TTL集成门电路

一、TTL集成门电路的结构
1.总体结构

所谓TTL就是transistor transistor logic，就是说是由晶体管和晶体管之间构成电路。

2.    TTL集成门电路典型输入级形式

1）二极管与门输入

2）二极管或门输入

3）单发射级输入

跟随输入的同相关系

钳位二极管VD：左下角并有二极管，既抑制输入端可能出现的负极性干扰脉冲，又可以防止输入电压为负时，VT的发射极电流过大，起保护作用。

电路中经常有干扰信号，当A端出现了一个比较大的负极性脉冲的干扰信号，假设有-20V，那么压降Vcc-(-20V)就有25V了，晶体管的发射结会烧坏。然鹅并联二极管之后，由于二极管电阻很小会迅速导通，将A点电压钳位在-0.7V.

4）多发射级输入

3.    TTL集成门电路典型中间级形式

1）单变量分相器

三极管基极输入，发射极和集电极作为输出。

A=0.3V，三极管截止，F1=Vcc=12V，F2=0V.

A=3.0V，三极管导通，F2=3.0-0.7=2.3V；F1-F2范围是0.1~0.3V，F1是2.4~2.6V.

F1称为反相输出端，F2称为同相输出端。

2）两个变量相或的分相器

两个三极管的基极分别作为输入，发射极相连，集电极相连作为两个输出

3）多个变量相或的分相器

4.    TTL集成门电路典型输出级形式

1）图腾柱输出电路

A’为高电平，A为低电平，VT1导通，VT2截止，Vo=A'-0.7-0.7为高电平；

A   为高电平，A'为低电平，VT2导通，饱和导通，VT1截止，Vo是ce间压降，约为0.1~0.3V，为低电平；

所以结论就是 ——  输出和A'（前提：A’是上面的变量）一致  。

VD这个二极管作用，使得VT1至少要1.4V才能导通，保证了只有一管导通的可靠性，在下面TTL非门（反相器）那里还有说明。

2）图腾柱和复合管输出电路

3）集电极开路（OC）门输出电路

4）三态（TS）门输出电路

二、几种典型的TTL集成复合门电路

1.    TTL非门（反相器）

分析：由上面单个的分析（翻到上面回忆一下.......），输入级是跟随的，A是低电平，集电极输出低电平A；A是高电平，集电极输出高电平A。中间级是单变量分相器，下面发射极是同向得到A，上面集电极是反相得到A’。输出级是和上面的变量，也就是和A’保持一致。

D2的作用： 当A为高电平，T2、T5会饱和导通，V(C2)是0.7+（0.1~0.3）=0.8~1.0V，而T5的集电极在0.1~0.3V，如果没有D2就可能导致T4导通，加了D2就等于多了0.7压降才能使T4导通，可靠性增加。

继续分析：

Vcc=5V，A=0.2V时，T1导通，T1基极=0.9V，大约有4V的电压加在R1上，电流为1mA，大于基极临界饱和电流，T1是饱和导通。T1的饱和导通会使ce间压降特别小，T1的集电极电压会被钳位在0.3~0.5V之间，而T2至少要1.4V才能导通，所以T2和T5都是截止的。T2截止使得V(C2)在Vcc附近，R2上通过的电流很小，Vcc经过1.4V压降到Vo大概在3.6V。

电压传输特性：

BC段是R2的压降影响的。

噪声容限：在保证输出高、低电平基本不变（或者说变化的大小不超过允许限度）的条件下，允许输入电平有一定的波动范围。

74系列门电路输入高电平和低电平时的噪声容限分别为：

V(NH)=VOH(min)-VIH(min)=0.4V;

V(NL)= VIL(max)-VOL(max)=0.4V;

ps:CMOS反相器的噪声容限可以达到电源电压的45%.

2.    TTL集成与非门

多发射极输入——单变量分相器——图腾柱输出

悬空：
        A悬空，相当于接了一个无穷大的电阻接地，A、B输入只有B输入有效，AB=（1与B）=B .

TTL某个引脚悬空，相当于是接了高电平。

输入端接电阻接地：
        要关注电阻的阻值大小，Ron开门电阻比较大，相当于接高电平；Roff关门电阻比较小（小于1KΩ），相当于接低电平。

3.    TTL集成或非门

两个单发射极输入——两变量相或的分相器——图腾柱输出

4.    TTL集成与或非门

两个独立的双变量输入——两变量相或的分相器——图腾柱输出

5.    TTL集成异或门

三、集电极开路（OC）门

1.    集电极开路（OC）与非门

1）功能
           输入A、B，输出（A+B）’；
2）分析
A、B中有一个是高电平，T2、T5导通，输出低电平；

A、B都是低电平，T2、T5截止，输出高电平。

3）电路工作时需要外加Vcc和限流电阻RL.    
当T5导通的时候，不会使电流过大；当T5截止的时候，等效为一个大电阻，电压大部分降在T5上，Y输出为低电平。

注：右边那个菱形下面加一横，代表OC门

2.    OC门输出并联使用

T5的尺寸比较大，可以承受大电流、大电压。

3.    小结OC门的特点

1）工作时需外接负载电阻(RL)和电源(Vcc)

2）可根据要求选择电源，灵活得到下级电路所需电压

3）可将OC门输出端直接并联，进行“线与”

4）有些OC门的输出管设计尺寸比较大，足以承受较大的电流和较高的电压，可直接驱动小型继电器

四、三态（TS）输出门

1.    高电平使能的三态门

分析：

输入级是三变量的多发射级输入，结果是AB(EN)，EN是高电平的时候，A、B有效，就是一般的与非门，也就是所谓的高电平使能。

当EN=0，T2、T5是截止的，T4的基极也被钳位在0.7V左右，由于T4下面还有一个二极管，至少要1.4V才能导通，所以T4也是截止的，这时的等效电阻很大，电路呈现高阻态。

2.    低电平使能的三态门

正常工作时，EN 是低电平。

3.    三态门的应用

1）三态输出门接成总线结构

通过控制EN，使数据分时传输，挂载在一条总线上

2）三态输出门实现数据的双向传输

G1高电平使能，G2高电平使能

4.    小结三态门的特点

1）三态：低电平、高电平、高阻态

2）可实现在同一根导线上分时传送若干门电路的输出信号（即接成总线结构）

3）可做成单输入、单输出的总线驱动器

4）还可以实现数据的双向传输等

结束
1.    TTL电路一般由输入级、中间级和输出级三级电路组成，其输入级和输出级都采用累了晶体三极管，所以称为晶体管-晶体管逻辑电路。TTL典型电路包括反相器、与非门、或非门、三态（TS）输出门、集电极开路（OC）门等。

2.    研究TTL电路主要是研究其外部特性（即输入与输出之间的逻辑关系）和外部电气特性（包括电压传输特性、输入特性、输出特性、动态特性等）两方面。

3.    TTL逻辑电路基本系列为SN54/74系列，为满足提高工作速度和降低功耗的需要，随后相继出现了74H、74J、74S（肖特基）、74LS（低功耗肖特基）、74AS、74ALS、74F等改进系列。目前，TTL电路正朝着高速、低功耗、Bi-MOS工艺方向发展。

PS. CMOS的功耗低，但是不能像TTL那样输出端有有一个较大的电路。
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原文：https://blog.csdn.net/qq_36677557/article/details/80179837