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数电基础：TTL构成的常见门电路

news 2025/10/28 11:57:08

一、TTL与非门

（1）与非门结构及原理

（2）输入输出特性

二、TTL或非门

（1）或非门的结构及原理

（2）输入输出特性

三、集电极开路输出的门电路（OC门）

（1）为什么需要OC门

（2）OC门的上拉电阻RL选取规则

四、三态输出门电路（TS门）

在上一篇文章，我们详细探讨了TTL反相器的工作原理及其输入输出特性。与CMOS门电路一致，反相器一直是所有门电路的基础组件，有了反相器之后才能构成更为复杂的门电路。本篇文章将在TTL反相器的基础上，延伸到常见的与非门、或非门等电路。

一、TTL与非门

（1）与非门结构及原理

所谓的TTL与非门其实就是在原本的反相器的T1管子引出两个输入端。

（1）当A、B两点都输入相同的电平信号时，直接等效于反相器输入高/低电平。

（2）当A、B两点一方输入高电平、一方输入低电平。看似在T1的发射极电位不相同了，与基尔霍夫定律都相违背了。但其实是和我们在二极管开关电路章节分析的类似，此时A、B两个输入端可以看做一个共阳二极管连接到T1的基极。由于电位低的通路会优先导通，所以电位会被钳位在较低的一方。而另一方则体现出PN结反向承担电压，如果这个反向电压过大，则会烧毁二极管，好在是TTL电路的高电平3.4V并不会轻易烧毁PN结，所以才能构造TTL与非门。

（3）分析上述两个结果，他们都在说明一个情况：有0则1，全1才0。完美的对应了与非的特性。

（2）输入输出特性

当输入低电平VIL时，根据TTL反相器的知识我们知道，T1管子的B点电位会被钳制在VIL+0.7V，于是在电阻R1身上的电压就是VCC-VIL-0.7，可以发现是一个固定值。那么从R1上面流过的电流即是固定的。然后因为在输入低电平时，T1管子是出于深度饱和的，所以电流是从内往外流出，即为负值。

换句话说，即使你在T1的发射极接N个出去，都与输出的电流无关。因为内部的R1及其压降已经决定了总输出电流的大小。

当输入高电平（大于1.4V）的时候，T1是工作在倒置状态的。即内部电流的流向是:VCC->R1

->T1的基极->T1的集电极->T2->T5->输出电流。而在输入端则相当于PN结加负压时候的反向饱和电流。

简单来说就是，此时输入电流的大小是取决于接入的数量的，具体的值是N*反向饱和电流。

至于输出端于纯粹的TTL无任何差异。不再赘述。

二、TTL或非门

（1）或非门的结构及原理

或在开关电路中是并联的意思，于是直接将TTL输入端改为两个并联输入。

（1）当A、B两端全部输入相同电平时候，可以直接等效成TTL反相器分析。

（2）当A、B两端一个输入高电平、另一个输入低电平时。假设A输入高电平，则T2导通、T5导通，输出低电平；B输入低电平，T2'截止，这里T5会被截止吗？并不会，因为T2'截止了，相当于和T5断开了联系，所以T5只受A部分的T2影响。即一方输入高，另一方输入低电平时候，T5只会看高电位的T2而呈现导通态。从而输出低电平。

（3）综上两条结论，发现他们在描述：有1则0；全0才1的特点。这个与或非的特性是完全一致的。

（2）输入输出特性

因为在或非门中，每一个输入端口都是独立的，所以计算电流的时候也是独立的。即电路内部总电流是所有输入端的总和，并不会出现与非门输入低电平时候总电流恒定的特点。

当输入低电平的时候，每一个门都会有R1上VCC-VIL-0.7产生的电流，于是总流出量为N*每条支路的电流。

当输入高电平的时候，和与非门一致，每一个端口都有一个R1流经电流。总流入的是N个反向饱和电流的值。

至于输出特性于TTL反相器并无任何差异。

综合与非门、或非门两种而言，其实只有与非门的低电平特殊一点，输入端流出的总电流是一致的，而其他三种情况的电流都是叠加计算。其实这个并不需要记忆，用的时候根据TTL反相器的原理很快就能理顺。

三、集电极开路输出的门电路（OC门）

（1）为什么需要OC门

在CMOS门电路中，我们通过分析发现各种一般CMOS不允许直连，因为会把电源接地，产生极大的电流烧毁电路中的元件，于是采取去掉原本的PMOS管，然后对于上拉部分替换成一个公共的上拉电阻，这样无论哪条支路导通都必定会经过该上拉电阻，从而保护电源。同时发现这样的OD门就能实现线与功能了，同时还附带了电平转换的能力。

于是在TTL门电路中，我们也希望它和OD门类似。我们把原本用于上拉输出的R4、T4管子、D2二极管这些全都去掉，然后在外面需要的时候再添加上拉电阻，从而达到与OD门一致的效果。