逻辑门TTL门电路授课课件
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《逻辑门电路》PPT课件
b
电子，形成电流ICN R b
P N I E N I E P
VC C
➢另外，集电结区的少 V B B
数载流子形成漂移电流
e IE
ICBO
两种载流子参与导电——双极性晶体管Bipolar Junction Transistor
2021－09－22
中国科学技术大学 快电子 刘树彬
17
BJT的开关工作状态
《逻辑门电路》PPT课件
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第三章 逻辑门电路
3.1 MOS逻辑门电路 3.2 TTL逻辑门电路 3.3 射极耦合门电路 3.5 逻辑描述中的几个问题 3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题
7
N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，如磷、砷等
硅原子 + 4
多余电子
+4
磷原子
+4
+4
+4
电子空穴对 自由电子
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
+3;
2021－09－22
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
中国科学技术大学 快电子 刘树彬
施主离子
8
PN结
2021－09－22
中国科学技术大学 快电子 刘树彬
t1
t
IFVFR LVDV RF L
0.1IR t
zch03TTL门电路xpPPT课件
20
一、 TTL与非门电路
⒈ TTL 与非门及电路分析
T①1 —A、多B发只射要极有三一个极为管 0
R1
R2
4k 1.6k
等u 效A电路uB：0.3V
1V
u A 0 .3V ,u B b 3 .6VA
u A 3 .6V ,u B 0 .3VB
u eeB 12 1 T(0 2.、3 T0 3截.7 ) 止 V 1 c V 0.3VD1
DTL与非门电路
⒈ DTL与非门电路
⒉ 电路分析
Y AB
16
DTL与非门电路
⒊ 逻辑功能真值表及符号
⒋ 逻辑功能
Y AB
17
⒈ DTL非门电路
DTL非门电路
⒉ 电路分析
18
DTL非门电路
⒊ 逻辑功能真值表
⒋ 逻辑功能及符号
⒌ 存在问题，即负载
19
3-2-2 TTL逻辑门电路
一、 TTL与非门电路 二、 TTL或非门电路 三、 TTL非门电路 四、 TTL门电路的主要技术指标 五、 OC门电路 六、 三态门电路
TTL 与非门
22
⒉ 逻辑功能真值表、符号及表达式
AB Y 00 1 01 1 10 1
11 0
R1
R2
4k 1.6k
A
T1
T2
B
D1 D2
R3
1k
输入级 中间级
+VCC +5V
R4 130 T4
D Y
T3
输出级
Y AB
TTL 与非门
23
二、TTL 或非门电路
⒈ TTL或非门及电路分析
① A、B只要有一个为 1
5V
T1
一、 TTL与非门电路
⒈ TTL 与非门及电路分析
T①1 —A、多B发只射要极有三一个极为管 0
R1
R2
4k 1.6k
等u 效A电路uB：0.3V
1V
u A 0 .3V ,u B b 3 .6VA
u A 3 .6V ,u B 0 .3VB
u eeB 12 1 T(0 2.、3 T0 3截.7 ) 止 V 1 c V 0.3VD1
DTL与非门电路
⒈ DTL与非门电路
⒉ 电路分析
Y AB
16
DTL与非门电路
⒊ 逻辑功能真值表及符号
⒋ 逻辑功能
Y AB
17
⒈ DTL非门电路
DTL非门电路
⒉ 电路分析
18
DTL非门电路
⒊ 逻辑功能真值表
⒋ 逻辑功能及符号
⒌ 存在问题，即负载
19
3-2-2 TTL逻辑门电路
一、 TTL与非门电路 二、 TTL或非门电路 三、 TTL非门电路 四、 TTL门电路的主要技术指标 五、 OC门电路 六、 三态门电路
TTL 与非门
22
⒉ 逻辑功能真值表、符号及表达式
AB Y 00 1 01 1 10 1
11 0
R1
R2
4k 1.6k
A
T1
T2
B
D1 D2
R3
1k
输入级 中间级
+VCC +5V
R4 130 T4
D Y
T3
输出级
Y AB
TTL 与非门
23
二、TTL 或非门电路
⒈ TTL或非门及电路分析
① A、B只要有一个为 1
5V
T1
数字逻辑课件——TTL门电路
止。
输出级等效电路为图 (b)，RL为后级（负载）TTL电路的等效 电阻。RL的阻值很大，即iL的数值很小。此时VT4和VD3导通。
结论：当输入中至少有一个为低电平 UY VCC uR2 uBE4 uVD3 （0.3V）时，输出为高电平（3.6V），由 5 0 0.7 0.7 3.6V 于T5截止，电路的工作状态称为截止状态10。
13
2. TTL非门
7404非门电路见图2-2-6，当输入A为低电平 （0.3V）时，电路工作于截止状态，相当于图
2-2-4，输出Y为高电平（3.6V）；
当输入为高电平（3.6V） 时，电路工作于导通状态，
相当于图2-2-5，输出Y
为低电平（0.3V）。因 此，7404实现非功能：
YA
图2-2-6 7404TTL非门电路
几百个：中规模集成电路 （Medium Scale Integration :MSI )
几千个：大规模集成电路 （ Large Scale Integration :LSI )
一万个以上：超大规模 集成电路 （ Very Large Scale Integration :VLSI )
3
早期的双极型数字集成电路是DTL电路，即二 极管 — 三极管逻辑电路，因工作速度低而 很少应用。
6
下图是T1000系列即74系列的典型电路，它由三部分组成：VT1
和R1组成的输入级，VT2和R2，R3组成的倒相级，VT4，VT5，VD3 和R4组成的输出级。 VD1，VD2为输入端钳位二极管，可限制输
入端可能出现的负极性干扰信号，以保护多发射极三极管。
5
输入级 倒相级 输出级
图2-2-2 T1000系列TTL与非门
电平；
图2-2-8 7451TTL与或非门电路
输出级等效电路为图 (b)，RL为后级（负载）TTL电路的等效 电阻。RL的阻值很大，即iL的数值很小。此时VT4和VD3导通。
结论：当输入中至少有一个为低电平 UY VCC uR2 uBE4 uVD3 （0.3V）时，输出为高电平（3.6V），由 5 0 0.7 0.7 3.6V 于T5截止，电路的工作状态称为截止状态10。
13
2. TTL非门
7404非门电路见图2-2-6，当输入A为低电平 （0.3V）时，电路工作于截止状态，相当于图
2-2-4，输出Y为高电平（3.6V）；
当输入为高电平（3.6V） 时，电路工作于导通状态，
相当于图2-2-5，输出Y
为低电平（0.3V）。因 此，7404实现非功能：
YA
图2-2-6 7404TTL非门电路
几百个：中规模集成电路 （Medium Scale Integration :MSI )
几千个：大规模集成电路 （ Large Scale Integration :LSI )
一万个以上：超大规模 集成电路 （ Very Large Scale Integration :VLSI )
3
早期的双极型数字集成电路是DTL电路，即二 极管 — 三极管逻辑电路，因工作速度低而 很少应用。
6
下图是T1000系列即74系列的典型电路，它由三部分组成：VT1
和R1组成的输入级，VT2和R2，R3组成的倒相级，VT4，VT5，VD3 和R4组成的输出级。 VD1，VD2为输入端钳位二极管，可限制输
入端可能出现的负极性干扰信号，以保护多发射极三极管。
5
输入级 倒相级 输出级
图2-2-2 T1000系列TTL与非门
电平；
图2-2-8 7451TTL与或非门电路
TTL逻辑门部分课件
T4由通 → 止
2,输入负载特性:Ri上的电压与 的关系曲线. ,输入负载特性: 上的电压与 的关系曲线. 上的电压与Ri的关系曲线
VI = RI I E , RI ↑→ VI ↑ ( 非线性 ) VB1 = 2.1V ( 被钳位 ), 随RI ↑, 当VI = 1.4V 时, T2 , T3饱和通,门开启,V0 = 0" " 这时RI ↑→ VI 不变 (1.4V ) ∵ 输出为0, 相当输入为1. ∴ RI 小时,T1的Je正偏通,
T1的 Je正 偏 通 ,
VC 1 = V B 2 = V I + VCS 1 = 0.2 + 0.2 = 0.4V T2 , T3 截 止 VCC → RC 2 → T4 → D → 输 出 V 0 V0
T1饱和, = C1=0.4VV BE 4 V 5V
V D RC 2 I B 4 ( 很 小 )
TTL与非门电路
74LS00 外部引线和内部逻辑图
外形
管脚
�
CD段:1.1V < VI < 1.4V T3由截止 → 饱和, V0迅速下降 ( 转折区) DE段:VI > 1.4V T1倒置,T2,T3饱和,T4止. 输出为低"0",V0 = VCES 3 = 0.2V
相关参数: 相关参数: (1)输入,输出高低电压 IH,VIL,VOH,VOL )输入,输出高低电压V (2)关门电平 OFF: )关门电平V TTL反相器关闭,输出为高,允许的最大低电平输入电压. 反相器关闭, 反相器关闭 输出为高,允许的最大低电平输入电压. 相当输入逻辑" . 当VI<VOFF时,相当输入逻辑"0". (3)开门电平 ON: )开门电平V TTL反相器开启,输出为低,允许的最小高电平输入电压. 反相器开启, 反相器开启 输出为低,允许的最小高电平输入电压. 相当输入逻辑" . 当VI>VON时,相当输入逻辑"1".
TTL集成逻辑门电路 数电课件
；
VF VCES 0.3V
F
3. 逻辑功能
F AgB
4. 逻辑符号
OC门的逻辑符号如图3.3.4—2所示。
图3.3.4—2
5. 线与功能
OC门实现线与的电路如图3.3.4—3所示。
图3.3.4—3
F F1gF2
AgBgCgD AgB CgD
（公式3.3.1）
即在输出线上实现了与运算，通过逻辑变换可转换为与或非运算。
在工程实践中，有时需要将几个门的输出端并联使用，以实现与逻辑的功能，称为线 与。为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，简称OC门（Open Collector）。
1. 电路图
TTL集电极开路门电路如图3.3.4—1所示。
图3.3.4—1
2. 工作原理
§3·3 TTL集成逻辑门电路
一、 TTL与非门 1. 电路图
TTL与非门电路如图3.3.1—1所示。
图3.3.1—1
2. 工作原理
Ⅰ. 为
当那输么入信号Vb不1 全为0.高3电；平0输.时，7出，如1为V高截电止平T；。2、TV4A
导 通0.，3：V输，出T3端、 VB的D电位3.6V
表3.3.1—1
F AgB
二、TTL非门 1. 电路图
TTL非门电路如图3.3.2—1所示。
图3.3.2—1
2. 工作原理
Ⅰ. 当输入 为低A电平时，
截止T2；、T4 导
为低电平。
F
3. 逻辑功能
饱和T2导、通T；4
截止；输出T3、D
FA
三、TTL或非门 1. 电路图
TTL或非门电路如图3.3.3—1所示。
数字逻辑和集成电路 05TTL门电路 16页PPT文档
______
Y ABC
•
T1 A
B
T2
C
Vcc
B
+5v
T4
Y
E1 E2
E3
C
T5
并联
三极管工作状态表
• A B C T1 T2 T4 T5 Y • 0 0 0 导通 截止 导通 截止 1 • 0 0 1 导通 截止 导通 截止 1 • 0 1 0 导通 截止 导通 截止 1 • 0 1 1 导通 截止 导通 截止 1 • 1 0 0 导通 截止 导通 截止 1 • 1 0 1 导通 截止 导通 截止 1 • 1 1 0 导通 截止 导通 截止 1 • 1 1 1 导通 导通 截止 导通 0
按开关元件分类
二极管----晶体三极管逻辑门（DTL）
集
晶体三极管----晶体三极管逻辑门 （TTL）
成 双极型 射极耦合逻辑门 （ECL）
逻
集成注入逻辑门电路 （ I 2 L ）
辑
N沟道MOS门 (NMOS)
门 单极型(MOS型) P 沟道MOS门 (PMOS)
互补MOS门 (CMOS)
§3.2TTL与非门
TTL非门
T1 A
T2
Vcc +5v
T4
Y=A Y
A T1 T2 T4 T5 Y
T5
0 导通 截止 导通 截止 1
1 导通 导通 截止 导通 0
TTL或非门
Vcc +5v
T1 A
T2
B
T4
_________
Y AB
Y
A B T1 T1’ T2 T2’ T4 T5 Y T5 0 0 导 导 截 截 导 截 1
多余输入端的处理
第13讲 TTL集成逻辑门电路
逻辑门电路
2) 阈值电压、关门电平、开门电平和输入信号噪声容限
(1) 阈值电压UTH。电压传输特性的转折区所对应的输入 电压，即决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、 低电压的分界线。 UTH=1.4 V。当ui≥UTH时，就认为与非门饱和，输出低电 平；当ui＜UTH时，就认为与非门截止，输出为高电平。UTH 又常被形象化地称为门槛电压。UTH的值为1.3～1.4 V。
74TTL系列集成门电路
1. TTL数字集成电路的国际标准化系列产品 (1) 74系列。 (2) 74H系列。 (3) 74S系列。
(4) 74LS系列。
(5) 74ALS系列。 (6) 74AS系列。
(7) 74F系列。
35
第 2章
逻辑门电路
36
第 2章
逻辑门电路
37
第 2章
逻辑门电路
2. TTL与非门的外特性及有关参数
第 2章
逻辑门电路
2.2.1
TTL与非门
1. 电路结构 图2.9(a)所示为CT74系列TTL与非门的典型电路。图中 V1、R1、VD1、VD2组成输入级，V2、R2、R3组成倒相级，V3、 V4、VD3和R4组成输出级。V1是多发射极三极管，它的基区
和集电区是共用的，而在P型的基区上加了两个(或多个)高掺
值的90%的前提下，允许叠加在输入高电平的最大噪声电压 称为低电平噪声容限UNL。由图2.26可知
UNL=UOFF－UIL
当UOFF=1.1 V、UIL=0.3 V时，UNH=0.8 V。
(2-10)
在保证输出为低电平的前提下，所允许叠加在输入高电 平上的最大噪声电压称为高电平噪声容限UNH。由图2.26可 知
要正确地选择和使用门电路，必须掌握它的外部特性及 反映门电路性能的有关参数。 1) 电压传输特性及有关参数 电压传输特性是指门电路输出电压uo随输入电压ui变化
03 门电路 - TTL——数电课课件PPT
OC门
2、OC门的结构特点
输出端为OC三极管T5，T5可承受较大电压、电流， 如SN 7407 : 40mA / 30V 工作时需要外接RL ,VCC;只要RL ,VCC取值合适，定可使
A, B同为高时，T5饱和VOL 0 A或B为0时，T5截止VO VCC（ VCC可以不等于VCC） 输出端并联可实现“线与”
• A、B同为高电平
T4、T5导通，T7截止 T6、T9导通，T8截止 输出低电平
4. 异或门
• A、B一高一低
T6截止 A、B中的高电平（A） 使T4、T5中的一个导通， T7截止 T9截止，T8导通 输出高电平
二、集电极开路的门电路
1、推拉式输出电路结构的局限性 ① 输出电平不可调 ② 负载能力不强，尤其是高电平输出 ③ 输出端不能并联使用
OC门实现的线与
因为Y1、Y2有一个低，Y即为低，只有两者同高，Y才为高， 所以Y Y1Y2 ( AB)(CD) ( AB CD)
三、三态输出门（Three state Output Gate ,TS）
输出有三个状态：VOL ,VOH，高阻(Z )
(1)EN 0, P 1, D截止，为“工作状态” Y ( AB) (2)EN 1, P 0, D导通，为“高阻状态” Y Z
3.与或非门
两个完全一样的输入电路
因为T2和T2的输出并联 所以A、B任何一个为 1 均使T5导通，T4截止 VO VOL
只有A、B同为0，才有T5截止，T4导通 VO VOH 输入电流计算时，IIH 和IIL均加倍
4. 异或门
• A、B同为低电平
T6截止， T4、T5同时截止， T7、T9导通，T8截止 输出低电平
三态门的用途
3.5.5其他类型的TTL门电路
2、OC门的结构特点
输出端为OC三极管T5，T5可承受较大电压、电流， 如SN 7407 : 40mA / 30V 工作时需要外接RL ,VCC;只要RL ,VCC取值合适，定可使
A, B同为高时，T5饱和VOL 0 A或B为0时，T5截止VO VCC（ VCC可以不等于VCC） 输出端并联可实现“线与”
• A、B同为高电平
T4、T5导通，T7截止 T6、T9导通，T8截止 输出低电平
4. 异或门
• A、B一高一低
T6截止 A、B中的高电平（A） 使T4、T5中的一个导通， T7截止 T9截止，T8导通 输出高电平
二、集电极开路的门电路
1、推拉式输出电路结构的局限性 ① 输出电平不可调 ② 负载能力不强，尤其是高电平输出 ③ 输出端不能并联使用
OC门实现的线与
因为Y1、Y2有一个低，Y即为低，只有两者同高，Y才为高， 所以Y Y1Y2 ( AB)(CD) ( AB CD)
三、三态输出门（Three state Output Gate ,TS）
输出有三个状态：VOL ,VOH，高阻(Z )
(1)EN 0, P 1, D截止，为“工作状态” Y ( AB) (2)EN 1, P 0, D导通，为“高阻状态” Y Z
3.与或非门
两个完全一样的输入电路
因为T2和T2的输出并联 所以A、B任何一个为 1 均使T5导通，T4截止 VO VOL
只有A、B同为0，才有T5截止，T4导通 VO VOH 输入电流计算时，IIH 和IIL均加倍
4. 异或门
• A、B同为低电平
T6截止， T4、T5同时截止， T7、T9导通，T8截止 输出低电平
三态门的用途
3.5.5其他类型的TTL门电路
第2章-逻辑门电路TTL-03
T3
T4
3K R3
i UOH
与非门
T5
截止
+5V
R2 750 R4 100
i
功耗
与非门截止：
T4热击穿
不允许
与非门 导通
T3
T4
3K R3T5Fra bibliotekUOL与非门导通： UOL
OC门结构
可以断开
R1 3k
A B
b1 c1 T1
C
标准TTL与非门
R2
R4
T3
T2
T4
R5
T5 R3
+5V 去掉 T3,T4
R1
1V
R2 0.3V
R4
A B
b1
T3
T1 c1
T2
T4
C
R5
截止
T5
“0”
R3
+5V F
二、TTL与非门工作原理
T2 、T5截止 R1
3k
R2
+5V
R4
A
1V b1 c1
T3
B
T1
C
R5
“0” UF=5 -UBE3-UBE4 -UR2
T4 RL
F UF
3.4V 高电平！ 逻辑关系:任0则1
二、TTL与非门工作原理
高阻状态（禁止状态）
三态门结构
(使能端:Enable）
控制端 E 1E
R1 D
A
T1
B
输入端
+5V
R2
R4
T3
T2
T4
R5
F
T5 R3
小结
门电路的分类，各自有缺点 TTL与非门的输入特性、输出特性、带负载能力 OC门电路特点 TSL门电路特点
[整理]TTL逻辑门电路.
![[整理]TTL逻辑门电路.](https://img.taocdn.com/s3/m/6f3eef453169a4517723a3d5.png)
§2.2 TTL逻辑门电路在第一章中讨论过由二极管构成的与门和或门。
由于实际的二极管并不是理想的，正向导通时存在压降（硅管均为0.7V），所以低电平信号经过一级与门后，其电平将升高0.7V；高电平信号每经过一级或门其电平将下降0.7V。
也就是说由二极管构成的与门和或门均不能用以构成实用的逻辑电路。
为克服二极管门电路的上述缺点，可采用具有反相放大特性的三极管来构成门电路，即 TTL门电路。
在讨论TTL门电路之前，先简要回顾三极管反相器的基本特性。
一、三极管反相器1. 三极管的开关特性图2-10为基本的三极管电路及其输出特性。
该输出特性可划分成三个区——截止区、饱和区和放大区。
图2-10 三极管反相器①截止区发射结与集电结均反偏，，，，。
此时三极管的三个电极如同断开一样，其等效电路如图2-11（a）所示。
②饱和区发射结与集电结均正偏，此时C、E间的电压称为极电极饱和压降。
硅管的约为0.1V~0.3V。
几乎不随的变化而变化。
饱和条件可用≥来描述。
而表示管子的包和深度。
三极管饱和时的等效电路如图2-11（b）所示。
图2-11 三极管的开关特性③放大区发射结正偏，集电结反偏，随线性变化。
放大区与饱和区的交界处称为临界饱和。
这时，和分别被称为临界饱和集电极电流和基极电流。
在数字电路中，许多三极管都处于开关状态，即工作在截止区或饱和区或在两区之间转换。
提高这种转换速度就可提高电路的开关工作速度。
2. 三极管反相器的工作原理图2-10也是一种典型的反相器电路，其工作原理如下：①输入为低电平此时输入电平足够小;使得V, ，，晶体管处于截止状态，如曲线上D点所示，，电路输出高电平。
②输入为高电平此时输入电平足够大；使≥，晶体管处于饱和状态，如曲线上A点所示，，电路输出低电平。
3. 三极管的开关时间由晶体管电路有关知识可知，当输入信号由高电平变为低电平或由低电平变为高电平时，晶体管不可能立即实现截止与饱和之间的转换。
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R5
前级
+5V
R4 T4
流出前级电流IOH （拉电流）
反偏
+5V
R1
T1 后级
（2-25）
R1 3k
b1 c1 T1
前级
+5V
R2 T2
流入前级的电流IOL (灌 电流)
T5 R3
+5V
R1
T1 后级
（2-26）
扇出系数: 与门电路输出驱动同类门的个数 前级输出为 高电平时
+5V
R2
R4
T3 T4
饱和区特点：
截止区特点：
1. i增C以不加再而c 随和趋于iBe饱以之和β 倍间的的比例回路作为输12..出i仅回B =有0路，微i，小C 几的可乎反得等向于穿到0透在电不同iB
值特2. 下性深降表曲度VC饱示线E(和sa集。t)状在电(态0iC下.极3不V，电以饱仅下流和受压iCvC和E 的集影电响极，电流 通还压常IC受EIOvCEC流输OE 过 在之入。1μ间硅AiB以关三的下极系控管的制输) 出
（2-7）
若以 VCE(sat) 表示三 极管深度饱和时的压降， 则深度饱和时所需要的 基极电流为
I BS
VCC
VCE(sat)
RC
IBS 称为基极饱和电流
所以，为使三极管处于饱和工作状态，开关电路 输出低电平，必须保证
iB I BS
由于饱和区内的 β 值比线性区内的β 值小得多， 而且不是常数，所以由上式计算出的 IBS 值比实际需 要的IBS值要小。
c
c
c
b
RCE(sat)
b
b
Von
VCE(sat)
Von
e
e
e
截止状态
饱和导通状态
（2-10）
5 .三极管的动态开关特性：
（三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间）
+ucc
uA
t
R1
A R2
uF
F
t
+ucc
0.3V
（2-11）
6. 三极管反相器
VCC
A R1
(vi)
Rc
Y
(vo)
R2
vEE
vEE为负电源
一、输入特性
仅考虑输入信号是高电平和和低电平而不是某 一个中间值，输入端的等效电路可画成下图。
当VCC=5V， vI=VIL = 0.2V时，输入低电平电流为
I IL
VCC vBE1 VIL R1
1mA
vI= 0时的输入电流叫做 输入短路电流 IIS ，显 然 IIS 比 IIL 略大。
当VI=VIH = 3.4V时，T1管处于倒置状态，所以高电平输入电流 IIH 很小。74 系列门电路每 个输入端的 IIH 值在 40A以下。
端接高电平。
（2-35）
TTL反相器的输入特性
（2-36）
接VOL
由左图可见
VCC
vBE1 VOL R1 RP
RP
VOL
VI 2
VIL(max)
故得到
RP
VIL(max) VOL
R1 VCC vBE1 VIL(max)
RP
VIL(max) VOL VCC vBE1 VIL(max)
生，三极管进入放大区
RB
+
vI
iB
-
RC
+
iB
vI
VON RB
iC
由三极管的放大系数 β，
vo 可得
-
vO vCE VCC iC RC
VCC iB RC
注：电压放大倍数
Av
vO vI
（2-6）
负载线
(3) 当vI 继续升高时， RC 上的压降也随之增大。 当RC 上的压降接近 VCC 时， vCE 0 三极管处于深度饱和状态 开关电路处于导通状态 所以 vO VOL 0
满足 iB ，I所BS以三极管饱和导通，V0=VCE(sat)=0。
因此，电路参数的设计是合理的。
（2-15）
§3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构
输入输出均为 三极管，所以称为 三极管-三极管逻辑 电路（TransistorTransistor Logic）简 称TTL电路。
（2-8）
三极管开关电路的开关特性小结
Vcc
截止条件: vBE VON
截止特点: iB iC 0
+
RB
vO VCC
vI
iB
-
导通条件: iB IBS
导通特点: vO VCE(Sat) 0
RC
+
iC
vo
-
（2-9）
4. 三极管的开关等效电路
实际电路中通常都满足饱和压降 VCE(sat) ，0 截止时的反向穿透电流 ICEO 0，所以在分析三极 管开关电路时经常使用下面的开关等效电路。
（a）正脉冲噪声容限
——输出高电压降至 2.0V 时输入 正脉冲的幅度
（b）负脉冲噪声容限
——输出低电压上升至 0.8V 时输 入负脉冲的幅度
（2-39）
三. 电源的动态尖峰电流
(a) vO＝VOL 的情况
ICCL
R1 4k iB1
2.1V
0.8V
T1 VIH=3.4V
R2 1.6k
iC2 T2
A
Y
3V
0.3
0V
vcc
1
Y
（2-12）
例2.3.1:已知RC=1K,R1=3.3K,R2=10K, =20，VCE(sat)=0.1v,输入的高低电平分别为 VIH=5v, VIL=0v,求输出电平。
解：首先利用戴维南定理将发射结的外接电路 化简为如下的等效电路
A R1
(vi)
R2பைடு நூலகம்
vEE= - 8v
vI 随 RP 变化的规律：
（vI 与 RP 几乎成正比）
vI
Rp R1 RP
(VCC
VBE1 )
➢ 当 vI 上升到1.4V以后，T2和T５导通，VB1钳在了 2.1V左右，即使 RP 再增大，vI 也不会再升高了，特 性曲线趋近于 vI =1.4V 的一条水平线。
（2-34）
1、悬空的输入端相当于接高电平。 2、为了防止干扰，可将悬空的输入
在保证输出高低电平基本不变 的条件下，输入电平的允许波动范 围称为输入端噪声容限。
输入为高电平时的噪声容限： 74系列
VNH=VOH(min) - VIH(min)
=0.4 V
输入为低电平时的噪声容限：
VNL=VIL(max) - VOL (max)
=0.4 V
（2-21）
3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性
VOH=3.2V
TTL反相器的输入特性
（2-32）
三、输入端负载特性
４R1k
R2 1.6k
A (vI)
b1 c1 T1
T2 R5
RP
R3 1k
vCC R4 +5V 130
T4
D2
Y
T5
（2-33）
TTL反相器 输入端经电 阻接地时的 等效电路
TTL反相器输入端负载特性
➢ RP<<R1 时 vi< VTH 时，T2不导通，输出高电平。
R1
（2-37）
3.5.4 TTL反相器的动态特性
一、传输延迟时间(输出电压波形滞后于输入电压波形的时间)
vi
平均传输时间:
1.5V
o
t
t pd
1 2 (tPHL
tPLH )
vo
1.5V
o
t
tPHL
tPLH
（2-38）
二. 交流噪声容限
（图3.5.22 TTL反相器的交流噪声容限）
输入脉冲宽度 输入脉冲幅度
下降为低电平；转折区中点对应
的输入电压称为阈值电压(VT H ) DE段： 饱和区
vI 继续升高时vO不再变化.
R1
T1 D1
R2
T2 R5
R3
vCC R4
T4
D2 Y
T5
(v0)
截止区 线性区
转折区
饱和区
（2-20）
三、输入端噪声容限
VOH(min)
VOL(max)
VIL(max)
VIH(min)
R3
R4 Vcc= +5V
T4 D2
v0
T5
假定 VON(T5) =0.7V VCE(sat)T2=0.1V
R3 1k
vCC R4 +5V 130
T4 截止
D2
Y
(v0) T5
YA
vO= VCE(sat)T5 0.2V 低电平
（2-18）
既可以抑制输入端负极
性干扰脉冲，又可以防 止输入电压为负时T1的发
R1
R2
射极电流过大
A (vI)
b1 c1 T1
T2
D1
钳位二极管
R3
vCC R4 +5V
T4
D2 T5
Y
(v0)
输出级的工作特点是：在稳定状态下 T4 和 T5 总是一 个导通而另一个截止，这就有效地降低了输出级的静态功 耗并提高了驱动负载的能力。通常把这种形式的电路称为 推拉式(push-pull)电路或图腾柱(totem-pole)输出电路。
（2-19）
二、电压传输特性
AB段： vI< 0.6V 截止区
（2-22）
TTL
二、输出特性 １.高电平输出特性
出 特反 性相
器 高 电 平 输
前级
+5V
R4 T4
流出前级电流IOH （拉电流）
反偏
+5V
R1
T1 后级
（2-25）
R1 3k
b1 c1 T1
前级
+5V
R2 T2
流入前级的电流IOL (灌 电流)
T5 R3
+5V
R1
T1 后级
（2-26）
扇出系数: 与门电路输出驱动同类门的个数 前级输出为 高电平时
+5V
R2
R4
T3 T4
饱和区特点：
截止区特点：
1. i增C以不加再而c 随和趋于iBe饱以之和β 倍间的的比例回路作为输12..出i仅回B =有0路，微i，小C 几的可乎反得等向于穿到0透在电不同iB
值特2. 下性深降表曲度VC饱示线E(和sa集。t)状在电(态0iC下.极3不V，电以饱仅下流和受压iCvC和E 的集影电响极，电流 通还压常IC受EIOvCEC流输OE 过 在之入。1μ间硅AiB以关三的下极系控管的制输) 出
（2-7）
若以 VCE(sat) 表示三 极管深度饱和时的压降， 则深度饱和时所需要的 基极电流为
I BS
VCC
VCE(sat)
RC
IBS 称为基极饱和电流
所以，为使三极管处于饱和工作状态，开关电路 输出低电平，必须保证
iB I BS
由于饱和区内的 β 值比线性区内的β 值小得多， 而且不是常数，所以由上式计算出的 IBS 值比实际需 要的IBS值要小。
c
c
c
b
RCE(sat)
b
b
Von
VCE(sat)
Von
e
e
e
截止状态
饱和导通状态
（2-10）
5 .三极管的动态开关特性：
（三极管内部电荷的建立和消散都需要一定的时间）
+ucc
uA
t
R1
A R2
uF
F
t
+ucc
0.3V
（2-11）
6. 三极管反相器
VCC
A R1
(vi)
Rc
Y
(vo)
R2
vEE
vEE为负电源
一、输入特性
仅考虑输入信号是高电平和和低电平而不是某 一个中间值，输入端的等效电路可画成下图。
当VCC=5V， vI=VIL = 0.2V时，输入低电平电流为
I IL
VCC vBE1 VIL R1
1mA
vI= 0时的输入电流叫做 输入短路电流 IIS ，显 然 IIS 比 IIL 略大。
当VI=VIH = 3.4V时，T1管处于倒置状态，所以高电平输入电流 IIH 很小。74 系列门电路每 个输入端的 IIH 值在 40A以下。
端接高电平。
（2-35）
TTL反相器的输入特性
（2-36）
接VOL
由左图可见
VCC
vBE1 VOL R1 RP
RP
VOL
VI 2
VIL(max)
故得到
RP
VIL(max) VOL
R1 VCC vBE1 VIL(max)
RP
VIL(max) VOL VCC vBE1 VIL(max)
生，三极管进入放大区
RB
+
vI
iB
-
RC
+
iB
vI
VON RB
iC
由三极管的放大系数 β，
vo 可得
-
vO vCE VCC iC RC
VCC iB RC
注：电压放大倍数
Av
vO vI
（2-6）
负载线
(3) 当vI 继续升高时， RC 上的压降也随之增大。 当RC 上的压降接近 VCC 时， vCE 0 三极管处于深度饱和状态 开关电路处于导通状态 所以 vO VOL 0
满足 iB ，I所BS以三极管饱和导通，V0=VCE(sat)=0。
因此，电路参数的设计是合理的。
（2-15）
§3.5.2 TTL反相器的电路结构和工作原理 一、电路结构
输入输出均为 三极管，所以称为 三极管-三极管逻辑 电路（TransistorTransistor Logic）简 称TTL电路。
（2-8）
三极管开关电路的开关特性小结
Vcc
截止条件: vBE VON
截止特点: iB iC 0
+
RB
vO VCC
vI
iB
-
导通条件: iB IBS
导通特点: vO VCE(Sat) 0
RC
+
iC
vo
-
（2-9）
4. 三极管的开关等效电路
实际电路中通常都满足饱和压降 VCE(sat) ，0 截止时的反向穿透电流 ICEO 0，所以在分析三极 管开关电路时经常使用下面的开关等效电路。
（a）正脉冲噪声容限
——输出高电压降至 2.0V 时输入 正脉冲的幅度
（b）负脉冲噪声容限
——输出低电压上升至 0.8V 时输 入负脉冲的幅度
（2-39）
三. 电源的动态尖峰电流
(a) vO＝VOL 的情况
ICCL
R1 4k iB1
2.1V
0.8V
T1 VIH=3.4V
R2 1.6k
iC2 T2
A
Y
3V
0.3
0V
vcc
1
Y
（2-12）
例2.3.1:已知RC=1K,R1=3.3K,R2=10K, =20，VCE(sat)=0.1v,输入的高低电平分别为 VIH=5v, VIL=0v,求输出电平。
解：首先利用戴维南定理将发射结的外接电路 化简为如下的等效电路
A R1
(vi)
R2பைடு நூலகம்
vEE= - 8v
vI 随 RP 变化的规律：
（vI 与 RP 几乎成正比）
vI
Rp R1 RP
(VCC
VBE1 )
➢ 当 vI 上升到1.4V以后，T2和T５导通，VB1钳在了 2.1V左右，即使 RP 再增大，vI 也不会再升高了，特 性曲线趋近于 vI =1.4V 的一条水平线。
（2-34）
1、悬空的输入端相当于接高电平。 2、为了防止干扰，可将悬空的输入
在保证输出高低电平基本不变 的条件下，输入电平的允许波动范 围称为输入端噪声容限。
输入为高电平时的噪声容限： 74系列
VNH=VOH(min) - VIH(min)
=0.4 V
输入为低电平时的噪声容限：
VNL=VIL(max) - VOL (max)
=0.4 V
（2-21）
3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性
VOH=3.2V
TTL反相器的输入特性
（2-32）
三、输入端负载特性
４R1k
R2 1.6k
A (vI)
b1 c1 T1
T2 R5
RP
R3 1k
vCC R4 +5V 130
T4
D2
Y
T5
（2-33）
TTL反相器 输入端经电 阻接地时的 等效电路
TTL反相器输入端负载特性
➢ RP<<R1 时 vi< VTH 时，T2不导通，输出高电平。
R1
（2-37）
3.5.4 TTL反相器的动态特性
一、传输延迟时间(输出电压波形滞后于输入电压波形的时间)
vi
平均传输时间:
1.5V
o
t
t pd
1 2 (tPHL
tPLH )
vo
1.5V
o
t
tPHL
tPLH
（2-38）
二. 交流噪声容限
（图3.5.22 TTL反相器的交流噪声容限）
输入脉冲宽度 输入脉冲幅度
下降为低电平；转折区中点对应
的输入电压称为阈值电压(VT H ) DE段： 饱和区
vI 继续升高时vO不再变化.
R1
T1 D1
R2
T2 R5
R3
vCC R4
T4
D2 Y
T5
(v0)
截止区 线性区
转折区
饱和区
（2-20）
三、输入端噪声容限
VOH(min)
VOL(max)
VIL(max)
VIH(min)
R3
R4 Vcc= +5V
T4 D2
v0
T5
假定 VON(T5) =0.7V VCE(sat)T2=0.1V
R3 1k
vCC R4 +5V 130
T4 截止
D2
Y
(v0) T5
YA
vO= VCE(sat)T5 0.2V 低电平
（2-18）
既可以抑制输入端负极
性干扰脉冲，又可以防 止输入电压为负时T1的发
R1
R2
射极电流过大
A (vI)
b1 c1 T1
T2
D1
钳位二极管
R3
vCC R4 +5V
T4
D2 T5
Y
(v0)
输出级的工作特点是：在稳定状态下 T4 和 T5 总是一 个导通而另一个截止，这就有效地降低了输出级的静态功 耗并提高了驱动负载的能力。通常把这种形式的电路称为 推拉式(push-pull)电路或图腾柱(totem-pole)输出电路。
（2-19）
二、电压传输特性
AB段： vI< 0.6V 截止区
（2-22）
TTL
二、输出特性 １.高电平输出特性
出 特反 性相
器 高 电 平 输