TTL电路分类: 中速TTL、高速TTL(HTTL)、肖特基TTL(STTL)、低功耗TTL(LTTL) 、低功耗肖特基TTL(LSTTL) 、先进低功耗肖特基TTL(ALSTTL)等2.3 TTL门电路,三极管—三极管逻辑门电路(TTL),是指输入端和输出端都用三极管的电路,简称TTL电路,是双极型数字集成电路2.3.1 TTL与非门典型电路及其工作原理,(1) 电路组成,电路分三个部分: 输入级、中间级、输出级① 输入级：R1、T1、D1、D2,T1为多发射极晶体管,D1、D2 为钳位二极管，起保护T1管的作用② 中间级: R2、T2、R3,分相、放大作用,③ 输出级: R4、T4、T5、D3,输出级特点： 静态功耗低，开关速 度快，这种电路结构 称为推拉式电路2) 工作原理,设输入信号高低电平分别为 ViH=3.4V; ViL=0.2V,PN结正向导通电压为0.7V;,三极管电流放大倍数β=20一) 输入中有低电平,T1管发射结导通,T1管饱和由于T2基极电压仅为0.3V ,故T2、 T5均截止T4、D3导通，输出约为3.6V(5-0.7-0.7=3.6). 输出高电平1二) 输入均为高电平,T1管处于倒置工作状态 (be结反偏,bc结正偏.);,T2管处于饱和工作状态;,T4D3管处于截止工作状态;,T5管处于饱和工作状态;,F输出为“0”。
2.3.2 TTL与非门的电压传输特性,电压传输特性是指输出电压VO随输入电压VI的变化规律 VO=f(VI),1. 特性曲线分析,,截止区,T5管截止.,,线性区,T5管截止,T4管 处于放大区 (射极跟随输出).,,转折区,T2、T5由放大 进入饱和,T4进入截止.,,饱和区,T5管饱和.,VOH,VOL,,,,VTH,2. 主要参数,(1)输出高电平VOH, 低电平VOL2)阈值电压VTH:转折区中间点对应的输入电压,约为 1.4V3) 输入端噪声容限 VNH、VNL,2.3.3 TTL与非门的静态输入与输出特性,1. 输入特性,1)输入伏安特性( II=f(Vi) ),定义：电流流入T1的发射极 方向为正方向2)反映出的主要参数,(1) IIL (输入低电平电流),(2) IIH (输入高电平电流),IIH约在40μA以下作为前级门的拉电流负载.),(作为前级门的灌电流 负载.),2.输入端负载特性,在门输入端和地之间接电阻Ri,当电阻从0Ω逐步增加时，由于电阻内部有电流流过,会使电阻两端电压Vi逐步增加当T1管饱和导通时:,Roff≈0.9kΩ, Ron≈3kΩ当Ri小于R0ff时,输入为低 电平;当Ri高于Ron时,输入 为高电平。
3.输出特性,1) 灌电流工作情况,驱动门输出为低电平（T5管饱和，T4管截止）,负载门电流流入驱动门，流入驱动门的电流值IL取决于和驱动门相连接的负载门个数,即IL=NIIL(IIL为负载门低电平输入电流,约为1mA左右),由曲线可见,对所分析的电路,当灌电流不超过16mA时,VO不超过VOLmax=0.4V称带灌电流负载能力IOLmax=16mA,一个门在低电平时能驱动同类门的最大个数为: NOL=IOLmax/IIS=16/1.1≈14 (这里的IIS为输入短路电流),2) 拉电流工作情况,驱动门输出为高电平 （T5管截止）,负载门输入电流由驱动门提供,流出驱动门的电流值IH取决于和驱动门相连接的负载门的管脚的个数,即,从曲线上看，当IO大于5mA时，VO才开始出现下降趋势，但决定IOHmax值的并不是VOHmin,而是器件的功耗在上面讨论的电路中, IOHmax约为400 μ ANOH=IOHmax/IIH=400/40=10,IH=NIIH (IIH为负载门高电平输入电流,约为40μA左右),取 min(NOL,NOH)=N 定义为扇出系数,则 min(14,10)=10,2.3.4 TTL与非门的动态特性,1. 传输延迟时间tpd,传输延迟时间指门电路的输出信号相对于输入信号的延迟时间。
一般 tPLHtPHL,2. 电源的动态尖峰电流,TTL门电路的功耗等于电源电压VCC和电源电流ICC的乘积,由于VCC=5V为定值,所以ICC的大小就能反映功耗的大小.对于上述电路,稳态时,输出为高电平时的电流ICCH≈1.1mA,输出为低电平时的电流ICCL≈3.4mA在动态情况下,特别是当输出电平由低突然变为高的过渡过程中,在某个瞬间,会使门电路中的所有管子均导通,使电源电流出现尖峰脉冲.尖峰电流有时可达40mA电源的动态尖峰电流引起的后果:,使电源的平均电流加大.而且,工作频率越高,平均电流增加越多;,2)电源的动态尖峰电流通过电源和地线的内阻,形成系统 内部的噪声源2.3.5 改进型TTL门电路,主要改进 1）传输延迟时间；2）功耗；3）转换特性TTL集成电路系列型号及性能表,系 列 标准系列 低功耗肖 特基系列 肖特基系列 先进低功耗 肖特基系列 高速系列 先进肖特 基系列 快速系列 低功耗系列,,,,,,,,,,,,型号举例 7400 74LS00 74S00 74ALS00 74F00 74AS00 74H00 74l00,,功耗/门 P(mW) 10 2 19 1 4 10 22 1,,传输时延 tpd(ns) 10 10 3 4 3 1.5 6 35,,时延功耗积 P tpd(PJ) 100 20 57 4 12 15 132 35,电源电压VCC=5V 逻辑摆幅 3.5V,2.3.6 其它类型的TTL门电路,除与非门外,TTL电路产品中还有各种功能的门,如或非门、异或门等。
这里介绍两种具有不同输入输出结构的TTL门,较为重要1.集电极开路门(OC门) (以与非门为例说明),,OC门的特点:,1) 实现线与功能,说明: ①普通的TTL电路不能将输出端连在一起,输出端连在一起,可能使电路形成低阻通道,使电路因电流过大而烧毁; ②由于OC门的集电极是开路的,要实现正常的逻辑功能,需外加上拉电阻上拉电阻R的选取：,n: OC门输出端并接的个数,m: 负载门的输入端总数,P: 负载门的总数,2) 作电平转换器,改变和上拉电阻相连的电源值，可改变输出高电平的值3) 作驱动器,OC门能输出较大的电压 和电流，可直接作为驱动 器驱动发光二极管、脉冲 变压器等OC门的缺点：工作速度慢 原因： 推拉式输出结构被破坏，使输出端负载电 容的充电要经过RL2. 三态输出门(TSL门),三态门(TSL门)的输出有三个状态,即: 0,1和高阻,在使用中,由控制端(称使能控制端)来控制电路的输出状态当EN=1时,P=1,二极管截止,电路等效为普通与非门2) 当EN=0时,P=0,T4 和T5均截止,输出 高阻态三态门的基本用途为实现用一根导线轮流传输几个不同的数据或控制信号,通常将接受多个门的输出信号的线称为总线。
注意： 在总线结构中，任一时刻仅允许一个门工作2.4 ECL门电路,(Emitter Coupled Logic),ECL门电路（发射极耦合逻辑电路）是一种新型高速逻辑电路,内部采用高速电流开关型电路,内部放大器工作在放大区或截止区,从根本上克服了因饱和而产生的存储电荷对速度的影响ECL门电路是目前各类集成电路中速度最快的电路.,2.4.1 ECL门电路的工作原理,1. ECL门的核心电路,ECL门的核心电路是电流 开关电路.电流开关电路实 际上是一个差分放大器设: VR=－1.2V;ViL=－1.6V; ViH=－0.8V;α=0.95,当Vi=ViL时: 由于: VR=－1.2V 所以T2导通,T1截止. Ve=VR－0.7=－1.9V 流过Re的电流为 Ie= [－1.9 －(－5)]/0.5=6.2mA,该电流全部流过T2管的集电极,VO2为 VO2=－αIeRC2≈ －0.8V 显然,T2工作在放大区.由于T1截止,所以 VO1=0V,2) 当Vi=ViH时: 由于 VR=－1.2V,所以T1 导通,T2截止, Ve= － 0.8－0.7=－1.5V,流过Re的电流为 Ie= [－1.9 －(－5)]/0.5=7mA 该电流全部流过T1管的集电 极,VO1为 VO1=－αIeRC1≈ －0.8V 显然,T1工作在放大区.由于T2截止,所以 VO2=0V,2.实用的ECL门电路,电路由电流开关、基准电压、射极跟随器组成； T4、T5两管（构成射极跟随器）使输入电压和输出电 压一致，同时使输出负载能力提高； 3) 互补输出，同时实现或和或非功能。
2.4.2 ECL门电路的主要特点,1. 速度快,开关管导通时工作在非饱和状态,消除了存储电荷效应; 2) 逻辑摆幅小,缩短了寄生电容的充放电时间2.带负载能力强,输入阻抗高输出阻抗低3.逻辑功能强,互补输出4.功耗大,功耗包括电流开关、射极跟随器、参考电源5. 抗干扰能力差,Homework,习题2-4，2-5，2-6,。