晶体管-晶体管逻辑

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晶体管－晶体管逻辑（Transistor-Transistor Logic，缩写为TTL），是市面上较为常见且应用广泛的一种逻辑闸数字集成电路，由电阻器和晶体管而组成。TTL最早是由德州仪器所开发出来的，现虽有多家厂商制作，但编号命名还是以德州仪器所公布的资料为主。其中最常见的为74系列。

与TTL分庭抗礼的是CMOS，旧时两者相比较TTL主要是速度快，CMOS则是速度慢，但省电、成本比TTL低。随着CMOS技术的进步，其反应速度已经超越TTL。而且CMOS内部不具有制作麻烦的电阻，所以TTL可说几乎没有发展。目前TTL主要应用于教育或是较简单的数位电路。

## 内部主要构成元件

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TTL最主要是由N组电阻、晶体管、二极管构成的偏压电路所组合出来，在线性放大器的角度来看就是数个CE（共射极）电路或是CC（共集极）电路所组成。当然这只是比喻并非实际，毕竟在数位逻辑的世界就是只有0跟1，也就是关或开。

## 74系列与54系列

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74系列为民用品，可工作于商用温度范围（0至70℃），是一般TTL逻辑电路中最常见的系列，在数位逻辑或是微处理机的相关课程更是少不了它们的存在。

54系列为军用品，可工作于军用温度范围（-55至125℃），用于具有特殊工作需求的地方。

74系列TTL IC的分类如下：

### 以内部结构区分

- 标准型

结构跟构成的材料最简单，相对的特性也是不理想，所以此类型已经被淘汰多时。无英文简写，范例：7400。

- 早期的低功率型与高速型
- 低功率型，（英文 Low Power简写“L”），耗电低，但速度慢。范例：74L00。
- 高速型，（英文 High Speed简写“H”），速度较快，输出较强，但耗电高。范例：74H00。

由于 S 型耗电与 H 型相近，但速度极快。LS 型的耗电与 L 型相近，但速度却快很多，甚至比 H 型还快。因此 L 型与 H 型很快就退出市场。

- 萧特基（Schottky）

除了电阻器一样是做控流跟偏压用途，萧特基型最主要是采用萧特基二极管跟萧特基晶体管，改善切换速度。在市面上跟教育单位非常普及，特性也很不错，常常被用来搭配Intel 8051使用。LS型逐渐成为TTL中的主流。

- 萧特基型（英文 Schottky Logic，简写“S”），范例：74S00。
- 高级萧特基型（英文 Advanced Schottky Logic，简写“AS”），范例：74AS00。
- 低功率萧特基型（英文 Low Power Schottky Logic，简写“LS”），范例：74LS00。
- 高级低功率萧特基型（英文 Advanced Low Power Schottky Logic，简写“ALS”），范例：74ALS00。
- 快速（英文Fast，简写“F”）

快速型是有别于萧特基型所另外发展的高速TTL，范例：74F00。

- CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）

虽然此类型的编号与接脚规格跟TTL一样，但内部的实际结构是CMOS，而不是TTL所使用的接面晶体管。此系列具有CMOS的高输入阻抗特性与低耗电，但工作电压范围有别于先前RCA所发展的40跟45系列的CMOS逻辑IC。除早期的C系列外，此类CMOS的运作速度非常快。

- CMOS，英文简写“C”，范例：74C00。
- 高级CMOS（英文 Advanced CMOS Logic，简写“AC”），范例：74AC00。
- 高速CMOS（英文 High Speed CMOS Logic，简写“HC”），范例：74HC00。
- 高级高速CMOS（英文 Advanced High Speed CMOS Logic，简写“AHC”），范例：74AHC00。

#### TTL各系列典型消耗功率与传输延迟的比较

系列｜型号｜特徴｜消耗电力(mW/Gate)｜传输延遅 tpd(nsec)

标准TTL｜74｜1962年商品化初期的标准品｜10｜10

低功率TTL｜74L｜初期的低消耗电力产品。但速度慢。｜1｜35

高速TTL｜74H｜初期的高速暨高输出TTL。但消耗电力大。｜20｜6

萧特基TTL｜74S｜使用萧特基二极管与萧特基晶体管的高速TTL｜20｜3

低功率萧特基TTL｜74LS｜1970年代后半至80年代前半的主流TTL｜2｜10

先进(Advanced)LS-TTL｜74ALS｜1980年代中期推出的LS-TTL改良品｜1｜4

先进(Advanced)S-TTL｜74AS｜1980年代中期推出的S-TTL改良品｜20｜1.5

快速型FAST｜74F｜1980年代中期由Fairchild公司发售的高速萧特基TTL｜4｜2.5

### 以输出型态分类

- 图腾式输出（Totem-pole Output）

大部分74系列的组合逻辑IC，都是采用图腾式输出。此种输出可以输出高电位与低电位。被称为图腾式则是因为电路形式像图腾一样配置。

- 开集极式输出（Open Collector，简称O.C.）

此种输出不能输出高电位，输出只有开路与低电位两种状态。

可以承受较高的电压或与不同工作电压的电路连接。有时开集极式输出可用来应付比较重的负载（例继电器）。

可以允许多个开集极式逻辑输出进行并联，作为Wired-AND使用。图腾式的逻辑闸输出不能并联连接。

- 三态式输出（Tri-state或3-state）

在数位电路除了0跟1以外，另一种状态则是高阻抗，高阻抗对电路来说即是断路。主要是用于总线(bus)等。

- 史密特触发型输入（Schmitt Trigger）

此类型逻辑闸具有所谓的迟滞电压，不易因为输入在0/1交界电压附近的小幅变化而产生输出跳动，主要用途是抗噪声、消除机械式接点的弹跳（暂态）现象，也可用来做RC振荡器等。

### 代表性IC

- 反及闸（NAND）：7400、7410、7412、7420、7430
- 反或闸（NOR）：7402、7427
- 反闸（NOT）：7404、7414
- 及闸（AND）：7408、7411、7421
- 或闸（OR）：7432
- 互斥或闸（XOR）：7486
- 同或门（XNOR）：74266
- 缓冲闸（Buffer）：7407、74244
- BCD码（十进制）转七段显示器解码器：7447、7448
- 全加器（Full Adders）：7483、74283
- D型栓锁器（D-type Latches）：74373
- 异步计数器（Asynchronous Counter）：7490 （十进制，Decade）、7492、7493（十六进制）、74190（可预设十进制）

## TTL电压准位

### 使用标准供电电压5V的TTL电压准位规范

- 输入电压准位
- Hi输入电压：2.0V以上
- Low输入电压：0.8V以下
- 输出电压准位
- Hi输出电压：2.4V以上
- Low输出电压：0.4V以下
- 由以上规范可以算出：前一级输出至次一级输入电压准位间，可以容忍的噪声边际电压是0.4V。

## 使用注意事项

- 避免在带有静电的情况下接触IC
- TTL的电源电压要5V，建议最低不低于4.75V，最高不高于5.25V
- 若输入端空接，逻辑闸会把输入端视为HI（逻辑1）的状态
- 注意第一只脚的位置，以免错接
- 若某一逻辑闸的输出要并接许多负载或是逻辑闸，最好先装缓冲器或是提升电阻，以免发生负载效应

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