3.4 TTL门电路 TTL反相器 1. 电路结构和工作原理 输出级

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1 3.4 TTL门电路 3.4.1 TTL反相器 1. 电路结构和工作原理 输出级
1. 电路结构和工作原理 输出级 由T3、D2、T4和R4构成推拉式的输出级。能有效地降低输出级的静态功耗并提高了驱动负载的能力。 输入级由T1和电阻R1组成。D1可以防止输入端出现过大的负电压。 TTL电路正常工作电压规定为5V 中间级由T2和电阻R2、R3组成，从T2的集电极和发射极同时输出两个相位相反的信号，作为T3和T4输出级的驱动信号； 1

2 （1）当输入为低电平（I = 0.2 V） T1 深度饱和 T2 、 T4截止，T3 、D2导通 截止 导通 饱和 低电平 T3 D2
注意：即使是同一型号的器件，在电路参数上也存在一定的分散性，而且输出端所接的负载情况也不一定相同，因此VOH值也会有差异。 截止 导通 饱和 低电平 T3 D2 T4 T2 T1 输入 高电平 输出

3 当VI由低电平开始上升时VI↑→VB1↑，当VB1=2.1V时
T2、T4饱和导通 T1:倒置状态 VC2≈ =0.8V T3和D2截止 使输出为低电平vO=VCES4≈0.2V 饱和 截止 倒置 高电平 T3 D2 T4 T2 T1 输入 低电平 输出

4 把电压传输特性转折区中点对应的输入电压称为阈值电压。
阈值电压VTH约为1.4V

5 2. 输入特性 结论：无论输入为高电平还是低电平，输入电流都不等于零。而且空载下的电源电流也比较大。这两点与CMOS电路形成了鲜明的对照。由于TTL电路的功耗比较大，所以难以做成大规模集成电路。

6 TTL与非门输入端经电阻接地时，一定要注意电阻的阻值：当R>RON时就相当于输入高电平；当R<ROFF时就相当于输入低电平。
输入负载特性： 4 开门电阻RON；关门电阻ROFF。 TTL与非门输入端经电阻接地时，一定要注意电阻的阻值：当R>RON时就相当于输入高电平；当R<ROFF时就相当于输入低电平。 结论：对于输出端的状态而言，TTL输入端悬空状态和接逻辑1电平是等效的。 注意：在CMOS电路中若输入端经过电阻接地，由于电阻上没有电流流过，所以输入端的电位始终为零

7 3. 输出特性 注意：输出端不允许直接接地或直接接+5V ROL小于8； IOL（max）<16mA ROH在100以内；IOH（max）<0.4mA 1. 负载电路在允许的工作范围内变化时，输出的高、低电平变化不大。 2. 需要驱动较大的负载电流时，总是用输出低电平去驱动。

8 3.4.2 TTL与非门、或非门、与或非门和异或门 1. 与非门 VCC

9 3.与或非门 2. 或非门

10 4. 异或门 T6、T4和T5同时截止，并使T7和T9导通、T8截止，输出低电平。 当A、B同时为高电平时：
T6截止。同时，A、B当中的一个高电平输入使T4、T5中的一个导通，并使T7截止。由于T6和T7同时截止，因而使T9截止、T8导通，输出高电平。

11 3.4.3 三态输出和集电极开路输出的TTL门电路 1. 三态输出的门电路 推拉式输出结构的门电路禁止输出端并联使用。

12 2. 集电极开路输出的门电路（open ollector）
结构图和逻辑符号 为了获得输出的高低电平，需要将OC门的输出端经过一个上拉电阻接至电源。 多个OC门的输出端并联实现“线与”，并可将OC门用于信 号到总线的连接。 注意：RP 的选择范围

13 OC门应用的几个方面 (1)实现“线与” （2）实现电平转换。 如图示，可使输出高电平变为10V。 （3）用做驱动器。
如图示，用来驱动发光二极管的电路。

14 3.4.4 TTL门电路的电气特性和参数 1. 直流电气特性和参数 (1) 输入高电平VIH和输入低电平VIL
在74系列中，电源电压+5V， VIH(min)为2V， VIL(max)为0.8V。 (2) 输出高电平VOH和输出低电平VOL 在74系列中， VOH(min)为2.4V（当负载电流为-0.4mA）， VOL(max)为0.4V（当负载电流为16mA ）。

15 (3) 噪声容限VNH和VNL VNH＝VOH(min)－ VIH(min)＝0.4V VNL＝VIL(max)－ VOL(max)＝0.4V (4) 高电平输出电流IOH和低电平输出电流IOL IOH(max)<<IOL(max) 在74系列中，IOL(max)＝16mA，IOH(max)＝－0.4mA 。 (5) 高电平输入电流IIH和低电平输入电流IIL IIH(max)<<IIL(max) 在74系列中，IIH(max)＝0.04mA，IIL(max)＝－1.6mA 。

16 (6) 输出高电平时的电源电流ICCH和输出低电平时的电源电流ICCL

17 2. 开关电气特性和参数 (1) 传输延迟时间tpd tPLH > tPHL 在74系列中， tPHL＝8ns， tPLH＝12ns，
平均传输延迟时间tpd在10ns左右。

18 (2) 电源动态尖峰电流 成因：输出电平转换过程中，瞬时T3和T4同时导通 影响：iP较大，流过公共电源线形成干扰源 消除：接滤波电容

19 3. 各种系列TTL门电路的性能比较 为了提高电路的性能，不断地对TTL电路进行改进，以求降低功耗和缩短传输延迟时间，于是产生了多种改进系列产品。 参数名称与符号 系列 74 74S 74LS 74AS 74ALS 74F 传输延迟时间tpd（ns） 9 3 9.5 1.7 4 每个门的功耗（mW） 10 19 2 8 1.2 延迟-功耗积dp（pJ） 90 57 13.6 4.8 12

20 不同门电路的接口问题: 1、）VOH(min) ≥ VIH(min) 2、）VOL(max) ≤ VIL(max)
驱动电路必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电平 驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流 驱动电路 负载电路 1、）VOH(min) ≥ VIH(min) 2、）VOL(max) ≤ VIL(max) IOH(max) ≥ IIH(total) 3、） 4、）IOL(max) ≥ IIL(total) 结论：当用TTL门电路驱动CMOS门电路时，必须考虑电压是否满足要求； 当用CMOS门电路驱动TTL门电路时，必须考虑电流是否满足要求。

21 N应选取{ NOL，NOH}min，即 N＝10 课堂练习：P106 3.19
解：由表3.4.1可知，与非门G0的IOH（max）=-0.4mA、IOL(max)=8mA， G1~Gn的IIH(max)=20uA、IIL(max)=-0.4mA  当门P输出为低电平时，  当门P输出为高电平时， N应选取{ NOL，NOH}min，即 N＝10 G0的输出端最多可以接10个同样的门电路。

22 P105 3.13、3.14、3.17、3.21 小 结 作 业 掌握TTL逻辑门电路的逻辑功能分析及应用。
小 结 掌握TTL逻辑门电路的逻辑功能分析及应用。 掌握TTL门电路与CMOS门电路的性能参数区别。 作 业 P 、3.14、3.17、3.21 思考：一个双输入端的TTL与非门和一个双输入端的CMOS与非门，它们的输入端均是一端接高电平，另一端通过一个10k的电阻接地，则TTL与非门输出为 ，CMOS与非门输出为 。