数字逻辑电路基础
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3.4 TTL集成门

TTL集成电路是一种双极性集成电路,其输入端和输出端都是由晶体三极管构成的电路,称为晶体管−晶体管逻辑,简称TTL(Transistor-Transistor Logic)。TTL门是构成数字逻辑系统的基本器件。下面以与非门为典型电路,介绍TTL集成电路的结构、工作原理、外部特性和使用方法。

3.4.1 TTL集成与非门

典型TTL与非门的电路如图3.27所示,从结构上可分为输入级、中间级和输出级三个部分。输入级由多发射极晶体管VT1和电阻R1构成,VT1有一个基极、一个集电极和多个发射极。每个发射极都可以与基极和集电极构成一个独立的三极管,发射极与发射极间构成“与”逻辑关系。中间级由晶体管VT2和电阻R2、R3构成,VT2的集电极和发射极分别提供两组信号,控制输出级的工作状态。输出级由晶体管VT3、VT4、VT5和电阻R4、R5构成,VT3和VT4采用达林顿结构,以减小输出电阻。电路工作时,在中间级的控制下,VT4、VT5两只晶体三极管中,总是处于一只截止,另一只导通的状态,即VT4截止则VT5导通,VT4导通则VT5截止,一般把这种结构称为推拉输出级。

图3.27 TTL与非门电路

电路根据VT5的工作状态分为开态和关态,当VT5饱和时输出为低电平VOL,此时称TTL与非门工作于开态;当VT5截止时输出为高电平VOH,此时称TTL与非门工作于关态。

1. 关态工作原理

当与非门输入A、B中有任一个为低电平,即Vi = VIL = 0.3V时,电源VCC(+ 5V)通过R1使VT1的发射结导通,此时,由于VT1的集电极电流IC1很小,使VT1处于深饱和状态。晶体管深饱和时,VCES1≈0.1V,则有 VB2 = VIL + VCES1 = 0.3 + 0.1 = 0.4V,这个电压使VT2和VT5不能导通,处于截止状态。由于VT2截止,VCC通过R2使VT3、VT4导通,电路的输出为:

VO = VCCIR2R2VBE3VBE4VCCVBE3VBE4 = 5.0−0.7−0.7 = 3.6V

式中,VBE3VBE4是三极管的发射结的导通电压降。

在此工作状态下,由于输出级的VT5截止,所以简称为关态。TTL与非门处于关态时的输出为高电平,典型电路的输出高电平约为3.6V,即VO = VOH = 3.6V。

2. 开态工作原理

当与非门输入A、B全部为高电平(即Vi = VIH = 3.0V)时,电源VCC通过R1使VT1的集电结以及VT2、VT5的发射结正偏置导通,此时,VB1 = VBC1 + VBE2 + VBE5 = 3×0.7 = 2.1V,使VT1的发射结反偏。由于VT1的集电结正偏,而发射结反偏,所以把VT1称为“倒置”工作状态。VT1和VT2的基极电流为

1mA左右的基极电流,足以使VT2饱和,同时也使VT5饱和。VT2饱和后,其集电极端的电压VC2 = VCES2 + VBE5 = 0.3 + 0.7 = 1.0V,这个电压值可以使VT3刚刚导通。VT3导通后,VT4基极上的电压VB4 = VC2VBE3 = 1.0−0.7 = 0.3V,使VT4截止。VT4截止而VT5导通,此时电路的输出VO = VCES5 = 0.3V。

在此工作状态下,由于输出级的VT5饱和导通,所以简称为开态。处于开态的TTL与非门电路的输出为低电平,典型电路的输出低电平约为0.3V,即VO = VOL = 0.3V。

根据上述分析得到电路的真值表,如表3.12所示。由表可见,电路具有与非门功能,其输出逻辑函数表达式为:

表3.12 与非门的真值表

3.4.2 TTL与非门的外部特性

从使用角度出发,了解集成电路的外部特性是重要的。所谓外部特性,是指通过集成电路芯片引脚反映出来的特性。TTL与非门的外部特性主要有电压传输特性、输入特性、输出特性、电源特性和传输延迟特性。

1. 电压传输特性

TTL与非门的电压传输特性是指输出电压VO随输入电压Vi变化的曲线。电压传输特性的测量电路如图3.28所示。在图中,把与非门的输入端并联在一起作为输入Vi,并接在可变稳压电源上。将Vi从0V开始的低电平端,逐步调到3V以上的高电平端,用电压表测量输出电压的变化,得到TTL与非门的电压传输特性曲线,如图3.29所示。

图3.28 电压传输特性曲线的测量电路

图3.29 TTL与非门的电压传输特性曲线

曲线的变化可分为ab、bc、cdde段。

(1)ab

ab段在0V≤Vi<0.6V区域内,在这一段中VT1深饱和,VCES1 = 0.1V,VB2 = ViVCES1<0.7V,VT2、VT5截止,VO = VOH = 3.6V基本不变,一般把这一段称为截止区。

(2)bc

bc 段在0.6V≤Vi<1.3V区域内,在这一段中VT1仍然深饱和,VCES1 = 0.1V,0.7V≤VB2<1.4V,VT2开始导通,并工作在放大区,而VT5仍然截止。此时的输出为:

VO = VCC− (IC2 + IB3) R2VBE3VBE4VCCIC2R2VBE3VBE4

输出电压的变化量为:

VO = ∆(VCCIC2R2VBE3VBE4)≈−∆ IC2R2

由图3.27的电路可以推导出输入Vi的表达式,即:

Vi = IE2R3 + VBE2VCES1

Vi的变化量为:

Vi = ∆(IE2R3 + VBE2VCES1)≈∆IE2R3

因此,bc段的变化率为:

由式(3.17)可以看出,在bc段,VO随着Vi的增加而线性下降,所以把这一段称为线性区。

(3)cd

cd段发生在1.3V≤Vi<1.5V小区域内,这时,VB2≥1.4V,T2和T5都能导通,曲线的变化率为

式中,rbe5是VT5发射结导通电阻,它比R3的阻值小得多,所以cd段曲线的斜率很大,即输入电压的微小上升,就会引起输出电压的迅速下降。在这一段中,电路的输出将由高电平转换到低电平,所以把这一段称为转折区。

(4)de

随着 Vi的增加,VT2、VT5稳定工作在饱和区,VT4截止,输出 VO = VCES5 = 0.3V基本不变,一般把这一段称为饱和区。

电压传输特性曲线可以反映TTL与非门的几个主要特性参数:

① 输出逻辑高电平VOH和输出逻辑低电平VOL

电路工作在截止区的输出电压,称为输出逻辑高电平 VOH;工作在饱和区的输出电压称为输出逻辑低电平VOL。对于典型TTL与非门电路,VOH≈3.6V、VOL≈0.3V。由于器件制造中的差异,不同厂家的集成电路产品芯片的VOHVOL略有不同,通常规定VOH = 3.0V为额定输出逻辑高电平、VOL = 0.35V为额定输出逻辑低电平。一般要求门电路的输出高电平要大于额定高电平值;输出低电平要低于额定低电平值。

② 关门电平VOFF、开门电平VON和阈值电压VTH

关门电平 VOFF也称为输入低电平上限 VIL(max),它是使输出高电平为额定值的90%(即2.7V)处,对应的输入低电平值,如果输入低电平VIL>VOFF,则电路不能可靠地工作在关态,所以把它称为关门电平或输入低电平上限。对于典型电路,VOFF≈0.8V。

开门电平VON也称为输入高电平下限VIH(min),它是使输出低电平为额定值(即0.35V)时,对应的输入高电平值,如果输入高电平 VIH<VON,则电路不能可靠地工作在开态,所以把它称为开门电平或输入高电平下限。对于典型电路,VON≈1.8V。

阈值电压VTH是电压传输特性曲线转折区中点对应的输入电压。在分析TTL与非门电路时,如果输入电压Vi<VTH,则认为电路工作在截止区;如果Vi>VTH,则认为电路工作在饱和区,它是两个工作区的分界线,称为阈值电压。对于典型电路,VTH≈1.4V。

③ 输入低电平噪声容限VNL和输入高电平噪声容限VNH

输入噪声容限是定量说明集成电路抗干扰能力的重要参数。由TTL与非门的电压传输特性曲线(见图3.29所示)可知,输入低电平噪声容限为:

VNL = VOFFVIL≈0.8−0.3 = 0.5V

输入高电平噪声容限为:

VNH = VIHVON≈3.0−1.8 = 1.2V

2. 输入特性

输入特性是指输入电流Ii随输入电压Vi变化的曲线。TTL与非门输入特性的测量电路如图3.30所示,输入特性曲线如图3.31所示,曲线规定由输入端流出的电流方向为正方向,而从外部流入输入端的方向为负方向。

图3.30 输入特性测量电路

图3.31 TTL与非门的输入特性曲线

曲线的变化可分为abbccd段。

(1)ab

这一段包括截止区和线性区,即0V≤Vi<1.3V。在截止区,VT1深饱和,VT2、VT5截止,输入电流为:

Vi = 0V(即输入短路下地)时,输入电流称为输入短路电流 IIS,对于典型电路,其值为

将式(3.19)的等号两边取变化量,整理后得到输入特性曲线的变化率为

随着Vi的增加,电路进入线性区,VT1仍然深饱和,而VT2开始进入放大区,VT5仍然截止。此时,由于电流IB2很小,输入特性曲线的变化率,仍然由式(3.20)决定。

(2)bc

在这一段里,电路处于转折区。随着输入Vi的增加,电路由关态向开态转换,VT1由深饱和向倒置状态转换,输入电流Ii的方向由流出变为流入(在曲线上的电流由正到负变化)。

(3)cd

在这一段里,VT2、VT5稳定工作在饱和区,VT5倒置工作。倒置工作晶体管的放大倍数为β i = 0.01~0.02,此时的输入电流称为输入高电平电流IIH,其值为:

3. 输入负载特性

TTL与非门的输入负载特性是指在输入端加上负载电阻Ri后,电路表现出的特性。输入负载特性的测量电路如图3.32(a)所示,输入端部分的等效电路如图3.32(b)所示,输入负载特性曲线如图3.33所示。

图3.32 输入负载特性测量电路及其等效图

图3.33 TTL与非门的输入负载特性

由测量电路及其等效图可知,TTL与非门接上输入负载电阻Ri后,输入电流Ii在负载电阻上产生的电压(也是输入电压Vi)为:

由式(3.21)可知,当输入负载电阻较小时,Vi也较低,使电路工作在关态。为了电路能可靠地工作在关态,必须满足ViVOFF,即

对于典型TTL与非门电路,Ri = 3kΩ、VOFF = 0.8V,将这些参数代入式(3.22)得到

Ri≤0.68 kΩ

一般把0.68 kΩ称为关门电阻ROFF,即ROFF = 0.68 kΩ。

当输入负载电阻较大时,电路工作在开态。按照类似的方法,可以推导出开门电阻RON = 2.5 kΩ(推导过程忽略)。

如果要求与非门能可靠地工作在关态,输入负载电阻必须小于ROFF;如果要求与非门能可靠地工作在开态,输入负载电阻必须大于RON。如果输入负载电阻介于ROFFRON之间,则电路工作在转折区附近,使输出不稳定,利用这个特点,可以用与非门构成振荡器电路,这部分内容将在后面的章节中介绍。

4. 电源特性

TTL集成电路的工作电源是 + 5V,并允许在±10%范围内波动,即VCC = 4.5V~5.5V。TTL与非门工作在关态和开态时的电源电流值是不同的。电路处于稳定关态时的空载功耗称为空载截止功耗;电路处于稳定开态时的空载功耗称为空载导通功耗。空载截止功耗与空载导通功耗之和的一半,称为平均功耗。TTL与非门的平均功耗约为10mW。

另外,当与非门电路在从关态到开态转换,或从开态到关态转换的动态过程中,T4和T5会瞬间同时导通,使电源出现瞬时最大电流,这个电流称为动态尖峰电流。动态尖峰电流使电源在一个工作周期中的平均电流加大,因此,在计算数字系统的电源容量时,不可忽略动态尖峰电流的影响。

5. 输出特性

输出特性是指输出电压VO随输出电流IO变化的曲线。TTL与非门电路处于关态或开态时输出特性是不同的。关态时输出的等效电路如图3.34所示,它由3.6V的恒压源和输出电阻RO构成,对于典型电路,RO≈100Ω。输出特性曲线如图3.35所示。电路处于关态时,输出为高电平,向外部提供拉电流负载IOH,由于存在输出电阻ROIOH越大,输出VOH越低。一般要求输出高电平不能低于额定输出高电平的90%,即2.7V。因此,VOH = 2.7V对应的输出电流,称为最大输出高电平电流IOH(max)。对于典型电路,IOH(max)≈0.8mA。

图3.34 关态时的等效电路

图3.35 关态时的输出特性曲线

图3.36是开态时输出的等效电路,它由0.3V的恒压源和输出电阻RO′构成,对于典型电路,≈20Ω。输出特性曲线如图3.37所示。电路处于开态时,输出为低电平,向外部提供灌电流负载IOL,由于的影响,当IOL越大时,输出VOL越高。一般要求输出低电平不能高于0.7V,即不退出饱和区。因此,VOL = 0.7V对应的输出电流,称为最大输出低电平电流IOL(max)。对于典型电路,IOL(max)≈12mA。

图3.36 开态时的等效电路

图3.37 开态时的输出特性

6. 传输延迟特性

传输延迟特性的概念以及平均传输延迟时间 tpd的定义规则,在论述分立元件非门电路时已提到。平均传输延迟时间tpd是衡量TTL集成门电路开关速度快慢的动态参数,TTL与非门的tpd = 10ns~20ns(纳秒)。根据tpd的不同,TTL集成电路又分为中速TTL和高速TTL。

3.4.3 TTL与非门的主要参数

TTL与非门的主要参数包括输出逻辑高电平、输出逻辑低电平、最大输入低电平(关门电平)、最小输入高电平(开门电平)、阈值电平、输入高电平噪声容限、输入低电平噪声容限、输入短路电流、输入高电平电流、关门电阻、开门电阻、空载截止功耗、空载导通功耗、输出高电平电流、输出低电平电流、扇入系数、扇出系数及平均传输延迟时间等。大部分参数的定义在讨论外部特性中均做了说明,下面介绍扇入系数和扇出系数两个参数。

图3.38 扇出系数测量电路

扇入系数Ni是TTL与非门输入端的头数,一般Ni = 2~8,即有2~8个输入端的与非门产品。扇出系数 No是TTL与非门能带同类门的个数,它代表门的负载能力。下面以典型电路为例,分析它的扇出系数。扇出系数测量电路如图3.38所示,其中G0是驱动门,G1~GN是被驱动门,它们都是两输入端的与非门,即同类门,N是要求的扇出系数。

首先求G0处于关态时的 No。关态时,与非门输出高电平,提供高电平电流 IOH,此时G1~GN处于开态,G0向每个被驱动门的每个输入端都提供高电平输入电流 IIH,总电流为2NIIH。这个总电流要小于驱动门的最大输出高电平电流IOHmax,即:

IOHmax≥2NIIH

或者

对于典型TTL与非门电路,IOHmax = 0.8mA、IIH = 0.02mA,将这两个值代入式(3.23)得到N≤20,即关态时的扇出系数为20。

与非门工作于开态时,输出低电平,提供低电平电流IOL。此时,G1~GN处于关态,每个被驱动门都向G0灌入输入短路电流IIS,总电流为NIIS。这个总电流要小于驱动门的最大输出低电平电流IOLmax,即:

IOLmaxNIIS

或者

对于典型TTL与非门电路,IOLmax = 12mA、IIS = 1.4mA,将这两个值代入式(3.24)得到N≤8,即开态时的扇出系数为8。

综上所述,典型TTL与非门的扇出系数No=8。

3.4.4 TTL与非门的改进电路

工作速度、静态功耗、抗干扰能力和可靠性,是衡量数字集成电路的重要技术指标。随着集成电路工艺的不断发展,集成电路的电路结构也不断改进,使技术指标不断提高。下面主要介绍输入保护电路、有源泄放电路和肖特基电路等改进电路。

1. 输入保护电路

TTL与非门的输入保护电路如图3.39所示,电路在输入端增加了两只二极管VD1和VD2。当输入电压低于0V时,VD1或VD2导通,防止因输入电压过低,产生过大的输入电流而损坏VT1

2. 有源泄放电路

有源泄放电路由VT6和电阻R3、R6构成(参见图3.39所示)。有源泄放电路的作用是在VT5从饱和区向截止区转换过程中,为驱散基区的饱和电荷QBS提供有源泄放通道,减少VT5的反向截止时间,提高工作速度。另外,由于增加了VT6B2点通过两个PN结下地,使电压传输特性得到改善,即进入线性区的起始输入电压由0.6V提高到1.3V左右,如图3.40所示,关门电平VOFF提高到1.4V左右,输入低电平噪声容限增加到:

图3.39 TTL与非门的输入保护电路

图3.40 TTL与非门的传输特性曲线

VNL = VOFFVIL = 1.4−0.3 = 1.1V

提高了低电平输入时的抗干扰能力。

3. 肖特基TTL

由晶体管的开关特性可知,当晶体管由饱和状态转为截止状态时,需要驱散基区的饱和电荷,经历一段较长的存储时间,影响门的工作速度。为了提高速度,肖特基TTL采用了抗饱和电路,因此称为抗饱和TTL或STTL(Schottky Transistor-Transistor Logic)。

STTL由抗饱和三极管构成,抗饱和三极管由双极型三极管和肖特基二极管组成。肖特基二极管SBD(Schottky Barrier Diode)是利用三极管的基极的铝金属引脚和集电极的N型硅接触而形成的,也称为金属-半导体二极管。肖特基二极管跨接在三极管的基极和集电极之间,如图3.41(a)所示。具有这种结构的三极管称为肖特基三极管,其符号如图3.41(b)所示。肖特基二极管正向导通压降小,约为0.1V,而且没有电荷存储效应,开关速度快。当三极管进入饱和区后,肖特基二极管导通,使集电结的正向电压被钳制在0.3V左右,同时将基极的部分电流分流到集电极,有效地避免了三极管进入深饱和状态,大大提高了工作速度。STTL的平均传输延迟时间约为3ns。

图3.41 抗饱和三极管

肖特基TTL有74S和74LS系列产品,图3.42所示的是74S系列的2输入端肖特基TTL与非门的电路结构,该芯片的国家标准型号名称为CT74S00(关于国产半导体集成电路型号的命名法请参考本书后的附录A),进口产品型号名称为74S00。另外,为了降低功耗,大幅度地提高电路中各个电阻的阻值,形成74LS系列产品,即低功耗肖特基TTL。74LS系列的两输入端与非门的芯片名称为CT74LS00或74LS00。

图3.42 抗饱和TTL与非门电路

3.4.5 TTL其他类型的集成电路

TTL集成门电路除了与非门外,还有与门、或门、非门、或非门、与或非门、异或门、集电极开路门(OC门)和三态输出门等产品。下面重点介绍集电极开路门和三态输出门。

1. 集电极开路门

集电极开路门简称为OC门(Open Collector Gate)。集电极开路与非门在电路制作时,把晶体管VT3、VT4去掉,形成输出为集电极开路结构,如图3.43(a)所示;图3.43(b)是OC门的逻辑符号。

图3.43 集电极开路与非门电路及其逻辑符号

当OC门电路工作在开态时,VT5饱和,输出为低电平0.3V;当电路工作在关态时,VT5截止,由于集电极开路,输出呈高阻态。为了使电路具有高电平输出,必须在OC门输出端外加负载电阻RL和电源EC,如图3.44所示,只有这样才能使电路具有与非功能,即:

OC门的主要用途有:

① OC门可以用来驱动不同的负载,例如电阻、继电器、发光二极管等,用这些负载代替图3.44所示电路的RL即可。

图3.44 OC门应用

② OC门还可以实现电平转换。改变图3.42所示电路的电源EC的值,就可以改变输出逻辑高电平的值,实现TTL电平到其他类型电路的电平转换。在数字系统的应用中,经常需要电平转换,例如,将TTL电平转换为高阈值TTL(HTL)电平,或转换为CMOS电平等。

③ 实现“线与”。把若干个OC门的输出线直接连接在一起,具有与功能,称为“线与”。两个集电极开路与非门线与的连接电路如图3.45所示。其中,是门G1的输出,是门G2的输出。由电路可以看出,当两个门中有任一个门为开态时,输出Y就是低电平;只有两个门都工作在关态时,Y才是高电平。两个门的输出构成“与”逻辑关系,即Y =

图3.45 OC门线与

请读者注意,普通的TTL门是不允许线与的,即不能把两个普通TTL与非门的输出端直接连接在一起。因为普通TTL门采用推拉输出方式,不论门电路处于开态还是关态,输出都呈现低阻抗。把两个门的输出直接连接后,如果一个门工作于关态(输出高电平),而另一个门工作于开态(输出低电平),则会在两个门的内部形成过电流而损坏器件。

2. 三态输出门

三态输出门(Three State Output Gate,简称TS门)是在普通门电路基础上,增加控制输入端和控制电路构成的,如图3.46(a)所示。在三态门电路中,当控制信号EN = 0 时,P点为低电位,它是多发射极晶体管的一个输入信号,因此使VT1深饱和,VT2、VT5截止。同时,由于P点为低电位,二极管VD导通,使VT2的集电极电位(即VT3的基极电位)被钳位在1V左右,VT4也处于截止状态。这时,输出级的VT4、VT5都处于截止状态,输出呈现高阻抗。在Verilog HDL中,高阻态用字母“z”表示。当EN = 1时,P点也为高电位,二极管VD截止,电路具有正常的与非功能,即:Y = 。电路的输出由AB决定,有低电平输出和高电平输出。在EN的控制下,电路有三种输出状态,即高电平、低电平和高阻态输出,因此称为三态输出门。

EN是使能信号,对于图3.46(a)所示电路,当EN = 0时,门电路处于禁止工作状态,输出呈高阻态;当EN = 1时,电路处于正常工作状态,具有与非功能。高电平为EN控制信号的有效电平(即EN为高电平时电路才能工作),其逻辑符号如图3.46(b)所示,逻辑符号的EN端没有小圆圈。

在图3.46(a)所示的电路中,如果减少EN控制电路部分的一个非门,则其控制信号为。当= 0时,使门电路处于正常工作状态;当= 1时,门电路处于禁止工作状态,输出呈高阻态。低电平是EN控制信号的有效电平(即为低电平时电路才能工作),其逻辑符号如图3.46(c)所示,逻辑符号的端有小圆圈。

图3.46 三态与非门电路结构及逻辑符号

在数字系统中,为了减少输出连线,经常需要在一条数据线上分时传输若干个门电路的输出信号,这种输出线称为总线(BUS)。三态输出门可以实现总线结构,N个三态门输出的总线结构如图3.47所示。

图3.47 总线结构连接图

以总线方式分时传输数据时,要求在任何时间内,最多只有一个门处于工作状态,其他门被禁止,输出呈高阻态。这样,工作门的数据才能在数据总线上传输,避免数据混乱。在图3.47所示的电路中,只要控制各个门的端,轮流定时地使各个门的端为0(有效),就可以把各个门的输出信号轮流传输到总线上。计算机系统中的数据传输,基本都采用总线方式。

3.4.6 TTL集成电路多余输入端的处理

多余输入端的处理是在使用数字集成电路时,经常遇到的实际问题。例如,一个四输入端的TTL与非门在设计时只使用三个输入端,有一个输入端未使用,正确处理这个多余输入端的方法有:

① 将多余输入端接正电源或逻辑高电平。对于与非门来说,多余输入端接高电平不会影响其他输入端的功能。

② 将多余输入端与有用输入端并接。

③ 把多余输入端悬空,即不接任何信号。根据TTL与非门的输入负载特性,输入端悬空相当于在输入端接一个无穷大的电阻,并等效接逻辑高电平,不会影响与非门的逻辑功能。但把输入端悬空容易引入干扰,在设计时应注意这个问题。

以上是TTL与非门多余输入端的处理方法,它不代表所有集成门多余输入端的处理方法。其他门多余输入端的处理方法,留给读者自己考虑。如果多余输入端不能得到正确处理,也可能导致设计的数字电路系统不能正常工作。

3.4.7 TTL电路的系列产品

TTL具有74和54两大系列产品,产品型号以74或54开始,如7400或5400,其中“00”是相应系列产品芯片的序号。74系列属于民品,54系列属于军品。相同序号74和54系列产品芯片的逻辑功能相同,只是在特性参数方面,军品系列比民品系列产品优秀,例如在温度系数方面,54系列要求在−55°~ + 125℃甚至更宽度的温度范围内都能正常工作,而74系列仅要求在常温(0°~ + 70℃)下能正常工作。

工作速度和功耗是集成电路的两大技术指标,为了满足这方面的要求,在74/54系列产品的基础上,相继出现了74H/54H系列、74S/54S系列、74LS/54LS系列、74AS系列和74ALS系列等改进型TTL电路。74H/54H系列称为高速系列。74S/54S系列称为肖特基系列,电路采用肖特基三极管,避免导通三极管进入深饱和状态来提高工作速度。74LS/54LS是低功耗肖特基系列,电路不仅采用肖特基三极管,而且大幅度地提高了内部各电阻的阻值,是TTL电路系列中功耗最小的一种产品,因此74LS/54LS系列在TTL芯片生产量和使用量方面占很大的比例。74AS系列和74ALS是为了进一步缩短传输延迟时间而设计的改进系列。

我国也制定了国产半导体集成电路型号命名法(GB3430—82),对应74LS系列的国标命名为CT74LS,其中“C”表示中国制造,“T”代表TTL。为了简化说明,本教材在介绍TTL电路的系列产品时,统一用74系列命名,如7400、74138等。