第三章TTL门电路讲解
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iI 1
N 2IIH iL N 2 iL 0.4 10
IIH 0.04
N 10
P122例3.5.3在图3.5.20所示的电路中，为保证门G1输出的高、
低电平能正确地传送到门G2的输入端，要求vO1=VOH时
vI2≥VIH(min)，vO1=VOL时vI2≤VIL(max)，试计算RP的最大允许值是
线性区
饱和区 转折区（CD）
中点的输入电压称为
阈值电压(门槛电压)VTH
饱和区 (DE)
截止区（AB） VI =0 T2、T5截止， T4导通 VO=1
线性区（BC） VI升高 T2导通， T5截止 VO降低
转折区（CD） VI=1
v
T2、T5导通
VO=0
中点的输入电压VTH
称为阈值电压（门槛电压）
发射结正偏：VBE 0,VB VE
集电结反偏：VBC 0,VB VC
发射结反偏：VBE 0,VB VE 集电结反偏：VBC 0,VB VC
三极管PN结四种偏置方式组合
发射结(be结) 集电结(bc结)
正偏
反偏
正偏
正偏
反偏
反偏
反偏
正偏
工作状态
放大状态 饱和状态 截止状态 倒置状态
其他类型的TTL门电路
1、其他逻辑功能的门电路
T1多发射 极三极管
其他类型的TTL门电路
多射极三极管和一般三极管结构基本相同，只 是有多个发射极。
相当于三个三极管的基极b和集电极c连在一起。
b
D4 D1
A
eA
T
D2
e
B
eB
D3
C
eC
1
A/B=0 T1有一个发
0
射结导通，T2、T5
0
0
1
截止，T4导通 Y=1
b-e结导通，VBE=0.7V,
iB
vB
VBE RB
1.8 0.7 2.5103
0.44mA
IBS
VCC VCE (sat )
(RC RCE (sat))
5 0.1 20 1103
0.25mA
iB>IBS，故三极管处于深度饱和状态，输出vO=VCE(sat)≈ 0V
饱和区 (DE) VI继续升高， VO不变化
TTL反相器
3、输入端噪声容限
输入端噪声容限示意图
若输入信号偏离正常的 低电平而升高，输出高电 平不立刻变化。同样，输 入信号偏离正常高电平而 升高时，输出的高电平不 立刻改变。 在保证输出高、低电平基 本不变（或说变化大小不超、 过允许限度）的条件下，输 入电平允许的波动范围称输 入端噪声容限。
VOL与i L的关系在较大的范围里基本呈线性
TTL反相器
3、输入端负载特性
如图：输入电流流过RP，RP上产生压降形成vI ， RP越大， vI越高。当vI上升到1.4V后T2、T5同时 导通，将vB1钳在2.1V左右，RP增加，
vI不变，趋近于vI=1.4v的一条水平线。
vI RP VCC vBE1
A=1 B=1
T2、T5导通，T4截止
0
Y=0
1 1
1 1
0
ABY
001
011
Hale Waihona Puke Baidu
101
110
Y=(AB) ′
其他类型的TTL门电路
1、其他逻辑功能的门电路
VV
A=1时 T2、T5导通， T4截止 Y=0
B=1时 T2′、T5导通， T4截止 Y=0
A=B=0时
ABY 001 010 100 110
D2:确保T5饱 和导通时T4 可靠地截止.
设Vcc=5V, vIH = 3.4V, vIL = 0.2V,
PN结的导通电压为0.7V。
vO VCC iB4R2 vBE4 vD2
A(vI) T1发射结 vB1
0.2V 导通 0.9v 3.4V 导通 4.1v
2 .1V
T1集电结 T2
截止 截止
导通 导通
?
T4 T5
导通 截止
截止 导通
Y(vO)
3.4v
0.2v
vO vce5 0.2V
高低电平分析法
1
0
0
1
0
高低电平分析法
0
1
1
0
1
Y A
TTL反相器
2、电压传输特性（输入电压—输出电压关系）
v
截止区
电压传输特性 大体上分4段：
截止区（AB） 转折区 线性区（BC）
戴维宁定理
bc
e
P115 例3.5.1 在图3.5.7所示的反相器电路中,若VCC=5V，VEE= -8V， RC=1KΩ，R1=3.3KΩ，R2=10KΩ，三极管的电流放大系数β=20， 饱和压降VCE（sat）=0.1V，饱和导通内阻RCE（sat）=20Ω，输入的高 、低电平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算输入高、低电平时对应 的输出电平，并说明电路参数的设计是否合理。
由低电平跳变为高电平 的传输延迟时间记tPLH
由高电平跳变为低电平 的传输延迟时间记tPHL
TTL动态特性 2、交流噪声容限
由于TTL电路中存在三极管的开关时间和分布 电容的充放电过程，因而输入信号状态变化时必 须有足够的变化幅度和作用时间才能使输出状态 改变。窄脉冲
3、电源的动态尖峰电流
瞬时流经的最大电流，T4、T5同时导通的状态。
5
IB2 80uA
三极管工作在饱和状态的电流条件为：
4
3
放大区 IB1 40uA
2
IB＞ IBS 电压条件为：
发射结正偏：VBE 0,VB VE
1
IB 0 截止区
集电结正偏：VBC 0,VB VC
0
2468
VCE /V
截止区：IC接近零的区域，IB=0的曲线的下方。
放大区：IC平行于VCE轴的区域，曲线基本 平行等距。 IC IB
的输出电平，并说明电路参数的设计是否合理。
vB vI vI VEE R1 (vI vI 8 3.3)V
R1 R2
13.3
RB R1 R2 3.310 2.5 KΩ
R1 R2 3.3 10
当vI=VIH=5V时，
vB (5 5 8 3.3) 1.8V 13.3
T2、T2′截止， T5截止 ， T4导通 Y=1
Y=(A+B) ′
其他类型的TTL门电路
1、其他逻辑功能的门电路
1
0
0
1
A=B=1 T2、T5导通， T4截止 Y=0
C=D=1 T2 ′ 、T5导通， T4截止 Y=0
1
0
仅当A、B和C、D每组输
入都不同时为1
1
0
0
(例A=0B=1C=1D=0， T2、T2′截止，T5截止，T4 导通)
+VCC
R4
IOH
T4 导通
vOH IIH
截止 T5
驱动门 IIH
+VCC T1
+VCC T1
负载门
为了保证vOH≥2.4v，要限制负载门的数目N2。
P120例3.5.2 在图3.5.17所示的电路中,试计算门G1最多可以驱 动多少个同样的门电路负载，VOH≥3.2V，VOL≤0.2V。
N1 iI iL N1 iL 16 16
TTL反相器
1、TT1输、TL入基反级极相由电器双阻的极R1电型、D三路1组极结成管构。、工作原理
由T4、T5和R4、 D2 组成输出级
倒相级由双极 型 三 极 管 T2 、 R2、R3组成。
D1:输入端钳 位二极管,可 抑制输入端 可能出现的 负极性干扰 脉冲,也可防 止输入电压 为负时T1的 发射极电流 过大,起到保 护作用.
TTL反相器
若许多门电路相互连接组成系统时，前一级门电 路的输出是后一级门电路的输入。
输入为高电平时的噪声容限为
V =V -V NH
OH(min) IH(min)
输入为低电平时的噪声容限为
V =V -V NL
IL(max) OL(max)
TTL反相器静态特性
1、输入特性
VI=0v时, IIS (输入短路电流)≈IIL VI=VIH时,T1相当于把原来的集电极c1当作发射极使用,原e1当作集电 极使用—倒置状态。倒置状态下三极管的电流放大系数极小，所以 IIH很小
TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）
2、输出特性
（a）高电平输出特性 当vo=vOH时，T4、D2导通，T5截止
得出等效图
TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）
2、输出特性
（a）高电平输出特性
T4工作在发射极输出状态，电路的输出电阻很小，在i L （负载电流）较小的范围内，i L的变化对VOH的影响很小。
TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）
一、双极型三极管的开关特性
1、结构：一个独立的双极型三极管由管芯、三个引出电极和外壳组成。 基极b、集电极c、发射极e
一、双极型三极管的开关特性
2、输入、输出特性
3、三极管的三种工作状态 NPN
IC
/
mA
饱和区
饱和区：IC受VCE显著控制的区域，该区域内VCE的 数值较小，一般VCE＜0.7 V(硅管)， 深度饱和状态VCE(sat) 0.2V以下。
多少。已知G1和G2均74系列反相器，VCC=5V，VOH=3.4V，
VOL=0.2V，VIH(min)=2.0V，VIL(max)=0.8V。
VOL vO1 VOH、v I 2 VIH (min)时
VOH IIHRP VIH (min)
vO1 VOL、v I 2 VIL(max时 )
随着i L数值的增加，R4上的压降加大，使T4的变为正 向偏置，T4进入饱和状态。VOH随i L数值的增加几乎线性下 降。
TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）
（b）低电平输出特性（T5饱和 T4截止）
T5饱和导通时c-e间的内阻很小，i L增加时输出的低电平 仅稍有升高。 从低电平输出特性曲线可看出:
vB vI vI VEE R1 (vI vI 8 3.3)V
R1 R2
13.3
RB R1 R2 3.310 2.5 R1 R2 3.3 10
当vI=VIL=0V时，vB
(0
8 13.3
3.3)
2.0V
b-e结上是反向电压，三极管截止，iC=0,vO=VCC=5V。
+VCC
T4
截止 IIL +VCC
vOL
T1
导通
+VCC
T5 IOL IIL
T1
驱动门
负载门
2.输出端为高电平时
(vO = vOH ≥ 2.4v)
输出端带负载的情形如图：
高电平输出电流：
IOH = N2·IIH
N2是输出高电平时负载门的数目。
由于T4管的导通电阻为RON ，所以 vOH VCC -N2·IIH (R4+RON)- 0.7v
P115 例3.5.1 在图3.5.7所示的反相器电路中,若VCC=5V，VEE= -8V，
RC=1KΩ，R1=3.3KΩ，R2=10KΩ，三极管的电流放大系数β=20，
饱和压降VCE（sat）=0.1V，饱和导通内阻RCE（sat）=20Ω，输入的高
、低电平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算输入高、低电平时对应
R1 RP
TTL门电路扇出系数的计算
扇出系数是指一个门电路可以同时驱动某一种门电路的最大数目
1.输出为低电平时
（vO = vOL≤0.4V)
输出端带负载的情形如图： 低电平输出电流 :
IOL=N1·IIL N1·IIS
N1是输出低电平时负载门的数目。
由于T5管的导通电阻为RON， 所以，vOL=IOL·RON。 为了保证 vOL≤0.4v， 要限制负载门的数目N1。
4、双极型的三极管基本开关电路
5、双极型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,iC的变化滞 后于vI的变化。
6、三极管反相器
接入电阻R2和负电源 VEE，即使输入的低电 平信号稍大于零也能
使三极管的基极为负
电位，从而使三极管 可靠的截止。
双极型三极管工作状态的计算
P115 例3.5.1 在图3.5.7所示的反相器电路中,若VCC=5V，VEE= -8V， RC=1KΩ，R1=3.3KΩ，R2=10KΩ，三极管的电流放大系数β=20， 饱和压降VCE（sat）=0.1V，饱和导通内阻RCE（sat）=20Ω，输入的高、 低电平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算输入高、低电平时对应的输 出电平，并说明电路参数的设计是否合理。
Y=1
Y=(AB+CD) ′
其他类型的TTL门电路
1、其他逻辑功能的门电路
A=B=1 T6、T9导通， T8截止 Y=0
A=B=0 T4、T5截止， T9导通,T8截止 Y=0
A、B不同时， T1导通，T6截止， T4、T5一个导通， T7截止， T8导通，T9截止 Y=1 Y=A⊕B
RP VOH VIH (min) IIH
RP VCC vBE1 VOL VIL(max)VOL
R1 RP
RP VIL(max)VOL R1 VCC vBE1 VIL(max)
RP 为较小的值
TTL反相器的动态特性
1、传输延迟时间
把输出电压波形滞后于输入电压波形的时间称为 传输延迟时间(tPd)。
N 2IIH iL N 2 iL 0.4 10
IIH 0.04
N 10
P122例3.5.3在图3.5.20所示的电路中，为保证门G1输出的高、
低电平能正确地传送到门G2的输入端，要求vO1=VOH时
vI2≥VIH(min)，vO1=VOL时vI2≤VIL(max)，试计算RP的最大允许值是
线性区
饱和区 转折区（CD）
中点的输入电压称为
阈值电压(门槛电压)VTH
饱和区 (DE)
截止区（AB） VI =0 T2、T5截止， T4导通 VO=1
线性区（BC） VI升高 T2导通， T5截止 VO降低
转折区（CD） VI=1
v
T2、T5导通
VO=0
中点的输入电压VTH
称为阈值电压（门槛电压）
发射结正偏：VBE 0,VB VE
集电结反偏：VBC 0,VB VC
发射结反偏：VBE 0,VB VE 集电结反偏：VBC 0,VB VC
三极管PN结四种偏置方式组合
发射结(be结) 集电结(bc结)
正偏
反偏
正偏
正偏
反偏
反偏
反偏
正偏
工作状态
放大状态 饱和状态 截止状态 倒置状态
其他类型的TTL门电路
1、其他逻辑功能的门电路
T1多发射 极三极管
其他类型的TTL门电路
多射极三极管和一般三极管结构基本相同，只 是有多个发射极。
相当于三个三极管的基极b和集电极c连在一起。
b
D4 D1
A
eA
T
D2
e
B
eB
D3
C
eC
1
A/B=0 T1有一个发
0
射结导通，T2、T5
0
0
1
截止，T4导通 Y=1
b-e结导通，VBE=0.7V,
iB
vB
VBE RB
1.8 0.7 2.5103
0.44mA
IBS
VCC VCE (sat )
(RC RCE (sat))
5 0.1 20 1103
0.25mA
iB>IBS，故三极管处于深度饱和状态，输出vO=VCE(sat)≈ 0V
饱和区 (DE) VI继续升高， VO不变化
TTL反相器
3、输入端噪声容限
输入端噪声容限示意图
若输入信号偏离正常的 低电平而升高，输出高电 平不立刻变化。同样，输 入信号偏离正常高电平而 升高时，输出的高电平不 立刻改变。 在保证输出高、低电平基 本不变（或说变化大小不超、 过允许限度）的条件下，输 入电平允许的波动范围称输 入端噪声容限。
VOL与i L的关系在较大的范围里基本呈线性
TTL反相器
3、输入端负载特性
如图：输入电流流过RP，RP上产生压降形成vI ， RP越大， vI越高。当vI上升到1.4V后T2、T5同时 导通，将vB1钳在2.1V左右，RP增加，
vI不变，趋近于vI=1.4v的一条水平线。
vI RP VCC vBE1
A=1 B=1
T2、T5导通，T4截止
0
Y=0
1 1
1 1
0
ABY
001
011
Hale Waihona Puke Baidu
101
110
Y=(AB) ′
其他类型的TTL门电路
1、其他逻辑功能的门电路
VV
A=1时 T2、T5导通， T4截止 Y=0
B=1时 T2′、T5导通， T4截止 Y=0
A=B=0时
ABY 001 010 100 110
D2:确保T5饱 和导通时T4 可靠地截止.
设Vcc=5V, vIH = 3.4V, vIL = 0.2V,
PN结的导通电压为0.7V。
vO VCC iB4R2 vBE4 vD2
A(vI) T1发射结 vB1
0.2V 导通 0.9v 3.4V 导通 4.1v
2 .1V
T1集电结 T2
截止 截止
导通 导通
?
T4 T5
导通 截止
截止 导通
Y(vO)
3.4v
0.2v
vO vce5 0.2V
高低电平分析法
1
0
0
1
0
高低电平分析法
0
1
1
0
1
Y A
TTL反相器
2、电压传输特性（输入电压—输出电压关系）
v
截止区
电压传输特性 大体上分4段：
截止区（AB） 转折区 线性区（BC）
戴维宁定理
bc
e
P115 例3.5.1 在图3.5.7所示的反相器电路中,若VCC=5V，VEE= -8V， RC=1KΩ，R1=3.3KΩ，R2=10KΩ，三极管的电流放大系数β=20， 饱和压降VCE（sat）=0.1V，饱和导通内阻RCE（sat）=20Ω，输入的高 、低电平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算输入高、低电平时对应 的输出电平，并说明电路参数的设计是否合理。
由低电平跳变为高电平 的传输延迟时间记tPLH
由高电平跳变为低电平 的传输延迟时间记tPHL
TTL动态特性 2、交流噪声容限
由于TTL电路中存在三极管的开关时间和分布 电容的充放电过程，因而输入信号状态变化时必 须有足够的变化幅度和作用时间才能使输出状态 改变。窄脉冲
3、电源的动态尖峰电流
瞬时流经的最大电流，T4、T5同时导通的状态。
5
IB2 80uA
三极管工作在饱和状态的电流条件为：
4
3
放大区 IB1 40uA
2
IB＞ IBS 电压条件为：
发射结正偏：VBE 0,VB VE
1
IB 0 截止区
集电结正偏：VBC 0,VB VC
0
2468
VCE /V
截止区：IC接近零的区域，IB=0的曲线的下方。
放大区：IC平行于VCE轴的区域，曲线基本 平行等距。 IC IB
的输出电平，并说明电路参数的设计是否合理。
vB vI vI VEE R1 (vI vI 8 3.3)V
R1 R2
13.3
RB R1 R2 3.310 2.5 KΩ
R1 R2 3.3 10
当vI=VIH=5V时，
vB (5 5 8 3.3) 1.8V 13.3
T2、T2′截止， T5截止 ， T4导通 Y=1
Y=(A+B) ′
其他类型的TTL门电路
1、其他逻辑功能的门电路
1
0
0
1
A=B=1 T2、T5导通， T4截止 Y=0
C=D=1 T2 ′ 、T5导通， T4截止 Y=0
1
0
仅当A、B和C、D每组输
入都不同时为1
1
0
0
(例A=0B=1C=1D=0， T2、T2′截止，T5截止，T4 导通)
+VCC
R4
IOH
T4 导通
vOH IIH
截止 T5
驱动门 IIH
+VCC T1
+VCC T1
负载门
为了保证vOH≥2.4v，要限制负载门的数目N2。
P120例3.5.2 在图3.5.17所示的电路中,试计算门G1最多可以驱 动多少个同样的门电路负载，VOH≥3.2V，VOL≤0.2V。
N1 iI iL N1 iL 16 16
TTL反相器
1、TT1输、TL入基反级极相由电器双阻的极R1电型、D三路1组极结成管构。、工作原理
由T4、T5和R4、 D2 组成输出级
倒相级由双极 型 三 极 管 T2 、 R2、R3组成。
D1:输入端钳 位二极管,可 抑制输入端 可能出现的 负极性干扰 脉冲,也可防 止输入电压 为负时T1的 发射极电流 过大,起到保 护作用.
TTL反相器
若许多门电路相互连接组成系统时，前一级门电 路的输出是后一级门电路的输入。
输入为高电平时的噪声容限为
V =V -V NH
OH(min) IH(min)
输入为低电平时的噪声容限为
V =V -V NL
IL(max) OL(max)
TTL反相器静态特性
1、输入特性
VI=0v时, IIS (输入短路电流)≈IIL VI=VIH时,T1相当于把原来的集电极c1当作发射极使用,原e1当作集电 极使用—倒置状态。倒置状态下三极管的电流放大系数极小，所以 IIH很小
TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）
2、输出特性
（a）高电平输出特性 当vo=vOH时，T4、D2导通，T5截止
得出等效图
TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）
2、输出特性
（a）高电平输出特性
T4工作在发射极输出状态，电路的输出电阻很小，在i L （负载电流）较小的范围内，i L的变化对VOH的影响很小。
TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）
一、双极型三极管的开关特性
1、结构：一个独立的双极型三极管由管芯、三个引出电极和外壳组成。 基极b、集电极c、发射极e
一、双极型三极管的开关特性
2、输入、输出特性
3、三极管的三种工作状态 NPN
IC
/
mA
饱和区
饱和区：IC受VCE显著控制的区域，该区域内VCE的 数值较小，一般VCE＜0.7 V(硅管)， 深度饱和状态VCE(sat) 0.2V以下。
多少。已知G1和G2均74系列反相器，VCC=5V，VOH=3.4V，
VOL=0.2V，VIH(min)=2.0V，VIL(max)=0.8V。
VOL vO1 VOH、v I 2 VIH (min)时
VOH IIHRP VIH (min)
vO1 VOL、v I 2 VIL(max时 )
随着i L数值的增加，R4上的压降加大，使T4的变为正 向偏置，T4进入饱和状态。VOH随i L数值的增加几乎线性下 降。
TTL门电路（三极管-三极管逻辑电路）
（b）低电平输出特性（T5饱和 T4截止）
T5饱和导通时c-e间的内阻很小，i L增加时输出的低电平 仅稍有升高。 从低电平输出特性曲线可看出:
vB vI vI VEE R1 (vI vI 8 3.3)V
R1 R2
13.3
RB R1 R2 3.310 2.5 R1 R2 3.3 10
当vI=VIL=0V时，vB
(0
8 13.3
3.3)
2.0V
b-e结上是反向电压，三极管截止，iC=0,vO=VCC=5V。
+VCC
T4
截止 IIL +VCC
vOL
T1
导通
+VCC
T5 IOL IIL
T1
驱动门
负载门
2.输出端为高电平时
(vO = vOH ≥ 2.4v)
输出端带负载的情形如图：
高电平输出电流：
IOH = N2·IIH
N2是输出高电平时负载门的数目。
由于T4管的导通电阻为RON ，所以 vOH VCC -N2·IIH (R4+RON)- 0.7v
P115 例3.5.1 在图3.5.7所示的反相器电路中,若VCC=5V，VEE= -8V，
RC=1KΩ，R1=3.3KΩ，R2=10KΩ，三极管的电流放大系数β=20，
饱和压降VCE（sat）=0.1V，饱和导通内阻RCE（sat）=20Ω，输入的高
、低电平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算输入高、低电平时对应
R1 RP
TTL门电路扇出系数的计算
扇出系数是指一个门电路可以同时驱动某一种门电路的最大数目
1.输出为低电平时
（vO = vOL≤0.4V)
输出端带负载的情形如图： 低电平输出电流 :
IOL=N1·IIL N1·IIS
N1是输出低电平时负载门的数目。
由于T5管的导通电阻为RON， 所以，vOL=IOL·RON。 为了保证 vOL≤0.4v， 要限制负载门的数目N1。
4、双极型的三极管基本开关电路
5、双极型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,iC的变化滞 后于vI的变化。
6、三极管反相器
接入电阻R2和负电源 VEE，即使输入的低电 平信号稍大于零也能
使三极管的基极为负
电位，从而使三极管 可靠的截止。
双极型三极管工作状态的计算
P115 例3.5.1 在图3.5.7所示的反相器电路中,若VCC=5V，VEE= -8V， RC=1KΩ，R1=3.3KΩ，R2=10KΩ，三极管的电流放大系数β=20， 饱和压降VCE（sat）=0.1V，饱和导通内阻RCE（sat）=20Ω，输入的高、 低电平分别为VIH=5V、VIL=0V，试计算输入高、低电平时对应的输 出电平，并说明电路参数的设计是否合理。
Y=1
Y=(AB+CD) ′
其他类型的TTL门电路
1、其他逻辑功能的门电路
A=B=1 T6、T9导通， T8截止 Y=0
A=B=0 T4、T5截止， T9导通,T8截止 Y=0
A、B不同时， T1导通，T6截止， T4、T5一个导通， T7截止， T8导通，T9截止 Y=1 Y=A⊕B
RP VOH VIH (min) IIH
RP VCC vBE1 VOL VIL(max)VOL
R1 RP
RP VIL(max)VOL R1 VCC vBE1 VIL(max)
RP 为较小的值
TTL反相器的动态特性
1、传输延迟时间
把输出电压波形滞后于输入电压波形的时间称为 传输延迟时间(tPd)。