Tranzistor-tranzistorska logika (TTL)

Članak će razmotriti logiku TTL, koja se još uvijek koristi u nekim granama tehnologije. Ukupno postoji nekoliko vrsta logike: tranzistor-tranzistor (TTL), diodni tranzistor (DTL), koji se temelji na MOSFET-ima (CMOS), a također i na bipolarnim tranzistorima i CMOS-u. Prvi čipovi, koji su bili široko korišteni, bili su oni koji su izgrađeni na TTL tehnologijama. Ali ne možemo ignorirati druge vrste logike, koje se i dalje koriste u tehnologiji.

Logika dioda-tranzistora

Koristeći konvencionalne poluvodičke diode, možete dobiti najjednostavniji logični element (dijagram je prikazan dolje). Ovaj element u logici zove se "2I". Kada se nuli potencijal (ili oboje) primijeni na ulaz, struja će strujati kroz otpornik. U tom slučaju dolazi do značajnog pada napona. Može se zaključiti da će na izlazu elementa potencijal biti jednak broju ako se istovremeno točno primijeni na oba ulaza. Drugim riječima, uz pomoć takve sheme ostvaruje se logička operacija "2I".

Broj poluvodičkih dioda ovisi o tome koliko ulaza element će imati. Kada se koriste dva poluvodiča, implementira se shema "2I", tri - "3I" itd. U modernim čipovima proizvodi se element s osam dioda ("8I"). veliki nedostatak DTL-logike je vrlo mala razina nosivosti. Zbog toga morate povezati logički element pojačalo tranzistora bipolarni tip.

Ali logika je mnogo prikladnija na tranzistorima koji imaju nekoliko dodatnih emitera. U takvim TTL logičkim krugovima koristi se višestruki odašiljač, a nije povezan s paralelnim poluvodičkim diodama. Ovaj element je načelno sličan "2I". ali na izlazu visoka razina potencijala može se dobiti samo ako je istu vrijednost istodobno na dva ulaza. Emitentna struja trenutno nije prisutna, a prijelazi su zaključani. Slika prikazuje tipičnu logičku shemu koja koristi transistore.

Sheme pretvarača na logičkim elementima

Pomoću pojačala možete invertirati signal na izlazu komponente. Elementi tipa "AND-NO" navedeni su u komercijalnim IC čipovima. Na primjer, serija čipa K155LA3 ima u svojim elementima dizajna tipa "2I-NE" u broju od četiri komada. Na temelju ovog elementa napravljen je inverter uređaj. Koristi se jedna poluvodička dioda.

Ako je potrebno kombinirati nekoliko elemenata logike tipa "AND" prema shemama "OR" (ili ako je potrebno provesti logičke elemente "OR"), tranzistori bi se trebali povezati paralelno na točkama navedenim u dijagramu. U tom slučaju dobiva se samo jedan izlazni stupanj. Na ovoj je slici prikazan logičan element tipa "2ILI-NE":

Ti su elementi dostupni u mikročipovima, koji su označeni slovima LR. No logička TTL tipa "OR-NO" označena je kraticom LE, na primjer, K153Le5. Postoje četiri logička elementa "istodobno" ugrađenog u njega "2ILI-NOT".

Logičke razine mikrokrižnica

Moderna tehnologija koja se koristi čip s TTL logika, u kojoj moć 3 i 5 V. No, to je samo logičan jedan i nula razina napona je neovisna. Iz tog razloga nema potrebe za dodatnim podudaranjem mikrokrižnica. Donji grafikon prikazuje dopuštenu razinu napona na izlazu elementa.

Napon u neodređenom stanju na ulazu mikročipa u usporedbi s izlazom je prihvatljiv u manjem opsegu. I ovaj grafikon prikazuje granice logičke jedinice i nultu razinu mikro TTL tipa.

Uključivanje Schottky diode

Ali jednostavno tranzistor sklopke postoji jedan veliki nedostatak - oni imaju zasićenost kada rade u otvorenom stanju. Kako bi višak nosača mogao riješiti, a poluvodič nije zasićen, između baze i kolektora je spojena poluvodička dioda. Slika prikazuje metodu spajanja Schottky diode i tranzistora.

Na Schottky-diodama, vrijednost praga napona je oko 0,2-0,4 V, a p-n-spoj silicija - ne manje od 0,7 V. To je znatno manje od vijeka trajanja tipa manjinskog nosača u kristalu poluvodiča. Schottky dioda omogućuje zadržavanje tranzistora zbog niskog pragova prijelaznog otvaranja. Zbog toga se tranzistoru spriječava prebacivanje u način rada.

Koje su obitelji TTL mikro sklopova?

Tipično, ovaj tip čipova pokreće izvor od 5 V. Postoje strani analozi domaćih elemenata - SN74 serije. Ali nakon serije nalazi se digitalni broj koji označava broj i vrstu logičnih komponenti. Čip SN74S00 sadrži logičke elemente "2I-NOT". Postoje čipovi koji imaju prošireni temperaturni raspon - domaći K133 i strani SN54.

Ruski čipovi, slični u sastavu na SN74, proizvedeni su pod oznakom K134. Strani čipovi, koji imaju nisku potrošnju energije i performanse, na kraju imaju slovo L. Strani čipovi s slovom S na kraju imaju domaće analoge u kojima je broj 1 zamijenjen s 5. Na primjer, poznat svima K555 ili K531. Danas je dostupna nekoliko vrsta K1533 čipova, u kojima je brzina i potrošnja energije vrlo niski.

Elementi logike na CMOS tranzistora

Čipovi, u kojima postoje komplementarni tranzistori, temelje se na MOS elementima s p- i n-kanalima. S jednim potencijalom otvara se tranzistor s p-kanalom. Kada se formira logično "1", gornji tranzistor se otvara i donji se zatvara. U ovom slučaju struja ne prolazi kroz mikročip. Kada se formira "0", niži tranzistor se otvara i gornji se zatvara. U ovom slučaju, struja teče kroz mikro-strujni krug. Primjer najjednostavnijeg logičkog elementa je pretvarač.

Imajte na umu da u čipovima na CMOS tranzistora nema trenutne potrošnje u statičkom načinu rada. Trenutna potrošnja počinje samo kada se prebacujete iz jedne države u drugi logički element. TTL logika na takvim elementima karakterizira niska potrošnja energije. Slika prikazuje dijagram elementa tipa "AND-N" koji se sastoji od CMOS tranzistora.

Na dva tranzistora izgrađen je aktivni krug opterećenja. Ako je potrebno stvoriti visoki potencijal, ti poluvodiči se otvaraju, dok su niski zatvoreni. Obratite pozornost na činjenicu da je tranzistor-tranzistorska logika (TTL) izgrađena na osnovi rada ključeva. Poluvodiči su otvoreni u gornjoj ruci, au donjem su zatvoreni. U ovom slučaju, u statičkom načinu, čip neće potrošiti struju iz izvora napajanja.