晶體管是什么？

晶體管（transistor）是一種固體半導體器件（包括二極管、三極管、場效應管、晶閘管等），它具有檢測、整流、放大、開關、穩壓和信號調制等多種功能。作為交流斷路器，晶體管可以根據輸入電壓控制輸出電流。

與普通機械開關（如繼電器和開關）不同，晶體管使用電信號來控制其打開和關閉，因此開關速度可以非常快，實驗室中的開關速度可以達到100GHz以上。晶體管通常是由半導體材料制成的固態電子器件。電流的循環可以通過添加電子來改變。這一過程使電壓變化成比例地影響輸出電流的許多變化，從而使放大倍數倍增。

除大多數電子設備外，并非所有電子設備都包含一種或多種類型的晶體管。有些晶體管單獨或通常放置在集成電路中，并且根據應用的狀態而變化。

根據晶體管的性能，可形成晶體管的邏輯電路，在數字集成電路中運用廣泛。

數字集成電路是對數字集成電路執行邏輯運算和轉換的邏輯電路。邏輯電路的基本單元是門電路和觸發電路。觸發電路主要由各種門電路組成，是數字集成電路的基本單元。

依照基本單元電路的工作特點不同，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。

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。當輸入信號為高電平時，輸出為低電平，輸出為低電平vol=0.2V，采用步進連接時輸出為高電平vol=1V，電路具有速度慢、負載能力低、抗干擾能力差的特點。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。只要輸入信號為低電平，則輸出為高電平。只有當所有輸入均為高電平時，輸出才為低電平。對于RTL電路，其負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，由于輸入級和輸出級均由晶體管組成，故稱為晶體管-晶體邏輯管，簡稱TTL電路。其實，TTL門電路也分很多種，比如說與非門、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，接下來就介紹一個經典的TTL與非門電路。

圖3 典型TTL與非門

又因為在晶體管中參與導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多射極晶體管的結構及等效電路

由圖可知：

輸入級：T1是多發射極晶體管，可以把它看成二極管構成的，如圖4所示。所以根據圖中就能看出來，輸入級就是一個與門電路：C= D1·D2·D3。只有當 D1、D2、D3都為 1 時，C 才會輸出 1，其余C都為 0。

中間級：由三極管T2和電阻R2、R3組成。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。所以，中間級的作用是提高輸出管的開通速度，改善電路的性能。

輸出級：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。從圖中可以看出，輸出級由三極管T5實現邏輯非的運算。但在輸出級電路中用三極管T4、T3和R4組成的有源負載替代了三極管非門電路中的R4，目的是使輸出級具有較強的負載能力。其中T4可以起到三極管反向擊穿的保護作用。

TTL電平原理

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TTL電平信號被利用的最多是因為通常數據表示采用二進制規定, +5V等價于邏輯“1”，0V等價于邏輯“0”，這被稱做TTL(Transistor- Transistor Logic 晶體管-晶體管邏輯電平)信號系統，這是計算機處理器控制的設備內部各部分之間通信的標準技術。

首先，由計算機處理器控制的設備內部的數據傳輸具有低功耗要求和低熱損耗，此外，TTL電平信號直接連接到集成電路，無需昂貴的線路驅動器和接收器電路。此外，由于計算機處理器控制的設備內部的數據傳輸以高速進行，TTL接口的操作剛好可以滿足這一要求，所以TTL電平對于計算機處理器的控制設備是很好的選擇。

TTL型通信大多數情況下，是采用并行數據傳輸方式，而這種傳輸方式對于超過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。因為在并行接口中存在著偏相和不對稱的問題，這些問題對可靠性均有影響。

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就認為是0，高于2.0就認為是1。

其他常見的TTL應用是四管單元TTL與非門，STTL和LSTTL電路，LSTTL等。