《数字电子技术》-第9讲2.3TTL集成门电路

3.3

TTL集成逻辑门

TTL与非门的基本组成与外特性3.2

TTL集成逻辑门三极管的开关特性小结学习目标（1）了解TTL与非门的组成和工作原理（2）掌握TTL基本门的逻辑功能和主要外特性（3）了解集电极开路门和三态门的逻辑功能和应用3.2

TTL集成逻辑门（4）了解TTL集成逻辑门的主要参数和使用常识2026/5/84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？ABCV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3R1R2R4R5RBRCB1C1C2E2YVCC+5V输入级中间倒相级输出级STTL系列与非门电路逻辑符号8.2k

900

50

3.5k

500

250

V1V2V3V5V6一、TTL与非门的基本组成与外特性

(一)典型

TTL与非门电路

除V4外，采用了抗饱和三极管，用以提高门电路工作速度。V4不会工作于饱和状态，因此用普通三极管。

输入级主要由多发射极管V1和基极电阻R1组成，用以实现输入变量A、B、C的与运算。

VD1~VD3为输入钳位二极管，用以抑制输入端出现的负极性干扰。正常信号输入时，VD1~VD3不工作，当输入的负极性干扰电压大于二极管导通电压时，二极管导通，输入端负电压被钳在-0.7V上，这不但抑制了输入端的负极性干扰，对V1还有保护作用。

中间级起倒相放大作用，V2集电极C2和发射极

E2同时输出两个逻辑电平相反的信号，分别驱动V3和V5。

RB、RC和V6构成有源泄放电路，用以减小V5管开关时间，从而提高门电路工作速度。

输出级由V3、V4、

R4、R5和V5组成。其中

V3和V4构成复合管，与V5构成推拉式输出结构，提高了负载能力。

VD1~VD3在正常信号输入时不工作，因此下面的分析中不予考虑。RB、RC和V6所构成的有源泄放电路的作用是提高开关速度，它们不影响与非门的逻辑功能，因此下面的工作原理分析中也不予考虑。

因为抗饱和三极管V1的集电结导通电压为0.4V，而V2、V5发射结导通电压为0.7V，因此要使V1集电结和V2、V5发射结导通，必须uB1≥1.8V。0.3V3.6V3.6V

输入端有一个或数个为低电平时，输出高电平。

输入低电平端对应的发射结导通，uB1=0.7V+0.3V=1VV1管其他发射结因反偏而截止。1V这时V2、V5截止。V2截止使V1集电极等效电阻很大，使IB1>>IB1(sat)，V1深度饱和。V2截止使uC2

VCC=5V，5V因此，输入有低电平时，输出为高电平。截止截止深度饱和V3微饱和，V4放大工作。uY=

5V

-

0.7

V

-

0.7

V

=

3.6

V电路输出为高电平。微饱和放大(二)TTL与非门的工作原理综上所述,该电路实现了与非逻辑功能,即3.6V3.6V3.6V因此，V1发射结反偏而集电极正偏，称处于倒置放大状态。1.8V这时V2、V5饱和。uC2=UCE2(sat)+uBE5=0.3V+0.7V=1V使V3导通，而V4截止。1VuY=UCE5(sat)

0.3V

输出为低电平

因此，输入均为高电平时，输出为低电平。0.3VV4截止使V5的等效集电极电阻很大，使IB5>>IB5(sat)，因此V5深度饱和。倒置放大饱和饱和截止导通

TTL电路输入端悬空时相当于输入高电平。

输入均为高电平时，输出低电平VCC经

R1使

V1集电结和

V2、V5发射结导通，使uB1=1.8V。深注意2.

TTL与非门的工作原理电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门电压传输特性曲线(三)TTL与非门的外特性及主要参数1.

电压传输特性和噪声容限输出电压随输入电压变化的特性uI较小时工作于AB段，这时V2、V5截止，V3、V4导通，输出恒为高电平，UOH

3.6V，称与非门工作在截止区或处于关门状态。uI较大时工作于BC段，这时V2、V5工作于放大区，uI的微小增大引起uO急剧下降，称与非门工作在转折区。uI很大时工作于CD段，这时V2、V5饱和，输出恒为低电平，UOL

0.3V，称与非门工作在饱和区或处于开门状态。

电压传输特性测试电路0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOLSTTL与非门电压传输特性曲线饱和区：与非门处于开门状态。截止区：与非门处于关门状态。转折区下面介绍与电压传输特性有关的主要参数：有关参数0uO/VuI/V0.31.02.03.03.61.02.0ACDBUOHUOL电压传输特性曲线标准高电平USH

当uO≥

USH时，则认为输出高电平，通常取USH=3V。标准低电平USL当uO≤

USL时，则认为输出低电平，通常取USL=0.3V。关门电平UOFF保证输出不小于标准高电平USH时,允许的输入低电平的最大值。开门电平UON保证输出不高于标准低电平USL时,允许的输入高电平的最小值。阈值电压UTH转折区中点对应的输入电压，又称门槛电平。USH=3VUSL=0.3VUOFFUONUTH近似分析时认为：uI>UTH，则与非门开通，输出低电平UOL；uI<UTH，则与非门关闭，输出高电平UOH。噪声容限越大，抗干扰能力越强。指输入低电平时，允许的最大正向噪声电压。UNL=UOFF–UIL

指输入高电平时，允许的最大负向噪声电压。UNH=UIH–UON

输入信号上叠加的噪声电压只要不超过允许值，就不会影响电路的正常逻辑功能，这个允许值称为噪声容限。

输入高电平噪声容限UNH输入低电平噪声容限UNL输入负载特性测试电路

输入负载特性曲线0uI/VR1/k

UOFF1.1FNROFFRON2.

输入负载特性

ROFF称关门电阻。RI<ROFF时，相应输入端相当于输入低电平。对STTL系列，ROFF

700

。

RON称开门电阻。RI>RON时，相应输入端相当于输入高电平。对STTL系列，RON

2.1k

。RONROFFUOFF[例]

下图中，已知ROFF

800

，RON

3k

，试对应输入波形定性画出TTL与非门的输出波形。(a)(b)tA0.3V3.6VO不同TTL系列，RON、

ROFF不同。相应输入端相当于输入低电平，也即相当于输入逻辑0。逻辑0因此Ya输出恒为高电平UOH。相应输入端相当于输入高电平，也即相当于输入逻辑1。逻辑1因此，可画出波形如图所示。YbtOYatUOHO解：图(a)中，RI=300

<ROFF

800

图(b)中，RI=5.1k

>RON

3k

3.负载能力负载电流流入与非门的输出端。负载电流从与非门的输出端流向外负载。负载电流流入驱动门IOL负载电流流出驱动门IOH输入均为高电平输入有低电平输出为低电平

输出为高电平

灌电流负载拉电流负载

不管是灌电流负载还是拉电流负载，负载电流都不能超过其最大允许电流，否则将导致电路不能正常工作，甚至烧坏门电路。实用中常用扇出系数NOL表示电路负载能力。门电路输出低电平时允许带同类门电路的个数。

通常按照负载电流的流向将与非门负载分为

灌电流负载拉电流负载

由于三极管存在开关时间，元、器件及连线存在一定的寄生电容，因此输入矩形脉冲时，输出脉冲将延迟一定时间。输入信号UOm0.5UOm0.5UImUIm输出信号4.

传输延迟时间输入电压波形下降沿0.5UIm处到输出电压上升沿0.5Uom处间隔的时间称截止延迟时间tPLH。

输入电压波形上升沿0.5UIm处到输出电压下降沿0.5Uom处间隔的时间称导通延迟时间tPHL。平均传输延迟时间t