第3章2TTL反相器解读
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18
5. 输入负载特性
TTL反相器的输入端对地接上电阻RP 时，VI随 RP 的增大而升高。 RP VI (VCC VBE1) R1 RP
19
在一定范围内，VI随RP的增大而升高。但当输入电 压VI达到1.4V以后，VB1 = 2.1V不变，RP增大，由于VB1 不变，故VI = 1.4V也不变。
16
3、低电平输出特性
低电平时， T5工作在饱和导通状态，c--e内阻很小， I L变化对V OL影响很小
17
4、例3.5.2
求：驱动的门电路数 V OL <0.2V时 输出电流 i L=16mA 输入电流 i i=1mA N i i< i L N<16 V OH >3.2时 输出电流 i H=0.4mA 输入电流 i i=40uA N i i< i L N<10 扇出系数与电压和电流有关 N=10
12
1.输入伏安特性
13
2、高电平输出特性
14
2、高电平输出特性
wk.baidu.com
高电平时 I L<5mA时， T 4工作在射极跟随状态，输 出内阻很小， I L变化对V OH影响很小 I L>5mA后， T 4进入饱和状态， I L变化对V OH影响较大 受功耗限制， IOH<0.4mA 15
3、低电平输出特性
2
3.5
TTL反相器
TTL集成逻辑门电路的输入和输出结构均采用
半导体三极管，所以称晶体管—晶体管逻辑门电路， 简称TTL电路。 TTL电路的基本环节是反相器。 简单了解TTL反相器的电路及工作原理，重点 掌握其特性曲线和主要参数（应用所需知识）。
3
1 TTL反相器的工作原理
1. 电路组成
图2-9
3.5
TTL反相器
1 TTL反相器的工作原理 2 TTL反相器的电压传输特性及参数
3 TTL反相器的输入特性和输出特性 4 TTL反相器的动态特性
1
TTL电路
在半导体内，多数载流子和少数载流子两种极性 的载流子（空穴和电子）都参与有源元件的导电， 如通常的NPN或PNP双极型晶体管。以这类晶体 管为基础的单片集成电路，称为双极型集成电路。 场效应管由多数载流子参与导电,也称为单极型 晶体管.它属于电压控制型半导体器件.以这类晶 体管为基础的单片集成电路，称为单极型集成电 路。
转折区
饱和区
图2-10 TTL反相器电路的电压传输特性
8
AB段，VI<0.6V,则VB1<1.3V,T2T5截止，T4导通，输出高电平 BC段，VI>0.7V,但<1.3V,T2导通T5截止，T2工作在放大区， 随着VI升高，VC2和VO线性地下降 CD段，VI>1.4V, VB1=2.1V，T2， T5导通，T4截止， VO急剧地下降为低电平。阈值电压VTH DE段，VI继续升高，VO不再变化
20
例3.5.3
保证VO1=VOH时VI2>VIH(MIN) ， VO1=VOL时VI2<VIL(MAX)
求RP
VOH IIHRP VIH ( MIN ) VOH VIH ( MIN ) 3.4 2.0 RP 35 3 IIH 0.0410
21
RP=0.69
RP VIL ( MAX ) VOL R1 VCC VBE1 VIL ( MAX ) VIL ( MAX ) VOL RP R1 VCC VBE1 VIL ( MAX ) 0 . 6 0 .2 0.69 5 0 . 7 0 .8
（4）T2的集电极和发射极输出电压信号变化方向相反，
称为倒相级
（5）D1是输入端的钳位二极管，防止负性干扰脉冲
和输入端为负时，电流过大
（6）D2保证T5饱和导通时，提升的T5的E级电压，
使T4可靠地截止
7
2 TTL反相器的电压传输特性及参数
电压传输特性：输出电压uO与输入电压uI的关 系曲线。 1. 曲线分析 截止区 线性区
9
3、
输入端噪声容限示意图
高电平噪声容限
VNH = VOH(min) - VIH(min)
低电平噪声容限 VNL=VIL(max)-VOL(max)
10
3 TTL反相器的输入特性和输出特性
等效电路
忽略T2、T5的b-c结反向电流和R3对T5基极回路的影响 得到输入端的等效电路
11
1. 输入伏安特性
22
4 TTL反相器的动态特性
1. 传输延迟时间
三极管的导通截止
寄生电容的存在
电压信号延迟、
波形变坏 传输延迟时间 tpLH 、tpHL tpLH >tpHL T5工作在深度饱和状态
23
交流噪声容限
（a）正脉冲噪声容限
（b）负脉冲噪声容限 信号达到微秒量级则看 24 作直流信号
低电平电源静态电流
VB1=0.7V×3=2.1V，
VT2和VT4饱和，
VC2为低电平VE2为高电平 T4和D2截止。 T5导通 输出VO为低电平。
2.1V 3.4V
6
(3) 采用推拉式输出级利于提高开关速度和负载能力， 降低静态功耗
无论输入如何，T4和T5总是一管导通而另一管截止。 这种推拉式工作方式，带负载能力很强。
ICCL iB1 iC 2 VCC VB1 VCC VC 2 R1 R2 5 2. 1 5 0 .8 3 4 10 1.6 103 3.4mA
VC 2 VBE5 VCE ( sat ) 2 0.7 0.1 0.8
25
高电平电源静态电流
TTL反相器的基本电路
4
2.
工作原理
（1） 当输入低电平时， VI=0.2V， T1发射结导通， VB1=0.2V+0.7V=0.9V，
0.9V 0.2V
T2和T5均截止，
VC2为高电平VE2为低电平
T4和D2导通。 T5截止
输出高电平
5
（2）当输入高电平时， VI=3.4V， T1处于倒置工作状态， 集电结正偏，发射结反偏，
(1) 输入电流II L 当uI = 0.2V时，输入电流 II L =－(VCC－UBE1 － uI)/R1 ≈－1.1mA
(2) 高电平输入电流IIH 当输入为高电平时，VT1的发射结反偏，集电结 正偏，处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流 放大系数β反很小(约在0.01以下)，所以IIH =β反 iB2 IIH很小，约为40μA左右。
5. 输入负载特性
TTL反相器的输入端对地接上电阻RP 时，VI随 RP 的增大而升高。 RP VI (VCC VBE1) R1 RP
19
在一定范围内，VI随RP的增大而升高。但当输入电 压VI达到1.4V以后，VB1 = 2.1V不变，RP增大，由于VB1 不变，故VI = 1.4V也不变。
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3、低电平输出特性
低电平时， T5工作在饱和导通状态，c--e内阻很小， I L变化对V OL影响很小
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4、例3.5.2
求：驱动的门电路数 V OL <0.2V时 输出电流 i L=16mA 输入电流 i i=1mA N i i< i L N<16 V OH >3.2时 输出电流 i H=0.4mA 输入电流 i i=40uA N i i< i L N<10 扇出系数与电压和电流有关 N=10
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1.输入伏安特性
13
2、高电平输出特性
14
2、高电平输出特性
wk.baidu.com
高电平时 I L<5mA时， T 4工作在射极跟随状态，输 出内阻很小， I L变化对V OH影响很小 I L>5mA后， T 4进入饱和状态， I L变化对V OH影响较大 受功耗限制， IOH<0.4mA 15
3、低电平输出特性
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3.5
TTL反相器
TTL集成逻辑门电路的输入和输出结构均采用
半导体三极管，所以称晶体管—晶体管逻辑门电路， 简称TTL电路。 TTL电路的基本环节是反相器。 简单了解TTL反相器的电路及工作原理，重点 掌握其特性曲线和主要参数（应用所需知识）。
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1 TTL反相器的工作原理
1. 电路组成
图2-9
3.5
TTL反相器
1 TTL反相器的工作原理 2 TTL反相器的电压传输特性及参数
3 TTL反相器的输入特性和输出特性 4 TTL反相器的动态特性
1
TTL电路
在半导体内，多数载流子和少数载流子两种极性 的载流子（空穴和电子）都参与有源元件的导电， 如通常的NPN或PNP双极型晶体管。以这类晶体 管为基础的单片集成电路，称为双极型集成电路。 场效应管由多数载流子参与导电,也称为单极型 晶体管.它属于电压控制型半导体器件.以这类晶 体管为基础的单片集成电路，称为单极型集成电 路。
转折区
饱和区
图2-10 TTL反相器电路的电压传输特性
8
AB段，VI<0.6V,则VB1<1.3V,T2T5截止，T4导通，输出高电平 BC段，VI>0.7V,但<1.3V,T2导通T5截止，T2工作在放大区， 随着VI升高，VC2和VO线性地下降 CD段，VI>1.4V, VB1=2.1V，T2， T5导通，T4截止， VO急剧地下降为低电平。阈值电压VTH DE段，VI继续升高，VO不再变化
20
例3.5.3
保证VO1=VOH时VI2>VIH(MIN) ， VO1=VOL时VI2<VIL(MAX)
求RP
VOH IIHRP VIH ( MIN ) VOH VIH ( MIN ) 3.4 2.0 RP 35 3 IIH 0.0410
21
RP=0.69
RP VIL ( MAX ) VOL R1 VCC VBE1 VIL ( MAX ) VIL ( MAX ) VOL RP R1 VCC VBE1 VIL ( MAX ) 0 . 6 0 .2 0.69 5 0 . 7 0 .8
（4）T2的集电极和发射极输出电压信号变化方向相反，
称为倒相级
（5）D1是输入端的钳位二极管，防止负性干扰脉冲
和输入端为负时，电流过大
（6）D2保证T5饱和导通时，提升的T5的E级电压，
使T4可靠地截止
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2 TTL反相器的电压传输特性及参数
电压传输特性：输出电压uO与输入电压uI的关 系曲线。 1. 曲线分析 截止区 线性区
9
3、
输入端噪声容限示意图
高电平噪声容限
VNH = VOH(min) - VIH(min)
低电平噪声容限 VNL=VIL(max)-VOL(max)
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3 TTL反相器的输入特性和输出特性
等效电路
忽略T2、T5的b-c结反向电流和R3对T5基极回路的影响 得到输入端的等效电路
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1. 输入伏安特性
22
4 TTL反相器的动态特性
1. 传输延迟时间
三极管的导通截止
寄生电容的存在
电压信号延迟、
波形变坏 传输延迟时间 tpLH 、tpHL tpLH >tpHL T5工作在深度饱和状态
23
交流噪声容限
（a）正脉冲噪声容限
（b）负脉冲噪声容限 信号达到微秒量级则看 24 作直流信号
低电平电源静态电流
VB1=0.7V×3=2.1V，
VT2和VT4饱和，
VC2为低电平VE2为高电平 T4和D2截止。 T5导通 输出VO为低电平。
2.1V 3.4V
6
(3) 采用推拉式输出级利于提高开关速度和负载能力， 降低静态功耗
无论输入如何，T4和T5总是一管导通而另一管截止。 这种推拉式工作方式，带负载能力很强。
ICCL iB1 iC 2 VCC VB1 VCC VC 2 R1 R2 5 2. 1 5 0 .8 3 4 10 1.6 103 3.4mA
VC 2 VBE5 VCE ( sat ) 2 0.7 0.1 0.8
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高电平电源静态电流
TTL反相器的基本电路
4
2.
工作原理
（1） 当输入低电平时， VI=0.2V， T1发射结导通， VB1=0.2V+0.7V=0.9V，
0.9V 0.2V
T2和T5均截止，
VC2为高电平VE2为低电平
T4和D2导通。 T5截止
输出高电平
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（2）当输入高电平时， VI=3.4V， T1处于倒置工作状态， 集电结正偏，发射结反偏，
(1) 输入电流II L 当uI = 0.2V时，输入电流 II L =－(VCC－UBE1 － uI)/R1 ≈－1.1mA
(2) 高电平输入电流IIH 当输入为高电平时，VT1的发射结反偏，集电结 正偏，处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流 放大系数β反很小(约在0.01以下)，所以IIH =β反 iB2 IIH很小，约为40μA左右。