为什么TTL反相器可以改善动态性能？

带电阻负载的BJT反相器，其动态性能不理想。因而，在保持逻辑功能不变的前提下，可以另外加若干元器件以改善其动态性能，如减少由于BJT基区电荷存储效应和负载电容所引起的时延。这需改变反相器输入电路和输出电路的结构，以形成TTL反相器的基本电路。

图2表示TTL反相器的基本电路，该电路由三部分组成，即BJTT1组成电路的输入级，T3、T4和二极管D组成输出级，以及由T2组成的中间级作为输出级的驱动电路，将T2的单端输入信号V12转换为互补的双端输出信号。以驱动T3和T4。

图2 TTL反相器的基本电路

1.TTL反相器的工作原理

（1）当输入为高电平，如vI=3.6V时，电源VCC通过Rb1和T1的集电结向T2、T3提供基极电流，使T2、T3饱和，输出为低电平，vo＝0.2V。此时

VB1=VBC1+VBE2+VBE3=（0.7+0.7+0.7）V=2.1V

显然，这时T1的发射结处于反向偏置，而集电结处于正向偏置。所以T1处于发射结和集电结倒置使用的放大状态。由于T2和T3饱和，输出VC3=0.2V，同时可估算出VC2的值：

VC2=VCES2+VB3=（0.2+0.7）V=0.9V

此时，VB4=VC2=0.9V。作用于T4的发射结和二极管D的串联支路的电压为VC2-VO=（0.9-0.2）V=0.7V，显然，T4和D均截止，实现了反相器的逻辑关系：输入为高电平时，输出为低电平。

（2）当输入为低电平，vI=0.2V时，T1的发射结导通，其基极电压等于输入低电压加上发射结正向压降，即

VB1=（0.2+0.7）V=0.9V

此时VB1作用于T1的集点结和T2、T3的发射结上，所以T2、T3都截止，输出为高电平。

由于T2截止，VCC通过RC2向T4提供基极电流，致使T4和D导通，其电流流入负载。输出电压为

vO≈VCC-VBE4-VD=（5-0.7-0.7）V=3.6V

显然：输入为低电平时，输出为高电平。

2.采用输入级以提高工作速度

当TTL反相器输入电压由高（3.6V）变低（0.2V）的瞬间，VB1＝（0.2+0.7）V＝0.9V。但由于T2、T3原来是饱和的，它们的基区存储电荷还来不及消散，在此瞬间，T2、T3的发射结仍处于正向偏置，T1的集电极电压为

VC1=VBE2+VBE3=（0.7+0.7）V=1.4V

此时，T1的集电结为反向偏置，因输入为低电平时，T1的发射结为正向偏置，于是T1工作在放大区，这时产生基极电流iB1，其射极电流β1iB1流入低电平的输入端。集电极电流iC2≈β1iB1的方向是从T2的基极流向T1的集电极，它很快地从T2的基区抽走多余的存储电荷，使T2迅速地脱离饱和而进入截止状态。T2的迅速截止导致T4立刻导通，相当于T3的负载是个很小的电阻，使T3的集电极电流加大，多余的存储电荷迅速从集电极消散而达到截止，从而加速了状态转换。

3.采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力

图2采用了由T3、T4组成推拉式输出级。其中T4组成电压跟随器，T3为共射极电路，作为T4的射极负载。这种输出级的优点是，既能提高开关速度，又能提高带负载能力。

TTL反相器的基本电路（一） TTL与非门电路

图2所示的基本TTL反相器不难改变成为多输入端的与非门。它的主要特点是在电路的输入端采用了多发射极的BJT。器件中的每一个发射极能各自独立地形成正向偏置的发射结，并可促使BJT进入放大或饱和区。两个或多个发射极可以并联地构成一大面积的组合发射极。

图3（a）说明采用多发射极BJT用作3输入端TTL与非门的输入器件。当任一输入端为低电平时，T1的发射结将正向偏置而导通，T2将截止。结果将导致输出为高电平。只有当全部输入端为高电平时，T1将转入倒置放大状态，T2和T3均饱和，输出为低电平。

图3（b）为3输入端TLL与非门的逻辑符号。

图3 具有多发射级BJT的3输入端与非门电路（a）电路图（b）逻辑符号

TTL反相器的基本电路（二）

带电阻负载的BJT反相器，其动态性能不理想。在保持逻辑功能不变的前提下，可以另外增加若干元器以改善其动态性能，如减少由于BJT基区电荷存储效应和负载电容所引起的时延。这需改变反相器输入电路和输出电路的结构，以形成TTL反相器的基本电路。下图就是一个TTL反相器的基本电路。

该电路由三部分组成：

由三极管T1组成电路的输入级；

由T3、T4和二极管D组成输出级；

由T2组成的中间级作为输出级的驱动电路，将T2的单端输入信号vI2转换为互补的双端输出信号vI3和vI4，以驱动T3和T4。

TTL反相器的基本电路（三） usb转ttl电路图

TTL反相器的基本电路（四）

为解决目前市场上销售的LED彩灯控制器闪烁频率不可调或不容易调的问题，设计出一种基于TTL电路的LED可调彩灯控制器，电路采用计数器和按钮开关作为手动档位控制，共有10档可调；配上译码器和数码管实现档位自动监测显示；由时间振荡电路和16通道多路复用器HCC4067BF组成可调定时器，可产生10组时钟振荡脉冲送入触发器DM74LS74AN；再由双D触发器74LS74作为分频器控制彩灯闪烁频率；通过实际组装电路调试，电路顺利实现了10个档位手动控制，通过改变LED彩灯闪烁频率，提高了LED彩灯控制性能和闪烁效果。

LED彩灯控制器的基本结构如图1所示，主要由档位控制器、可调定时器、档位显示、分频器、彩灯电路等组成，档位控制器设有按钮开关，共有0～9档可供选择，且可不断循环；档位显示电路由数据选择器SN74LS247N和七段LED数码管组成，能监控、显示按钮开关动作；可调定时器选用多谐振荡器实现，可提供10组定时控制，分频器采用双D触发器74L574，进行二分频和四分频；彩灯电路选择不同颜色发光二极组合。

整个电路主要由档位控制、定时、档位显示、分频、彩灯等电路组成，电路设计如图所示。

TTL反相器的基本电路（五）

TTL门电路工作速度相对于MOS较快，但由于当输出为低电平时T5工作在深度饱和状态，当输出由低转为高电平，由于在基区和集电区有存储电荷不能马上消散，而影响工作速度。

改进型TTL与非门可能工作在饱和状态下的晶体管T1、T2、T3、T5都用带有肖特基势垒二极管（SBD）的三极管代替，以限制其饱和深度，提高工作速度改进型TTL与非门增加有源泄放电路。

TTL反相器的基本电路（六）

图1 TTL反相器组成的施密特触发器及其逻辑符号

若图1电路中，TTL

反相器可用CD4069，其引脚图如图2。

TTL反相器的阈值电压Vth≈VDD/2，R1R2，且输入信号vI为三角波，电路的参数如下：施密特触发器在输入信号正向增加时的阈值电压，称为正向阈值电压，用VT+表示。

得回差电压为△VT=VT+-VT-≈2（R1/R2）Vth

上式表明，回差电压的大小可以改变R1、R2的比值来调节。电路工作波形及传输特性如图3所示。