1、1 1TTL反相器的工作原理 2TTL反相器的电压传输特性及参数 3 5TTL反相器 4TTL反相器的动态特性 3TTL反相器的输入特性和输出特性 2 TTL电路 在半导体内 多数载流子和少数载流子两种极性的载流子 空穴和电子 都参与有源元件的导电 如通常的NPN或PNP双极型晶体管 以这类晶体管为基础的单片集成电路 称为双极型集成电路 场效应管由多数载流子参与导电 也称为单极型晶体管 它属于电压控制型半导体器件 以这类晶体管为基础的单片集成电路 称为单极型集成电路 3 3 5TTL反相器 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
2、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 4 1TTL反相器的工作原理 1 电路组成 图2 9TTL反相器的基本电路 5 1 当输入低电平时 VI 0 2V T1发射结导通 VB1 0 2V 0 7V 0 9V T2和T5均截止 VC2为高电平VE2为低电平T4和D2导通 T5截止输出高电平 0 9V 2 工作原理 0 2V 6 2 当输入高电平时 VI 3 4V T1处于倒置工作状态 集电结正偏 发射结反偏 VB1 0 7V 3 2 1V VT2和VT4饱和 VC2为低电平VE2为高电平T4和D2截止 T5导通输出VO为低
3、电平 2 1V 3 4V 7 3 采用推拉式输出级利于提高开关速度和负载能力 降低静态功耗 无论输入如何 T4和T5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 4 T2的集电极和发射极输出电压信号变化方向相反 称为倒相级 6 D2保证T5饱和导通时 提升的T5的E级电压 使T4可靠地截止 5 D1是输入端的钳位二极管 防止负性干扰脉冲和输入端为负时 电流过大 8 2TTL反相器的电压传输特性及参数 电压传输特性 输出电压uO与输入电压uI的关系曲线 图2 10TTL反相器电路的电压传输特性 1 曲线分析 9 AB段 VI 0 6V 则VB1 1 3V T2T5截止 T4导通
4、输出高电平 BC段 VI 0 7V 但 1 3V T2导通T5截止 T2工作在放大区 随着VI升高 VC2和VO线性地下降 CD段 VI 1 4V VB1 2 1V T2 T5导通 T4截止 VO急剧地下降为低电平 阈值电压VTH DE段 VI继续升高 VO不再变化 10 3 输入端噪声容限示意图 低电平噪声容限VNL VIL max VOL max 高电平噪声容限VNH VOH min VIH min 11 3TTL反相器的输入特性和输出特性 忽略T2 T5的b c结反向电流和R3对T5基极回路的影响得到输入端的等效电路 等效电路 12 1 输入伏安特性 1 输入电流IIL当uI 0 2V时
5、 输入电流IIL VCC UBE1 uI R1 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 反很小 约在0 01以下 所以IIH 反iB2IIH很小 约为40 A左右 13 1 输入伏安特性 14 2 高电平输出特性 15 2 高电平输出特性 高电平时IL5mA后 T4进入饱和状态 IL变化对VOH影响较大受功耗限制 IOH 0 4mA 16 3 低电平输出特性 17 3 低电平输出特性 低电平时 T5工作在饱和导通状态 c e内阻很小 IL变化对VOL影响很小 18 4 例3 5 2 求 驱动的门电路数
6、VOL3 2时输出电流iH 0 4mA输入电流ii 40uANii iLN 10N 10 扇出系数与电压和电流有关 19 TTL反相器的输入端对地接上电阻RP时 VI随RP的增大而升高 5 输入负载特性 20 在一定范围内 VI随RP的增大而升高 但当输入电压VI达到1 4V以后 VB1 2 1V不变 RP增大 由于VB1不变 故VI 1 4V也不变 21 保证VO1 VOH时VI2 VIH MIN VO1 VOL时VI2 VIL MAX 求RP 例3 5 3 22 RP 0 69 23 4TTL反相器的动态特性 1 传输延迟时间 三极管的导通截止寄生电容的存在电压信号延迟 波形变坏 传输延迟
7、时间tpLH tpHLtpLH tpHL T5工作在深度饱和状态 24 交流噪声容限 a 正脉冲噪声容限 b 负脉冲噪声容限 信号达到微秒量级则看作直流信号 25 低电平电源静态电流 26 高电平电源静态电流 未接负载时 27 电源动态尖峰电流 输出由低电平到高电平转换时 T5工作在深度饱和状态 所以 T5的截止晚于T4的导通 因此 短时间内T4 T5会同时导通 28 29 电源平均电流 尖峰电流的影响1 电源电流的平均值增加2 产生噪声 一周期内尖峰电流的平均值为IPAV ICCM ICCL TPLH 2T 电源电流的平均值为ICCAV 1 2 ICCH ICCL 1 2f ICCM ICCL TPLH
