2022-2023学年高二物理竞赛课件：TTL反相器的电路结构和工作原理

TTL反相器的电路结构和工作原理 输入噪声容限 TTL反相器的电路结构和工作原理 从电压传输特性看，当输入电压vI偏离正常低电平（0.2V）升高，在一定范围内，输出高电平并不立刻改变。同样当输入电压偏离正常高电平（3.4V）降低，在一定范围内，输出低电平并不立刻改变 图3.5.10 TTL反相器的电 压传输特性 在保证输出高、低电平基本不变（或者说变化大小不超出允许范围）的条件下，输入电平的允许波动的范围称为输入端抗干扰容限（噪声容限）。分为输入为高电平噪声容限VNH和输入为低电平噪声容限VNL。 计算方法与CMOS电路一样，如图3.5.11所示，其输入高电平噪声容限VNH和输入低电平噪声容限VNL的计算方法为 TTL反相器的电路结构和工作原理 图3.5.11 TTL反相器噪声容限的计算 74系列典型值为： VOH（min)=2.4V, VOL（max)=0.4V, VIH（min)=2.0V, VIL（max)=0.8V, VNH=0.4V, VNL=0.4V, 3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 对于TTL反相器，输入电流随输入电压的变化关系，称为输入特性，其输入端的等效电路如图3.5.12所示。 一、输入特性 a.当输入为低电平时，即vI＝0.2V，若VCC＝5V，则TTL反相器的输入电流为 3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 当vI＝0时 此电流IIS称为输入短路电流，在TTL门电路手册中给出，由于和输入电流值相近，故分析和计算时代替IIL。 b.当输入为高电平时，即vI＝3.4V，T1发射结截止，处于倒置状态，只有很小的反向饱和电流IIH，对于74系列的TTL门电路， IIH在40μA以下 TTL反相器的静态输入特性如图3.5.13所示 3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 图3.5.13 TTL反相器的静态输入特性 IIS D1导通 输入低电平 输入高电平 二、输出特性 3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 对于TTL反相器，输出电压与输出电流的关系，称为输入特性，其输入端的等效电路如图3.5.12所示。分为高电平输出特性和低电平输出特性。 1.高电平输出特性 当输出为vO＝VOH时，T4、D2导通， T5截止，等效电路如图3.5.14所示 图3.5.14 输出高电平等效电路 其高电平输出特性曲线如图3.5.15所示 3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 图3.5.15输出高电平特性曲线 图3.5.14 输出高电平等效电路 实际方向 在 iL <5mA时，由于T4为射极输出，故输出电阻低，输出电压vo几乎不随负载电流变化。  iL > 5mA时，T4进入饱和状态，输出电压vo随负载电流变化几乎线性下降。由于功耗限制，手册上的高电平输出电流要远小于5mA，74系列最大为 IOH（max）＝－0.4mA 2.低电平输出特性 3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 当输出为vO＝VOL时，T4、D2截止， T5导通，等效电路如图3.5.16所示 图3.5.16输出高电平等效电路 其低电平输出特性曲线如图3.5.17所示 3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 图3.5.16输出高电平等效电路 图3.5.17 输出低电平特性曲线 3.扇出系数（Fan-out）的计算 3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 扇出系数就是一个门电路驱动同类型门电路的个数。也就是表示门电路的带负载能力。 对于图3.5.18 所示电路，G1门为驱动门， G2、 G3为负载门，N为扇出系数。当输出为低电平时，设可带N1个非门，则有 图3.5.18 扇出系数的计算 IOL IIL 实际方向 当输出为低电平时，设可带N2个非门，则有 图3.5.18 扇出系数的计算 IOH IIH 3.5.3 TTL反相器的静态输入特性和输出特性 则取N＝min｛ N1， N2} 由于门电路无论是输出高电平还是低电平时，均有一定的输出电阻，故输出电压都要随负载电流的改变而发生变化。这种变化越小，说明门电路带负载的能力越强。有时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表示门电路的带负载能力。 � VCC R1 T1 D1 be2 be5 图3.5.12 TTL反相器输入端的等效电路 � VCC R1 T1 D1 be2 be5 图3.5.12 TTL反相器输入端的等效电路 � VCC R1 T1 D1 b