TTL电路工作原理_一文读懂TTL电路的基本结构、工作原理和特性

分立元件门电路虽然结构简单，但存在体积大、工作可靠性差、工作速度慢等缺点。1961年，德州仪器率先将数字电路的元件和导线制作在同一个硅片上，制成了集成电路。由于体积小、重量轻、工作可靠，集成电路在大多数领域已经迅速取代了分立元件电路。随着集成电路制造技术的发展，集成电路的集成度越来越高。

TTL信号是一种数字信号。CMOS传输门是一种可控的开关电路，可以传输数字和模拟信号。

根据集成度的高低，集成电路分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。根据制造工艺的不同，集成电路分为双极型和单极型。TTL门电路是应用最广泛的双极数字集成电路之一。

与非门电路是TTL门电路中最常用的。以TTL与非门为例，介绍了TTL电路的基本结构、工作原理和特点。

(一)1)TTL与非门的基本结构

图1是TTL与非门的电路结构。可以看出，TTL与非门电路的基本结构由输入级、中间级和输出级三部分组成。因为电路的输入输出都是三极管结构，所以这种结构的电路称为三极管-三极管逻辑电路。

图1 TTL与非门电路的基本结构

输入级：输入级是一个与门结构。T1为多发射极晶体管，其集电极结可视为二极管，其发射极结(三个发射极结)可视为与前者背对背的三个二极管，如图2所示。因此，输入级是一个与门：y=a b c。

(a)多发射极晶体管(b)多发射极晶体管的等效二极管电路

图2多发射极晶体管的等效电路

中间级：由晶体管T2和电阻RC1、RE2组成。在电路导通期间，T2的放大被用于为输出管T3提供大的基极电流，这加速了输出管的导通。所以中间级的作用是提高输出管的开通速度，提高电路的性能。

输出级：由晶体管T3、T4、二极管D和电阻RC4组成。如图3所示，图3(a)是上述三极管与非门电路，图3(b)是TTL与非门电路的输出级。从图中可以看出，输出级由晶体管T3操作。但在输出级电路中，晶体管T4、二极管D和RC4组成的有源负载代替了晶体管非门电路中的RC，以使输出级具有较强的负载能力。

图3晶体管与非门和TTL与非门输出级

(2)工作原理

以下分析中，假设输入高低电平分别为3.6V和0.3V，PN结导通压降为0.7V.

所有输入都是高电平3.6V(逻辑1)

如果不考虑T2，应该是UB1=UA0.7=4.3V.显然，在T2和T3存在的情况下，T2和T3的发射极结必须同时导通。一旦T2和T3导通，UB1被箝位在2.1V(UB1=0.73=2.1V)，那么T1的发射极结反相，集电极结正偏，这就是所谓的反向放大工作状态。因为电源通过RB1和T1的集电极结给T2提供了足够的基极电位，使得T2饱和，而T2的发射极电流在RE2上产生的压降给T3提供了足够的基极电位，使得T3饱和，所以输出端的电位为UY=UCES=0.3V，UCES为T3的饱和压降。

可以看出，与非门的逻辑功能之一是实现的：当所有输入为高时，输出为低。

输入低电平0.3V(逻辑0)。

当一个或几个输入端处于0.3V的低电平(逻辑0)时，T1的基极与发射极级之间存在正向偏置，发射极结导通，T1的基极电位箝位在UB1=0.30.7=1V。T2和T3都被切断了。由于T2关断，从工作电源VCC流过RC2的电流只是T4的基极电流，很小，在RC2上产生的电压降可以忽略不计。所以UB4VCC=5v，T4和D相连，所以Uy=VCC-UBE4-UD=5-0.7-0.7=3.6V.

可以看出，与非门逻辑功能的另一个方面是实现的：当输入为低电平时，输出为高电平。

基于以上两种情况，该电路满足NAND的逻辑功能，是与非门。

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