TTL集成逻辑门实现与非逻辑功能及电路原理

1.最简单的TTL与非门

（1）电路结构 如图7-20所示，它是由多发射极晶体管V1与电阻R₁串联组成的与门电路和由电阻R₂与晶体管V2构成的非门电路所组成。图中e_1A～e_1D为多发射极晶体管V1的发射极，b1为基极，每一个发射极和基极之间都有一个PN结，基极和集电极之间也有一个PN结，用等效二极管来表示其PN结电路，如图7-21所示。

（2）工作原理 当与非门的输入端全是高电平（3.6V左右）时，V1的四个发射结都处于反向偏置。因为若不是反向偏置，则b1点的电位就一定应高于3.6V，这时V1的集电结和V2的发射结必然导通，从而将b1点的电位钳制在1.4V。因此，当输入端全为高电平时，V1的四个发射结必定反向偏置，此时电流由E_c流经R₁、C₁到V2的基极，使V2导通。适当地选择R₁和R₂的阻值，即可使V2处于饱和状态，与非门输出为低电平（0.3V左右）。当输入端有一个或几个为低电平（0.3V左右）时，b1的电位被钳位在1V（0.3V+U_beD），V2截止，输出为高电平，约等于电源电压E_c。

图7-20 最简单的TTL与非门

图7-21 用等效二极管表示多发射极晶体管的PN结

2.典型的TTL与非门

（1）电路结构 如图7-22所示，该电路由五只晶体管组成，整个电路分为与门级、分相级和输出级三部分。

1）与门级。由多发射极晶体管V1和R₁组成，完成与逻辑功能，当V2由导通转为截止时，V2基区储存电荷可经V1的集电极、发射极向低电位输入端放电，使V2很快截止。

2）分相级。由V2和R₂、R₃组成。这一级的作用是从V2的发射极和集电极同时得到两个相位相反的信号，作为V3和V5的驱动信号。

图7-22 典型的TTL与非门(www.xing528.com)

a）电路 b）逻辑符号

3）输出级。由V3、V4、V5和R₄、R₅组成。其中V3和V4组成复合管作为V5的有源负载。V5为反相器，完成逻辑非的作用。V3、V4和V5推拉工作，在V4和V5中，总有一个导通，不论哪个导通，其输出阻抗都很低。因为V3、V4构成射极输出电路，而V5又处于深度饱和，输出阻抗也很低。因此，TTL电路无论是输出高电平还是输出低电平，都具有很低的输出电阻，所以它的带负载能力大大提高。

（2）工作原理

1）当输入端有低电平（0.3V）时，V1基极电位被钳制在0.3V+0.7V=1V左右，所以V2、V5处于截止状态。又由于V2截止，其集电极电位接近于电源电压E_c，所以V3、V4都导通，输出端Z输出为高电平3.6V。

U_Z=E_c-I_b3R₂-U_be3-U_be4

因为I_b3很小，可以忽略不计。当E_c=+5V时，U_z=5V-0.7V-0.7V=3.6V。由于V5截止，当接上负载后，有电流从电源经R₅流向每个负载门，这种电流称为拉电流。

2）当输入端全为高电平（3.6V）时，V1基极电位被钳制在0.7V+0.7V+0.7V=2.1V，V1的三个发射结都处于反向偏置而截止。这时V1处于“倒置”状态（即原来的发射结与集电结调换使用）。V1的基极电流I_b1全部流入V2基极，使V2、V5饱和导通，所以V2的集电极电位为

U_c2=U_bes-U_ce2=0.7V+0.3V=1V

此点电位即为V3的基极电位，所以V3可以导通，V3发射极电位为

U_e3=U_b3-U_be3=1V-0.7V=0.3V

此点电位即为V4的基极电位，而V4的发射极电位U_e4（即U_c5）也约为0.3V，所以V4截止。在输出端接负载后，V5的集电极电流全部由外接负载灌入，这种电流称为灌电流。