数字电子技术基础（二十四）——TTL门电路的高、低电平的输出特性曲线

1 TTL门电路的特性曲线

1.1 高电平输出特性

1.1.2 高电平输出特性的实验过程

1.1.2 TTL门电路的输出特性的实验结果

1.2 低电平的输出特性

1 TTL门电路的特性曲线

1.1 高电平输出特性

1.1.2 高电平输出特性的实验过程

现在想要测试TTL门电路的输出特性，以TTL与非门为例子。如下图所示为TTL与非门的测试电路：

将与非门的其中一端接地（在上图中为B端接地），另一端接高电平（在上图中为A端接高电平），此时的与非门中的晶体管 $T_2$ 、 $T_4$ 截止，推拉式输出级的晶体管 $T_3$ 、二极管 $D_1$ 全部流向负载，示意图如下所示：

$T_3$ 输出的集电极电流，经由导通的二极管 $D_1$ 全部流向了负载。在高电平输出时的负载电流被定义为拉电流。通过改变负载的阻值可以改变拉电流值的大小，在测试电路当中，通过改变负载的阻值可以得到如下所示的公式： $I_{OH}=\frac{V_{OH}}{R_U}$ 。

1.1.2 TTL门电路的输出特性的实验结果

当电路输出为高电平的时候， $T_3$ 工作于射级跟随的状态，输出的高电平等于集电极电位 $U_{C2}$ 减去二极管 $D_1$ 的正向导通电压，输出的高电平会非常稳定，计算公式如下所示：

$V_{OH}=V_{C2}-V_{BE3}-V_{D1}$

通过对于TTL门电路进行检测，可以得到如下图所示的电路曲线：

当拉电流比较小的时候，高电平输出的信号受到拉电流的影响也比较小，输出的电压比较稳定，而随着拉电流的增加， $T_3$ 由放大区进入到饱和区，失去了射级跟随的能力， $T_3$ 的变化如下图红线所示：

此时饱和区的晶体管输出的电位为：

$V_{OH}=V_{CC}-I_{OH}R_4-V_{CES3}-V_{D1}$

在上面的公式中， $V_{CES3}$ 表示的是三极管 $T_3$ 饱和时集电极和发射级之间的电位差（输出饱和电压）。此时晶体管的电位 $V_O$ 等于直流电压源 $V_{CC}$ 减去拉电流在 $R_4$ 上的压降，减去 $T_3$ 的输出饱和压降，减去二极管 $D_1$ 的导通压降，电路的输出电压随着拉电流的增加而迅速地下降，当下降到高电平地输出下限值的时候，所对应的拉电流为拉电流的最大值。如果负载电流超过电流的最大值，那么门电路的输出电压将会进入不高不低的范围，这种输出电压连接到输入端的时候，那么就会造成下一级的混乱。

1.2 低电平的输出特性

将与非门2个输入端全部接高电平，对于与非来说，输入端均为高电平的情况下，此时测试电路如下图所示：

如下所示与非门的晶体管示意图：

$T_2$ 和 $T_4$ 饱和导通，此时 $T_3$ 和 $D_1$ 截止，输出是 $T_4$ 的饱和输出压降，为低电平信号，此时的负载电流是倒灌回门电路的输出端的，流入 $T_4$ 的集电极，门电路低电平输出时，负载电流定义为灌电流，调节这个变阻器 $R_L$ 的阻值，就可以调节灌电流值的大小。