Transistorová tranzistorová logika (TTL)

Článek bude zvažovat logiku TTL, která se stále používá v některých odvětvích technologie. Celkem je zde několik druhů logiky: tranzistor-tranzistor (TTL), dioda-tranzistor (LBD), založené na MOS tranzistorů (CMOS), jakož i na základě bipolárních tranzistorů a CMOS. První první čipy, které byly široce používány, byly ty, které byly postaveny na technologiích TTL. Nemůžeme však ignorovat jiné typy logiky, které se stále používají v technologii.

Dioda-tranzistorová logika

Pomocí konvenčních polovodičových diod získáte nejjednodušší logický prvek (diagram je uveden níže). Tento prvek v logice se nazývá "2I". Když na vstup je aplikován nulový potenciál (nebo oba), proud bude protékat rezistorem. V tomto případě dochází k významnému poklesu napětí. Lze konstatovat, že na výstupu prvku se potenciál rovná jednomu, pokud je tento signál přesně aplikován na oba vstupy současně. Jinými slovy, s pomocí takového schématu je realizována logická operace "2I".

Počet polovodičových diod závisí na tom, kolik vstupů bude mít prvek. Při použití dvou polovodičů je implementován režim "2I", tři - "3I" apod. V moderních čipách se vytvoří prvek s osmi diodami ("8I"). obrovskou nevýhodou logiky DTL je velmi malá úroveň zatížení. Z tohoto důvodu musíte připojit logický prvek tranzistorový zesilovač bipolární typ.

Ale logika je mnohem pohodlnější na tranzistory, které mají několik dalších emitorů. V takových logických obvodech TTL je použit tranzistor s více emitory a není zapojen v paralelních polovodičových diodách. Tento prvek je v zásadě podobný "2I". ale na výstupu může být dosaženo vysoké úrovně potenciálu pouze tehdy, když je stejná hodnota na obou vstupech současně. V tomto případě není přítomen proud emitoru a přechody jsou uzamčeny. Obrázek znázorňuje typický logický diagram pomocí tranzistorů.

Schémata střídačů na logických prvcích

Pomocí zesilovače můžete invertovat signál na výstupu komponentu. Prvky typu "AND-NO" jsou uvedeny v obchodních IC čipy. Například řada čipů K155LA3 má ve svých konstrukčních prvcích typu "2I-NE" v počtu čtyř kusů. Na základě tohoto prvku se provádí střídač. Používá se jedna polovodičová dioda.

Je-li nutné kombinovat několik prvků logiky typu "AND" podle schémat "OR" (nebo je-li nutné implementovat logické prvky "OR"), měly by být tranzistory zapojeny paralelně v bodech uvedených na diagramu. V tomto případě je dosaženo pouze jednoho výstupního stupně. Na této fotografii je zobrazen logický prvek typu "2ILI-NE":

Tyto prvky jsou k dispozici v mikroobvody, které jsou označeny písmeny LR. Ale logický typ TTL "OR-NO" je označen zkratkou LE, například K153Le5. K dispozici jsou čtyři logické prvky "2ILI-NOT".

Logické úrovně mikroobvodů

V moderní technologii se používají čipy s logikou TTL, které mají výkon od 3 a 5 V. Ale pouze logická úroveň jednotky a nula napětí nezávisí. Z tohoto důvodu není třeba dodatečné přizpůsobení mikroobvodů. Níže uvedený graf zobrazuje přípustnou úroveň napětí na výstupu prvku.

Napětí v nedefinovaném stavu na vstupu mikročipu ve srovnání s výstupem je přijatelné v menším rozsahu. Tento graf ukazuje hranice logické jednotky a nulové úrovně pro mikroobvody typu TTL.

Zapnutí Schottkyho diody

Ale v jednoduché tranzistorové spínače existuje jedna velká nevýhoda - mají režim saturace při práci v otevřeném stavu. Aby se přebytečné nosiče vyřešily a polovodič nebyl nasycen, je mezi základnou a kolektorem spojena polovodičová dioda. Obrázek ukazuje způsob připojení Schottkyho diody a tranzistoru.

U Schottkyho diody je prahová hodnota napětí asi 0,2-0,4 V a pro p-n-křižovatku křemíku nejméně 0,7 V. A to je mnohem méně než životnost menšinového typu nosiče v polovodičovém krystalu. Schottkyova dioda umožňuje zachovat tranzistor kvůli nízkému prahu přechodového otvoru. Z tohoto důvodu je tranzistoru zabráněno přepnutí do režimu.

Jaké jsou rodiny TTL mikroobvodů

Obvykle jsou tyto typy čipů napájeny zdroji 5 V. Existují cizí analogy domácích prvků - řada SN74. Ale po sérii existuje digitální číslo, které udává počet a typ logických komponent. Čip SN74S00 obsahuje logické prvky "2I-NOT". Tam jsou čipy, které mají větší rozsah teplot - domácí K133 a cizí SN54.

Ruské čipy, podobné složení jako SN74, byly vyráběny pod označením K134. Zahraniční mikročipy, že spotřeba energie a nízká rychlost jsou na konci písmene L. zámoří čipu s písmenem S na konci jsou domácí protějšky, ve kterých Obrázek 1 byl nahrazen 5. Například, je známo, že všechny K555 a K531. Dnes je k dispozici několik typů čipů K1533, u kterých je rychlost a spotřeba energie velmi nízká.

Logické prvky na tranzistory CMOS

Čipy, ve kterých jsou komplementární tranzistory, jsou založeny na prvcích MOS s p- a n-kanály. S jediným potenciálem se otevírá tranzistor s p-kanálem. Když se vytvoří logický "1", otevře se horní tranzistor a spodní se zavře. V tomto případě proud neprotéká mikroobvodem. Když se vytvoří "0", otevře se spodní tranzistor a horní část se zavře. V tomto případě proud protéká mikroobvodem. Příkladem nejjednoduššího logického prvku je střídač.

Všimněte si, že v čipu na tranzistory CMOS není v statickém režimu spotřeba proudu. Spotřeba proudu začíná pouze při přepínání z jednoho stavu na jiný logický prvek. Logika TTL na těchto prvcích je charakterizována nízkou spotřebou energie. Na obrázku je schéma prvku typu "AND-N", tvořeného tranzistory CMOS.

Na dvou tranzistorech je vybudován aktivní zatěžovací obvod. Je-li nutné vytvořit vysoký potenciál, jsou tyto polovodiče otevřeny, zatímco nízké jsou uzavřené. Dávejte pozor na skutečnost, že tranzistorová tranzistorová logika (TTL) je založena na provozu klíčů. Polovodiče v horní části paže jsou otevřené a ve spodní části se zavřou. V tomto případě ve statickém režimu čip nebude spotřebovávat proud ze zdroje napájení.