Artykuł omówi logikę TTL, która jest nadal używana w niektórych gałęziach technologii. W sumie istnieje kilka rodzajów logiki: tranzystor-tranzystor (TTL), dioda-tranzystor (DTL), oparta na tranzystorach MOS (CMOS), a także oparta na tranzystorach bipolarnych i CMOS. Pierwszymi szeroko stosowanymi mikroukładami były te, które zostały zbudowane przy użyciu technologii TTL. Ale nie można ignorować innych rodzajów logiki, które są nadal używane w technologii.
Logika diodowo-tranzystorowa
Używając zwykłych diod półprzewodnikowych można uzyskać najprostszy element logiczny (schemat pokazano poniżej). Ten element logiki nazywa się „2I”. Po przyłożeniu potencjału zerowego do dowolnego wejścia (lub obu naraz), przez rezystor zacznie płynąć prąd elektryczny. W takim przypadku następuje znaczny spadek napięcia. Można wnioskować, że na wyjściu elementu potencjał będzie równyjednostki, jeśli jest to dokładnie zastosowane do obu wejść jednocześnie. Innymi słowy, za pomocą takiego schematu realizowana jest logiczna operacja „2AND”.
Liczba diod półprzewodnikowych określa, ile wejść będzie miał dany element. Przy użyciu dwóch półprzewodników realizowany jest obwód „2I”, trzy - „3I” itp. W nowoczesnych mikroukładach wytwarzany jest element z ośmioma diodami („8I”). ogromną wadą logiki DTL jest bardzo mała obciążalność. Z tego powodu bipolarny wzmacniacz tranzystorowy musi być podłączony do elementu logicznego.
Ale znacznie wygodniej jest zaimplementować logikę na tranzystorach z kilkoma dodatkowymi emiterami. W takich obwodach logicznych TTL stosuje się tranzystor z wieloma emiterami, a nie diody półprzewodnikowe połączone równolegle. Ten element jest w zasadzie podobny do „2I”. ale na wyjściu wysoki poziom potencjału można uzyskać tylko wtedy, gdy oba wejścia mają tę samą wartość w tym samym czasie. W takim przypadku nie ma prądu emitera, a przejścia są zablokowane. Rysunek przedstawia typowy obwód logiczny wykorzystujący tranzystory.
Obwody falownika na elementach logicznych
Z pomocą wzmacniacza okazuje się, że odwraca sygnał na wyjściu komponentu. Elementy typu „AND-NOT” są wskazane w mikroukładach szeregowych samolotu. Na przykład mikroukład serii K155LA3 ma w swoim projekcie elementy typu „2I-NOT” w ilości czterech sztuk. Na podstawie tego elementu powstaje urządzenie inwerterowe. Wykorzystuje jedną diodę półprzewodnikową.
Jeśli potrzebujesz scalićkilka elementów logicznych typu „AND” zgodnie z obwodami „OR” (lub w przypadku konieczności realizacji elementów logicznych „OR”), to tranzystory muszą być połączone równolegle w punktach wskazanych na schemacie. W takim przypadku na wyjściu uzyskuje się tylko jedną kaskadę. Logiczny element typu "2OR-NOT" pokazany jest na tym zdjęciu:
Te elementy są dostępne w mikroukładach, które są oznaczone literami LR. Ale logika TTL typu „OR-NOT” jest oznaczona skrótem LE, na przykład K153LE5. Ma cztery elementy logiczne „2LUB-NIE” wbudowane jednocześnie.
Poziomy logiczne IC
W nowoczesnej technologii stosuje się mikroukłady z logiką TTL, które są zasilane napięciem 3 i 5 V. Ale tylko logiczny poziom jeden i zero nie zależy od napięcia. Z tego powodu nie ma potrzeby dodatkowego dopasowywania mikroukładów. Poniższy wykres przedstawia dopuszczalny poziom napięcia na wyjściu elementu.
Napięcie w niepewnym stanie na wejściu mikroukładu w porównaniu z wyjściem jest dopuszczalne w mniejszych granicach. A ten wykres pokazuje granice poziomów jednostki logicznej i zero dla mikroukładów typu TTL.
Włączanie diody Schottky'ego
Ale proste przełączniki tranzystorowe mają jedną dużą wadę - mają tryb nasycenia podczas pracy w stanie otwartym. Aby nośniki nadmiarowe uległy rozpuszczeniu, a półprzewodnik nie został nasycony, między podstawą a kolektorem włączana jest dioda półprzewodnikowa. Rysunek pokazujesposób podłączenia diody Schottky'ego i tranzystora.
Próg napięcia diody Schottky'ego wynosi około 0,2-0,4 V, podczas gdy na złączu krzemowym p-n wartość progowa napięcia wynosi co najmniej 0,7 V. To znacznie mniej niż czas życia nośników mniejszościowych w kryształ półprzewodnikowy. Dioda Schottky'ego pozwala utrzymać tranzystor ze względu na niski próg otwarcia złącza. Z tego powodu trioda nie może przejść w tryb.
Jakie są rodziny mikroukładów TTL
Zazwyczaj mikroukłady tego typu są zasilane ze źródeł 5 V. Istnieją zagraniczne odpowiedniki elementów domowych - seria SN74. Ale po serii pojawia się numer cyfrowy, który wskazuje liczbę i rodzaj elementów logicznych. Mikroukład SN74S00 zawiera elementy logiczne 2I-NOT. Istnieją mikroukłady, których zakres temperatur jest bardziej rozszerzony - krajowy K133 i zagraniczny SN54.
Rosyjskie mikroukłady, podobne w składzie do SN74, zostały wyprodukowane pod oznaczeniem K134. Obce mikroukłady, których pobór mocy i prędkość są niskie, mają na końcu literę L. Obce mikroukłady z literą S na końcu mają krajowe odpowiedniki, w których numer 1 został zastąpiony przez 5. Na przykład dobrze znany K555 lub K531. Obecnie produkowanych jest kilka rodzajów mikroukładów serii K1533, w których prędkość i zużycie energii są bardzo niskie.
Bramki logiczne CMOS
Mikroukłady, które mają komplementarne tranzystory, są oparte na elementach MOS z kanałami p i n. Z pomocą jednegopotencjał, otwiera się tranzystor kanału p. Po utworzeniu logicznej „1” górny tranzystor otwiera się, a dolny zamyka. W takim przypadku przez mikroukład nie przepływa żaden prąd. Kiedy powstaje „0”, dolny tranzystor otwiera się, a górny zamyka. W takim przypadku przez mikroukład przepływa prąd. Przykładem najprostszego elementu logicznego jest falownik.
Należy pamiętać, że układy scalone CMOS nie pobierają prądu w trybie statycznym. Pobór prądu zaczyna się dopiero przy przejściu z jednego stanu na inny element logiczny. Logika TTL na takich elementach charakteryzuje się niskim poborem mocy. Rysunek przedstawia schemat elementu typu „NAND”, skompilowanego na tranzystorach CMOS.
Obwód obciążenia aktywnego jest zbudowany na dwóch tranzystorach. Jeśli konieczne jest uformowanie wysokiego potencjału, te półprzewodniki otwierają się, a niski zamykają. Należy pamiętać, że logika tranzystor-tranzystor (TTL) opiera się na działaniu klawiszy. Półprzewodniki w ramieniu otwierają się, a w przedramieniu zamykają. W takim przypadku w trybie statycznym mikroukład nie będzie pobierał prądu ze źródła zasilania.
