Транзисторно−транзисторная логика (ТТЛ) | Основы электроакустики

Транзисторно−транзисторная логика ТТЛ

Характерной особенностью ТТЛ являются многоэмиттерные транзисторы. Эти транзисторы сконструированы таким образом, что не оказывают влияния друг на друга. Каждому эмиттеру соответствует свой p-n-переход. В первом приближении многоэмиттерный транзистор может моделироваться схемой на диодах (пунктир на рис. 18.8), в этом случае он работает как схема диодно-транзисторной логики И-НЕ.  

• К достоинствам ТТЛ-логики можно отнести: высокое быстродействие (10 нс), надежность, радиационную стойкость.
• Недостатками являются: наличие резисторов, большая площадь на кристалле, большая потребляемая мощность, наличие паразитных транзисторов. 

Рис. 18.8. Схема ТТЛ-элемента с простым инвертором, выполняющая логическую операцию И-НЕ

 

Из анализа схемы можно сделать вывод, что если на один из входов или на оба входа подать низкий уровень напряжения, то ток базы транзистора VT2 будет равен нулю, и на коллекторе транзистора VT2 будет высокий уровень напряжения.

Если на оба входа подать высокий уровень напряжения, то через базу VT2 транзистора будет протекать большой базовый ток и на коллекторе транзистора VT2 будет низкий уровень напряжения, т. е. данный элемент реализует функцию И-НЕ.

Базовый элемент ТТЛ содержит многоэмиттерный транзистор, выполняющий логическую операцию И-НЕ, и сложный инвертор (рис.18.9).

 

 Рис. 18.9. Базовый элемент ТТЛ со сложным инвертором, выполняющий логическую операцию И-НЕ 

 Если на один или оба входа одновременно подан низкий уровень напряжения, то многоэмиттерный транзистор находится в состоянии насыщения и транзистор VT2закрыт, а, следовательно, закрыти транзистор VT4, т. е. на выходе будет высокий уровень напряжения. Если на обоих входах одновременно действует высокий уровень напряжения, то транзистор VT2открывается и входит в режим насыщения, что приводит к открытию и насыщению транзистора VT4и запиранию транзистора VT3, т. е. реализуется функция И-НЕ.

Элементы с тремя состояниями и с открытым коллектором. Вентили ТТЛ и КМОП имеют двухтактные выходные схемы: ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ уровень подается на выход через открытый биполярный или МОП-транзистор. Такую схему, которая носит название активной нагрузки, а в ТТЛ называется также столбовым выходом, используют почти все логические элементы. Эта схема обеспечивает низкое выходное сопротивление в обоих состояниях, имеет малое время переключения и обладает более высокой помехоустойчивостью по сравнению с одиночным транзистором, который использует в качестве коллекторной нагрузки пассивный резистор.

В случае КМОП применение активного выхода, помимо всего прочего, позволяет понизить рассеиваемую мощность. Однако существует ряд ситуаций, при которых активный выход, оказывается неудобным.

В качестве примера представим себе вычислительную систему, в которой должны обмениваться данными несколько функциональных блоков. Центральный процессор (ЦП), память, а также различные периферийные устройства должны иметь возможность передавать и принимать 16-разрядные слова, и было бы, мягко говоря, неудобно использовать для соединения каждого устройства с каждым индивидуальный 16-жильный кабель.

Для решения этой проблемы используется так называемая шина (или магистраль) данных (databus), т. е. один 16-жильный кабель, доступный для всех устройств. Такая структура аналогична телефонному каналу коллективного пользования: в каждый момент времени «говорить» («передавать данные») может только одно устройство, а остальные могут только «слушать» («принимать данные»). При использовании шинной системы необходимо иметь соглашение о том, кому разрешено «говорить». В связи с этим употребляются такие термины, как «арбитр шины», «ведущее устройство» и «устройство управления шиной».

Для возбуждения шины нельзя использовать вентили (или другие схемы) с активным выходом, поскольку их нельзя отключить от общих информационных линий (в любой момент времени выходы устройств, подключенные к шине, будут находиться в состоянии ВЫСОКОГО или НИЗКОГО уровня). Для этого случая необходим вентиль, выход которого может находиться в «обрыве», т. е. быть «открытым». Такие устройства выпускаются промышленностью и имеют две разновидности, которые носят названия «элементов с тремя состояниями»и «элементов с открытым коллектором».

Начнем с рассмотрения последних, подразумевая, что все сказанное применимо также и к элементам с тремя состояниями.

В выходной схеме вентиля с открытым коллектором отсутствует транзистор, являющийся активной нагрузкой (рис. 18.10).

 

Рис. 18.10. ТТЛ вентиль с открытым коллектором

 

 При использовании таких элементов внешний нагрузочный резистор можно подключить к любому источнику. Величина этого резистора не является критичной: при малых значениях резистора обеспечиваются повышенные быстродействия и помехоустойчивость, однако повышаются рассеиваемая мощность и нагрузочный ток выходного каскада. Для ТТЛ типичные значения лежат в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч Ом. Как мы вскоре покажем, все, что далее будет говориться о вентилях с открытым коллектором, относится также и к вентилям с тремя состояниями.

Иногда возникает необходимость логического объединения выходов очень большого числа элементов. Например, для объединения 20 выходов потребовалось бы использовать логический элемент с 20 входами и вести к нему 20 отдельных проводов.

Этого можно избежать, используя логические элементы с открытым коллектором. В качестве выходного каскада они содержат, как показано на рисунке 18.10, n-р-n-транзистор, эмиттер которого соединен с общей точкой. Выходы таких систем, в отличие от обычно используемых двухтактных выходных каскадов, могут подключаться к одному общему коллекторному резистору параллельно друг другу.

Выходное напряжение имеет высокий уровень только тогда, когда все выходные транзисторы элементов заперты, следовательно, здесь реализуется функция ИЛИ. Так как логическая связь организуется с помощью внешнего монтажа, такое соединение условно называется «монтажное ИЛИ».

Другим применением схем с открытым коллектором является управление внешней нагрузкой, которая должна подключаться к источнику положительного напряжения, превышающего напряжение питания ИМС. Может, частности, потребоваться включить маломощную 12-вольтовую лампочку или сформировать перепад логических уровней напряжения 15 В с помощью резистора, установленного между выходом вентиля и источником +15 В (рис. 18.12).

 

Рисунок 18.11 Реализация функции «монтажное ИЛИ» 

Однако такая схема имеет существенный недостаток: переход в высокоомное (единичное) состояние из-за паразитных емкостей происходит всегда медленнее, чем в низкоомное (нулевое). Поэтому вместо элементов с открытым коллектором лучше использовать элементы с

трехстабильным выходом. Они содержат обычный двухтактный выходной каскад, который, однако, может быть переведен в особое высокоомноесостояние (высокоимпедансное состояние или обрыв). Для управления выходным каскадом служит специальный вывод – разрешение выдачи данных.

 

Рис. 18.12. Подключение вентиля с открытым коллектором к источнику 15В

Соответствующая схема ТТЛ представлена на рис. 18.13.

 

 

 Рис. 18.13. Трехстабильный ТТЛ вентиль

 

Если уровень управляющего напряжения U_Eнизкий, запираются обатранзистора  и . При высоком уровне U_E получим обычную логическую связь И-НЕ между входными сигналами  и . Аналогичным образом можно перевести в высокоомное (безразличное) состояние и трехстабильный элемент КМОП.

 

 

 

 

 

Микросхемы ТТЛ. Общие сведения о микросхемах транзисторно-транзисторной логики.

Интегральные микросхемы ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) представляют собой микросхемы малой степени интеграции, выполненные на биполярных транзисторах.

К явным недостаткам данной разработки можно отнести небольшое количество логических элементов на кристалл, критичность к напряжению питания и большой ток потребления, который в зависимости от типа микросхемы может колебаться от 10 до 120 mA.

Из-за фиксированного напряжения питания невозможно было использовать микросхемы ТТЛ в комплексе с другими микросхемами, например, с ЭСЛ (эмиттерно-связанной логикой) или МОП структурами. При необходимости нужно было использовать специальные микросхемы ПУ (преобразователи уровня). Кроме того напряжение питания данной серии составляет 5V при допуске 5%, а отечественная промышленность не выпускала элементов питания на такое напряжение, что резко ограничивало применение этой серии в компактной, переносной аппаратуре.

На рисунке изображён один из самых простых логических элементов – 3И – НЕ. Его основу составляет многоэмиттерный транзистор VT1. Уровень логического нуля на выходе появится при наличии высоких логических уровней на всех трёх входах одновременно. Транзистор VT2 при этом играет роль инвертора (элемента НЕ), а многоэмиттерный транзистор VT1 – элемента 3И. Схему И еще называют схемой совпадения.

Несмотря на все недостатки самая популярная серия из ТТЛ, серия К155, активно внедрялась и постоянно пополнялась новыми разработками. Огромной популярностью и по сей день пользуется микросхема К155ЛА3. Её зарубежный аналог – SN7400. На базе этой микросхемы можно собрать много простых электронных устройств, например, маячок на микросхеме. Также микросхему К155ЛА3 частенько используют в качестве простейшего генератора импульсов, как, например, в схеме бегущие огни на светодиодах.

Очень часто можно встретить микросхемы серии К155 с маркировкой КМ155. Буква М указывает на то, что корпус микросхемы выполнен из керамики. В остальном между этими микросхемами отличий нет.

Серия К155 является самой полной серией микросхем ТТЛ. В неё входят около 100 микросхем различного назначения. В эту серию входят как все элементы базовой логики (И, ИЛИ, НЕ, И – НЕ, ИЛИ – НЕ) так и построенные на этих элементах более сложные узлы для выполнения логических операций: триггеры, регистры, счётчики, сумматоры. В серии К155 имеются даже микросхемы ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) и ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), правда, небольшой ёмкости. Это микросхемы К155РЕ3, 21, 22, 23, 24 и К155РУ1, 2, 5, 7.

Широкое распространение эта серия получила в электронно-вычислительной технике, контрольно-измерительных приборах и средствах автоматики.

Уровень логической единицы в микросхемах данной серии может находиться в интервале напряжений от 2,4 V до напряжения питания (т. е. 5 V). Уровень логического нуля не должен превышать 0,4 V. Длительная практическая работа с этой серией показала, что фактически уровень логической единицы не бывает ниже 3,2 V, а уровень логического нуля не превышает 0,2 V.

Все микросхемы, за исключением некоторых регистров, счётчиков и схем памяти, выпускаются в стандартном корпусе на 14 выводов. На корпусе микросхемы К155ИР1 хорошо видна выемка (иногда бывает точка), это зона ключа, она показывает первый вывод. 7-й вывод это корпус (минус питания). 14-й расположенный напротив первого, это +V пит.

Вся серия К155 является полным аналогом зарубежной серии SN74. Она была разработана в США ещё в 1965 году, но продолжает выпускаться до сих пор. Такой же долгожительницей является и наша серия К155. Дело в том, что процесс напыления в вакууме на монокристалл кремния структур ТТЛ настолько хорошо отработан и прост, что себестоимость микросхем ТТЛ по сравнению с другими микросхемами фантастически низкая.

И, несмотря на простоту, серия К155 позволила в 70-е годы создать серию электронно-вычислительных машин ЕС ЭВМ или «Ряд-1, Ряд-2» от простой ЕС-1020 до мощной по тем временам машины ЕС-1065 с быстродействием 4 миллиона операций в секунду. Этот монстр был выпущен в 1985 году и благополучно работал в НИИ занятых разработками самых приоритетных направлений, таких как исследование космоса и проектирование новых видов ядерного оружия.

Серия К155 также широко применяется и в цифровых измерительных приборах. При разработке печатных плат для микросхем этой серии следует учитывать возможные броски тока, поэтому на платах микросхемы распространяют линейно с широкими шинами питания. Использование разветвлённых дорожек для подачи питания запрещено. Между шинами питания на каждый корпус ставятся блокировочные конденсаторы ёмкостью 10 – 15 нанофарад.

В процессе научных разработок серия К155 естественно развивалась. Так появилась серия К555, в которой ТТЛ принцип сохранён, но изменена схемотехника. В этой серии в коллекторных переходах транзисторов стоят диоды Шоттки. Поэтому микросхемы серии К555 называют ТТЛШ (ТТЛ и диод Шоттки). Благодаря этому потребляемая мощность снизилась примерно в два раза, а быстродействие заметно увеличилось. За рубежом аналогичная серия называется SN74LS. Вообще, такие разработки как ТТЛШ уже трудно отнести к транзисторного-транзисторной логике, так как в составе микросхем используются диоды, а это уже диодно-транзисторная логика (ДТЛ или англ. DTL).

Главная &raquo Цифровая электроника &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Как работает регистр сдвига?

• Универсальный JK-триггер.

• RS-триггер. Самый простой триггер.

 

Транзисторно-транзисторная логика (TTL) — Логические элементы

Логические элементы

Транзисторно-транзисторная логика (TTL или T ² L) интегральные схемы были введен в конце 1960-х гг. TTL быстро стал самым популярным Тип цифровой интегральной схемы. Внесено множество улучшений и вариаций добавлен с момента его введения. Сегодня TTL продолжает оставаться популярным выбор интегральных схем.

TTL лучше всего представлена ​​серией цифровых интегральных схем SN 54/74. Корпорация Texas Instruments первоначально разработала эту серию логических ИС, но ряд производителей производят их и используют одну и ту же систему нумерации. Серия SN 54 (SN означает полупроводниковая сеть) более дорогая и предназначены для более широкого диапазона температур, чем серия SN 74. СН 54 устройства будут работать в диапазоне температур от -55 до +125 °C, тогда как Устройства SN 74 работают в диапазоне от 0 до 70 °C. ИС TTL работают на напряжение питания 5 вольт и требуют хорошо отрегулированного 5-вольтового питания источник. Наиболее распространенными корпусами микросхем, доступными в TTL, являются 14-контактные или 16-контактный двухрядный корпус (DIP). Более крупные упаковки, такие как 20-, 24- и 28-контактные DIP обычно состоят из интегральных схем среднего или большого размера. В приведенном ниже списке указаны различные версии вентилей TTL. доступные, требования к мощности на ворота, задержка распространения, и максимальная рабочая скорость.

Версия	Мощность на строб (мВт)	Задержка (нс)	Скорость (МГц)
Стандарт SN 54/74	10	10	35
Высокая скорость SN 54H/74H	22	6	50
Низкая мощность SN 54L/74L	1	33	3
Шоттки SN 54S/74S	20	3	125
Маломощный Шоттки SN 54LS/74LS	2	10	40

Анализ мощностных и скоростных характеристик показывает, что при желании малой мощности в микросхеме TTL вам придется пожертвовать скоростью и наоборот.

Стандартный логический элемент TTL показан на рисунке ниже. Эти ворота выполняют положительная функция И-НЕ. Другие функции TTL реализованы с этим Базовая схема или ее модифицированная версия. Наиболее важные характеристики логического элемента — это скорость и энергопотребление. Это характеристики которые сравниваются при оценке логических схем. Стандарт Логический элемент TTL, показанный на рисунке ниже, имеет среднее время задержки распространения 10 наносекунд и рассеиваемой мощности около 10 мВт.

Стандартный логический элемент TTL.

Схема ТТЛ, показанная на рисунке выше, аналогична схеме ДТЛ. (диодно-транзисторная логика) схемы в некоторых отношениях. Когда TTL был разработан, он использовал экономическую целесообразность использования транзисторов вместо диодов, а также решить проблему емкостной нагрузки. Входной транзистор обеспечивает значительное преимущество во времени переключения перед диодным входом ДТЛ. Добавление Драйвер фазовращателя и двухтактная буферизованная выходная схема обеспечивают хорошее подавление шума и отличные характеристики привода при емкостных нагрузках.

Ссылаясь на рисунок выше, в конфигурации TTL используется схема, которая это очень низкий выходной импеданс для возможности привода большой емкости, высокое разветвление и хорошая помехоустойчивость. Когда входы схемы высокие, Q ₂ и Q ₃ включаются как общий эмиттер усилители. Транзистор Q ₄ и его эмиттерный диод слегка смещены в прямом направлении, но проводят лишь незначительный ток. Когда один из входы низкие, Q ₂ и Q ₃ оба отсечка, а Q ₄ проводит как эмиттерный повторитель. Таким образом, выход толкается вверх и вниз с помощью транзистора. включение».

ТТЛ Шоттки (SN 54S/74S)

Значительное улучшение скорости базовой схемы ТТЛ было достигнуто за счет реализовать его на транзисторах Шоттки. Транзистор Шоттки по сути, это биполярный транзистор с барьером Шоттки или горячим носителем. диод, подключенный между его базой и коллектором, как показано на рисунке А рисунка ниже. Этот диод предотвращает попадание транзисторов в схему ТТЛ. от насыщения и тем самым улучшает их способность переключаться на более высоких скоростях. Вид B на рисунке ниже показывает символ, который используется для представления Транзистор Шоттки.

(А) Биполярный транзистор с диодом Шоттки между коллектором и базой становится транзистор Шоттки; (Б) символ, используемый для обозначения транзистора Шоттки.

Логические схемы TTL представляют собой логические схемы с насыщением. Транзисторы переключаются между их отрезанным и насыщенным состояниями. Чтобы насытить биполярный транзистор, к базе должен подаваться значительный ток. транзистор. Чем выше ток базы, тем быстрее насыщается транзистор. Однако высоковольтный привод замедляет выключение транзистора. Для снятия заряда с основания требуется конечное время. до того, как транзистор выключится. Это единственная характеристика, которая наиболее сильно ограничивает скорость переключения насыщенных логических схем. Диод Шоттки между базой и коллектором биполярного транзистора предотвращает насыщение и, следовательно, устраняет эту проблему. Диод Шоттки переключается очень быстро и требует всего от 0,1 до 0,3 вольт прямого смещения в зависимости от по температуре. Когда этот диод добавлен, скорость увеличивается, потому что время требуется, чтобы вывести транзистор из насыщения, не является фактором. Диод будет проводить до того, как транзистор насытится.

Используя транзисторы Шоттки и уменьшая значения сопротивлений в Стандартная схема TTL, скорость базовой схемы TTL может быть значительно улучшена. Типичная схема затвора Шоттки TTL имеет задержку распространения около 3 наносекунды, что менее чем на треть меньше, чем у стандартного затвора TTL. Этот повышенная скорость достигается при увеличении рассеиваемой мощности примерно до 20 милливатт и, конечно же, более высокая стоимость техники Шоттки.

ТТЛ Шоттки малой мощности (SN 54LS/74LS)

Также доступна маломощная версия ТТЛ-ворота Шоттки. Это устройство использует гораздо большие сопротивления цепи, тем самым значительно снижая мощность потребление. В то же время транзисторы Шоттки используются для улучшения скорость переключения. Типичный маломощный вентиль Шоттки TTL имеет распространение задержка около 10 наносекунд при рассеиваемой мощности 2 мВт. Маломощный вентиль Шоттки имеет такую ​​же задержку распространения, как и стандартный. ТТЛ-затвор, но его рассеиваемая мощность составляет пятую часть от стандартной. ворота. Эти улучшенные скоростно-силовые характеристики достигаются только при небольшое увеличение стоимости по сравнению со стандартной схемой. В настоящее время маломощный Схема Шоттки ТТЛ, пожалуй, оптимальная схема ТТЛ. Это счета за его высокую популярность среди цифровых дизайнеров.

ТТЛ с тремя состояниями

Другой схемой TTL, широко используемой в компьютерных приложениях, является Tri-State (торговая марка National Semiconductor) или TTL с тремя состояниями. Это в основном стандартный TTL Вентиль И-НЕ с третьим открытым или высокоимпедансным выходным состоянием. Вход управления используется для эффективного отключения выхода схемы от контакта IC (высокий состояние импеданса). TTL с тремя состояниями схемы используются в схемах цифровых схем, ориентированных на шину. Автобус – это несколько тракт передачи данных проводника, по которому передается цифровая информация. В Другими словами, шина представляет собой набор параллельных линий передачи, которые являются общими. ко многим цифровым схемам. Выходы и входы цифрового схемы подключены к этому общему набору линий связи.

Открытый коллектор TTL

Стандартные интегральные схемы TTL нельзя использовать для управления шиной данных. Напрямую соединение выходов схем ТТЛ вместе приведет к неправильной работе цепей и, в некоторых случаях, привести к повреждению цепей. Главная причина невозможности использования схем ТТЛ таким образом — активная подтяжка транзистор ( Q ₄ в стандартной схеме логического элемента ТТЛ показано в рисунок выше). Этот недостаток был устранен путем создания разнообразие с открытым коллектором Доступны схемы ТТЛ. ТТЛ с открытым коллектором схемы не содержат активного подтягивающего транзистора. Сборщик выходной инверторный транзистор просто выведен на штырек встроенного цепь и внешний подтягивающий резистор. ТТЛ с открытым коллектором выходы схемы могут быть соединены напрямую друг с другом с помощью простого подтягивающего резистор, как показано на рисунке ниже. Мы говорим, что выходы схемы проводной ИЛИред. Шлюзы, не отправляющие данные по линии шины, управляются таким образом. таким образом, чтобы их выход был высоким и, следовательно, выходной инвертор транзистор выключен. Таким образом, активная цепь, т. е. цепь, посылающая данных на линии шины, может контролировать, является ли эта линия высоким или низким.

Драйверы с открытым коллектором на шине данных. Если схема № 2 должен отправлять данные, каналы № 1 и № 3 будут отключены. Цепь № 4 будет получить данные.

Хотя схемы TTL с открытым коллектором можно использовать таким образом, многие преимущества цепей ТТЛ теряются из-за исключения активного подтягивающего транзистора. Высота теряется быстродействие и высокая помехозащищенность, присущие стандартным схемам ТТЛ при использовании схем с открытым коллектором. Чтобы вернуть эти преимущества и поддерживать высокую скорость и превосходную помехозащищенность цепей TTL, Упомянутый ранее вентиль TTL с тремя состояниями был разработан.

Схема, работа и ее применение

В 1963 году компания Sylvania под названием Sylvania Universal High-Level Logic (SUHL) представила первые схемы транзисторно-транзисторной логики. Концепция TTL была разработана для достижения высокой скорости и низкого рассеивания мощности, что позволяет оптимизировать конструкцию. Он принадлежит к семейству цифровой логики и состоит из биполярных транзисторов, резисторов и диодов. Он широко используется в различных приложениях, таких как электронные устройства, компьютерные системы управления, промышленные системы управления, проектирование и производство интегральных схем и многое другое. В этой статье дается краткое описание внутренней структуры и работы транзисторно-транзисторной логической схемы с функцией вентиля И-НЕ с двумя входами.

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) представляет собой интегральную схему, выполняющую логическую функцию для обеспечения функции переключения с использованием биполярных транзисторов. Наиболее важной особенностью устройства TTL является то, что входы логического элемента будут иметь высокий логический уровень (1), если они не подключены.

Эта технология используется для проектирования и изготовления интегральных микросхем, содержащих логические элементы и биполярные транзисторы, резисторы и диоды. Это решает проблему емкостной нагрузки и проблемы со скоростью, возникающие в DTL, поскольку вместо диодов используются транзисторы. Он обеспечивает лучшее подавление шума и отличные характеристики емкостной нагрузки. Он имеет задержку распространения 10 нс и рассеиваемую мощность 10 мВт.

Схема разработана с несколькими эмиттерами с несколькими входами. В схемах ТТЛ есть разные логические семейства. Это:

Стандартный TTL (74)

Это первая микросхема TTL, разработанная в 1965 году для выполнения основных логических функций. Они используются в качестве связующей логики, которая может соединять более сложные устройства в цифровых системах. Он используется в различных приложениях в сочетании со скоростью и рассеиванием.

ТТЛ Шоттки (74S)

Это другое подсемейство ТТЛ. Это используется для ускорения выполнения. Скорость, предлагаемая этим типом TTL, в два раза выше, чем у мощных TTL. Рассеиваемая мощность одинакова для обоих TTL и нет дополнительного энергопотребления. Схема очень похожа на ТТЛ большой мощности. Транзистор Шоттки, используемый в ТТЛ этого типа, представляет собой не что иное, как биполярный транзистор, база и коллектор которого соединены диодом Шоттки. Этот TTL Schottky далее подразделяется на множество типов, таких как Low Power Schottky, Low Power Schottky и Extended Schottky TTL.

ТТЛ высокой мощности (74 ч)

ТТЛ высокой мощности — это высокоскоростная версия стандартного ТТЛ. Скорость работы и рассеиваемая мощность выше, чем у маломощных ТТЛ. Схема спроектирована как высокопроизводительный вентиль TTL NAND, где элементами NAND являются четырехпарные входы типа 74H00 или 54H00.

ТТЛ малой мощности (74 л)

Это еще одно подсемейство ТТЛ, называемое маломощной ТТЛ из-за низкого энергопотребления и потери мощности. Хотя скорость выполняемой операции снижается. Этот TTL генерируется логическим элементом И. Используемые здесь вентили И-НЕ относятся к типу 74L00 или 54L00 и относятся к типам с 2 и 4 входами. Конструкция почти идентична стандартной TTL, за исключением резисторов более высокого номинала. Для этого увеличения сопротивления мощность, рассеиваемая в цепи, уменьшается.

Fast TTL (74F) и Advanced Schottky TTL (74AS)

Эти TTL представляют собой варианты LS от Fairchild и TI, около 1985 г., с схемой «Miller-Killer» для ускорения перехода от низкого уровня к высокому. Они достигли PDP 10 пДж и 4 пДж соответственно, что является самым низким из всех семейств TTL.

Усовершенствованный ТТЛ с низким энергопотреблением (74ALS)

Это низковольтный ТТЛ (LVTT) для приложений питания 3,3 В и интерфейса памяти.

Интегрированные логические микросхемы TTL доступны в серии 7400. На основе интеграции логических семейств количество изменений IC на выходе будет либо логической 1, либо логической 0 в зависимости от заданного напряжения питания TTL. Если напряжение питания положительное на уровне 5 вольт, то выходное напряжение будет 0–0,4 В для логического 0 и 2,4–5 В для логической 1.

Как работает транзисторно-транзисторная логическая схема?

Чтобы понять работу транзисторно-транзисторной логики (TTL), рассмотрите принципиальную схему стандартного логического элемента TTL, который выполняет функцию положительного элемента NAND, как показано на рисунке ниже. Эта стандартная логическая схема TTL в некоторых условиях связана со схемой диодно-транзисторной логики (DTL).

ТТЛ-схема с 2-входовыми элементами И-НЕ

На приведенном выше рисунке Т1 — это входной транзистор, который имеет преимущество во времени переключения. Транзистор T2 является фазовращателем, а транзисторы T3 и T4 дают выходной сигнал тотемного полюса. Эта схема ТТЛ имеет очень низкий входной импеданс, высокое разветвление и лучшую помехозащищенность, а также способна работать с высокой емкостной нагрузкой.

Когда на входах A и B ВЫСОКИЙ уровень, транзисторы T2 и T3 включаются и действуют как усилители с общим эмиттером. Транзистор T4 и диоды на эмиттере смещены в прямом направлении, и через них протекает незначительный ток. На выходе низкий уровень, что соответствует логическому 0.

Когда на обоих входах низкий уровень, диоды D1 и D2 смещаются в прямом направлении. Ток идет на землю через D1 и D2 и резистор R1 из-за напряжения питания VCC 5В. Напряжение питания на резисторе R1 падает, и транзистор T2 закрывается, поскольку на нем недостаточно напряжения для включения. Следовательно, транзистор T4 также выключается из-за того, что T2 выключен. Транзистор T3 включается (HIGH) и действует как эмиттерный повторитель. На выходе ВЫСОКИЙ уровень, что соответствует логической 1.

Когда на любом из входов A и B низкий уровень, диод смещается в прямом направлении из-за низкого уровня на входе. Вся операция аналогична описанной выше. Следовательно, на выходе ВЫСОКИЙ уровень (логическая 1).

Транзисторно-транзисторная логика Принцип работы

Транзисторно-транзисторная логика (TTL) представляет собой одну из цифровых схем, разработанных на основе BJT (биполярного переходного транзистора) и резисторов. Принцип работы ТТЛ основан на функции переключения логических элементов и усиления, выполняемого транзисторами в схеме. Чтобы понять это, рассмотрим базовую логическую схему транзистор-транзистор, как показано на рисунке ниже.

Упрощенная схема ТТЛ

Базовая диодно-резисторная логика, сформированная логическим элементом И, использует отдельные диоды для входов. Следовательно, биполярный переходной транзистор использует 2 переходных диода, которые представляют собой транзисторы NPN или PNP. Итак, ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) формируется при замене входных диодов ДТЛ (диодно-транзисторной логики) одним NPN-транзистором с несколькими эмиттерными входами, как показано на приведенной выше схеме.

На приведенной выше схеме показана упрощенная транзисторно-транзисторная логика, которая функционирует как v вентиль НЕ-И с двумя входами. Здесь Т1 с двумя входными выводами эмиттера действует как входной транзистор, а Т2 действует как однокаскадный инвертирующий переключающий транзистор NPN.

Когда один или оба эмиттерных входа A и B транзистора T1 подключены к низкому логическому уровню (0), ток базы T1 течет через переход базы или эмиттера к GND (0 В), T1 насыщается, а за ним следует клемма коллектора. Это приводит к заземлению базы T2 (0 В). Следовательно, T2 будет в состоянии «ВЫКЛ», а выход Q будет ВЫСОКИМ.

Когда оба входа «A» и «B» имеют ВЫСОКИЙ логический уровень (1), входной транзистор T1 выключается, а первичный переключающий транзистор T2 переходит в ВЫСОКИЙ уровень, переводя выход Q в НИЗКИЙ уровень из-за функции переключения транзистора . Несколько эмиттеров на T1 подключены как входы для создания функции вентиля И-НЕ.

Транзисторно-транзисторный логический элемент ИЛИ с выходом с открытым коллектором:

Принципиальная схема транзисторно-транзисторного логического элемента ИЛИ с двумя входами, каскадом затвора TTL-ИЛИ и выходным каскадом с открытым коллектором (выход затвора ИЛИ-ИЛИ подключен к другому транзистору/инвертору). этап создания логического элемента TTL ИЛИ) показан на рисунке ниже. Транзисторы Т1 и Т2 подключены так же, как и транзистор Т1 в других схемах ТТЛ. Вместо того, чтобы работать в качестве усилителя, T1 и T2 используются как двухдиодная «управляющая» схема. Чтобы проиллюстрировать работу, T1 и T2 можно заменить набором диодов.

ТТЛ-схема с вентилем ИЛИ e

На приведенной выше принципиальной схеме каскад ТТЛ-логического элемента ИЛИ преобразуется в ТТЛ-логический вентиль ИЛИ путем подключения выходного логического уровня вентиля ИЛИ-ИЛИ к другому транзисторному каскаду (инверторному каскаду). Это означает, что выходной каскад логического элемента TTL NOR добавляется к каскаду инвертора для создания логического элемента TTL OR .  Поскольку выходные каскады с тотемным полюсом возможны в обеих схемах TTL с использованием вентилей ИЛИ с двумя входами и вентилей ИЛИ-НЕ.

Когда вход A подключен к VCC, ток протекает через базу транзистора T3 и насыщается. Когда вход A заземлен, этот ток отводится от базы T3 через левый контрольный диод T1, в результате чего Q3 отключается (отсечка). То же самое делается для входа B и транзистора T4. Логический уровень на входе B дает проводимость T4, который находится либо в состоянии насыщения, либо в режиме отсечки.

Обратите внимание на то, как транзисторы T3 и T4 соединены параллельно на выводах коллектора и эмиттера. По сути, эти два транзистора действуют как параллельные переключатели, пропуская ток через резисторы R3 и R4 в зависимости от логического уровня входов A и B.

T4) насыщается, пропуская ток через резисторы R3 и R4, и достигает низкого уровня логического выхода (0) на выходном транзисторе затвора TTL NOR T5. Выход схемы затвора NOR транзистора T5 может иметь высокий уровень (1), только когда транзисторы T3 и T4 выключены (отсечка). Это означает, что оба входа должны быть заземлены или иметь НИЗКИЙ уровень (0) (условие логического элемента TTL NOR для получения ВЫСОКОГО логического уровня на выходе).

Выход (логический 0) транзистора T5 (выход затвора TTL NOR), полученный в каскаде затвора NOR, соединяется с транзистором T6 (инвертирующий выходной каскад затвора NOR), чтобы получить окончательный вывод на выходе с открытым коллектором, будет логическим ВЫСОКИЙ (1). Это будет выход логического элемента TTL ИЛИ, когда любой из входов A и B имеет значение HiGH (1).

Характеристики

Характеристики TTL включают вход и выход, рассеиваемую мощность, запас по шуму и задержку распространения.

Fan-in и Fan-out: Количество входов и выходов, подключенных к вентилю, который не снижает напряжение, не влияя на общую производительность. Вентилятор 10 для ТТЛ.

Запас помехоустойчивости: Это допустимое напряжение шума на входе, которое не должно влиять на выход. Запас шума TTL составляет 0,4 В.

Задержка распространения: Относится ко времени, которое требуется схеме от приложения ввода до генерируемого вывода.

Рассеиваемая мощность: Это количество энергии, которое требуется устройству. Это произведение приложенного напряжения и тока, необходимого для генерации выходного сигнала, измеряемое в мВт. Обычно рассеиваемая мощность TTL составляет 10 мВт.

Преимущества и недостатки

К преимуществам транзисторной логики относятся следующие.

• Меньшее рассеивание мощности по сравнению с RTL и DTL.
• Низкая стоимость.
• Хороший разветвитель и запас по шуму.
• Простота подключения нескольких цепей
• Может генерировать сложные логические функции.
• Может выдерживать статические электрические разряды и предотвращает повреждение цепи.
• Высокая надежность
• Быстрее

К недостаткам  транзисторной логики относятся следующие.

• Не подходит для высокотехнологичных электронных устройств и процессоров с высокой производительностью.
• Потребление тока высокое.
• В сильноточных ТТЛ переключение выходных состояний может привести к неправильной работе.
• Не используется в сложных логических схемах.

Приложения

Ниже приведены приложения транзисторно-транзисторной логики ns.