分立元件門電路雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是存在著體積大、工作可靠性差、工作速度慢等許多缺點(diǎn)。1961年美國(guó)德克薩斯儀器公司率先將數(shù)字電路的元器件和連線制作在同一硅片上，制成了集成電路。由于集成電路體積小、質(zhì)量輕、工作可靠，因而在大多數(shù)領(lǐng)域迅速取代了分立元件電路。隨著集成電路制作工藝的發(fā)展，集成電路的集成度越來(lái)越高。
按照集成度的高低，將集成電路分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路。根據(jù)制造工藝的不同，集成電路又分為雙極型和單極型兩大類。ttl門電路是目前雙極型數(shù)字集成電路中用的最多的一種。
ttl門電路中用的最普遍的是與非門電路，下面以ttl與非門為例，介紹ttl電路的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特性。
（1）ttl與非門的基本結(jié)構(gòu)
圖1是ttl與非門的電路結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，ttl與非門電路基本結(jié)構(gòu)由3部分構(gòu)成：輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)。因?yàn)殡娐返妮斎攵撕洼敵龆硕际侨龢O管結(jié)構(gòu)，所以稱這種結(jié)構(gòu)的電路為三極管---三極管邏輯電路。
圖1 ttl與非門電路的基本結(jié)構(gòu)
輸入級(jí)：輸入級(jí)是一個(gè)與門電路結(jié)構(gòu)。t1是多發(fā)射極晶體管，可以把它的集電結(jié)看成一個(gè)二極管，把發(fā)射結(jié)（三個(gè)發(fā)射結(jié)）看成是與前者背靠背的3個(gè)二極管，如圖2所示。由此看出，輸入級(jí)就是一個(gè)與門電路：y=a·b·c。
(a)多發(fā)射極晶體管
(b)多發(fā)射極晶體管的等效二級(jí)管電路
圖2 多發(fā)射極晶體管的等效電路
中間級(jí)：由三極管t2和電阻rc1、re2組成。在電路的開通過(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通速度，改善電路的性能。
輸出級(jí)：由三極管t3、t4、二極管d和電阻rc4組成。如圖3所示，圖3（a）是前面講過(guò)的三極管非門電路，圖3（b）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t3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、二極管d和rc4組成的有源負(fù)載替代了三極管非門電路中的rc,目的是使輸出級(jí)具有較強(qiáng)的負(fù)載能力。
圖3 晶體管非門電路與ttl與非門輸出級(jí)
（2）工作原理
在下面的分析中假設(shè)輸入高、低電平分別為3.6v和0.3v，pn結(jié)導(dǎo)通壓降為0.7v。
①輸入全為高電平3.6v（邏輯1）
如果不考慮t2的存在，則應(yīng)有ub1=ua+0.7=4.3v。顯然，在存在t2和t3的情況下，t2和t3的發(fā)射結(jié)必然同時(shí)導(dǎo)通。而一旦t2和t3導(dǎo)通之后，ub1便被鉗在了2.1v（ub1=0.7×3=2.1v），所以t1的發(fā)射結(jié)反偏，而集電結(jié)正偏，稱為倒置放大工作狀態(tài)。由于電源通過(guò)rb1和t1的集電結(jié)向t2提供足夠的基極電位，使t2飽和，t2的發(fā)射極電流在re2上產(chǎn)生的壓降又為t3提供足夠的基極電位，使t3也飽和，所以輸出端的電位為uy=uces=0.3v, uces為t3飽和壓降。
可見(jiàn)實(shí)現(xiàn)了與非門的邏輯功能之一：輸入全為高電平時(shí)，輸出為低電平。
②輸入低電平0.3v（邏輯0）
當(dāng)輸入端中有一個(gè)或幾個(gè)為低電平0.3v（邏輯0）時(shí)，t1的基極與發(fā)射級(jí)之間處于正向偏置，該發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，t1的基極電位被鉗位到ub1=0.3+0.7=1v。t2和t3都截止。由于t2截止，由工作電源vcc流過(guò)rc2的電流僅為t4的基極電流，這個(gè)電流較小，在rc2上產(chǎn)生的壓降也小，可以忽略，所以u(píng)b4≈vcc=5v，使t4和d導(dǎo)通，則有：uy=vcc-ube4-ud=5-0.7-0.7=3.6v。
可見(jiàn)實(shí)現(xiàn)了與非門的邏輯功能的另一方面：輸入有低電平時(shí)，輸出為高電平。
綜合上述兩種情況，該電路滿足與非的邏輯功能，是一個(gè)與非門。