例1某TTL与非门电压传输特性如图21精.docx
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例1某TTL与非门电压传输特性如图21精
【例1】某TTL与非门电压传输特性如图2-1（a）所示，输入级电路如图2-1（b）所示；输出咼电平时允许的最低咼电平Vohmin=2.4V；输出低电平时允许的最高低电平VOLmax=0.7V。
（1）求该门的关门电平V°ff和开门电平Von各为多少？
（2）当该TTL与非门驱动同类负载门时，求输入高电平抗干扰容限Vhn和输入低电平
抗干扰容限VLN；
（3）当该TTL与非门有一个输入端接电阻R,其余输入端悬空时，求该门的开门电阻Ron和关门电阻Roff。
解：
（1）根据关门电平Voff的定义可知，Voff是使与非门保持关门状态的最大输入电压，从图2-1（a）所示电压传输特性可看出，当VoHmin=2.4V时所对应的输入电压为1.3V，所以
Voff=1.3V
根据开门电平Von的定义可知，Von是使与非门保持开门状态的最小输入电压，从图
2-1（a）所示特性图可看出，当V°Lmax=0.7V时所对应的输入电压为1.5V，所以
Von=1.5V
（2）根据抗干扰容限的定义:
与非门输入高电平抗干扰容限
与非门输入低电平抗干扰容限
Vhn=Vohmin—Von=2.4—1.5V=0.9V
VLN-Voff—VOLmax=1.3—0.7V=0.6V
（3）观察图2-1（b）所示，图中R与R1对电源Vcc构成分压器，R上的降压VR就成为该门的输入电压。
VR为
Vcc—VB1
R1+R
若VR-Von，则与非门输出低电平即处于开门状态，这时所对应的R临界阻值就是开
门电阻Ron。
所以
Vcc-VB1_
Ron—Von，
R1Ron
求得Ron=3.2k「（若需该与非门输出低电平，则应使R-3.2k1）。
若Vr岂Voff,则与非门输出高电平即处于关门状态，这时所对应的R的临界阻值就是
关门电阻Roff。
所以
（a）与非门电路（b）与非门内部输入级
图2-2TTL与非门电路及输入电路
解：
（1）与非门内部输入级电流几乎全部流过外接电阻R，设电阻上的压降为Vr，因
为要求F=1,即要求与非门处于关门状态，所以（设关门电平Voff二付）应有下式成立：
（2）设电路刚接上电源时，流过
即要求与非门处于开门状态，所以（设开门电平
5V-0.7V厂
VrR-Von
3k“R
求得R_2.6k.】。
（c）
求得Rm。
R1的电流仍然全部流过外接电阻R,因为要求F=0,
Von=2V）应有下式成立：
5V—0.7V
即VRR-2V
3S+R
【例3】电路如图2-3（a）、（b）、（c）、（d）所示，试找出电路中的错误，并说明为什么。
图2-3电路图
解：
图（a）:
电路中多余输入端接“1”是错误的，或门有一个输入为1，输出即为1。
图（b）:
电路中多余输入端接“0”电平是错误的，与门输入有一个为0,输出即为0。
。
图（c）:
电路中两个与门输出端并接是错误的，会烧坏器件。
因为当两个与非门的输出
电平不相等时，两个门的输出级形成了低阻通道，使得电流过大，从而烧坏器件。
图（d）:
电路中两OC门输出端虽能并接，但它们没有外接电阻至电源，电路不会有任何输出电压，所以是错误的。
【例4】在图2-4中有两个接为线与的OC门Gi、G2。
它们的输出驱动三个基本TTL
门G3、G4、G5，接入的输入端分别为2、2、3个。
设OC门输出低电平时允许灌入的最
大电流]ol为14mA，输出高电平时输出管截止的反向漏电流[oh为0.25mA；TTL与非门
的输入短路电流|il为1.6mA，每个输入端的反向漏电流|ih为0.05mA。
试求外接负载电阻
R的取值范围。
（要求VOH王3V,VOL兰0.3V。
）
解：
解题时要分OC门输出是高电平和低电平两种情况。
（1）OC门输出为高电平Voh
此时流过电路中各种电流|R、IOH、I|H的方向如图2-4（a）中箭头所示。
负载电阻Rl上的电流|R为
图2-4两个OC门驱动三个与非门
I^2Io^223Ii^20.2570.05mA二0.85mA
因为Rl的增大会使输出高电平下降，所以Rl应为
注意：
在计算|R时，对g3、g4、g5接入电路的每一个输入端的反向漏电流|IH都要计算在内。
（2）OC门输出为低电平Vol
此时流过电路中各种电流|R、Iol、IIL的方向如图2-4（b）中箭头所示。
负载电阻Rl上
的电流|r为|R=|OL—3山=（14—3汇1.6m«A=9.2mA
由于Rl的减小会使输出低电平抬高，所以Rl应为
5-0.3V
9.2mA
Vcc—Vol
RLmin.
IR
故511—Rl_2.35k「
注意：
在计算|R时，只考虑一个0C的输出为低电平，因为这是输出低电平时还负载的最不利的情况。
同时G3、G4、G5各个门的输入短电流|il的大小与接入电路的输入端个数无关。
【例5】用增强型NMOS管构成的电路如图2-5（a）所示。
试写出F的逻辑式；并用NMOS管画出更加简化而逻辑功能不变的电路。
解：
解题时首先要分清哪些管子是负载管，哪些管子是开关管，只有在一个负载管的源极与开关管的漏极连接节点上才能输出倒相的逻辑函数。
该题电路图中只有T1是负载管，
其余的都是开关管。
在开关管中再看哪些是串接的，哪些是并接的。
对于相互串接的开关管，
它们栅极上所加的变量互为与逻辑；对于相互并接的开关管，它们栅极上所加的变量互为或
逻辑。
根据以上分析原则，可得函数
F=ABACAD二ABCD
所得简化电路如图2-5（b）所示。
思考题和习题解答
【题2.1】解：
判断TTL与非门G1、G2何者为优，主要考查其重要参数:
与非门输出交电平时的抗干扰容限VHN二VoHmin-Von
与非门输出低电平时的抗干扰容限VlN二Voff-VoLmax
-VHN1~VOHmin_VON1，VHN2二VOHmin〜VON2
VLN1=VOFF1-VOLmax，VLN2=VOFF2—VOLmax
故：
VhN1_VhN2=VoN2_VoN1=j5V-1.9V=-0.4V：
：
：
0
-VHN1：
:
：
VHN2
冋理VLN1_VLN2=VOFF1_VOFF2=°・8V-「"IV=-0.3V:
:
:
0
可见与非门G1输出交电平时的抗干扰容限VHN1及输出低电平时抗干扰容限VLN1均分
别低于非门G2的VHN2，故G2优于G1。
【题2.2】解：
（a）电路中多余的输入端不应接到地，因为与门输入端有一个为0则输
出为0，使输出Y恒为1,无法实现Y=AB。
应将多余输入端接到高电平或任意一个输入端。
修改电路如图2-6（a）所示。
（b）电路中多余的输入端不应接Ucc，因为或门输入端有一个为1则输出为1，使输
出Y恒为0,无法实现Y=AB。
应将多余输入端接到低电平或任意一个输入端。
修改电路如图2-6（b）所示。
（c）这种接法是错误的，当两个与非门输出电平不相等时，两个门的输出级形成低阻通
道，使得电流过大，会烧坏器件。
修改电路如图2-6（c）所示。
（d）虽然一般来说TTL或CMOS1输出端不允许并接，但是如图所示接法是正确的，通常将几个相同输入的门电路输出端并接可以增大其驱动能力。
（e）电路中两个OC门输出端应接上拉电阻至电源。
修改电路如图2-6（e）所示
（f）电路所体现的逻辑关系应为Y二屁C•ABC，与给定逻辑关系不相符。
请注意：
该题中的给定逻辑关系是没有意义的，也不符合三态门的使用规律。
图2-6修改后的逻辑电路图
【题2.3】解:
（1）不考虑tpd时，根据图（a）中逻辑关系
YAAB，输出波形如图2-7（a）所示。
（2）考虑tpd时，信号A到达与非门输入端时的信号C（如图2-7（b）信号C）相对于A存
在3tpd延时；而信号B到达与非门输入端时的信号D（如图2-7（b）信号D）相对于B存在
可见，考虑tpd后输岀的逻辑关系发生了变化，这种影响到底有多大呢？
在这里对输岀波形作一个定量的分析。
f=1MHz.T=1us=1000nstpd=20ns2tpd=40ns
输出波形在一个周期中的低电平宽度为40ns，高电平宽度
为960ns，是低电平宽度的24倍。
很明显，图2-9（b）中为了（b）考虑tpd输出波形图图示表述的方便，将低电平的宽度夸大了。
图2-7题2.3输出波形
【题2.4】解:
（1）（a）Y1=ACB=ACB
（b）
丫2二AC二B二ABBCABC
（c）
丫3=ABC=ABC
（d）
丫4=ABCABC=（ABC）ABC
⑵
首先根据上述逻辑函数，列出各输出函数的真值表如表
2-1所示，根据表2-1
依次画出各逻辑函数的波形图，如图2-8所示。
图2-8题2.4Y1-丫4波形图
【题2.5】
解：
解题时要分0C门输出是高电平和低电平两种情况。
（1）0C门输出为高电平Voh
此时流过电路中各种电流|r、|oh、Iih的方向如图2-9（a）中箭头所示。
负载电阻Rl上的电流|r为|R=2|OH222IIH=20.2560.05m^0.8mA因为Rl的
增大会使输出高电平下降，所以Rl应为
Rlma"心坯=5「3.5V二1.875k、
Ir0.8mA
（2）OC门输出为低电平Vol
此时流过电路中各种电流|r、|ol、|IL的方向如图2-9（b）中箭头所示。
负载电阻rl上
的电流|r为
|r=|ol-3|il=12-31.5mA=7.5mA
由于Rl的减小会使输出低电平升高，所以Rl应为
故627门乞Rl乞1.875k"
图2-9题2.5两种情况的分析
1.4补充练习
一、填空题:
1、门的输入端个数称为门的_数，门电路带同类门数量的多少称为门的数。
2、一般TTL门输出端直接相连，实现线与。
（填写“能”或“不能”）。
3、TTLOC门（集电极开路门）的输出端直接相连，实现线与。
（填写“能”或“不能”）。
4、TTLTS门（三态电路）的三种可能的输出状态是、和
5、三输入端TTL与非门如图2-10所示，图中A点的电位为，B点的电位
为,F点的电位为
二、选择题：
1、CMOS电路如图2-11（a）、（b）所示，输出高电平U“=5V,低电平UOL=CV，则图（a）、（b）的输出为。
cr~L-100。
I
（a）
F1
F2
图2-11
Uol=0.3V，门电路的关门电阻Rof=0.8k0,开门电阻Ron=2S,则图（a）、（b）的输
出为
（A）F1=3.6V,F2=0.3V
（B）Fi二0.3V,F2二3.6V
（C）F1=3.6V,F2=AB
（D）Fi=3.6V,F2=3.6V
3、集电极开路TTL门如图2-12所示，该电路所实现的逻辑功能是
（A）
F
=ABCDE
（B）
F
=ABCDE
（C）
F
=ABCDE
（D）
F
=ABCDE
图2-12
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