1．TTL與非門的基本結(jié)構(gòu)

我們以DTL與非門電路為基礎(chǔ)，根據(jù)提高電路功能的需要，從以下幾個(gè)方面加以改進(jìn)，從而引出TTL與非門的電路結(jié)構(gòu)。

首先考慮輸入級(jí)，DTL是用二極管與門做輸入級(jí)，速度較低。仔細(xì)分析我們發(fā)現(xiàn)電路中的Dl、D2、D3、D4的P區(qū)是相連的。我們可用集成工藝將它們做成—個(gè)多發(fā)射極三極管。這樣它既是四個(gè)PN結(jié)，不改變?cè)瓉淼倪壿嬯P(guān)系，又具有三極管的特性。一旦滿足了放大的外部條件，它就具有放大作用，為迅速消散T2飽和時(shí)的超量存儲(chǔ)電荷提供足夠大的反向基極電流，從而大大提高了關(guān)閉速度。詳細(xì)情況后面再講。

第二，為提高輸出管的開通速度，可將二極管D5改換成三極管T2，邏輯關(guān)系不變。同時(shí)在電路的開通過程中利用T2的放大作用，為輸出管T3提供較大的基極電流，加速了輸出管的導(dǎo)通。另外T2和電阻RC2、RE2組成的放大器有兩個(gè)反相的輸出端VC2和VE2，以產(chǎn)生兩個(gè)互補(bǔ)的信號(hào)去驅(qū)動(dòng)T3、T4組成的推拉式輸出級(jí)。

第三，再分析輸出級(jí)。輸出級(jí)應(yīng)有較強(qiáng)的負(fù)載能力，為此將三極管的集電極負(fù)載電阻RC換成由三極管T4、二極管D和RC4組成的有源負(fù)載。由于T3和T4受兩個(gè)互補(bǔ)信號(hào)Ve2和Vc2的驅(qū)動(dòng)，所以在穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們總是一個(gè)導(dǎo)通，另一個(gè)截止。這種結(jié)構(gòu)，稱為推拉式輸出級(jí)。

2．TTL與非門的邏輯關(guān)系

因?yàn)樵撾娐返妮敵龈叩碗娖椒謩e為3.6V和0.3V ，所以在下面的分析中假設(shè)輸入高低電平也分別為3.6V和0.3V。

（1）輸入全為高電平3.6V時(shí)。T2 、T3導(dǎo)通，VB1=0.7×3=2.1（V），從而使T1的發(fā)射結(jié)因反偏而截止。此時(shí)T1的發(fā)射結(jié)反偏，而集電結(jié)正偏，稱為倒置放大工作狀態(tài)。

由于T3飽和導(dǎo)通，輸出電壓為：VO=VCES3≈0.3V

這時(shí)VE2=VB3=0.7V，而VCE2=0.3V，故有VC2=VE2+ VCE2=1V。1V的電壓作用于T4的基極，使T4和二極管D都截止。

可見實(shí)現(xiàn)了與非門的邏輯功能之一：輸入全為高電平時(shí)，輸出為低電平。

（2）輸入有低電平0.3V時(shí)。

該發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，T1的基極電位被鉗位到VB1=1V。T2、T3都截止。由于T2截止，流過RC2的電流僅為T4的基極電流，這個(gè)電流較小，在RC2上產(chǎn)生的壓降也較小，可以忽略，所以VB4≈VCC=5V ，使T4和D導(dǎo)通，則有：

              VO≈VCC-VBE4-VD=5-0.7-0.7=3.6（V）

可見實(shí)現(xiàn)了與非門的邏輯功能的另一方面：輸入有低電平時(shí)，輸出為高電平。

綜合上述兩種情況，該電路滿足與非的邏輯功能，是一個(gè)與非門。

TTL與非門的開關(guān)速度:

1．TTL與非門提高工作速度的原理

（1）采用多發(fā)射極三極管加快了存儲(chǔ)電荷的消散過程。設(shè)電路原來輸出低電平，當(dāng)電路的某一輸入端突然由高電平變?yōu)榈碗娖?，T1的一個(gè)發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，VB1變?yōu)?V。由于T2、T3原來是飽和的，基區(qū)中的超量存貯電荷還來不及消散，VB2仍維持1.4V。在這個(gè)瞬間，T1為發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，工作于放大狀態(tài)，其基極電流iB1=（VCC-VB1）/Rb1

圖2.2.5 多發(fā)射極三極管消散T2存儲(chǔ)電荷的過程

集電極電流iC1=β1iB1。這個(gè)iC1正好是T2的反向基極電流iB2，可將T2的存貯電荷迅速地拉走，促使T2管迅速截止。T2管迅速截止又使T4管迅速導(dǎo)通，而使T3管的集電極電流加大，使T3的超量存貯電荷從集電極消散而達(dá)到截止。

（2）采用了推拉式輸出級(jí)，輸出阻抗比較小，可迅速給負(fù)載電容充放電。

2．TTL與非門傳輸延遲時(shí)間tpd

當(dāng)與非門輸入一個(gè)脈沖波形時(shí)，其輸出波形有一定的延遲，如圖所示。定義了以下兩個(gè)延遲時(shí)間：

   導(dǎo)通延遲時(shí)間tPHL——從輸入波形上升沿的中點(diǎn)到輸出波形下降沿的中點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。

   截止延遲時(shí)間tPLH——從輸入波形下降沿的中點(diǎn)到輸出波形上升沿的中點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。

與非門的傳輸延遲時(shí)間tpd是tPHL和tPLH的平均值。即

一般TTL與非門傳輸延遲時(shí)間tpd的值為幾納秒～十幾個(gè)納秒。