电子技术第二章集成逻辑门电路数字电路部分第二章 集成逻辑门电路
§ 2.1 基本逻辑关系及复合逻辑关系
§ 2.2 TTL与非门
§ 2.3 其它类型的 TTL门电路
1、逻辑门电路：用以实现逻辑关系的电子电路。
2、与非门 —用与非门电路分立元件门电路：
二极管、三极管集成门电路：
双极型集成门：
TTL DTL
MOS集成门：
单极型、双极型集成门广泛使用的开关器件：晶体管、场效应管基本逻辑关系,与 ( and ),或 (or ) 非 ( not )。
§ 2.1 基本逻辑关系及复合逻辑关系
1、“与”逻辑与逻辑,决定事件发生的各条件中，所有条件都具备，事件才会发生（成立）。
规定,
开关合为逻辑,1”
开关断为逻辑,0”
灯亮为逻辑,1”
灯灭为逻辑,0”
E F
A B C
&A
B
C
F
逻辑符号：
A FB C
000 0100 0
010 0110 0
001 0101 0
011 0111 1
逻辑式,F=A?B?C
逻辑乘法逻辑与真值表
E F
A B C
真值表特点,
任 0 则 0,全 1则 1
与逻辑运算规则：
0? 0=0 0? 1=0
1? 0=0 1? 1=1
2,,或,逻辑
A
E F
B
C
或逻辑,决定事件发生的各条件中，有一个或一个以上的条件具备，事件就会发生（成立）。
规定,
开关合为逻辑,1”
开关断为逻辑,0”
灯亮为逻辑,1”
灯灭为逻辑,0”
A FB C
000 0100 1
010 1110 1
001 1101 1
011 1111 1
真值表
1
A
B
C
F
逻辑符号：
逻辑式,F=A+B+C
逻辑加法逻辑或
A
E F
B
C
真值表特点：
任 1 则 1,全 0则 0。
或逻辑运算规则,
0+0=0 0+1=1
1+0=1 1+1=1
3,,非,逻辑
“非”逻辑,决定事件发生的条件只有一个，条件不具备时事件发生（成立），条件具备时事件不发生。
规定,
开关合为逻辑,1”
开关断为逻辑,0”
灯亮为逻辑,1”
灯灭为逻辑,0”
AE F
R
逻辑符号：
逻辑非逻辑反
A F
0 1
1 0
真值表
AE F
R
真值表特点,
1则 0,0则 1。
AF?逻辑式：
运算规则：
10,01
A F1
4、几种常用的复合逻辑关系
“与”、“或”、“非”是三种基本的逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。
CBAF
与非,条件
A,B,C都具备，则 F 不发生。
&AB
C
F
1）其他几种常用的逻辑关系如下表：
CBAF
或非,条件 A、
B,C任一具备，
则 F 不发生。
1AB
C
F
BA
BABAF
异或,条件 A、
B有一个具备，
另一个不具备则 F 发生。
同或,条件
A,B相同，则
F 发生。
=AB F
BA
BAABF
基本逻辑关系小结逻辑 符号 表示式与 &AB Y
A
B Y≥1
或非 1 YA
Y=AB
Y=A+B
与非 &AB Y
或非 AB Y≥1
异或 =1A
B Y Y= A?B
AY?
ABY?
BAY
2）,异或”及“同或”逻辑的关系
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
0
1
1
0
1
0
0
1
BAF F A B?
反函数的定义：对于输入变量的所有取值组合,函数
F1和 F2的取值总是相反,则称 F1和 F2互为反函数 。 记作：
1221
FFFF 或
_________ ________
___________ ___________
_ _ _ _ _ _ _ _
A B A B A B A B
A B A B A B A B A B A B A B A B
“异或”及
“同或”逻辑真值表
(1) n个变量的“异或”逻辑的输出值和输入变量取值的对应关系是：输入变量的取值组合中，有奇数个 1时，
“异或”逻辑的输出值为 1；反之，输出值为 0。
________BA?
__ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ DCBA
(2) 偶数个变量的,同或,,等于这偶数个变量的,异或,之非 。 如：
A⊙ B= A⊙ B⊙ C⊙ D=
奇数个变量的,同或,,等于这奇数个变量的,异或,。 如：
CBAA⊙ B⊙ C=
几个结论：
A
B
C
＝ 1
( a )
B
A
D
F
＝ 1
＝ 1
＝ 1
＝ 1
C
( b )
F
F
1
F
1
F
2
3） 多变量的,异或,及,同或,逻辑多变量的,异或,或,同或,运算,
要利用两变量的,异或门,或,同或门,来实现 。
由图 (a)得：
由图 (b)得：
DCBA
DCBAFFF
DCFBAF
CBACBACFF
BAF
)()(
)(
21
21
1
1
5,逻辑运算的优先级别逻辑运算的优先级别决定了逻辑运算的先后顺序 。
在求解逻辑函数时,应首先进行级别高的逻辑运算 。 各种逻辑运算的优先级别,由高到低的排序如下：
长非号是指非号下有多个变量的非号 。
][][ 加同或异或乘括号长非号
2.2 TTL与非门
数字集成电路,在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。
TTL型 电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为,Transistor— Transistor Logic。
+5V
A
B
C
R1
T1
R2
T2
R3
F
R4
R5
T3
T4
T5
输入级 输出级中间级
0.3V
3.4V
1,TTL与非门电路结构
T1 与 R1组成输入级：
T1 —多发射极晶体管：
实现,与”运算 。
等效电路
b1=A? B? C
c1
+5V
R1
T1
b1
A
B
C
c1A
B
+5V
b1
R1
C
2,分立元件门电路
1）,二极管与门
+ V
CC
(+ 5 V )
R
3 k Ω
Y
D
1
A
D
2
B
5V
0V
A
B
Y
&
u
A
u
B
u
Y
D
1
D
2
0 V 0V
0 V 5 V
5 V 0 V
5 V 5V
0,7 V
0,7 V
0,7 V
5V
导通 导通导通 截止截止 导通截止 截止
A B Y
0 0
0 1
1 0
1 1
0
0
0
1
Y=AB
A
D
1
B
D
2
5V
0 V
Y
R
3k Ω
2）、二极管或门
A
B
Y
≥ 1
u
A
u
B
u
Y
D
1
D
2
0 V 0V
0 V 5 V
5 V 0 V
5 V 5V
0V
4,3 V
4,3 V
4,3 V
截止 截止截止 导通导通 截止导通 导通
A B Y
0 0
0 1
1 0
1 1
0
1
1
1
Y=A+B
A β = 4 0
+5 V
Y
电路图
1
逻辑符号
A Y
1k Ω
4,3 k Ω
3）、三极管非门
① uA＝ 0V时，三极管截止,iB＝ 0,iC＝ 0，
输出电压 uY＝ VCC＝ 5V
② uA＝ 5V时,三极管导通 。 基极电流为：
iB＞ IBS，三极管工作在饱和状态。输出电压 uY＝ UCES＝ 0.3V。
mA1mA3.4 7.05Bi
三极管临界饱和时的基极电流为：
mA1 1 7 5.0140 3.05BSI
A Y
0
1
1
0
AY?
+5V
R1
c1T
1
b1
A
B
C
R2
T2
R3
F
R4
R5
T3
T4
T5
“与”,非”
复合管形式
TTL
与非门输出级
0.3V
3.4V
3,TTL与非门工作原理
1）、任一输入为 低电平（ 0.3V） 时
+5V
F
R4R2
R1
R5
R3
T3b1A
B
C
“0” 截止
c1T1
T5
T2 T4
1V 0.3V
UF=5 -UBE3-UBE4 -UR2
3.4V 高电平！
+5V
“0”
F
R4R2
R1
3k
R5
T3
T4T
1
b1 c
1A
B
C
1V
UFRL
T2,T5,截止逻辑关系,任 0则 1
2）,输入全为高电平（ 3.4V）时
4.1V
3.4V“1”
(3.4V) T
5
T4
发射结全反偏
R2
+5V
F
R4
R1
T2
R5
R3
T3
T1
b1 c
1A
B
C
电位箝在 2.1V
0.7V
1.4V
2),输入全为高电平（ 3.4V）时全导通
(T2,T5饱和 )
T5
T4
R2
截止
T1:倒置状态?C,E作用颠倒
+5V
F
R4
R1
T2
R5
R3
T3
T1
b1 c
1A
B
C
1V
0.7V
1.4V
“1”
(3.4V)
发射结全反偏电位箝在 2.1V
UF=0.3V
饱和
T1 T2
T5
T2：截止逻辑关系,全 1则 0
+5V
F
R2
R1
3k
R3
b1 c
1A
B
C
“1”
(3.4V)
电位箝在 2.1V
发射结全反偏总结,TTL与非门工作原理
A B CF?
&A
B
C
F
输入任 0,T2,T5 截止,T3,T4 导通； U0= U0H 。
输入全 1,T4 截止,T2,T5饱和导通 ; U0= U0L 。
逻辑关系：
任 0则 1
全 1则 0
与非门
4,TTL与非门 外特性和参数测试电路
1、电压传输特性,UO? UI
&
+5V
UI UO
R
u0(V)
ui(V)1 2 3
UOH
(3.4V)
UOL
(0.3V)
传输特性曲线
u0(V)
ui(V)1 2 3
UOH
“1”
UOL
(0.3V)
阈值 UT=1.4V
理想的传输特性输出高电平输出低电平简化的 传输特性 ( UO?UI )曲线 — 二值性曲线
UOH
UOL
UIHUIL 1.4U
T
UO(V)
UI(V)1 2 3
1
2
3
0
截止区 (T5,关门 )
转折区
(过渡区 )
饱和区 (T5：开门 )阈值电压,UT=1.4V
门槛电压 (Threshold)
+5V
F
R4R2R1 3k?
T2
R5
R3
T3
T4T
1
T5
b1c
1A
B
C
100?750?
360?
3K?
通用,UOH?2.4V,UOL?0.4V
典型值,输出高电平 UOH=3.4V
输出低电平 UO L =0.3V
阈值电压 UT =1.4V
1）,输出端
2）,输入端：
典型值,输入高电平 UIH=3.4V
输入低电平 UIL =0.3V
通用,UI?UT UI=“1”,与非门开门?UO L ； UI<UT
UI=“0”,与非门关门?UOH 。
2、典型参数：
3、输入负载特性 (ui?R )
ui V R
C
+5V
R4R
2R1 3k?
b1
100?750?
F
T2
R5
R3
T3
T4T1
T5
c1A
B
360?
3K?
R较小时
R较小时,ui<UT 相当于输入低电平,所以输出为高电平。
R u
i
+5V
F
R4R2R13k
T2
R5
R3
T3 T
4T
1
T5
b1 c
1A
BC
)5( 1
1
bei URR
Ru?
R
R
3
3.4
设,T2,T5 截止
R增大 Ruiui?UT时,T2,T5将饱和导通,输入变高，输出变低电平。
R
R
3
3.4)V(4.1
R临界 =1.45K?
R ui
+5V
F
R4R2
R1
3k
T2
R5
R3
T3
T4T
1
T5
b1 c
1A
B
C
2.1V
1.4V
0.7V1.4V
2
0
RI
(K?)
UI(V)
1 2 3
1
0.6
0.5
1.4
1.45
多余输入端处理：
接 +5V
若悬空,UI=“1”
输入端并联使用对应,UOH 对应,UOL
A
B
C
F
UI V RI
&
1,悬空的输入端相当于接高电平。
2,为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。
5,扇出系数与非门输出驱动同类门的个数,N? 8 。
与非门的扇出系数一般是 10。
——带负载能力驱动器：扇出系数可以大于 20。
扇出系数和门电路输出驱动同类门的个数
+5V
R4R2
R5
T3
T4
T1
前级
T1
T1I
iH1
IiH3
IiH2
IOH
前级输出为 高电平时 例如：
与非门输出为 高电平 时：
（ UIL,T2,T5 截止,T3,T4导通。）
拉电流：
IOH（ 几百)
iO
RL
(等效 )
拉电流能力,维持 UOH时，
所允许的最大拉电流值。
+5V
R4R2
R5
T3
T4
UO
H
+5V
R2
R1
3k
T2
R3
T1
T5
b1 c
1
前级
IOL
IiL1
IiL2
IiL3
前级输出为 低电平时
与非门输出为 低电平 时：
iO
RL
+5V
(等效 )
灌电流：
IOL约 十几 mA
灌电流能力：
维持 UOL时，
所允许的最大灌电流值 。
+5V
R2
R1
3k
T2
R3
T1
T5
b1 c
1 U
OL
输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：
21 iLiLOL III
输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）：
21 iHiHOH III
一般与非门的扇出系数为 10。
由于 IOL,IOH的限制，每个门电路输出端所带门电路的个数，称为扇出系数。
6、动态特性
t
ui
o
t
uo
o
50%
50%
tp1 tp2
导通传输时间截止传输时间波形边沿变坏延迟变化
uo
平均传输时间
（ Propagation delay)
tpd= tp1 + tp2
2
典型值,3? 10 ns
学习 TTL与非门的要求：
1） 掌握逻辑关系,任 0则 1，全 1则 0；
2） 掌握典型参数,会使用。
74 L S 00 的引脚排列图
V
CC
3 A
3 B
3 Y
4 A
4 B
4 Y
1 A 1 B 1 Y 2 A 2 B 2 Y G N D
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
74 L S 20
1 2 3 4 5 6 7
V
CC
2 A
2 B
NC
2 C
2 D
2 Y
1 A
1 B NC
1 C
1 D
1 Y
G N D
74 L S 20 的引脚排列图
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
74 L S 00
1 2 3 4 5 6 7
74LS00内含 4个 2输入与非门,74LS20
内含 2个 4输入与非门。
2.3 其它类型的 TTL门电路
1、集电极开路的与非门（ OC门 ）
1）,问题的提出标准 TTL与非门进行 与运算,
&A
B E
F&C
D
&
G
A B
C D
&A
B
E
F&C
D
G
能否,线与,？
（ Open Collector)
E F
G=E?F= A B? C D
问题,TTL与非门的输出电阻很低。
i 功耗与非门截止：
T4热击穿
i
UOL
与非门导通：
不允许
&A
B
E
F&C
D
G 与非门截止与非门导通
+5V
R4R2
T3 T
4
T5
100?750?
3K? R3
UOH
+5V
R4R2
T3 T
4
T5
100?750?
3K? R3
UOL
2） OC门结构
+5V
F
R4R2R1 3k
T2
R5
R3
T3
T4T
1
T5
b1 c
1A
B
C
去掉
T3,T4
标准 TTL与非门
可以断开
（ Open Collector)
F = ABC
&
符号 缺角集电极开路
“与”,非”
RL
（外接）
UCC
F
T5
+5V
R2
R1
3k
T2
R3
T1
b1 c
1A
B
C
特点,RL和 UCC可以 外接。
3）,线与”电路
F=F1? F2?F3
RL（ 外接 ）
任 0 则 0
全 1 则 1
F
&
&
&
UCC
F1
F2
F3
A1
B1
C1
A2
B2
C2
A3
B3
C3
“线与”
使用 OC门的 关键 是 选择外接 RL:
根据带负载情况确定。
例 1：负载电阻 RL和电源 UCC可以根据情况选择
&
J
+30V
220V
J
如 RL用继电器线圈（ J）替代，可以实现对其它电路的控制。
2、三态输出与非门（ TS门 ）
(Three State)
三种状态高电平低电平高阻状态（禁止状态）
标准与非门输出 状态
1）,三态门结构控制端
D
E E1
(使能端,Enable）
A
B
输入端
+5V
F
R4R2R1
T2
R5
R3
T3
T4T1
T5
2） 工作原理
F
“1”
3.4V
截止
“0”
0.3V
工作状态
E=“0”
+5V
R4R2
R1
T2
R5
R3
T3
T4T
1
T5
A
B
D
E E1
ABF0E 时：?
F
“0”
0.3V“1”3.4V
截止导通 截止
E=“1”
高阻状态
（禁止状态）
+5V
R4R2R1
T2
R5
R3
T3
T4T1
T5
A
B
D
E E1
E=“1”时,F=Z
(高阻状态 )
&A
B
F
E
符号：
功能表：
0 A B CF?
（ 工作状态 ）
输出E
接 低电平 时为工作状态
1 高阻状态
（禁止状态）
若去掉使能端的非门,+5V
F
R4R2
R1
T2
R5
R3
T3
T4T
1
T5
控制端
(使能端,Enable）
A
B
输入端
D
E
&A
B
F
E
符号：
功能表：
接 高电平 时为工作状态
1 A B CF?
（工作状态）
输出E
0 高阻状态
（禁止状态）
3） 用途主要作为 TTL电路与 总线（ BUS)间的 接口电路公用总线
E1
E2
E3
用公用总线 分时 传送不同数据译码器&A
1
B1
E1
&A2
B2
E2
&A3
B3
E3
门工作
门工作
门工作
1.TTL集成逻辑门电路的系列比较多，常用的有五个系列。
2.集电极开路门（ OC门）的输出端可并联实现线与 。
3.三态输出门（ TSL门）的输出端也可并联使，
但应分时工作，三态输出门还常用来构成单向总线和双向总线。
小结：
63
第二章结束电子技术数字电路部分
§ 2.1 基本逻辑关系及复合逻辑关系
§ 2.2 TTL与非门
§ 2.3 其它类型的 TTL门电路
1、逻辑门电路：用以实现逻辑关系的电子电路。
2、与非门 —用与非门电路分立元件门电路：
二极管、三极管集成门电路：
双极型集成门：
TTL DTL
MOS集成门：
单极型、双极型集成门广泛使用的开关器件：晶体管、场效应管基本逻辑关系,与 ( and ),或 (or ) 非 ( not )。
§ 2.1 基本逻辑关系及复合逻辑关系
1、“与”逻辑与逻辑,决定事件发生的各条件中，所有条件都具备，事件才会发生（成立）。
规定,
开关合为逻辑,1”
开关断为逻辑,0”
灯亮为逻辑,1”
灯灭为逻辑,0”
E F
A B C
&A
B
C
F
逻辑符号：
A FB C
000 0100 0
010 0110 0
001 0101 0
011 0111 1
逻辑式,F=A?B?C
逻辑乘法逻辑与真值表
E F
A B C
真值表特点,
任 0 则 0,全 1则 1
与逻辑运算规则：
0? 0=0 0? 1=0
1? 0=0 1? 1=1
2,,或,逻辑
A
E F
B
C
或逻辑,决定事件发生的各条件中，有一个或一个以上的条件具备，事件就会发生（成立）。
规定,
开关合为逻辑,1”
开关断为逻辑,0”
灯亮为逻辑,1”
灯灭为逻辑,0”
A FB C
000 0100 1
010 1110 1
001 1101 1
011 1111 1
真值表
1
A
B
C
F
逻辑符号：
逻辑式,F=A+B+C
逻辑加法逻辑或
A
E F
B
C
真值表特点：
任 1 则 1,全 0则 0。
或逻辑运算规则,
0+0=0 0+1=1
1+0=1 1+1=1
3,,非,逻辑
“非”逻辑,决定事件发生的条件只有一个，条件不具备时事件发生（成立），条件具备时事件不发生。
规定,
开关合为逻辑,1”
开关断为逻辑,0”
灯亮为逻辑,1”
灯灭为逻辑,0”
AE F
R
逻辑符号：
逻辑非逻辑反
A F
0 1
1 0
真值表
AE F
R
真值表特点,
1则 0,0则 1。
AF?逻辑式：
运算规则：
10,01
A F1
4、几种常用的复合逻辑关系
“与”、“或”、“非”是三种基本的逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。
CBAF
与非,条件
A,B,C都具备，则 F 不发生。
&AB
C
F
1）其他几种常用的逻辑关系如下表：
CBAF
或非,条件 A、
B,C任一具备，
则 F 不发生。
1AB
C
F
BA
BABAF
异或,条件 A、
B有一个具备，
另一个不具备则 F 发生。
同或,条件
A,B相同，则
F 发生。
=AB F
BA
BAABF
基本逻辑关系小结逻辑 符号 表示式与 &AB Y
A
B Y≥1
或非 1 YA
Y=AB
Y=A+B
与非 &AB Y
或非 AB Y≥1
异或 =1A
B Y Y= A?B
AY?
ABY?
BAY
2）,异或”及“同或”逻辑的关系
A B
0 0
0 1
1 0
1 1
0
1
1
0
1
0
0
1
BAF F A B?
反函数的定义：对于输入变量的所有取值组合,函数
F1和 F2的取值总是相反,则称 F1和 F2互为反函数 。 记作：
1221
FFFF 或
_________ ________
___________ ___________
_ _ _ _ _ _ _ _
A B A B A B A B
A B A B A B A B A B A B A B A B
“异或”及
“同或”逻辑真值表
(1) n个变量的“异或”逻辑的输出值和输入变量取值的对应关系是：输入变量的取值组合中，有奇数个 1时，
“异或”逻辑的输出值为 1；反之，输出值为 0。
________BA?
__ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ DCBA
(2) 偶数个变量的,同或,,等于这偶数个变量的,异或,之非 。 如：
A⊙ B= A⊙ B⊙ C⊙ D=
奇数个变量的,同或,,等于这奇数个变量的,异或,。 如：
CBAA⊙ B⊙ C=
几个结论：
A
B
C
＝ 1
( a )
B
A
D
F
＝ 1
＝ 1
＝ 1
＝ 1
C
( b )
F
F
1
F
1
F
2
3） 多变量的,异或,及,同或,逻辑多变量的,异或,或,同或,运算,
要利用两变量的,异或门,或,同或门,来实现 。
由图 (a)得：
由图 (b)得：
DCBA
DCBAFFF
DCFBAF
CBACBACFF
BAF
)()(
)(
21
21
1
1
5,逻辑运算的优先级别逻辑运算的优先级别决定了逻辑运算的先后顺序 。
在求解逻辑函数时,应首先进行级别高的逻辑运算 。 各种逻辑运算的优先级别,由高到低的排序如下：
长非号是指非号下有多个变量的非号 。
][][ 加同或异或乘括号长非号
2.2 TTL与非门
数字集成电路,在一块半导体基片上制作出一个完整的逻辑电路所需要的全部元件和连线。使用时接：电源、输入和输出。具有体积小、可靠性高、速度快、而且价格便宜的特点。
TTL型 电路：输入和输出端结构都采用了半导体晶体管，称之为,Transistor— Transistor Logic。
+5V
A
B
C
R1
T1
R2
T2
R3
F
R4
R5
T3
T4
T5
输入级 输出级中间级
0.3V
3.4V
1,TTL与非门电路结构
T1 与 R1组成输入级：
T1 —多发射极晶体管：
实现,与”运算 。
等效电路
b1=A? B? C
c1
+5V
R1
T1
b1
A
B
C
c1A
B
+5V
b1
R1
C
2,分立元件门电路
1）,二极管与门
+ V
CC
(+ 5 V )
R
3 k Ω
Y
D
1
A
D
2
B
5V
0V
A
B
Y
&
u
A
u
B
u
Y
D
1
D
2
0 V 0V
0 V 5 V
5 V 0 V
5 V 5V
0,7 V
0,7 V
0,7 V
5V
导通 导通导通 截止截止 导通截止 截止
A B Y
0 0
0 1
1 0
1 1
0
0
0
1
Y=AB
A
D
1
B
D
2
5V
0 V
Y
R
3k Ω
2）、二极管或门
A
B
Y
≥ 1
u
A
u
B
u
Y
D
1
D
2
0 V 0V
0 V 5 V
5 V 0 V
5 V 5V
0V
4,3 V
4,3 V
4,3 V
截止 截止截止 导通导通 截止导通 导通
A B Y
0 0
0 1
1 0
1 1
0
1
1
1
Y=A+B
A β = 4 0
+5 V
Y
电路图
1
逻辑符号
A Y
1k Ω
4,3 k Ω
3）、三极管非门
① uA＝ 0V时，三极管截止,iB＝ 0,iC＝ 0，
输出电压 uY＝ VCC＝ 5V
② uA＝ 5V时,三极管导通 。 基极电流为：
iB＞ IBS，三极管工作在饱和状态。输出电压 uY＝ UCES＝ 0.3V。
mA1mA3.4 7.05Bi
三极管临界饱和时的基极电流为：
mA1 1 7 5.0140 3.05BSI
A Y
0
1
1
0
AY?
+5V
R1
c1T
1
b1
A
B
C
R2
T2
R3
F
R4
R5
T3
T4
T5
“与”,非”
复合管形式
TTL
与非门输出级
0.3V
3.4V
3,TTL与非门工作原理
1）、任一输入为 低电平（ 0.3V） 时
+5V
F
R4R2
R1
R5
R3
T3b1A
B
C
“0” 截止
c1T1
T5
T2 T4
1V 0.3V
UF=5 -UBE3-UBE4 -UR2
3.4V 高电平！
+5V
“0”
F
R4R2
R1
3k
R5
T3
T4T
1
b1 c
1A
B
C
1V
UFRL
T2,T5,截止逻辑关系,任 0则 1
2）,输入全为高电平（ 3.4V）时
4.1V
3.4V“1”
(3.4V) T
5
T4
发射结全反偏
R2
+5V
F
R4
R1
T2
R5
R3
T3
T1
b1 c
1A
B
C
电位箝在 2.1V
0.7V
1.4V
2),输入全为高电平（ 3.4V）时全导通
(T2,T5饱和 )
T5
T4
R2
截止
T1:倒置状态?C,E作用颠倒
+5V
F
R4
R1
T2
R5
R3
T3
T1
b1 c
1A
B
C
1V
0.7V
1.4V
“1”
(3.4V)
发射结全反偏电位箝在 2.1V
UF=0.3V
饱和
T1 T2
T5
T2：截止逻辑关系,全 1则 0
+5V
F
R2
R1
3k
R3
b1 c
1A
B
C
“1”
(3.4V)
电位箝在 2.1V
发射结全反偏总结,TTL与非门工作原理
A B CF?
&A
B
C
F
输入任 0,T2,T5 截止,T3,T4 导通； U0= U0H 。
输入全 1,T4 截止,T2,T5饱和导通 ; U0= U0L 。
逻辑关系：
任 0则 1
全 1则 0
与非门
4,TTL与非门 外特性和参数测试电路
1、电压传输特性,UO? UI
&
+5V
UI UO
R
u0(V)
ui(V)1 2 3
UOH
(3.4V)
UOL
(0.3V)
传输特性曲线
u0(V)
ui(V)1 2 3
UOH
“1”
UOL
(0.3V)
阈值 UT=1.4V
理想的传输特性输出高电平输出低电平简化的 传输特性 ( UO?UI )曲线 — 二值性曲线
UOH
UOL
UIHUIL 1.4U
T
UO(V)
UI(V)1 2 3
1
2
3
0
截止区 (T5,关门 )
转折区
(过渡区 )
饱和区 (T5：开门 )阈值电压,UT=1.4V
门槛电压 (Threshold)
+5V
F
R4R2R1 3k?
T2
R5
R3
T3
T4T
1
T5
b1c
1A
B
C
100?750?
360?
3K?
通用,UOH?2.4V,UOL?0.4V
典型值,输出高电平 UOH=3.4V
输出低电平 UO L =0.3V
阈值电压 UT =1.4V
1）,输出端
2）,输入端：
典型值,输入高电平 UIH=3.4V
输入低电平 UIL =0.3V
通用,UI?UT UI=“1”,与非门开门?UO L ； UI<UT
UI=“0”,与非门关门?UOH 。
2、典型参数：
3、输入负载特性 (ui?R )
ui V R
C
+5V
R4R
2R1 3k?
b1
100?750?
F
T2
R5
R3
T3
T4T1
T5
c1A
B
360?
3K?
R较小时
R较小时,ui<UT 相当于输入低电平,所以输出为高电平。
R u
i
+5V
F
R4R2R13k
T2
R5
R3
T3 T
4T
1
T5
b1 c
1A
BC
)5( 1
1
bei URR
Ru?
R
R
3
3.4
设,T2,T5 截止
R增大 Ruiui?UT时,T2,T5将饱和导通,输入变高，输出变低电平。
R
R
3
3.4)V(4.1
R临界 =1.45K?
R ui
+5V
F
R4R2
R1
3k
T2
R5
R3
T3
T4T
1
T5
b1 c
1A
B
C
2.1V
1.4V
0.7V1.4V
2
0
RI
(K?)
UI(V)
1 2 3
1
0.6
0.5
1.4
1.45
多余输入端处理：
接 +5V
若悬空,UI=“1”
输入端并联使用对应,UOH 对应,UOL
A
B
C
F
UI V RI
&
1,悬空的输入端相当于接高电平。
2,为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。
5,扇出系数与非门输出驱动同类门的个数,N? 8 。
与非门的扇出系数一般是 10。
——带负载能力驱动器：扇出系数可以大于 20。
扇出系数和门电路输出驱动同类门的个数
+5V
R4R2
R5
T3
T4
T1
前级
T1
T1I
iH1
IiH3
IiH2
IOH
前级输出为 高电平时 例如：
与非门输出为 高电平 时：
（ UIL,T2,T5 截止,T3,T4导通。）
拉电流：
IOH（ 几百)
iO
RL
(等效 )
拉电流能力,维持 UOH时，
所允许的最大拉电流值。
+5V
R4R2
R5
T3
T4
UO
H
+5V
R2
R1
3k
T2
R3
T1
T5
b1 c
1
前级
IOL
IiL1
IiL2
IiL3
前级输出为 低电平时
与非门输出为 低电平 时：
iO
RL
+5V
(等效 )
灌电流：
IOL约 十几 mA
灌电流能力：
维持 UOL时，
所允许的最大灌电流值 。
+5V
R2
R1
3k
T2
R3
T1
T5
b1 c
1 U
OL
输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：
21 iLiLOL III
输出高电平时，前级流出的电流（拉电流）：
21 iHiHOH III
一般与非门的扇出系数为 10。
由于 IOL,IOH的限制，每个门电路输出端所带门电路的个数，称为扇出系数。
6、动态特性
t
ui
o
t
uo
o
50%
50%
tp1 tp2
导通传输时间截止传输时间波形边沿变坏延迟变化
uo
平均传输时间
（ Propagation delay)
tpd= tp1 + tp2
2
典型值,3? 10 ns
学习 TTL与非门的要求：
1） 掌握逻辑关系,任 0则 1，全 1则 0；
2） 掌握典型参数,会使用。
74 L S 00 的引脚排列图
V
CC
3 A
3 B
3 Y
4 A
4 B
4 Y
1 A 1 B 1 Y 2 A 2 B 2 Y G N D
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
74 L S 20
1 2 3 4 5 6 7
V
CC
2 A
2 B
NC
2 C
2 D
2 Y
1 A
1 B NC
1 C
1 D
1 Y
G N D
74 L S 20 的引脚排列图
14 13 1 2 1 1 1 0 9 8
74 L S 00
1 2 3 4 5 6 7
74LS00内含 4个 2输入与非门,74LS20
内含 2个 4输入与非门。
2.3 其它类型的 TTL门电路
1、集电极开路的与非门（ OC门 ）
1）,问题的提出标准 TTL与非门进行 与运算,
&A
B E
F&C
D
&
G
A B
C D
&A
B
E
F&C
D
G
能否,线与,？
（ Open Collector)
E F
G=E?F= A B? C D
问题,TTL与非门的输出电阻很低。
i 功耗与非门截止：
T4热击穿
i
UOL
与非门导通：
不允许
&A
B
E
F&C
D
G 与非门截止与非门导通
+5V
R4R2
T3 T
4
T5
100?750?
3K? R3
UOH
+5V
R4R2
T3 T
4
T5
100?750?
3K? R3
UOL
2） OC门结构
+5V
F
R4R2R1 3k
T2
R5
R3
T3
T4T
1
T5
b1 c
1A
B
C
去掉
T3,T4
标准 TTL与非门
可以断开
（ Open Collector)
F = ABC
&
符号 缺角集电极开路
“与”,非”
RL
（外接）
UCC
F
T5
+5V
R2
R1
3k
T2
R3
T1
b1 c
1A
B
C
特点,RL和 UCC可以 外接。
3）,线与”电路
F=F1? F2?F3
RL（ 外接 ）
任 0 则 0
全 1 则 1
F
&
&
&
UCC
F1
F2
F3
A1
B1
C1
A2
B2
C2
A3
B3
C3
“线与”
使用 OC门的 关键 是 选择外接 RL:
根据带负载情况确定。
例 1：负载电阻 RL和电源 UCC可以根据情况选择
&
J
+30V
220V
J
如 RL用继电器线圈（ J）替代，可以实现对其它电路的控制。
2、三态输出与非门（ TS门 ）
(Three State)
三种状态高电平低电平高阻状态（禁止状态）
标准与非门输出 状态
1）,三态门结构控制端
D
E E1
(使能端,Enable）
A
B
输入端
+5V
F
R4R2R1
T2
R5
R3
T3
T4T1
T5
2） 工作原理
F
“1”
3.4V
截止
“0”
0.3V
工作状态
E=“0”
+5V
R4R2
R1
T2
R5
R3
T3
T4T
1
T5
A
B
D
E E1
ABF0E 时：?
F
“0”
0.3V“1”3.4V
截止导通 截止
E=“1”
高阻状态
（禁止状态）
+5V
R4R2R1
T2
R5
R3
T3
T4T1
T5
A
B
D
E E1
E=“1”时,F=Z
(高阻状态 )
&A
B
F
E
符号：
功能表：
0 A B CF?
（ 工作状态 ）
输出E
接 低电平 时为工作状态
1 高阻状态
（禁止状态）
若去掉使能端的非门,+5V
F
R4R2
R1
T2
R5
R3
T3
T4T
1
T5
控制端
(使能端,Enable）
A
B
输入端
D
E
&A
B
F
E
符号：
功能表：
接 高电平 时为工作状态
1 A B CF?
（工作状态）
输出E
0 高阻状态
（禁止状态）
3） 用途主要作为 TTL电路与 总线（ BUS)间的 接口电路公用总线
E1
E2
E3
用公用总线 分时 传送不同数据译码器&A
1
B1
E1
&A2
B2
E2
&A3
B3
E3
门工作
门工作
门工作
1.TTL集成逻辑门电路的系列比较多，常用的有五个系列。
2.集电极开路门（ OC门）的输出端可并联实现线与 。
3.三态输出门（ TSL门）的输出端也可并联使，
但应分时工作，三态输出门还常用来构成单向总线和双向总线。
小结：
63
第二章结束电子技术数字电路部分
