第1章数字电路基础知识-TTL反相器的工作原理
ttl电路原理
ttl电路原理在数字电子技术中，TTL（Transistor-Transistor Logic）电路是一种常见的逻辑门电路。
它由晶体管和电阻器构成，是数字电子技术中最基本的逻辑门电路之一。
TTL电路原理是数字电子技术的基础知识，掌握了TTL电路原理，可以更好地理解数字电子技术的工作原理和应用。
TTL电路采用双极型晶体管作为放大器，电路中的晶体管是基本的工作元件。
TTL电路的输入和输出信号都是电压信号，输入信号作用在输入端，经过电路的放大和处理后，在输出端产生相应的输出信号。
TTL电路的输入和输出信号只有两种状态，高电平和低电平，分别对应于逻辑1和逻辑0。
TTL电路通过控制输入端的电压信号，实现对输出端的逻辑信号的控制和处理。
TTL电路的原理可以分为两个方面来理解，输入端的信号处理和输出端的信号产生。
在输入端，TTL电路采用双极型晶体管来放大和处理输入信号，当输入端的电压信号满足一定条件时，晶体管将会导通或截止，从而产生相应的输出信号。
在输出端，TTL电路通过晶体管的导通和截止状态，实现对输出端信号的控制。
当输入端的电压信号发生变化时，输出端的信号也会相应地发生变化。
TTL电路原理的核心是晶体管的工作原理和逻辑门电路的实现。
晶体管是TTL电路中最基本的元件，它通过控制输入端的电压信号，实现对输出端的逻辑信号的控制。
逻辑门电路是由晶体管和电阻器构成的，它可以实现与门、或门、非门等逻辑运算。
通过逻辑门电路的组合和连接，可以实现复杂的数字逻辑运算和控制功能。
总之，TTL电路原理是数字电子技术中的基础知识，它通过晶体管和逻辑门电路的实现，实现对输入信号的处理和输出信号的产生。
掌握了TTL电路原理，可以更好地理解数字电子技术的工作原理和应用，为后续的学习和应用打下坚实的基础。
希望通过本文的介绍，读者可以对TTL电路原理有一个更加深入的理解，为进一步学习和应用数字电子技术打下坚实的基础。
TTL反相器的工作原理
TTL反相器的工作原理
TTL反相器是数字逻辑电路中常用的一种元件，用来反转输入信号的
逻辑状态，即将输入的高电平信号变为低电平，低电平信号变为高电平。
TTL反相器的工作原理比较简单，主要依靠晶体管的工作状态来实现信号
的反转。
当输入信号为低电平时，NPN型晶体管的基极电压低于发射极电压，
从而导通，将输出信号拉低；而PNP型晶体管的基极电压高于发射极电压，处于截止状态，输出信号变为高电平。
当输入信号为高电平时，NPN型晶体管的基极电压高于发射极电压，
处于截止状态，输出信号变为高电平；而PNP型晶体管的基极电压低于发
射极电压，导通，输出信号拉低。
总的来说，TTL反相器利用晶体管的导通和截止状态，实现了输入信
号的反转，从而输出一个与输入信号逻辑相反的信号。
需要注意的是，TTL反相器在实际应用中，需要注意输入输出电平的
匹配，以免信号失真或产生干扰。
同时，需要注意控制输入信号的变化速度，以确保输出信号的正确性。
在设计电路时，也需要考虑晶体管的参数
和工作点，以确保反相器的正常工作。
总的来说，TTL反相器具有简单、实用的工作原理，可以实现高效的
信号反转功能，是数字逻辑电路中常用的元件之一。
ttl电路原理
ttl电路原理TTL电路原理。
TTL（Transistor-Transistor Logic）电路是一种常见的数字电路，它采用晶体管和二极管作为主要的元件，用于实现逻辑功能。
TTL电路广泛应用于数字系统中，例如计算机、通信设备、工业控制系统等。
本文将介绍TTL电路的基本原理、特点和应用。
TTL电路采用双极型晶体管作为放大器，由于其高速、低功耗和稳定的特点，因此在数字电路中得到了广泛的应用。
TTL电路的逻辑门包括与门、或门、非门等，它们可以实现各种逻辑功能。
TTL电路的输入电压范围为0~0.8V，表示逻辑低电平；输入电压范围为2~5V，表示逻辑高电平。
TTL电路的输出电压范围为0~0.4V，表示逻辑低电平；输出电压范围为2.4~5V，表示逻辑高电平。
TTL电路具有高速的特点，其响应速度快，能够实现高频率的工作。
此外，TTL电路的功耗较低，适合于大规模集成电路的应用。
TTL电路还具有良好的抗干扰能力，能够在复杂的电磁环境中稳定工作。
由于这些优点，TTL电路被广泛应用于数字系统中。
TTL电路在计算机系统中扮演着重要的角色，它被用于实现各种逻辑功能，例如数据处理、控制信号的生成和译码等。
此外，TTL电路还被应用于通信设备中，用于信号的处理和传输。
工业控制系统中也大量采用了TTL电路，用于控制和监测各种设备和工艺过程。
总之，TTL电路在数字系统中起着不可替代的作用。
总结一下，TTL电路是一种常见的数字电路，它采用晶体管和二极管作为主要的元件，具有高速、低功耗和稳定的特点。
TTL电路的逻辑门包括与门、或门、非门等，能够实现各种逻辑功能。
TTL电路在计算机系统、通信设备、工业控制系统等领域得到了广泛的应用。
希望本文能够帮助大家更好地理解TTL电路的原理和应用。
《数字电子线路》课程标准
《数字电子线路》课程标准课程名称：数字电子线路适用专业：电气技术应用专业一、课程性质本课程是机电类专业的一门实践性很强的课程，通过本课程的学习，使学生熟悉数字电路的基础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析和机电类专业的一门实践性很强的课程，通过本课程的学习，使学生熟悉数字电路的基础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析。
能考维修电工职业资格证书。
二、课程设计思路本课程的课程标准在制定过程中严格把握学生学习该课程的基本标准，所以在研制前期要充分对学生的基础、起点，应用型中职技校人才的培养要求和培养目标等进行调研、分析，经过校内外专家（包括本校任课教师、兄弟院校教学同行、企业相关人士等）进行探讨分析，确定应用性中职技校人才对本课程的掌握和学习的最低标准或基本标准，然后在本专业实施，对存在的问题或标准的高低等进行修订、改进。
三、课程培养目标（一）总体目标通过任务驱动教学，动手能力的提高，只有通过实践性教学活动才能实现，理论和实践相互结合进而提高其现场解决实际问题的能力，培养今后从事维修电工一线岗位的职业综合能力和职业综合素质，实现职业能力目标。
（二）具体目标1．知识目标（1）能正确并熟练使用常用电工工具、电工仪器仪表；（2）掌握常用电子元器件的认识与检测方法；（3）掌握焊接技能及其工艺要求；（4）掌握电子产品正确装配的基本技能及电子产品装配过程中分析和解决实际问题的一般方法；2．能力目标（1）培养学生初步了解研究电子技术问题的思想方法，具有一定解决实际问题的能力；（2）培养学生动手实践能力和创新能力；（3）培养学生自主获取知识的能力，独立分析问题和解决问题的能力。
3．素质目标（1）培养学生具备辩证思维的能力；（2）培养学生在学习过程中养成求真务实、认真细致的工作态度，爱岗敬业、吃苦耐劳的职业道德。
（3）能在模拟电子线路的学习中，学会交流和协调同学、师生间的关系，能与他人进行团结协作，共同解决问题。
ttl反相器工作原理
2.3 TTL反相器
放映
2.3.1 TTL反相器的工作原理
2.3.2 TTL反相器的电压传输特性及参数 2.3.3 TTL反相器的输入特性和输出特性
2.3.4 TTL反相器的其它参数
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A
1
复习
什么是高电平？什么是低电平？ 什么是状态赋值？ 什么是正逻辑？什么是负逻辑？ 二极管与门、或门有何优点和缺点？
A
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UIL UNL UOFFA UON UNH UIH
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① 低电平噪声容限（低电平正向干扰范围） UNL=UOFF-UIL
UIL为电路输入低电平的典型值（0.3V） 若UOFF=0.8V，则有 UNL=0.8-0.3=0.5 (V)
② 高电平噪声容限（高电平负向干扰范围） UNH = UIH - UON
uB1=0.7V×3=2.1V， VT2和VT4饱和， 输出为低电平uO=0.3V。
2.1V 3.6V
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A
0.3V
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（2） 当输入低电平时， uI=0.3V，
VT1发射结导通， uB1=0.3V+0.7V=1V，
VT2和VT4均截止， VT3和VD导通。 输出高电平
1V 0.3V
RI 不大不小时，工作在线性区或转折区。
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(1) 关门电阻ROFF —— 在保证门电路输出为 额定高电平的条件下，所允许RI 的最大值称为关 门电阻。典型的TTL门电路ROFF≈ 0.7kΩ。
A
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(5) 阈值电压UTH 电压传输特性曲线转折区中点所对应的uI值称为阈 值电压UTH（又称门槛电平）。通常UTH≈1.4V。
数字电路基本知识
＋
ui=UIL<0.5V
uo=+VCC
－
e
－
饱和状态
+VCC
＋
Rb b c Rc ＋＋
＋
ui=UIHiB≥I0B.7SV －
－ e
uo=0.3V －0.3V －
3.场效应管的开关特性
+VDD RD
D uo G
ui
S
iD(mA)
iD(mA)
uGS=10V 8V 6V 4V 2V
工作原理电路
0 UT uGS(V) 0
uDS(V)
转移特性曲线 输出特性曲线
截止状态 G
ui<UT
+VDD RD
D uo=+VDD
S
导通状态 RD
G
ui>UT
+VDD
D uo≈0
S
知识积累
1. 逻辑门电路的类型
1） 分立逻辑门电路
逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的 电子电路。简称门电路。
基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相 器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。
TTL与非门的逻辑功能
第一段：
AA:: 11 00 00 BB:: 00 11 00
B1 0
A A: 1 0 0 C1
B B: 0 1 VT01 0
1 × VT2
VT4
√ √ VD3
Z
1 VT5 ×
第二段：
A: A1 : 10 0 B: B0: 11 0
0 VT4
VT4
×
A B
AB1 A:C11 B B: 0
B1 1
模块一 数字电路基本知识
❖课题二 逻辑门电路的应用 ❖任务 声音响度显示电路的设计
TTL
(1) 关门电阻ROFF —— 在保证门电路输出为额定高 电平的条件下，所允许Rp 的最大值称为关门电阻。 典型的TTL门电路ROFF≈ 0.7kΩ。 (2电典) 平型开的的门T条电T件L阻门下R电，ON路所—R允—O许N在≈R保2P k的证Ω最门。小电值路称输为出开为门额电定阻低。
• 数字电路中要求输入负载电阻RP ≥ RON或RP ≤ ROFF ， 否则输入信号将不在高低电平范围内。
TTL反相器的电路结构
TTL反相器的工作原理
• 当uI=VIL时，T1导
通，T2和T5均截止，
T4导通。uO =VOH • 当uI=VIH时，T1倒
置，T2和T5均导通，
T4截止。uO =VOL
TTL门的电压传输特性
AB段 ： 截 止 区VI 0.6V , VB1 1.3V T1导 通 ，T2 ,T5截 止 ，T4导 通 VOH VCC VR2 VBE4 VD2 3.4V BC段 ： 线 性 区0.7V VI 1.3V T2导 通 且 工 作 在 放 大,区T5截 止 ，T4导 通 ，VI VO
Y1、Y2有 一 个 低Y即 为 低 ， 只 有 两 者 同，高Y才 为 高 Y Y1Y2 AB CD AB CD
OC门实现电平转换
当T5饱和，输出低电平 UOL＝0.3V； 当T5截止，由外接电源E 通过外接上拉电阻提供 高电平UOH＝E。
OC门外接负载电阻RL的计算
• 74系列门电路规定：高电平输出时，最大 负载电流不能超过0.4mA。
• 低电平输出特性
• iL—灌电流，实际方向和参考方向相同 • 低电平输出时，输出级T5饱和导通，T4截
止，饱和导通的等效电阻很小，故负载电 流iL增加时输出电压VOL仅稍有升高，两者 基本呈线性关系
ttl反相器工作原理(课堂PPT)
UOFF UON
在保证输出为额定低电平的条件下，允许的最小
输入高电平的数值，称为开门电平UON。
在保证输出为额定高电平的条件下，允许的最大
输入低电平的数值，称为关门电平UOFF。
19.06.2020
13
(5) 阈值电压UTH 电压传输特性曲线转折区中点所对应的uI值称为阈 值电压UTH（又称门槛电平）。通常UTH≈1.4V。
图2-12 输入负载特性曲线
（a）测试电路 （b）输入负载特性曲线
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19
虚框内为TTL反相器的部分内部电路
在一定范围内，
uI随RI的增大而升 高。但当输入电压
uI达到1.4V以后， uB1 = 2.1V，RI增大， 由于uB1不变，故uI = 1.4V也不变。这 时VT2和VT4饱和导 通，输出为低电平。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ20
ROFF
RON RI→ ∞悬空时？
RI 较小时，关门，输出高电平；
RI 较大时，开门，输出低电平； RI 不大不小时，工作在线性区或转折区。
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(1) 关门电阻ROFF —— 在保证门电路输出为 额定高电平的条件下，所允许RI 的最大值称为关 门电阻。典型的TTL门电路ROFF≈ 0.7kΩ。
(6) 噪声容限（ UNL和UNH ） 噪声容限也称抗干扰能力，它反映门电路在多大 的干扰电压下仍能正常工作。 UNL和UNH越大，电路的抗干扰能力越强。
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UIL UNL UOFF UON UNH UIH
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① 低电平噪声容限（低电平正向干扰范围） UNL=UOFF-UIL
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反相输出
向后级提供反相 与同相输出。
同相输出
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(3) 输出级（推拉式输出） VT3为射极跟随器
低输入 截止 高输入 饱和
高输入
导通
低输入 截止
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2. 工作原理
（1）当输入高电平时， uI=3.6V，
2.3
TTL反相器
结束 放映
2.3.1 TTL反相器的工作原理 2.3.2 TTL反相器的电压传输特性及参数
2.3.3 TTL反相器的输入特性和输出特性 2.3.4
2018/9/23
TTL反相器的其它参数
1
复习
什么是高电平？什么是低电平？ 什么是状态赋值？ 什么是正逻辑？什么是负逻辑？ 二极管与门、或门有何优点和缺点？
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2.3.2 TTL反相器的电压传输特性及参数
电压传输特性：输出电压uO与输入电压uI的关 系曲线。 VT4截止，称关门 1. 曲线分析 截止区 线性区
VT4饱和， 称开门
转折区
饱和区
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图2-10 TTL反相器电路的电压传输特性
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2. 结合电压传输特性介绍几个参数 (1) 输出高电平UOH (2) 输出低电平UOL 典型值为0.3V。
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UIL
UNL
UOFF
UON
UNH U IH
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① 低电平噪声容限（低电平正向干扰范围）
UNL=UOFF-UIL
UIL为电路输入低电平的典型值（0.3V）
若UOFF=0.8V，则有 UNL=0.8-0.3=0.5 (V) ② 高电平噪声容限（高电平负向干扰范围） UNH = UIH - UON
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两个重要参数： (1) 输入短路电流IIS 当uI = 0V时，iI从输入端流出。 iI =－(VCC－UBE1)/R1 =－(5－0.7)/4 ≈－1.1mA (2) 高电平输入电流IIH 当输入为高电平时，VT1的发射结反偏，集电结 正偏，处于倒置工作状态，倒置工作的三极管电流 放大系数β反很小(约在0.01以下)，所以 iI = IIH =β反 iB2 IIH很小，约为10μA左右。
虚框内为TTL反相器的部分内部电路
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ROFF
RON
RI→ ∞悬空时？
RI 较小时，关门，输出高电平； RI 较大时，开门，输出低电平； RI 不大不小时，工作在线性区或转折区。
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(1) 关门电阻ROFF —— 在保证门电路输出为
额定高电平的条件下，所允许RI 的最大值称为关 门电阻。典型的TTL门电路ROFF≈ 0.7kΩ。 (2) 开门电阻RON—— 在保证门电路输出为额 定低电平的条件下，所允许RI 的最小值称为开门 电阻。典型的TTL门电路RON≈ 2kΩ。 数字电路中要求输入负载电阻RI ≥ RON或RI ≤
典型值为3V。
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(3) 开门电平UON
一般要求UON≤1.8V (4) 关门电平UOFF 一般要求UOFF≥0.8V
UOFF UON
在保证输出为额定低电平的条件下，允许的最小 输入高电平的数值，称为开门电平UON。
在保证输出为额定高电平的条件下，允许的最大 输入低电平的数值，称为关门电平UOFF。
1. 电路组成
2018/9/23
图2-9 TTL反相器的基本电路
4
(1) 输入级
P N N
P
N
N
当输入低电平时， uI=0.3V，发射结正向导 通， uB1=1.0V 当输入高电平时， uI=3.6V，发射结受后级 电路的影响将反向截止。 uB1由后级电路决定。
2018/9/23 5
(2) 中间级
2018/9/23 18
2. 输入负载特性
TTL反相器的输入端对地接上电阻RI 时，uI随 RI 的变化而变化的关系曲线。
图2-12 输入负载特性曲线 （a）测试电路 （b）输入负载特性曲线
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在一定范围内， uI随RI的增大而升 高。但当输入电压 uI达到1.4V以后， uB1 = 2.1V，RI增大， 由于uB1不变，故uI = 1.4V也不变。这 时VT2和VT4饱和导 通，输出为低电平。
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1V
0.3V
3.6V
(3) 采用推拉式输出级利于提高开关速度和负载能力
VT3组成射极输出器，优点是既能提高开关速度， 又能提高负载能力。 当输入高电平时，VT4饱和， uB3=uC2=0.3V+0.7V=1V，VT3和VD截止，VT4的集电 极电流可以全部用来驱动负载。 当输入低电平时，VT4截止，VT3导通(为射极输 出器)，其输出电阻很小，带负载能力很强。 可见，无论输入如何，VT3和VT4总是一管导通而 另一管截止。 这种推拉式工作方式，带负载能力很强。
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(5) 阈值电压UTH
电压传输特性曲线转折区中点所对应的uI值称为阈
值电压UTH（又称门槛电平）。通常UTH≈1.4V。
(6) 噪声容限（ UNL和UNH ） 噪声容限也称抗干扰能力，它反映门电路在多大 的干扰电压下仍能正常工作。 UNL和UNH越大，电路的抗干扰能力越强。
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2.3
TTL反相器
TTL集成逻辑门电路的输入和输出结构均采用
半导体三极管，所以称晶体管—晶体管逻辑门电路， 简称TTL电路。 TTL电路的基本环节是反相器。 简单了解TTL反相器的电路及工作原理，重点 掌握其特性曲线和主要参数（应用所需知识）。
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2.3.1 TTL反相器的工作原理
VT1处于倒置工作状态，
集电结正偏，发射结反偏， uB1=0.7V×3=2.1V， VT2和VT4饱和， 输出为低电平uO=0.3V。 2.1V 3.6V
0.3V
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（2） 当输入低电平时， uI=0.3V，
VT1发射结导通， uB1=0.3V+0.7V=1V， VT2和VT4均截止， VT3和VD导通。 输出高电平 uO =VCC -UBE3-UD ≈5V-0.7V-0.7V8V，则有 UNH = 3-1.8 =1.2 (V)
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2.3.3 TTL反相器的输入特性和输出特性
1. 输入伏安特性 输入电压和输入电流之间的关系曲线。
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图2-11 TTL反相器的输入伏安特性 （a）测试电路 （b）输入伏安特性曲线