数字电路（4）门电路（三）

本文主要是TTL门电路，TTL是三极管-三极管逻辑（Transistor-Transistor Logic的简称）

门电路的上两篇见：

数字电路（2）门电路（一）
数字电路（3）门电路（二）

一、双极性三极管的开关特性

1、双极性三极管结构

有NPN和PNP两种，工作时有电子和空穴两种载流子参与导电，此类三极管就称为双极性三极管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT）。

2、输入输出特性

输入特性指的是输入电流与输入电压之间的关系，Von是开启电压，一般硅管0.5-0.7V，锗三极管0.2~0.3V

把CE看作输出，输出特性指是Vce和Ic的关系，共有三个工作区。

放大区：Ic随Ib成正比的变化，几乎不受Vce变化影响。电流放大系数B=Ic/Ib，一般三极管B值在几十到几百；
饱和区：Ic不再更随Ib的变化而变化，趋于饱和，硅三极管饱和区的Vce约0.6~0.7V；
截止区：Ic几乎为0，只有极小的反向穿透电流Iceo流过，一般1uA以下；

3、三极管基本开关电路

Vi=0，三极管截止，Vo≈Vcc；
Vi=1，三极管导通，Vo=0；Ib=(Vi-Von)/Rb，Vo=Vce=Vcc-IcRc=Vcc-BIbRc

4、三极管开关电路等效电路

很简单啊，电路缺点：输入高电平时，Vcc会全部加在Rc上，导致功耗大；输入低电平时，三极管截止，输出的电阻很大（等于Rc）

5、动态开关特性

Ic的变化滞后于Vi的变化，所以Vo的变化滞后于Vi的变化，在高速开关电路中，我们就需要考虑这个滞后特性。

二、TTL反相器

1、电路结构和工作原理

A=0，T1导通，T2截止，T4导通，T5截止，Y=1
A=1，T1截止，T2导通，T4截止，T5导通，Y=0；其中需要注意，在A=1，也就是Vi=3.4V时，T1刚开始是导通的，因为B电压大于E电压，所以集电极电压为3.4V，3.4V会使T2和T5都导通，T2和T5导通后，T2和T5的BE电压都为0.7V，会将T1的集电极电压钳位在1.4V，所以T1的基极会钳位在2.1V，不会是4.1V，这就和T2和T5导通矛盾了，T1的基极2.1V，相当于T1的BC之间的PN结正偏（集电极正偏），因为基极2.1V，发射极3.4V，所以最后T1截止了。

2、电压传输特性

1、AB段，Vi很小，T1导通，T2截止，T5截止，T4导通，所以Vo是高电平，Vo的值等于VCC减去（落在R2上的电压+T4的Vbe+D2的导通压降），所以在3.4V左右；
2、BC段，0.7 3、CD段，输入电压升高至1.4V，T2和T5都会导通，T4截止，Vo变为0；

3、输入端噪声容限

同CMOS反相器一样，TTL反相器也有噪声容限，也很好理解。

4、静态输入特性和输出特性

输入特性

输入特性指的是输入电流和输入电压之间的关系。

输出特性

高电平输出特性

Vo=RL*Vcc/(RL+Ron)，在RL减小（负载电流增大）时，Vo会减小。

低电平输出特性

Vo=Ron*Vcc/(Ron+RL)，负载电流增大，也就是RL减小，Vol会升高。

输入端负载特性

Vi=Rp*(Vcc-Vbe)/(R1+Rp)，将分子分母同时除以Rp，我们发现，随着Rp增大，Vi也会增大，当Vi增大到1.4V时，be2和be5同时导通，T1的基极会被钳位在2.1V，Vi也就不变了。

三、其他的TTL门电路

1、TTL与非门

T1是双发射极的三极管。（A=B=0）/（A=0，B=1）/（A=1，B=0），T2和T5都是截止，Y=1；A=B=1时，T2和T5导通，Y=0；

下图是多发射极三极管的等效电路。

2、集电极开路（OC门）

OC门可以参考CMOS中的OD门，其实是一个道理。

两个OC门的输出直接相连也可以组成线与结构。

3、三态输出（TS门）

EN=1，P=1，二极管D不通，Y=（AB）’
EN=0，P=0，T2和T5会截止，同时二极管D导通，T4的基极电压被钳位在0.7V，T4截止，此时Y是高阻态。
综上：EN=1时，电路正常工作，称EN控制端高电平有效。