TTL反相器的基本电路（六款TTL反相器的基本电路设计原理图详解）

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