A cikk a TTL logikával foglalkozik, amelyet még mindig használnak a technológia egyes ágaiban. Összességében többféle logika létezik: tranzisztor-tranzisztor (TTL), dióda-tranzisztor (DTL), MOS-tranzisztorokon (CMOS), valamint bipoláris tranzisztorokon és CMOS-on alapuló. A legelső mikroáramkörök, amelyeket széles körben használtak, azok voltak, amelyeket TTL technológiával építettek. De a technológiában még mindig használt logikát nem lehet figyelmen kívül hagyni.
Dióda-tranzisztoros logika
Közönséges félvezető diódák használatával megkaphatja a legegyszerűbb logikai elemet (az ábra lent látható). Ezt az elemet a logikában "2I"-nek hívják. Ha nulla potenciált alkalmazunk bármely bemenetre (vagy mindkettőre egyszerre), akkor elektromos áram kezd átfolyni az ellenálláson. Ebben az esetben jelentős feszültségesés lép fel. Megállapítható, hogy az elem kimenetén a potenciál egyenlő leszegység, ha ez pontosan vonatkozik mindkét bemenetre egyszerre. Más szóval, egy ilyen séma segítségével a „2ÉS” logikai művelet valósul meg.
A félvezető diódák száma határozza meg, hogy hány bemenete lesz az elemnek. Két félvezető használatakor a „2I” áramkör kerül megvalósításra, három - „3I” stb. A modern mikroáramkörökben nyolc diódával („8I”) rendelkező elemet állítanak elő. A DTL logika óriási hátránya a nagyon kis teherbírás. Emiatt bipoláris tranzisztoros erősítőt kell csatlakoztatni a logikai elemhez.
De sokkal kényelmesebb a logikát megvalósítani több további emitterrel rendelkező tranzisztorokon. Az ilyen TTL logikai áramkörökben több emitteres tranzisztort használnak, nem pedig párhuzamosan kapcsolt félvezető diódákat. Ez az elem elvileg hasonló a "2I"-hez. de a kimeneten csak akkor érhető el magas potenciálszint, ha a két bemenet egyidejűleg azonos értékű. Ebben az esetben nincs emitteráram, és az átmenetek blokkolva vannak. Az ábra egy tipikus tranzisztoros logikai áramkört mutat.
Inverter áramkörök logikai elemeken
Egy erősítő segítségével kiderül, hogy megfordítja a jelet a komponens kimenetén. Az "AND-NOT" típusú elemeket a repülőgép soros mikroáramkörei jelzik. Például egy K155LA3 sorozatú mikroáramkör négy darab "2I-NOT" típusú tervezési elemet tartalmaz. Ezen elem alapján inverteres eszköz készül. Ez egy félvezető diódát használ.
Ha egyesíteni kelltöbb "ÉS" típusú logikai elem az "OR" áramkörök szerint (vagy ha szükséges az "OR" logikai elemek megvalósítása), akkor a tranzisztorokat párhuzamosan kell kötni a diagramon feltüntetett pontokon. Ebben az esetben csak egy kaszkád érhető el a kimeneten. A képen a "2OR-NOT" típusú logikai elem látható:
Ezek az elemek mikroáramkörökben kaphatók, amelyeket LR betűkkel jelölünk. De az "OR-NOT" típusú TTL logikát az LE rövidítés jelöli, például K153LE5. Négy „2OR-NOT” logikai elemet tartalmaz egyszerre.
IC logikai szintek
A modern technológiában TTL logikával működő mikroáramkörök használatosak, amelyek tápellátása 3 és 5 V. De csak az egy és nulla logikai szintje nem függ a feszültségtől. Ez az oka annak, hogy nincs szükség a mikroáramkörök további illesztésére. Az alábbi grafikon az elem kimenetén megengedett feszültségszintet mutatja.
A mikroáramkör bemenetén a kimenethez képest bizonytalan állapotú feszültség kisebb határok között megengedett. És ez a grafikon a logikai egység és a nulla szint határait mutatja TTL típusú mikroáramkörök esetén.
A Schottky-dióda bekapcsolása
De az egyszerű tranzisztoros kapcsolóknak van egy nagy hátránya – nyitott állapotban telítettségi módjuk van. Annak érdekében, hogy a felesleges hordozók feloldódjanak, és a félvezető ne telítődjön, a bázis és a kollektor közé félvezető diódát kapcsolunk. Az ábra mutatjaa Schottky-dióda és a tranzisztor csatlakoztatásának módja.
A Schottky-dióda feszültségküszöbe körülbelül 0,2-0,4 V, míg a szilícium p-n átmenet feszültségküszöbe legalább 0,7 V. Ez pedig sokkal kevesebb, mint egy kisebb típusú vivő élettartama félvezető kristály. A Schottky-dióda lehetővé teszi a tranzisztor megtartását a csomópont nyitásának alacsony küszöbe miatt. Ez az oka annak, hogy a trióda nem tud módba lépni.
Melyek a TTL mikroáramkörök családjai
Általában az ilyen típusú mikroáramkörök táplálása 5 V. A hazai elemeknek vannak külföldi analógjai - az SN74 sorozat. De a sorozat után jön egy digitális szám, ami a logikai komponensek számát és típusát jelzi. Az SN74S00 mikroáramkör 2I-NOT logikai elemet tartalmaz. Vannak olyan mikroáramkörök, amelyek hőmérséklet-tartománya nagyobb – hazai K133 és külföldi SN54.
Az SN74-hez hasonló összetételű orosz mikroáramkörök K134 jelzéssel készültek. Az alacsony fogyasztású és fordulatszámú külföldi mikroáramkörök végén az L betű van. Az idegen mikroáramkörök végén S betű található hazai megfelelőkkel, amelyekben az 1-et 5-re cserélték. Például a jól ismert K555 vagy K531. Manapság többféle K1533 sorozatú mikroáramkört gyártanak, amelyek sebessége és teljesítményfelvétele nagyon alacsony.
CMOS logikai kapuk
A komplementer tranzisztorokkal rendelkező mikroáramkörök p- és n-csatornás MOS-elemeken alapulnak. Az egyik segítségévelpotenciál, p-csatornás tranzisztor nyílik. Amikor egy logikai "1" jön létre, a felső tranzisztor kinyílik, az alsó pedig bezár. Ebben az esetben nem folyik áram a mikroáramkörön. Amikor egy "0" jön létre, az alsó tranzisztor nyit, a felső pedig zár. Ebben az esetben az áram átfolyik a mikroáramkörön. A legegyszerűbb logikai elemre példa az inverter.
Kérjük, vegye figyelembe, hogy a CMOS IC-k nem vesznek fel áramot statikus módban. Az áramfelvétel csak az egyik állapotból a másik logikai elembe való átkapcsoláskor kezdődik. Az ilyen elemeken a TTL logikát alacsony fogyasztás jellemzi. Az ábra egy "NAND" típusú elem diagramját mutatja, amelyet CMOS tranzisztorokra állítottak össze.
Egy aktív terhelési áramkör két tranzisztorra épül. Ha nagy potenciált kell kialakítani, akkor ezek a félvezetők kinyílnak, az alacsony pedig bezár. Felhívjuk figyelmét, hogy a tranzisztor-tranzisztor logika (TTL) a billentyűk működésén alapul. A felkarban lévő félvezetők kinyílnak, az alsó karban pedig záródnak. Ebben az esetben statikus üzemmódban a mikroáramkör nem fogyaszt áramot az áramforrásból.
