TTL门电路和集电极开路门

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，输出为低电平，如vO=0.2V。

集电极开路TTL门（OC门）⑴TTL与非门输出端并联后出现的问题在实际应用与非门时，某些场合希望能将多个门的输出端连在同一根导线上。

在数字系统中，称公共导线为总线（BUS）,为传输各门信息的公共通道。

但是对于推拉输出的TTL与非门，当各个门的输出不是相同的逻辑状态时不能这样使用。

有两个推拉输出的TTL与非门，若在一个门输出为高电平（即该门关门），另一个门输出为低电平（即该门开门）时，图1 两个TTL与非门输出端直接相连的错误接法将两个门的输出端并联成图1所示电路。

由于在具有推拉式输出级的电路中，无论输出是高电平还是低电平，输出电阻都很小，输出端并接后将有很大的电流i同时流过两个门的输出级，该电流远远超过了与非门的正常工作电流，足以使V3、V4 过载而损坏，更为严重的是并联后的输出电压既非逻辑1亦非逻辑0，这种不确定状态是不允许出现的。

因此，推拉输出的TTL与非门输出端是不允许并联使用的。

⑵集电极开路的与非门结构和符号避开低阻通路，把输出级改为集电极开路的结构就可以解决推拉输出的TTL与非门的输出不允许接至同一总线上的问题。

如图2（a）所示，这种门称为集电极开路的与非门（OC门）。

它与推拉输出的与非门的区别是用外接电阻RC代替R4、V3、VD3，电源VC与VCC可以不是同一个。

这种门电路在工作时需要外接负载电阻和电源。

只要电阻的阻值和电源电压的数值选择得当，就能够做到既保证输出的高、低电平符合要求，输出端三极管的负载电流又不过大。

图2 TTL开路门（a）电路结构；（b）符号。

当几个OC门的输出端相连时，一般可共用一个电阻RC和电源VC，如图3(a)、（b）分别给出它们的符号和电路结构。

图3 OC门的线与连接图4 OC门上拉电阻的计算图3中Y1输出高电平，Y2输出低电平时，负载电流同样会通过RC 流向Y2的输出管V4。

但可以把外接电阻RC选得足够大，使得电流很小，确保Y1的输出管能可靠饱和，输出Y为低电平。

TTL门电路简单⼩结以基集b和发射极e之间的发射结作为输⼊回路。

以集电极c和发射极e之间的回路作为输出回路。

V ON为开启电压。

硅三极管的开启电压V ON为0.5~0.7V，锗三极管的开启电压V ON为0.2~0.3V。

V BE为输⼊电压，i B为输⼊电流。

V CE为输出电压，i C为输出电流。

集电极电流i C不仅受V CE 影响，还受基极电流i B影响。

输出特性曲线分三个区：1、曲线右边的⽔平部分为放⼤区（线性区），特点是：i C随i B成正⽐变化，⼏乎不受V CE变化的影响。

2、靠近纵轴部分为饱和区，特点是：i C不随i B贝塔的⽐例增加，⽽是趋向饱和。

硅三极管饱和区的V CE值约为0.6~0.7V，深度饱和状态下的饱和压降在0.2V以下。

3、i B的⼀条输出特性曲线以下的区域为截⾄区。

截⽌区特点是i C⼏乎为0.双极型三极管的基本开关电路当V I=0，或者V I当V I>V ON时，三极管导通状态，输出电压为低电平V OL.硅三极管的深度饱和压降为0.3V，V CE（sat）饱和导通压降。

R CE（sat）饱和导通内阻。

锗三极管的深度饱和压降为0.1V 综上述，保证当V I=V IL时V BEV I=V IH时i B>I BS，三极管⼯作在深度饱和状态，相当于开关接通,在开关电路的输出端V O=V OL输出低电平。

则Y=Aˊ则三极管的c-e间就相当于⼀个受V I控制的开关。

晶体管⼯作在放⼤状态的外部条件是发射结正向偏置,且集电节反向偏置.PN结加正向电压时,空间电荷区将变窄.(幻灯⽚第114张和115张不明⽩).稳压管的稳压区是其⼯作在反向击穿.β=⊿i C/⊿i B ,β是交流电流的放⼤系数。

α=β/(1+β)当三极管截⽌时,发射结反偏,i C=0,相当于开关断开;当三极管饱和时,发射结正偏,V CE=V CE（sat）≈0.相当于开关闭合.图3.5.10 TTL反相器的TTL反相器的电压的传输特性1、 A~B 段：截⽌区：V I <0.6V, V B1<1.3VT 1导通，T 2，T 5截⽌，T 4导通→V OH =V CC —V R2—V BE4—V D2=3.4V 。

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。

oc门和三态门实验
TTL三态门和OC门（也可以称为集电极开路门或漏极开路门）都是集成电路门电路的输出类型，它们之间的主要区别在于输出电压的处理方式和用途。

TTL三态门：
TTL三态门是一种具有三个工作状态的门电路，即高电平、低电平和高阻态。

在高阻态时，输出晶体管是断开的，因此输出端对地和电源电压来说都是高阻抗的，即相当于输出端与输入端完全断开。

这种门电路通常用于多路复用和双向总线应用，以及需要避免线与（线路上的电位冲突）的应用。

OC门：
OC门是一种具有推挽输出的门电路，其输出晶体管在饱和时具有较低的电阻，使得输出电压可以接近电源电压。

与TTL三态门不同的是，OC门的输出端在饱和时是低阻抗的。

因此，OC门通常用于需要高电流输出的应用，如驱动LED、电机等。

此外，OC门还可以通过将多个门的输出并联起来，实现“线与”逻辑。

在这种配置下，当所有门的输出都为高电平时，输出为低电平；而当至少一个门的输出为低电平时，输出也为低电平。

这种特性在实现多路复用、解码器等功能时非常有用。

总结来说，TTL三态门和OC门的主要区别在于输出电路的处理方式和用途。

TTL三态门适用于需要高阻态的三态输出的应用，如多路复用和双向总线；而OC门适用于需要高电流输出的应用，如驱
动LED、电机等，并可以通过并联实现“线与”逻辑。

TTL门电路和集电极开路门(基础知识复习2008-07-14 20:42双极性数字集成电路中应用最广的为TTL电路（Transister-Transister-Logic的缩写）TTL反相器的电路结构和工作原理一、电路结构TTL反相器电路结构如图2.4.1示，由三部分组成：T1、R1，D1构成的输入级；T2、R2、R3组成的倒相级，T4、T5、D2、R4组成输出级。

输入端和输出端都是三极管结构。

设电源电压Ec=+5v， A,B输入信号的高、低电平分别为：VIH=3.4v，VIL=0.2v，PN结的开启电压为VoN=0.7v。

1. A为低电平时，T1的发射结导通，并将T1的集电极电位钳在VIL+VoN=0.9v，由于T1的集电极回路电阻为R2和T2的b-c结反向电阻之和，阻值非常大?，所以T1工作在深度饱和区，Vces1 ~= 0。

显然，T2的发射结不导通，T2截止，Vc2为高电平，Ve2为低电平，使T5截止，故 R2上的压降很小，Vc2~=Vcc，T4管导通。

因此，输出为高电平VOH=3.6v。

??2. 当输入信号为高电平VIH=3.6v，假设暂不考虑T1管的集电极支路，则T1管的发射结均应导通，可能使Vb1=VIH+0.7=4.3v。

但是，由于Vcc经R1作用于T1管的集电极、T2和T5管的发射结，使三个PN结必定导通，Tb1=Vbc1+Vbe2+Vbe5=2.1v，使T1管的所有发射结均反偏，T1管处于截止工作状态，T1、T2和T5管饱和导通，Vo=VoL=Vces5=0.3v，Vc2=Vces2+Vbe5=0.3+0.7=1v，T4管截止。

综上所述，TTL非门输入端输入低电平，输出即为高电平；当输入端输入高电平时，输出为低电平，实现了非逻辑功能.什么是OC门？什么是OD门？匠人手记什么是集电极开路（OC）？我们先来说说集电极开路输出的结构。

集电极开路输出的结构如图1所示，右边的那个三极管集电极什么都不接，所以叫做集电极开路（左边的三极管为反相之用，使输入为"0"时，输出也为"0"）。