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TTL反相器 1.电路
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T、R、D组成输入级，T、R、 R组成中间级，T、D、T、R组
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VCCR14kΩvB1T1vE2D1R31kΩ输入级中间级输出级R21.6kΩvC2T2R4130ΩT4D2T5Y(vO)成输出级。A为输入，Y为输出。 输出与输入之间的关系是反相关系
A，即 Y?A(vI)
CC
设电源电压V＝5V，输入信号的高、低电平分别为 ViL=0.2v,ViH=3.4v ,三极管的开启电压为0.7V。 2.工作原理
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4、
当VI=VIL时，T导通，导通后T的集电极电压为0.2V。因此T，T管截止，使VC2为高电平,VE2为低电平，从而使T
D导通，输出为高电平VOH.
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当VI=VIH 时，如果不考虑T的存在，则应有 vB1?VIH?VON?4.1V2
显然，在存在T和T的情况下，T和T同时导通，
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VCCR14kΩvB1A(vI)D1T1vE2R31kΩR21.6kΩvC2T2R4130ΩT4D2T5Y(vO)则VB1 被钳在2.1V，T导通使VC2为低电
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平 ，导致TD截止、T导通，输出变为低
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电平VOL.
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为确保T饱和导通T可靠截止，在T的发射极下串进二极管D。D是输入端钳位二极管，
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它可以防止输入电压为负时T的发射极电流过大，起到保护作用。 D允许通过的最大电流
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约为20mA。
由于T集电极输出的电压信号和发射极输出的电压信号变化方向相反，所以把这一级也叫
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做倒相级。输出级在稳定状态下T和T总是一个导通而另一个截止，这就有效地降低了输
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出级的静态功耗并提高了驱动负载的能力。通常把这种形式的电路称为推拉式（push pull) 输出电路
反相器输出电压VO随输入电压VI的变化，称为电路的电压传输特性，其曲线为反相器的电压传输特性曲线。
3.电压传输特性
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曲线的AB段，因为 VI<0.7V所以，T和 T截止而T
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vO/V4.0A3.02.01.000.51.0BCD1.5VTH2.0E4 、2
D导通，故输出为高电平。
这一段称为特性曲线的截止区 v OH?VCC?vR2?vBE4?vD2?3.4V
BC段，由于VI>=0.7V但低于1.4V，所以T导
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vI/V通而T依旧截止。这时T工作在放大区，随
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着VI的升高， T开始导通,VC2,VO线性地下降。这一段称为特性曲线的线性区
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当输入电压VI>=1.4V，T和T将同时导通，T截止，输出电位VO很快下降为低电平，此
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段称为转折区CD，转折区中点对应的输入电压称为阈值电压或门槛电压，用VTH表示。 此后VI继续升高, VO不再变化，进入特性曲线的DE段。DE段称为特性曲线的饱和区。
一般地，TTL反相器工作在AB段和DE段， 即输入信号为低电平和高电平。此时反相器 输出高电平和低电平。电压传输特性描述了 反相器输出电压随输入电压变化时的变化 规律。
vO/V4.0A3.02.01.000.51.0BCD1.5VTH2.0EvI/V输入信号噪声容限V和V
NL
NH
电压传输特性可见，当输入信号偏离正常低电平 （0.2V）而升高时，输出的高电平并不会改变。同样，当输入信号偏离正常的高电平（3.4V）而降低时，输出的低电平也不会改变。因此，输入信号有一个允许的波动范围，称为噪声容限， 定义低电平输入噪声容限 VNL?VIL(max)?VIL 高电平输入噪声容限：V ?V?VNHIHIH(min)
VIL(max)是指在保证输出电压为为额定高平（3.4V）90%的条件下，允许的最大输入低电平值。一般VIL(max)>=0.8v. IH (min) 是指在保证输出为额定低电平的条件下，允许的最低输入高电平值。一般 V IH(min)?1.8VV
VNL?VIL(max)?VIL?0.8?0.2?0.6V
VNH?VIH(min)?VIH(min)?3.4?1.8?1.6V
电路在实际应用时由于外界干扰，电源波动等原因，会使输入电压偏离原来的值。噪声容限的大小反应了门电路抗干扰能力的大小
4.TTL反相器的静态输入特性和输出特性 为了正确处理门电路与门电路、门电路与其他电路之间的连接问题，必须了解电路输入端和输出端的伏安特性。
（1）输入特性：是指输入电流随输入电压变化的关系曲线 反相器电路，如果输入信号仅为高电平或
VCC低电平时，则输入端的电路等效可画出。
R4R1R2规定输入电流i 流入T的方向为正方
130ΩI11.6kΩ4kΩ向，流出T为负方向。
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vB1T1vC2T2vE2T4D2T5Y(vO)A
(vI)
当VCC=5v,VI=VIL=0.2v时，输入低电平电流为
V?v?v IIL??CCBE1IL??1mAR1
D1R31kΩVCCR14kΩiIvIT1D1be2be5 VI=0时的输入电流叫做回路短路电流IIS。显然, IIS的数值 比IIL的数值要略大一点。在作近似分析计算时, IIL经常
用手册上给出的IIS近似代替。I的方向流出T管。
IL
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? V3.4 v I IH ? V 时，T管 处于V E ? V B ? V C 的状态，相当于把原来的集电极C当作发射
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极E使用，而把原来的发射极当做集电极使用了。称这种工作状态为倒置状态（反向放大
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状态）。
倒置状态下三极管的电流放大系数极小（
VCCR14kΩ 在
?iIvIT1D1be2be50.01以下），所以高电平输入电流也很小。74系 列门电路每个输入端 IIH的值在以下 。方向流入T管内。
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画出i随V变化的曲线—输入特性曲线。输入电压介于高、低电平之间的情况要复
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杂一些，但考虑到这种情况通常只发生在输入信号 电平转换的暂短过程中，所以就不作详细的分析了。 iI/mA
1.00.50.51.01.52.0
0 vI/V0.5
1.0<40μA
1.5 2.0
（2）输出特性：是指输出电压随输出电流变化的关系曲线 A.高电平输出特性
当电路输出高电平时，T和D导通，T截止，输出端的等效电路可画出。输出高电
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平时应用时外接负载R。规定输出电流i 流入反相器的方向为正方向，流出为负方向。
L
L
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