TTL三態(tài)非門電路的問題與改進(jìn)

萬文 吳敏

摘要

通過對(duì)典型的典型的TTL三態(tài)非門電路進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)該電路存在輸出高電平時(shí)電壓偏低的問題;分析出現(xiàn)該問題的原因;設(shè)計(jì)出改進(jìn)后的電路，仿真說明該電路可以解決原電路出現(xiàn)的問題。

【關(guān)鍵詞】TTL電路 三態(tài)門 二極管 控制端

1 TTL電平的分類

TTL電路，主要由BJT（雙極結(jié)型晶體管）和電阻構(gòu)成，具有速度快的特點(diǎn)。數(shù)字電路中，由TTL電子元器件組成的電路使用的電平，稱為TTL電平。

數(shù)字電路中，信號(hào)被分為兩類：高電平和低電平。在TTL數(shù)字電路中，規(guī)定高電平的電壓范圍為3.6V～5V，低電平的電壓范圍為0V～2.4V，盡量避免處理的電壓信號(hào)處于區(qū)間2.4V～3.6V中。

2 電壓處于中間段的帶來的問題

在TTL數(shù)字電路中，理想的數(shù)字信號(hào)為，處于3.6V～5V之間的為高電平，處于0V～2.4V之間的為低電平，禁止出現(xiàn)處于2.4V～3.6V的電壓信號(hào)，但實(shí)際的電路中，這是很難避免的。一旦出現(xiàn)這種干擾信號(hào)，會(huì)很大程度的影響控制電路，使電路中信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量下降，進(jìn)而出現(xiàn)錯(cuò)亂的邏輯關(guān)系或者控制失靈，導(dǎo)致電路無法進(jìn)行正常的工作。

3 典型的TTL三態(tài)非門電路

3.1 典型的TTL三態(tài)非門電路原理圖

圖1所示為TTL三態(tài)非門電路原理圖，電路由兩部分構(gòu)成：

（1）Q1～Q5五個(gè)三極管、R1～R5五個(gè)電阻和直流電源V1組成的TTL非邏輯門電路，該電路的輸入端口為A，輸出端口為Y，輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系滿足關(guān)系式：

輸入端口A輸入的電壓范圍滿足，高電平電壓為3.6V～5V，低電平電壓為0V～2.4V。

（2）二極管D1組成的控制端，控制端口為E。控制端口E輸入的電壓范圍滿足，高電平電壓為3.6V～5V，低電平電壓為0V～2.4V。

理想的TTL三態(tài)非門應(yīng)該滿足，當(dāng)E為高電平，A為低電平時(shí)，輸出端Y一定為高電平，但是，實(shí)際電路輸出值并不是這樣。

3.2 典型的TTL三態(tài)非門電路存在的問題

由于實(shí)際電路搭建較繁瑣，所以采用multisim軟件對(duì)TTL三態(tài)非門電路進(jìn)行仿真。圖1也是采用multisim軟件進(jìn)行仿真時(shí)的電路圖，其中端口A和端口E分別接入直流電壓源V2和V3，電壓值可調(diào)節(jié);輸出端Y和地之間并聯(lián)電壓表XMM1，可以讀取輸出電壓y的值。圖2中的實(shí)線圖是仿真結(jié)果，從圖2可以看出，當(dāng)A為低電平時(shí)，使能端E的高電平電壓處于3.6V～4.2V之間，電路的輸出值小于3.6V，不屬于高電平的范圍，這將導(dǎo)致邏輯關(guān)系的錯(cuò)亂。

3.3 偷出電平Y(jié)偏低的原因

當(dāng)使能端的電壓從5V逐漸減小時(shí)，實(shí)際二極管D1也會(huì)有微弱電流流過，D1兩端有壓降，此時(shí)B點(diǎn)的電位等于E點(diǎn)的電壓加上二極管D1兩端的電壓，輸出電平Y(jié)小于3.6V的主要原因是B點(diǎn)電位偏低。

4 TTL三態(tài)非門電路的改進(jìn)

從上面的分析可知，解決該問題的本質(zhì)是提高B點(diǎn)的電位。由于B點(diǎn)的電位等于E點(diǎn)的電壓加上二極管D1兩端的電壓，所以，如果D1兩端再串聯(lián)一個(gè)二極管，則可以提高B點(diǎn)的電位，圖3是改進(jìn)后的電路圖。

從圖2中的虛線圖可以看出，改進(jìn)后的電路解決了原電路中輸出電壓偏低的問題，A為低電平時(shí)，使能端E的高電平電壓處于3.6V～5V之間，電路的輸出值均大于3.6V，這個(gè)結(jié)果與理想的TTL三態(tài)非門的輸出結(jié)果是一致的。

5 小結(jié)

TTL數(shù)字信號(hào)是數(shù)字電路的重要組成，所以，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，為確保電路的穩(wěn)定性和邏輯的正確性，應(yīng)嚴(yán)格保證電路輸出的高電平信號(hào)和低電平信號(hào)滿足要求。

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