Ce este logica tranzistorului tranzistorului (TTL) și funcționarea sa

Porțile logice precum NAND și NOR sunt utilizate în aplicațiile zilnice pentru efectuarea operațiilor logice. Porțile sunt fabricate utilizând dispozitive semiconductoare precum BJT, diode sau FET. Diferite Porți sunt construite folosind circuite integrate. Circuitele logice digitale sunt fabricate în funcție de tehnologia circuitului specific sau de familiile logice. Diferitele familii logice sunt RTL (Rezistor Transistor Logic), DTL (Diode Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled Logic) și CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic). Dintre acestea, RTL și DTL sunt rareori folosite. Acest articol discută o prezentare generală a unui Logică tranzistor-tranzistor sau TTL .

Istoria logicii tranzistorului-tranzistorului

Logica TTL sau Transistor-Transistor Logic Logic a fost inventată în anul 1961 de „James L. Buie de la TRW”. Este potrivit pentru dezvoltarea de noi circuite integrate. Numele real al acestui TTL este TCTL, ceea ce înseamnă logica tranzistorului cuplat cu tranzistoare. În 1963, primele dispozitive comerciale TTL comerciale au fost proiectate de „Sylvania” cunoscută sub numele de SUHL sau ‘Sylvania Universal High-Level Logic family’.

După ce inginerii de instrumente din Texas au lansat IC-urile din seria 5400 în anul 1964 cu gama de temperaturi militare, atunci logica tranzistorului-tranzistorului a devenit foarte populară. După aceea, seria 7400 a fost lansată printr-o gamă mai îngustă în anul 1966.

Părțile compatibile ale celor 7400 de familii lansate de instrumentele din Texas au fost proiectate de mai multe companii precum National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa, etc. o companie precum IBM a lansat circuite necompatibile folosind TTL pentru propria utilizare.

Logica tranzistor-tranzistor a fost aplicată multor generații logice bipolare, îmbunătățind încet viteza, precum și utilizarea puterii în decurs de aproximativ două decenii. De obicei, fiecare cip TTL include sute de tranzistoare. În general, funcțiile într-un singur pachet variază de la porțile logice la un microprocesor.
Primul PC ca Kenbak-1 a fost folosit Transistor-Transistor Logic pentru procesorul său ca alternativ al unui microprocesor. În anul 1970, Datapoint 2200 a folosit componente TTL și a fost baza pentru 8008 și după aceea setul de instrucțiuni x86.

GUI introdus de Xerox alto în anul 1973, precum și stațiile de lucru Star în anul 1981 au fost utilizate circuite TTL care sunt încorporate la nivelul ALU-urilor.

Ce este logica tranzistor-tranzistor (TTL)?

Logica tranzistor-tranzistor (TTL) este o familie logică formată din BJT (tranzistoare de joncțiune bipolare). După cum sugerează și numele, tranzistorul îndeplinește două funcții precum logica, precum și amplificarea. Cele mai bune exemple de TTL sunt porțile logice și anume poarta NOR 7402 și poarta 7400 NAND.

Logica TTL include mai mulți tranzistori care au mai mulți emițători, precum și mai multe intrări. Tipurile de logică TTL sau tranzistor-tranzistor includ în principal TTL standard, TTL rapid, Schottky TTL, TTL de mare putere, TTL de putere redusă și TTL Schottky avansat.

Proiectarea porților logice TTL se poate face cu rezistențe și BJT. Există mai multe variante de TTL care sunt dezvoltate în scopuri diferite, cum ar fi pachetele TTL întărite la radiații pentru aplicații spațiale și diode Schottky de putere redusă, care pot oferi o combinație excelentă de viteză și consum de energie mai mic.

Tipuri de logici tranzistor-tranzistor

TTL-urile sunt disponibile în diferite tipuri, iar clasificarea lor se face pe baza rezultatului, cum ar fi următorul.

• TTL standard
• TTL rapid
• Schottky TTL
• TTL de mare putere
• TTL de putere redusă
• Schottky TTL avansat.

TTL de putere redusă funcționează cu o viteză de comutare de 33ns pentru a reduce consumul de energie ca 1 mW. În prezent, acest lucru a fost înlocuit prin logica CMOS. TTL de mare viteză are o comutare mai rapidă în comparație cu TTL normal, cum ar fi 6ns. Cu toate acestea, are o disipare ridicată a puterii de 22 mW.

Schottky TTL a fost lansat în anul 1969 și este utilizat pentru a evita stocarea încărcăturii pentru a spori timpul de comutare, utilizând cleme de diodă Schottky la terminalul porții. Aceste terminale de poartă funcționează în 3ns, totuși include o disipare mare a puterii, cum ar fi 19 mW

TTL de putere redusă utilizează valori de rezistență ridicate de la TTL de putere redusă. Diodele Schottky vor oferi un amestec bun de viteză, precum și o utilizare redusă a energiei, cum ar fi 2 mW. Acesta este cel mai general tip de TTL, folosit ca logica lipiciului în microcomputere, înlocuiește practic sub-familiile trecute precum L, H și S.

TTL rapid este utilizat pentru a crește tranziția de la scăzut la înalt. Aceste familii au atins PDP de 4pJ și 10 pJ, în mod corespunzător. LVTTL sau TTL de joasă tensiune pentru surse de alimentare de 3,3V, precum și interfață de memorie.

Cei mai mulți designeri oferă intervale comerciale și extinse de temperatură. De exemplu, intervalul de temperatură al pieselor din seria 7400 de la Texas Instruments variază de la 0 la 70 ° C, precum și intervalul de temperatură al seriei 5400 este cuprins între -55 și +125 ° C. Piesele cu fiabilitate ridicată și calitate specială sunt accesibile pentru aplicații aerospațiale și militare, în timp ce dispozitivele de radiații din seria SNJ54 sunt utilizate în aplicații spațiale.

Caracteristicile TTL

Caracteristicile TTL includ următoarele.

1. Fan Out: Numărul de încărcări pe care le poate conduce ieșirea unui GATE fără a afecta performanța sa obișnuită. Prin încărcare se înțelege cantitatea de curent necesară de intrarea unei alte Porți conectate la ieșirea porții date.
2. Disiparea puterii: Reprezintă cantitatea de energie necesară dispozitivului. Se măsoară în mW. Este de obicei produsul tensiunii de alimentare și cantitatea de curent mediu extras atunci când ieșirea este mare sau mică.
3. Întârziere de propagare: Reprezintă timpul de tranziție care trece atunci când nivelul de intrare se schimbă. Întârzierea care apare pentru ieșire pentru a-și face tranziția este întârzierea de propagare.
4. Marja de zgomot: Reprezintă cantitatea de tensiune de zgomot permisă la intrare, care nu afectează ieșirea standard.
   

Clasificarea logicii tranzistorului-tranzistorului

Este o familie logică formată complet din tranzistoare. Folosește un tranzistor cu mai mulți emițători. Din punct de vedere comercial, începe cu seria 74, cum ar fi 7404, 74S86 etc. A fost construită în 1961 de James L Bui și utilizată comercial în proiectarea logică în 1963. TTL-urile sunt clasificate în funcție de ieșire.

Deschideți ieșirea colectorului

Caracteristica principală este că ieșirea sa este 0 când este scăzută și plutitoare când este mare. De obicei, se poate aplica un Vcc extern.

Ieșire colector deschis a logicii tranzistorului-tranzistorului

Tranzistorul Q1 se comportă ca un grup de diode plasate spate în spate. Cu oricare dintre intrări la logică scăzută, joncțiunea emițător-bază corespunzătoare este polarizată înainte și căderea de tensiune pe baza Q1 este în jur de 0,9 V, insuficientă pentru tranzistorii Q2 și Q3 să conducă. Astfel, ieșirea este fie plutitoare, fie Vcc, adică nivel înalt.

În mod similar, atunci când toate intrările sunt ridicate, toate joncțiunile de bază-emițătoare ale Q1 sunt polarizate invers și tranzistorul Q2 și Q3 obține suficient curent de bază și sunt în modul de saturație. Ieșirea este la nivel logic scăzut. (Pentru ca un tranzistor să ajungă la saturație, curentul colectorului ar trebui să fie mai mare de β ori curentul de bază).

Aplicații

Aplicațiile de ieșire colector deschis includ următoarele.

• În lămpi de conducere sau relee
• În efectuarea logicii prin cablu
• În construcția unui sistem comun de autobuze

Ieșire Totem Pole

Totem Pole înseamnă adăugarea unui circuit activ în sus în ieșirea Porții, care are ca rezultat o reducere a întârzierii de propagare.

Ieșire Totem Pole TTL

Funcționarea logică este aceeași cu ieșirea colectorului deschis. Utilizarea tranzistoarelor Q4 și diodă este de a asigura încărcarea și descărcarea rapidă a capacității parazite în Q3. Rezistorul este utilizat pentru a menține curentul de ieșire la o valoare sigură.

Three State Gate

Oferă ieșire cu 3 stări, precum următoarele

• Stare de nivel scăzut atunci când un tranzistor inferior este PORNIT și un tranzistor superior este OPRIT.
• Stare de nivel înalt când tranzistorul inferior este OFF și tranzistorul superior este ON.
• A treia stare când ambii tranzistori sunt OFF. Aceasta permite o conexiune directă prin cablu a multor rezultate.

Logică tranzistor-tranzistor cu trei porți de stat

Caracteristici ale familiei TTL

Caracteristicile familiei TTL includ următoarele.

• Nivelul scăzut al logicii este la 0 sau 0,2V.
• Nivelul înalt al logicii este la 5V.
• Ventilator tipic din 10. Înseamnă că poate suporta cel mult 10 porți la ieșire.
• Un dispozitiv TTL de bază consumă o putere de aproape 10mW, ceea ce se reduce odată cu utilizarea dispozitivelor Schottky.
• Întârzierea medie de propagare este de aproximativ 9ns.
• Marja de zgomot este de aproximativ 0,4V.

Seria de TTL IC

IC-urile TTL încep în cea mai mare parte cu seria 7. Are 6 subfamilii date ca:

1. Dispozitiv de putere redusă cu o întârziere de propagare de 35 ns și o disipare a puterii de 1mW.
2. Schottky de putere redusă dispozitiv cu o întârziere de 9ns
3. Dispozitiv Schottky avansat cu o întârziere de 1,5ns.
4. Schottky avansat de putere redusă dispozitiv cu o întârziere de 4 ns și disiparea puterii de 1mW.

În orice nomenclatură de dispozitiv TTL, primele două nume indică numele subfamiliei de care aparține dispozitivul. Primele două cifre indică intervalul de temperatură de funcționare. Următoarele două alfabete indică subfamilia aparținând dispozitivului. Ultimele două cifre indică funcția logică efectuată de cip. Exemplele sunt 74LS02- 2 nici o poartă de intrare NOR, 74LS10- Poarta NAND de intrare triplă 3.

Circuite tipice TTL

Porțile logice sunt utilizate în viața de zi cu zi în aplicații precum un uscător de haine, imprimantă pentru computer, sonerie etc.

Cele 3 porți logice de bază implementate folosind logica TTL sunt date mai jos: -

NOR Gate

Să presupunem că intrarea A este la nivel logic ridicat, joncțiunea emițător-bază a tranzistorului corespunzătoare este polarizată invers, iar joncțiunea bază-colector este polarizată înainte. Tranzistorul Q3 obține curent de bază de la tensiunea de alimentare Vcc și merge la saturație. Ca urmare a tensiunii scăzute a colectorului de la Q3, tranzistorul Q5 se oprește și, pe de altă parte, dacă o altă intrare este scăzută, Q4 este întreruptă și corespunzător Q5 este întreruptă și ieșirea este conectată direct la sol prin tranzistorul Q3 . În mod similar, atunci când ambele intrări sunt logice scăzute, ieșirea va fi la logică ridicată.

NOR Gate TTL

NU Poarta

Când intrarea este scăzută, joncțiunea corespondentă bază-emițător este polarizată înainte, iar joncțiunea bază-colector este polarizată invers. Ca urmare, tranzistorul Q2 este întrerupt și, de asemenea, tranzistorul Q4 este întrerupt. Tranzistorul Q3 trece la saturație și dioda D2 începe să conducă și ieșirea este conectată la Vcc și trece la logică. În mod similar, atunci când intrarea este la logică ridicată, ieșirea este la logică scăzută.

NU poarta TTL

Comparație TTL cu alte familii logice

În general, dispozitivele TTL utilizează mai multă energie în comparație cu dispozitivele CMOS, dar utilizarea energiei nu crește prin viteza de ceas pentru dispozitivele CMOS. În comparație cu circuitele ECL actuale, logica tranzistor-tranzistor utilizează o putere redusă, dar are reguli de proiectare simple, dar este semnificativ mai lentă.

Producătorii pot uni dispozitivele TTL și ECL în același sistem pentru a obține cele mai bune performanțe, dar dispozitivele precum schimbarea nivelului sunt necesare între cele două familii logice. TTL este puțin sensibil la daunele cauzate de descărcarea electrostatică în comparație cu dispozitivele CMOS timpurii.

Datorită structurii o / p a dispozitivului TTL, impedanța o / p este asimetrică între stările joase și înalte pentru a le face inadecvate pentru a conduce liniile de transmisie. De obicei, acest dezavantaj se depășește prin tamponarea op / p utilizând dispozitive speciale pentru driverul de linie oriunde semnalele necesită transmiterea prin cabluri.

Structura totem-pol o / p a TTL are o suprapunere rapidă odată ce sunt efectuate ambele tranzistoare superioare și inferioare, ceea ce duce la un semnal substanțial de curent extras de la sursa de alimentare.

Aceste semnale se pot conecta în metode bruște între mai multe pachete IC, ceea ce are ca rezultat performanțe mai mici și o marjă de zgomot redusă. În general, sistemele TTL utilizează un condensator de decuplare pentru fiecare altfel două pachete IC, astfel încât un semnal de curent de la un cip TTL nu scade momentan tensiunea de alimentare cu tensiune la alta.

În prezent, mulți designeri furnizează echivalenți logici CMOS prin niveluri i / p & o / p compatibile TTL prin numere de piese care sunt legate de componenta TTL corespunzătoare, inclusiv aceleași pinouts. De exemplu, seria 74HCT00 va oferi mai multe alternative alternative pentru piesele din seria bipolară 7400, însă utilizează tehnologia CMOS.

Compararea TTL cu alte familii logice în termeni de specificații diferite include următoarele.

Inversor logic tranzistor-tranzistor

Dispozitivele cu tranzistor Transistor Logic (TTL) au înlocuit logica tranzistorului cu diode (DTL) deoarece funcționează mai repede și sunt mai ieftine de funcționat. NAND IC cu intrare Quad 2 utilizează un dispozitiv 7400 TTL pentru a proiecta o gamă largă de circuite care este utilizată ca invertor.

Diagrama de circuit de mai sus folosește porți NAND în cadrul CI. Deci, selectați comutatorul A pentru a activa circuitul, apoi puteți observa că ambele LED-uri din circuit se vor stinge. Când ieșirea este scăzută, atunci intrarea ar trebui să fie ridicată. După aceea, selectați comutatorul B, apoi ambele LED-uri se vor aprinde.

Când comutatorul A a selectat, ambele intrări ale porții NAND vor fi ridicate, ceea ce înseamnă că ieșirea porților logice va fi mai mică. Când este selectat comutatorul B, intrările nu vor fi ridicate pentru o lungă perioadă de timp și LED-urile se vor aprinde.

Avantaje și dezavantaje

Avantajele dezavantajelor TTL includ următoarele.

Principalul beneficiu al TTL este că putem interacționa cu ușurință cu alte circuite și abilitatea de a genera funcții logice dificile din cauza anumitor niveluri de tensiune, precum și a marjelor de zgomot bune TTL are caracteristici bune, cum ar fi ventilatorul, ceea ce înseamnă numărul de semnale i / p care poate fi acceptat printr-o intrare.

TTL este în principal imun la daunele cauzate de descărcările staționare de energie electrică care nu sunt similare cu CMOS și, în comparație cu CMOS, acestea sunt economice. Principalul dezavantaj al TTL este utilizarea mare a curentului. Cerințele ridicate actuale ale TTL pot duce la funcționare jignitoare, deoarece stările O / P vor fi dezactivate. Chiar și cu diferite versiuni TTL care au un consum redus de curent vor fi competitive pentru CMOS.

Odată cu sosirea CMOS, aplicațiile TTL au fost înlocuite prin CMOS. Dar, TTL este încă utilizat în aplicații, deoarece acestea sunt destul de robuste și porțile logice sunt destul de ieftine.

Aplicații TTL

Aplicațiile TTL includ următoarele.

• Folosit în aplicația controlerului pentru furnizarea de la 0 la 5V
• Folosit ca dispozitiv de comutare în lămpi de conducere și relee
• Folosit în procesoare de mini calculatoare ca DEC VAX
• Utilizat în imprimante și terminale de afișare video

Astfel, totul este vorba o imagine de ansamblu asupra logicii TTL sau tranzistor-tranzistor . Este un grup de circuite integrate care păstrează stări logice, precum și pentru a obține comutarea utilizând BJT-uri. TTL este unul dintre motivele pentru care CI-urile sunt utilizate atât de mult, deoarece sunt ieftine, mai rapide și de mare fiabilitate în comparație cu TTL și DTL. Un TTL folosește tranzistoare prin mai mulți emițători în porți care au mai multe intrări. Iată o întrebare pentru dvs., care sunt subcategoriile logicii tranzistor-tranzistor?