https://m.toutiao.com/is/FuH126V/?=一文讀懂晶體管的邏輯電路原理 

什么是晶體管,？

晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件（包括二極管,、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管,、晶閘管等）,，它具有檢測(cè)、整流,、放大,、開關(guān)、穩(wěn)壓和信號(hào)調(diào)制等多種功能,。作為交流斷路器,，晶體管可以根據(jù)輸入電壓控制輸出電流。與普通機(jī)械開關(guān)（如繼電器和開關(guān)）不同,，晶體管使用電信號(hào)來(lái)控制其打開和關(guān)閉，因此開關(guān)速度可以非?？?，實(shí)驗(yàn)室中的開關(guān)速度可以達(dá)到100GHz以上。晶體管通常是由半導(dǎo)體材料制成的固態(tài)電子器件,。電流的循環(huán)可以通過(guò)添加電子來(lái)改變,。這一過(guò)程使電壓變化成比例地影響輸出電流的許多變化，從而使放大倍數(shù)倍增,。除大多數(shù)電子設(shè)備外,，并非所有電子設(shè)備都包含一種或多種類型的晶體管,。有些晶體管單獨(dú)或通常放置在集成電路中，并且根據(jù)應(yīng)用的狀態(tài)而變化,。

根據(jù)晶體管的性能,，可形成晶體管的邏輯電路，在數(shù)字集成電路中運(yùn)用廣泛,。

同類型邏輯電路（RTL,，DTL，TTL）的不同特點(diǎn)：

數(shù)字集成電路是對(duì)數(shù)字集成電路執(zhí)行邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)換的邏輯電路,。邏輯電路的基本單元是門電路和觸發(fā)電路,。觸發(fā)電路主要由各種門電路組成，是數(shù)字集成電路的基本單元,。依照基本單元電路的工作特點(diǎn)不同,，分為三種類型：飽和型邏輯（RTL，DTL,，TTL）,、抗飽和型邏輯（STTL）、非飽和型邏輯（ECL）,。本文主要介紹RTL,，DTL,TTL三種邏輯電路。

第一種是電阻晶體管耦合邏輯電路（RTL）,，它是或非門電路,。當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，輸出為低電平,，輸出為低電平vol=0.2V,，采用步進(jìn)連接時(shí)輸出為高電平vol=1V，電路具有速度慢,、負(fù)載能力低,、抗干擾能力差的特點(diǎn)。電路如圖1所示：

圖1 電阻-晶體管耦合邏輯電路

第二種是二極管-晶體管耦合邏輯電路（DTL）,，它是一種與非門電路,。只要輸入信號(hào)為低電平，則輸出為高電平,。只有當(dāng)所有輸入均為高電平時(shí),，輸出才為低電平。對(duì)于RTL電路,，其負(fù)載能力和抗干擾能力有所提高,，但電路速度仍然很慢。

圖2 二極管-晶體管邏輯電路

第三種就是我們用到的TTL與非門,，如圖所示,由于輸入級(jí)和輸出級(jí)均由晶體管組成,，故稱為晶體管-晶體邏輯管,，簡(jiǎn)稱TTL電路。其實(shí),，TTL門電路也分很多種,，比如說(shuō)非門、與非門,、或非門,、與或非門以及OC輸出的與非門。雖然種類多,，但是基本的工作原理都是類似的,。所以，接下來(lái)就介紹一個(gè)經(jīng)典的TTL與非門電路,。

圖3 典型TTL與非門

又因?yàn)樵诰w管中參與導(dǎo)電的有兩種極性的載流子,，故這種電路屬于雙極性電路。如圖所示：

圖4 多射極晶體管的結(jié)構(gòu)及等效電路

由圖可知,，輸入級(jí)：T1是多發(fā)射極晶體管,，可以把它看成二極管構(gòu)成的，如圖4所示,。所以根據(jù)圖中就能看出來(lái),，輸入級(jí)就是一個(gè)與門電路：C= D1·D2·D3。只有當(dāng) D1,、D2,、D3都為 1 時(shí)，C 才會(huì)輸出 1,，其余C都為 0,。

中間級(jí)：由三極管T2和電阻R2、R3組成,。在電路的開通過(guò)程中利用T2的放大作用,，為輸出管T3提供較大的基極電流，加速了輸出管的導(dǎo)通,。所以,，中間級(jí)的作用是提高輸出管的開通速度，改善電路的性能,。

輸出級(jí)：由三極管T3,、T4、T5和電阻R5組成,。如圖3所示，圖3中 T5三極管非門電路,，圖3中T3,、T5是TTL與非門電路中的輸出級(jí),。從圖中可以看出，輸出級(jí)由三極管T5實(shí)現(xiàn)邏輯非的運(yùn)算,。但在輸出級(jí)電路中用三極管T4,、T3和R4組成的有源負(fù)載替代了三極管非門電路中的R4，目的是使輸出級(jí)具有較強(qiáng)的負(fù)載能力,。其中T4可以起到三極管反向擊穿的保護(hù)作用,。

TTL電平原理：

TTL電平信號(hào)被利用的最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定, +5V等價(jià)于邏輯“1'，0V等價(jià)于邏輯“0”,，這被稱做TTL(Transistor- Transistor Logic晶體管晶體管邏輯電平)信號(hào)系統(tǒng),這是計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),。
首先，由計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸具有低功耗要求和低熱損耗,，此外,，TTL電平信號(hào)直接連接到集成電路，無(wú)需昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器和接收器電路,。此外,，由于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸以高速進(jìn)行，TTL接口的操作剛好可以滿足這一要求,，所以TTL電平對(duì)于計(jì)算機(jī)處理器的控制設(shè)備是很好的選擇,。

TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式,，而這種傳輸方式對(duì)于超過(guò)10英尺的距離就不太適用了,。這是由于可靠性和成本兩方面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚?duì)稱的問(wèn)題,，這些問(wèn)題對(duì)可靠性均有影響,。
TTL輸出高電平>2.4V,輸出低電平<0.4V。 在室溫下,，一般輸出高電平是3.5V ,輸出低電平是0.2V,。 最小輸入高電平和低電平:輸入高電平>-2.0V,輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V,。
TTL電路是電流控制器件,，TTL電路的速度快，傳輸延遲時(shí)間短(5-10ns),，但是功耗大,。
TTL器件輸出低電平要小于0.8V，高電平要大于2.4V,。輸入,，低于1.2V就認(rèn)為是0，高于2.0就認(rèn)為是1。

其他常見的TTL應(yīng)用是四管單元TTL與非門,，STTL和LSTTL電路,，LSTTL等。