广东海洋大学：《数字电子技术》课程教学资源（PPT课件）3.4 TTL门电路 3.4.2 TTL与非门、或非门、与或非门和异或门 3.4.3 三态输出和集电极开路输出的TTL门电路 3.4.4 TTL门电路的电气特性和参数

3.4TTL门电路 3.4.1TTL反相器 1.电路结构和工作原理 △山 TTL电路正常工作电压规定为5V 输入级由T和电阻 Vcc=5V R组成。D可以防 R R2 止输入端出现过大 4k2 1.6k2 1302 的负电压。 T3 的柴电及和友别似 D2 同时输出两个相位 Vo 相反的信号，作为 T3和T4输出级的驱 R3 4k2 动信号；

输出级 由T3、D2、T4和R4 构成推拉式的输出 级。能有效地降低 输出级的静态功耗 并提高了驱动负载 的能力。 中间级由T2和电阻 R2、R3组成，从T2 的集电极和发射极 同时输出两个相位 相反的信号，作为 T3和T4输出级的驱 动信号； 3.4.1 TTL反相器 1. 电路结构和工作原理 输入级由T1和电阻 R1组成。D1可以防 止输入端出现过大 的负电压。 3.4 TTL门电路 1 TTL电路正常工作电压规定为5V

(1)当输入为低电平()=0.2V) Vcc=5V R R 4k2 1.6k2 1302 T,深度饱和 D2 Vo iBi= Vcc-yB1≈1.025mA R 不D R3 4k2 IBSI=0 iB1 >>IBSI T2、T4截止，T3、D2导通 注意：即使是同一型号的器件， 在电路参数上也存在一定的分散 性，而且输出端所接的负载情况 Vo =VCC -VR -VBE3 -VD2 也不一定相同，因此VoH值也会 (5-0.7-0.7V=3.6V 有差异。 输入 T1 Tx D2 T3 输出 低电平 饱和 截止 截正 导通 导通 高电平

（1）当输入为低电平（I = 0.2 V） 1 025mA 1 CC B 1 B 1 . R V v i  − = 0 I BS1 = B1 BS1 i  I T1 深度饱和 低电平 饱和 截止 截止 导通 导通 输入 T1 T2 T4 D2 T3 高电平 输出 T2 、T4截止，T3 、D2导通 (5 0.7 0.7) V 3.6 V O 2 BE3 D2 − − = v =VCC − vR − v − v  注意：即使是同一型号的器件， 在电路参数上也存在一定的分散 性，而且输出端所接的负载情况 也不一定相同，因此VOH值也会 有差异

当V,由低电平开始上升时 (2)当输入为高电平（D1=3.6V) V↑→VB1↑，当VB=2.1V时 Vcc=5V R R2 7 R T2、T,饱和导通 4k2 1.6k2 1302 T3 T1:倒置状态 T2 应D2 Vo Vc2≈0.7+0.1=0.8V 不D1 R3 T3和D2截止 4k2 使输出为低电平vo=Vcs40.2V 输入 T1 T2 T4 D2 T3 输田 高电平 倒置 饱和 饱和截止 截止 低电平

（2）当输入为高电平（I = 3.6 V） T2、T4饱和导通 T1 :倒置状态 T3和D2截止 高电平 倒置 饱和 饱和 截止 截止 输入 T1 T2 T4 D2 T3 低电平 输出 当VI由低电平开始上升时 VI↑→VB1↑，当VB1=2.1V时 VC2≈0.7+0.1=0.8V 使输出为低电平vO=VCES4≈0.2V

电压传输特性 4.0 3.0 2.0 1.0 0 1.0VrH2.0 VNV 把电压传输特性转折区中点对应的输入电压称为阈值电压。 阈值电压Vm约为1.4V

电压传输特性 把电压传输特性转折区中点对应的输入电压称为阈值电压。 阈值电压VTH约为1.4V

2.输入特性 结论：无论输入为高电平还是低电平，输入电流都不等于零。 而且空载下的电源电流也比较大。这两点与CMOS电路形成 了鲜明的对照。由于TTL电路的功耗比较大，所以难以做成大 规模集成电路。 +51 +5V R R 2.1V 7o=0.2V 3.6V 1.4V 0.2VT 3.6v (a)y='时 (b)'m时 当V=V=0.2V时， 当y=VF3.6V时，yB1=2.1V, IIL =-(VCC-VBEI-VIL)/R T处于“倒置”状态，B小于0.01 =-(5-0.7-0.2)/4×103 ∴输入电流m非常小 =-1mA IHma时≈40A

2. 输入特性 1mA (5 0.7 0.2)/ 4 10 ( )/ 0.2V 3 I L CC BE1 I L 1 I I L = − = − − −  = − − − = = I V v V R 当V V 时 ， 40 A 0.01 3.6V 2.1V, IH(max) I H 1 I I H B 1     = = = I I T V V v 输入电流 非常小 处于“倒置”状态， 小 于 当 时 ， 结论：无论输入为高电平还是低电平，输入电流都不等于零。 而且空载下的电源电流也比较大。这两点与CMOS电路形成 了鲜明的对照。由于TTL电路的功耗比较大，所以难以做成大 规模集成电路

输入负载特性： 2.0 1.02.03.0 Rp/kO R,3本D1 开门电阻RoN;关门电阻RoFF TTL与非门输入端经电阻接地时，一定要注意电阻的阻值：当 R>RN时就相当于输入高电平；当R<RoF时就相当于输入低电平。 结论：对于输出端的状态而言，TTL输入端悬空状态和接逻辑1 电平是等效的。 注意：在CMOS电路中若输入端经过电阻接地，由于电阻上没 有电流流过，所以输入端的电位始终为零

结论：对于输出端的状态而言，TTL输入端悬空状态和接逻辑1 电平是等效的。 注意：在CMOS电路中若输入端经过电阻接地，由于电阻上没 有电流流过，所以输入端的电位始终为零 开门电阻RON；关门电阻ROFF。 TTL与非门输入端经电阻接地时，一定要注意电阻的阻值：当 R>RON时就相当于输入高电平；当R<ROFF时就相当于输入低电平。 输入负载特性： 4

3.输出特性 注意：输出端不允许直接接地或直接接+5V Vec Vcc R VOH Z ROH (a)当vo-'o▣ (b)当vo=Vo RoH在1002以内； RoL小于82； loH (max)<0.4mA loL (max)<16mA 1.负载电路在允许的工作范围内变化时，输出的高、低电平 变化不大。 2.需要驱动较大的负载电流时，总是用输出低电平去驱动

3. 输出特性 2. 需要驱动较大的负载电流时，总是用输出低电平去驱动。 ROH在100以内； IOH（max）<0.4mA ROL小于8； IOL（max）<16mA 1. 负载电路在允许的工作范围内变化时，输出的高、低电平 变化不大。 注意：输出端不允许直接接地或直接接+5V

3.4.2TTL与非门、或非门、与或非门和异或门 1.与非门*A·B由多发射极三极管实现 当A和B有一个或同时为0.2V时，VB1=0.9V, T,和T4截止，T导通，Vo='o=3.6 Vcc 当A和B同为高电平3.6V时，VB1=2.1V, R R2 R43 T,截止，T,和T导通，V。=Vo=0 4k2了1.6k2了130k2 *输入端并联使用时输电流计算： A T2 B I:并联后与仅一个接地时相同 R3 1k2 Ir每个端值相同，并詬为nH (n为输入端个数)

VCC 3.4.2 TTL与非门、或非门、与或非门和异或门 0 3.6V 2.1V, 3.6 0.2V 0.9V, 3 2 4 O O L B1 2 4 3 O O H 1 = = = = = =   T T T V V A B V T T T V V V A B V A B B 截止， 和 导通， 当 和 同为高电平 时， 和 截止， 导通， 当 和 有一个或同时为 时， 由多发射极三极管实现 (n为输入端个数) I ：每个端值相同，并联后为nI I ：并联后与仅一个接地时相同 输入端并联使用时输入电流计算： I H I H I L  1. 与非门

2.或非门 3.与或非门 Vcc R2 *两个完全一样的输入电路 *因为T,和T)的输出并联 所以A、B任何一个为1均使T4导通，T,截止→Vo=VoL 只有A、B同为0，才有T,截止，T3导通→Vo=Vo *输入端并联使用时输枣流计算：n和nL

2. 或非门 输入端并联使用时输入电流计算： nII H和 nII L  =  =    O OH O OL A B T T V V A B T T V V T T 只有 、 同为 ，才有 截止， 导通 所以 、 任何一个为 均使 导通， 截止 因为 和 的输出并联 两个完全一样的输入电 路 4 3 4 3 2 2 0 1 3.与或非门

4.异或门 当A、B同时为低电平时： A T6、T4和T5同时截止，并使T和 Tg导通、T3截止，输出低电平。 y当A、B同时为高电平时： T6和Tg导通、Tg截止，输出低电 平。 当A、B状态不同时： T6截止。同时，A、B当中的一个 高电平输入使T4、T5中的一个导 通，并使T截止。由于T6和T,同 时截止，因而使Tg截止、T导通， 输出高电平

4. 异或门 当 A 、 B同时为低电平时： T 6 、 T 4 和 T 5同时截止，并使 T 7 和 T 9导通、 T 8截止，输出低电平。 当 A 、 B同时为高电平时： T 6 和 T 9导通、 T 8截止，输出低电 平。 当 A 、 B状态不同时： T 6截止。同时， A 、 B当中的一个 高电平输入使 T 4 、 T 5中的一个导 通，并使 T 7截止。由于 T 6 和 T 7 同 时截止，因而使 T 9截止、 T 8导通， 输出高电平