三态输出门电路TSL门
第八讲 其它功能的TTL门电路
课时授课计划 - 8课号：8课题：3.3.3 其它功能的TTL门电路3.3.4 TTL数字集成电路系列3.3.5 TTL集成逻辑门的使用注意事项目的与要求：熟悉OC门和TTL三态门的工作原理及有关的逻辑概念；了解国际上通用标准型号和我国现行国家标准。
重点与难点：重点：OC门和TTL三态门的应用。
难点：OC门和TTL三态门的工作原理。
教具：课堂讨论：高阻态的含义；OC门和TTL三态门的应用。
现代教学方法与手段：数字电路网络课程PowerPoint复习（提问）：TTL集成与非门的外特性；提高TTL集成与非门开关速度的方法。
授课班次：课时分配：提纲3.3.3 其它功能的TTL门电路一、集电极开路与非门（OC门）1．OC门的工作原理2．OC门的应用二、与或非门三、三态输出门（TSL门）1．三态输出门的工作原理2．三态输出门的应用3.3.4 TTL数字集成电路系列一、CT54系列和CT74系列二、TTL集成逻辑门电路的子系列三、各系列TTL集成逻辑门电路性能的比较3.3.5 TTL集成逻辑门的使用注意事项一、电源电压及电源干扰的消除二、输出端的连接三、闲置输入端的处理四、电路安装接线和焊接应注意的问题五、调试中应注意的问题作业：P87 3.43.3.3 其它功能的TTL门电路一、集电极开路与非门（OC门）1．OC门的工作原理工作原理：当输入人A、B、C都为高电平时，V2和V5饱和导通，输出低电平；当输入A、B、C中有低电平时，V2和V5截止，输出高电平。
因此，OC门具有与非功能，其逻辑表达式为：二、与或非门三、三态输出门（TSL门）1．三态输出门的工作原理2．三态输出门的应用（1）用三态输出门构成单向总线（2）用三态输出门构成双向总线3.3.4 TTL数字集成电路系列一、CT54系列和CT74系列表3. 3. 2 CT54系列和CT74系列的对比CT54系列和CT74系列具有完全相同的电路结构和电气性能参数。
8.VHDL语言基础(六)
双向和三态电路设计
1
双向和三态电路信号赋值
1、三态门设计
三态门，简称TSL(Three-state Logic)门，是在普 通门电路的基础上，附加使能控制端和控制电路构成 的。三态门除了通常的高电平和低电平两种输出状态 外，还有第三种输出状态-高阻态。处于高阻态时，电 路与负载之间相当于开路。
双向和三态电路信号赋值
2、双向端口设计 用INOUT模式设计双向端口也必须考虑三 态的使用，因为双向端口的设计与三态端口的 设计十分相似，都必须考虑端口的三态控制。 这是由于双向端口在完成输入功能时，必须使 原来呈输出模式的端口呈高阻态，否则，待输 入的外部数据势必会与端口处原有电平发生 “线与”，导致无法将外部数据正确地读入， 从而实现“双向”的功能。
24
双向和三态电路信号赋值
课堂练习：
修改8位4通道三态总线驱动器的第一 个设计，使其能综合出正确的电路。
25
2
双向和三态电路信号赋值
1、三态门设计
3
双向和三态电路信号赋值
1、三态门设计 三态门用途之一是实现总线传输。总线 传输的方式有两种，单向总线和双向总线。 单向总线方式下，要求只有需要传输信息的 那个三态门的控制端处于使能状态，其余各 门皆处于禁止状态。
4
双向和三态电路信号赋值
三态门实现总线传输的原理：
11
双向和三态电路信号赋值
2、双向端口设计
双向端口设计实例
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双向和三态电路信号赋值
2、双向端口设计
双向端口设计实例
13
双向和三态电路信号赋值
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双向和三态电路信号赋值
2、双向端口设计
分析：
q定义为双向端口，而x定义为三态控制输出口。 在q履行输入功能时，前者没有将其设定为高 阻态输出，即执行语句：q<=“ZZZZZZZZ”，从 而没有使q成为真正的双向端口，导致了错误 的逻辑电路； 执行语句：q<=“ZZZZZZZZ”，使q 在IF 语句 中有了完整的条件描述，从而克服了时序元件 的引入。
数字电路习题-第二章
第二章 逻辑门电路集成逻辑门电路是组成各种数字电路的基本单元。
通过本章的学习，要求读者了解集成逻辑门的基本结构，理解各种集成逻辑门电路的工作原理，掌握集成逻辑门的外部特性及主要参数，掌握不同逻辑门之间的接口电路，以便于正确使用逻辑门电路。
第一节 基本知识、重点与难点一、基本知识（一） TTL 与非门 1．结构特点TTL 与非门电路结构，由输入极、中间极和输出级三部分组成。
输入级采用多发射极晶体管，实现对输入信号的与的逻辑功能。
输出级采用推拉式输出结构（也称图腾柱结构），具有较强的负载能力。
2．TTL 与非门的电路特性及主要参数 （1）电压传输特性与非门电压传输特性是指TTL 与非门输出电压U O 与输入电压U I 之间的关系曲线，即U O=f （U I ）。
（2）输入特性当输入端为低电平U IL 时，与非门对信号源呈现灌电流负载，1ILbe1CC IL R U U U I −−−=称为输入低电平电流，通常I IL ＝-1～1.4mA 。
当输入端为高电平U IH 时，与非门对信号源呈现拉电流负载，通常I IH ≤50μA 称为输入高电平电流。
（3）输入负载特性实际应用中，往往遇到在与非门输入端与地或信号源之间接入电阻的情况。
若U i ≤U OFF ，则电阻的接入相当于该输入端输入低电平，此时的电阻称为关门电阻，记为R OFF 。
若U i ≥U ON ，则电阻的接入相当于该输入端输入高电平，此时的电阻称为开门电阻，记为R ON 。
通常R OFF ≤0.7K Ω，R ON ≥2K Ω。
（4）输出特性反映与非门带载能力的一个重要参数--扇出系数N O 是指在灌电流（输出低电平）状态下驱动同类门的个数IL OLmax O /I I N =其中OLmax I 为最大允许灌电流，I IL 是一个负载门灌入本级的电流（≈1.4mA ）。
N O 越大，说明门的负载能力越强。
（5）传输延迟时间传输延迟时间表明与非门开关速度的重要参数。
其他类型TTL门电路all
(2)逻辑符号
低电平有效
控制端低电平有效的三态门
用“▽” ▽ 表示输出 为三态。
高电平有效
控制端高电平有效的三态门
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2．三态门的主要应用－实现总线传输 要求各门的控制 端EN轮流为高电平， 且在任何时刻只有一 个门的控制端为高电 平。 如有8个门，则8 个EN端的波形应依 次为高电平，如下页 所示。
系列 参数 tpd/ns P/门/mw
54LS/74LS 低功耗肖特基 10 2
54ALS/74ALS 低功耗肖特基高速 4 1
其中LS系列的综合性能(功耗延迟积)较优， 价格较ALS系列优越，因此得到了较广的应用。
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对于不同系列的TTL器件，只要器件型号的后 几位数码一样，则它们的逻辑功能、外形尺寸、引 脚排列就完全相同。 例如，7420、74H20、74S20、74LS20都是四 、 、 、 输入双与非门，都采用14条引脚双列直插式封装， 而且各引脚的位置也是相同的。
系列 参数 工作环境温度 电源电压工作范围
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74系列 系列 0~70OC 5V±5% ±
54系列 系列 -55~125OC 5V±10% ±
5
表2-6 不同系列TTL门电路的比较
系列 参数 tpd/ns P/门/mw 54/74 标准 10 10 54H/74H 高速 6 22.5 54S/74S 肖特基 4 20
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很大的电流 1 不高不低的 电平：1/0?
0
图2-18 推拉式输出级并联的情况
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其次，在采用推拉式输出级的门电路中，电 源一经确定（通常规定为5V），输出的高电平也 就固定了（不可能高于电源电压5V），因而无法 满足对不同输出高电平的需要。 集电极开路门（简称OC门）就是为克服以上 局限性而设计的一种TTL门电路。
实验三三态门
实验三三态门实验三三态门一､实验目的1.熟悉计三态输出门的逻辑功能和使用方法。
2.掌握用三态门构成公共总线的特点和方法。
二､实验器材1.数字逻辑实验箱2.双踪示波器3.与非门74LS00(1片)､三态门74LS125(1片)三､预习要求1.复习三态门有关知识,了解其逻辑功能及管脚。
2.复习三态门实现总线传输的方法。
四､实验原理1.三态门(TS)三态门有三种输出状态:高电平输出､低电平输出和高阻输出状态。
常见的三态门有控制端高电平有效和低电平有效两种类型。
三态输出门除了有多输入三态与非门,还经常做成单输入､单输出的总线驱动器,并且输入与输出有同相和反相两种类型。
例如:74LS125就是单输入､单输出的控制端低电平有效的同相三态输出门。
即E=0时,Y=A;E=1时为高阻态。
三态门主要用途之一是实现总线传输,各三态门输出端可以并联使用一个传输通道,以选通的方式传送多路信息。
使用时注意输出端并接的三态门只能有一个处于工作状态(E=0)。
其余必须处于高阻状态(E=1)。
三态门驱动能力强,开关速度快,在中大规模集成电路中广泛采用三态门输出电路,作为计算机和外围电路的接口电路。
如图2-1为三态门逻辑符号。
AB图2-1三态门逻辑符号五､实验内容1.三态门逻辑功能测试:查出三态门74LS125的引脚图,验证各三态门逻辑功能。
按图2-1(A)在实验箱上连线,先接上电源和地线,然后用逻辑电平控制输入端A和使能端E,用L显示输出Y的状态,实验结果填入下表:表2-174LS125逻辑功能表:使能输入端E0011数据输入A0101输出Y2.用三态门74LS125构成公共总线:要求:用三个三态门构成一条公共总线,参考图21(B)。
使三个输入端状态分别为“0”､“1”､CP,观测公共总线输出状态。
(1)按上述要求画出公共总线的逻辑图。
(2)在实验箱上连线:A1､0(GND),A2､1(Vcc),A3､CP(1KHz或100KHz信号源输出),三个使能端E1??E3分别由三个逻辑开关控制其电平的高低。
OC门与三态门
实验3.4 三态门和OC门的应用一、实验目的1．掌握TTL三态门的逻辑应用；2．掌握TTL OC门的逻辑应用；3．熟悉TTL三态门、OC门电路应用的测试方法。
二、知识点三态门和OC门输出端可并接。
三态门有低电平、高电平和高阻三种状态；OC门可实现“线与”功能。
三、实验原理在实际应用中，常需要把几个逻辑门的输出端并联使用，实现逻辑与，称为“线与”。
但普通TTL门电路不允许将输出端直接并联在一起，因为这种门电路输出高电平还是低电平，其输出电阻都很小，只有几欧姆或几十欧姆。
若把两个TTL门输出端连在一起，当其中一个输出高电平，另一个输出低电平时，它们中的导通管就会在Vcc和地之间形成一个低阻串联通路，通过这两个门的输出级产生很大的电流，损坏电路。
图3-3-1示出了两个TTL门输出短接的情况，为简单起见，图中只画出了两个与非门的推拉式输出级。
设门A处于截止状态，若不短接，输出应为高电平；设门B处于导通状态，若不短接，输出应为低电平。
在把门A和门B的输出端作如图3-3-1所示连接后，从电源Vcc经门A中导通的T4、D3和门B中导通的 T5到地，形成了一个低阻通路，其不良后果为：（1）输出电平既不是高电平也不是低电平，而是两者之间的某一值，导致逻辑功能混乱；（2）上述通路导致输出级电流远大于正常值，导致功耗剧增，发热增大，可能烧坏器件。
图3-4-1普通TTL门输出短接1.三态门（TS门）三态门，简称TSL(Three-state Logic)门，是在普通门电路的基础上，附加使能控制端和控制电路构成的。
三态门除了通常的高电平和低电平两种输出状态外，还有第三种输出状态——高阻态。
处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路。
（a ）使能端高电平有效 （b ）使能端低电平有效 图3-4-2三态门的结构和逻辑符号图3-4-2所示为三态门的结构和逻辑符号，图(a)是使能端高电平有效的三态与非门，当使能端EN = 1时，电路为正常的工作状态，与普通的与非门一样，实现Y = ；当EN = 0时，为禁止工作状态，Y 输出呈高阻状态。
数字逻辑课件——TTL集电极开路的门和三态门
当EN1 = 1而其余为0时，门G2和G3呈 高阻，信号A1的非送到了总线Y上；
1
0
0
图2-2-23 用三态非门构 成单向总线
15
当仅有EN2 = 1时，信号A2的非送到 了总线Y上；
当仅有EN3 = 1时，信号A3的非送到 了总线Y上。
这样，就实现了信号A1，A2，A3向总 线Y的分时传送。见表2-2-3所示，
与非门1：
i
功耗
T4热击穿
与非门2：UOL
不允许输出直接“短
接”
2
（1）输出电平既非“1”（3.6V），也非“0”（0.3V），而 是两者之间的某一值，导致逻辑混乱。 （2）导致输出级电流远大于正常值，导致功耗剧增，可能烧 毁管子。 两种允许输出端连接在一起的TTL电路。 （一）集电极开路门电路—OC门(Open-Collector Gate) 集电极开路与非门的电路结构与逻辑符号示于图2-2-19。它
而当两个门的输出端连在一起，只要其中 有一个输出低电平（即VT5和VT’5中至少 有一个饱和），总的输出Y就是低电平；
7
只有当两个门都输出高电平（即VT5和 VT’5都截止）时，总的输出Y才是高电平， 这相当于“与”逻辑关系：
Y Y1 Y2 A1B1 A2B2
8
由于这个“与”关系是通过将输出线Y1和Y2短接实现的，
27
VD3的作用：VD3经过VT2为VT4提 供了一个低电阻放电回路，使
VT4更快地截止，有利于缩短传 输延迟时间。
VD4的作用：Y由高变低时，VD4经 VT2c、VT5b为CL提供另一条放电回 路，既加快了CL的放电速度，又 为VT5增加了基极驱动电流，加 快了VT5的导通。
实验四 OC门与三态门
实验四 OC门和TS门
4. 实验内容及步骤
（1）用OC门实现“线与”
(a)四2输入与非门(oc)74LS03 电源电压VCC为+5V。
(b)六非门74LS04
负载电阻RL用100Ω 电阻和10K电位器串联代替， 用实验方法确定RLmax和RLmin的值， 并与理论计算值相比。
计算时取 VOH=2.8V， VOL=0.35V， n=4，VCC=+5V， IOH=0.05mA，ILM=20mA， IIL=1.6mA, IIH=0.05mA。
负载电阻的测定
RL RL（max）
理论值
实测值
RL（min） 验证：Y = A1 + A2 +A3+A4
OC“线与”实验电路
（2）用OC门实现电平转换 OC门实现TTL～CMOS接口电路
实验四 OC门和TS门
（4）三态（TS）门逻辑功能测试
四总线缓冲器74LSl25 （低电平使能有效）
电源电压为＋5V
74LSl26（高电平使能有效）
实验四 OC门和TS门
Байду номын сангаас
测试TS门的总线功能
① 通过译码器 G 控制，使 Y0～Y3全部为“1”， 用万用表测量总线输出端 Y的电平，并观察LED状态。
RL(max)
VC' C nIOH
VOH mIIH
53
k 2.63k
20.2 9 0.04
RL(min)
VC'C VOL ILM mIIL
5 0.4 k 0.35k 16 31
选定的 RL值应在 2.63kΩ 与 0.35kΩ 之间，考虑标称值
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2．TTL门电路的改进系列
为了提高工作速度，降低功耗，提高抗干扰能力， 各生产厂家对门电路作了多次改进。 74系列与54系列的电路具有完全相同的电路结构 和电气性能参数。其不同之处见下表所示。
系列 参数 工作环境温度 电源电压工作范围
2018/12/3
74系列 0~70OC 5V±5%
集电极开路门（简称OC门）就是为克服以上 局限性而设计的一种TTL门电路。
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10
1．集电极开路门的电路结构 (1)电路结构：输出级是集电极开路的。 (2)逻辑符号：用“◇”表示集电极开路。 集电极 开路
2018/12/3
图2-19 集电极开路的TTL与非门 （a）电路 （b）逻辑符号
2.4.3 三态输出门电路（TS门）
三态门电路的输出有三种可能出现的状态： 高电平、低电平、高阻。 何为高阻状态？
悬空、悬浮状态，又称为禁止状态。
测电阻为∞，故称为高阻状态。 测电压为0V，但不是接地。 因为悬空，所以测其电流为0A。
2018/12/3
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1．三态门的电路结构 (1)电路结构：增加了控制输入端（ Enable）。 EN = 0时，电路为正常的与非工作状态， 所以称控制端低电平有效。 (2) 工作原理：
tpd/ns
P/门/mw
10
2
4
1
其中LS系列的综合性能(功耗延迟积)较优， 价格较ALS系列优越，因此得到了较广的应用。
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对于不同系列的TTL器件，只要器件型号的后 几位数码一样，则它们的逻辑功能、外形尺寸、引
脚排列就完全相同。
例如，7420、74H20、74S20、74LS20都是四
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数值远远超过正常的工作电流，可能使门电路损坏。
很大的电流 1 不高不低的 电平：1/0?
0
图2-18 推拉式输出级并联的情况
2018/12/3
9
其次，在采用推拉式输出级的门电路中，电 源一经确定（通常规定为 5V），输出的高电平也 就固定了（不可能高于电源电压 5V），因而无法 满足对不同输出高电平的需要。
1．TTL与非门的电路结构及工作原理 集电 结导 通
箝位于1.0V 有0.3V
图2-16 多发射极三极管
全为3.6V
每一个发射极能各自独立形成正向偏置的发 射结，并可使三极管进入放大或饱和区。
2018/12/3 3
1V 2.1V
有0 全1
输出1
输出0
图2-17 三输入TTL与非门电路 (a)电路 (b) 逻辑符号
图2-23 用三态门实现总线传输
2018/12/3 19
2018/12/3
20
作业题
1、2-2
2、2-3
2018/12/3
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输入双与非门，都采用14条引脚双列直插式封装，
而且各引脚的位置也是相同的。
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2.4.2 集电极开路门（OC门）
为何要采用集电极开路门呢？
推拉式输出电路结构存在局限性。
首先，输出端不能并联使用。若两个门的输出 一高一低，当两个门的输出端并联以后，必然有很 大的电流同时流过这两个门的输出级，而且电流的 而且，输出端也呈现不高不低的电平，不能实现应 有的逻辑功能。
11
(3)工作原理：
当VT3饱和，输出低电平UOL＝0.3V；
当VT3截止，由外接电源E通过外接上拉电阻 提供高电平UOH＝E。 因此， OC门电路必须外接电源ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ负载电阻， 才能提供高电平输出信号。
2018/12/3
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2. OC门的应用举例
(1) OC门的输出端并联，实现线与功能。 RL为外接负载电阻。
1
Y＝AB
0
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截止
16
1.0V
1.0V
截止
悬空
截止
1
0
导通
当EN = 1时，门电路输出端处于悬空的高阻状态。
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(2)逻辑符号
低电平有效
控制端低电平有效的三态门
用“▽” 表示输出 为三态。
高电平有效
控制端高电平有效的三态门
2018/12/3 18
2．三态门的主要应用－实现总线传输 要求各门的控制 端EN轮流为高电平， 且在任何时刻只有一 个门的控制端为高电 平。 如有8个门，则8 个EN端的波形应依 次为高电平，如下页 所示。
Y1 =AB
Y2 = CD
Y1 0 0 1 1 Y2 0 1 0 1 Y 0 0 0 1
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Y图 2-20 Y1 OC Y2门的输出端并联实现线与功能 AB CD AB CD
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（2）用OC门实现电平转换
图2-21 用OC门实现电平转换的电路
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2.4
2.4.1 2.4.2 2.4.3
其它类型TTL门电路
TTL与非门 集电极开路门（OC门）
结束 放映
三态输出门电路（TSL门）
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复习
TTL反相器的电压传输特性有哪几个区？ TTL反相器主要有哪些特性？ TTL反相器的主要参数有哪些？
2018/12/3
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2.4.1 TTL与非门
54系列 -55~125OC 5V±10%
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表2-6 不同系列TTL门电路的比较
系列 参数 tpd/ns P/门/mw 54/74 标准 10 10 54H/74H 高速 6 22.5 54S/74S 肖特基 4 20
系列 参数
54LS/74LS 低功耗肖特基
54ALS/74ALS 低功耗肖特基高速