TTL和CMOS门电路

TTL和CMOS门电路

摘要：门电路是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元，TTL和CMOS

门电路作为目前应用最广的两种门电路，掌握TTL和CMOS门电路的逻辑功能和电气特性，对于正确使用数字集成电路是十分必要的。本文对于TTL和CMOS门电路的初学者有一定的参考作用。

关键词：TTL门电路；CMOS门电路

1. 引言

随着数字集成电路的问世和大规模集成电路工艺水平的不断提高，为数字电路的应用开拓了无限广阔的天地。从制造工艺上可以将目前使用的数字集成电路分为双极型、单极型和混合型三种。在数字集成电路发展的历史过程中，首先得到推广应用的是双极型的TTL电路。由于其体积小、重量轻、可靠性好，至今仍是最流行的集成电路系列之一。CMOS集成电路出现于20世纪60年代后期，随着其制造工艺的不断进步，CMOS电路逐渐成为当前集成电路的主流产品。本文将简要总结TTL和CMOS这两种目前使用最多的数字集成电路。

2.TTL门电路

TTL门电路是以双极型三极管作为开关器件的集成电路。在TTL门电路的定型产品中有反相器（非门）、与门、或门、与非门、或非门、与或非门和异或门几种常见的类型。尽管它们逻辑功能各异，但输入端、输出端的电路结构形式基本相同。 2.1 反相器

2.1.1 反相器的电路结构与逻辑关系

反相器是TTL集成门电路中电路结构最简单的一种。图1给出了74系列TTL反相器的典型电路。

图1 TTL反相器典型电路

图1所示电路由三部分组成：T1、R1和D1组成的输入级，T2、R2

和R3组成的倒向级，T4、T5和R4组成的输出级。

反向器输入和输出之间是反向关系，即Y=A'。 2.1.2 反相器的外部特性及参数

为了正确地解决门电路与门电路、门电路与其他电路的连接问题，必须了解门电路的输入特性、输出特性、负载特性、传输特性和噪声容限等问题。 2.1.2.1 电压传输特性

如果把图1所示反相器电路输出电压随输入电压的变化用曲线

描绘出来，就得到了图2所示的电压传输特性。

图2 TTL反相器的电压传输特性

2.1.2.2 输入端噪声容限

输入为高电平和低电平的噪声容限为

VNH = VOH(min) – VIH(min) VNL = VIL(max) – VOL(max)

2.1.2.3 输入特性

在图1给出的TTL反相器电路中，如果仅仅考虑输入信号是高电平和低电平而不是某一个中间值的情况，则可忽略T2和T5 的b-c结反向电流以及R3 对T5 积极回路的影响，输入端的等效电路如图3所示。

iI VCC R1 4kΩ T1

vI D1 be2 be5 图3 TTL反相器的输入端等效电路

根据图3的等效电路可以画出输入电流随输入电压变化的曲线—输入特性曲线，如图4所示。

图4 TTL反相器的输入特性

2.1.2.4 输出特性 (1)高电平输出特性

当v0= VOH 时，图1中的T4 和D2 导通，T5 截止，输出端的等效电路如图5所示。

R2 R4 1.6kΩ 130Ω VCC T4 D2 iL RL vO 图5 TTL反相器高电平输出等效电路

图6给出了74系列门电路在输出为高电平时的输出特性曲线。

-15 -10 VOH /V 3.0 2.0 1.0 -5 0 iL /mA 图6 TTL反相器高电平输出特性

(2)低电平输出特性

当输出为低电平时，门电路输出级的T5 管饱和导通而T4 管截止，

输出端的等效电路如图7所示。

图7 TTL反相器低电平输出等效电路

图8是低电平输出特性曲线。

0 5 10 15 VCC iL T5 RL vO R3 1kΩ VOL /V 3.0 2.0 1.0 iL /mA 图8 TTL反相器低电平输出特性

2.1.2.5 传输延迟时间

在TTL电路中，由于二级管和三极管从导通变为截止或从截止变为导通都需要一定的时间，而且还有二极管、三极管以及电阻、连接线等的寄生电容存在，所以把理想的矩形电压信号加到TTL反相器的输入端时，输出电压的波形不仅要比输入信号滞后，而且波的上升沿和下降沿也将变坏，如图9所示。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/azjf.html