TTL反相器：原理及应用探讨

TTL门电路是三极管-三极管逻辑电路（Transistor-Transistor Logic）的简称，它具有结构简单、工作性能稳定可靠、工作速度快等优点。它是目前双极型集成电路中用得最多的一种集成电路。

1. TTL反相器的结构和工作原理

TTL反相器的基本电路如图8.5.2所示，它由三部分组成：T1和Rb1组成的输入级，其作用是提高工作速度及阻抗匹配；T2、Rc2和Re2组成的倒相级，其作用是将输入信号uI2转换为极性相反的两个输出信号uI3和uI4；T3、T4、D和Rc4组成的推拉式输出级，其作用提高开关速度和带负载能力。

图8.5.2　TTL反相器的基本电路

当输入电压uI=UIL=0.2 V 时，T1的发射结导通，其基极电压为uB1=UIL+UBE1=0.9 V ，该电压作用于T1的集电结和T2、T3的发射结上，所以T2、T3都截止，而T4和D导通。由于T2截止，Rc2上的压降可忽略不计，则uO=UOH≈VCC-UBE4-UD=3.6 V 。当输入电压uI=UIH=3.6 V 时，VCC通过Rb1和T1集电结给T2、T3提供基极电流，使T2、T3饱和导通，此时uB1=UBC1+UBE2+UBE3=2.1V ，使T1管的发射结反偏，而集电结正偏，所以使T1管处于倒置放大状态。由于T2和T3饱和，使uC2=UCES2+UBE3=0.9 V 。该电压作用于T4的发射结和二极管D两个PN结上，所以T4和D截止。所以uO=UOL≈UCES3=0.2 V 。

可见输出与输入之间是反相关系。

2. TTL非门电压的传输特性

把TTL反相器电路的输出电压与输入电压的变化用曲线描绘出来，就得到了TTL反相器的电压传输特性曲线，如图8.5.3所示。

在曲线AB段，因为uI＜0.6 V ，所以uB1＜1.3 V ，T2、T3截止而T4、D导通，故输出为高电平(www.xing528.com)

这一段为截止区。

图8.5.3　TTL反相器电压传输曲线

在BC段，因为0.7 V＜uI＜1.3 V ，所以T2工作在放大区、T3截止。此时随着uI的升高uO线性下降。这一段为线性区。

在CD段，当输入电压uI上升到1.4V左右时，uB1约为2.1 V，此时T2和T3将同时导通，T4截止，输出电压急剧地下降为低电平。这一段为转折区。转折区中点对应的输入电压称为阈值电压，用UTH表示。

在DE段，uI继续升高时，uO不再变化，这一段为饱和区。

如果将TTL反相器的输入端通过一个可变电阻R接地，改变R的大小，也可得到图8.5.2的电压传输特性曲线，此时将可变电阻R两端的电压视为uI。当R=0（输入端短路，即输入端直接接地）时，uO=UOH；当R=∞（输入端开路）时，uO=UOL。把uI=UIL（max）时所对应的R称为关门电阻ROFF；把uI=UIH（min）时所对应的R称为开门电阻RON。TTL门电路的关门电阻ROFF的典型值为0.8 kΩ，开门电阻RON的典型值为2 kΩ。

由此可见，TTL门的输入端通过小于ROFF的电阻接地，该输入端等效于输入低电平；TTL门的输入端开路（输入引脚悬空）或通过大于RON的电阻接地，该输入端等效于输入高电平；TTL门的输入端不允许将阻值在ROFF～RON的电阻接在输入端。