【正文】 IC）成為可能。由于集成電路體積小、重量輕、可靠性好，因而在大多數(shù)領(lǐng)域里迅速取代分立器件電路。隨著集成電路制造工藝的日益完善，目前已能將數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的半導(dǎo)體三極管集成在一片而面積只有幾十平方毫米的硅片上。 按照在一定面積的硅片中所含元、器件數(shù)目（ 集成度 ）的高低，將集成電路分為 小規(guī)模集成電路 （ Small Scale Integration 簡(jiǎn)稱 SSI）、中規(guī)模集成電路 （ Memium Scall Integration 簡(jiǎn)稱 MSI）、 大規(guī)模集成電路 （ Large Scale Integration，簡(jiǎn)稱 LSI）和 超大規(guī)模集成電路（ Very Large Scale Integration，簡(jiǎn)稱 VLSI）。 根據(jù)制造工藝的不同，集成電路分為雙極型和單極型兩大類。 TTL電路是目前雙極型數(shù)字集成電路中用得較多的一種。因?yàn)檫@種電路的輸入端和輸出端均為三極管結(jié)構(gòu)，所以稱做晶體管 —晶體管邏輯電路（ Transistor—Transistor Logic），簡(jiǎn)稱 TTL電路。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 VC CR1T5R3R4R2T2T1T4D1D2AY1 3 0k Ω411 . 6k ΩΩk Ω( vI)( vO)輸 入 級(jí) 中 間 級(jí) 輸 出 級(jí)vB 1vC 2vE 2TTL反相器 T R D1組成輸入級(jí)， T R R3組成中間級(jí)， T DT R4組成輸出級(jí)。 A為輸入， Y為輸出。輸出與輸入之間的關(guān)系是反相關(guān)系，即 AY? 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 設(shè)電源電壓 VCC＝ 5V，輸入信號(hào)的高、低電平分別為 ，三極管的開(kāi)啟電壓為 。 Vv IH ?Vv IL ?VC CR1T5R3R4R2T2T1T4D1D2AY1 3 0k Ω411 . 6k ΩΩk Ω( vI)( vO)vB 1vC 2vE 2 當(dāng) 時(shí)， T1導(dǎo)通，導(dǎo)通后 T1的集電極電壓為 。因此 T2， T5管截止，使 為高電平， 為低電平，從而使 T D2導(dǎo)通，輸出為高電平 ILI vv ?2Cv 2EvOHv數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 IHI vv ?VVVv ONIHB ???顯然，在存在 T2和 T5的情況下， T2和 T5同時(shí)導(dǎo)通，則 被鉗在 ， T2導(dǎo)通使 為低電平 ，導(dǎo)致 T D2截止、T5導(dǎo)通，輸出變?yōu)榈碗娖? 1Bv2CvOLvVC CR1T5R3R4R2T2T1T4D1D2AY1 3 0k Ω411 . 6k ΩΩk Ω( vI)( vO)vB 1vC 2vE 2當(dāng) 時(shí)，如果不考慮T2的存在，則應(yīng)有 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 為確保 T5飽和導(dǎo)通 T4可靠截止，在 T4的發(fā)射極下串進(jìn)二極管 D2。 D1是輸入端鉗位二極管，它可以防止輸入電壓為負(fù)時(shí) T1的發(fā)射極電流過(guò)大，起到保護(hù)作用。 D1允許通過(guò)的最大電流約為 20mA。 由于 T2集電極輸出的電壓信號(hào)和發(fā)射極輸出的電壓信號(hào)變化方向相反，所以把這一級(jí)也叫做倒相級(jí)。輸出級(jí)在穩(wěn)定狀態(tài)下 T4和 T5總是一個(gè)導(dǎo)通而另一個(gè)截止，這就有效地降低了輸出級(jí)的靜態(tài)功耗并提高了驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。通常把這種形式的電路稱為推拉式（ push pull) 輸出電路 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 輸特性 vO/ VvI/ V1 .00 .54 .03 .02 .001 .51 .0 2 .0DCBAEVT H， 曲線的 AB段，因?yàn)? 所以， T2和 T5截止而 T4 、 D2導(dǎo)通，故輸出為高電平。這一段稱為特性曲線的 截止區(qū) 。 Vv I ?VvvvVv DBERCCOH ????? 反相器輸出電壓 隨輸入電壓 的變化，稱為電路的電壓傳輸特性，其曲線為反相器的電壓傳輸特性曲線。 IvOv數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 vO/ VvI/ V1 .00 .54 .03 .02 .001 .51 .0 2 .0DCBAEVT HVvI ?BC段，由于 但低于 ，所以 T2導(dǎo)通而T5依舊截止。這時(shí) T2工作在放大區(qū)，隨著 的升高， T5開(kāi)始導(dǎo)通 ， 線性地下降。這一段稱為特性曲線的線性區(qū)。 2CvOvIv當(dāng)輸入電壓 ， T2和 T5將同時(shí)導(dǎo)通， T4截止，輸出電位 很快下降為低電平，此段稱為轉(zhuǎn)折區(qū) CD，轉(zhuǎn)折區(qū)中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱為閾值電壓或門(mén)檻電壓，用 表示。 Vv I ?OvTHV數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 Iv Ov此后 繼續(xù)升高， 不再變化，進(jìn)入特性曲線的 DE段。DE段稱為特性曲線的 飽和區(qū) 。 vO/ VvI/ V1 .00 .54 .03 .02 .001 .51 .0 2 .0DCBAEVT H 一般地， TTL反相器工作在 AB段和 DE段，即輸入信號(hào)為低電平和高電平。此時(shí)反相器輸出高電平和低電平。電壓傳輸特性描述了反相器輸出電壓隨輸入電壓變化時(shí)的變化規(guī)律。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 是指在保證輸出為額定低電平的條件下，允許的最低輸入高電平值。一般 (min)IHVVV IH ( m in ) ?輸入信號(hào)噪聲容限 VNL和 VNH 電壓傳輸特性可見(jiàn)，當(dāng)輸入信號(hào)偏離正常低電平 （ ）而升高時(shí)，輸出的高電平并不會(huì)改變。同樣，當(dāng)輸入信號(hào)偏離正常的高電平（ ）而降低時(shí)，輸出的低電平也不會(huì)改變。因此，輸入信號(hào)有一個(gè)允許的波動(dòng)范圍，稱為噪聲容限， 定義低電平輸入噪聲容限 高電平輸入噪聲容限： ILILNL VVV ?? ( m a x )( m in )IHIHNH VVV ??(max)ILVVV IL ( m a x ) ? 是指在保證輸出電壓為為額定高平（ ） 90%的條件下，允許的最大輸入低電平值。一般 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 ， VVVV ILILNL ( m a x ) ?????VVVV IHIHNH ( m i n )( m i n ) ????? 電路在實(shí)際應(yīng)用時(shí)由于外界干擾，電源波動(dòng)等原因，會(huì)使輸入電壓 偏離原來(lái)的值。噪聲容限的大小反應(yīng)了門(mén)電路抗干擾能力的大小。 數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 為了正確處理門(mén)電路與門(mén)電路、門(mén)電路與其他電路之間的連接問(wèn)題，必須了解電路輸入端和輸出端的伏安特性。 （ 1）輸入特性：是指 輸入電流 隨 輸入電壓 變化的關(guān)系曲線 反相器電路，如果輸入信號(hào)僅為高電平或低電平時(shí)，則輸入端的電路等效可畫(huà)出。規(guī)定輸入電流 i I流入 T1的方向?yàn)檎较?，流?T1為負(fù)方向。 VC CR1T5R3R4R2T2T1T4D1D2AY1 3 0k Ω411 . 6k ΩΩk Ω( vI)( vO)vB 1vC 2vE 2數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 VC Cb e2b e5D1vIiIT1R1k Ω4VVvVV ILICC ,5 ???mAR vvVI ILBECCIL 111 ??????當(dāng) 時(shí)，輸入低電平電流為 時(shí)的輸入電流叫做回路短路電流 。顯然， 的數(shù)值比 的數(shù)值要略大一點(diǎn)。在作近似分析計(jì)算時(shí)， 經(jīng)常用手冊(cè)上給出的 近似代替。 IIL的方向流出 T1管。 0?Iv ISI ISIILIISIILI數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 VC Cb e2b e5D1vIiIT1R1k Ω4 時(shí)， T1管 處于 的狀態(tài)，相當(dāng)于把原來(lái)的集電極 C1當(dāng)作發(fā)射極 E1使用，而把原來(lái)的發(fā)射極當(dāng)做集電極使用了。稱這種工作狀態(tài)為倒置狀態(tài)（反向放大狀態(tài)）。 VVv IHI ??CBE VVV ?? 倒置狀態(tài)下三極管的電流放大系數(shù)極小（ 在 以下），所以高電平輸入電流也很小。 74系列門(mén)電路每個(gè)輸入端 的值在以下 。方向流入 T1管內(nèi)。 ?IHI A?40數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 畫(huà)出 iI隨 VI變化的曲線 —輸入特性曲線。輸入電壓介于高、低電平之間的情況要復(fù)雜一些，但考慮到這種情況通常只發(fā)生在輸入信號(hào) 電平轉(zhuǎn)換的暫短過(guò)程中，所以就不作詳細(xì)的分析了。 vI/ ViI/ m A0 .5 1 .0 1 .5 2 .00 .51 .0__0 .51 .01 .5___0 4 0 μ A2 .0_數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 當(dāng)電路輸出高電平時(shí)， T4和 D2導(dǎo)通， T5截止，輸出端的等效電路可畫(huà)出。輸出高電平時(shí)應(yīng)用時(shí)外接負(fù)載 RL。規(guī)定輸出電流 i L流入反相器的方向?yàn)檎较?，流出為?fù)方向。 （ 2）輸出特性：是指 輸出電壓 隨 輸出電流 變化的關(guān)系曲線 VC CR1T5R3R4R2T2T1T4D1D2AY1 3 0k Ω411 . 6k ΩΩk Ω( vI)( vO)vB 1vC 2vE 2VC CR4T4D2ΩR2k Ω1 . 6 1 3 0iLRLvO數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 輸出高電平時(shí)，負(fù)載電流 較小范圍內(nèi)變化時(shí)， T4各級(jí)的電壓 ， T4工作放大狀態(tài)（射極跟隨輸出）， 變化很小。隨著負(fù)載電流絕對(duì)值的增加， R4上的壓降也隨之加大，最終將使 T4的b—c結(jié)變?yōu)檎蚱茫?T4進(jìn)入飽和狀態(tài)。這時(shí) T4將失去射極跟隨功能，因而 隨 絕對(duì)值的增加幾乎線性下降。 OHvLiEBC VVV ??LiVC CR4T4D2ΩR2k Ω1 . 6 1 3 0iLRLvOOHv數(shù)字邏輯電路電子教案 西北大學(xué)信息學(xué)院 由于受到功耗的限制，手冊(cè)上給出的高電平輸出電流最大值要比 5mA小得多。 74系列門(mén)電路的運(yùn)用條件規(guī)定，輸出為高電平時(shí)，最大負(fù)載