第三章TTL门电路

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。
T2、T2′截止，T5截止，T4 导通)
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
iI 1
N 2IIH iL N2 iL 0.4 10
IIH 0.04
N10
.
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
.
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
.
A=1 B=1
T2、T5导通，T4截止
0
Y=0
1 1
1 1
0
ABY
001
011
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
.
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
eC
C
.
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
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。
发射结正 VBE偏 0,V： BVE
集电结反 VBC偏 0,V： BVC
发 反 偏 射 V B E ： 结 0 ,V B V E 集电结反 VBC偏 0,V： BVC
.
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
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)
、v vO 1V OLI2V IL (m时 ax) RP
VOH
.
其他类型的TTL门电路
2、集电极开路的门电路（OC门） 工作时需要外接负载电阻和电源，
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，
iB>IBS，故三极管处于深度饱和状态，输出vO=VCE(sat)≈ 0V
.
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.
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。
v O V C i C B 4 R 2 v B 4 E v D 2
A(vI) T1发射结 vB1
0.2V 导通 0.9v 3.4V 导通 4.1v
2 .1V
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:
R 1 R 2
1.3 3
R BR 1•R 23.310 2.5KΩ
R 1R 2 3.310
当vI=VIH=5V时，
vB(5583.3)1.8V 1.33
b-e结导通，VBE=0.7V, iBvB R V BBE 1 2..8 5 1 0.7 300.4m 4 A
IB S V (R C C C V R C C (s (E sE a )a ))tt25 0 1 0 .1 130 0 .2m 5 A
.
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Biblioteka Baidu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
.
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。
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。
5
IB2 80uA
三极管工作在饱和状态的电流条件为：
4
IB＞ IBS
3
2
放大区 IB1 40uA
电压条件为：
发射结正 VBE偏 0,V： BVE
1
I B 0 截止区
集正 电 偏 V B结 ： C 0 ,V B V C
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
v B v I v I V ER E 1 (v I v I 8 3 .3 )V
R 1 R 2
1.3 3
RBR1•R23.310 2.5 R1R2 3.310
8 当vI=VIL=0V时，vB(01.3 33.3)2.0V
b-e结上是反向电压，三极管截止，iC=0,vO=VCC=5V。
.
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。
v B v I v I V ER E 1 (v I v I 8 3 .3 )V
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）
+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。
N 1 iI iL N 1 iL 16 16
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
vOvc5 e0.2V
高低电平分析法
1
0
0
1
0
.
高低电平分析法
0
1
1
0
1
YA
.
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）
R1RP
.
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。
VIH IIH
(m
in)
R P V C C vB1E V O LV I( Lm aV x O)L
R 1R P
RP VIL (maxV)OL •R1 VCC vB1EVIL (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)。
+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
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。
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
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。