《ttl逻辑门电路》word版

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1、TTL逻辑门电路原文TTL逻辑门电路以双极型半导体管为基本元件，集成在一块硅片上，并具有一定的逻辑功能的电路称为双极型逻辑集成电路，简称TTL逻辑门电路。计算机/外设下面首先讨论基本的BJT反相器的开关速度不高的原因，再讨论改进的TTL反相器和TTL逻辑门电路。一、基本的BJT反相器的动态性能BJT开关速度受到限制的原因主要是由于BJT基区内存储电荷的影响，电荷的存进和消散需要一定的时间。考虑到负载电容CL的影响后基本反相器将成为如下图所示的电路。图中CL包含了门电路之间的接线电容以及门电路的输进电容。当反相器输出电压vO由低向高过渡时，电路由VCC通

2、过Rc对CL充电。当vO由高向低过渡时，CL又将通过BJT放电。这样，CL的充、放电过程均需经历一定的时间，这必然会增加输出电压vO波形的上升时间和下降时间。特别是CL充电回路的时间常数RcCL较大时，vO上升较慢，即增加了上升时间。基于器件内部和负载电容的影响，导致基本BJT反相器的开关速度不高。寻求更为实用的TTL电路结构，是下面所要讨论的题目。二、TTL反相器的基本电路由前面的分析已知，带电阻负载的BJT反相器，其动态性能不理想。在保持逻辑功能不变的条件下，可以另外增加若干元器以改善其动态性能，如减少由于BJT基区电荷存储效应和负载电容所引起的时

3、延。这需改变反相器输进电路和输出电路的结构，以形成TTL反相器的基本电路。下图就是一个TTL反相器的基本电路。该电路由三部分组成：由三极管T1组成电路的输进级；由T3、T4和二极管D组成输出级；由T2组成的中间级作为输出级的驱动电路，将T2的单端输进信号vI2转换为互补的双端输出信号vI3和vI4，以驱动T3和T4。1.TTL反相器的工作原理这里主要分析TTL反相器的逻辑关系,并估算电路中有关各点的电压，以得到简单的定量概念。(1)当输进为高电平，如vI=3.6V时，电源VCC通过Rbl和T1的集电结向T2、T3提供基极电流，使T2、T3饱和，输出为低

4、电平，如vO=0.2V。此时VB1=VBC1+VBE2+VBE3=(0.7+0.7+0.7)V=2.1VT1的发射结处于反向偏置，而集电结处于正向偏置。所以T1处于发射结和集电结颠倒使用的放大状态。由于T2和T3饱和，输出VC3=0.2V，同时可估算出VC2的值：VC2=VCE2+VB3=(0.2+0.7)V=0.9V此时，VB4=VC2=0.9V。作用于T4的发射结和二极管D的串联支路的电压为VC2-Vo=(0.9-0.2)V=0.7V，显然，T4和D均截止，实现了反相器的逻辑关系：输进为高电平时，输出为低电平。(2)当输进为低电平且电压为0.2V时

5、，T1的发射结导通，其基极电压即是输进低电压加上发射结正向压降，即：VB1=(0.2+0.7)V=0.9V此时VB1作用于T1的集电结和T2、T3的发射结上，所以T2、T3都截止，输出为高电平。由于T2截止，VCC通过RC2向T4提供基极电流，致使T4和D导通，其电流流进负载。输出电压为vO=Vcc-VBE4-VD=(5-0.7-0.7)V=3.6V同样也实现了反相器的逻辑关系：输进为低电平时，输出为高电平。2.采用输进级以进步工作速度当TTL反相器输进电压由高(3.6V)变低(0.2V)的瞬间，VB1=(0.2+0.7)V=0.9V。但由于T2、T3

6、原来是饱和的，它们的基区存储电荷还来不及消散，在此瞬间，T2、T3的发射结仍处于正向偏置，T1的集电极电压为Vc1=VBE2+VBE3=(0.7+0.7)V=1.4V。此时T1的集电结为反向偏置[集电结电压=VB1-VC1=(1-1.4)V=-0.4V]，因输进为低电平(0.2V)时，T1的发射结为正向偏置,于是T1工作在放大区。这时产生基极电流iB1，其射极电流流进低电平的输进端。集电极电流的方向是从T2的基极流向T1的集电极，它很快地从T2的基区抽走多余的存储电荷，使T2迅速地脱离饱和而进人截止状态。T2的迅速截止导致T4立即导通，相当于T3的负载

7、是个很小的电阻，使T3的集电极电流加大，多余的存储电荷迅速从集电极消散而达到截止，从而加速了状态转换。3.采用推拉式输出级以进步开关速度和带负载能力由T3、T4和二极管D组成推拉式输出级。其中T4组成电压跟随器，而T3为共射极电路，作为T4的射极负载。这种输出级的优点是，既能进步开关速度，又能进步带负载能力。根据所接负载的不同，输出级的工作情况可回纳如下：(1)输出为低电平时，T3处于深度饱和状态，反相器的输出电阻就是T3的饱和电阻，这时可驱动较大的电流负载。而且由于T4截止，所以负载电流就是T3的集电极电流，也就是说T3的集电极电流可以全部用来驱动负

8、载。(2)输出为高电平时，T3截止，T4组成的电压跟随器的输出电阻很小，所以输出高电平稳定，带