1
一,晶体管 -晶体管逻辑门电路（ TTL）
二, TTL与非门的主要外部特征
三,其它类型的 TTL门电路
四,其它系列 TTL门电路
第三节 TTL集成逻辑门
2
TTL集成逻辑门电路的输入和输出结构均
采用半导体三极管，所以称晶体管 — 晶体管逻
辑门电路，简称 TTL电路。
TTL电路的基本环节是反相器。
简单了解 TTL反相器的电路及工作原理，
重点掌握其特性曲线和主要参数（应用所需知
识）。
3
复习
什么是高电平？什么是低电平？
什么是状态赋值？
什么是正逻辑？什么是负逻辑？
二极管与门、或门有何优点和缺点？
4
1,电路组成
TTL反相器的基本电路
一、晶体管 -晶体管逻辑门电路
5
(1) 输入级
N
P
N
当输入低电平时, uI=0.3V,发射结正向导
通,uB1=1.0V
当输入高电平时, uI=3.6V,发射结受后级
电路的影响将反向截止。 uB1由后级电路决定。
NN
P
6
(2) 中间级
反相器 VT2
实现非逻辑 反相输出
同相输出
向后级提供反相
与同相输出。
输入高电
压时饱和
输入低电
压时截止
7
(3) 输出级（ 推拉式输出） VT3为射极跟随器
低输入
高输入
饱和
截止
低输入
高输入
截止
导通
8
2,工作原理
（ 1）当输入高电平时,
uI=3.6V，
VT1处于倒置工作状态，
集电结正偏，发射结反
偏，
uB1=0.7V× 3=2.1V，
VT2和 VT4饱和，
输出为低电平 uO=0.3V。
2.1V
0.3V
3.6V
9
（ 2） 当输入低电平时,
uI=0.3V，
VT1发射结导通，
uB1=0.3V+0.7V=1V，
VT2和 VT4均截止，
VT3和 VD导通。
输出高电平
uO =VCC -UBE3-UD
≈5V-0.7V-0.7V=3.6V
1V
3.6V0.3V
10
(3) 采用 推拉式输出级 利于提高开关速度和负载能力
VT3组成射极输出器，优点是既能提高开关速度，
又能提高负载能力。
当输入高电平时,VT4饱和，
uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V,VT3和 VD截止,VT4的集电
极电流可以全部用来驱动负载。
当输入低电平时,VT4截止,VT3导通 (为射极输
出器 )，其输出电阻很小，带负载能力很强。
可见，无论输入如何,VT3和 VT4总是一管导通而
另一管截止。
这种推拉式工作方式,带负载能力很强 。
11
二,TTL与非门的主要外部特征
1,电压传输特性,输出电压 uO与输入电压 uI
的关系 曲线 。
图 2-10 TTL反相器电路的电压传输特性
曲线分析 VT4截止，称关门
VT4饱和，
称开门
12
2,TTL与非门输入特性
典型的输入特性曲线
如图 3-3-3（ b) 所示：
所谓的输入特性就是指输
入电压和输入电流之间的
关系曲线。
图 3-3-3 TTL与非门输入特性曲线
13
3,TTL与非门输入
端端接电阻 RI的影响。
为了电压工作在关态，必须使 VI≤Voff，故可求出
电阻 Ri的允许数值为
UOFF UON
由图可知
添加公式
添加公式
14
4,TTL与非门
输出特性
TTL与非门的输出特性反
映了输出电压 v0与输出电
流 i0的关系，如图 3-3-6所
示。其中输出电流规定以
灌入电流为正方向。
（ 1）与非门处于关态时：
此时 T4管截止,T3管、
D4管导通，这时的负载
为拉电流。输出电阻 R0
为 100Ω 左右,当拉电流
增加时,输出高电平将减
小,如图 3-3-6(a)所示, 图 3-3-6
15
(2)与非门处于关态时,
此时 T4饱和,T3管和 D4管截止,负载电流为灌入电流,输出电阻
R0为 10-20Ω,当灌入电流增加时,T4的饱和程度减轻,输出低电
平随灌入电流增加而略有增加,入图 3-3-6( b)的 OA段所示,
若灌入电流增加到使 T4管工作在放大区,则随着灌如电流的增
大,使输入低电平增加较快,如曲线中的 AB段,这是不允许的,
16
(5) 阈值电压 UTH
电压传输特性曲线转折区中点所对应的 uI值称为阈
值电压 UTH（又称门槛电平）。通常 UTH≈1.4V。
(6) 噪声容限（ UNL和 UNH ）
噪声容限也称 抗干扰能力,它反映门电路在多大
的干扰电压下仍能正常工作。
UNL和 UNH越大，电路的抗干扰能力越强。
17
5\传输延迟时间
在 TTL门电路中,由于二极管 \三极管开关时间的影响,使得输
出与输入之间存在延迟,这种延迟时间称为传输延迟时间,通常
输出电压由低电平变为高电平时的传输延迟时间称为延迟截
止时间,记为 tPLH;将输出电压由高电平变为低电平时的传输时
间称为导通延迟时间记为 tPLH 0 如图 3-3-8所示,
我们用平均延迟时间 tpd来表示
TTL门电路的传输延迟时间,tpd的
大小反映了 TTL门电路的工作速
度, tpd为
)(21 P L HP H Lpd ttt ??
18UOFF
UNLU
IL UON
UNH U
IH
19
6.电源特性 -平均功耗和动态尖峰电流
(1)平均功耗
不难发现,稳态时 TTL门电路工作于开态和关态时的电源电流值是
不同的,电路处于稳态时的空载功能称为空载导通功耗,
(2)动态尖峰电流
当输入电压由高电平变为低电平时,电路的状态由开态转换到关态,
在这个转换过程中,出现 T1T2T3和 T4等管同时处于导通的瞬间,
7.TTL与非门的主要参数
TTL与非门的主要参数有,输出低电平,开门电平,关门电平,
输入漏电流,输入短路电流,平均传输时间,扇入和扇出系数
及空载导通功耗和空载截止功耗等,
20
① 低电平噪声容限（低电平正向干扰范围）
UNL=UOFF-UIL
UIL为电路输入低电平的典型值 （ 0.3V）
若 UOFF=0.8V，则有 UNL=0.8-0.3=0.5 (V)
② 高电平噪声容限（高电平负向干扰范围）
UNH = UIH - UON
UIH为电路输入高电平的典型值 （ 3V）
若 UON=1.8V，则有 UNH = 3-1.8 =1.2 (V)
21
三、其它类型的 TTL门电路
? TTL或非门
? TTL异或门
? 3.集电极开路的 TTL与非门 （ OC门 ）
? 三态输出门
22
两个重要参数：
(1) 输入短路电流 IIS
当 uI = 0V时,iI从输入端流出。
iI =－ (VCC－ UBE1)/R1 =－ (5－ 0.7)/4 ≈－ 1.1mA
(2) 高电平输入电流 IIH
当输入为高电平时,VT1的发射结反偏，集电结
正偏，处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流
放大系数 β反 很小 (约在 0.01以下 )，所以
iI = IIH =β反 iB2
IIH很小，约为 10μA左右 。
23
图 2-12 输入负载特性曲线
（ a）测试电路 （ b）输入负载特性曲线
TTL反相器的输入端对地接上电阻 RI 时,uI随
RI 的变化而变化的关系曲线。
2,输入负载特性
24
在一定范围内，
uI随 RI的增大而升
高。但当输入电压
uI达到 1.4V以后，
uB1 = 2.1V,RI增大，
由于 uB1不变，故 uI
= 1.4V也不变。这
时 VT2和 VT4饱和导
通，输出为低电平。
虚框内为 TTL反相器的部分内部电路
25
RI 不大不小时，工作在线性区或转折区。
RI 较小时，关门，输出高电平；
RI 较大时，开门，输出低电平；
ROFF RON R
I→ ∞ 悬空时？
26
(1) 关门电阻 ROFF —— 在保证门电路输出为
额定高电平的条件下，所允许 RI 的最大值称为关
门电阻。典型的 TTL门电路 ROFF≈ 0.7kΩ。
(2) 开门电阻 RON—— 在保证门电路输出为额
定低电平的条件下，所允许 RI 的最小值称为开门
电阻。典型的 TTL门电路 RON≈ 2kΩ。
数字电路中要求输入负载电阻 RI ≥ RON或 RI ≤
ROFF,否则输入信号将不在高低电平范围内。
振荡电路则令 ROFF ≤ RI ≤ RON使电路处于转
折区。
27
3,输出特性
指输出电压与输出电流之间的关系曲线。
(1) 输出高电平时的输出特性
负载电流 iL不可过大，否则输出高电平会降低。
图 2-13 输出高电平时的输出特性
（ a）电路 （ b）特性曲线
拉电流负载
28
图 2-14 输出低电平时的输出特性
（ a）电路 （ b）特性曲线
(2) 输出低电平时的输出特性
负载电流 iL不可过大，否则输出低电平会升高。
一般灌电流在 20 mA以下时，电路可以正常工作。
典型 TTL门电路的灌电流负载为 12.8 mA。
灌电流负载
29
1.CT54/74H系列
CT54/74H系列又称高速系列。
2.CT54S/74S系列
74S又称肖特基系列。
3.CT54LS/74LS系列
74SL系列又称为低功耗肖特基
系列。
四、其它系列 TTL门电路
30
2,TTL门电路主要参数的典型数据
表 2-5 74系列 TTL门电路主要参数的典型数据
参 数 名 称 典 型 数 据
导通电源电流 ICCL ≤10 mA
截止电源电流 ICCH ≤5 mA
输出高电平 UOH ≥3 V
输出低电平 UOL ≤0.35 V
输入短路电流 IIS ≤2.2 mA
输入漏电流 IIH ≤70μA
开门电平 UON ≤1.8 V
关门电平 UOFF ≥0.8 V
平均传输时间 tpd ≤30 ns
31
作业题
3-11
32
第四节 其它类型的双极型数字集成电路
一、发射极耦合逻辑
（ ECL）门
二、集成注入逻辑（ I2L）
电路
一,晶体管 -晶体管逻辑门电路（ TTL）
二, TTL与非门的主要外部特征
三,其它类型的 TTL门电路
四,其它系列 TTL门电路
第三节 TTL集成逻辑门
2
TTL集成逻辑门电路的输入和输出结构均
采用半导体三极管，所以称晶体管 — 晶体管逻
辑门电路，简称 TTL电路。
TTL电路的基本环节是反相器。
简单了解 TTL反相器的电路及工作原理，
重点掌握其特性曲线和主要参数（应用所需知
识）。
3
复习
什么是高电平？什么是低电平？
什么是状态赋值？
什么是正逻辑？什么是负逻辑？
二极管与门、或门有何优点和缺点？
4
1,电路组成
TTL反相器的基本电路
一、晶体管 -晶体管逻辑门电路
5
(1) 输入级
N
P
N
当输入低电平时, uI=0.3V,发射结正向导
通,uB1=1.0V
当输入高电平时, uI=3.6V,发射结受后级
电路的影响将反向截止。 uB1由后级电路决定。
NN
P
6
(2) 中间级
反相器 VT2
实现非逻辑 反相输出
同相输出
向后级提供反相
与同相输出。
输入高电
压时饱和
输入低电
压时截止
7
(3) 输出级（ 推拉式输出） VT3为射极跟随器
低输入
高输入
饱和
截止
低输入
高输入
截止
导通
8
2,工作原理
（ 1）当输入高电平时,
uI=3.6V，
VT1处于倒置工作状态，
集电结正偏，发射结反
偏，
uB1=0.7V× 3=2.1V，
VT2和 VT4饱和，
输出为低电平 uO=0.3V。
2.1V
0.3V
3.6V
9
（ 2） 当输入低电平时,
uI=0.3V，
VT1发射结导通，
uB1=0.3V+0.7V=1V，
VT2和 VT4均截止，
VT3和 VD导通。
输出高电平
uO =VCC -UBE3-UD
≈5V-0.7V-0.7V=3.6V
1V
3.6V0.3V
10
(3) 采用 推拉式输出级 利于提高开关速度和负载能力
VT3组成射极输出器，优点是既能提高开关速度，
又能提高负载能力。
当输入高电平时,VT4饱和，
uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V,VT3和 VD截止,VT4的集电
极电流可以全部用来驱动负载。
当输入低电平时,VT4截止,VT3导通 (为射极输
出器 )，其输出电阻很小，带负载能力很强。
可见，无论输入如何,VT3和 VT4总是一管导通而
另一管截止。
这种推拉式工作方式,带负载能力很强 。
11
二,TTL与非门的主要外部特征
1,电压传输特性,输出电压 uO与输入电压 uI
的关系 曲线 。
图 2-10 TTL反相器电路的电压传输特性
曲线分析 VT4截止，称关门
VT4饱和，
称开门
12
2,TTL与非门输入特性
典型的输入特性曲线
如图 3-3-3（ b) 所示：
所谓的输入特性就是指输
入电压和输入电流之间的
关系曲线。
图 3-3-3 TTL与非门输入特性曲线
13
3,TTL与非门输入
端端接电阻 RI的影响。
为了电压工作在关态，必须使 VI≤Voff，故可求出
电阻 Ri的允许数值为
UOFF UON
由图可知
添加公式
添加公式
14
4,TTL与非门
输出特性
TTL与非门的输出特性反
映了输出电压 v0与输出电
流 i0的关系，如图 3-3-6所
示。其中输出电流规定以
灌入电流为正方向。
（ 1）与非门处于关态时：
此时 T4管截止,T3管、
D4管导通，这时的负载
为拉电流。输出电阻 R0
为 100Ω 左右,当拉电流
增加时,输出高电平将减
小,如图 3-3-6(a)所示, 图 3-3-6
15
(2)与非门处于关态时,
此时 T4饱和,T3管和 D4管截止,负载电流为灌入电流,输出电阻
R0为 10-20Ω,当灌入电流增加时,T4的饱和程度减轻,输出低电
平随灌入电流增加而略有增加,入图 3-3-6( b)的 OA段所示,
若灌入电流增加到使 T4管工作在放大区,则随着灌如电流的增
大,使输入低电平增加较快,如曲线中的 AB段,这是不允许的,
16
(5) 阈值电压 UTH
电压传输特性曲线转折区中点所对应的 uI值称为阈
值电压 UTH（又称门槛电平）。通常 UTH≈1.4V。
(6) 噪声容限（ UNL和 UNH ）
噪声容限也称 抗干扰能力,它反映门电路在多大
的干扰电压下仍能正常工作。
UNL和 UNH越大，电路的抗干扰能力越强。
17
5\传输延迟时间
在 TTL门电路中,由于二极管 \三极管开关时间的影响,使得输
出与输入之间存在延迟,这种延迟时间称为传输延迟时间,通常
输出电压由低电平变为高电平时的传输延迟时间称为延迟截
止时间,记为 tPLH;将输出电压由高电平变为低电平时的传输时
间称为导通延迟时间记为 tPLH 0 如图 3-3-8所示,
我们用平均延迟时间 tpd来表示
TTL门电路的传输延迟时间,tpd的
大小反映了 TTL门电路的工作速
度, tpd为
)(21 P L HP H Lpd ttt ??
18UOFF
UNLU
IL UON
UNH U
IH
19
6.电源特性 -平均功耗和动态尖峰电流
(1)平均功耗
不难发现,稳态时 TTL门电路工作于开态和关态时的电源电流值是
不同的,电路处于稳态时的空载功能称为空载导通功耗,
(2)动态尖峰电流
当输入电压由高电平变为低电平时,电路的状态由开态转换到关态,
在这个转换过程中,出现 T1T2T3和 T4等管同时处于导通的瞬间,
7.TTL与非门的主要参数
TTL与非门的主要参数有,输出低电平,开门电平,关门电平,
输入漏电流,输入短路电流,平均传输时间,扇入和扇出系数
及空载导通功耗和空载截止功耗等,
20
① 低电平噪声容限（低电平正向干扰范围）
UNL=UOFF-UIL
UIL为电路输入低电平的典型值 （ 0.3V）
若 UOFF=0.8V，则有 UNL=0.8-0.3=0.5 (V)
② 高电平噪声容限（高电平负向干扰范围）
UNH = UIH - UON
UIH为电路输入高电平的典型值 （ 3V）
若 UON=1.8V，则有 UNH = 3-1.8 =1.2 (V)
21
三、其它类型的 TTL门电路
? TTL或非门
? TTL异或门
? 3.集电极开路的 TTL与非门 （ OC门 ）
? 三态输出门
22
两个重要参数：
(1) 输入短路电流 IIS
当 uI = 0V时,iI从输入端流出。
iI =－ (VCC－ UBE1)/R1 =－ (5－ 0.7)/4 ≈－ 1.1mA
(2) 高电平输入电流 IIH
当输入为高电平时,VT1的发射结反偏，集电结
正偏，处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流
放大系数 β反 很小 (约在 0.01以下 )，所以
iI = IIH =β反 iB2
IIH很小，约为 10μA左右 。
23
图 2-12 输入负载特性曲线
（ a）测试电路 （ b）输入负载特性曲线
TTL反相器的输入端对地接上电阻 RI 时,uI随
RI 的变化而变化的关系曲线。
2,输入负载特性
24
在一定范围内，
uI随 RI的增大而升
高。但当输入电压
uI达到 1.4V以后，
uB1 = 2.1V,RI增大，
由于 uB1不变，故 uI
= 1.4V也不变。这
时 VT2和 VT4饱和导
通，输出为低电平。
虚框内为 TTL反相器的部分内部电路
25
RI 不大不小时，工作在线性区或转折区。
RI 较小时，关门，输出高电平；
RI 较大时，开门，输出低电平；
ROFF RON R
I→ ∞ 悬空时？
26
(1) 关门电阻 ROFF —— 在保证门电路输出为
额定高电平的条件下，所允许 RI 的最大值称为关
门电阻。典型的 TTL门电路 ROFF≈ 0.7kΩ。
(2) 开门电阻 RON—— 在保证门电路输出为额
定低电平的条件下，所允许 RI 的最小值称为开门
电阻。典型的 TTL门电路 RON≈ 2kΩ。
数字电路中要求输入负载电阻 RI ≥ RON或 RI ≤
ROFF,否则输入信号将不在高低电平范围内。
振荡电路则令 ROFF ≤ RI ≤ RON使电路处于转
折区。
27
3,输出特性
指输出电压与输出电流之间的关系曲线。
(1) 输出高电平时的输出特性
负载电流 iL不可过大，否则输出高电平会降低。
图 2-13 输出高电平时的输出特性
（ a）电路 （ b）特性曲线
拉电流负载
28
图 2-14 输出低电平时的输出特性
（ a）电路 （ b）特性曲线
(2) 输出低电平时的输出特性
负载电流 iL不可过大，否则输出低电平会升高。
一般灌电流在 20 mA以下时，电路可以正常工作。
典型 TTL门电路的灌电流负载为 12.8 mA。
灌电流负载
29
1.CT54/74H系列
CT54/74H系列又称高速系列。
2.CT54S/74S系列
74S又称肖特基系列。
3.CT54LS/74LS系列
74SL系列又称为低功耗肖特基
系列。
四、其它系列 TTL门电路
30
2,TTL门电路主要参数的典型数据
表 2-5 74系列 TTL门电路主要参数的典型数据
参 数 名 称 典 型 数 据
导通电源电流 ICCL ≤10 mA
截止电源电流 ICCH ≤5 mA
输出高电平 UOH ≥3 V
输出低电平 UOL ≤0.35 V
输入短路电流 IIS ≤2.2 mA
输入漏电流 IIH ≤70μA
开门电平 UON ≤1.8 V
关门电平 UOFF ≥0.8 V
平均传输时间 tpd ≤30 ns
31
作业题
3-11
32
第四节 其它类型的双极型数字集成电路
一、发射极耦合逻辑
（ ECL）门
二、集成注入逻辑（ I2L）
电路
