（七）【数电】（门电路）TTL集成门电路

【数电专栏】

A TTL集成门电路

TTL逻辑门是指输入端和输出端都用双极型三极管的集成电路(称为三 极管——三极管逻辑门)。它的开关速度较快,是目前用得较多的一种集成逻辑门。

A.a 双极型三极管的开关特性

A.a.a 双极型三极管的结构

A.a.b 双极型三极管的特性曲线

所谓伏安特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三极管内 部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看，外部特性更为重要。

输入特性曲线：

继续增大VCC使VCE=1V以上的多个值，结果发现：之后的所有输入特性几乎都与VCE=1V的特性相同，曲线基本不再变化。
实用中三极管的VCE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用VCE=1V时的曲线。
从特性曲线可看出，双极型三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。

输出特性曲线：

输出曲线开始部分很陡，说明IC随VCE的增加而急剧增大。
当VCE增至一定数值时(一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明IC基本上不再随VCE而变化。

输出特性曲线一般可分为三个区：

<1>放大区：晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成β倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用。

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<2>饱和区：当发射结和集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和状态。此时集电极电流IC与基极电流IB之间不再成比例关系，IB的变化对IC的影响很小。
此时VCE小于VBE,规定： VCE=VBE时，为临近饱和状态，用VCES（0.3或0.1）表示，此时集电极临近饱和电流是：

管子临近饱和时，硅管的$V_{C}E$约为0.3V，锗管约为0.1V,　由于深度饱和时VCE约等于0，晶体管在电路中犹如一个闭合的开关。

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<3>截止区：
当基极电流IB等于0时，晶体管处于截止状态

A.a.b双极型三极管的基本开关电路

在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。

A.b TTL集成门电路的结构

在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。

A.a.a 典型输入级形式

$V_{IL}：输入低电平；V_{IH}：输入高电平。$
如果A输入是一个负电压，那么二极管就会导通，控制A点电压，能避免三极管烧坏。

钳位二极管VD：既抑制输入端可能出现的负极性干扰脉冲，又可以防止输入电压为负时，VT的发射极电流过大，起保护作用。

A.a.b 典型中间级形式

A为高电平大于导通电压0.V7时，晶体管处于放大状态，$F_2$电压为(3-0.7=2.3）V。调整$R_2$使得其处于饱和状态，c-e之间电压为0.1~0.3V，则$F_2$输入电压为$2.4$ ~ $2.6V$。
2.6相对12V为低电平。
$F_1$称为反相输出端；$F_2$称为同相输出端。

A.a.c 典型输出级形式

A.b 几种典型的TTL集成门电路

A.b.a TTL反相器电路

$D_2$：保证$T_5$导通时，$T_4$截止。
电路分析06：00（钳位）

D1可以把电位钳位在0.7。

需要说明几个问题：

• T2的输出Vc2和Ve2变化方向相反，故称倒向级。

• 输出级在稳态下，T4和T5总有一个导通一个截止，既能降低功耗又提高了负载能力，称“推拉式”。

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A.b.b TTL集成与非门

A.b.c TTL集成或非门

A.b.d TTL集成与或非门

A.b.e TTL集成异或门

A.c 集电极开路（OC）门电路原理及特点

open collector(OC)
1、推拉式输出具有阻抗低的优点
2、推拉式输出电路结构的局限性
① 输出电平不可调，不能满足对输出高低电平的需要。
② 负载能力不强，不能满足驱动较大电流，较高电压
的负载要求
③ 输出端不能并联使用。

在工程实践中，有时需要将几个门的输出端并联使用，以实现与逻辑，称为线与。如果G1、G2两个TTL与非门的输出直接连接起来，当G1输出为高电平，G2为低电平时，从G1的电源Vcc通过G1的T4、D到G2的T5,形成一个低阻通路，产生很大的电流，造成输出既不是高电平也不是低电平；逻辑功能将被破坏，还可能烧坏器件，所以普通的TTL门电路是不能进行线与的。为了满足实际应用中实现线与的要求，专门生产了一种可以进行线与的门电路—集电极开路门电路，简称OC门。

A.c.a OC门电路工作原理

OC门的特点:OC门的输出端是可以并接使用的。(一般TTL与非门电路的输出端是绝对不允许 并接使用的。)
1.与非门(OC门)

T2,T5bc正偏	T2,T5的Ube

OC门输出端可并联使用的原理：

A.d TTL三态（TS）输出门

三态：0态，1态，高阻态
EN：使能信号

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图片来源：《数字电子技术基础》 国防科技大学