TTL电路

　　 TTL电路是晶体管-晶体管逻辑电路的英文缩写（Transister-Transister-Logic ），是数字集成电路的一大门类。它采用双极型工艺制造，具有高速度和品种多等特点。 从六十年代开发成功第一代产品以来现有以下几代产品。

　　第一代TTL包括SN54/74系列，（其中54系列工作温度为-55℃～+125℃，74系列工作温度为0℃～+75℃) ，低功耗系列简称lttl，高速系列简称HTTL。

　　第二代TTL包括肖特基箝位系列（STTL)和低功耗肖特基系列（LSTTL）。

　　第三代为采用等平面工艺制造的先进的STTL(ASTTL)和先进的低功耗STTL（ALSTTL）。由于LSTTL和ALSTTL的电路延时功耗积较小，STTL和ASTTL速度很快，因此获得了广泛的应用。

　　各类TTL门电路的基本性能：

　　电路类型TTL数字集成电路约有400多个品种，大致可以分为以下几类：

　　门电路

　　译码器/驱动器

　　触发器

　　计数器

　　移位寄存器

　　单稳、双稳电路和多谐振荡器

　　加法器、乘法器

　　奇偶校验器

　　码制转换器

　　线驱动器/线接收器

　　多路开关

　　存储器

　　TTL与非门电压传输特性 LSTTL与非门电压传输特性

　　瞬态特性 由于寄生电容和晶体管载流子的存储效应的存在，输入和输出波形如 右。存在四个时间常数td,tf,ts和tr。

　　延迟时间td

　　下降时间tf

　　存储时间ts

　　上升时间tr

　　基本单元“与非门”常用电路形式

　　四管单元 五管单元 六管单元

　　主要封装形式

　　双列直插

　　扁平封装

请参照《数字电子技术基础》第四版 高等教育出版社，清华大学电子教研室 阎石主编的P53页电路图

　　1、当Vi=Ve1=0.2v 时T1导通，这时Vb1被钳制到0.2+0.7=0.9v，由于T1导通，故Vb2=Ve1=Vi=0.2v,由于Vb2<0.7v，所以T2截止,T3导通，T4截止，Vo输出为高电平。

　　2、当Vi=Ve1=3.6v 时T1也导通，这时Vb1被临时钳制到3.6v+0.7=4.3v，由于T1导通，故Vb2=Ve1=Vi=3.6v,由于Vb2>0.7v，所以T2导通，侧Ve2=Vb4=3.6v-0.7v=2.9v,Vb4>0.7v,所以T4导通，由于T2的导通导致T3的基极Vb3被钳制到0V，所以T3截止；所以Vo输出为低电平。另外由于T4的导通，并且发射极接地，反过来有影响到T4的基极被钳制到Vb4=0v+0.7v=0.7v,同样T2导通所以T2的基极Vb2=Vb4+0.7v=1.4v,再同样T1导通Ve1=vb2=1.4v,Vb1=Ve1+0.7v=2.1v。

非门电路是TTL集成门电路中结构最简单的一种电路，因非门电路的输出与输入反相，所以非门电路又称为反相器，典型的TTL反相器电路。 

反相器电路由输入级，倒相级和输出级三部分组成。电路的输入和输出级电路都是由三极管组成的，所以，电路称为TTL（Transistor-Transistor Logic）门电路。目前较通用的TTL门电路是74LS系列的集成电路。 

 门电路的输出端根据不同的需要通常都带有不同的负载，门电路输出端典型的负载也是门电路，描述门电路输出端最多所能够带的门电路数称为门电路的扇出系数，门电路带负载的电路。 

由门电路的输入特性曲线和输出特性曲线可知，当门电路的输出电压为高电平时，

后级门电路的输入信号为高电平。在这种情况下，前级门电路的输出电流分几路流入后级的门电路，后级门电路接收前级门电路输出的电流。因这种接收电流的作用等效于将电流从前级门电路中拉出来，所以，后级门电路被称为拉电流负载。由此可得，门电路高电平输出时，所带的负载为拉电流负载。 

当门电路的输出电压为低电平时，后级门电路的输入信号为低电平。在这种情况下，后级门电路的输入电流为负值，说明后级门电路的输入端有电流流出，输入端流出的电流汇总后再流入前级门电路的输出端，前级门电路输出端接收后级门电路流出的电流。因这种接收作用等效于后级门电路向前级门电路灌电流的作用，所以后级门电路被称为前级门电路的灌电流负载。由此可得，门电路低电平输出时，所带的负载为灌电流负载。 

因拉电流负载和灌电流负载的特性不相同，所以，计算门电路的扇出系数时，要分带拉电流负载和带灌电流负载两种不同的情况来计算，最后的结果取较小的那一个。

电路设计图(8)TTL全称Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT逻辑门电路，是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路，应用较早，技术已比较成熟。TTL主要有BJT（Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管，晶体三极管）和电阻构成，具有速度快的特点。最早的TTL门电路是74系列，后来出现了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。但是由于TTL功耗大等缺点，正逐渐被CMOS电路取代。 TTL门电路有74（商用）和54（军用）两个系列，每个系列又有若干个子系列。 TTL电平信号: TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。 TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响。 TTL输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。 TTL电路是电流控制器件，TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元。

CMOS集成电路介绍

自1958年美国德克萨斯仪器公司(TI)发明集成电路（IC）后，随着硅平面技术的发展，二十世纪六十年代先后发明了双极型和MOS型两种重要的集成电路，它标志着由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了量和质的飞跃。 MOS是:金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为 CMOS-IC（ Complementary MOS Integrated Circuit）。 目前数字集成电路按导电类型可分为双极型集成电路（主要为TTL）和单极型集成电路（CMOS、NMOS、PMOS等）。CMOS电路的单门静态功耗在毫微瓦（nw）数量级。 CMOS发展比TTL晚，但是以其较高的优越性在很多场合逐渐取代了TTL。 以下比较两者性能，大家就知道其原因了。 1.CMOS是场效应管构成，TTL为双极晶体管构成 2.CMOS的逻辑电平范围比较大（5～15V），TTL只能在5V下工作 3.CMOS的高低电平之间相差比较大、抗干扰性强，TTL则相差小，抗干扰能力差 4.CMOS功耗很小，TTL功耗较大（1～5mA/门） 5.CMOS的工作频率较TTL略低，但是高速CMOS速度与TTL差不多相当。 集成电路中详细信息： 1,TTL电平： 输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。 2，CMOS电平： 1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。 3，电平转换电路： 因为TTL和CMOS的高低电平的值不一样（ttl 5v<＝＝>cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。 4，驱动门电路 OC门，即集电极开路门电路，OD门，即漏极开路门电路，必须外接上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路。 5，TTL和CMOS电路比较： 1）TTL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件。 2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。 CMOS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。 CMOS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。 3）CMOS电路的锁定效应： CMOS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，CMOS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。 防御措施： 1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。 2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。 3）在VDD和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。 4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启CMOS电路得电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭CMOS电路的电源。 6，CMOS电路的使用注意事项 1）CMOS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。 2）输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的 电流限制在1mA之内。 3）当接长信号传输线时，在CMOS电路端接匹配电阻。 4）当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。 5）CMOS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏CMOS。 7，TTL门电路中输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）： 1）悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。 2）在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。CMOS门电路就不用考虑这些了。 8，TTL和CMOS电路的输出处理 TTL电路有集电极开路OC门，MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门，它的输出就叫做开漏输出。OC门在截止时有漏电流输出，那就是漏电流，为什么有漏电流呢？那是因为当三机管截止的时候，它的基极电流约等于0，但是并不是真正的为0，经过三极管的集电极的电流也就不是真正的0，而是约0。而这个就是漏电流。开漏输出：OC门的输出就是开漏输出；OD门的输出也是开漏输出。它可以吸收很大的电流，但是不能向外输出的电流。所以，为了能输入和输出电流，它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要。