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机械技术

TTL电路简单介绍:高速度、低功耗

时间:2019-12-26 11:40:14   作者:Jack.L   来源:   阅读:60   评论:0
  TTL电路是晶体管-晶体管逻辑电路的英文缩写,TTL电路是数字集成电路的一大门类。它采用双极型工艺制造,具有高速度低功耗和品种多等特点。

  TTL电路以双极型晶体管为开关元件,所以又称双极型集成电路。双极型数字集成电路是利用电子和空穴两种不同极性的载流子进行电传导的器件。


TTL电路简单介绍:高速度、低功耗

  它具有速度高(开关速度快)、驱动能力强等优点,但其功耗较大,集成度相对较低。

  根据应用领域的不同,它分为54系列和74系列,前者为军品,一般工业设备和消费类电子产品多用后者。74系列数字集成电路是国际上通用的标准电路。其品种分为六大类:74&TImes;&TImes;(标准)、74S&TImes;&TImes;(肖特基)、74LS××(低功耗肖特基)、74AS××(先进肖特基)、74ALS××(先进低功耗肖特基)、74F××(高速)、其逻辑功能完全相同。

  分立元件门电路虽然结构简单,但是存在着体积大、工作可靠性差、工作速度慢等许多缺点。1961年美国德克萨斯仪器公司率先将数字电路的元器件和连线制作在同一硅片上,制成了集成电路。由于集成电路体积小、质量轻、工作可靠,因而在大多数领域迅速取代了分立元件电路。随着集成电路制作工艺的发展,集成电路的集成度越来越高。

  按照集成度的高低,将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、超大规模集成电路。根据制造工艺的不同,集成电路又分为双极型和单极型两大类。TTL门电路是目前双极型数字集成电路中用的最多的一种。

  TTL门电路中用的最普遍的是与非门电路,下面以TTL与非门为例,介绍TTL电路的基本结构、工作原理和特性。

  (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与非门电路基本结构由3部分构成:输入级、中间级和输出级。因为电路的输入端和输出端都是三极管结构,所以称这种结构的电路为三极管---三极管逻辑电路。

  1.jpg

  (2)工作原理

  在下面的分析中假设输入高、低电平分别为3.6V和0.3V,PN结导通压降为0.7V。

  ①输入全为高电平3.6V(逻辑1)

  如果不考虑T2的存在,则应有UB1=UA+0.7=4.3V。显然,在存在T2和T3的情况下,T2和T3的发射结必然同时导通。而一旦T2和T3导通之后,UB1便被钳在了2.1V(UB1=0.7×3=2.1V),所以T1的发射结反偏,而集电结正偏,称为倒置放大工作状态。由于电源通过RB1和T1的集电结向T2提供足够的基极电位,使T2饱和,T2的发射极电流在RE2上产生的压降又为T3提供足够的基极电位,使T3也饱和,所以输出端的电位为UY=UCES=0.3V,UCES为T3饱和压降。

  可见实现了与非门的逻辑功能之一:输入全为高电平时,输出为低电平。

  ②输入低电平0.3V(逻辑0)

  当输入端中有一个或几个为低电平0.3V(逻辑0)时,T1的基极与发射级之间处于正向偏置,该发射结导通,T1的基极电位被钳位到UB1=0.3+0.7=1V。T2和T3都截止。由于T2截止,由工作电源VCC流过RC2的电流仅为T4的基极电流,这个电流较小,在RC2上产生的压降也小,可以忽略,所以UB4≈VCC=5v,使T4和D导通,则有:UY=VCC-UBE4-UD=5-0.7-0.7=3.6V。

  可见实现了与非门的逻辑功能的另一方面:输入有低电平时,输出为高电平。

  综合上述两种情况,该电路满足与非的逻辑功能,是一个与非门。

  一、TTL门电路一般由晶体三极管电路构成。对于TTL电路多余输入端的处理,应采用以下方法:

  1、TTL与门和与非门电路:

  •将多余输入端接高电平,即通过限流电阻与电源相连接;

  •根据TTL门电路的输入特性可知,当外接电阻为大电阻时,其输入电压为高电平,这样可以把多余的输入端悬空,此时输入端相当于外接高电平;

  •通过大电阻(大于1kΩ)到地,这也相当于输入端外接高电平;

  •当TTL门电路的工作速度不高,信号源驱动能力较强,多余输入端也可与使用的输入端并联使用。

  2、TTL或门、或非门:

  •接低电平;

  •接地;

  •由TTL输入端的输入伏安特性可知,当输入端接小于IKΩ的电阻时输入端的电压很小,相当于接低电平,所以可以通过接小于IKΩ(500Ω)的电阻到地。

  二、CMOS门电路一般是由MOS管构成,在使用CMOS门电路时输入端特别注意不能悬空

  •与门和与非门电路:多余输入端应采用高电平,即可通过限流电阻(500Ω)接电源。

  •或门、或非门电路:多余输入端的处理方法应是将多余输入端接低电平,即通过限流电阻(500Ω)接地。

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