这也太详细了吧晶体管逻辑电路的原理

什么是晶体管?

晶体管(transistor)是一种固体半导体器件(包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等),它具有检测、整流、放大、开关、稳压和信号调制等多种功能。作为交流断路器,晶体管可以根据输入电压控制输出电流。与普通机械开关(如继电器和开关)不同,晶体管使用电信号来控制其打开和关闭,因此开关速度可以非常快,实验室中的开关速度可以达到GHz以上。晶体管通常是由半导体材料制成的固态电子器件。电流的循环可以通过添加电子来改变。这一过程使电压变化成比例地影响输出电流的许多变化,从而使放大倍数倍增。除大多数电子设备外,并非所有电子设备都包含一种或多种类型的晶体管。有些晶体管单独或通常放置在集成电路中,并且根据应用的状态而变化。

根据晶体管的性能,可形成晶体管的逻辑电路,在数字集成电路中运用广泛。

同类型逻辑电路(RTL,DTL,TTL)的不同特点:

数字集成电路是对数字集成电路执行逻辑运算和转换的逻辑电路。逻辑电路的基本单元是门电路和触发电路。触发电路主要由各种门电路组成,是数字集成电路的基本单元。依照基本单元电路的工作特点不同,分为三种类型:饱和型逻辑(RTL,DTL,TTL)、抗饱和型逻辑(STTL)、非饱和型逻辑(ECL)。本文主要介绍RTL,DTL,TTL三种逻辑电路。

第一种是电阻晶体管耦合逻辑电路(RTL),它是或非门电路。当输入信号为高电平时,输出为低电平,输出为低电平vol=0.2V,采用步进连接时输出为高电平vol=1V,电路具有速度慢、负载能力低、抗干扰能力差的特点。电路如图1所示:

图1电阻-晶体管耦合逻辑电路

第二种是二极管-晶体管耦合逻辑电路(DTL),它是一种与非门电路。只要输入信号为低电平,则输出为高电平。只有当所有输入均为高电平时,输出才为低电平。对于RTL电路,其负载能力和抗干扰能力有所提高,但电路速度仍然很慢。

图2二极管-晶体管逻辑电路

第三种就是我们用到的TTL与非门,如图所示,由于输入级和输出级均由晶体管组成,故称为晶体管-晶体逻辑管,简称TTL电路。其实,TTL门电路也分很多种,比如说非门、与非门、或非门、与或非门以及OC输出的与非门。虽然种类多,但是基本的工作原理都是类似的。所以,接下来就介绍一个经典的TTL与非门电路。

图3典型TTL与非门

又因为在晶体管中参与导电的有两种极性的载流子,故这种电路属于双极性电路。如图所示:

图4多射极晶体管的结构及等效电路

中间级:由三极管T2和电阻R2、R3组成。在电路的开通过程中利用T2的放大作用,为输出管T3提供较大的基极电流,加速了输出管的导通。所以,中间级的作用是提高输出管的开通速度,改善电路的性能。

输出级:由三极管T3、T4、T5和电阻R5组成。如图3所示,图3中  T5三极管非门电路,图3中T3、T5是TTL与非门电路中的输出级。从图中可以看出,输出级由三极管T5实现逻辑非的运算。但在输出级电路中用三极管T4、T3和R4组成的有源负载替代了三极管非门电路中的R4,目的是使输出级具有较强的负载能力。其中T4可以起到三极管反向击穿的保护作用。

TTL电平原理:

TTL电平信号被利用得最多是因为通常数据表示采用二进制规定,+5V等价于逻辑“1",0V等价于逻辑“0”,这被称作TTL(Transistor-TransistorLogic晶体管晶体管逻辑电平)信号系统,这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

TTL输出高电平2.4V,输出低电平0.4V。在室温下,一般输出高电平是3.5V,输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平:输入高电平-2.0V,输入低电平=0.8V,噪声容限是0.4V。

其他常见的TTL应用是四管单元TTL与非门,STTL和LSTTL电路,LSTTL等。




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