改进型TTL门电路—抗饱和TTL电路

改进型TTL门电路——抗饱和TTL电路

　　抗饱和TTL电路是目前传输速度较高的一类TTL电路。这种电路由于采用肖特基势垒二极管SBD钳位方法来达到抗饱和的效果 ，一般称为SBDTTL电路（简称STTL电路），其传输速度远比基本TTL电路为高。

肖特基势垒二极管的工作特点如下：
　　（1）它和PN结一样，同样具有单向导电性，这种铝-硅势垒二极管导通电流的方向是从铝到硅。
　　（2）AL－SiSBD的导通阈值电压较低，约为0.4～0.5V ，比普通硅PN结约低0.2V。
　　（3）势垒二极管的导电机构是多数载流子 ，因而电荷存储效应很小。
　　根据前面的学习，我们已经知道，BJT工作在饱和时 ，发射结和集电结都处在正向偏置，集电结正向偏置电压越大，则表明饱和程度越深。
　　为了限制BJT的饱和深度，在BJT的基极和集电极并联上一个导通阈值电压较低的肖特基二极管，如下图所示。

　　当没有SBD时，随着基级电压的升高，电流沿着蓝线方向流动。由于SBD的作用，当基级电压大于0.4V时， SBD首先电导通，电流沿着红线方向流动（如下图所示），从而使T的基极电流不会过大（而且使T的集电结正向偏压将被钳制在0.4V左右），因此SBD起到抵抗过饱和的作用，因而又将这种电路称为抗饱和电路，使电路的开关时间大为缩短。

　　下图为肖特基TTL（STTL）与非门的典型电路。与基本TTL与非门电路相比，作了若干改进。在基本的TTL电路中 ，T₁、T₂和T₃工作在深度饱和区，管内电荷存储效应对电路的开关速度影响很大。现在除T₄外，其余的BJT均采用SBD钳位，以达到明显的抗饱和效果。其次，基本电路中的所有电阻值这里几乎都减半。这两项改进导致门电路的开关时间大为缩短。由于电阻值的减小也必然会引起门电路功耗的增加。

STTL门电路还有以下三点对基本TTL电路的性能作了改进：
　　（1）二极管D被由T₄和T₅所组成的复合管所代替，当输出由低电平向高电平过渡时，由于复合管电路的电流增益很大，输出电阻很小
，从而减小了电路对负载电容的充电时间。
　　（2）电路输入端所加的SBD—D_A和D_B，用来减小由门电路之间的连线而引起的杂散信号。
　　（3）基本电路中的R_e2（1kΩ）改为由T₆与R_c6 、R_b6的组合电路所代替。这个组合电路是有源非线性电阻。当其两端的电压（发射极e2对地）较低时，呈现很大的电阻，而当其两端的电压达到0.7V左右时，则呈现很小的电阻。这样，当与非门的全部输入端由低电平转向高电平时，有源电阻开始不导通使T₃很快达到饱和；反之，当电路的全部输入端（或其中之一）由高电平转向低电平时，T₂和T₃将截止，由于T₃饱和时，V_BE=0.7V，在转换开始的瞬间，有源电阻的阻值很小
T₃基区存储的电荷通过此低阻回路很快消散。由于这个缘故，有源非线性电路称为有源下拉电路 ，它与有源上拉电路是对应的 。意即将 V_BE3从0.7 V很快拉到０V，从而使输出电压很快升高，即提高了开关速度。

　　基于上述特点,STTL与非门具有较为理想的传输特性。与基本TTL反相器的传输特性相比，Ｃ点不再存在了，由Ｂ点直接下降到Ｄ点，即传输特性变化非常陡峭，见下图。

　　除典型的肖特基型（STTL）外，尚有低功耗肖特基型（LSTTL）、先进的肖特基型（ASTTL），先进的低功耗型（ALSTTL）等，它们的技术参数各有特点，是在TTL工艺的发展过程中逐步形成的。

TTL门电路的各种系列的性能比较