOS电平:

    1逻辑电平电压接近于电源电压,0逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。

    3、电平转换电路:

    因为TTL和COMS的高低电平的值不一样(ttl 5v<==>cmos 3.3v),所以互相连接时需要电平的转换:就是用两个电阻对电平分压,没有什么高深的东西。

    4、OC门,即集电极开路门电路,OD门,即漏极开路门电路必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。否则它一般只作为开关大电压和大电流负载,所以又叫做驱动门电路。

    5、TTL和COMS电路比较:

    1)TTL电路是电流控制器件,而CMOS电路是电压控制器件。
    2)TTL电路的速度快,传输延迟时间短(5-10ns),但是功耗大。COMS电路的速度慢,传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关,频率越高,芯片集越热,这是正常现象。
    3)COMS电路的锁定效应:

    COMS电路由于输入太大的电流,内部的电流急剧增大,除非切断电源,电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时,COMS的内部电流能达到40mA以上,很容易烧毁芯片。

    防御措施: 

    1)在输入端和输出端加钳位电路,使输入和输出不超过不超过规定电压。

    2)芯片的电源输入端加去耦电路,防止VDD端出现瞬间的高压。
    3)在VDD和外电源之间加限流电阻,即使有大的电流也不让它进去。
    4)当系统由几个电源分别供电时,开关要按下列顺序:开启时,先开启COMS路得电 源,再开启输入信号和负载的电源;关闭时,先关闭输入信号和负载的电源,再关闭COMS电路的电源。

    6、COMS电路的使用注意事项

    1)COMS电路时电压控制器件,它的输入总抗很大,对干扰信号的捕捉能力很强。所以,不用的管脚不要悬空,要接上拉电阻或者下拉电阻,给它一个恒定的电平。
    2)输入端接低内阻的信号源时,要在输入端和信号源之间要串联限流电阻,使输入的电流限制在1mA之内。
    3)当接长信号传输线时,在COMS电路端接匹配电阻。
    4)当输入端接大电容时,应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。
    5)COMS的输入电流超过1mA,就有可能烧坏COMS。


    7、TTL门电路中输入端负载特性(输入端带电阻特殊情况的处理):

    1)悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。
    2)在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平,输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知,只有在输入端接的串联电阻小于910欧 时,它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来,串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。COMS门电路就不用考虑这些了。


    8、TTL电路有集电极开路OC门,MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门,它的输出就叫做开漏输出。

    OC门在截止时有漏电流输出,那就是漏电流,为什么有漏电流呢?那是因为当三极管截止的时候,它的基极电流约等于0,但是并不是真正的为0,经过三极管的集电极的电流也就不是真正的 0,而是约0。而这个就是漏电流。

    开漏输出:OC门的输出就是开漏输出;OD门的输出也是开漏输出。它可以吸收很大的电流,但是不能向外输出的电流。所以,为了能输入和输出电流,它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要
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