东南大学远程学院数字电子技术基础第十讲主讲教师,刘其奇
2.4 TTL门电路
*以二极管、三极管为开关元件，电流通过 PN结的逻辑门电路称为双极型门电路。
*以 MOS管为开关元件，电流通过导电沟道的逻辑门电路称为单极型门电路。
TTL门电路：晶体三极管 — 晶体三极管门电路；
DTL门电路：晶体二极管 — 晶体三极管门电路；
ECL门电路：射极耦合逻辑门；
I2L门电路：集成注入逻辑门。
TTL反相器
T1发射结导通,Vb1被钳位 1.0V
mA1=4 15=K4 VV=i 1bcc1b --
结反相电阻c
β
bT+K61=R
R
V
=i
21C
1C
CC
1bs
.
,
,0I 1bs ≈ 1bs1b I>>I
处于深度饱和状态1T
V40=30+10=V 1c,..
2.4.1 TTL门电路
（ 1） TTL反相器工作原理
A）输入低电平（ 0.3V）
RL很大,iL很小,更小,R2上压降可不予考虑。 Vb4=VCC=5V
VOH=VCC-0.7-0.7=3.6V
L
b
ii?
4
T2截止,VC2为高电平，
VE2为低电平
VCC通过 R2向 T4提供基极电流。
T4,D2导通,T5截止。
RL为后级 TTL负载门电路等效电阻。很大。
输出级处于 射极跟随状态 （放大）。
反相器“关”态
T1发射结 反偏,此时基集结可以看成是一个处于正向导通的二极管,VCC通过 R1和 T1基集结向 T2提供基极电流 ib2，使得 T2,T5导通（可以设计为饱和导通）。
B）输入高电平（ 3.6V）
T1发射结处于 反偏如果 T1发射结处于正偏
Vb1将达到 4.3V，导致 T1集电结正偏，使得 Vb2,Vb5分别被钳位在 3.6V和 2.9V，而 Vb2,Vb5导通的钳位电压应该为 1.4V和 0.7V。假设是错误的。
63.
1T
2bV
CCV
1R
T1的基极电流：
T1处于倒置工作状态，故
mAk VVII bCCRb 7 2 5.04 111
mA74.002.17 2 5.0)02.01(III 1B2B1C
VE2被钳位在 0.7V；
Vb2被钳位在 1.4V；
Vb1被钳位在 2.1V
Vb4=Vc2=0.3+0.7=1V，不能使 T4,D2同时导通，所以
T4,D2截止。输出 0V。
BC
BE
BEC
I)1(I
(II
III
02.0~01.0
cb
eb
倒置倒置倒置很小）
仍然有一定放大系数结正偏结反偏
正常倒置
BE
BC
I)1(I
II
cb
eb
结反偏结正偏
CI
EIB
I
BI
CIEI
T2的饱和集电极电流这时只要使 T2的放大系数大于便可以使 T2管处于饱和。这显然是很容易做到的。
mA5.2k6.1 15R VVII
2
2CCC
2R2CS?
3 7 8.374.0 5.2?
反相器“开”态
CCV
iv ov
电压传输特性测试电路
&
(2)TTL反相器的电压传输特性
D E
3.0
0.1
0.2
0.3
o
v
5.0 0.1 5.1 0.2
iv
电压传输特性
A B
C
东南大学远程学院数字电子技术基础第十一讲主讲教师,刘其奇
DE段,Vi继续升高，输出不再变化。
V60<v i,AB段,输入
T1饱和,T2,T5截止,T4导通，输出高电平。
VvV i 3.17.0BC段,
T1饱和,T1的集电极电压小于 1.4V，不能使 T2,T5
同时导通，只有 T2通过 R3导通，而 T5截止。 T2工作在放大区（ 线性区间 ）。
Vvi 4.1?CD段,
VB1约为 2.1V,T2,T5同时导通,T4截止。输出电压急剧下降为低电平。
输入噪声容限（ TTL）
高、低电平标准值：用 VH,VL表示。
一般 TTL逻辑门 VH=3.6V,VL=0.3V
逻辑摆幅,3.6-0.3=3.3V
（ 3）输入端噪声容限干扰来自输入端。
定义,在保证高低输出电平基本不变的（或者说大小不超过允许限度）条件下，输入电平允许波动的范围 。
开门电平 VON
当输出电压 VO=VL时，所对应的 Vi的最小值，称为逻辑门的开门电平。
开门电平是一个 最小值 。即大于这个值而小于 3.6V
的 Vi都可以使 VO=VL。
关门电平时一个 最大值 。即大于 0.3V，小于 VOFF
都可以获得有效的高电平输出。
关门电平 VOFF
当输出电压 VO=0.9VH时，所对应的 Vi最大值，称为逻辑门的关门电平。
当 VON越小，表明输入高电平时范围越大，输入高电平抗干扰能力越强。
V6.3
V8.0
OFFV ONV iV
V8.1
HV9.0
V6.3
OV
当 VOFF越大，表明输入低电平时范围越大，输入低电平抗干扰能力越强。
标准 TTL门电路：
VNL=VOFF-VL=0.8-0.3=0.5V(0.3~0.8)
VNH=VH-VON=3.6-1.8=1.8V(3.6~1.8)
输入低电平噪声容限 VNL
VNL=VOFF-VL（关门电平与标准低电平之差）
输入高电平噪声容限 VNH
VNH=VH-VON（标准高电平与开门电平之差）
两个参数都是一个范围。
逻辑门电路一般是多级使用的。对于一个逻辑门，
它可能是前一级门电路的负载，又可能去驱下一级门电路。
2.4.2 TTL反相器输入输出特性
IIL：输入低电平电流
（ 1）输入特性（输入电流特性）
a）输入低电平
V6.3 ILI
V3.0
V3.0
ILI?k4
物理意义：
若前级门电路处于“开”态，输出 0.3V。后级门电路就流出 IIL，“灌入”前级门电路（经前级门电路输出端，流入它的饱和负载管 T5）。
mA1k4 3.07.05I IL
物理意义：
前级门电路处于“关”态，输出 3.6V，后级负载将从前级门电路输出端“拉出”电流。
T1处于倒置工作状态,Vbe反偏,IIH很小。
一般 40?A以下。
b）输入高电平
e
b
c
IHI
IIH输入高电平电流
5.0? 5.0
5.0?
0.1?
0.1?
0.1 5.1 0.2
mAiI/
IV
A40
5.1?
0.2?
反相器输入特性TTL
输出高电平时,T4,D2导通,T5截止。
T4工作在射级输出状态，相对于很大的负载阻抗
RL，其输出电阻很小。
随着负载门电路的增加,iL也增加，使得 R4上的压降增大，最终导致 bc正偏，使 T4饱和，破坏高电平的输出（质量）。
最大负载电流不能超过 0.4mA(实际）
（ 2）输出特性
a）高电平输出特性
0.1
0.2
0.3
5?10?15? mA/i
L
V/VOH
0
反相器高电平输出特性TTL
2.4 TTL门电路
*以二极管、三极管为开关元件，电流通过 PN结的逻辑门电路称为双极型门电路。
*以 MOS管为开关元件，电流通过导电沟道的逻辑门电路称为单极型门电路。
TTL门电路：晶体三极管 — 晶体三极管门电路；
DTL门电路：晶体二极管 — 晶体三极管门电路；
ECL门电路：射极耦合逻辑门；
I2L门电路：集成注入逻辑门。
TTL反相器
T1发射结导通,Vb1被钳位 1.0V
mA1=4 15=K4 VV=i 1bcc1b --
结反相电阻c
β
bT+K61=R
R
V
=i
21C
1C
CC
1bs
.
,
,0I 1bs ≈ 1bs1b I>>I
处于深度饱和状态1T
V40=30+10=V 1c,..
2.4.1 TTL门电路
（ 1） TTL反相器工作原理
A）输入低电平（ 0.3V）
RL很大,iL很小,更小,R2上压降可不予考虑。 Vb4=VCC=5V
VOH=VCC-0.7-0.7=3.6V
L
b
ii?
4
T2截止,VC2为高电平，
VE2为低电平
VCC通过 R2向 T4提供基极电流。
T4,D2导通,T5截止。
RL为后级 TTL负载门电路等效电阻。很大。
输出级处于 射极跟随状态 （放大）。
反相器“关”态
T1发射结 反偏,此时基集结可以看成是一个处于正向导通的二极管,VCC通过 R1和 T1基集结向 T2提供基极电流 ib2，使得 T2,T5导通（可以设计为饱和导通）。
B）输入高电平（ 3.6V）
T1发射结处于 反偏如果 T1发射结处于正偏
Vb1将达到 4.3V，导致 T1集电结正偏，使得 Vb2,Vb5分别被钳位在 3.6V和 2.9V，而 Vb2,Vb5导通的钳位电压应该为 1.4V和 0.7V。假设是错误的。
63.
1T
2bV
CCV
1R
T1的基极电流：
T1处于倒置工作状态，故
mAk VVII bCCRb 7 2 5.04 111
mA74.002.17 2 5.0)02.01(III 1B2B1C
VE2被钳位在 0.7V；
Vb2被钳位在 1.4V；
Vb1被钳位在 2.1V
Vb4=Vc2=0.3+0.7=1V，不能使 T4,D2同时导通，所以
T4,D2截止。输出 0V。
BC
BE
BEC
I)1(I
(II
III
02.0~01.0
cb
eb
倒置倒置倒置很小）
仍然有一定放大系数结正偏结反偏
正常倒置
BE
BC
I)1(I
II
cb
eb
结反偏结正偏
CI
EIB
I
BI
CIEI
T2的饱和集电极电流这时只要使 T2的放大系数大于便可以使 T2管处于饱和。这显然是很容易做到的。
mA5.2k6.1 15R VVII
2
2CCC
2R2CS?
3 7 8.374.0 5.2?
反相器“开”态
CCV
iv ov
电压传输特性测试电路
&
(2)TTL反相器的电压传输特性
D E
3.0
0.1
0.2
0.3
o
v
5.0 0.1 5.1 0.2
iv
电压传输特性
A B
C
东南大学远程学院数字电子技术基础第十一讲主讲教师,刘其奇
DE段,Vi继续升高，输出不再变化。
V60<v i,AB段,输入
T1饱和,T2,T5截止,T4导通，输出高电平。
VvV i 3.17.0BC段,
T1饱和,T1的集电极电压小于 1.4V，不能使 T2,T5
同时导通，只有 T2通过 R3导通，而 T5截止。 T2工作在放大区（ 线性区间 ）。
Vvi 4.1?CD段,
VB1约为 2.1V,T2,T5同时导通,T4截止。输出电压急剧下降为低电平。
输入噪声容限（ TTL）
高、低电平标准值：用 VH,VL表示。
一般 TTL逻辑门 VH=3.6V,VL=0.3V
逻辑摆幅,3.6-0.3=3.3V
（ 3）输入端噪声容限干扰来自输入端。
定义,在保证高低输出电平基本不变的（或者说大小不超过允许限度）条件下，输入电平允许波动的范围 。
开门电平 VON
当输出电压 VO=VL时，所对应的 Vi的最小值，称为逻辑门的开门电平。
开门电平是一个 最小值 。即大于这个值而小于 3.6V
的 Vi都可以使 VO=VL。
关门电平时一个 最大值 。即大于 0.3V，小于 VOFF
都可以获得有效的高电平输出。
关门电平 VOFF
当输出电压 VO=0.9VH时，所对应的 Vi最大值，称为逻辑门的关门电平。
当 VON越小，表明输入高电平时范围越大，输入高电平抗干扰能力越强。
V6.3
V8.0
OFFV ONV iV
V8.1
HV9.0
V6.3
OV
当 VOFF越大，表明输入低电平时范围越大，输入低电平抗干扰能力越强。
标准 TTL门电路：
VNL=VOFF-VL=0.8-0.3=0.5V(0.3~0.8)
VNH=VH-VON=3.6-1.8=1.8V(3.6~1.8)
输入低电平噪声容限 VNL
VNL=VOFF-VL（关门电平与标准低电平之差）
输入高电平噪声容限 VNH
VNH=VH-VON（标准高电平与开门电平之差）
两个参数都是一个范围。
逻辑门电路一般是多级使用的。对于一个逻辑门，
它可能是前一级门电路的负载，又可能去驱下一级门电路。
2.4.2 TTL反相器输入输出特性
IIL：输入低电平电流
（ 1）输入特性（输入电流特性）
a）输入低电平
V6.3 ILI
V3.0
V3.0
ILI?k4
物理意义：
若前级门电路处于“开”态，输出 0.3V。后级门电路就流出 IIL，“灌入”前级门电路（经前级门电路输出端，流入它的饱和负载管 T5）。
mA1k4 3.07.05I IL
物理意义：
前级门电路处于“关”态，输出 3.6V，后级负载将从前级门电路输出端“拉出”电流。
T1处于倒置工作状态,Vbe反偏,IIH很小。
一般 40?A以下。
b）输入高电平
e
b
c
IHI
IIH输入高电平电流
5.0? 5.0
5.0?
0.1?
0.1?
0.1 5.1 0.2
mAiI/
IV
A40
5.1?
0.2?
反相器输入特性TTL
输出高电平时,T4,D2导通,T5截止。
T4工作在射级输出状态，相对于很大的负载阻抗
RL，其输出电阻很小。
随着负载门电路的增加,iL也增加，使得 R4上的压降增大，最终导致 bc正偏，使 T4饱和，破坏高电平的输出（质量）。
最大负载电流不能超过 0.4mA(实际）
（ 2）输出特性
a）高电平输出特性
0.1
0.2
0.3
5?10?15? mA/i
L
V/VOH
0
反相器高电平输出特性TTL
