TTL三态非门电路的问题与改进

时间：2024-05-04

万文吴敏

摘要

通过对典型的典型的TTL三态非门电路进行仿真，发现该电路存在输出高电平时电压偏低的问题;分析出现该问题的原因;设计出改进后的电路，仿真说明该电路可以解决原电路出现的问题。

【关键词】TTL电路三态门二极管控制端

1 TTL电平的分类

TTL電路，主要由BJT（双极结型晶体管）和电阻构成，具有速度快的特点。数字电路中，由TTL电子元器件组成的电路使用的电平，称为TTL电平。

数字电路中，信号被分为两类：高电平和低电平。在TTL数字电路中，规定高电平的电压范围为3.6V～5V，低电平的电压范围为0V～2.4V，尽量避免处理的电压信号处于区间2.4V～3.6V中。

2 电压处于中间段的带来的问题

在TTL数字电路中，理想的数字信号为，处于3.6V～5V之间的为高电平，处于0V～2.4V之间的为低电平，禁止出现处于2.4V～3.6V的电压信号，但实际的电路中，这是很难避免的。一旦出现这种干扰信号，会很大程度的影响控制电路，使电路中信号传输的质量下降，进而出现错乱的逻辑关系或者控制失灵，导致电路无法进行正常的工作。

3 典型的TTL三态非门电路

3.1 典型的TTL三态非门电路原理图

图1所示为TTL三态非门电路原理图，电路由两部分构成：

（1）Q1～Q5五个三极管、R1～R5五个电阻和直流电源V1组成的TTL非逻辑门电路，该电路的输入端口为A，输出端口为Y，输入与输出之间的逻辑关系满足关系式：

输入端口A输入的电压范围满足，高电平电压为3.6V～5V，低电平电压为0V～2.4V。

（2）二极管D1组成的控制端，控制端口为E。控制端口E输入的电压范围满足，高电平电压为3.6V～5V，低电平电压为0V～2.4V。

理想的TTL三态非门应该满足，当E为高电平，A为低电平时，输出端Y一定为高电平，但是，实际电路输出值并不是这样。

3.2 典型的TTL三态非门电路存在的问题

由于实际电路搭建较繁琐，所以采用multisim软件对TTL三态非门电路进行仿真。图1也是采用multisim软件进行仿真时的电路图，其中端口A和端口E分别接入直流电压源V2和V3，电压值可调节;输出端Y和地之间并联电压表XMM1，可以读取输出电压y的值。图2中的实线图是仿真结果，从图2可以看出，当A为低电平时，使能端E的高电平电压处于3.6V～4.2V之间，电路的输出值小于3.6V，不属于高电平的范围，这将导致逻辑关系的错乱。

3.3 偷出电平Y偏低的原因

当使能端的电压从5V逐渐减小时，实际二极管D1也会有微弱电流流过，D1两端有压降，此时B点的电位等于E点的电压加上二极管D1两端的电压，输出电平Y小于3.6V的主要原因是B点电位偏低。

4 TTL三态非门电路的改进

从上面的分析可知，解决该问题的本质是提高B点的电位。由于B点的电位等于E点的电压加上二极管D1两端的电压，所以，如果D1两端再串联一个二极管，则可以提高B点的电位，图3是改进后的电路图。

从图2中的虚线图可以看出，改进后的电路解决了原电路中输出电压偏低的问题，A为低电平时，使能端E的高电平电压处于3.6V～5V之间，电路的输出值均大于3.6V，这个结果与理想的TTL三态非门的输出结果是一致的。

5 小结

TTL数字信号是数字电路的重要组成，所以，在设计电路时，为确保电路的稳定性和逻辑的正确性，应严格保证电路输出的高电平信号和低电平信号满足要求。

参考文献

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