Artikkel käsitleb TTL-i loogikat, mida mõnedes tehnoloogiaharudes ikka veel kasutatakse. Kokku on loogikat mitut tüüpi: transistor-transistor (TTL), diood-transistor (DTL), mis põhineb MOS-transistoridel (CMOS), samuti bipolaarsetel transistoridel ja CMOS-il. Kõige esimesed mikroskeemid, mida laialdaselt kasutati, olid need, mis ehitati TTL-tehnoloogiate abil. Kuid muud tüüpi loogikat, mida tehnoloogias ikka veel kasutatakse, ei saa ignoreerida.
Dioodi-transistori loogika
Kasutades tavalisi pooljuhtdioode, saate kõige lihtsama loogikaelemendi (skeem on näidatud allpool). Seda elementi loogikas nimetatakse "2I". Kui ükskõik millisele sisendile (või mõlemale korraga) rakendatakse nullpotentsiaali, hakkab läbi takisti voolama elektrivool. Sel juhul tekib märkimisväärne pingelangus. Võib järeldada, et elemendi väljundis on potentsiaal võrdneühikut, kui seda rakendatakse täpselt mõlemale sisendile korraga. Ehk siis sellise skeemi abil realiseeritakse loogiline tehe "2AND".
Pooljuhtdioodide arv määrab, mitu sisendit elemendil on. Kahe pooljuhi kasutamisel rakendatakse ahelat "2I", kolm - "3I" jne. Kaasaegsetes mikroskeemides toodetakse kaheksa dioodiga elementi ("8I"). DTL-loogika tohutuks puuduseks on väga väike kandevõime. Sel põhjusel tuleb loogikaelemendiga ühendada bipolaarne transistor võimendi.
Kuid palju mugavam on loogikat rakendada mitme täiendava emitteriga transistoridel. Sellistes TTL-loogikalülitustes kasutatakse mitme emitteriga transistorit, mitte paralleelselt ühendatud pooljuhtdioode. See element on põhimõtteliselt sarnane "2I-ga". kuid väljundis saab kõrge potentsiaali saavutada ainult siis, kui kahel sisendil on korraga sama väärtus. Sel juhul puudub emitteri vool ja üleminekud on blokeeritud. Joonisel on kujutatud tüüpiline transistore kasutav loogikalülitus.
Inverteri ahelad loogikaelementidel
Võimendi abil selgub, et komponendi väljundis olev signaali inverteerib. "AND-NOT" tüüpi elemendid on näidatud õhusõiduki jadamikroskeemides. Näiteks K155LA3 seeria mikroskeemi kujunduses on "2I-NOT" tüüpi elemente neli tükki. Selle elemendi põhjal valmistatakse inverterseade. See kasutab ühte pooljuhtdioodi.
Kui teil on vaja ühendadamitu "AND" tüüpi loogikaelementi vastav alt "OR" ahelatele (või kui on vaja rakendada loogikaelemente "OR"), siis tuleb transistorid ühendada paralleelselt diagrammil näidatud punktides. Sel juhul saadakse väljundis ainult üks kaskaad. Sellel fotol on näidatud "2OR-NOT" tüüpi loogiline element:
Need elemendid on saadaval mikroskeemides, mis on tähistatud tähtedega LR. Kuid "OR-NOT" tüüpi TTL-loogikat tähistatakse lühendiga LE, näiteks K153LE5. Sellel on korraga sisse ehitatud neli loogilist elementi "2OR-NOT".
IC loogikatasemed
Kaasaegses tehnikas kasutatakse TTL-loogikaga mikroskeeme, mis saavad toite 3 ja 5 V. Aga pingest ei sõltu ainult loogiline tase üks ja null. Sel põhjusel ei ole vaja mikroskeeme täiendav alt sobitada. Allolev graafik näitab lubatud pingetaset elemendi väljundis.
Ebakindlas olekus pinge mikrolülituse sisendis, võrreldes väljundiga, on lubatud väiksemates piirides. Ja see graafik näitab TTL-tüüpi mikroskeemide loogilise ühiku ja nulli tasemete piire.
Schottky dioodi sisselülitamine
Kuid lihtsatel transistorlülititel on üks suur puudus – neil on avatud olekus töötamisel küllastusrežiim. Selleks, et üleliigsed kandjad lahustuksid ja pooljuht ei küllastuks, lülitatakse aluse ja kollektori vahele pooljuhtdiood. Joonis näitabviis Schottky dioodi ja transistori ühendamiseks.
Schottky dioodi pingelävi on umbes 0,2–0,4 V, samas kui räni p-n-siirde pingelävi on vähem alt 0,7 V. Ja see on palju vähem kui vähemustüüpi kandjate eluiga pooljuhtkristall. Schottky diood võimaldab teil hoida transistori ristmiku avamise madala läve tõttu. Just sel põhjusel ei lase triood režiimi minna.
Millised on TTL-i mikroskeemide perekonnad
Tavaliselt saavad seda tüüpi mikroskeemid toiteallikast 5 V. On olemas kodumaiste elementide välismaised analoogid - seeria SN74. Kuid pärast seeriat tuleb digitaalne number, mis näitab loogiliste komponentide arvu ja tüüpi. SN74S00 mikroskeem sisaldab 2I-NOT loogikaelemente. On mikroskeeme, mille temperatuurivahemik on suurem – kodumaine K133 ja välismaised SN54.
Vene mikroskeeme, mis on koostiselt sarnased SN74-ga, toodeti tähise K134 all. Välismaistel mikroskeemidel, mille voolutarve ja kiirus on väike, on lõpus täht L. Välismaistel mikroskeemidel, mille lõpus on täht S, on kodumaised vasted, milles number 1 on asendatud 5-ga. Näiteks tuntud K555 või K531. Tänapäeval toodetakse mitut tüüpi K1533 seeria mikroskeeme, mille kiirus ja võimsustarve on väga väikesed.
CMOS-i loogikaväravad
Mikroskeemid, millel on komplementaarsed transistorid, põhinevad p- ja n-kanalitega MOS-elementidel. Ühe abigapotentsiaal, avaneb p-kanali transistor. Loogilise "1" moodustamisel avaneb ülemine transistor ja alumine sulgub. Sellisel juhul ei voola mikrolülitust läbi vool. Kui moodustub "0", avaneb alumine transistor ja ülemine sulgub. Sel juhul voolab vool läbi mikroskeemi. Lihtsaima loogikaelemendi näide on inverter.
Pange tähele, et CMOS-i IC-d ei võta staatilises režiimis voolu. Voolutarbimine algab ainult ühest olekust teisele loogikaelemendile üleminekul. Selliste elementide TTL-loogikat iseloomustab madal energiatarve. Joonisel on kujutatud NAND-tüüpi elemendi diagramm, mis on koostatud CMOS-transistoridele.
Aktiivne koormusahel on ehitatud kahele transistorile. Kui on vaja moodustada kõrge potentsiaal, siis need pooljuhid avanevad ja madalad sulguvad. Pange tähele, et transistor-transistor loogika (TTL) põhineb klahvide tööl. Õlavarre pooljuhid avanevad ja õlavarres sulguvad. Sellisel juhul ei tarbi mikroskeem staatilises režiimis toiteallikast voolu.
