Транзисторно-транзисторна логіка

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Jump to navigation Jump to search
SN7400N

Транзисторно-транзисторна логіка (ТТЛ, англ. transistor-transistor logic — транзистор-транзисторна логіка) — перша широко поширена технологія виготовлення напівпровідникових інтегральних схем. Свою назву технологія отримала через те, що транзистори використовуються як для виконання логічних функцій (наприклад, І, АБО), так і для інвертування та посилення вихідного сигналу (на відміну від резисторно-транзисторної і діодно-транзисторної логіки).

Найпростіший (базовий елемент) ТТЛ виконує логічну операцію І-НЕ і за схемотехнічним рішенням є подібним до ДТЛ елементу, але за рахунок використання багатоемітерного транзистора має кращу швидкодію, менше енергоспоживання і є більш технологічним.

Історія[ред.ред. код]

ТТЛ набула широкого поширення в комп'ютерах, електронних музичних інструментах, а також в контрольно-вимірювальній апаратурі і автоматиці. Завдяки широкому розповсюдженню ТТЛ вхідні і вихідні кола електронного обладнання часто виконуються сумісними по електричним характеристикам з ТТЛ. Максимальна напруга в схемах з ТТЛ може досягати 24В, однак це призводить до великого рівня паразитного сигналу. Досить малий рівень паразитного сигналу при збереженні достатньої ефективності досягається при напрузі живлення 5В, тому така напруга і увійшла в технічний регламент ТТЛ.

ТТЛ стала популярною серед розробників електронних систем після того, як в 1965 році фірма Texas Instruments представила серію інтегральних мікросхем 74xx, хоча фірма Texas Instruments і не була першою, хто почав випуск ТТЛ мікросхем (дещо раніше його почали фірми Sylvania і Transitron). Тим не менш промисловим стандартом стала саме серія 74xx фірми Texas Instruments, що значною мірою пояснюється великими виробничими потужностями фірми Texas Instruments, широкою номенклатурою мікросхем, а також її зусиллями по просуванню серії 74xx.

Оскільки біполярні інтегральні ІМС серії 74xx фірми Texas Instruments стали найбільш поширеними, їх функціонально і параметрично повторює продукція інших фірм (Advanced Micro Devices, серія 90/9N/9L/9H/9S Fairchild, Harris, Intel, Intersil, Motorola, National, частково К155 виробництва СРСР тощо)[1].

Принцип дії базового логічного елемента ТТЛ[ред.ред. код]

Схема двовходового ТТЛ-елемента 2І-НЕ

Базовий логічний елемент ТТЛ[2] складається з двох функціональних частин: логічної і силової. Логічна частина (багатоемітерний транзистор V1) визначає виконувану елементом логічну функцію, а силова частина (транзистор V2 та двотактний каскад на V2—V4) відповідає за підсилення та формування вихідних логічних рівнів. Для демонстрації роботи схеми достатньо розглянути два випадки, в яких значення вихідного сигналу відрізняється.

Перший випадок. Напруга на одному із входів представляє низький рівень (наприклад, U1 = 0 В). У цьому випадку перший емітер транзистора V1 з'єднується з негативним виводом джерела живлення (т. зв. "землею") через низький внутрішній опір джерела сигналу. В найпростішому випадку вхід просто замикають на "землю". Від позитивного виводу джерела живлення (+5 В) через резистор R1 протікає базовий струм транзистора V1, який відкривається і своїм переходом колектор-емітер замикає на "землю" базу транзистора V2. Таким чином V2 закритий і через нього струм не тече. Транзистор V4 також закритий — через резистор R4 його база замкнена на "землю". Транзистор V3 відкритий базовим струмом через резистор R2. Через резистор R3, транзистор V3 та діод V5 на вихід схеми потрапляє високий потенціал (в межах 2,4...5 В). Стан транзистора V1 не зміниться, якщо низький рівень напруги буде на іншому вході U2 або на обох входах.

Другий випадок. На обидва входи схеми подано високий потенціал (U1 = U2 = 5 В). На базі та емітері транзистора V1 однаково високі потенціали, тому транзистор закритий. Але при цьому перехід база-колектор транзистора виявляється зміщеним у прямому напрямі, він відкривається (як звичайний діод) і пропускає струм від джерела живлення +5 В через резистор R1 на базу транзистора V2, який також відкривається. Колекторний струм V2 створює базовий струм V4 і відкриває його. Своїм переходом колектор-емітер V4 замикає на "землю" вихід схеми. Тому на виході низький потенціал (Ua = 0...0,4 В). Може здаватися, що транзистор V3 також відкритий, тому треба з'ясувати його стан. Для цього потрібно оцінити потенціали бази і емітера цього транзистора. Потенціал бази V3 складається з падінь напруги на переходах база-емітер V4 і колектор-емітер V2 і становить приблизно 0,9 В (≈0,7 В + ≈0,2 В). Потенціал емітера V3 складається з падінь напруги на переходах колектор-емітер V4 і діоді V5 і дорівнює ≈0,9 В (≈0,2 В + ≈0,7 В). Отже на базі і емітері транзистора V3 приблизно однакові потенціали, він закритий і не впливає на вихід схеми. Власне для цього в схемі служить діод V5, який "підпирає" емітер транзистора V3 і не дає йому відкритися.

Таким чином, базовий логічний елемент ТТЛ виконує логічну функцію І-НЕ, представлену таблицею істинності:

Входи Вихід
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Транзисторно-транзисторна логіка з діодами Шотткі (ТТЛШ)[ред.ред. код]

У ТТЛШ використовуються транзистори Шотткі, в яких бар'єр Шотткі не дозволяє транзистору увійти в режим насичення в результаті чого дифузійна ємність мала і затримки перемикання малі, а швидкодія висока.

ТТЛШ-логіка відрізняється від ТТЛ наявністю діодів Шотткі в колах база - колектор, що виключає насичення транзистора, а також наявністю демпферних діодів Шотткі на входах (рідко на виходах) для придушення імпульсних завад, що утворюються через відбиття в довгих лініях зв'язку (довгої вважається лінія, час поширення сигналу в якій більше тривалості його фронту, для найшвидших ТТЛШ мікросхем лінія стає довгою починаючи з довжини в кілька сантиметрів).

Див. також[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]

  1. Соломатин Н. М. Логические элементы ЭВМ: Практ. пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1990. — С. 19, 58. — 160 с. — ISBN 5-06-002053-3 (рос.)
  2. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. — М. : Радио и связь, 1987.