1、基本的bjt反相器的動態(tài)性能
影響bjt開關(guān)速度的原因是bjt存儲電荷，電荷的存儲和消散需要一定的時間。當(dāng)考慮負(fù)載電容對基本反相器的影響時，電路如圖1所示。cl中包含門電路之間的接線電容以及門電路的輸入電容。當(dāng)反相器輸出電壓vo由低向高過渡時，電路由vcc通過rc對cl充電。反之，當(dāng)v0由高向低過渡時，cl又將通過bjt放電。由于cl的充、放電過程均需經(jīng)過一定的時間，因而增加了輸出電壓v0波形的上升時間和下降時間。特別是cl充電回路的時間常數(shù)rccl較大時，v0上升較慢，即增加了上升時間。這使得反相器的開關(guān)速度很慢。
圖1 帶負(fù)載電容cl的bjt反相器
2、ttl反相器的基本電路
帶電阻負(fù)載的bjt反相器，其動態(tài)性能不理想。因而，在保持邏輯功能不變的前提下，可以另外加若干元器件以改善其動態(tài)性能，如減少由于bjt基區(qū)電荷存儲效應(yīng)和負(fù)載電容所引起的時延。這需改變反相器輸入電路和輸出電路的結(jié)構(gòu)，以形成ttl反相器的基本電路。
圖2表示ttl反相器的基本電路，該電路由三部分組成，即bjtt1組成電路的輸入級，t3、t4和二極管d組成輸出級，以及由t2組成的中間級作為輸出級的驅(qū)動電路，將t2的單端輸入信號v12轉(zhuǎn)換為互補的雙端輸出信號。以驅(qū)動t3和t4。
圖2 ttl反相器的基本電路
1. ttl反相器的工作原理
(1)當(dāng)輸入為高電平，如vi=3.6v時，電源vcc通過rb1和t1的集電結(jié)向t2、t3提供基極電流，使t2、t3飽和，輸出為低電平，vo＝0.2v。此時
vb1=vbc1+vbe2+vbe3=(0.7+0.7+0.7)v=2.1v
顯然，這時t1的發(fā)射結(jié)處于反向偏置，而集電結(jié)處于正向偏置。所以t1處于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)倒置使用的放大狀態(tài)。由于t2和t3飽和，輸出vc3=0.2v，同時可估算出vc2的值：
vc2=vces2+vb3=(0.2+0.7)v=0.9v
此時，vb4=vc2=0.9v。作用于t4的發(fā)射結(jié)和二極管d的串聯(lián)支路的電壓為vc2-vo=(0.9-0.2)v=0.7v，顯 然，t4和d均截止，實現(xiàn)了反相器的邏輯關(guān)系：輸入為高電平時，輸出為低電平。
(2)當(dāng)輸入為低電平，vi=0.2v時，t1的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，其基極電壓等于輸入低電壓加上發(fā)射結(jié)正向壓降，即
vb1=(0.2+0.7)v=0.9v
此時vb1作用于t1的集點結(jié)和t2、t3的發(fā)射結(jié)上，所以t2、t3都截止，輸出為高電平。
由于t2截止，vcc通過rc2向t4提供基極電流，致使t4和d導(dǎo)通，其電流流入負(fù)載。輸出電壓為
vo≈vcc-vbe4-vd=(5-0.7-0.7)v=3.6v
顯然：輸入為低電平時，輸出為高電平。
2. 采用輸入級以提高工作速度
當(dāng)ttl反相器輸入電壓由高（3.6v）變低（0.2v）的瞬間，vb1＝(0.2+0.7)v＝0.9v。但由于t2、t3原來是飽和的，它們的基區(qū)存儲電荷還來不及消散，在此瞬間，t2、t3的發(fā)射結(jié)仍處于正向偏置，t1的集電極電壓為
vc1=vbe2+vbe3=(0.7+0.7)v=1.4v
此時，t1的集電結(jié)為反向偏置，因輸入為低電平時，t1的發(fā)射結(jié)為正向偏置，于是t1工作在放大區(qū)，這時產(chǎn)生基極電流ib1，其射極電流β1ib1流入低電平的輸入端。集電極電流ic2≈β1ib1的方向是從t2的基極流向t1的集電極，它很快地從t2的基區(qū)抽走多余的存儲電荷，使t2迅速地脫離飽和而進入截止?fàn)顟B(tài)。t2的迅速截止導(dǎo)致t4立刻導(dǎo)通，相當(dāng)于t3的負(fù)載是個很小的電阻，使t3的集電極電流加大，多余的存儲電荷迅速從集電極消散而達(dá)到截止，從而加速了狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
3. 采用推拉式輸出級以提高開關(guān)速度和帶負(fù)載能力
圖2采用了由t3、t4組成推拉式輸出級。其中t4組成電壓跟隨器，t3為共射極電路，作為t4的射極負(fù)載。這種輸出級的優(yōu)點是，既能提高開關(guān)速度，又能提高帶負(fù)載能力。
3、ttl與非門電路
圖2所示的基本ttl反相器不難改變成為多輸入端的與非門。它的主要特點是在電路的輸入端采用了多發(fā)射極的bjt。器件中的每一個發(fā)射極能各自獨立地形成正向偏置的發(fā)射結(jié)，并可促使bjt進入放大或飽和區(qū)。兩個或多個發(fā)射極可以并聯(lián)地構(gòu)成一大面積的組合發(fā)射極。
圖3(a)說明采用多發(fā)射極bjt用作3輸入端ttl與非門的輸入器件。當(dāng)任一輸入端為低電平時，t1的發(fā)射結(jié)將正向偏置而導(dǎo)通，t2將截止。結(jié)果將導(dǎo)致輸出為高電平。只有當(dāng)全部輸入端為高電平時，t1將轉(zhuǎn)入倒置放大狀態(tài)，t2和t3均飽和，輸出為低電平。
圖3(b)為3輸入端tll與非門的邏輯符號。
圖3具有多發(fā)射級bjt的3輸入端與非門電路(a)電路圖(b)邏輯符號