1、1,2019/12/17,TTL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。,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）。,2,2019/12/17,TTL反相器的工作原理,1. 电路组成,图2-9 TTL反相器的基本电路,3,2019/12/17,(1) 输入级,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。,4,2019/12/17,(2) 中
2、间级,反相器VT2 实现非逻辑,5,2019/12/17,(3) 输出级（推拉式输出）,VT3为射极跟随器,6,2019/12/17,2. 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,7,2019/12/17,（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-
3、0.7V=3.6V,1V,3.6V,0.3V,8,2019/12/17,(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。,9,2019/12/17,TTL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u
4、I的关系曲线。,TTL反相器电路的电压传输特性,1. 曲线分析,VT4截止，称关门,VT4饱和，称开门,返回,10,2019/12/17,2. 结合电压传输特性介绍几个参数,11,2019/12/17,(3) 开门电平UON 一般要求UON1.8V (4) 关门电平UOFF 一般要求UOFF0.8V,在保证输出为额定低电平的条件下，允许的最小输入高电平的数值，称为开门电平UON。,在保证输出为额定高电平的条件下，允许的最大输入低电平的数值，称为关门电平UOFF。,12,2019/12/17,(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U
5、TH1.4V。,(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。,13,2019/12/17,14,2019/12/17, 低电平噪声容限（低电平正向干扰范围）UNL=UOFF-UILUIL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), 高电平噪声容限（高电平负向干扰范围）UNH = UIH - UONUIH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),15,2019/12/17,TT
6、L反相器的输入特性和输出特性,1. 输入伏安特性,输入电压和输入电流之间的关系曲线。,图2-11 TTL反相器的输入伏安特性 （a）测试电路 （b）输入伏安特性曲线,16,2019/12/17,两个重要参数：,(1) 输入短路电流IIS当uI = 0V时，iI从输入端流出。iI =(VCCUBE1)/R1 =(50.7)/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反很小(约在0.01以下)，所以iI = IIH =反 iB2IIH很小，约为10A左右。,17,2019/12/17,图2-12 输入
7、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,18,2019/12/17,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。,19,2019/12/17,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,20,2019/12/17,(1) 关门电阻ROFF 在保证门电路输出为
8、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 0.7k。,(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 2k。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。,21,2019/12/17,3. 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
9、负载,22,2019/12/17,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,23,2019/12/17,TTL反相器的其它参数,1. 平均传输延迟时间tpd,平均传输延迟时间tpd表征了门电路的开关速度。,tpd = （tpLH +tpHL）/2,图2-15 TTL反相器的平均延迟时间,24,2019/12/17,2 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,
