关于晶体管-晶体管逻辑TTL电路.ppt

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1、第四章晶体管-晶体管逻辑（TTL）电路4.1一般的TTL与非门4.1.1标准TTL与非门（四管单元）特点：输入级——多发射极晶体管，在电路的截止瞬态（由输出低电平转向高电平时），Q1管可反抽Q2管基区中的过剩少子，使电路的平均传输延迟时间下降，从而提高了电路的工作速度。输出级——采用图腾柱结构(Q3—D和Q5轮流导通)，使电路的功耗下降。版图设计上，可以把Q5和D设计成一个复合管，共用一个隔离岛。标准54/74（T1000）系列TTL与非门Q5和D复合版图和剖面图简易TTL与非门一、简易TTL与非门存在的问题1、电路输入端抗干扰能力太小它的低电平噪声容限VN

2、ML。只有0.2～0.3V，噪声稍微大一点，电路逻辑功能就要错乱。2、电路输出端负载能力太弱，它的扇出N0大约为2到3。这是因为它的输出管基极驱动电流太小，虽然可以减小R1以增大IB2，但R1减小后，IIL也将增大，负载能力并不能得到明显的改善．而且电阻减小后，电路功耗还将增加。3、由于多射极管的反抽作用，电路截止延迟时间有了改善，但因IB2太小，电路导通延迟时间改善不大。总结：虽然它不能作为单块电路使用，但它线路简单，所占版图面积小，在TTL中大规模集成电路中有着重要应用。二、四管单元的优势1、电路抗干扰能力增强因为在Q1、Q5之间增加的Q2管，它的发射结

3、相当于一个起电平位移作用的二极管，它使电路低电平噪声容限VNML提高了一个结压降。2、电路负载能力增强（1）Q2管的作用，它把Q1管的基流先放大再驱动输出管Q5（2）有源负载的作用。因为Q5和Q3构成推挽输出(又称图腾柱输出)：电路导通时：V0为低，Q5导通，Q3截止；电路截止时，V0为高，Q5截止，电源通过R5和导通的Q3驱动负载。（3）Q5基极驱动电路增大了，电路的导通延迟得到了改善。3、二极管D的作用电路导通时：Q2，Q5饱和，输出V0＝VOL，这时Q2的集电极和输出之间的电位差为这使Q3和D不能同时导通，所以D是一个电平位移二极管，确保Q2，Q5饱和

4、时，Q3截止。4.1.254H/74H五管单元与非门四管单元的劣势输出端从低电平向高电乎转换的瞬间，从电源经R5，Q3，D到Q5有瞬态大电流流过，因而在二极管D的PN结有大量的存储电荷，由于在线路上没有泄放回路，这些电荷只能靠管子本身的复合而消失，这必将影响到电路的开关速度。五管单元可以提高电路的速度和增强电路的负载能力1、采用达林顿管作为高电平输出级。2、电路中各个电阻的阻值比四管单元电路的电阻阻值小，所以工作电流增大，使tpd下降。1、采用达林顿管作为高电平输出级。即以Q3，Q4构成的达林顿管来代替四管单元电路中的Q3和D。Q4的VBE同样起到了电平位移

5、作用，但由于此时VCB4＝VCE3＞0，Q4不会进入饱和，所以Q4导通时基区的存储电荷大大减少，而且Q4的基极有R4泄放电阻。可在倒相时泄放存储电荷，使电路的平均传输延迟时间tpd下降，因而提高了电路的工作速度。而且，达林顿管射随器的电流增益大，输出电阻小，有利于对负载电容的充电，从而提高了电路速度，也增大了电路高电平输出时的负载能力。2、电路中各个电阻的阻值比四管单元电路的电阻阻值小，所以工作电流增大。使tpd下降。此电路功耗较大，为22mw左右，约为四管单元电路的两倍以上，电路优值为132pJ。总结：无论是四管单元还是五管单元，Q5的基极回路由电阻R3构

6、成，由于R3的存在给电路的特性带来了两方面的问题（1）电路的抗干扰能力较差（2）对提高电路速度不利在电路截止瞬态，R3提供了Q5管存贮电荷的泄放通路，加速了截止过程。但在导通瞬态，它分走了部分Q5管的基极驱动电流，使下降时间延长；因而从改善电路的瞬态特性考虑，希望Q5管的基极泄放回路是个有源网络，它的等效阻抗是可变的。在截止瞬态它呈现低阻；在导通瞬态，它表现为高阻。Vi<0.6V时，VB2<0.7V，Q2，Q5截止，输出高电平，对应曲线上的AB段；Vi≥0.6V时，Q2开始导通，VC2下降，V0跟随VC2的下降线性下降，对应线段BC，BC斜率为1.3V≤V

7、i≤1.4V时，Q5导通并达到饱和，输出电平下降很快，直到低电平VOL对应曲线上CDE段，Vi≥1.4V后，输出为低电平。由于存在BC段电路的低电平噪声容限降低了，用一个管子来代替R3，Vi必须≥1.3V时，Q2Q5才能同时导通，这就避免了传输曲线上的BC段，R3的存在，分走了部分Q5的基极驱动电流，使下降时间延长。上述的四管单元与非门电路，在输出端从低电平向高电平转换的瞬间，从电源经R5，Q3，D到Q5有瞬态大电流流过，因而在二极管D的PN结有大量的存储电荷，由于在线路上没有泄故回路，这些电荷只能靠管子本身的复合而消失，这必将影响到电路的开关速度。在上述的

8、四管单元和五管单元与非门电路中，输出管Q5的基极回路