ttl电路和cmos电路的区别 TTL逻辑门的电路图设计

ttl电路和cmos电路的区别

TTL （Transistor-Transistor Logic） 和 CMOS （Complementary Metal-Oxide Semiconductor） 是两种常见的数字电路家族，它们在电路结构和性能上有一些区别。

1. 电路结构：

- TTL：TTL电路使用双晶体管（BJT）作为主要的开关元件。TTL逻辑家族包括TTL、LS-TTL、HCT-TTL等各种变种。

- CMOS：CMOS电路使用场效应晶体管（FET）作为主要的开关元件。CMOS逻辑家族包括CMOS、HC-CMOS、AC-CMOS等各种变种。

2. 功耗：

- TTL：TTL电路在开关过程中会有短暂的能量消耗，同时也导致一些功率损耗。

- CMOS：CMOS电路几乎不消耗能量，只有在切换时瞬时消耗一些能量，因此功耗较低。

3. 噪声容忍度：

- TTL：TTL电路对于噪声比较敏感，较高的噪声容忍度，使其在工业和高速应用中更受欢迎。

- CMOS：CMOS电路具有较高的噪声容忍度，适合在低功耗应用和噪声环境中使用。

4. 工作电压：

- TTL：TTL电路通常使用较高的工作电压，典型的5伏特（V）供电。

- CMOS：CMOS电路通常使用较低的工作电压，典型的3.3伏特（V）或以下供电。

5. 速度：

- TTL：TTL电路具有较快的切换速度和短的延迟时间，适用于高速应用。

- CMOS：CMOS电路的切换速度相对较慢，但在低功耗和高集成度应用中有优势。

总体而言，TTL电路具有快速响应、耐噪声的特点，适用于需要高速和噪声容忍度的应用。而CMOS电路功耗低、噪声容忍度高，适用于低功耗和高集成度的应用。选择使用哪种类型的电路，需要根据具体应用的需求来决定。

TTL和CMOS输出的电平判断

TTL和CMOS输出的电平判断是不同的。

在TTL电路中，逻辑高电平（“1”）对应于较高的电压（一般为2.4V至5V），逻辑低电平（“0”）对应于较低的电压（一般为0V至0.4V）。当输入信号超过TTL门电平的一半时，门电路将被视为为逻辑高电平。例如，对于标准TTL（S-TTL）电路，当输入电压超过0.8V时，门电路被视为逻辑高。

而在CMOS电路中，逻辑高电平（“1”）对应于较高的电压（一般为3V至5V），逻辑低电平（“0”）对应于较低的电压（一般为0V至0.5V）。当输入信号超过CMOS门电平的一半时，门电路将被视为逻辑高电平。例如，对于标准CMOS电路，当输入电压超过1.5V时，门电路被视为逻辑高。

需要注意的是，具体的电平判断取决于具体的电路家族和制造商，不同的规格和芯片可能会有微小差异。因此，在使用任何具体的TTL或CMOS芯片时，应查阅其数据手册以获取准确的输入/输出电平规格。

我们使用的大多数系统都依赖于 3.3V 或 5V TTL 电平。TTL 是晶体管-晶体管逻辑的缩写。由双极晶体管构建的电路来实现切换和保持逻辑状态。

对于任何逻辑系列，阈值电压电平是必须要了解的一个点。以下是标准 5V TTL 电平的示例：

V OH ——TTL 设备将为高信号提供的最小输出电压电平。

V IH -- 被视为高电平的最小输入电压电平。

V OL -- 设备将为低信号提供的最大输出电压电平。

V IL——仍被视为低电平的最大输入电压电平。

从上图中可以看到最小输出高电压（VOH）为2.7V。这意味驱动高电平设备的输出电压至少为2.7V。最小输入高电压 （V IH ） 为 2 V，意味着基本上2V以上的电压都将作为逻辑1（高）读入TTL设备。

应该还可以注意到一个设备的输出与另一个设备的输入之间存在0.7V的缓冲，被称为噪声容限。

同样，最大输出低电压 （V OL ） 为 0.4 V，发出逻辑0的设备将低于0.4V。最大输入低电压 （V IL ） 为 0.8 V，意味着低于0.8V的输入信号在读入设备都是逻辑0。

如果电压介于 0.8 V 和 2 V 之间会怎样？这个电压范围是不确定的，会导致无效状态，通常称为浮动。如果在设备上的输出引脚在此范围内“浮动”，则无法确定信号会产生什么结果，可能会在高电平和低电平之间任意反弹。

TTL电路如何工作？

下面为标准TTL逻辑门的电路图，正 NAND 门功能，如下图所示。这种标准的TTL逻辑电路在某些情况下与二极管-晶体管逻辑（DTL）电路有关。

具有 2 输入与非门的 TTL 电路

从上图可以看出，T1是输入三极管，在开关时间上有优势。晶体管 T2 是分相器，晶体管 T3 和 T4 提供图腾柱输出。该 TTL 电路具有极低的输入阻抗、高扇出和更好的抗噪性，并且能够进行高电容驱动。

当输入 A 和 B 为高电平时，晶体管 T2 和 T3 导通并充当共发射极放大器。晶体管 T4 和发射极处的二极管正向偏置，并且流过的电流量可以忽略不计。输出为低电平，代表逻辑 0。

当两个输入均为低电平时，二极管 D1 和 D2 正向偏置。由于 5V 的电源电压 VCC，电流通过 D1 和 D2 以及电阻 R1 流向地面。R1 中的电源电压下降，晶体管 T2 关断，因为它没有足够的电压来导通。因此，晶体管T4也因T2截止而截止。晶体管 T3 导通（高电平）并充当射极跟随器。输出为高电平，代表逻辑 1。

当输入 A 和 B 中的任何一个为低电平时，二极管就会由于低输入而正向偏置。整个操作与上述相同。因此，输出为高电平（逻辑 1）。

编辑：黄飞