1．TTL與非門的基本結構

我們以DTL與非門電路為基礎，根據提高電路功能的需要，從以下幾個方面加以改進，從而引出TTL與非門的電路結構。

首先考慮輸入級，DTL是用二極管與門做輸入級，速度較低。仔細分析我們發現電路中的Dl、D2、D3、D4的P區是相連的。我們可用集成工藝將它們做成—個多發射極三極管。這樣它既是四個PN結，不改變原來的邏輯關系，又具有三極管的特性。一旦滿足了放大的外部條件，它就具有放大作用，為迅速消散T2飽和時的超量存儲電荷提供足夠大的反向基極電流，從而大大提高了關閉速度。詳細情況后面再講。

第二，為提高輸出管的開通速度，可將二極管D5改換成三極管T2，邏輯關系不變。同時在電路的開通過程中利用T2的放大作用，為輸出管T3提供較大的基極電流，加速了輸出管的導通。另外T2和電阻RC2、RE2組成的放大器有兩個反相的輸出端VC2和VE2，以產生兩個互補的信號去驅動T3、T4組成的推拉式輸出級。

第三，再分析輸出級。輸出級應有較強的負載能力，為此將三極管的集電極負載電阻RC換成由三極管T4、二極管D和RC4組成的有源負載。由于T3和T4受兩個互補信號Ve2和Vc2的驅動，所以在穩態時，它們總是一個導通，另一個截止。這種結構，稱為推拉式輸出級。

2．TTL與非門的邏輯關系

因為該電路的輸出高低電平分別為3.6V和0.3V ，所以在下面的分析中假設輸入高低電平也分別為3.6V和0.3V。

（1）輸入全為高電平3.6V時。T2 、T3導通，VB1=0.7×3=2.1（V），從而使T1的發射結因反偏而截止。此時T1的發射結反偏，而集電結正偏，稱為倒置放大工作狀態。

由于T3飽和導通，輸出電壓為：VO=VCES3≈0.3V

這時VE2=VB3=0.7V，而VCE2=0.3V，故有VC2=VE2+ VCE2=1V。1V的電壓作用于T4的基極，使T4和二極管D都截止。

可見實現了與非門的邏輯功能之一：輸入全為高電平時，輸出為低電平。

（2）輸入有低電平0.3V時。

該發射結導通，T1的基極電位被鉗位到VB1=1V。T2、T3都截止。由于T2截止，流過RC2的電流僅為T4的基極電流，這個電流較小，在RC2上產生的壓降也較小，可以忽略，所以VB4≈VCC=5V ，使T4和D導通，則有：

              VO≈VCC-VBE4-VD=5-0.7-0.7=3.6（V）

可見實現了與非門的邏輯功能的另一方面：輸入有低電平時，輸出為高電平。

綜合上述兩種情況，該電路滿足與非的邏輯功能，是一個與非門。

TTL與非門的開關速度:

1．TTL與非門提高工作速度的原理

（1）采用多發射極三極管加快了存儲電荷的消散過程。設電路原來輸出低電平，當電路的某一輸入端突然由高電平變為低電平，T1的一個發射結導通，VB1變為1V。由于T2、T3原來是飽和的，基區中的超量存貯電荷還來不及消散，VB2仍維持1.4V。在這個瞬間，T1為發射結正偏，集電結反偏，工作于放大狀態，其基極電流iB1=（VCC-VB1）/Rb1

圖2.2.5 多發射極三極管消散T2存儲電荷的過程

集電極電流iC1=β1iB1。這個iC1正好是T2的反向基極電流iB2，可將T2的存貯電荷迅速地拉走，促使T2管迅速截止。T2管迅速截止又使T4管迅速導通，而使T3管的集電極電流加大，使T3的超量存貯電荷從集電極消散而達到截止。

（2）采用了推拉式輸出級，輸出阻抗比較小，可迅速給負載電容充放電。

2．TTL與非門傳輸延遲時間tpd

當與非門輸入一個脈沖波形時，其輸出波形有一定的延遲，如圖所示。定義了以下兩個延遲時間：

   導通延遲時間tPHL——從輸入波形上升沿的中點到輸出波形下降沿的中點所經歷的時間。

   截止延遲時間tPLH——從輸入波形下降沿的中點到輸出波形上升沿的中點所經歷的時間。

與非門的傳輸延遲時間tpd是tPHL和tPLH的平均值。即

一般TTL與非門傳輸延遲時間tpd的值為幾納秒～十幾個納秒。