Článok sa bude zaoberať logikou TTL, ktorá sa stále používa v niektorých odvetviach technológie. Celkovo existuje niekoľko typov logiky: tranzistor-tranzistor (TTL), dióda-tranzistor (DTL), založený na tranzistoroch MOS (CMOS), ako aj na báze bipolárnych tranzistorov a CMOS. Úplne prvé mikroobvody, ktoré boli široko používané, boli tie, ktoré boli postavené pomocou TTL technológií. Iné typy logiky, ktoré sa v technológii stále používajú, však nemožno ignorovať.
Diódovo-tranzistorová logika
Pomocou obyčajných polovodičových diód môžete získať najjednoduchší logický prvok (schéma je znázornená nižšie). Tento prvok v logike sa nazýva "2I". Keď sa na ktorýkoľvek vstup (alebo oba naraz) aplikuje nulový potenciál, potom cez odpor začne pretekať elektrický prúd. V tomto prípade dochádza k výraznému poklesu napätia. Dá sa konštatovať, že na výstupe prvku bude potenciál rovnýjednotku, ak sa to presne aplikuje na oba vstupy súčasne. Inými slovami, pomocou takejto schémy sa implementuje logická operácia „2AND“.
Počet polovodičových diód určuje, koľko vstupov bude mať prvok. Pri použití dvoch polovodičov je implementovaný obvod „2I“, tri - „3I“atď. V moderných mikroobvodoch sa vyrába prvok s ôsmimi diódami („8I“). obrovskou nevýhodou DTL logiky je veľmi malá úroveň nosnosti. Z tohto dôvodu musí byť k logickému prvku pripojený bipolárny tranzistorový zosilňovač.
Oveľa pohodlnejšie je však implementovať logiku na tranzistoroch s niekoľkými dodatočnými žiaričmi. V takýchto TTL logických obvodoch sa namiesto polovodičových diód zapojených paralelne používa tranzistor s viacerými emitormi. Tento prvok je v princípe podobný ako „2I“. ale na výstupe je možné dosiahnuť vysokú úroveň potenciálu iba vtedy, ak dva vstupy majú rovnakú hodnotu v rovnakom čase. V tomto prípade neexistuje prúd emitora a prechody sú zablokované. Obrázok ukazuje typický logický obvod využívajúci tranzistory.
Invertorové obvody na logických prvkoch
Pomocou zosilňovača sa ukáže, že invertuje signál na výstupe komponentu. Prvky typu "AND-NOT" sú uvedené v sériových mikroobvodoch lietadla. Napríklad mikroobvod série K155LA3 má vo svojom dizajne prvky typu „2I-NOT“v počte štyroch kusov. Na základe tohto prvku sa vyrába invertorové zariadenie. Toto používa jednu polovodičovú diódu.
Ak sa potrebujete zlúčiťniekoľko logických prvkov typu "AND" podľa obvodov "OR" (alebo ak je potrebné implementovať logické prvky "OR"), potom musia byť tranzistory zapojené paralelne v bodoch uvedených na schéme. V tomto prípade sa na výstupe získa iba jedna kaskáda. Na tejto fotografii je zobrazený logický prvok typu „2OR-NOT“:
Tieto prvky sú dostupné v mikroobvodoch, ktoré sú označené písmenami LR. Ale logika TTL typu "OR-NOT" sa označuje skratkou LE, napríklad K153LE5. Má naraz zabudované štyri logické prvky „2OR-NOT“.
Úrovne logiky IC
V modernej technike sa používajú mikroobvody s TTL logikou, ktoré sú napájané 3 a 5 V. Ale len logická úroveň jedna a nula nezávisí od napätia. Z tohto dôvodu nie je potrebné dodatočné prispôsobenie mikroobvodov. Nižšie uvedený graf zobrazuje prípustnú úroveň napätia na výstupe prvku.
Napätie v neistom stave na vstupe mikroobvodu v porovnaní s výstupom je prípustné v menších medziach. A tento graf ukazuje hranice úrovní logickej jednotky a nuly pre mikroobvody typu TTL.
Zapnutie Schottkyho diódy
Jednoduché tranzistorové spínače však majú jednu veľkú nevýhodu – majú režim saturácie pri prevádzke v otvorenom stave. Aby sa prebytočné nosiče rozpustili a polovodič nenasýtil, zapína sa medzi bázou a kolektorom polovodičová dióda. Obrázok ukazujespôsob pripojenia Schottkyho diódy a tranzistora.
Schottkyho dióda má prah napätia približne 0,2 – 0,4 V, zatiaľ čo kremíkový p-n prechod má prah napätia minimálne 0,7 V. A to je oveľa menej ako životnosť menšinového typu nosičov v polovodičový kryštál. Schottkyho dióda umožňuje zachovať tranzistor kvôli nízkemu prahu pre otvorenie prechodu. Z tohto dôvodu je trióde zabránené v prechode do režimu.
Aké sú skupiny mikroobvodov TTL
Mikroobvody tohto typu sú zvyčajne napájané zdrojmi 5 V. Existujú zahraničné analógy domácich prvkov - séria SN74. Ale po sérii prichádza digitálne číslo, ktoré označuje počet a typ logických komponentov. Mikroobvod SN74S00 obsahuje logické prvky 2I-NOT. Existujú mikroobvody, ktorých teplotný rozsah je rozšírenejší - domáci K133 a zahraničný SN54.
Ruské mikroobvody, zložením podobné SN74, sa vyrábali pod označením K134. Zahraničné mikroobvody, ktorých príkon a rýchlosť sú nízke, majú na konci písmeno L. Zahraničné mikroobvody s písmenom S na konci majú domáce obdoby, v ktorých je číslo 1 nahradené číslom 5. Napríklad známy K555 alebo K531. Dnes sa vyrába niekoľko typov mikroobvodov série K1533, v ktorých je rýchlosť a spotreba energie veľmi nízka.
Logické brány CMOS
Mikroobvody, ktoré majú komplementárne tranzistory, sú založené na prvkoch MOS s p- a n-kanálmi. S pomocou jednéhopotenciál, otvorí sa p-kanálový tranzistor. Keď sa vytvorí logická "1", horný tranzistor sa otvorí a spodný sa zatvorí. V tomto prípade cez mikroobvod nepreteká žiadny prúd. Keď sa vytvorí "0", spodný tranzistor sa otvorí a horný sa zatvorí. V tomto prípade prúd preteká mikroobvodom. Príkladom najjednoduchšieho logického prvku je invertor.
Upozorňujeme, že integrované obvody CMOS neodoberajú prúd v statickom režime. Odber prúdu začína až pri prepnutí z jedného stavu do druhého logického prvku. Logika TTL na takýchto prvkoch sa vyznačuje nízkou spotrebou energie. Na obrázku je schéma prvku typu „NAND“, zostaveného na tranzistoroch CMOS.
Aktívny zaťažovací obvod je postavený na dvoch tranzistoroch. Ak je potrebné vytvoriť vysoký potenciál, tieto polovodiče sa otvárajú a nízky zatvára. Upozorňujeme, že tranzistorovo-tranzistorová logika (TTL) je založená na činnosti kláves. Polovodiče v hornom ramene sa otvárajú a v dolnom sa zatvárajú. V tomto prípade v statickom režime nebude mikroobvod spotrebúvať prúd zo zdroja energie.
