第三章 TTL集成电路

ttl电路原理
TTL电路原理。

TTL（Transistor-Transistor Logic）是一种常用的数字集成
电路技术，它以双极型晶体管作为主要的放大元件，广泛应用于数
字逻辑电路中。

本文将介绍TTL电路的基本原理，包括TTL电路的
结构、工作原理以及应用特点。

TTL电路由多个晶体管和其他离散元件组成，其中晶体管是TTL
电路的核心元件。

TTL电路采用双极型晶体管作为放大元件，利用
晶体管的导通和截止状态来实现逻辑门的功能。

TTL电路的输入端
通过输入信号控制晶体管的导通状态，进而影响输出端的电平状态，实现逻辑功能的实现。

TTL电路的工作原理是基于晶体管的导通和截止状态来实现逻
辑门的功能。

当输入信号为高电平时，晶体管处于导通状态，输出
端为低电平；当输入信号为低电平时，晶体管处于截止状态，输出
端为高电平。

通过这种方式，TTL电路实现了与非门、或门、与门、或非门等逻辑门的功能。

TTL电路具有工作速度快、功耗低、噪声抗干扰能力强等特点，因此在数字电子系统中得到了广泛应用。

TTL电路可以应用于数字
计算机、数字通信系统、数字显示系统等领域，为这些系统提供了
可靠的数字逻辑功能。

总之，TTL电路是一种基于双极型晶体管的数字集成电路技术，其原理是利用晶体管的导通和截止状态来实现逻辑门的功能。

TTL
电路具有工作速度快、功耗低、噪声抗干扰能力强等特点，因此在
数字电子系统中得到了广泛应用。

希望本文能够帮助读者更好地理
解TTL电路的基本原理和应用特点。

路。

简称门电路。

5V一、TTL 与非门图3-1 典型TTL 与非门电路3.2 TTL 集成门电路•数字集成电路中应用最广的为TTL 电路（Transister-Transister-Logic 的缩写）•由若干晶体三极管、二极管和电阻组成，TTL 集成电路有54/74系列　①输出高电平UOH 和输出低电平UOL 。

　•输出高电平U OH：至少有一个输入端接低电平时的输出电平。

•输出低电平U OL：输入全为高电平时的输出电平。

• 电压传输特性的截止区的输出电压UOH=3.6V，饱和区的输出电压UOL=0.3V。

一般产品规定U OH≥2.4V、U OL＜0.4V时即为合格。

　二、TTL与非门的特性参数③开门电平U ON 和关门电平U OFF 。

　开门电平U ON 是保证输出电平达到额定低电平(0.3V )时，所允许输入高电平的最低值，表示使与非门开通的最小输入电平。

通常U ON =1.4V ，一般产品规定U ON ≤1.8V 。

　关门电平U OFF 是保证输出电平为额定高电平(2.7V 左右)时，允许输入低电平的最大值，表示与非门关断所允许的最大输入电平。

通常U OFF ≈1V ，一般产品要求U OFF ≥0.8V 。

5). 扇入系数Ni和扇出系数N O　是指与非门的输入端数目。

扇入系数Ni是指与非门输出端连接同类门的个数。

反扇出系数NO映了与非门的带负载能力。

6）输入短路电流I IS 。

　当与非门的一个输入端接地而其余输入端悬空时，流过接地输入端的电流称为输入短路电流。

7）8）平均功耗P　指在空载条件下工作时所消耗的电功率。

三、TTL门电路的改进　74LS系列　性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的门电路。

因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积(简称功耗—延迟积或pd积)来评价门电路性能的优劣。

74LS系列又称低功耗肖特基系列。

74LS系列是功耗延迟积较小的系列(一般t pd＜5 ns，功耗仅有2 mW) 并得到广泛应用。

《半导体集成电路》课程教学教案课程总体介绍：教材：选用清华大学出版社出版的朱正涌编写的高等学校电子信息类规划教材《半导体集成电路》一书。

根据同学的基础情况参考了上海科技出版社张延庆，张开华编写《半导体集成电路》。

1．该教材参考教学学时为120学时。

2．本教案按教学学时数：64学时编制。

3．教学内容学时分配：第一篇半导体集成电路制造工艺与寄生效应11学时第0章绪论2学时第一章半导体集成电路基本制造工艺5学时第二章集成电路的寄生效应4学时第二篇双极型逻辑集成电路21学时第三章TTL集成电路11学时第四章TTL中大规模集成电路设计与版图设计8学时第五章ECL电路与IIL电路2学时第三篇MOS 逻辑集成电路24学时第六章MOS反相器与传输们10学时第七章MOS基本逻辑门与版图设计8学时第八章MOS存储器6学时第四篇模拟集成电路8学时第九章模拟集成电路中的元器件与基本单元8学时教案结构：课程内容；课程重点；课程难点；基本概念；基本要求。

基本概念视同学的基础可以适当删减。

：课程教案:第一篇半导体集成电路制造工艺与寄生效应11学时第0章绪论2学时第一章半导体集成电路基本制造工艺5学时第二章集成电路的寄生效应4学时绪论2学时课程内容: 认识集成电路；集成电路的定义：集成电路的应用特点；集成电路分类。

1 半导体集成电路的发展史2 集成电路发展的特点3 半导体集成电路的分类4 课程内容介绍及要求课程重点：介绍了何谓集成电路，集成电路发展过程，集成电路是如何分类的（即可分为膜集成电路.半导体集成电路和混合集成电路。

半导体集成电路）是以制造工艺分类的，以集成电路的发展史集成电路有何特点；介绍了何谓半导体集成电路，半导体集成电路的分类（即按照电路中晶体管的导电载流子状况分类，可分为双极型集成电路和单极型集成电路两种；按照电路工作性质分类，可分为数字集成电路和模拟集成电路两种），半导体集成电路的重要概念-集成度，以及半导体集成电路的优点（即体积小重量轻；技术指标先进可靠性高以及便于大批量生产和成本低等）。

TTL集成电路一、概述数字集成电路的种类繁多、品种丰富，但常用的标准数字集成电路主要有TTL型，ECL型和CMOS型三大类。

TTL型集成电路是以双极型晶体管为开关元件，输入级采用多发射极晶体管形式，开关放大电路也都是由晶体管构成，所以称为“晶体管一晶体管一逻辑”即“Treansistor－Treansistor－Logic”缩写为TTL。

在速度和功耗方面，都处于现代数字集成电路的中等水平。

品种丰富、互换性强、一般均以“74”（民用）或“54”（军用）为型号前缀。

1、74LS系列（简称LS、LSTTL等）这是现代TTL类型的主要产品系列，也是逻辑集成电路电路的重要产品之一。

其主要特点是功耗低，品种多，价格便宜。

2、74S系列（简称S，STTL等）这是TTL的高速型，也是目前应用较多的产品之一，其特点是速度较高，但功耗比LSTTL大得多。

3、74ALS系列（简称ALS，ASTTL等）这是LSTTL的先进产品，其速度比LSTTL提高了一倍以上，功耗降低一倍左右，因其特性和LS 系列近似，所以成为LS系列的更新换代产品。

4、74AS系列（简称AS，ASTTL等）这是STTL（搞饱和TTL）的先进型，速度比STTL提高了一倍以上，功耗降低一倍以上，与ALSTTL 系列合起来成为TTL类型的新的主要标准产品。

5、74F系列（简称F，FFTL等）这是美国FSC（仙童）公司开发的相似于ALSAS的高速类TTL的产品，性能介于ALS和AS之间，已成为TTL的主流产品之一。

6、74HC系列（简称HS或H－CMOS等）这一系列首先由美国NS、MOTA两公司生产，随后许多厂家相继成为第二产源、品种丰富，引脚和TTL兼路。

此系列的突出优点是功耗低速度高。

二、使用TTL电路的注意事项1、使用TTL电路的电源电压、电源电压应满足在规定中心值5V士10％的变化内。

最大值不能超过5％V。

当电源通断的瞬间变化，在电源布线上产生冲击电压时，应接入大容量电容或保护电路。

详解TTL门电路一、什么是TTL门电路TTL 是一种集成电路，通过使用双极性晶体管组合来做到具有驱动能力的逻辑输出。

TTL 最重要的特性是门的输入在未连接时将为逻辑高电平。

在硬件电路中，会用到逻辑门这样的数字器件，对于这样的数字器件，从内部工艺结构来份的话主要有两个大的分支：一个是晶体管构成的，另一个是场效应管构成的。

而晶体管构成的门电路，被称为TTL门电路。

二、TTL电路工作原理TTL门电路也分很多种，比如说非门、与非门、或非门、与或非门以及OC输出的与非门。

虽然种类多，但是基本的工作原理都是类似的。

以常用的与非门电路为例对其工作原理进行介绍。

图 1 非门的TTL电路从图1中可以看出非门电路是由Q1输入级、Q2中间级以及Q3、Q4输出级组成。

1、输入级：Q1从结构上把它看成由二极管构成的，两个二极管的P结背靠背，N结分别连接输入和Q2的基极。

2、中间级：由三极管Q2和电阻R2、R4组成。

在电路的开通过程中利用Q2的放大作用，为输出管Q3和Q4提供较大的基极电流，加速了输出管的导通。

所以，中间级的作用是提高输出管的开通速度，改善电路的性能。

3、输出级：由三极管Q3、Q4、二极管D1和电阻R3组成。

从图中可以看出，输出级由三极管Q4实现逻辑非的运算。

但在输出级电路中用三极管Q3、二极管D1和R3组成的有源负载来使输出级具有较强的负载能力。

其中D1可以起到三极管be反向击穿的保护作用。

工作原理：1、当输入端Input为逻辑低电平时，电流流经R1至Input，Q1晶体管导通，此时Vb(Q2)的电压小于Vbe导通电压0.7V，Q2晶体管截止。

此时由于R2与R4的存在，使Q3导通、Q4截止，在Out上输出高电平。

由图1中输出结构可知，此时输出高电平电压将为：Vout=Vcc−Vce−V D1≈Vcc-1V。

2、当输入端Input为逻辑高电平时，Q1晶体管截止，此时电流流经R1和Q1的PN结，流向Q2的基极，Q2晶体管导通。

TTL电路是晶体管-晶体管逻辑电路的英文缩写（Transister-Transister-Logic ），是数字集成电路的一大门类。

它采用双极型工艺制造，具有高速度低功耗和品种多等特点。

从六十年代开发成功第一代产品以来现有以下几代产品。

第一代TTL包括SN54/74系列，（其中54系列工作温度为-55℃～+125℃，74系列工作温度为0℃～+75℃)，低功耗系列简称lttl，高速系列简称HTTL。

第二代TTL包括肖特基箝位系列（STTL)和低功耗肖特基系列（LSTTL）。

第三代为采用等平面工艺制造的先进的STTL(ASTTL)和先进的低功耗STTL（ALSTTL）。

由于L STTL和ALSTTL的电路延时功耗积较小，STTL和ASTTL速度很快，因此获得了广泛的应用。

各类TTL门电路的基本性能：电路类型 TTL数字集成电路约有400多个品种，大致可以分为以下几类：门电路译码器/驱动器触发器计数器移位寄存器单稳、双稳电路和多谐振荡器加法器、乘法器奇偶校验器码制转换器线驱动器/线接收器多路开关存储器特性曲线电压传输特性TTL与非门电压传输特性 LSTTL与非门电压传输特性瞬态特性由于寄生电容和晶体管载流子的存储效应的存在，输入和输出波形如右。

存在四个时间常数td,tf,ts和tr。

延迟时间 td下降时间 tf存储时间 ts上升时间 tr基本单元“与非门”常用电路形式四管单元五管单元六管单元主要封装形式双列直插扁平封装稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，如图5一21所示。

变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。

整流器把交流电变为直流电。

经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。

一、稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。

ttl集成与非门电路实验原理TTL（Transistor-Transistor Logic，双晶体管逻辑）集成与非门电路实验原理非门电路是数字电子电路中常用的逻辑门之一，它的功能是将输入信号取反输出。

在本篇文章中，我们将重点介绍TTL集成与非门电路的实验原理。

TTL集成与非门电路是基于双晶体管的逻辑门电路设计。

该电路采用两个双晶体管的输入端分别连接到两个输入信号源，输出端通过一个电阻连接到电源正极，同时连接到一个输出信号源。

通过这种连接方式，实现了输入信号取反输出的功能。

实验中，我们需要准备以下材料：TTL集成电路、电阻、电源和信号源。

首先，将TTL集成电路插入实验板中的相应位置，确保连接正确。

然后，将两个输入信号源分别连接到TTL电路的输入端，连接过程中要注意极性。

接下来，将一个电阻连接到TTL电路输出端，并连接到电源正极，以及连接到输出信号源。

最后，连接电源并打开电源开关。

在实验过程中，通过改变输入信号源的电平，我们可以观察到输出信号源的变化。

当输入信号为高电平时，输出信号为低电平；当输入信号为低电平时，输出信号为高电平。

这符合非门电路的逻辑功能：将输入信号取反输出。

TTL集成与非门电路的实验原理基于双晶体管的运作方式。

当两个输入信号都为低电平时，双晶体管截止，电流无法通过，输出信号为高电平。

而当任何一个输入信号为高电平时，对应的双晶体管饱和，输出信号为低电平。

通过这种方式，实现了非门电路的逻辑功能。

总结一下，TTL集成与非门电路是一种常用的逻辑门电路，可以将输入信号取反输出。

通过实验可以验证其原理，并观察到输入信号和输出信号之间的逻辑关系。

这种电路设计简单，广泛应用于数字电子电路中。

请注意，本文仅用于技术参考，切勿在未经专业指导的情况下进行电路实验。

TTL集成电路使用TTL管，也就是PN结。

功耗较大，驱动能力强，一般工作电压+5V CMOS集成电路使用MOS管，功耗小，工作电压范围很大，一般速度也低，但是技术在改进，这已经不是问题。

就TTL与CMOS电平来讲，前者属于双极型数字集成电路，其输入端与输出端均为三极管，因此它的阀值电压是<0.2V为输出低电平；>3.4V为输出高电平。

而CMOS电平就不同了，他的阀值电压比TTL电平大很多。

而串口的传输电压都是以COMS 电压传输的。

1，TTL电平：输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。

在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。

2，CMOS电平：1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。

而且具有很宽的噪声容限。

3，电平转换电路：因为TTL和COMS的高低电平的值不一样（ttl 5v<＝＝>cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。

哈哈4，OC门，即集电极开路门电路，OD门，即漏极开路门电路，必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。

否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路。

5，TTL和COMS电路比较：1）TTL电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。

2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。

COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。

COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。

3）COMS电路的锁定效应：COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。

这种效应就是锁定效应。

当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。

ttl集成电路使用规则
TTL (Transistor-Transistor Logic)集成电路是一种数字电路家族，采用双晶体管逻辑门设计。

它有一些使用规则，如下所示：
1. 电源电压要求：TTL集成电路通常要求使用5V的电源电压，在输入和输出时都需要遵循这一电压规范。

2. 输入电平标准：TTL集成电路的输入电平标准是低电平（LOW）和高电平（HIGH）。

低电平范围通常在0 - 0.8V之间，高电平范围通常在2 - 5V之间。

3. 耦合器件：为了防止共模噪声干扰和保持信号完整性，TTL
集成电路通常需要与耦合器件（如电阻、电容、放大器等）相结合使用。

4. 输出驱动能力：TTL集成电路的输出端通常可以直接驱动
晶体管、继电器等设备，但需要注意输出电流的限制，以免损坏集成电路。

5. 基本电路连接方式：通常，TTL集成电路通过直接连接或
者串联电阻连接来实现逻辑功能。

输入端和输出端的连接及电路布局需要根据具体需求进行设计。

6. 温度和功耗：TTL集成电路对环境温度敏感，要适当控制
温度，以免影响其正常工作。

此外，TTL集成电路有较高的
功耗，需要注意散热和电源设计。

7. 防静电保护：为了防止静电损坏，TTL集成电路在使用过程中需要进行适当的防静电保护措施，如接地处理、静电消除器等。

需要注意的是，由于TTL集成电路是一种老式的数字电路家族，在现代电子设备中已经逐渐被CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)等新一代技术所取代。

因此，在使用TTL集成电路时，还需要考虑其局限性和替代选择。