数字电子技术基础（二十三）——TTL门电路的工作原理

目录

1 TTL门电路的工作原理

1.1 当全部输入高电平时

1.2 当输入存在低电平时

1.3 总结

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1 TTL门电路的工作原理

1.1 当全部输入高电平时

如下图所示为一个逻辑与非的TTL门电路的电路图：

图1 逻辑与非的电路图

当门电路的输入端全部接高电平，即输入变量A和B为1时，晶体管的发射结全部反偏处于截止状态，那么电源流过电阻的电流经过了的集电级，流向了的基级，为提供了足够的及基级电流，使得饱和导通，从而控制输出级，也处于饱和导通状态，而和截止，电路输出为低电平。此时输出电压为：

                                                                       

表示的是在饱和状态下集电极和发射级的电压。

电路的流向如下所示：

图2 高电平时逻辑与非的电流流向

模拟开关示意图如下所示：

图3 高电平时逻辑与非的模拟开关电路图

在这种输入均为高电平，输出为低。即两个输入变量为1，输出0，此时这个门电路的稳定工作状态，被称为“开态”。

的发射结正向导通，所以这个点位钳制在0.7V,的饱和导通压降为0.3V，可以估算集电极的点位约为1V。这个点位没有办法令和正向导通，的集电极、和的发射结，这3个PN结的正向导通压降拦在一起，正好使得的基极点位被钳制在了2.1V。

1.2 当输入存在低电平时

如下图所示的TTL门电路：

图4 逻辑与非的电路图

当输入端有一个输入为低电平的时候，所对应的发射结处于导通状态，此时基级点位钳制约为0.7V，这个电压不足以使发射结导通，所以截止，此时电源经由提供的基级电流，全部从低电平输入端流出去。当截止了，那么它发射极输出低电压，这个低电位使得截止，它的自身的集电极输出高电压使得和同时导通，那么忽略了身上的压降，可以近似估算得到电路的输出等于（的集电极电压）减去（的基级和发射级之间的电压）再减去二极管的导通压降，计算过程如下所示：

                                                    

计算得到最终结果大约为3.6V，输出为高电平。模拟开关示意图如下所示：

图5 低电平时逻辑与非的电路图

在这种输入有一个输入为低，输出为高。即两个输入变量一个为1一个为0或者两个输入变量均为0，输出0， 此时这个门电路的稳定工作状态，被称为“关态”。

1.3 总结

通过上面的内容可以得到如下所示的结果：

图5 逻辑与非的高电平电压表

通过上面表格可以看出，在上图中所对应的逻辑是与非，所对应的真值表如下所示：

表1 逻辑与非的真值表

A	B	Y
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

逻辑关系式为：Y=(A.B)'。

逻辑图如下图所示：

图6  逻辑与非的符号

在集成电路中，小规模的集成电路就是将同类型的门电路集成到同一个芯片上。7400芯片包含了4个两输入的与非门，采用的时双排直插式封装，如下图所示为7400系列的芯片示意图：

图7 7400芯片图

各个引脚的功能如下所示：

图8 7400芯片各个引脚的功能示意图

在上面的芯片中，引脚表示表示电源正极，GND表示的是地，其余12个引脚表示4个逻辑运算的输入和输出，其中引脚1、2和3为一组，3=(1.2)'；引脚4、5和6为一组，6=(4.5)'；引脚8、9和10为一组，10=(8.9)'；引脚11、12和13为一组，其中11=(12.13)'。7400芯片上这些引脚关系如下图所示：

图9 7400芯片的引脚功能示意图

7400芯片所对应的逻辑表如下所示：

表2 7400芯片的逻辑表

A	B	Y
H	H	L
L	×	H
×	L	H

在上表中，×表示既可以为L又可以为H。

7400芯片各个引脚所对应的逻辑图如下所示：

图10 7400芯片的功能示意图

7400芯片凭借着与非的逻辑运算应用于构建计数器电路的应用中。 

（本节参考了哈尔滨工业大学的《数字电子技术基础》课程内容）