初级模拟电路:3-10 BJT 数字逻辑门简介

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热心网友时间：2024-10-23 06:32

本节将带您探索使用BJT构建数字逻辑门的基本原理，作为本章关于BJT非放大器应用的补充。请注意，这里介绍的是基础概念，实际集成电路内部逻辑门的复杂程度远超于此。我们旨在帮助您理解逻辑门的设计和BJT电路的直流设计基础。

早期，人们用电阻和BJT组合实现逻辑门，称为RTL（电阻-晶体管逻辑），其特点是简单、成本低，但功耗大，性能指标如噪声裕度和响应速度不佳。DTL（二极管-晶体管逻辑）随后出现，利用二极管和BJT，线路简单且抗干扰性强，但响应速度较慢。进一步的改进是TTL（晶体管-晶体管逻辑），它结合了DTL的优点，响应更快，且成本与DTL相当，TI公司在1964年推出的5400系列是TTL的里程碑，7400系列的推出开启了新的设计时代。然而，TTL的功耗问题逐渐被低功耗的场效应管取代，尽管如此，由于历史原因和成本优势，TTL在许多场景中依然常见。

TTL的逻辑电平定义如下：非门（反相器）的高电平（逻辑1）为5V，低电平（逻辑0）为0.2V。在设计时，关键目标是保证输出稳定，不受输入电压波动影响。通过分析，您可以理解这些电平范围的确定方法。

RTL非门中，BJT工作在截止、放大和饱和三个区域，通过计算各区域的临界电压来理解门的工作状态。TTL非门电路的复杂性则体现在多晶体管设计上，但分析方法类似，通过真值表和局部电流分析来理解。

DTL与非门的分析涉及噪声裕度、扇出系数和耗散功率。低电平噪声裕度为1.4V，高电平为3.5V，这表明性能较好。通过计算扇出系数，可以确定一个逻辑门能驱动多少个下一级门。耗散功率的计算则展示了电路在特定条件下的功耗特性。

最后，TTL电路中，逻辑门完全由晶体管构成，比如将背靠背的二极管合并成NPN型三极管，以及使用集成工艺实现多个发射极。通过分析输入电压变化，我们能看到BJT在不同状态下的行为，包括反向放大区。

深入学习数字逻辑门的模拟实现，可以参考专业集成电路设计书籍，现在您已经有了基础概念，可以更好地理解书中内容了。