TTL三態非門電路的問題與改進

萬文 吳敏

摘要

通過對典型的典型的TTL三態非門電路進行仿真，發現該電路存在輸出高電平時電壓偏低的問題;分析出現該問題的原因;設計出改進后的電路，仿真說明該電路可以解決原電路出現的問題。

【關鍵詞】TTL電路 三態門 二極管 控制端

1 TTL電平的分類

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

數字電路中，信號被分為兩類：高電平和低電平。在TTL數字電路中，規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處于區間2.4V～3.6V中。

2 電壓處于中間段的帶來的問題

在TTL數字電路中，理想的數字信號為，處于3.6V～5V之間的為高電平，處于0V～2.4V之間的為低電平，禁止出現處于2.4V～3.6V的電壓信號，但實際的電路中，這是很難避免的。一旦出現這種干擾信號，會很大程度的影響控制電路，使電路中信號傳輸的質量下降，進而出現錯亂的邏輯關系或者控制失靈，導致電路無法進行正常的工作。

3 典型的TTL三態非門電路

3.1 典型的TTL三態非門電路原理圖

圖1所示為TTL三態非門電路原理圖，電路由兩部分構成：

（1）Q1～Q5五個三極管、R1～R5五個電阻和直流電源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系滿足關系式：

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三態非門應該滿足，當E為高電平，A為低電平時，輸出端Y一定為高電平，但是，實際電路輸出值并不是這樣。

3.2 典型的TTL三態非門電路存在的問題

由于實際電路搭建較繁瑣，所以采用multisim軟件對TTL三態非門電路進行仿真。圖1也是采用multisim軟件進行仿真時的電路圖，其中端口A和端口E分別接入直流電壓源V2和V3，電壓值可調節;輸出端Y和地之間并聯電壓表XMM1，可以讀取輸出電壓y的值。圖2中的實線圖是仿真結果，從圖2可以看出，當A為低電平時，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，這將導致邏輯關系的錯亂。

3.3 偷出電平Y偏低的原因

當使能端的電壓從5V逐漸減小時，實際二極管D1也會有微弱電流流過，D1兩端有壓降，此時B點的電位等于E點的電壓加上二極管D1兩端的電壓，輸出電平Y小于3.6V的主要原因是B點電位偏低。

4 TTL三態非門電路的改進

從上面的分析可知，解決該問題的本質是提高B點的電位。由于B點的電位等于E點的電壓加上二極管D1兩端的電壓，所以，如果D1兩端再串聯一個二極管，則可以提高B點的電位，圖3是改進后的電路圖。

從圖2中的虛線圖可以看出，改進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，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，這個結果與理想的TTL三態非門的輸出結果是一致的。

5 小結

TTL數字信號是數字電路的重要組成，所以，在設計電路時，為確保電路的穩定性和邏輯的正確性，應嚴格保證電路輸出的高電平信號和低電平信號滿足要求。

參考文獻

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