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  • TTL非门电路工作原理

    千次阅读 2019-05-23 11:17:08
    TTL非门电路工作原理 分立元件门电路虽然结构简单,但是存在着体积大、工作可靠性差、工作速度慢等许多缺点。1961年美国德克萨斯仪器公司率先将数字电路的元器件和连线制作在同一硅片上,制成了集成电路。由于...

    TTL与非门电路的工作原理

    分立元件门电路虽然结构简单,但是存在着体积大、工作可靠性差、工作速度慢等许多缺点。1961年美国德克萨斯仪器公司率先将数字电路的元器件和连线制作在同一硅片上,制成了集成电路。由于集成电路体积小、质量轻、工作可靠,因而在大多数领域迅速取代了分立元件电路。随着集成电路制作工艺的发展,集成电路的集成度越来越高。

    按照集成度的高低,将集成电路分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路。根据制造工艺的不同,集成电路又分为双极型和单极型两大类。TTL门电路是目前双极型数字集成电路中用的最多的一种。

    TTL门电路中用的最普遍的是与非门电路,下面以TTL与非门为例,介绍TTL电路的基本结构、工作原理和特性。

    (1)TTL与非门的基本结构

    图1是TTL与非门的电路结构。可以看出,TTL与非门电路基本结构由3部分构成:输入级、中间级和输出级。因为电路的输入端和输出端都是三极管结构,所以称这种结构的电路为三极管—三极管逻辑电路。

    Alt
    图1 TTL与非门电路的基本结构
    输入级:输入级是一个与门电路结构。T1是多发射极晶体管,可以把它的集电结看成一个二极管,把发射结(三个发射结)看成是与前者背靠背的3个二极管,如图2所示。由此看出,输入级就是一个与门电路:Y=A·B·C。
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    (a)多发射极晶体管 (b)多发射极晶体管的等效二级管电路
    图2 多发射极晶体管的等效电路
    中间级:由三极管T2和电阻RC1、RE2组成。在电路的开通过程中利用T2的放大作用,为输出管T3提供较大的基极电流,加速了输出管的导通。所以,中间级的作用是提高输出管的开通速度,改善电路的性能。

    输出级:由三极管T3、T4、二极管D和电阻RC4组成。如图3所示,图3(a)是前面讲过的三极管非门电路,图3(b)是TTL与非门电路中的输出级。从图中可以看出,输出级由三极管T3实现逻辑非的运算。但在输出级电路中用三极管T4、二极管D和RC4组成的有源负载替代了三极管非门电路中的RC,目的是使输出级具有较强的负载能力。
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    图3 晶体管非门电路与TTL与非门输出级
    (2)工作原理

    在下面的分析中假设输入高、低电平分别为3.6V和0.3V,PN结导通压降为0.7V。

    ①输入全为高电平3.6V(逻辑1)

    如果不考虑T2的存在,则应有UB1=UA+0.7=4.3V。显然,在存在T2和T3的情况下,T2和T3的发射结必然同时导通。而一旦T2和T3导通之后,UB1便被钳在了2.1V(UB1=0.7×3=2.1V),所以T1的发射结反偏,而集电结正偏,称为倒置放大工作状态。由于电源通过RB1和T1的集电结向T2提供足够的基极电位,使T2饱和,T2的发射极电流在RE2上产生的压降又为T3提供足够的基极电位,使T3也饱和,所以输出端的电位为UY=UCES=0.3V, UCES为T3饱和压降。

    可见实现了与非门的逻辑功能之一:输入全为高电平时,输出为低电平。

    ②输入低电平0.3V(逻辑0)

    当输入端中有一个或几个为低电平0.3V(逻辑0)时,T1的基极与发射级之间处于正向偏置,该发射结导通,T1的基极电位被钳位到UB1=0.3+0.7=1V。T2和T3都截止。由于T2截止,由工作电源VCC流过RC2的电流仅为T4的基极电流,这个电流较小,在RC2上产生的压降也小,可以忽略,所以UB4≈VCC=5v,使T4和D导通,则有:UY=VCC-UBE4-UD=5-0.7-0.7=3.6V。

    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。

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  • 分立元件门电路虽然结构简单,但是存在着体积大、工作可靠性差、工作速度慢等许多缺点。1961年美国德克萨斯仪器公司率先将数字电路的元器件和连线制作在同一硅片上,制成了集成电路。由于集成电路体积小、质量轻、...

    分立元件门电路虽然结构简单,但是存在着体积大、工作可靠性差、工作速度慢等许多缺点。1961年美国德克萨斯仪器公司率先将数字电路的元器件和连线制作在同一硅片上,制成了集成电路。由于集成电路体积小、质量轻、工作可靠,因而在大多数领域迅速取代了分立元件电路。随着集成电路制作工艺的发展,集成电路的集成度越来越高。

    按照集成度的高低,将集成电路分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路。根据制造工艺的不同,集成电路又分为双极型和单极型两大类。TTL门电路是目前双极型数字集成电路中用的最多的一种。

    TTL门电路中用的最普遍的是与非门电路,下面以TTL与非门为例,介绍TTL电路的基本结构、工作原理和特性。

    (1)TTL与非门的基本结构

    图1是TTL与非门的电路结构。可以看出,TTL与非门电路基本结构由3部分构成:输入级、中间级和输出级。因为电路的输入端和输出端都是三极管结构,所以称这种结构的电路为三极管---三极管逻辑电路。

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    图1 TTL与非门电路的基本结构

    输入级:输入级是一个与门电路结构。T1是多发射极晶体管,可以把它的集电结看成一个二极管,把发射结(三个发射结)看成是与前者背靠背的3个二极管,如图2所示。由此看出,输入级就是一个与门电路:Y=A·B·C。

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    (a)多发射极晶体管 (b)多发射极晶体管的等效二级管电路

    图2 多发射极晶体管的等效电路

    中间级:由三极管T2和电阻Rc1、Re2组成。在电路的开通过程中利用T2的放大作用,为输出管T3提供较大的基极电流,加速了输出管的导通。所以,中间级的作用是提高输出管的开通速度,改善电路的性能。

    输出级:由三极管T3、T4、二极管D和电阻Rc4组成。如图3所示,图3(a)是前面讲过的三极管非门电路,图3(b)是TTL与非门电路中的输出级。从图中可以看出,输出级由三极管T3实现逻辑非的运算。但在输出级电路中用三极管T4、二极管D和Rc4组成的有源负载替代了三极管非门电路中的Rc,目的是使输出级具有较强的负载能力。

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    图3 晶体管非门电路与TTL与非门输出级

    (2)工作原理

    在下面的分析中假设输入高、低电平分别为3.6V和0.3V,PN结导通压降为0.7V。

    ①输入全为高电平3.6V(逻辑1)

    如果不考虑T2的存在,则应有Ub1=UA+0.7=4.3V。显然,在存在T2和T3的情况下,T2和T3的发射结必然同时导通。而一旦T2和T3导通之后,Ub1便被钳在了2.1V(Ub1=0.7×3=2.1V),所以T1的发射结反偏,而集电结正偏,称为倒置放大工作状态。由于电源通过Rb1和T1的集电结向T2提供足够的基极电位,使T2饱和,T2的发射极电流在Re2上产生的压降又为T3提供足够的基极电位,使T3也饱和,所以输出端的电位为UY=Uces=0.3V, Uces为T3饱和压降。

    可见实现了与非门的逻辑功能之一:输入全为高电平时,输出为低电平。

    ②输入低电平0.3V(逻辑0)

    当输入端中有一个或几个为低电平0.3V(逻辑0)时,T1的基极与发射级之间处于正向偏置,该发射结导通,T1的基极电位被钳位到Ub1=0.3+0.7=1V。T2和T3都截止。由于T2截止,由工作电源VCC流过Rc2的电流仅为T4的基极电流,这个电流较小,在Rc2上产生的压降也小,可以忽略,所以Ub4≈VCC=5v,使T4和D导通,则有:UY=VCC-Ube4-UD=5-0.7-0.7=3.6V。

    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。

    (本文章来自网络,仅供学习,侵删。)

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  • 六管单元TTL非门

    2020-12-09 13:15:55
    内容:1 六管单元TTL与非门电路结构及工作原理 1.1 六管单元TTL与非门电路结构 1.2 六管单元TTL非门电路工作原理 2 六管TTL与非门的电压传输曲线 3 电路的静态参数及输入保护 3.1 电路的静态参数 3.2 电路的输入...
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    集成电路(Integrated Circuit 简称IC):即把电路中半导体器件,电阻,电容以及连线等制作在一块半导体基片上构成一个完整的电路,并封装到一个管壳内

    集成电路的有点:体积小,重量轻,可靠性高,功耗低。

    集成度:一个封装内含有等效逻辑门的个数或元器件的个数。

    双极型TTL反相器:由三极管——三极管构成的逻辑电路(实现非门的功能),具体的电路图很复杂,了解下就好了

    将多个反相器集成在一块基片上构成所谓的芯片。芯片引脚含义出厂就规定了,哪个输入哪个输出从而实现对应的逻辑关系

    以下俩个概念是为了解释在不太稳定的电路下集成电路为什么能正常工作的。

    电压传输特性:当输入的电平由低到高连线变化时,反相器工作在截止区和饱和区,并响应输出低电平和高电平

    输入端噪声容限:在保证输出高低电平范围基本不变的条件下(保证结果正确的条件下),输入电平允许波动的范围

    转载于:https://www.cnblogs.com/wanjn/p/7732006.html

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  • 简易TTL非门

    2020-12-09 13:16:17
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    【数电专栏】

    A TTL集成门电路

    TTL逻辑门是指输入端和输出端都用双极型三极管的集成电路(称为三 极管——三极管逻辑门)。它的开关速度较快,是目前用得较多的一种集成逻辑门。

    A.a 双极型三极管的开关特性

    A.a.a 双极型三极管的结构

    A.a.b 双极型三极管的特性曲线

    所谓伏安特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线,是三极管内 部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看,外部特性更为重要。
    在这里插入图片描述
    输入特性曲线:
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    继续增大VCC使VCE=1V以上的多个值,结果发现:之后的所有输入特性几乎都与VCE=1V的特性相同,曲线基本不再变化。
    实用中三极管的VCE值一般都超过1V,所以其输入特性通常采用VCE=1V时的曲线。
    从特性曲线可看出,双极型三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。

    输出特性曲线:
    在这里插入图片描述
    输出曲线开始部分很陡,说明IC随VCE的增加而急剧增大。
    当VCE增至一定数值时(一般小于1V),输出特性曲线变得平坦,表明IC基本上不再随VCE而变化。

    输出特性曲线一般可分为三个区:
    在这里插入图片描述
    <1>放大区:晶体管工作在放大状态时,发射结正偏,集电结反偏。在放大区,集电极电流与基极电流之间成β倍的数量关系,即晶体管在放大区时具有电流放大作用。


    <2>饱和区:当发射结和集电结均为正向偏置时,三极管处于饱和状态。此时集电极电流IC与基极电流IB之间不再成比例关系,IB的变化对IC的影响很小。
    此时VCE小于VBE,规定: VCE=VBE时,为临近饱和状态,用VCES(0.3或0.1)表示,此时集电极临近饱和电流是:
    在这里插入图片描述
    管子临近饱和时,硅管的VCEV_CE约为0.3V,锗管约为0.1V, 由于深度饱和时VCE约等于0,晶体管在电路中犹如一个闭合的开关。


    <3>截止区
    当基极电流IB等于0时,晶体管处于截止状态

    A.a.b双极型三极管的基本开关电路

    在数字电路中,三极管作为开关元件,主要工作在饱和和截止两种开关状态,放大区只是极短暂的过渡状态。
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    A.b TTL集成门电路的结构

    在这里插入图片描述
    在数字电路中,三极管作为开关元件,主要工作在饱和和截止两种开关状态,放大区只是极短暂的过渡状态。

    A.a.a 典型输入级形式

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    VILVIHV_{IL}:输入低电平;V_{IH}:输入高电平。
    如果A输入是一个负电压,那么二极管就会导通,控制A点电压,能避免三极管烧坏。
    在这里插入图片描述
    钳位二极管VD:既抑制输入端可能出现的负极性干扰脉冲,又可以防止输入电压为负时,VT的发射极电流过大,起保护作用。
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    A.a.b 典型中间级形式

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    A为高电平大于导通电压0.V7时,晶体管处于放大状态,F2F_2电压为(3-0.7=2.3)V。调整R2R_2使得其处于饱和状态,c-e之间电压为0.1~0.3V,则F2F_2输入电压为2.42.4 ~ 2.6V2.6V
    2.6相对12V为低电平。
    F1F_1称为反相输出端;F2F_2称为同相输出端。
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    A.a.c 典型输出级形式

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    A.b 几种典型的TTL集成门电路

    A.b.a TTL反相器电路

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    D2D_2:保证T5T_5导通时,T4T_4截止。
    电路分析06:00(钳位)
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    D1可以把电位钳位在0.7。
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    需要说明几个问题:

    • T2的输出Vc2和Ve2变化方向相反,故称倒向级。

    • 输出级在稳态下,T4和T5总有一个导通一个截止,既能降低功耗又提高了负载能力,称“推拉式”。

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    A.b.b TTL集成与非门

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    A.b.c TTL集成或非门

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    A.b.d TTL集成与或非门

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    A.b.e TTL集成异或门

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    A.c 集电极开路(OC)门电路原理及特点

    open collector(OC)
    1、推拉式输出具有阻抗低的优点
    2、推拉式输出电路结构的局限性
    ① 输出电平不可调,不能满足对输出高低电平的需要。
    ② 负载能力不强,不能满足驱动较大电流,较高电压
    的负载要求
    ③ 输出端不能并联使用。
    在这里插入图片描述
    在工程实践中,有时需要将几个门的输出端并联使用,以实现与逻辑,称为线与。如果G1、G2两个TTL与非门的输出直接连接起来,当G1输出为高电平,G2为低电平时,从G1的电源Vcc通过G1的T4、D到G2的T5,形成一个低阻通路,产生很大的电流,造成输出既不是高电平也不是低电平;逻辑功能将被破坏,还可能烧坏器件,所以普通的TTL门电路是不能进行线与的。为了满足实际应用中实现线与的要求,专门生产了一种可以进行线与的门电路—集电极开路门电路,简称OC门。

    A.c.a OC门电路工作原理

    OC门的特点:OC门的输出端是可以并接使用的。(一般TTL与非门电路的输出端是绝对不允许 并接使用的。)
    1.与非门(OC门)
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    T2,T5bc正偏 T2,T5的Ube<Uon
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    OC门输出端可并联使用的原理:

    在这里插入图片描述 在这里插入图片描述
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    A.d TTL三态(TS)输出门

    三态:0态,1态,高阻态
    EN:使能信号
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    图片来源:《数字电子技术基础》 国防科技大学

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