TTL集成电路与非门电路（续）

同晶体管一样，集成电路也有它的特性曲线，熟悉这些特性曲线可以灵活运用集成电路。TTL与非门集成电路的主要特性曲线有：

1．图11是转换特性曲线（V\(_{in}\)～Vout），也叫电压传输特性曲线。从这曲线上可以看到输出电压是如何随输入电压的变化而变化的。

2．图12是低电平负载特性曲线（I\(_{OL}\)～VOL），表明负载电流对门电路输出低电平的影响，当负载电流I\(_{OL}\)上升到一定程度后，曲线急剧上升，低电平就将超出规定，破坏了逻辑关系。

从图中看出，随着I\(_{OL}\)的增大，VOL基本上直线上升，这直线的斜率即为与非门电路在此种状态下的输出阻抗，一般为10～20欧。

3．图13是高电平负载特性曲线（I\(_{OH}\)～VOH）。在I\(_{OH}\)=0时，VOH有一较高的值（室温下3.9～4伏），稍稍流出电流即下降到3.6伏左右，随后有一小段较为平坦，如果I\(_{OH}\)继续增大，VOH开始直线下降，其斜率（不计正负号）即为此时的输出阻抗，一般在100欧左右。这曲线表明：TTL与非门输出为高电平时，可以给出的驱动电流比低电平时的吸入电流小得多，一般以不超过1～2毫安为宜。

4．图14是输入电压—电流特性曲线（V\(_{in}\)～II)。输入电压为0伏时（此时其余非被测输入端接高电平），测得的I\(_{I}\)是从电路往外流的电流，其值即为IIL。随着V\(_{in}\)的提高，IIL直线减小，这段直线的斜率的倒数就是输入端为低电平时的输入阻抗，其值基本上等于线路图（图1）中的R\(_{1}\)。当继续提高Vin到1.5伏附近，I\(_{I}\)迅速变成0，这是曲线的转换区。继续提高Vin（此时其余非被测输入端接地）则电流微微向正的方向增加，这时I\(_{I}\)变成IIH，I\(_{IH}\)数值很小，在微安量级，当Vin大于2伏时，几乎成一平行于X轴（V\(_{in}\)）的直线。它的斜率的倒数很大，对应着这时的输入阻抗很大（几百千欧），是为输入端为高电平时的输入阻抗。

1．译码。在自动控制系统中，常要求必须同时满足几个条件后，一个动作才能执行、一个继电器才能吸合或一个报警装置才能工作等等。假设必须同时满足三个条件才能执行，那么这样的一种关系可以用一个三输入端的“与非门”来完成。图15是它的波形图。

图中A、B、C是三个输入信号（三个条件），这三个信号只有在同时是高电平（如波形图15中阴影部分所示）时，输出端F才是低电平，这个输出信号经过处理后可用来推动继电器等执行机构。这种功能称为“译码”。

2．门控。设有一信号，希望受另一信号的控制，若控制信号为高电平时，允许被控信号通过，反之则不允许通过。这样的一种功能，可用二输入端的单与非门来实现，如图16所示。

从图16可看到，在控制信号为高电平区间，脉冲1、2、3、5、6都可通过，不过脉冲2、5是完整通过的，而脉冲1、3、6只通过一部分，脉冲4则完全不能通过。如果我们希望通过的脉冲都是完整的，则还需要采取一些其它措施，这类问题将另外讨论。

3．倒相。若只使用一个输入端，则输出信号就等于输入信号的倒相（图17）。与非门在这种特殊的情况下就成了“非”门。倒相应用也是常见的，如上述“译码”和“门控”两种应用中，输出信号都成了负信号，若需正信号时，则再加一级倒相即可。信号经两级倒相仍为原信号（这里假设工作频率较低，不考虑延迟）。

4．整形。若输入信号是边沿很差的信号，经与非门之后，边沿变好。例如图18中输入信号上升时间t\(_{r}\)=1微秒，由于在输入从0.8伏至2.0伏之间，输出即完成从高电平到低电平的转换，因此输出边沿≈tr·

从以上所讲的可以看到，单个与非门的应用面是有限的。但是由多个单门构成级联，加上适当的反馈，可以组成纷繁复杂的逻辑关系，完成各种逻辑功能。下面先讲一讲级联的一般问题。

TTL与非门的输出高电平为3～4伏，低电平小于0.4伏，而它对输入高、低电平的要求也是如此。因此，一个单门的输出可以直接接到另一门的输入端。典型的单门级联如图19。与非门A的三个输入端分别与门B、C、D的输出相连接，当这三个输出中任一为低电平时，假设B为低电平，则从A中就有一股电流I\(_{IL}\)流入B。若三个输出都为低电平，在理想情况下（VOL都相等），每个门各从A中取得三分之一的I\(_{IL}\)。在上述两种情况下A输出均为高电平，由于带有N个负载，每个负载有高态输入电流IIH，所以从A的输出端流出的电流为NI\(_{IH}\)。从特性曲线可看出，NIIH越大，门A的V\(_{OH}\)降落越多，所以指标要求IIH越小越好。

当门B、C、D输出都为高电平时，门A输出为低电平。门E、F……L中各有一股电流I\(_{IL}\)流入门A。在最坏情况下，即E、F……L的其他输入端都为高电平时，IIL为最大，门A所受的总电流为NI\(_{IL}\)。因此对于一个确定的门电路，负载数N应严格保持小于规定值。如果要求带负载较多，可选用“与非功率门”，它的负载数可达到30个。

第一级门电路的输入信号可能是机械的、光的或其它形式的信号，这些信号都需要先转换成电信号，并通过输入接口，使信号电平与TTL电路的输入电平相匹配。逻辑电路最后一级的输出也要通过输出接口，以推动需大电流或高电压才能动作的执行机构。

输入接口的低电平必须小于0.4伏，而且必须是低输出阻抗的。较好的形式是NPN晶体管的集电极输出，如图20所示。

一般不常使用射极输出器作输入接口。用射极输出器似可降低输出阻抗，其实还应该考虑以下的问题：因为此线路（如图21所示）在高电平时输出阻抗为R／（1+β），但在低电平时，晶体管截止，输出阻抗仍为R。而对TTL与非门电路而言，要求的却是在低电平时前级的输出阻抗要小。部标规定I\(_{IL}\)最大为1.6mA，如VOL为0.4V，则R≤0.41.6≈250Ω,即能可靠的带动一个门电路。若R取250Ω，则在高电平时R上的压降为3.5V，流过R的电流为：I\(_{R}\)≈3.5V-0.7V;250Ω≈11mA，显然不经济（但并非不可使用）。有时也用射极输出器作输入接口，因为它的输入阻抗很高，对被转换的信号，如高内阻的光信号等，影响很小。

输入接口的高电平应在3.5伏至5伏之间，不允许用高于5伏的电压，因为这样可能导致门电路输入端的击穿。如果电压较高，可用分压法降低，但应注意不能因分压而提高低电平时的输出阻抗。

TTL集成电路的输出接口可以用两种方法驱动。（1）当TTL电路输出为低电平时，允许流入NI\(_{IL}\)的电流，可以直接驱动微型继电器等（如图22），但继电器电流不能超过IOL（部标为12.8mA）。在电流较大的情况下，可以加射极输出器，如图23所示，这时驱动电流可增加β倍。若还不够，可用两管连接成复合管式。此外，无论是图22还是图23，均应注意继电器的电源电压不能过高，以免与非门中的T\(_{4}\)管（见图1）被击穿，一般不超过6伏。（2）在高电平驱动时，由于输出阻抗较大，稍有驱动电流，高电平即降落，所以一般都需加射极输出器，如图24，但此时负载上电压减小。在需要较高电压的场合，则必须用晶体管作反相器如图25，这时，在门的输出端加限流电阻R，使驱动电流达到所需要求。如果需要更大电流，可以用图26和图27所示方法。

总之，接口的形式可以是多样的。注意TTL集成电路在不同情况下的输入输出阻抗，再应用晶体管电路的知识，便可以灵活运用。（上海半导体器件十六厂 徐治邦）