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 第四章 门电路 内容提要 【熟悉】TTL与非门工作原理 【掌握】可以线与(或)的OC(集电极开路)门和三态门 【熟悉】门电路的主要特性参数及计算 【了解】COMS门电路与TTL门电路的差异及多余输入端的处理 一．网上导学 二．典型例题 三．本章小结 四．习题答案 网上导学 1.????? TTL与非门 （1）??? 电路组成 二极管与门(p99 图4.2.1)＋三极管非门(p100 图4.2.2)→分立元件与非门(p101 图4.2.3)→与非门电路(p101图4.2.4)→TTL与非门(p102 图4.2.6,见下图) 图中的与非门电路由三部分组成： 第一部分由多发射极晶体管T1和电阻R1组成电路的输入级，该级实现与功能；第二部分由T2和电阻R2、R3组成中间级，从T2的集电极和发射级同时输出两个相位相反的信号(实现倒相)，并分别送到T3T4管的基极；第三部分由T3，D,T4和R4组成输出级(实现推拉式输出,具有较强的驱动能力和稳态时功耗极小)。第二部分和第三部分共同实现了非功能。 （2）??? 工作原理 当输出为高电位时T3、D导通，T4截止；输出为低电位时，T3和D截止T4饱和导通,即工作情况如下表： 输入状态 输出电位 T1 T2 T3 D T4 全部为高电位UIH 低电位UOL 反向放大 饱和 截止 截止 饱和 一个或多个为低电位UIL 高电位UOH 饱和 截止 导通 导通 截止 输入全部为高电位(UIH=3.6V)时,按理说T1的基极应为3.6+0.7V,但由于T1管的集电结和T2、T4发射结正向偏置而导通，假设每一个PN结导通压降均为0.7V,则T1管基极电位UB1为： UB1=UBC1+UBE2+UBE4=O.7+0.7+0.7=2.1V,可以计算出此时T2、T4饱和导通,而T3和D截止,输出低电平UOL； 输入一个或多个为低电位UIL时,则T1管基极电位UB1为： UB1=UIL+UBE1+0.2(0.3)+0.7=0.9V, UB2则为0.3V,故T2、T4截止,而T3和D导通,输出高电平UOH； (3)主要参数 ①??? 空载功耗：指TTL门静态未带负载时单位时间所消耗的能量我们把输出为低电位时的功耗PCL定为空载功耗。当TTL门输出为低电位时电源提供的总电流为： IEL=iR1+iR2=0.73+2.5=3.23ma 低电位的功耗PCL为 PCL=REL*UCC=3.23*5=16mw 当输出为高电位时，电源提供总电流IEH为：IEH=iR1=1ma 高电位的功耗为 PCH= IEH*UCC=1*5=5mW 通常把PCL定为空载功耗(取功耗大的)。 ②传输特性:指TTL与非门的电压传输特性它描述了输入电压从0V电位逐渐上升到高电位时，输出电压u0的变化情况 从图中可以看出：输出高电位的下限UOH(min),输出低电位的上限UOL(max)；输入高电位的下限UIH(min)输入低电位的上限UIL(max). 噪声容限：UNH= UOH(min)- UIH(min) UNL= UIL(max)- UOL(max) 通常将传输特性曲线中输出电压随输入电压改变而急剧变换的部分叫转折区，转折区中点对应的输入电压为阈值电压UTH,图中的阈值电压为1.4V. ③传输延时tpd和速度功耗积 传输延时tpd：是指与非门输出波形相对于输入波形的延时。它主要受晶体管开关时间的影响 输出波形的下降沿的50%相对输入波形上升沿的50%之间的时间间隔叫导通延时时间tPHL，输出波形的上升沿的50%相对输入波形下降沿的50%之间的时间间隔叫关闭延时时间tPLH。tpd=(tPHL+tPLH)/2 速度功耗积：指门的传输延时tpd和空载功耗p的乘积,它是衡量器件性能的一个指标，速度功耗积越小越好。TTL门的速度功耗积为几十皮焦耳 ④扇出系数N0：指一个门能够驱动同类门的个数。 TTL门输出为高电位时，可带动的门的个数为：输出为高电位时的输出电流IOH与输入为高电位时的流入电流IIH之比,即NOH=∣IOH/IIH∣; TTL们输出为低电位是，可带动的门的个数为集：输出为低电位灌入电流IIL与输入为低电位时的流出电流IOL之比,即NOL=∣IOL/IIL∣ 2.????? 集电极开路门：又称OC门，电路及符号如图： （1）??? 与非门: 与普通TTL门的区别在于没有T3和D管， ? （2）??? 工作情况 输入状况 输出电位 T1 T2 T4 全部为高电位 低电位 反相放大 饱和 饱和 一个或多个为低电位 高电位 饱和 截止 截止 （3）??? 特点及用途 常用于驱动高电压大电流的负载。输出不是图腾柱式，则输出静态功耗高，驱动能力弱, RL的阻值在几百欧到几千欧范围内