与非门的特性与主要参数

1.电压传输特性及主要参数

（1）电压传输特性

电压传输特性是指与非门输出电压uo随输入电压ui变化的关系曲线。图14－9（a）、（b）分别为电压传输特性的测试电路和电压传输特性曲线。

图14－9所示电压传输特性曲线可分成下列四段：

①ab段（截止区）0≤ui＜0.6V，uo＝3.6V；

②bc段（线性区）0.6V≤ui＜1.3V，uo线性下降；

③cd段（转折区）1.3V≤ui＜1.5V，uo急剧下降；

④de段（饱和区）ui≥1.5V，uo＝0.3V。

图14－9　TTL与非门的电压传输特性

（2）主要参数

从电压传输特性可得以下主要参数。

①输出高电平UoH和输出低电平UoL。UoH是指输入端有一个或一个以上为低电平时的输出高电平值；UoL是指输入端全部接高电平时的输出低电平值。UoH的典型值为3.6V，UoL的典型值为0.3V。但是，实际门电路的UoH和UoL并不是恒定值，考虑到元件参数的差异及实际使用时的情况，手册中规定高、低电平的额定值为：UoH＝3V，UoL＝0.35V。有的手册中还对标准高电平（输出高电平的下限值）USH及标准低电平（输出低电平的上限值）USL规定：USH≥2.7V，USL＝0.5V。

②阈值电压UTH。UTH是电压传输特性的转折区中点所对应的ui值，是T5管截止与导通的分界线，也是输出高、低电平的分界线。它的含义是：

当ui＜UTH时，与非门关门（T5管截止），输出为高电平；

当ui＞UTH时，与非门开门（T5管导通），输出为低电平。实际上，阈值电压有一定范围，通常取UTH＝1.4V。

③关门电平Uoff和开门电平Uon。在保证输出电压为标准高电平USH（即额定高电平的90%）的条件下，所允许的最大输入低电平，称为关门电平Uoff。在保证输出电压为标准低电平USL（额定低电平）的条件下，所允许的最小输入高电平，称为开门电平Uon。Uoff和Uon是与非门电路的重要参数，表明正常工作情况下输入信号电平变化的极限值，同时也反映了电路的抗干扰能力。一般为

Uoff≥0.8V， Uon≤1.8V

④噪声容限。低电平噪声容限是指与非门截止，保证输出高电平不低于高电平下限值时，在输入低电平基础上所允许叠加的最大正向干扰电压，用UNL表示。由图14－9可知，UNL＝Uoff－UiH。高电平噪声容限是指与非门导通，保证输出低电平不高于低电平上限值时，在输入高电平基础上所允许叠加的最大负向干扰电压，用UNH表示。由图14－9可知，UNH＝UiH－Uon。显然，为了提高器件的抗干扰能力，要求UNL与UNH尽可能地接近。

2.输入特性及主要参数

（1）输入伏安特性及主要参数

输入伏安特性是指与非门输入电流随输入电压变化的关系曲线。图14－10（a）为测试电路，图14－10（b）为TTL与非门的输入伏安特性曲线。一般规定输入电流以流入输入端为正。

由图14－10可以得到以下几个主要参数：

①输入短路电流IiS为当输入端有一个接地时，流经这个输入端的电流，如图14－11所示。由图14－10得

图14－10　TTL与非门的输入伏安特性

当Ui＝0时，得

式中，负号表示电流是流出的，当与非门是由前级门驱动时，IiS就是流入（灌入）前级与非门T5的负载电流，因此，它是一个和电路负载能力有关的参数，它的大小直接影响前级门的工作情况。一般情况下，IiS≤2mA。

②输入漏电流IiH为当任何一个输入端接高电平时，流经这个输入端的电流，如图14－12所示。由于此电流是流入与非门的，因而是正值。当与非门的前级驱动门输出为高电平时，IiH就是前级门的流出（拉）电流，因此，它也是一个和电路负载能力有关的参数。显然，IiH越大，前级门输出级的负载就越重。一般情况下，IiH＜40μA。

图14－11　IiS的定义

图14－12　IiH的定义

IiS和IiH都是TTL与非门的重要参数，是估算前级门带负载能力的依据之一。

（2）输入端负载特性及主要参数

输入端负载特性是指输入端接上电阻Ri时，输入电压Ui随Ri的变化关系。图14－13（a）为测试电路，图14－13（b）为TTL与非门的输入负载特性曲线。

图14－13　TTL与非门的输入端负载特性

当TTL与非门的一个输入端外接电阻Ri时（其余输入端悬空），在一定范围内，输入电压Ui随着Ri的增大而升高。在T5管导通前，输入电压：

由图14－13（b）可知，开始Ui随Ri增大而上升，但当Ui＝1.4V后，T5导通，T1的基极电位钳位在2.1V不变，Ui亦被钳位在1.4V，不再随Ri增大而增大。这时，T5饱和导通，输出为低电平0.3V。

由以上分析可知，输入端外接电阻的大小，会影响门电路的工作情况。当Ri较小时，相当于输入信号是低电平，门电路输出为高电平；当Ri较大时，相当于输入信号是高电平，门电路输出为低电平。

①关门电阻Roff。使TTL与非门输出为标准高电平USH时，所对应的输入端电阻Ri的最大值称为关门电阻，用Roff表示。

②开门电阻Ron。使TTL与非门输出为标准低电平时，输入端外接电阻的最小值称为开门电阻，用Ron表示。

这两个参数是与非门电路中的重要参数。当Ri＜Roff时，TTL与非门截止，输出高电平；当Ri＞Ron时，TTL与非门导通，输出低电平。在TTL与非门典型电路中，一般选Roff＝0.9kΩ，Ron≥2.5kΩ。

3.输出特性及主要参数

TTL与非门的输出特性是指输出电压与输出电流（负载电流）的关系。在实际应用中，TTL与非门的输出端总是要与其他门电路连接，也就是要带负载。TTL与非门带的负载分为灌电流负载和拉电流负载两种。

（1）输入为高电平时的输出特性（灌电流负载特性）

当输入全为高电平时，TTL与非门导通，输出为低电平。此时，T5管饱和，负载电流为灌电流，如图14－14（a）所示。负载RL越小，灌入T5管的电流IoL越大，T5管饱和程度变浅，输出低电平值增大，如图14－14（b）所示。为了保证TTL与非门的输出为低电平，对IoL要有一个限制。一般将输出低电平UoL＝0.35V时灌电流定为最大灌电流IoL max。

图14－14　输入高电平时的输出特性

（2）输入为低电平时的输出特性（拉电流负载特性）

当输入端有一个低电平时，TTL与非门截止，输出为高电平。此时T5管截止，负载为拉电流，如图14－15（a）所示。T3、T4管工作于射极跟随器状态，其输出电阻很小。负载RL越小，从TTL与非门拉出的电流IoH越大，门电路的输出高电平UoH将下降，如图14－15（b）所示。为了保证TTL与非门的输出为高电平，IoH不能太大，一般将输出高电平UoH＝2.7V时的拉电流定为最大拉电流IoH max。

图14－15　输入低电平时的输出特性

（3）主要参数

TTL与非门在保证输出为额定电平的前提下，所能驱动同类型与非门的最大数目，称为扇出系数No，它是衡量门电路带负载能力的一个重要参数。

因为驱动同类型与非门时最大电流是发生在输出低电平带灌电流负载的情况下，因此，No＝IoL／IiS一般，扇出系数No≥8。

4.其他参数

（1）平均传输延迟时间tpd

平均传输延迟时间tpd是指TTL与非门电路导通传输延迟时间tp1和截止延迟时间tp2的平均值，即tpd＝（tp1＋tp2）／2，如图14－16所示。tpd是衡量门电路开关速度的一个重要参数。一般，tpd＝10～40ns。

图14－16　tpd的定义

（2）空载功耗

空载功耗是指TTL与非门空载时电源总电流IC与电源电压UCC的乘积。

①空载导通功耗Pon是指与非门输出为低电平时的功耗。

②空载截止功耗Poff是指与非门输出为高电平时的功耗。

TTL与非门电路的空载功耗一般为几十毫瓦，且Pon＞Poff。