TTL集成逻辑门电路(精)

TTL电路TTL是由晶体管构成的逻辑电路，这里所谓的TTL信号是一个电平标准。

由于器件的电压不同，TTL电路和CMOS电路定义的高低电平电压以及电流不一样。

所谓的需要加TTL信号就是可以以TTL标准的高或低电平信号来触发它。

从百度百科：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℃，7 4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（A LSTTL）。

由于LSTTL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TTL反相器工作原理，请参照《数字电子技术基础》第四版高等教育出版社，清华大学电子教研室阎石主编的P53页电路图1、当Vi=Ve1=0.2v 时T1导通，这时Vb1被钳制到0.2+0.7=0.9v，由于T1导通，故Vb2=Ve1=Vi=0.2v,由于Vb2<0.7v，所以T2截止,T3导通，T4截止，Vo输出为高电平。

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。

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。

TTL逻辑门电路
1.组成结构
TTL 电路是晶体管-晶体管逻辑电路的英文字头缩写。

它由NPN 或PNP 型晶体管组成，图1 是典型的TTL 中速与非门电路。

由于电路中载流子有电子和空穴两种极性，因而是一种双极型晶体管集成电路。

图1 典型的TTL 中速与非门电路
TTL 电路有好几种，其中速度最高的是STTL，即肖特基TTL 电路，其平均传输时间约3ns，比标准型TTL 约快6~7 倍；功耗最低的是LSTTL，其功耗不到标准型TTL 的十分之一。

TTL 电路与其他双极型电路相比，在性能、价格上可谓物美价廉，已基本上取代了RTL(电阻-晶体管)电路和DTL（二极管- 晶体管）电路，只是在超高速环路中仍要用ECL（发射极耦合）电路。

2.制造工艺
双极型集成电路是在平面晶体管基础上发展起来的，它的基本工艺仍然是平面工艺。

但由于电路中除有晶体管外，还要集成二极管、电阻、电容等元器件，因而在制造过程中首先要把各种元器件做在一块基片上，并使它们相互绝缘，最后再按要求将它们连成电路。

从制造工艺上看，它与平面晶体管的不同，仅是增加了隔离工艺和埋层工艺。

图2 是经过六次光刻、四次扩散和四次氧化制成的双极型集成电路芯片结构，工艺较复杂。

图2 六次光刻、四次扩散、氧化制成的双极型集成电路芯片结构{{分页}} 3.电路特点
表1 列出了国产TTL 和各种MOS 电路的四个主要参数，以便于比较。

TTL逻辑门电路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。

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，电荷的存⼊和消散需要⼀定的时间。

考虑到负载电容C L的影响后基本反相器将成为如下图所⽰的电路。

图中C L包含了门电路之间的接线电容以及门电路的输⼊电容。

当反相器输出电压v O由低向⾼过渡时，电路由V CC通过R c对C L充电。

当v O由⾼向低过渡时，C L⼜将通过BJT放电。

这样，C L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v O波形的上升时间和下降时间。

特别是C L充电回路的时间常数R c C L较⼤时，v O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，是下⾯所要讨论的问题。

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前提下，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。

这需改变反相器输⼊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组成电路的输⼊级；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的单端输⼊信号v I2转换为互补的双端输出信号v I3和v I4，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）当输⼊为⾼电平，如v I＝3.6V时，电源V CC通过R bl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v O＝0.2V。

TTL集成逻辑门电路组成及特性数字电路中，最基本的逻辑门可归结为与门、或门和非门。

实际应用时，它们可以独立使用，但用的更多的是经过逻辑组合组成的复合门电路。

目前广泛使用的门电路有TTL门电路和CMOS门电路。

TTL集成逻辑门电路的工作特点是工作速度高、输出幅度较大、种类多、不易损坏，以TTL反相器为例，来了解一下TTL电路的组成、特性、参数及使用规则。

1．TTL反相器的电路结构和工作原理反相器是TTL门电路中电路结构最简单的一种。

图6.16所示为74系列TTL反相器的典型电路。

该类型电路的输入端和输出端均为晶体管结构，所以称做晶体管—晶体管逻辑电路，简称TTL电路。

该图电路由3部分组成，VT1、R1和VD1组成输入级，VT2、R2和R3组成倒相级，VT3、VT4、VD2和R4组成输出级。

图6.16反相器电路设电源电压U DD=5V，输入信号的高、低电平分别为U IH=3V，U IL=0.3V，并认为二极管正向压降为0.7V。

由图6.17可见，当U I=U IL时，VT1的发射结必然导通，导通后VT1的基极电位U B1被钳在1V。

因此，VT2、VT3不导通。

VT2截止后U C2为高电平，VT4导通，U O=5－U R2－0.7－0.7≈3.6V，输出为高电平U OH。

当U I=U IH时，如果不考虑VT2的存在，则应有U B1=U IH+0.7=3.7V。

显然，在VT2和VT3存在的情况下，VT2和VT4必然饱和导通。

此时，U B1便被钳在了2.1V左右。

VT2和VT3饱和导通使U C2降为1V，导致V T4截止，U O=0.3V，输出变为低电平U OL。

可见输出和输入之间是反相关系，即Y=A。

输出级的工作特点是在稳定状态下VT4和VT3总是一个导通而另一个截止，这就有效地降低了输出级的静态功耗并提高了驱动负载的能力。

通常把这种形式的电路称为推拉式电路或图腾柱输出电路。

为确保饱VT 3和导通时VT 4可靠地截止，又在VT 4的发射极下面串进了二极管VD 2。