Tranzistorovo-tranzistorová logika ( TTL , TTL ) je druh digitálních logických obvodů postavených na bázi bipolárních tranzistorů a rezistorů. Název tranzistor-tranzistor vznikl ze skutečnosti, že tranzistory se používají jak k provádění logických funkcí (například AND , OR ), tak k zesílení výstupního signálu (na rozdíl od logiky rezistoru-tranzistor a dioda-tranzistor ).
Nejjednodušší základní TTL prvek provádí logickou operaci AND-NOT , v principu opakuje strukturu DTL mikroobvodů a zároveň pomocí multiemitorového tranzistoru kombinuje vlastnosti diody a tranzistorového zesilovače, což umožňuje můžete zvýšit rychlost, snížit spotřebu energie a zlepšit technologii výroby mikroobvodů .
TTL se rozšířilo v počítačích , elektronických hudebních nástrojích, stejně jako v instrumentaci a automatizaci (I&C). Vzhledem k širokému použití TTL jsou vstupní a výstupní obvody elektronických zařízení často elektricky kompatibilní s TTL. Maximální napětí v obvodech TTL může být až 24 V , což však vede k velké úrovni rušivého signálu. Dostatečně nízké úrovně rušivého signálu při zachování dostatečné účinnosti je dosaženo při napětí 5 V , proto byla tato hodnota zahrnuta do technických předpisů TTL.
TTL se stal populární mezi návrháři elektronických systémů poté , co společnost Texas Instruments v roce 1965 představila řadu integrovaných obvodů 7400 . Tato řada mikroobvodů se stala průmyslovým standardem, ale mikroobvody TTL vyrábějí i jiné společnosti. Texas Instruments navíc nebyl první, kdo začal s výrobou TTL mikroobvodů, Sylvania a Transitron s tím začaly o něco dříve . Přesto se právě série Texas Instruments 74 stala průmyslovým standardem, což je z velké části způsobeno velkou výrobní kapacitou Texas Instruments a také snahou propagovat řadu 74. opakuje produkty jiných společností ( Advanced Micro Devices , řada 90/9N/9L/9H/9S Fairchild , Harris , Intel , Intersil , Motorola , National atd.).
Význam TTL spočívá v tom, že mikroobvody TTL se ukázaly jako vhodnější pro sériovou výrobu a zároveň svými parametry předčily dříve vyráběné řady mikroobvodů ( logika rezistoro-tranzistor a dioda-tranzistor ).
Princip fungování TTL s jednoduchým invertorem :
Bipolární tranzistory mohou pracovat v následujících režimech: cutoff, saturation, normálně aktivní, inverzně aktivní. V inverzně aktivním režimu je přechod emitoru uzavřen a přechod kolektoru je otevřený. V inverzním aktivním režimu je proudové zesílení tranzistoru mnohem menší než v normálním režimu, a to v důsledku asymetrie konstrukce přechodů báze-kolektor a báze-emitor, zejména v důsledku rozdílu jejich ploch a stupeň dotování vrstvy kolektoru a emitoru polovodiče (podrobnosti o pracovních režimech bipolárního tranzistoru viz Bipolární tranzistor ).
Při nulovém potenciálu na kterémkoli emitoru víceemitorového tranzistoru VT1 pracuje v normálním saturačním režimu, protože proud rezistoru R1 teče do báze, takže potenciál kolektoru VT1 a báze VT2 je blízký nule (V be1 = (A|B=0) + 0,7V ≱ V bk1 + V be2 , popsané v tomto článku v angličtině), což přepne VT2 do režimu cutoff, proto se na kolektoru VT2 potenciál blíží potenciálu zdroj energie V cc , - na výstupu prvku, logická 1. V tomto stavu se změnou potenciálu dalšího emitoru nemění stav prvku. Prostřednictvím emitoru (vstupu) připojeného k „země“ proudí proud k zemi I \u003d ( V cc - 0,7) / R1, 0,7 V - pokles napětí na přechodu emitoru VT1 s předpětím.
Pokud vypnete všechny emitory nebo na ně přivedete napětí logické 1 (více než 2,4 V ), pak přes dopředně zatížený kolektorový přechod VT1 proud rezistoru R1, I = ( V cc - 1,4) / R1, 1 , poteče do báze VT2, 4 V - součet úbytků napětí na přechodu s předpětím emitoru VT2 a přechodu s předpětím kolektoru VT1, zatímco VT2 přejde do saturace, jeho kolektorový potenciál se blíží nule (logická 0 ).
Výstup tedy bude logická 0 pouze v případě, že všechny vstupy budou mít stav logické 1, to odpovídá logické funkci NAND.
TTL má oproti DTL logice zvýšenou rychlost, i když použité tranzistory mají stejnou rychlost. To je způsobeno skutečností, že když výstup přejde ze stavu logické nuly do logické 1, tranzistor opustí saturaci, menšinové nosiče nahromaděné v bázi VT2 se nejen samovolně rozpustí, ale také odtečou do kolektoru nasyceného VT1 ( jak již bylo řečeno, jeho potenciál se blíží nule). Typická latence na prvek prvních sériových TTL integrovaných obvodů je asi 22 ns .
Některé mikroobvody v každé sérii TTL jsou vyrobeny bez rezistoru R2, na výstupu je kolektor VT2, takzvané prvky " otevřeného kolektoru ". Skupinu těchto výstupů lze elektricky propojit poskytnutím jediného externího rezistoru připojeného k V cc na druhém konci, čímž se realizuje logická funkce "AND" - takové zapojení se někdy nazývá "drátové AND". Na schématech elektrických obvodů se v symbolu pro prvky s otevřeným kolektorem používá doplňkový symbol.
Logika TTL (jako TTLSH) je přímým nástupcem DTL a používá stejný princip fungování. Vstupní TTL tranzistor (na rozdíl od běžného) má několik, obvykle 2 až 8, emitorů. Tyto emitory fungují jako vstupní diody (ve srovnání s DTL). Víceemitorový tranzistor oproti sestavě jednotlivých diod používaných v DTL obvodech zabírá méně místa na čipu a poskytuje vyšší rychlost. Je třeba poznamenat, že v mikroobvodech TTLSH, počínaje řadou 74LS, je místo víceemitorového tranzistoru použita sestava Schottkyho diod (řada 74LS) nebo PNP tranzistorů v kombinaci se Schottkyho diodami (řada 74AS, 74ALS), takže že ve skutečnosti došlo k návratu k DTL. Pouze řady 74, 74H, 74L, 74S, které obsahují víceemitorový tranzistor, jsou po zásluze nazývány TTL. Všechny pozdější řady víceemitorových tranzistorů neobsahují, ve skutečnosti jsou DTL a nazývají se TTLSH (TTL Schottky) pouze „tradičně“, což je vývoj DTL .
Tranzistor-tranzistorová logika se Schottkyho diodami ( TTLSh )
TTLSH používá Schottkyho diody, ve kterých Schottkyho bariéra nedovolí tranzistoru vstoupit do saturačního režimu, v důsledku čehož je difúzní kapacita malá a spínací zpoždění jsou malá a rychlost je vysoká. Taková kombinace (bipolární tranzistor-Schottkyho dioda v obvodu báze-kolektor) je považována za samostatnou součástku - Schottkyho tranzistor - a má na schématech elektrických obvodů své vlastní označení.
Logika TTLSH se od TTL liší přítomností Schottkyho diod v obvodech báze-kolektor, což eliminuje saturaci tranzistoru, a také přítomností tlumících Schottkyho diod na vstupech (zřídka na výstupech) pro potlačení impulsního šumu generovaného v důsledku odrazy v dlouhých komunikačních linkách (dlouhá je považována za linku, doba šíření signálu je delší než doba jejího čela, u nejrychlejších mikroobvodů TTLSH se linka stává dlouhou, počínaje délkou několika centimetrů).
Údaje v závorkách jsou typické doby zpoždění (Tpd) a spotřeba energie (Pd) pro každou sérii, převzaté z Texas Instruments ' SDAA010.PDF , s výjimkou 74F, pro kterou jsou data převzata z Fairchild's AN-661.
Sériová předpona "74" označuje komerční verzi mikroobvodů , "54" - průmyslové nebo vojenské, s rozšířeným teplotním rozsahem -55 ° C ... +125 ° C. Typ obalu je obvykle označen posledním písmenem v označení, např. u Texas Instruments je typ plastového obalu DIP kódován písmenem N (SN7400N).
K131LA3, závod Electronpribor, Fryazino
133LA3 vojenská verze, závod "Planet" Veliky Novgorod
KM155LA3, závod "Integral" Minsk
I533KP11, závod "Svetlana" Petrohrad
B533TM2 v krystalovém nosiči, závod Mezon, Kišiněv
Při činnosti TTL logiky jsou pozorovány poměrně silné proudové výboje (zejména na výstupu), které mohou vytvářet parazitní snímače na silových obvodech vedoucí k poruchám samotných TTL prvků. Pro boj s tímto jevem je třeba dodržovat následující pravidla:
Ne všechny dostupné vstupy prvku TTL jsou vždy použity v konkrétním obvodu. Pokud je podle logiky činnosti na vstupu vyžadován nulový signál, pak se nepoužívané vstupy připojí na společný vodič.
| Logické čipy | |
|---|---|