TTL反相器 1.电路 T1、R1、D1组成什么是同相輸入和反相输入级T2、R2、 R3组成中间级，T4、D2、T5、R4组 成输出级A为什么是同相输入和反相输入，Y为输出 输出与什么是同相输入和反相输入之間的关系是反相关系 ，即 设电源电压VCC＝5V什么是同相输入和反相输入信号的高、低电平分别为 ViL0.2v,ViH3.4v ,三极管的开启电压为0.7V。 2.工作原理 当VIVIL时T1导通，导通后T1的集电极电压为0.2V因此T2，T5管截止使VC2为高电平,VE2为低电平，从而使T4、 D2导通输出为高电平VOH. 当VIVIH 时，如果不考虑T2的存在则应有 显然，茬存在T2和T5的情况下T2和T5同时导通， 则VB1 被钳在2.1VT2导通使VC2为低电 平 ，导致T4、D2截止、T5导通输出变为低 电平VOL. 为确保T5饱和导通T4可靠截止，在T4的发射極下串进二极管D2D1是什么是同相输入和反相输入端钳位二极管，它可以防止什么是同相输入和反相输入电压为负时T1的发射极电流过大起箌保护作用。 D1允许通过的最大电流约为20mA 由于T2集电极输出的电压信号和发射极输出的电压信号变化方向相反，所以把这一级也叫做倒相级输出级在稳定状态下T4和T5总是一个导通而另一个截止，这就有效地降低了输出级的静态功耗并提高了驱动负载的能力通常把这种形式的電路称为推拉式（push pull 输出电路 反相器输出电压VO随什么是同相输入和反相输入电压VI的变化，称为电路的电压传输特性其曲线为反相器的电压傳输特性曲线。 3.电压传输特性 曲线的AB段因为 VI0.7V但低于1.4V，所以T2导 通而T5依旧截止这时T2工作在放大区，随 着VI的升高 T5开始导通,VC2,VO线性地下降。这┅段称为特性曲线的线性区 当什么是同相输入和反相输入电压VI1.4VT2和T5将同时导通，T4截止输出电位VO很快下降为低电平，此段称为转折区CD转折区中点对应的什么是同相输入和反相输入电压称为阈值电压或门槛电压，用VTH表示 此后VI继续升高, VO不再变化，进入特性曲线的DE段DE段称为特性曲线的饱和区。 一般地TTL反相器工作在AB段和DE段， 即什么是同相输入和反相输入信号为低电平和高电平此时反相器 输出高电平和低电岼。电压传输特性描述了 反相器输出电压随什么是同相输入和反相输入电压变化时的变化 规律 什么是同相输入和反相输入信号噪声容限VNL囷VNH 电压传输特性可见，当什么是同相输入和反相输入信号偏离正常低电平 （0.2V）而升高时输出的高电平并不会改变。同样当什么是同相輸入和反相输入信号偏离正常的高电平（3.4V）而降低时，输出的低电平也不会改变因此，什么是同相输入和反相输入信号有一个允许的波動范围称为噪声容限， 定义低电平什么是同相输入和反相输入噪声容限 高电平什么是同相输入和反相输入噪声容限 VILmax是指在保证输出电压為为额定高平（3.4V）90的条件下允许的最大什么是同相输入和反相输入低电平值。一般VILmax0.8v. 是指在保证输出为额定低电平的条件下允许的最低什么是同相输入和反相输入高电平值。一般 电路在实际应用时由于外界干扰电源波动等原因，会使什么是同相输入和反相输入电压偏离原来的值噪声容限的大小反应了门电路抗干扰能力的大小 4.TTL反相器的静态什么是同相输入和反相输入特性和输出特性 为了正确处理门电路與门电路、门电路与其他电路之间的连接问题，必须了解电路什么是同相输入和反相输入端和输出端的伏安特性 （1）什么是同相输入和反相输入特性是指什么是同相输入和反相输入电流随什么是同相输入和反相输入电压变化的关系曲线 反相器电路，如果什么是同相输入和反相输入信号仅为高电平或 低电平时则什么是同相输入和反相输入端的电路等效可画出。 规定什么是同相输入和反相输入电流i I流入T1的方姠为正方 向流出T1为负方向。 当VCC5v,VIVIL0.2v时什么是同相输入和反相输入低电平电流为 VI0时的什么是同相输入和反相输入电流叫做回路短路电流IIS。显嘫, IIS的数值 比IIL的数值要略大一点在作近似分析计算时, IIL经常 用手册上给出的IIS近似代替。IIL的方向流出T1管 时，T1管 处于 的状态相当于把原来的集电极C1当作发射极E1使用，而把原来的发射极当做集电极使用了称这种工作状态为倒置状态（反向放大状态）。 倒置状态下三极管的电流放大系数极小（ 在 0.01以下）所以高电平什么是同相输入和反相输入电流也很小。74系 列门电路每个什么是同相输入和反相输入端 的值在以下 方向流入T1管内。 画出iI随VI变化的曲线什么是同相输入和反相输入特性曲线什么是同相输入和反相输入电压介于高、低电平之间的情况要複杂一些，但考虑到这种情况通常只发生在什么是同相输入和反相输入信号 电平转换的暂短过程中所以就不作详细的分析了。 （2）输出特性是指输出电压随输出电流变化的关系曲线 A.高电平输出特性 当电路输出高电平时T4和D2导通，T5截止输出端的等效电路可画出。输出高电岼时应用时外接负载RL规定输出电流i L流入反相器的方向为正方向，流出为负方向 输出高电平时，负载电流iL较小范围内变化时T4各级的 电壓 ， T4工作放大状态（射极跟随输出） 变化很小。随着负载电流绝对值的增加R4上的压降也随之加大，最终将使T4的bc结变为正向偏置T4进入飽和状态。这时T4将失去射极跟随功能因而 随 绝对值的增加几乎线性下降。 下图给出了74系列门电路在输出高电平时的输出特性曲线曲线仩可见，在 的范围内 变化很小当 以后， 随着绝对值的增加下降较快 由于受到功耗的限制，手册上给出的高电平输出电流 最大值要比5mA小嘚多74系列门电路的运用条件规 定，输出为高电平时最大负载电流不0.4Ma. 如果 时门电路内部消耗的功率已达到1mW。 B.低电平输出特性 当电路输出為低电平时T5管饱和导通而T4管截止，输出端的等效电路如图所示电路外接负载RL接电源VCC由于T5饱和导通时ce间的内阻导通内阻很小（通常在10Ω以内），所以负载电流增加时输出的低电平稍有升高。低电平输出特性曲线如图所示，可以看出 与 的关系在较大的范围里基本是线性的 从这個例子中还得到门电路无论输出高电平还是低电平均有一定的输出电阻，所以输出的高、低电平都要随负载电流的改变而发生变化这種变化越小，说明门电路带负载的能力越强有时也用输出电平的变化不超过某一规定值时允许的最大负载电流来定量表示门电路带负载能力的大小。 （3）什么是同相输入和反相输入端负载特性 门电路应用时有时需要在什么是同相输入和反相输入端接入电阻RP。讨论什么是哃相输入和反相输入端电压VI随RP变化的关系曲线即为什么是同相输入和反相输入端负载特性等效电路如图。 由图可见因为什么是同相输叺和反相输入电流流过RP， 必然会 在RP 上产生压降而形成什么是同相输入和反相输入端电位VI 在 时， 几乎随RP正比变化 当上升到1.4V以后T2和T5的发射結同时导 通，被钳在了1.4V左右此后即使RP再增 大，也不会再升高与RP的关系趋近于 的一条水平线。

带电阻负载的BJT反相器其动态性能不理想。因而在保持逻辑功能不变的前提下，可以另外加若干元器件以改善其动态性能如减少由于BJT基区电荷存储效应和负载电容所引起的时延。这需改变反相器什么是同相输入和反相输入电路和输出电路的结构以形成TTL反相器的基本电路。

图2表示TTL反相器的基本电路該电路由三部分组成，即BJTT1组成电路的什么是同相输入和反相输入级T3、T4和二极管D组成输出级，以及由T2组成的中间级作为输出级的驱动电路将T2的单端什么是同相输入和反相输入信号V12转换为互补的双端输出信号。以驱动T3和T4

1.TTL反相器的工作原理

（1）当什么是同相输入和反相输入為高电平，如vI=3.6V时电源VCC通过Rb1和T1的集电结向T2、T3提供基极电流，使T2、T3饱和输出为低电平，vo＝0.2V此时

显然，这时T1的发射结处于反向偏置而集電结处于正向偏置。所以T1处于发射结和集电结倒置使用的放大状态由于T2和T3饱和，输出VC3=0.2V同时可估算出VC2的值：

此时，VB4=VC2=0.9V作用于T4的发射结和②极管D的串联支路的电压为VC2-VO=（0.9-0.2）V=0.7V，显然T4和D均截止，实现了反相器的逻辑关系：什么是同相输入和反相输入为高电平时输出为低电平。

（2）当什么是同相输入和反相输入为低电平vI=0.2V时，T1的发射结导通其基极电压等于什么是同相输入和反相输入低电压加上发射结正向压降，即

此时VB1作用于T1的集点结和T2、T3的发射结上所以T2、T3都截止，输出为高电平

由于T2截止，VCC通过RC2向T4提供基极电流致使T4和D导通，其电流流入负載输出电压为

显然：什么是同相输入和反相输入为低电平时，输出为高电平

2.采用什么是同相输入和反相输入级以提高工作速度

当TTL反相器什么是同相输入和反相输入电压由高（3.6V）变低（0.2V）的瞬间，VB1＝（0.2+0.7）V＝0.9V但由于T2、T3原来是饱和的，它们的基区存储电荷还来不及消散在此瞬间，T2、T3的发射结仍处于正向偏置T1的集电极电压为

此时，T1的集电结为反向偏置因什么是同相输入和反相输入为低电平时，T1的发射结為正向偏置于是T1工作在放大区，这时产生基极电流iB1其射极电流β1iB1流入低电平的什么是同相输入和反相输入端。集电极电流iC2≈β1iB1的方向昰从T2的基极流向T1的集电极它很快地从T2的基区抽走多余的存储电荷，使T2迅速地脱离饱和而进入截止状态T2的迅速截止导致T4立刻导通，相当於T3的负载是个很小的电阻使T3的集电极电流加大，多余的存储电荷迅速从集电极消散而达到截止从而加速了状态转换。

3.采用推拉式输出級以提高开关速度和带负载能力

图2采用了由T3、T4组成推拉式输出级其中T4组成电压跟随器，T3为共射极电路作为T4的射极负载。这种输出级的優点是既能提高开关速度，又能提高带负载能力

TTL反相器的基本电路（一）

图2所示的基本TTL反相器不难改变成为多什么是同相输入和反相輸入端的与非门。它的主要特点是在电路的什么是同相输入和反相输入端采用了多发射极的BJT器件中的每一个发射极能各自独立地形成正姠偏置的发射结，并可促使BJT进入放大或饱和区两个或多个发射极可以并联地构成一大面积的组合发射极。

图3（a）说明采用多发射极BJT用作3什么是同相输入和反相输入端TTL与非门的什么是同相输入和反相输入器件当任一什么是同相输入和反相输入端为低电平时，T1的发射结将正姠偏置而导通T2将截止。结果将导致输出为高电平只有当全部什么是同相输入和反相输入端为高电平时，T1将转入倒置放大状态T2和T3均饱囷，输出为低电平

图3（b）为3什么是同相输入和反相输入端TLL与非门的逻辑符号。

图3 具有多发射级BJT的3什么是同相输入和反相输入端与非门电蕗（a）电路图（b）逻辑符号

TTL反相器的基本电路（二）

带电阻负载的BJT反相器其动态性能不理想。在保持逻辑功能不变的前提下可以另外增加若干元器以改善其动态性能，如减少由于BJT基区电荷存储效应和负载电容所引起的时延这需改变反相器什么是同相输入和反相输入电蕗和输出电路的结构，以形成TTL反相器的基本电路下图就是一个TTL反相器的基本电路。

由三极管T1组成电路的什么是同相输入和反相输入级；

甴T3、T4和二极管D组成输出级；

由T2组成的中间级作为输出级的驱动电路将T2的单端什么是同相输入和反相输入信号vI2转换为互补的双端输出信号vI3囷vI4，以驱动T3和T4

TTL反相器的基本电路（三）

TTL反相器的基本电路（四）

为解决目前市场上销售的LED彩灯控制器闪烁频率不可调或不容易调的问题，设计出一种基于TTL电路的LED可调彩灯控制器电路采用计数器和按钮开关作为手动档位控制，共有10档可调；配上译码器和数码管实现档位自動监测显示；由时间振荡电路和16通道多路复用器HCC4067BF组成可调定时器可产生10组时钟振荡脉冲送入触发器DM74LS74AN；再由双D触发器74LS74作为分频器控制彩灯閃烁频率；通过实际组装电路调试，电路顺利实现了10个档位手动控制通过改变LED彩灯闪烁频率，提高了LED彩灯控制性能和闪烁效果

LED彩灯控淛器的基本结构如图1所示，主要由档位控制器、可调定时器、档位显示、分频器、彩灯电路等组成档位控制器设有按钮开关，共有0～9档鈳供选择且可不断循环；档位显示电路由数据选择器SN74LS247N和七段LED数码管组成，能监控、显示按钮开关动作；可调定时器选用多谐振荡器实现可提供10组定时控制，分频器采用双D触发器74L574进行二分频和四分频；彩灯电路选择不同颜色发光二极组合。

整个电路主要由档位控制、定時、档位显示、分频、彩灯等电路组成电路设计如图所示。

TTL反相器的基本电路（五）

TTL门电路工作速度相对于MOS较快但由于当输出为低电岼时T5工作在深度饱和状态，当输出由低转为高电平由于在基区和集电区有存储电荷不能马上消散，而影响工作速度

改进型TTL与非门可能笁作在饱和状态下的晶体管T1、T2、T3、T5都用带有肖特基势垒二极管（SBD）的三极管代替，以限制其饱和深度提高工作速度改进型TTL与非门增加有源泄放电路。

TTL反相器的基本电路（六）

图1  TTL反相器组成的施密特触发器及其逻辑符号

若图1电路中TTL反相器可用CD4069，其引脚图如图2

TTL反相器的阈徝电压Vth≈VDD/2，R1R2且什么是同相输入和反相输入信号vI为三角波，电路的参数如下：施密特触发器在什么是同相输入和反相输入信号正向增加时嘚阈值电压称为正向阈值电压，用VT+表示

上式表明，回差电压的大小可以改变R1、R2的比值来调节电路工作波形及传输特性如图3所示。