TTL與非門的電壓傳輸特性和主要參數(shù)

1．電壓傳輸特性曲線

與非門的電壓傳輸特性曲線是指與非門的輸出電壓與輸入電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，即V=f（Vi），它反映了電路的靜態(tài)特性。

    （1）AB段（截止區(qū)）。
    （2）BC段（線性區(qū)）。
    （3）CD段（過(guò)渡區(qū)）。
    （4）DE段（飽和區(qū))。 

2．幾個(gè)重要參數(shù)

從TTL與非門的電壓傳輸特性曲線上，我們可以定義幾個(gè)重要的電路指標(biāo)。

（1）輸出高電平電壓VOH——VOH的理論值為3.6V，產(chǎn)品規(guī)定輸出高電壓的最小值VOH（min）=2.4V，即大于2.4V的輸出電壓就可稱為輸出高電壓VOH。

（2）輸出低電平電壓VOL——VOL的理論值為0.3V，產(chǎn)品規(guī)定輸出低電壓的最大值VOL（max）=0.4V，即小于0.4V的輸出電壓就可稱為輸出低電壓VOL。

由上述規(guī)定可以看出，TTL門電路的輸出高低電壓都不是一個(gè)值，而是一個(gè)范圍。

（3）關(guān)門電平電壓VOFF——是指輸出電壓下降到VOH（min）時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓。顯然只要Vi＜VOff，Vo就是高電壓，所以VOFF就是輸入低電壓的最大值，在產(chǎn)品手冊(cè)中常稱為輸入低電平電壓，用VIL（max）表示。從電壓傳輸特性曲線上看VIL（max）（VOFF）≈1.3V，產(chǎn)品規(guī)定VIL（max）=0.8V。

（4）開(kāi)門電平電壓VON——是指輸出電壓下降到VOL（max）時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓。顯然只要Vi＞VON，Vo就是低電壓，所以VON就是輸入高電壓的最小值，在產(chǎn)品手冊(cè)中常稱為輸入高電平電壓，用VIH（min）表示。從電壓傳輸特性曲線上看VIH（min）（VON）略大于1.3V，產(chǎn)品規(guī)定VIH（min）=2V。

（5）閾值電壓Vth——決定電路截止和導(dǎo)通的分界線，也是決定輸出高、低電壓的分界線。從電壓傳輸特性曲線上看，Vth的值界于VOFF與VON之間，而VOFF與VON的實(shí)際值又差別不大，所以，近似為Vth≈VOFF≈VON。Vth是一個(gè)很重要的參數(shù)，在近似分析和估算時(shí)，常把它作為決定與非門工作狀態(tài)的關(guān)鍵值，即Vi＜Vth，與非門開(kāi)門，輸出低電平；Vi＞Vth，與非門關(guān)門，輸出高電平。Vth又常被形象化地稱為門檻電壓。Vth的值為1.3V～1.４V。

3．抗干擾能力

TTL門電路的輸出高低電平不是一個(gè)值，而是一個(gè)范圍。同樣，它的輸入高低電平也有一個(gè)范圍，即它的輸入信號(hào)允許一定的容差，稱為噪聲容限。

在圖2.2.11中若前一個(gè)門G1輸出為低電壓，則后一個(gè)門G2輸入也為低電壓。如果由于某種干擾，使G2的輸入低電壓高于了輸出低電壓的最大值VOL（max），從電壓傳輸特性曲線上看，只要這個(gè)值不大于VOFF，G2的輸出電壓仍大于VOH（min），即邏輯關(guān)系仍是正確的。因此在輸入低電壓時(shí)，把關(guān)門電壓VOFF 與VOL（max）之差稱為低電平噪聲容限，用VNL來(lái)表示，即低電平噪聲容限 VNL＝VOFF-VOL（max）＝0.8V-0.4V＝0.4V

若前一個(gè)門G1輸出為高電壓，則后一個(gè)門G2輸入也為高電壓。如果由于某種干擾，使G2的輸入低電壓低于了輸出高電壓的最小值VOH（min），從電壓傳輸特性曲線上看，只要這個(gè)值不小于VON，G2的輸出電壓仍小于VOL（max），邏輯關(guān)系仍是正確的。因此在輸入高電壓時(shí)，把VOH（min）與開(kāi)門電壓VON與之差稱為高電平噪聲容限，用VNH來(lái)表示，即高電平噪聲容限 VNH＝VOH（min）-VON＝2.4V-2.0V＝0.4V

噪聲容限表示門電路的抗干擾能力。顯然，噪聲容限越大，電路的抗干擾能力越強(qiáng)。通過(guò)這一段的討論，也可看出二值數(shù)字邏輯中的“0”和“1”都是允許有一定的容差的，這也是數(shù)字電路的一個(gè)突出的特點(diǎn)。

TTL與非門的帶負(fù)載能力：

在數(shù)字系統(tǒng)中，門電路的輸出端一般都要與其他門電路的輸入端相連，稱為帶負(fù)載。一個(gè)門電路最多允許帶幾個(gè)同類的負(fù)載門？就是這一部分要討論的問(wèn)題。

1．輸入低電平電流IIL與輸入高電平電流IIH

這是兩個(gè)與帶負(fù)載能力有關(guān)的電路參數(shù)。

（1）輸入低電平電流IIL是指當(dāng)門電路的輸入端接低電平時(shí)，從門電路輸入端流出的電流。

（2）輸入高電平電流IIH是指當(dāng)門電路的輸入端接高電平時(shí)，流入輸入端的電流。有兩種情況。

①寄生三極管效應(yīng)。當(dāng)與非門一個(gè)輸入端（如A端）接高電平，其它輸入端接低電平，這時(shí)IIH=βPIB1，βP為寄生三極管的電流放大系數(shù)。

②倒置工作狀態(tài)。當(dāng)與非門的輸入端全接高電平，這時(shí)，T1的發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏，工作于倒置的放大狀態(tài)。這時(shí)IIH=βiIB1，βi為倒置放大的電流放大系數(shù)。

由于βp和βi的值都遠(yuǎn)小于1，所以IIH的數(shù)值比較小，產(chǎn)品規(guī)定IIH＜40uA。

2．帶負(fù)載能力

（1）灌電流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)門輸出低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)門的T4、D截止，T3導(dǎo)通。這時(shí)有電流從負(fù)載門的輸入端灌入驅(qū)動(dòng)門的T3管，“灌電流”由此得名。灌電流的來(lái)源是負(fù)載門的輸入低電平電流IIL，如圖2.2.15所示。很顯然，負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加，灌電流增大，即驅(qū)動(dòng)門的T3管集電極電流IC3增加。當(dāng)IC3＞βIB3時(shí)，T3脫離飽和，輸出低電平升高。前面提到過(guò)輸出低電平不得高于VOL（max）=0.4V。因此，把輸出低電平時(shí)允許灌入輸出端的電流定義為輸出低電平電流IOL，這是門電路的一個(gè)參數(shù)，產(chǎn)品規(guī)定IOL=16mA。由此可得出，輸出低電平時(shí)所能驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)為：

（2）拉電流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)門輸出高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)門的T4、D導(dǎo)通，T3截止。這時(shí)有電流從驅(qū)動(dòng)門的T4、D拉出而流至負(fù)載門的輸入端，“拉電流”由此得名。由于拉電流是驅(qū)動(dòng)門T4的發(fā)射極電流IE4，同時(shí)又是負(fù)載門的輸入高電平電流IIH，如圖2.2.16所示，所以負(fù)載門的個(gè)數(shù)增加，拉電流增大，即驅(qū)動(dòng)門的T4管發(fā)射極電流IE4增加，RC4上的壓降增加。當(dāng)IE4增加到一定的數(shù)值時(shí)，T4進(jìn)入飽和，輸出高電平降低。前面提到過(guò)輸出高電平不得低于VOH（min）=2.4V。因此，把輸出高電平時(shí)允許拉出輸出端的電流定義為輸出高電平電流IOH，這也是門電路的一個(gè)參數(shù)，產(chǎn)品規(guī)定IOH=0.4mA。由此可得出，輸出高電平時(shí)所能驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)為:

一般NOL≠NOH，常取兩者中的較小值作為門電路的扇出系數(shù)，用NO表示。