2023學(xué)年完整公開課版TTL反相器

電子技術(shù)TTL反相器TTL反相器的工作原理1TTL反相器的電壓傳輸特性及參數(shù)2TTL反相器的輸入特性和輸出特性3TTL反相器的其它參數(shù)401

TTL反相器的工作原理

TTL集成邏輯門電路的輸入和輸出結(jié)構(gòu)均采用半導(dǎo)體三極管，所以稱晶體管—晶體管邏輯門電路，簡稱TTL電路。

TTL電路的基本環(huán)節(jié)是反相器。簡單了解TTL反相器的電路及工作原理，重點掌握其特性曲線和主要參數(shù)（應(yīng)用所需知識）。TTL反相器的工作原理1.電路組成TTL反相器的基本電路圖

TTL反相器的工作原理(1)輸入級NPN當(dāng)輸入低電平時，

uI=0.3V，發(fā)射結(jié)正向?qū)ǎ?/p>

uB1=1.0V當(dāng)輸入高電平時，

uI=3.6V，發(fā)射結(jié)受后級電路的影響將反向截止。uB1由后級電路決定。NNPTTL反相器的工作原理(2)中間級反相器VT2實現(xiàn)非邏輯反相輸出同相輸出向后級提供反相與同相輸出。輸入高電壓時飽和輸入低電壓時截止TTL反相器的工作原理(3)輸出級（推拉式輸出）VT3為射極跟隨器低輸入高輸入飽和截止低輸入高輸入截止導(dǎo)通TTL反相器的工作原理2.工作原理（1）當(dāng)輸入高電平時，

uI=3.6V，VT1處于倒置工作狀態(tài)，集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，uB1=0.7V×3=2.1V，VT2和VT4飽和，輸出為低電平uO=0.3V。2.1V0.3V3.6VTTL反相器的工作原理（2）當(dāng)輸入低電平時，

uI=0.3V，VT1發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，uB1=0.3V+0.7V=1V，VT2和VT4均截止，VT3和VD導(dǎo)通。輸出高電平uO=VCC-UBE3-UD≈5V-0.7V-0.7V=3.6V1V3.6V0.3VTTL反相器的工作原理(3)采用推拉式輸出級利于提高開關(guān)速度和負(fù)載能力

VT3組成射極輸出器，優(yōu)點是既能提高開關(guān)速度，又能提高負(fù)載能力。當(dāng)輸入高電平時，VT4飽和，uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集電極電流可以全部用來驅(qū)動負(fù)載。當(dāng)輸入低電平時，VT4截止，VT3導(dǎo)通(為射極輸出器)，其輸出電阻很小，帶負(fù)載能力很強(qiáng)?？梢姡瑹o論輸入如何，VT3和VT4總是一管導(dǎo)通而另一管截止。這種推拉式工作方式，帶負(fù)載能力很強(qiáng)。TTL反相器的工作原理02

TTL反相器的電壓傳輸特性及參數(shù)電壓傳輸特性：輸出電壓uO與輸入電壓uI的關(guān)系曲線。TTL反相器電路的電壓傳輸特性截止區(qū)線性區(qū)轉(zhuǎn)折區(qū)飽和區(qū)1.曲線分析VT4截止，稱關(guān)門VT4飽和，稱開門TTL反相器的電壓傳輸特性及參數(shù)2.結(jié)合電壓傳輸特性介紹幾個參數(shù)

(1)輸出高電平UOH典型值為3V。(2)輸出低電平UOL

典型值為0.3V。TTL反相器的電壓傳輸特性及參數(shù)(3)開門電平UON一般要求UON≤1.8V(4)關(guān)門電平UOFF一般要求UOFF≥0.8V

在保證輸出為額定低電平的條件下，允許的最小輸入高電平的數(shù)值，稱為開門電平UON。在保證輸出為額定高電平的條件下，允許的最大輸入低電平的數(shù)值，稱為關(guān)門電平UOFF。UOFFUONTTL反相器的電壓傳輸特性及參數(shù)

(5)閾值電壓UTH

電壓傳輸特性曲線轉(zhuǎn)折區(qū)中點所對應(yīng)的uI值稱為閾值電壓UTH（又稱門檻電平）。通常UTH≈1.4V。

(6)噪聲容限（UNL和UNH

）噪聲容限也稱抗干擾能力，它反映門電路在多大的干擾電壓下仍能正常工作。

UNL和UNH越大，電路的抗干擾能力越強(qiáng)。TTL反相器的電壓傳輸特性及參數(shù)UOFFUNLUILUONUNHUIHTTL反相器的電壓傳輸特性及參數(shù)①低電平噪聲容限（低電平正向干擾范圍）

UNL=UOFF-UIL

UIL為電路輸入低電平的典型值（0.3V）若UOFF=0.8V，則有UNL=0.8-0.3=0.5(V)

②高電平噪聲容限（高電平負(fù)向干擾范圍）

UNH=UIH-UON

UIH為電路輸入高電平的典型值（3V）若UON=1.8V，則有UNH=3-1.8=1.2(V)TTL反相器的電壓傳輸特性及參數(shù)03

TTL反相器的輸入特性和輸出特性1.

輸入伏安特性輸入電壓和輸入電流之間的關(guān)系曲線。TTL反相器的輸入伏安特性圖（a）測試電路（b）輸入伏安特性曲線TTL反相器的輸入特性和輸出特性

兩個重要參數(shù)：

(1)輸入短路電流IIS當(dāng)uI=0V時，iI從輸入端流出。

iI=－(VCC－UBE1)/R1=－(5－0.7)/4≈－1.1mA

(2)高電平輸入電流IIH

當(dāng)輸入為高電平時，VT1的發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏，處于倒置工作狀態(tài)，倒置工作的三極管電流放大系數(shù)β反很小(約在0.01以下)，所以

iI=IIH=β反

iB2

IIH很小，約為10μA左右。TTL反相器的輸入特性和輸出特性圖2-12輸入負(fù)載特性曲線（a）測試電路（b）輸入負(fù)載特性曲線

TTL反相器的輸入端對地接上電阻RI時，uI隨RI

的變化而變化的關(guān)系曲線。2.輸入負(fù)載特性TTL反相器的輸入特性和輸出特性在一定范圍內(nèi)，uI隨RI的增大而升高。但當(dāng)輸入電壓uI達(dá)到1.4V以后，uB1=2.1V，RI增大，由于uB1不變，故uI=1.4V也不變。這時VT2和VT4飽和導(dǎo)通，輸出為低電平。虛框內(nèi)為TTL反相器的部分內(nèi)部電路

TTL反相器的輸入特性和輸出特性RI不大不小時，工作在線性區(qū)或轉(zhuǎn)折區(qū)。RI較小時，關(guān)門，輸出高電平；RI

較大時，開門，輸出低電平；ROFFRONRI→∞懸空時？TTL反相器的輸入特性和輸出特性

(1)關(guān)門電阻ROFF——在保證門電路輸出為額定高電平的條件下，所允許RI

的最大值稱為關(guān)門電阻。典型的TTL門電路ROFF≈0.7kΩ。

(2)開門電阻RON——在保證門電路輸出為額定低電平的條件下，所允許RI

的最小值稱為開門電阻。典型的TTL門電路RON≈2kΩ。數(shù)字電路中要求輸入負(fù)載電阻RI≥RON或RI≤ROFF

，否則輸入信號將不在高低電平范圍內(nèi)。振蕩電路則令ROFF≤RI≤RON使電路處于轉(zhuǎn)折區(qū)。TTL反相器的輸入特性和輸出特性3.輸出特性

指輸出電壓與輸出電流之間的關(guān)系曲線。

(1)輸出高電平時的輸出特性負(fù)載電流iL不可過大，否則輸出高電平會降低。輸出高電平時的輸出特性圖（a）電路（b）特性曲線拉電流負(fù)載TTL反相器的輸入特性和輸出特性輸出低電平時的輸出特性圖（a）電路（b）特性曲線(2)輸出低電平時的輸出特性負(fù)載電流iL不可過大，否則輸出低電平會升高。一般灌電流在20mA以下時，電路可以正常工作。典型TTL門電路的灌電流負(fù)載為12.8mA。灌電流負(fù)載TTL反相器的輸入特性和輸出特性04

TTL反相器的其它參數(shù)1.平均傳輸延遲時間tpd

平均傳輸延遲時間tpd表征了門電路的開關(guān)速度。tpd=（tpLH+tpHL）/2

TTL反相器的平均延遲時間圖

TTL反相器的其它參數(shù)2．TTL門電路主要參數(shù)的典型數(shù)據(jù)74系列TTL門電路主要參數(shù)的典型數(shù)據(jù)表參數(shù)名稱典型數(shù)據(jù)

導(dǎo)通電源電流ICCL

≤10mA

截止電源電流ICCH

≤5mA

輸出高電平UO