TTL集成逻辑门电路
分立元件门电路的缺点是使用元件多、体积大、工作速度低、可靠性差、带负载能力较差等。数字电路中广泛采用集成电路。集成电路具有体积小、可靠性高、工作速度快等许多优点。
TTL与非门
1.电路的组成
典型的TTL与非门电路如图6-16所示，它由输入级、中间放大级和输出级三部分组成。
（a）（b）
图6-16 典型TTL与非门电路及逻辑符号
（a）电路（b）逻辑符号
①输入级：
输入级由多发射极三极管V1和电阻
R组成，实现与逻辑功能。其中V1是一
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个多发射极三极管，如图6-17（a）所示。它相当于若干个发射极独立、基极和集电极分别并联在一起的三极管。图6-17（b）是多发射极三极管的等效电路。
（a）（b）
图6-17 多发射极三极管及其等效电路
（a）多发射极三极管（b）等效电路
②中间放大级：
中间放大级由V 2、2R 和3R 组成。从V 2管的集电极和发射极输出两个相位相反的信号，作为V 3和V 5的驱动信号。
③输出级：
输出级由V 3、V 4、V 5和4R 、5R 组成，这种电路形式称为推拉式电路。其中V 5构成反相器，实现非逻辑功能，V 3、V 4组成复合管，作为V 5的有源负载。
2.工作原理
① 当输入端全部接高电平（设为3.6 V ）时，V 1管的所有发射结均为反向偏置，而集电结处于正向偏置。此时，电源V CC 通过1R 和V 1的集电结向V 2管提供足够的基极电流,使V 2管饱和导通，V 2管的发射极电流在3R 上产生的电压降使V 5管处于饱和状态，输出低电平，约为0.3 V 。与此同时，V 2管的集电极电位为：
U C2＝U CES2＋U BE5≈0.3 V ＋0.7 V ＝1V
由于U B3＝U C2,此电位值使V 3管导通，V 3管的发射极电位U E3≈1 V －0.7 V ＝0.3V ,这也是V 4管的基极电位,而V 4管的发射极电位U E4= U CES5≈0.3 V , V 4管必然截止。即输入全为高电平，输出为低电平。
② 当输入端任意一个或几个为低电平（设为0.3 V ）时，V 1管中接低电平的输入端的发射结正偏导通，V 1管的基极电位等于输入端的低电平加上发射结的导通电压，即U B1≈0.3 V ＋0.7 V ＝1V 。因为U B1加在V 1管的集电结以及V 2管和V 5管的发射结，所以V 2管和V 5管处于截止状态。
由于V 2管截止，电源V CC 经2R 向V 3管提供基极电流使V 3管导通，V 3管的发射极电位亦即V 4管的基极电位为
U E3＝V CC －I B3R 2－U BE3
因I B3很小，I B3R 2可忽略不计，所以 U E3≈5 V －0.7 V =4.3 V
该电位值使V 4管导通。输出电位为 U O = U E3- U BE4=4.3 V －0.7 V =3.6 V
即输入端任意一个或几个为低电平，输出为高电平。
综上所述，图6-16（a ）电路实现了与非逻辑关系, 图6-16（b ）是它的逻辑
符号，它的逻辑表达式为
TTL 与非门的外形多数为双列
直插式，也有做成扁平式的.。图6-18（a ）为双列直插式，图6-18（b ）为扁平式。
图6-18（c ）、（d ）分别是74LS00和74LS20的引脚排列图。74LS00内含4个2输入与非门，74LS20内含2个4输入与非门。一片集成电路内的各个逻辑门互相独立，可以单独使用，但它们共用一根电源线和一根地线。74LS20的3脚和11脚为空脚。
（a ） （b ）
（c ） （d ）
图6-18集成电路的外形及引脚排列图
（a ）双列直插式（b ）扁平式 （c ）74LS 00的引脚排列图 （d ）74LS 20的引脚排列图
3. TTL 集成电路系列
根据工作温度和电源电压允许工作范围不同， TTL 集成电路分为54系列和74系列两大类。54系列和74系列具有完全相同的电路结构和电气性能参数,所不同的是它们的工作条件不同，由表6-10可知， 54系列更适合在温度条件恶劣、供电电源变化大的环境中工作，常用于军品；而74系列则适合在常规条件下工作，常用于民品。
ABC
Y
表6-10 54系列和74系列的对比
参数
54系列74系列
最小一般最大最小一般最大
电源电压/ V 4.5 5.0 5.5 4.75 5 5.25 工作温度/ ℃-55 25 125 0 25 70 54系列和74系列又分几个子系列。它们分别是54/74标准系列、54/74H
高速系列、54/74S肖特基系列、54/74LS低功耗肖特基系列、54/74AS先进肖特
基系列、54/74ALS先进低功耗肖特基系列等。54系列和74系列的几个子系列的
主要区别反映在平均传输延迟时间和平均功耗这两个参数上，其它电参数和引脚
排列图基本上是彼此相容的。所谓肖特基系列，是在集成电路中生成抗饱和二极
管（或称肖特基二极管）以避免晶体管进入饱和状态，使传输延迟时间大幅度减
小，用以提高54/74系列门电路的速度。下面以74系列为例来说明它的各子系
列的主要区别。
(1) 74标准系列
74标准系列又称标准TTL系列，和CT1000系列相对应，是TTL集成电路的
早期产品，属中速TTL器件。由于电路中三极管的基极驱动电流过大，三极管则
工作在深饱和状态，故工作速度不高，每门功耗约为10mW,平均传输延迟时间约
为10ns。
(2) 74H高速系列
74H高速系列又称HTTL系列，和CT2000系列相对应。它的特点是工作速度
较标准系列高，平均传输延迟时间约为6ns，但每门功耗比较大，约为20mW。
(3) 74S肖特基系列
74S肖特基系列又称STTL系列，和CT3000系列相对应。它的电路结构采用
抗饱和三极管和有源泄放电路，使电路的工作速度和抗干扰能力都得到提高。平
均传输延迟时间约为3ns，每门功耗约为19mW。
(4)74LS低功耗肖特基系列
74LS低功耗肖特基系列又称LSTTL系列，和CT4000系列相对应。它的电路
结构是在STTL的基础上，加大了电阻阻值，这样既提高了工作速度，又降低了
功耗。LSTTL与非门的每门功耗约为2mW，平均传输延迟时间约为5ns,这是TTL
门电路中功耗-延迟积最小的系列。
(5)74AS先进肖特基系列
