TTL与非门的电压传输特性和主要参数

TTL与非门的电压传输特性和主要参数

1．电压传输特性曲线

与非门的电压传输特性曲线是指与非门的输出电压与输入电压之间的对应关系曲线，即V=f（Vi），它反映了电路的静态特性。

    （1）AB段（截止区）。
    （2）BC段（线性区）。
    （3）CD段（过渡区）。
    （4）DE段（饱和区)。 

2．几个重要参数

从TTL与非门的电压传输特性曲线上，我们可以定义几个重要的电路指标。

（1）输出高电平电压VOH——VOH的理论值为3.6V，产品规定输出高电压的最小值VOH（min）=2.4V，即大于2.4V的输出电压就可称为输出高电压VOH。

（2）输出低电平电压VOL——VOL的理论值为0.3V，产品规定输出低电压的最大值VOL（max）=0.4V，即小于0.4V的输出电压就可称为输出低电压VOL。

由上述规定可以看出，TTL门电路的输出高低电压都不是一个值，而是一个范围。

（3）关门电平电压VOFF——是指输出电压下降到VOH（min）时对应的输入电压。显然只要Vi＜VOff，Vo就是高电压，所以VOFF就是输入低电压的最大值，在产品手册中常称为输入低电平电压，用VIL（max）表示。从电压传输特性曲线上看VIL（max）（VOFF）≈1.3V，产品规定VIL（max）=0.8V。

（4）开门电平电压VON——是指输出电压下降到VOL（max）时对应的输入电压。显然只要Vi＞VON，Vo就是低电压，所以VON就是输入高电压的最小值，在产品手册中常称为输入高电平电压，用VIH（min）表示。从电压传输特性曲线上看VIH（min）（VON）略大于1.3V，产品规定VIH（min）=2V。

（5）阈值电压Vth——决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。从电压传输特性曲线上看，Vth的值界于VOFF与VON之间，而VOFF与VON的实际值又差别不大，所以，近似为Vth≈VOFF≈VON。Vth是一个很重要的参数，在近似分析和估算时，常把它作为决定与非门工作状态的关键值，即Vi＜Vth，与非门开门，输出低电平；Vi＞Vth，与非门关门，输出高电平。Vth又常被形象化地称为门槛电压。Vth的值为1.3V～1.４V。

3．抗干扰能力

TTL门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。同样，它的输入高低电平也有一个范围，即它的输入信号允许一定的容差，称为噪声容限。

在图2.2.11中若前一个门G1输出为低电压，则后一个门G2输入也为低电压。如果由于某种干扰，使G2的输入低电压高于了输出低电压的最大值VOL（max），从电压传输特性曲线上看，只要这个值不大于VOFF，G2的输出电压仍大于VOH（min），即逻辑关系仍是正确的。因此在输入低电压时，把关门电压VOFF 与VOL（max）之差称为低电平噪声容限，用VNL来表示，即低电平噪声容限 VNL＝VOFF-VOL（max）＝0.8V-0.4V＝0.4V

若前一个门G1输出为高电压，则后一个门G2输入也为高电压。如果由于某种干扰，使G2的输入低电压低于了输出高电压的最小值VOH（min），从电压传输特性曲线上看，只要这个值不小于VON，G2的输出电压仍小于VOL（max），逻辑关系仍是正确的。因此在输入高电压时，把VOH（min）与开门电压VON与之差称为高电平噪声容限，用VNH来表示，即高电平噪声容限 VNH＝VOH（min）-VON＝2.4V-2.0V＝0.4V

噪声容限表示门电路的抗干扰能力。显然，噪声容限越大，电路的抗干扰能力越强。通过这一段的讨论，也可看出二值数字逻辑中的“0”和“1”都是允许有一定的容差的，这也是数字电路的一个突出的特点。

TTL与非门的带负载能力：

在数字系统中，门电路的输出端一般都要与其他门电路的输入端相连，称为带负载。一个门电路最多允许带几个同类的负载门？就是这一部分要讨论的问题。

1．输入低电平电流IIL与输入高电平电流IIH

这是两个与带负载能力有关的电路参数。

（1）输入低电平电流IIL是指当门电路的输入端接低电平时，从门电路输入端流出的电流。

（2）输入高电平电流IIH是指当门电路的输入端接高电平时，流入输入端的电流。有两种情况。

①寄生三极管效应。当与非门一个输入端（如A端）接高电平，其它输入端接低电平，这时IIH=βPIB1，βP为寄生三极管的电流放大系数。

②倒置工作状态。当与非门的输入端全接高电平，这时，T1的发射结反偏，集电结正偏，工作于倒置的放大状态。这时IIH=βiIB1，βi为倒置放大的电流放大系数。

由于βp和βi的值都远小于1，所以IIH的数值比较小，产品规定IIH＜40uA。

2．带负载能力

（1）灌电流负载。当驱动门输出低电平时，驱动门的T4、D截止，T3导通。这时有电流从负载门的输入端灌入驱动门的T3管，“灌电流”由此得名。灌电流的来源是负载门的输入低电平电流IIL，如图2.2.15所示。很显然，负载门的个数增加，灌电流增大，即驱动门的T3管集电极电流IC3增加。当IC3＞βIB3时，T3脱离饱和，输出低电平升高。前面提到过输出低电平不得高于VOL（max）=0.4V。因此，把输出低电平时允许灌入输出端的电流定义为输出低电平电流IOL，这是门电路的一个参数，产品规定IOL=16mA。由此可得出，输出低电平时所能驱动同类门的个数为：

（2）拉电流负载。当驱动门输出高电平时，驱动门的T4、D导通，T3截止。这时有电流从驱动门的T4、D拉出而流至负载门的输入端，“拉电流”由此得名。由于拉电流是驱动门T4的发射极电流IE4，同时又是负载门的输入高电平电流IIH，如图2.2.16所示，所以负载门的个数增加，拉电流增大，即驱动门的T4管发射极电流IE4增加，RC4上的压降增加。当IE4增加到一定的数值时，T4进入饱和，输出高电平降低。前面提到过输出高电平不得低于VOH（min）=2.4V。因此，把输出高电平时允许拉出输出端的电流定义为输出高电平电流IOH，这也是门电路的一个参数，产品规定IOH=0.4mA。由此可得出，输出高电平时所能驱动同类门的个数为:

一般NOL≠NOH，常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用NO表示。