什么是TTL門電路？

TTL是一種集成電路，通過使用雙極性晶體管組合來做到具有驅(qū)動能力的邏輯輸出。TTL最重要的特性是門的輸入在未連接時將為邏輯高電平。

在硬件電路中，會用到邏輯門這樣的數(shù)字器件，對于這樣的數(shù)字器件，從內(nèi)部工藝結(jié)構(gòu)來分的話主要有兩個大的分支：一個是晶體管構(gòu)成的，另一個是場效應(yīng)管構(gòu)成的。而晶體管構(gòu)成的門電路，被稱為TTL門電路。

TTL電路工作原理

TTL門電路也分很多種，比如說非門、與非門、或非門、與或非門以及OC輸出的與非門。雖然種類多，但是基本的工作原理都是類似的。以常用的與非門電路為例對其工作原理進行介紹。

圖1 非門的TTL電路

從圖1中可以看出非門電路是由Q1輸入級、Q2中間級以及Q3、Q4輸出級組成。

①輸入級：Q1從結(jié)構(gòu)上把它看成由二極管構(gòu)成的，兩個二極管的P結(jié)背靠背，N結(jié)分別連接輸入和Q2的基極。

②中間級：由三極管Q2和電阻R2、R4組成。在電路的開通過程中利用Q2的放大作用，為輸出管Q3和Q4提供較大的基極電流，加速了輸出管的導(dǎo)通。所以，中間級的作用是提高輸出管的開通速度，改善電路的性能。

③輸出級：由三極管Q3、Q4、二極管D1和電阻R3組成。從圖中可以看出，輸出級由三極管Q4實現(xiàn)邏輯非的運算。但在輸出級電路中用三極管Q3、二極管D1和R3組成的有源負載來使輸出級具有較強的負載能力。其中D1可以起到三極管be反向擊穿的保護作用。

工作原理

①當(dāng)輸入端Input為邏輯低電平時，電流流經(jīng)R1至Input，Q1晶體管導(dǎo)通，此時Vb(Q2)的電壓小于Vbe導(dǎo)通電壓0.7V，Q2晶體管截止。此時由于R2與R4的存在，使Q3導(dǎo)通、Q4截止，在Out上輸出高電平。由圖1中輸出結(jié)構(gòu)可知，此時輸出高電平電壓將為：Vout = Vcc - Vce - VD1 ≈ Vcc - 1V

②當(dāng)輸入端Input為邏輯高電平時，Q1晶體管截止，此時電流流經(jīng)R1和Q1的PN結(jié)，流向Q2的基極，Q2晶體管導(dǎo)通。此時Q4導(dǎo)通，Q3的基極電壓約為1V，而Q3的導(dǎo)通電壓需要Vb3約為1.7V，Q3將不導(dǎo)通，則在Out上輸出低電平。由圖1中輸出結(jié)構(gòu)可知，此時輸出低電平電壓將為：0.4V。

TTL電路應(yīng)用

①多路與輸入

TTL的多路與輸入可以由圖1簡化而來，由于作為邏輯輸入通常不需要很大的功率，可以去掉功率部分，只保留邏輯部分，如圖二所示。

圖2 2路TTL輸入

②TTL圖騰柱輸出

在下圖所示的電路中，陰影部分表示圖騰柱輸出。三極管Q3、Q4、二極管D1和限流電阻R3構(gòu)成TTL的圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，可以為外部設(shè)備提供較強的供電能力。

圖3 圖騰柱輸出電路

③TTL集電極開漏輸出

TTL邏輯的開漏輸出電路如下圖所示。在此配置中，取消了晶體管Q 3、D1和上拉電阻。取而代之的是外部上拉電阻R3以確保正常運行，如圖所示。

圖4 開漏型TTL輸出

④TTL三態(tài)門輸出

三態(tài)門輸出電路結(jié)構(gòu)如下圖所示，其輸出具有三種輸出狀態(tài)：高、低和高阻。

當(dāng)OE使能為低電平時，Q3、Q4都處于關(guān)閉狀態(tài)，此時的輸出端呈現(xiàn)高阻態(tài)，輸出狀態(tài)浮空。當(dāng)OE使能為高電平時，輸出的狀態(tài)由輸入決定。

圖5 三態(tài)門輸出電路