Artikkelissa tarkastellaan TTL-logiikkaa, jota käytetään edelleen joillakin tekniikan aloilla. Kaiken kaikkiaan logiikkatyyppejä on useita: transistori-transistori (TTL), diodi-transistori (DTL), joka perustuu MOS-transistoreihin (CMOS), sekä perustuu bipolaarisiin transistoreihin ja CMOS-järjestelmään. Ensimmäiset laajasti käytetyt mikropiirit olivat ne, jotka rakennettiin TTL-tekniikoilla. Mutta muun tyyppistä logiikkaa, jota tekniikassa edelleen käytetään, ei voida jättää huomiotta.
Dioditransistorilogiikka
Käyttämällä tavallisia puolijohdediodeja saat yksinkertaisimman logiikkaelementin (kaavio on alla). Tätä logiikan elementtiä kutsutaan nimellä "2I". Kun nollapotentiaalia käytetään mihin tahansa tuloon (tai molempiin kerralla), sähkövirta alkaa virrata vastuksen läpi. Tässä tapauksessa tapahtuu merkittävä jännitehäviö. Voidaan päätellä, että elementin ulostulossa potentiaali on yhtä suuriyksikkö, jos tätä sovelletaan tarkalleen molempiin tuloihin samanaikaisesti. Toisin sanoen tällaisen järjestelmän avulla toteutetaan looginen operaatio "2AND".
Puolijohdediodien määrä määrittää kuinka monta tuloa elementillä on. Kahta puolijohdetta käytettäessä toteutetaan "2I"-piiri, kolme - "3I" jne. Nykyaikaisissa mikropiireissä tuotetaan elementti, jossa on kahdeksan diodia ("8I"). DTL-logiikan v altava haittapuoli on erittäin pieni kuormituskapasiteetti. Tästä syystä logiikkaelementtiin on kytkettävä bipolaarinen transistorivahvistin.
Mutta on paljon kätevämpää toteuttaa logiikkaa transistoreissa, joissa on useita lisäsäteilijöitä. Tällaisissa TTL-logiikkapiireissä käytetään moniemitteritransistoria rinnan kytkettyjen puolijohdediodien sijaan. Tämä elementti on periaatteessa samanlainen kuin "2I". mutta lähdössä voidaan saavuttaa korkea potentiaali vain, jos kahdella sisääntulolla on sama arvo samaan aikaan. Tässä tapauksessa emitterivirtaa ei ole, ja siirtymät estetään. Kuvassa on tyypillinen logiikkapiiri, jossa käytetään transistoreita.
Invertteripiirit logiikkaelementeissä
Vahvistimen avulla komponentin lähdössä oleva signaali osoittautuu käänteiseksi. "AND-NOT"-tyypin elementit on merkitty lentokoneen sarjamikropiireihin. Esimerkiksi K155LA3-sarjan mikropiirissä on suunnittelussa "2I-NOT"-tyyppisiä elementtejä neljä kappaletta. Tämän elementin perusteella valmistetaan invertterilaite. Tämä käyttää yhtä puolijohdediodia.
Jos sinun on yhdistettäväuseita "AND"-tyyppisiä logiikkaelementtejä "OR"-piirien mukaan (tai jos on tarpeen toteuttaa logiikkaelementit "OR"), niin transistorit on kytkettävä rinnakkain kaaviossa osoitetuissa kohdissa. Tässä tapauksessa ulostulossa saadaan vain yksi kaskadi. "2OR-NOT"-tyypin looginen elementti näkyy tässä kuvassa:
Nämä elementit ovat saatavilla mikropiireissä, jotka on merkitty kirjaimilla LR. Mutta "OR-NOT"-tyypin TTL-logiikka on merkitty lyhenteellä LE, esimerkiksi K153LE5. Siinä on neljä loogista elementtiä "2OR-NOT" sisäänrakennettu kerralla.
IC-logiikkatasot
Nykyaikaisessa tekniikassa käytetään TTL-logiikalla varustettuja mikropiirejä, jotka saavat virran 3 ja 5 V jännitteestä. Mutta vain looginen taso yksi ja nolla ei riipu jännitteestä. Tästä syystä mikropiirien lisäsovituksiin ei ole tarvetta. Alla oleva kaavio näyttää sallitun jännitetason elementin lähdössä.
Epävarmassa tilassa oleva jännite mikropiirin tulossa lähtöön verrattuna on sallittu pienemmissä rajoissa. Ja tämä kaavio näyttää loogisen yksikön ja nollan tasojen rajat TTL-tyyppisille mikropiireille.
Schottky-diodin kytkeminen päälle
Mutta yksinkertaisilla transistorikytkimillä on yksi suuri haittapuoli - niillä on kyllästymistila, kun ne toimivat avoimessa tilassa. Jotta ylimääräiset kantoaineet liukenevat ja puolijohde ei kyllästyisi, puolijohdediodi kytketään päälle kannan ja kollektorin väliin. Kuvassa näkyytapa yhdistää Schottky-diodi ja transistori.
Schottky-diodin jännitekynnys on noin 0,2-0,4 V, kun taas piin p-n-liitoksen jännitekynnys on vähintään 0,7 V. Ja tämä on paljon vähemmän kuin vähemmistötyyppisten kantoa altojen käyttöikä puolijohdekide. Schottky-diodin avulla voit säilyttää transistorin liitoksen avaamisen alhaisen kynnyksen vuoksi. Tästä syystä triodia estetään siirtymästä tilaan.
Mitä ovat TTL-mikropiirien perheet
Tällaisten mikropiirien virtalähteenä on yleensä 5 V. Kotimaisista elementeistä on ulkomaisia analogeja - SN74-sarja. Mutta sarjan jälkeen tulee digitaalinen numero, joka ilmaisee loogisten komponenttien määrän ja tyypin. SN74S00-mikropiiri sisältää 2I-NOT logiikkaelementtejä. On mikropiirejä, joiden lämpötila-alue on laajempi - kotimainen K133 ja ulkomainen SN54.
Venäläisiä mikropiirejä, jotka ovat koostumukseltaan samanlaisia kuin SN74, valmistettiin nimellä K134. Ulkomaisissa mikropiireissä, joiden tehonkulutus ja nopeus ovat alhaiset, on lopussa kirjain L. Ulkomaisilla mikropiireillä, joiden lopussa on kirjain S, on kotimaisia vastaavia, joissa numero 1 on korvattu numerolla 5. Esimerkiksi tunnettu K555 tai K531. Nykyään valmistetaan useita erilaisia K1533-sarjan mikropiirejä, joissa nopeus ja tehonkulutus ovat erittäin alhaiset.
CMOS-logiikkaportit
Mikropiirit, joissa on komplementtitransistorit, perustuvat MOS-elementteihin, joissa on p- ja n-kanavat. Yhden avullapotentiaali, p-kanavatransistori avautuu. Kun looginen "1" muodostetaan, ylempi transistori avautuu ja alempi sulkeutuu. Tässä tapauksessa mikropiirin läpi ei kulje virtaa. Kun "0" muodostuu, alempi transistori avautuu ja ylempi sulkeutuu. Tässä tapauksessa virta kulkee mikropiirin läpi. Esimerkki yksinkertaisimmasta logiikkaelementistä on invertteri.
Huomaa, että CMOS-piirit eivät ota virtaa staattisessa tilassa. Virrankulutus alkaa vasta, kun vaihdetaan tilasta toiseen logiikkaelementtiin. Tällaisten elementtien TTL-logiikalle on ominaista alhainen virrankulutus. Kuvassa on kaavio "NAND"-tyyppisestä elementistä, joka on koottu CMOS-transistoreille.
Aktiivinen kuormituspiiri on rakennettu kahdelle transistorille. Jos on tarpeen muodostaa korkea potentiaali, nämä puolijohteet avautuvat ja matala sulkeutuu. Huomaa, että transistori-transistori logiikka (TTL) perustuu näppäinten toimintaan. Olkavarren puolijohteet avautuvat ja käsivarressa sulkeutuvat. Tässä tapauksessa staattisessa tilassa mikropiiri ei kuluta virtaa virtalähteestä.
