晶體管是什么？

晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件（包括二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管等），它具有檢測(cè)、整流、放大、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓和信號(hào)調(diào)制等多種功能。作為交流斷路器，晶體管可以根據(jù)輸入電壓控制輸出電流。

與普通機(jī)械開(kāi)關(guān)（如繼電器和開(kāi)關(guān)）不同，晶體管使用電信號(hào)來(lái)控制其打開(kāi)和關(guān)閉，因此開(kāi)關(guān)速度可以非?？欤瑢?shí)驗(yàn)室中的開(kāi)關(guān)速度可以達(dá)到100GHz以上。晶體管通常是由半導(dǎo)體材料制成的固態(tài)電子器件。電流的循環(huán)可以通過(guò)添加電子來(lái)改變。這一過(guò)程使電壓變化成比例地影響輸出電流的許多變化，從而使放大倍數(shù)倍增。

除大多數(shù)電子設(shè)備外，并非所有電子設(shè)備都包含一種或多種類型的晶體管。有些晶體管單獨(dú)或通常放置在集成電路中，并且根據(jù)應(yīng)用的狀態(tài)而變化。

根據(jù)晶體管的性能，可形成晶體管的邏輯電路，在數(shù)字集成電路中運(yùn)用廣泛。

數(shù)字集成電路是對(duì)數(shù)字集成電路執(zhí)行邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)換的邏輯電路。邏輯電路的基本單元是門電路和觸發(fā)電路。觸發(fā)電路主要由各種門電路組成，是數(shù)字集成電路的基本單元。

依照基本單元電路的工作特點(diǎn)不同，分為三種類型：飽和型邏輯（RTL，DTL，TTL）、抗飽和型邏輯（STTL）、非飽和型邏輯（ECL）。本文主要介紹RTL，DTL，TTL三種邏輯電路。

下面介紹一下，同類型邏輯電路（RTL，DTL，TTL）的不同特點(diǎn)。

第一種：RTL

電阻-晶體管耦合邏輯電路

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第一種是電阻-晶體管耦合邏輯電路（RTL），它是或非門電路。當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，輸出為低電平，輸出為低電平vol=0.2V，采用步進(jìn)連接時(shí)輸出為高電平vol=1V，電路具有速度慢、負(fù)載能力低、抗干擾能力差的特點(diǎn)。電路如下圖所示：

圖1電阻-晶體管耦合邏輯電路

第二種：DTL

二極管-晶體管耦合邏輯電路

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第二種是二極管-晶體管耦合邏輯電路（DTL），它是一種與非門電路。只要輸入信號(hào)為低電平，則輸出為高電平。只有當(dāng)所有輸入均為高電平時(shí)，輸出才為低電平。對(duì)于RTL電路，其負(fù)載能力和抗干擾能力有所提高，但電路速度仍然很慢。

圖2二極管-晶體管耦合邏輯電路

第三種：TTL

晶體管-晶體邏輯管

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第三種就是我們用到的TTL與非門，如圖所示，由于輸入級(jí)和輸出級(jí)均由晶體管組成，故稱為晶體管-晶體邏輯管，簡(jiǎn)稱TTL電路。其實(shí)，TTL門電路也分很多種，比如說(shuō)與非門、或非門、與或非門以及OC輸出的與非門。雖然種類多，但是基本的工作原理都是類似的。所以，接下來(lái)就介紹一個(gè)經(jīng)典的TTL與非門電路。

圖3 典型TTL與非門

又因?yàn)樵诰w管中參與導(dǎo)電的有兩種極性的載流電子，故這種電路屬于雙極性電路。如圖所示：

圖4多射極晶體管的結(jié)構(gòu)及等效電路

由圖可知：

輸入級(jí)：T1是多發(fā)射極晶體管，可以把它看成二極管構(gòu)成的，如圖4所示。所以根據(jù)圖中就能看出來(lái)，輸入級(jí)就是一個(gè)與門電路：C= D1·D2·D3。只有當(dāng) D1、D2、D3都為 1 時(shí)，C 才會(huì)輸出 1，其余C都為 0。

中間級(jí)：由三極管T2和電阻R2、R3組成。在電路的開(kāi)通過(guò)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(dǎo)通。所以，中間級(jí)的作用是提高輸出管的開(kāi)通速度，改善電路的性能。

輸出級(jí)：由三極管T3、T4、T5和電阻R5組成。如圖3所示，圖3中T5三極管非門電路，圖3中T3、T5是TTL與非門電路中的輸出級(jí)。從圖中可以看出，輸出級(jí)由三極管T5實(shí)現(xiàn)邏輯非的運(yùn)算。但在輸出級(jí)電路中用三極管T4、T3和R4組成的有源負(fù)載替代了三極管非門電路中的R4，目的是使輸出級(jí)具有較強(qiáng)的負(fù)載能力。其中T4可以起到三極管反向擊穿的保護(hù)作用。

TTL電平原理

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TTL電平信號(hào)被利用的最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定, +5V等價(jià)于邏輯“1”，0V等價(jià)于邏輯“0”，這被稱做TTL(Transistor- Transistor Logic 晶體管-晶體管邏輯電平)信號(hào)系統(tǒng)，這是計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

首先，由計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸具有低功耗要求和低熱損耗，此外，TTL電平信號(hào)直接連接到集成電路，無(wú)需昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器和接收器電路。此外，由于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸以高速進(jìn)行，TTL接口的操作剛好可以滿足這一要求，所以TTL電平對(duì)于計(jì)算機(jī)處理器的控制設(shè)備是很好的選擇。

TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而這種傳輸方式對(duì)于超過(guò)10英尺的距離就不太適用了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚?duì)稱的問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)可靠性均有影響。

TTL輸出高電平>2.4V，輸出低電平<0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V ，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>-2.0V，輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V。

TTL電路是電流控制器件，TTL電路的速度快，傳輸延遲時(shí)間短(5-10ns)，但是功耗大。

TTL器件輸出低電平要小于0.8V，高電平要大于2.4V。輸入：低于1.2V就認(rèn)為是0，高于2.0就認(rèn)為是1。

其他常見(jiàn)的TTL應(yīng)用是四管單元TTL與非門，STTL和LSTTL電路，LSTTL等。