TTL反相器的基本電路（六款TTL反相器的基本電路設(shè)計(jì)原理圖詳解）

帶電阻負(fù)載的BJT反相器，其動(dòng)態(tài)性能不理想。因而，在保持邏輯功能不變的前提下，可以另外加若干元器件以改善其動(dòng)態(tài)性能，如減少由于BJT基區(qū)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)和負(fù)載電容所引起的時(shí)延。這需改變反相器輸入電路和輸出電路的結(jié)構(gòu)，以形成TTL反相器的基本電路。

圖2表示TTL反相器的基本電路，該電路由三部分組成，即BJTT1組成電路的輸入級(jí)，T3、T4和二極管D組成輸出級(jí)，以及由T2組成的中間級(jí)作為輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電路，將T2的單端輸入信號(hào)V12轉(zhuǎn)換為互補(bǔ)的雙端輸出信號(hào)。以驅(qū)動(dòng)T3和T4。

圖2 ?TTL反相器的基本電路

1.TTL反相器的工作原理

（1）當(dāng)輸入為高電平，如vI=3.6V時(shí)，電源VCC通過Rb1和T1的集電結(jié)向T2、T3提供基極電流，使T2、T3飽和，輸出為低電平，vo＝0.2V。此時(shí)

VB1=VBC1+VBE2+VBE3=（0.7+0.7+0.7）V=2.1V

顯然，這時(shí)T1的發(fā)射結(jié)處于反向偏置，而集電結(jié)處于正向偏置。所以T1處于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)倒置使用的放大狀態(tài)。由于T2和T3飽和，輸出VC3=0.2V，同時(shí)可估算出VC2的值：

VC2=VCES2+VB3=（0.2+0.7）V=0.9V

此時(shí)，VB4=VC2=0.9V。作用于T4的發(fā)射結(jié)和二極管D的串聯(lián)支路的電壓為VC2-VO=（0.9-0.2）V=0.7V，顯然，T4和D均截止，實(shí)現(xiàn)了反相器的邏輯關(guān)系：輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平。

（2）當(dāng)輸入為低電平，vI=0.2V時(shí)，T1的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，其基極電壓等于輸入低電壓加上發(fā)射結(jié)正向壓降，即

VB1=（0.2+0.7）V=0.9V

此時(shí)VB1作用于T1的集點(diǎn)結(jié)和T2、T3的發(fā)射結(jié)上，所以T2、T3都截止，輸出為高電平。

由于T2截止，VCC通過RC2向T4提供基極電流，致使T4和D導(dǎo)通，其電流流入負(fù)載。輸出電壓為

vO≈VCC-VBE4-VD=（5-0.7-0.7）V=3.6V

顯然：輸入為低電平時(shí)，輸出為高電平。

2.采用輸入級(jí)以提高工作速度

當(dāng)TTL反相器輸入電壓由高（3.6V）變低（0.2V）的瞬間，VB1＝（0.2+0.7）V＝0.9V。但由于T2、T3原來(lái)是飽和的，它們的基區(qū)存儲(chǔ)電荷還來(lái)不及消散，在此瞬間，T2、T3的發(fā)射結(jié)仍處于正向偏置，T1的集電極電壓為

VC1=VBE2+VBE3=（0.7+0.7）V=1.4V

此時(shí)，T1的集電結(jié)為反向偏置，因輸入為低電平時(shí)，T1的發(fā)射結(jié)為正向偏置，于是T1工作在放大區(qū)，這時(shí)產(chǎn)生基極電流iB1，其射極電流β1iB1流入低電平的輸入端。集電極電流iC2≈β1iB1的方向是從T2的基極流向T1的集電極，它很快地從T2的基區(qū)抽走多余的存儲(chǔ)電荷，使T2迅速地脫離飽和而進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。T2的迅速截止導(dǎo)致T4立刻導(dǎo)通，相當(dāng)于T3的負(fù)載是個(gè)很小的電阻，使T3的集電極電流加大，多余的存儲(chǔ)電荷迅速?gòu)募姌O消散而達(dá)到截止，從而加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

3.采用推拉式輸出級(jí)以提高開關(guān)速度和帶負(fù)載能力

圖2采用了由T3、T4組成推拉式輸出級(jí)。其中T4組成電壓跟隨器，T3為共射極電路，作為T4的射極負(fù)載。這種輸出級(jí)的優(yōu)點(diǎn)是，既能提高開關(guān)速度，又能提高帶負(fù)載能力。

TTL反相器的基本電路（一）

TTL與非門電路

圖2所示的基本TTL反相器不難改變成為多輸入端的與非門。它的主要特點(diǎn)是在電路的輸入端采用了多發(fā)射極的BJT。器件中的每一個(gè)發(fā)射極能各自獨(dú)立地形成正向偏置的發(fā)射結(jié)，并可促使BJT進(jìn)入放大或飽和區(qū)。兩個(gè)或多個(gè)發(fā)射極可以并聯(lián)地構(gòu)成一大面積的組合發(fā)射極。

圖3（a）說(shuō)明采用多發(fā)射極BJT用作3輸入端TTL與非門的輸入器件。當(dāng)任一輸入端為低電平時(shí)，T1的發(fā)射結(jié)將正向偏置而導(dǎo)通，T2將截止。結(jié)果將導(dǎo)致輸出為高電平。只有當(dāng)全部輸入端為高電平時(shí)，T1將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，T2和T3均飽和，輸出為低電平。

圖3（b）為3輸入端TLL與非門的邏輯符號(hào)。

圖3 具有多發(fā)射級(jí)BJT的3輸入端與非門電路（a）電路圖（b）邏輯符號(hào)