什么是TTL門(mén)電路？

TTL是一種集成電路，通過(guò)使用雙極性晶體管組合來(lái)做到具有驅(qū)動(dòng)能力的邏輯輸出。TTL最重要的特性是門(mén)的輸入在未連接時(shí)將為邏輯高電平。

在硬件電路中，會(huì)用到邏輯門(mén)這樣的數(shù)字器件，對(duì)于這樣的數(shù)字器件，從內(nèi)部工藝結(jié)構(gòu)來(lái)分的話主要有兩個(gè)大的分支：一個(gè)是晶體管構(gòu)成的，另一個(gè)是場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的。而晶體管構(gòu)成的門(mén)電路，被稱為TTL門(mén)電路。

TTL電路工作原理

TTL門(mén)電路也分很多種，比如說(shuō)非門(mén)、與非門(mén)、或非門(mén)、與或非門(mén)以及OC輸出的與非門(mén)。雖然種類(lèi)多，但是基本的工作原理都是類(lèi)似的。以常用的與非門(mén)電路為例對(duì)其工作原理進(jìn)行介紹。

圖1 非門(mén)的TTL電路

從圖1中可以看出非門(mén)電路是由Q1輸入級(jí)、Q2中間級(jí)以及Q3、Q4輸出級(jí)組成。

①輸入級(jí)：Q1從結(jié)構(gòu)上把它看成由二極管構(gòu)成的，兩個(gè)二極管的P結(jié)背靠背，N結(jié)分別連接輸入和Q2的基極。

②中間級(jí)：由三極管Q2和電阻R2、R4組成。在電路的開(kāi)通過(guò)程中利用Q2的放大作用，為輸出管Q3和Q4提供較大的基極電流，加速了輸出管的導(dǎo)通。所以，中間級(jí)的作用是提高輸出管的開(kāi)通速度，改善電路的性能。

③輸出級(jí)：由三極管Q3、Q4、二極管D1和電阻R3組成。從圖中可以看出，輸出級(jí)由三極管Q4實(shí)現(xiàn)邏輯非的運(yùn)算。但在輸出級(jí)電路中用三極管Q3、二極管D1和R3組成的有源負(fù)載來(lái)使輸出級(jí)具有較強(qiáng)的負(fù)載能力。其中D1可以起到三極管be反向擊穿的保護(hù)作用。

工作原理

①當(dāng)輸入端Input為邏輯低電平時(shí)，電流流經(jīng)R1至Input，Q1晶體管導(dǎo)通，此時(shí)Vb(Q2)的電壓小于Vbe導(dǎo)通電壓0.7V，Q2晶體管截止。此時(shí)由于R2與R4的存在，使Q3導(dǎo)通、Q4截止，在Out上輸出高電平。由圖1中輸出結(jié)構(gòu)可知，此時(shí)輸出高電平電壓將為：Vout = Vcc - Vce - VD1 ≈ Vcc - 1V

②當(dāng)輸入端Input為邏輯高電平時(shí)，Q1晶體管截止，此時(shí)電流流經(jīng)R1和Q1的PN結(jié)，流向Q2的基極，Q2晶體管導(dǎo)通。此時(shí)Q4導(dǎo)通，Q3的基極電壓約為1V，而Q3的導(dǎo)通電壓需要Vb3約為1.7V，Q3將不導(dǎo)通，則在Out上輸出低電平。由圖1中輸出結(jié)構(gòu)可知，此時(shí)輸出低電平電壓將為：0.4V。

TTL電路應(yīng)用

①多路與輸入

TTL的多路與輸入可以由圖1簡(jiǎn)化而來(lái)，由于作為邏輯輸入通常不需要很大的功率，可以去掉功率部分，只保留邏輯部分，如圖二所示。

圖2 2路TTL輸入

②TTL圖騰柱輸出

在下圖所示的電路中，陰影部分表示圖騰柱輸出。三極管Q3、Q4、二極管D1和限流電阻R3構(gòu)成TTL的圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，可以為外部設(shè)備提供較強(qiáng)的供電能力。

圖3 圖騰柱輸出電路

③TTL集電極開(kāi)漏輸出

TTL邏輯的開(kāi)漏輸出電路如下圖所示。在此配置中，取消了晶體管Q 3、D1和上拉電阻。取而代之的是外部上拉電阻R3以確保正常運(yùn)行，如圖所示。

圖4 開(kāi)漏型TTL輸出

④TTL三態(tài)門(mén)輸出

三態(tài)門(mén)輸出電路結(jié)構(gòu)如下圖所示，其輸出具有三種輸出狀態(tài)：高、低和高阻。

當(dāng)OE使能為低電平時(shí)，Q3、Q4都處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)的輸出端呈現(xiàn)高阻態(tài)，輸出狀態(tài)浮空。當(dāng)OE使能為高電平時(shí)，輸出的狀態(tài)由輸入決定。

圖5 三態(tài)門(mén)輸出電路