其他功能的TTL门电路优化

一、集电极开路与非门（OC门）

一般的TTL门电路，不论输出高电平，还是输出低电平，其输出电阻都很低，只有几十欧姆，因此不能把两个或两个以上的TTL门电路的输出端直接并联在一起。否则，当其中一个输出高电平，另一个输出低电平时，它们中的导通管会在电源和地之间形成一个低电阻串联通路，产生的大电流可能导致门电路因功耗过大而损坏。即使不被损坏，也不能输出正确的逻辑电平。为了满足门电路输出端能直接并联而又不破坏输出逻辑状态和损坏电路，设计出了集电极开路的TTL门电路，又称为OC（OpenCollector）门。

1.集电极开路与非门（OC门）的电路结构

OC与非门的电路特点是其输出管的集电极开路，故在工作时，需在输出端Y和电源VCC之间外接一个负载电阻RL，如图6.4.9（a）所示，逻辑符号如图6.4.9（b）所示，图中“”为集电极开路门的总限定符号。

2.工作原理

当输入端中有低电平时，VT2和VT5均截止，输出端Y输出高电平，UOH≈VCC。当输入端都为高电平时，VT2和VT5均导通，只要RL值适当，VT5可达到饱和，使Y输出低电平，UOL≈0.3V。

图6.4.9　集电极开路与非门及其逻辑符号

（a）电路图；（b）逻辑符号

可见，OC门接上外接电阻后，具有与非门的功能。其外接电阻RL的大小影响其开关速度，其值越大，速度越低，故OC门只适用于开关速度要求不高的场合。

3.OC门的应用

（1）实现线与逻辑。将两个或多个OC门输出端连在一起可实现线与功能。如图6.4.10所示为两个OC门输出端相连后经电阻RL接电源VCC实现线与的电路，图中输出端相连接处的矩形框为线与功能的图形符号。由图可以看出，，，当Y1和Y2中有低电平时，输出Y＝0；只有当Y1和Y2都为高电平时，输出Y＝1。故其表达式为

图6.4.10　用OC门实现线与功能

由上式可知，两个OC与非门线与连接后，可实现与或非逻辑功能。

（2）实现电平转换。由OC与非门的工作原理可知：当输入端都为高电平时，输出的低电平UOL≈0.3V；当输入端中有低电平时，输出的高电平UOH≈VCC。所以，选择用不同的电源电压VCC，可使输出的高电平适应下一级电路对高电平的要求，只要OC与非门输出管的集－射反射击穿电压UBR（CEO）＞VCC即可，从而实现电平转换。OC门的这一特性，被广泛用于数字系统的接口电路，实现前后级的电平匹配。

（3）驱动非逻辑负载。图6.4.11（a）所示为用OC门驱动发光二极管的电路。当输入都为高电平时输出低电平，LED导通发光；当输出为高电平时LED截止熄灭。

如图6.4.11（b）所示为用OC门驱动继电器的电路。图中二极管的作用是保护OC与非门的输出管不被击穿。

图6.4.11　用OC门驱动发光二极管和继电器的电路

（a）驱动发光二极管电路；（b）驱动继电器电路

（4）实现总线传输。用OC门实现多路信号在总线上的分时传输如图6.4.12所示，图中D1、D2、…、Dn为所需要传送的数据，E1、E2、…、En为各OC门的选通信号。若E1＝1，E2＝…＝En＝0时， ， Y2＝…＝Yn＝1，则总线上的数据为：Y＝Y1·Y2·Y3…Yn＝。总线上的数据可以同时被所有的负载门接收，也可以在选通信号控制下，让指定的负载门接收。(www.xing528.com)

图6.4.12　用OC门实现总线传输

二、三态输出门 （TSL门）

三态门是指不仅可以输出高电平、低电平两个状态，还可以输出高阻状态的门电路，又称TSL门。三态门是数字系统在采用总线结构时对接口电路提出的要求。

1.三态输出门的电路结构

图6.4.13（a）所示为三态与非门电路，与图6.4.1相比，增加了R6、VT6、VD。为控制端，又称为使能端，逻辑符号如图6.4.13（b）所示，图中“2”为三态输出门的总限定符号。

2.工作原理

当时，三极管VT6截止，其集电极电位VC6为高电平，使VT1中与VT6集电极相连的发射结也截止，同时VD也截止。此时三态门与普通与非门完全一样，完成与非功能，，电路处于工作状态。

图6.4.13　三态输出与非门及其逻辑符号

（a）电路图；（b）有效的逻辑符号；（c）EN＝1有效的逻辑符号

当时，三极管VT6饱和导通，其集电极电位VC6＝0.3V，VD导通，使VC2＝0.3＋0.7＝1（V），三极管VT4截止。同时，VC6使VT1发射极之一为低电平，VT1的基极电位VB1＝0.3＋0.7＝1（V），VT2和VT5均截止。因而输出端相当于悬空或开路，这时三态门相对于负载呈高阻状态，称为悬浮状态或禁止状态。三态门在禁止状态下，与负载无信号联系，不产生任何逻辑功能。

图6.4.13（b）所示的三态门，当时，三态门处于工作状态，当时，三态门处于禁止状态，称为低电平有效的三态门。图6.4.13（c）所示的三态门，当EN＝1时，三态门处于工作状态，当EN＝0时，三态门处于禁止状态，称为高电平有效的三态门。

3.三态输出门的应用

（1）用三态门构成单向总线。在数字系统中，为了减少连线的数量，往往希望在同一根导线上采用分时传送多路不同信息，可采用三态门来实现。

如图6.4.14所示电路中，只要在三态门的控制端EN1、EN2、EN3上轮流加上有效高电平，且任何时刻只有一个三态门处于工作状态，其余三态门输出为高阻状态，则各三态门输出的信号便轮流送到总线上，而且这些输出信号不会产生相互干扰。

图6.4.14　用三态门构成单向总线

（2）用三态门构成双向总线。图6.4.15所示为用三态门构成的双向总线。当EN＝1时，G1工作，G2输出高阻，数据D0经G1反相后送到总线上；当EN＝0时，G2工作，G1输出高阻，数据D1经G2反相后送到总线上。可见，通过控制EN的值可实现数据的双向传输。

图6.4.15　用三态门构成双向总线