ttl接地是高电平还是低电平_一文看懂TTL反相器

反相器构成数电中最基本的门电路之一——非门。
我们在数电中学习了许多反相器，其中最重要的两个是CMOS反相器和TTL反相器。
前者结构简单易懂，后者却显得十分复杂，让人理解起来十分困难。

我们先对比看一下两个反相器电路图：

可以看到后者比前者复杂了不只一点点。

一、TTL型与CMOS型的差异

在CMOS反相器电路中，各元件部分的逻辑是十分清楚的。当电平输入时，两个CMOS管的栅极都产生一定的压降。因为开启条件互补，其中一个CMOS管打开，而另一个CMOS管关闭。由于高进低出，低进高出，形成了反向输出特性。

CMOS反相器的工作原理

而在TTL电路中，整个电路分为了输入级、倒向级和输出级。长得有点帅的同学可能会注意到，输出级的结构跟CMOS是一模一样的。理论上讲，如果TTL电路做成和CMOS电路一样的结构是不是也能产生一样的效果呢？我觉得其实是可以的，但这样就制成了一模一样的反相器，没有太大意义。

细心一点观察我们可以发现，与同时使用P沟道和N沟道MOS管制成的CMOS反相器不同，TTL反向器中，只使用了NPN型这一种结构的三极管，这造就了它与CMOS反相器的不同之处。

TTL反相器的典型电路

我给各位先简单分析一下各个管子

• T1：第一个管子作用与其他管子都不同，电源仅连到管子基极，这个三极管可以简单看成是两个并联的二极管。而且因为左右是并联关系，两边电压会相互牵制。
• T2：第二个管子的开关控制了上下两个电阻的压降，起到一个分配作用。正是如此，这块区域被称为倒向级。
• T4、T5：这两个管子和CMOS反相器中两个管子很相似，它们的开关直接决定输出电压。但它们又都是高电平触发，需要T2管来控制，这一点与CMOS反相器不同。

二、TTL电路分析

在CMOS管中，我们通过分析栅极与源极(g-s)间的压降确定管子的开关。在三极管中，我们也可以通过分析基极与发射极(b-e)间的压降确定管子的开关。

输入低电平（0.2V）

从左到右分别分析的是TTL中输入级，倒向级和输出级管子开启情况

图中红线可以理解为电源电压的“释放”方向。大家生活都是有压力的，会选择自己喜欢的发泄方法，电路中的电源也按电路的规则“释放”自己的电压，推开一扇扇禁忌之门。

在教材中，假设的是Vcc=5V，管子开启电压Von=0.7V。我在这里只做一些定性的解释，各位可以自行代入数据进行验证。

1.输入级：

T1管PN结受到的压降为电源与输入电压之间的差值，这个差值是足够大的，故基极与发射极导通。

基极与集电极本也应导通，但后面还要经过T2管，还需要一定电压。而T1出来的左右电路是并联关系，右端也只能分到和左端一样的电压，左端输入为低电平，不足以使T2开启。

所以电源只会选择朝左“释放”。

2.倒向级：

前面分析到，T2管b-e端无法获取足够压降，故不能开启。

3.输出级：

因为T2的阻断，电源想要“释放”还只剩一个去处，就是T4管。T4的基极与发射极也能得到足够压降，所以T4管顺理成章导通。

而T5管没有压降产生，不开启。输出端与电源连结，输出高电平。

输入高电平（3.4V）

1.输入级：

和低电平情况一样，T1管还是会导通。

不同的是，一开始左右两端即b-e，b-c端都会导通。因为右端压降虽然还是由左端决定，但左边输入高电平时，右边的T2管b-e端能够获取足够压降，因而导通。

电源电压在T1处兵分两路，两边都通行。

2.倒向级：

T2导通，这时电源电压得到了新的“释放”去路。T2的打开就像拉闸放水，使电压顺流而下。

3.输出级：

①先分析T5，回看输入级，T1出来的右端电路T1-T2-T5能分到和左端输入一样的压降，因为输入的是高电平，这个电压在开启两个pn结后还有富余，所以T5是必然导通的。

一旦T5开启，T1右端的电路相当于接了两个串联的二极管，压降就固定了，而且低于高电平。

这时一个并联电路出现电压不相同的现象，按道理讲输入电压会被拉低，但因为T1的存在，T1管b-e间压降此时会低于开启电压，b-e通路关闭，将输入和整个电路隔绝开来。

②再分析T4，注意到T2的开启使T4的基极和发射极电压产生变化。略..（楼主这里分析得还不是很明白，希望有清楚的人能告诉我，谢谢了）

综合分析

一套下来人都看晕了，我总结一下，大家就明白了。

T1管相当于一个“闸门”，控制电源电压走向。如果不希望这一路电压影响电路，用低电平将这部分电压引走；如果希望这一路电压影响电路，用高电平将这部分电压堵住。

T2管相当于一个“游码”，通过控制电压分配来调节后方两个管子的开启情况，是真正实现输出反向的地方。

T4、T5管就很明显了，两个“门神”，一个对应高电平输出，一个对应低电平输出。

比较难的点先是T1管，然后是T2管。T1管在高低电平下实现“一方通行”的效果，原理都是一样的，一边电压被钳制在较低的水平，另一边就无法开启。T1管是用来控制T2管开关的，而T2管的开关决定了输出电平的高低。

问题一

反相的功能T2配合T4和T5其实就已经实现了，T1是不是多余的呢？

不是，前面分析到，高电平时T1做到了防止输入高电平时电压被拉低的情况。你想想要是接入的是一个电源，本身就是3.4V，而电路只能吸收1.4V，就相当于一个2V的电源直接用导线连起来，电路会直接烧毁。

问题二

TTL这么麻烦为什么还要使用呢？

一开始我有讲到，TTL与CMOS是有不同之处的。我上面这张图中，输入口这里画了一小段虚线。什么意思呢？因为之前分析到，高电平输入，最后输入和电路被隔绝了，这就是TTL十分特殊的地方。TTL电路输入口是可以悬空的，悬空时相当于输入高电平。而CMOS管中，电源悬空时MOS管栅极处有较大的电势，容易产生静电毁坏器件。你想想，如果你有一股气无处释放，一直憋着，稍微有一点激怒你的地方你就很容易失控。而TTL中电源电压始终是有处释放的，就没有这种隐患。所以各位有压力别憋着，一定要多释放释放。

三、记忆

最后，为了防止看完的同学还是什么都不记得，我讲个故事。

传说有一个门，叫做“命运之门”，人们在死后都要通过这个门。有的人死后能见玉帝，玉帝能带你上天享受极乐；有的人死后能见阎王，阎王能带你下地体验不一样的生活。

而一切，是佛祖说了算，佛祖只会让你见其中一个人。要是你生平没什么大错，佛祖会让你见玉帝；要是你罪孽深重，佛祖会让你见阎王。

但佛祖没这么多闲心，会让菩萨当帮手，让菩萨告诉他世人的情况。一般情况下，菩萨不会打扰佛祖，佛祖也只让人们见玉帝。但要是真的有人生前十恶不赦，菩萨会告诉佛祖，佛祖会让这个人跟阎王走。