12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)TTL是通用的一種邏輯種類，可用于設(shè)計(jì)速度極快的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。但雙極型晶體管的體積比MOS管要大的多，且電路功耗也比較大，在中小規(guī)模集成電路方面應(yīng)用廣泛。

輸入和輸出電路都采用了雙極型晶體管，因此，稱為TTL數(shù)字集成電路。TTL集成電路中最基本、應(yīng)用最廣泛的是TTL與非門。12.3.1TTL與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)1.TTL與非門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

輸入級(jí)由多發(fā)射極晶體管T1和基極電組R1組成，它實(shí)現(xiàn)了輸入變量A、B的與運(yùn)算。(1)輸入級(jí)+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)多射極晶體管的等效電路+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

中間級(jí)是放大級(jí)，由T2、R2和R3組成，T2的集電極C2和發(fā)射極E2可以分提供兩個(gè)相位相反的電壓信號(hào)，以滿足輸出級(jí)的需要。(2)中間級(jí)+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

輸出級(jí)由T3、T4、D和R4組成。T3與T4組成推拉式輸出結(jié)構(gòu)，輸出電阻低，具有較強(qiáng)的負(fù)載能力。(3)輸出級(jí)+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)2.TTL與非門的功能分析(1)輸入端至少有一個(gè)為低電平(UIL=0.3V)

接低電平的發(fā)射結(jié)正向?qū)▌tT1的基極電位:UB1=UBE1+UIL

=0.7+0.3=1V+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)為使T1的集電結(jié)及T2和T3的發(fā)射結(jié)同時(shí)導(dǎo)通，UB1至少應(yīng)當(dāng)?shù)扔赨B1=UBC1+UBE2+UBE3

=2.1VT2和T3必然截止因此有+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)UC2

5V該電壓使T4和D處于良好的導(dǎo)通狀態(tài)輸出電壓UO=UC2-UBE4-UD

5-0.7-0.7

=3.6V輸出高電平(3.6V)+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

任一輸入為邏輯0時(shí)，輸出為高電平，即邏輯1。

當(dāng)UO=UOH時(shí)，T3管截止，稱與非門處于關(guān)門狀態(tài)。+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)UB1=UBE1+UIH=4.3V這一電壓足以使T1、T2、T3飽和導(dǎo)通(2)輸入端全部接高電平(UIH=3.6V)T1的基極電位+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)T1、T2、T3飽和導(dǎo)通后，

T1的基極電位被鉗制到UB1=UBC1+UBE2+UBE3

=2.1VT2和T3處于飽和狀態(tài)因此T1的所有發(fā)射結(jié)均截止+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)T2的集電極電位為：UC2=UCES2+UBE3≈0.3+0.7=1VT4和D截止+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)輸出電壓UO為：UO=UOL時(shí)，T3飽和導(dǎo)通，稱與非門處于開門狀態(tài)。UO=UOL=UCES3≈0.3V+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)輸出低電平12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3輸入級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)

電路的輸出和輸入實(shí)現(xiàn)了“與非”邏輯關(guān)系。綜上所述:

當(dāng)輸入端至少有一端接低電平(0.3V)時(shí)，輸出為高電平(3.6V)；

當(dāng)輸入端全部接高電平(3.6V)時(shí)，輸出為低電平(0.3V)。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)12.3.2TTL與非門的外特性及有關(guān)參數(shù)1.電壓傳輸特性u(píng)O=f（uI）分為四個(gè)工作區(qū)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)（1）截止區(qū)(AB段)

uI?0.6V，T2、T3截止，T4導(dǎo)通，輸出高電平UOH=3.6V+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T312.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)（2）線性區(qū)(BC段)+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T30.6V≤uI?1.3V，T2導(dǎo)通、T3仍然截止。T2導(dǎo)通后處于放大狀態(tài)，UC2隨著uI的增加而線性下降。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3（3）轉(zhuǎn)折區(qū)(CD段)

uI>1.3V，T2

、T3同時(shí)導(dǎo)通，且均工作在放大狀態(tài)，輸出電壓uO隨輸入電壓uI的增加而急劇下降。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)+VCC(+5V)

R4100T4DFAB

R14k

R21k

R31kT2T1T3

uI>1.4V，T2

、T3均已處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，輸出低電平UOL（4）飽和區(qū)(DE段)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)TTL與非門的幾個(gè)重要參數(shù)空載時(shí)，輸出高電平UOH≥3.6VTTL產(chǎn)品規(guī)定UOH≥2.4V（1）輸出高電平UOH12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

空載時(shí)，T3工作于深飽和狀態(tài)，輸出低電平UOL≈0（2）輸出低電平UOLTTL產(chǎn)品規(guī)定UOL≤0.4V12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)(3)關(guān)門電平Uoff

輸入低電平升高，輸出高電平下降，把輸出高電平下降到UOHmin時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入低電平值稱為關(guān)門電平Uoff。關(guān)門電平也稱為輸入低電平最大值，記為UILmaxTTL產(chǎn)品規(guī)定Uoff≥0.8V12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

輸入高電平下降，輸出低電平上升，把輸出低電平上升到UOLmax時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入高電平值稱為開門電平Uon。(4)開門電平Uon開門電平也稱為輸入高電平最小值，記為UIHminTTL產(chǎn)品規(guī)定Uon≤2V12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

電壓傳輸特性曲線上轉(zhuǎn)折區(qū)CD段中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓既是T3導(dǎo)通和截止的分界線，也是輸出高、低電平的分界線。稱此輸入電壓為閾值電壓或門檻電壓，記為UT。(5)閾值電壓UTTTL與非門的閾值電壓UT=1.4V12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)在TTL門電路的分析中，通常認(rèn)為:當(dāng)uI≥UT時(shí)，與非門處于開門狀態(tài)，輸出為低電平UOL當(dāng)uI?UT時(shí)，與非門處于關(guān)門狀態(tài)，輸出為高電平UOH12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)(6)抗干擾度

即使有噪聲電壓疊加到門的輸入高低電平上，只要這些噪聲電壓不超過容許的限度，也不會(huì)影響正常的邏輯功能。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)噪聲容限定義的示意圖考慮最嚴(yán)重的情況：

后級(jí)門輸入高電平信號(hào)可能出現(xiàn)的最低值為前級(jí)門輸出高電平的下限UOHmin

輸入低電平信號(hào)可能出現(xiàn)的最高值為前級(jí)門輸出低電平的上限UOLmax12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

1)輸入低電平的噪聲容限UNL

在保證輸出為高電平的條件下，輸入端低電平上允許的最大干擾電壓為低電平噪聲容限UNLUNL=Uoff-UOLmax

=UILmax-UOLmaxUNL越大，表明與非門輸入低電平時(shí)，抗正向干擾能力越強(qiáng)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

2)輸入高電平的噪聲容限UNH

在保證輸出為低電平的條件下，輸入端高電平上允許的最大干擾電壓為低電平噪聲容限UNH。UNH越大，表明與非門輸入高電平時(shí)，抗負(fù)向干擾能力越強(qiáng)。UNH=UOHmin-Uon=UOHmin-UIHmin12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)TTL與非門典型的噪聲容限為:UNH=2.4V-2V=0.4V

UNL=0.8V-0.4V=0.4V12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)4.動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性

電壓傳輸特性中，輸入、輸出特性都是不隨時(shí)間變化的，沒有反映輸入信號(hào)從一個(gè)電平跳到另一個(gè)電平（脈沖工作狀態(tài)時(shí)）時(shí)電路的響應(yīng)情況，是靜態(tài)特性。

在實(shí)際應(yīng)用中，往往有脈沖信號(hào)加到門電路的輸入端，門電路輸出對(duì)輸入脈沖的響應(yīng)稱為門的動(dòng)態(tài)特性。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)一個(gè)非門的典型輸入波形、輸出波形圖b.輸出波形比輸入波形還延后了一定的時(shí)間，稱為傳輸時(shí)延。a.輸入輸出波形反相12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

從輸入波形上升沿的50%到輸出波形下降沿的50%之間的延遲時(shí)間，稱為門的輸出由高電平降到低電平的傳輸時(shí)延tPHL；

從輸入波形下降沿的50%到輸出波形上升沿的50%之間的延遲時(shí)間，稱為門的輸出由低電平升到高電平的傳輸時(shí)延tPLH。平均傳輸延遲時(shí)間12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)影響平均傳輸延遲時(shí)間tpd的主要因素:a.組件本身的結(jié)構(gòu)和制造工藝b.電源電壓的大小c.輸出端所接的其它邏輯電路的輸入電容和寄生的接線電容等d.門的輸出等效電容愈大，tpd愈大典型TTL與非門的平均傳輸延遲時(shí)間tpd=10～20ns12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)5.電源電流及功耗(1)電源電流TTL集成門電路的供電電源VCC為+5V電源電流IE小，則組件功耗就小高功耗TTL門的開關(guān)速度較快12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)⑵功耗功耗：組件工作時(shí)消耗的功率電路在輸入全0和全1時(shí)的功耗是不一樣的，通常取其平均值。要求低功耗與提高門電路的開關(guān)速度相矛盾12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)M=P·tpdM值越大，表示組件的性能越差。功耗-時(shí)延積M——衡量一個(gè)門的品質(zhì)指標(biāo)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)12.3.3其他TTL集成邏輯門1.集電極開路門（OC門）(1)TTL與非門輸出端并聯(lián)問題12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)10門1輸出高電平，T3截止。門輸2出低電平，T3導(dǎo)通。

當(dāng)將兩個(gè)TTL“與非”門輸出端直接并聯(lián)時(shí)：Vcc→R5→門1的T4→門2的T3產(chǎn)生一個(gè)很大的電流。注：TTL輸出端不能直接并聯(lián)產(chǎn)生一個(gè)大電流a.抬高門2輸出低電平;b.會(huì)因功耗過大損壞門器件。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

為了便于集電極門輸出端直接并聯(lián)，專門生產(chǎn)了集電極開路(OpenCollector，簡(jiǎn)稱OC)型的TTL與非門。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)(2)OC門的結(jié)構(gòu)+VCC(+5V)

R4100

T4DFAB

R14k

R21k

R31k

T2

T1

T3RC+VCFAB

T2

T1

T3

+VCC省去T4、D和R4

為了使OC輸出獲得高電平，必須在OC門輸出端與電源間外接一個(gè)電阻（稱為上拉電阻）RC，電路才能實(shí)現(xiàn)與非邏輯功能。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)(2)OC門的結(jié)構(gòu)RC+VCFAB

T2

T1

T3

+VCC&ABF國(guó)標(biāo)符號(hào)BF曾用符號(hào)A(3)OC門的電路符號(hào)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)RC+VCFAB

T2

T1

T3

+VCC(4)功能分析a.當(dāng)輸入端全為高電平時(shí)，T2、T3導(dǎo)通，輸出F為低電平；b.輸入端有一個(gè)為低電平時(shí)，T2、T3截止，輸出F高電平接近電源電壓VC。故OC門完成“與非”邏輯功能。輸出邏輯電平：低電平0.3V，高電平為VC（5~30V）12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)RC+VCFAB

T2

T1

T3

+VCCOC門的輸出可以直接連接在一起，實(shí)現(xiàn)“線與”邏輯，即12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)a.實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換——抬高輸出高電平UOL≈0.3VUOH≈VCOC門輸出:改變電源電壓可以方便地改變其輸出高電平OC門的這一特性，被廣泛用于數(shù)字系統(tǒng)的接口電路，實(shí)現(xiàn)前級(jí)和后級(jí)的電平匹配。RC+VCFAB

T2

T1

T3

+VCC(6)OC門的應(yīng)用12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)c.驅(qū)動(dòng)非邏輯性負(fù)載(a)用來驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)(b)用來驅(qū)動(dòng)干簧繼電器

OC門輸出低電平時(shí)，有較大的電流經(jīng)繼電器線圈流入OC門，干簧管被吸合；當(dāng)OC門輸出高電平時(shí)，OC門的輸出管截止，干簧管斷開。D續(xù)流二極管12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)(c)實(shí)現(xiàn)“線與”邏輯用OC門實(shí)現(xiàn)“與或非”運(yùn)算，要比用其它門的成本低。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)2.三態(tài)邏輯門（tri-staelogic，TSL門）

三態(tài)邏輯門是為了適應(yīng)微型計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)的需要而開發(fā)出來的一種器件。它的輸出除了有邏輯0和邏輯1之外，還有第三種高阻狀態(tài)。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)(1)一種三態(tài)與非門的電路及邏輯符號(hào)(a)電路；(b)常用符號(hào)；(c)國(guó)外流行符號(hào)；(d)國(guó)標(biāo)符號(hào)12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)E端為控制端，也叫選通端或使能端。A端與B端為信號(hào)輸入端圖中：L端為輸出端12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

(2)功能分析a.當(dāng)E=1(輸入高電平)時(shí)P點(diǎn)為高電平二極管D以及T1中與P相連的那個(gè)發(fā)射結(jié)截止這種狀態(tài)是三態(tài)門的工作狀態(tài)，也叫選通狀態(tài)。這時(shí)三態(tài)門和普通與非門一樣，完成“與非”功能。12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)晶體管T4和T3同時(shí)截止，輸出端相當(dāng)于懸空或開路。b.當(dāng)E=0(輸入低電平)時(shí)UC2

1V，T4截止T2和T3截止P點(diǎn)為低電平D導(dǎo)通12.3

TTL系列集成門電路及技術(shù)指標(biāo)

輸出端開路，對(duì)負(fù)載而言呈現(xiàn)高阻抗，稱之為高阻狀態(tài)或禁止?fàn)顟B(tài)12.3