数字电路技术题目解答第五部分共14题

  【题目5】：TTL与CMOS电路之间为什么要加接口电路?如何计算接口电路的参数？

【相关知识】：TTL电路的工作原理、输入输出特性、CMOS电路的工作原理、输入输出特性。

【解题方法】：在输入信号的高、低电平与数字集成电路所要求的输入电平不同时，或者输入信号不能提供数字集成电路所要求的输入电流时，就需要在输入信号与集成电路之间接入接口电路，如图1(a)所示。同样，在数字集成电路输出的高、低电平不符合负载电路的要求时，或者数字集成电路不能提供负载所需要的输出电流时，也需要在数字集成电路与负载之间接入接口电路，如图1(b)所示。

        在没有合适的接口电路芯片可以选用的情况下，可以用三极管开关电路设计成所需要的接口电路。数字集成电路可能是TTL电路、CMOS电路或其他类型的集成电路。负载电路部分同样既可能是TTL、CMOS电路，也可能是其他类型的电路。

        解题方法和步骤：

        在图1(b)电路中，为了保证接口电路在时的高电平高于所要求的，在时三极管应饱和导通（），无论是在分析给定接口电路时还是设计接口电路时，电路参数的配合必须符合以下关系：

        ① 当时，（开启电压，硅三极管约为0.6V），三极管截止，且

                （1）

        ② 当时，三极管应饱和导通，即

                （2）

        式中为三极管的饱和基极电流，是三极管的饱和压降，β是三极管的电流放大系数。

【解答过程】：

        ［例1］ 在图2电路中，CMOS门电路通过接口电路同时驱动TTL与非门、和TTL或非门和。已知输出的高、低电平分别为4.3V和0.1V，输出电阻小于50Ω；～的高电平输入电流，低电平输入电流；三极管的电流放大系数β=60，饱和压降。要求接口电路输出的高、低电平满足≥0.2V，≤0.2V，试选择一组合适的和的阻值。

        解： 当输出低电平时，接口电路的输入为，故三极管截止，的高电平应满足式（1），即

        为了保证≥3.4V，选=5V，而，于是得到

        当输出高电平时，接口电路的输入为。为保证三极管饱和导通，应满足式（2），即

                （3）

        上式中有和两个待定参数，通常可以在已求出的允许阻值范围内选定一个阻值，然后代入上式求出所需要的值。因为与非门的输入端并联后总的低电平输入电流并不增加，而或非门输入端并联后总的低电平输入电流按并联输入端的数目加倍，所以为低电平时接口电路总的负载电流等于。若取，则将这些值代入式(2)后得到

        由于产品手册上给出的β值通常都是三极管工作在线性放大区时的β值，而接近饱和区时β值迅速减小，所以应当选用比上面计算结果更小的阻值。在本例中可以选（或15KΩ）。

  【题目6】：为什么TTL反相器在输入为低电平时，输入电流是从输入端流出的，并且数值较大，而输入为高电平时，输入电流是从输入端流入的，数值又很小？

【相关知识】：TTL与非门的工作原理、三极管的开关特性、三极管伏-安特性曲线。

【解题方法】：通过分析TTL门的内部输入级电路的工作条件便可一目了然。

【解答过程】：从图1(a)TTL反相器的电路图中可以看到，当输入为低电平（假定为0.3V左右）时，的发射结（be结）处于正向接法，导通，并将的基极电位被钳位在1V左右。这的发射结（be结）和集电结（bc结）都不可能导通，可以认为的集电极电流等于零。输入电路结构可以简化为图1(b)的形式，并由此得到低电平输入电流为

                （1）

        的负值表示实际电流方向与规定的正方向（按双口网络的习惯，规定电流从输入端流入为正）相反，即从输入端流出。

        当输入为高电平（假定为3.4V）时，图1(a)中的和的发射结be2和be5将同时导通，并将的基极电位钳位在2.1V。这时的工作状态可以简化成图1(c)的形式。由该图可见，的bc结处于正向偏置而be结处于反向偏置，所以相当于将原来的发射极和集电极交换使用了。我们把的这种状态叫做倒置状态。由于倒置状态下三极管的电流放大系数设计得非常小（小于0.01），所以虽然这时的仍然比较大，但是却非常小。如果近似地认为，那么就仅包含发射结的反向漏电流了。因此，一般只有几个微安，而且是从输入端流入门电路的。