半导体集成电路第3节上.ppt

半导体集成电路 南京理工大学电光学院 晶体管-晶体管逻辑（TTL）电路 双极型逻辑电路简要历史 六管单元TTL与非门 两管单元TTL与非门 四管、五管单元TTL与非门 六管单元TTL与非门 STTL和LSTTL电路 TTL门电路逻辑扩展 简化逻辑门 双极型逻辑电路简史 直接耦合晶体管逻辑电路（DCTL） 存在“抢电流”现象。 第一种实用的双极型数字电路 电阻-晶体管逻辑（RTL）电路 电阻-电容-晶体管耦合逻辑（RCTL）电路 DTL与非门电路 速度慢 TTL系列 第一代TTL，包括LTTL,HTTL 输入级引入多发射极晶体管 输出级采用有源负载 第二代TTL，包括STTL,LSTTL 噪声容限 在前一极输出为最坏的情况下,为保证后一极正常工作.所允许的最大噪声幅度 六管单元TTL与非门 当输入都是高电平时，各管基极电位 各点电位和电流 当输入端至少有一个为低电平时， * * A B C R1 R2 VCC VO B1 B2 T1 T2 两管单元TTL与非门 电路抗干扰能力小 电路输出端负载能力弱 IB2小，导通延迟较大 四管单元TTL与非门 T2管的引入提高了抗干扰能力 有源负载的引入提高了电路的负载能力 A B C R1 R2 VCC VO B1 B2 T1 T2 T5 * * A B C R1 R2 VCC VO B1 B2 T1 T2 T5 电路导通时，T2、T5饱和 VO=VOL 这时，T2管的集电极和输出之间的电位差为： VC2-VO=VCES2+VBES5-VCES5≈VBES5=0.8V T5和D不能同时导通 D起了电平移位的作用 R5 T3 * * A B C R1 R2 VCC VO B1 B2 T1 T2 T5 R5 T3 R1 R2 VCC VO B1 B2 T1 T2 T5 R5 T4 A B T3 T3、T4管构成达林顿管，T4管不会进入饱和区 反向时T4管的基极有泄放电阻，使电路的平均 延迟时间下降 四管单元TTL与非门 五管单元TTL与非门 * * 5管单元TTL与非门电路 输入级由多发射极晶体管T1和基极电组R1组成，它实现了输入变量A、B、C的与运算 输出级：由T3、T4、T5和R4、R5组成 其中T3、T4构成复合管，与T5组成推拉式输出结构。具有较强的负载能力 中间级是放大级，由T2、R2和R3组成，T2的集电极C2和发射极E2可以分提供两个相位相反的电压信号 * * TTL与非门工作原理 ? 输入端至少有一个接低电平 0 .3V 3 .6V 3 .6V 1V 3 .6V T1管:A端发射结导通，Vb1 = VA + Vbe1 = 1V， 其它发射结均因反偏而截止. ? 5-0.7-0.7=3.6V Vb1 =1V,所以T2、T5截止, VC2≈Vcc=5V, T3：微饱和状态。 T4：放大状态。 电路输出高电平为： 5V * * ? 输入端全为高电平 3 .6V 3 .6V 2.1V 0 .3V T1:Vb1= Vbc1+Vbe2+Vbe5 = 0.7V×3 = 2.1V 因此输出为逻辑低电平VOL=0.3V 3 .6V 发射结反偏而集电极正偏.处于反向放大状态 T2：饱和状态 T3：Vc2=Vces2+Vbe5≈1V， 使T3导通， Ve3=Vc2-Vbe3=1-0.7≈0.3V， 使T4截止。 T5：饱和状态， TTL与非门工作原理 * * ? 输入端全为高电平，输出为低电平 ? 输入至少有一个为低电平时，输出为高电平 由此可见电路的输出和输入之间满足与非逻辑关系 T1：反向放大状态 T2：饱和状态 T3：导通状态 T4：截止状态 T5：深饱和状态 T2：截止状态 T3：微饱和状态 T4：放大状态 T5：截止状态 TTL与非门工作原理 * * 双极型逻辑电路简要历史 六管单元TTL与非门 两管单元TTL与非门 四管、五管单元TTL与非门 六管单元TTL与非门 STTL和LSTTL电路 TTL门电路逻辑扩展 简化逻辑门 * * VBE VBC 饱和区 反向工作区 截止区 正向工作区 (正偏) (反偏) (正偏) (反偏) C B E npn 正向工作区 IB IC IE IE=IB+IC 反向工作区 IB IC IE IC=IB+IE 饱和工作区 C B E VCES 截止区 C B E * * 简易TTL与非门 与非门 A B C R1 R2 VCC VO B1 B2 T1 T2 A B C O 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 两管单元TTL与非门 * * 简易TTL与非门 A B C R1 R2 VCC VO B1 B2 T1 T2 两管单元TTL与