TTL電路的基本結構、工作原理及特性分析-KIA MOS管

TTL電路基本結構

TTL信號是數字信號.CMOS傳輸門(mén)（Transmission Gate）是一種既可以傳送數字信號又可以傳輸模擬信號的可控開(kāi)關(guān)電路。

按照集成度的高低，將集成電路分為小規模集成電路、中規模集成電路、大規模集成電路、超大規模集成電路。

根據制造工藝的不同，集成電路又分為雙極型和單極型兩大類(lèi)。TTL門(mén)電路是目前雙極型數字集成電路中用的多的一種。

TTL門(mén)電路中用的  普遍的是與非門(mén)電路，下面以TTL與非門(mén)為例，介紹TTL電路的基本結構、工作原理和特性。

（1）TTL與非門(mén)的基本結構

圖1是TTL與非門(mén)的電路結構。

可以看出，TTL與非門(mén)電路基本結構由3部分構成：輸入級、中間級和輸出級。因為電路的輸入端和輸出端都是三極管結構，所以稱(chēng)這種結構的電路為三極管---三極管邏輯電路。

輸入級：輸入級是一個(gè)與門(mén)電路結構。T1是多發(fā)射極晶體管，可以把它的集電結看成一個(gè)二極管，把發(fā)射結（三個(gè)發(fā)射結）看成是與前者背靠背的3個(gè)二極管，如圖2所示。由此看出，輸入級就是一個(gè)與門(mén)電路：Y=A·B·C。

（a）多發(fā)射極晶體管（b）多發(fā)射極晶體管的等效二級管電路

圖2 多發(fā)射極晶體管的等效電路

中間級：由三極管T2和電阻RC1、RE2組成。在電路的開(kāi)通過(guò)程中利用T2的放大作用，為輸出管T3提供較大的基極電流，加速了輸出管的導通。所以，中間級的作用是提高輸出管的開(kāi)通速度，改善電路的性能。

輸出級：由三極管T3、T4、二極管D和電阻RC4組成。如圖3所示，圖3（a）是前面講過(guò)的三極管非門(mén)電路，圖3（b）是TTL與非門(mén)電路中的輸出級。

從圖中可以看出，輸出級由三極管T3實(shí)現邏輯非的運算。但在輸出級電路中用三極管T4、二極管D和RC4組成的有源負載替代了三極管非門(mén)電路中的RC，目的是使輸出級具有較強的負載能力。

圖3 晶體管非門(mén)電路與TTL與非門(mén)輸出級

TTL電路工作原理

在下面的分析中假設輸入高、低電平分別為3.6V和0.3V，PN結導通壓降為0.7V。

①輸入全為高電平3.6V（邏輯1）

如果不考慮T2的存在，則應有UB1=UA+0.7=4.3V。顯然，在存在T2和T3的情況下，T2和T3的發(fā)射結必然同時(shí)導通。

而一旦T2和T3導通之后，UB1便被鉗在了2.1V（UB1=0.7×3=2.1V），所以T1的發(fā)射結反偏，而集電結正偏，稱(chēng)為倒置放大工作狀態(tài)。

由于電源通過(guò)RB1和T1的集電結向T2提供足夠的基極電位，使T2飽和，T2的發(fā)射極電流在RE2上產(chǎn)生的壓降又為T(mén)3提供足夠的基極電位，使T3也飽和，所以輸出端的電位為UY=UCES=0.3V， UCES為T(mén)3飽和壓降。

可見(jiàn)實(shí)現了與非門(mén)的邏輯功能之一：輸入全為高電平時(shí)，輸出為低電平。

②輸入低電平0.3V（邏輯0）

當輸入端中有一個(gè)或幾個(gè)為低電平0.3V（邏輯0）時(shí)，T1的基極與發(fā)射級之間處于正向偏置，該發(fā)射結導通，T1的基極電位被鉗位到UB1=0.3+0.7=1V。

T2和T3都截止。由于T2截止，由工作電源VCC流過(guò)RC2的電流僅為T(mén)4的基極電流，這個(gè)電流較小，在RC2上產(chǎn)生的壓降也小，可以忽略，所以UB4≈VCC=5v，使T4和D導通，則有：UY=VCC-UBE4-UD=5-0.7-0.7=3.6V。

可見(jiàn)實(shí)現了與非門(mén)的邏輯功能的另一方面：輸入有低電平時(shí)，輸出為高電平。

綜合上述兩種情況，該電路滿(mǎn)足與非的邏輯功能，是一個(gè)與非門(mén)。

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