Què és el transistor lògic del transistor (TTL) i el seu funcionament

Les portes lògiques com NAND i NOR s’utilitzen en aplicacions diàries per realitzar operacions lògiques. Els Gates es fabriquen utilitzant dispositius semiconductors com BJT, díodes o FET. Diferents Gate es construeixen mitjançant circuits integrats. Els circuits lògics digitals es fabriquen en funció de la tecnologia de circuits específics o de les famílies lògiques. Les diferents famílies lògiques són RTL (Resistor Transistor Logic), DTL (Diode Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled Logic) i CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic). D’aquests, RTL i DTL poques vegades s’utilitzen. En aquest article es descriu una visió general de Lògica transistor-transistor o TTL .

Història de la lògica transistor-transistor

La lògica TTL o Transistor-Transistor Logic Logic va ser inventada l'any 1961 per 'James L. Buie de TRW'. És adequat per desenvolupar nous circuits integrats. El nom real d'aquest TTL és TCTL que significa lògica de transistor acoblat amb transistor. El 1963, els primers dispositius comercials TTL de fabricació van ser dissenyats per 'Sylvania' coneguda com a SUHL o 'Sylvania Universal High-Level Logic family'.

Després que els enginyers d’instruments de Texas van llançar els circuits integrats de la sèrie 5400 l’any 1964 amb el rang de temperatura militar, la lògica transistor-transistor es va fer molt popular. Després d'això, la sèrie 7400 es va llançar a través d'una gamma més estreta l'any 1966.

Les parts compatibles de les 7400 famílies llançades pels instruments de Texas van ser dissenyades per diverses empreses com National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa, etc. una empresa com IBM va llançar circuits no compatibles amb TTL per al seu propi ús.

La lògica transistor-transistor es va aplicar a moltes generacions de lògica bipolar millorant lentament la velocitat i la utilització d'energia durant unes dues dècades. Normalment, cada xip TTL inclou centenars de transistors. Generalment, les funcions en un sol paquet van des de portes lògiques fins a un microprocessador.
El primer PC com Kenbak-1 es va utilitzar Transistor-Transistor Logic per a la seva CPU com a substitut d'un microprocessador. L'any 1970, es va utilitzar el Datapoint 2200 components TTL i va ser la base per al 8008 i després el conjunt d'instruccions x86.

La interfície gràfica d’usuari introduïda per Xerox alto l’any 1973, així com les estacions de treball Star l’any 1981, s’utilitzaven circuits TTL que s’incorporen al nivell de les ALU.

Què és la lògica transistor-transistor (TTL)?

La lògica transistor-transistor (TTL) és una família lògica formada per BJT (transistors d’unió bipolars). Com el seu nom indica, el transistor realitza dues funcions com la lògica i l'amplificació. Els millors exemples de TTL són les portes lògiques, concretament la porta NOR 7402 i la porta 7400 NAND.

La lògica TTL inclou diversos transistors que tenen diversos emissors, així com diverses entrades. Els tipus de lògica TTL o transistor-transistor inclouen principalment TTL estàndard, TTL ràpid, TTL Schottky, TTL d’alta potència, TTL de baixa potència i TTL Schottky avançat.

El disseny de portes lògiques TTL es pot fer amb resistències i BJT. Hi ha diverses variants de TTL que es desenvolupen per a diferents propòsits, com ara els paquets TTL endurits per radiació per a aplicacions espacials i els díodes Schottky de baixa potència que poden proporcionar una combinació excel·lent de velocitat i menor consum d'energia.

Tipus de lògica transistor-transistor

Els TTL estan disponibles en diferents tipus i la seva classificació es fa en funció del resultat, com el següent.

• TTL estàndard
• TTL ràpid
• Schottky TTL
• TTL d'alta potència
• TTL de baixa potència
• Schottky TTL avançat.

El TTL de baixa potència funciona amb una velocitat de commutació de 33ns per reduir el consum d’energia com 1 mW. Actualment, es va substituir per la lògica CMOS. El TTL d’alta velocitat té un canvi més ràpid en comparació amb el TTL normal com el de 6ns. Tanmateix, té una gran dissipació de potència, com 22 mW.

Schottky TTL es va llançar l'any 1969 i s'utilitza per evitar l'emmagatzematge de càrrega per millorar el temps de commutació mitjançant l'ús de pinces de díode Schottky al terminal de la porta. Aquests terminals de porta funcionen en 3ns, però inclouen una elevada dissipació de potència com 19 mW

TTL de baixa potència utilitza valors de resistència elevats de TTL de baixa potència. Els díodes Schottky proporcionaran una bona barreja de velocitat, així com una disminució de la utilització d'energia, com ara 2 mW. Aquest és el tipus de TTL més general, utilitzat com a lògica de cola dins de microordinadors, que substitueix bàsicament les subfamílies passades com L, H & S.

El TTL ràpid s’utilitza per augmentar la transició de baix a alt. Aquestes famílies van assolir PDP de 4pJ i 10 pJ, corresponentment. LVTTL o TTL de baixa tensió per a fonts d’alimentació de 3,3V, així com interfícies de memòria.

La majoria dels dissenyadors proporcionen rangs de temperatura comercials i extensos. Per exemple, el rang de temperatura de les peces de la sèrie 7400 de Texas Instruments oscil·la entre 0 i 70 ° C, així com el rang de temperatura de la sèrie 5400 oscil·la entre -55 i +125 ° C. Les parts amb alta fiabilitat i qualitat especial són accessibles per a aplicacions aeroespacials i militars, mentre que els dispositius de radiació de la sèrie SNJ54 s’utilitzen en aplicacions espacials.

Característiques del TTL

Les característiques de TTL inclouen les següents.

1. Ventilador: Nombre de càrregues que pot generar la sortida d'un GATE sense afectar el seu rendiment habitual. Per càrrega entenem la quantitat de corrent requerida per l'entrada d'una altra porta connectada a la sortida de la porta donada.
2. Dissipació de potència: Representa la quantitat d'energia que necessita el dispositiu. Es mesura en mW. Normalment és el producte de la tensió d’alimentació i la quantitat de corrent mitjà extret quan la sortida és alta o baixa.
3. Retard de propagació: Representa el temps de transició que transcorre quan canvia el nivell d'entrada. El retard que es produeix perquè la sortida faci la seva transició és el retard de propagació.
4. Marge de soroll: Representa la quantitat de tensió de soroll permesa a l'entrada, que no afecta la sortida estàndard.
   

Classificació de la lògica transistor-transistor

És una família lògica que consisteix completament en transistors. Fa servir un transistor amb diversos emissors. Comercialment comença amb les sèries 74 com el 7404, el 74S86, etc. Va ser construït el 1961 per James L Bui i utilitzat comercialment en el disseny lògic el 1963. Els TTL es classifiquen en funció de la sortida.

Obre la sortida del col·lector

La característica principal és que la seva sortida és 0 quan és baixa i flota quan és alta. Normalment, es pot aplicar un Vcc extern.

Sortida de col·lector obert de la lògica del transistor-transistor

El transistor Q1 es comporta com un cúmul de díodes col·locats esquena amb esquena. Amb qualsevol de les entrades a la lògica baixa, la corresponent unió emissor-base està esbiaixada cap endavant i la caiguda de tensió a la base de Q1 ronda els 0,9 V, no suficient per a la realització dels transistors Q2 i Q3. Per tant, la sortida és flotant o Vcc, és a dir, de nivell alt.

De la mateixa manera, quan totes les entrades són elevades, totes les unions base-emissores de Q1 tenen polarització inversa i els transistors Q2 i Q3 obtenen prou intensitat de base i estan en mode de saturació. La sortida és lògicament baixa. (Perquè un transistor passi a la saturació, el corrent del col·lector ha de ser superior a β vegades el corrent base).

Aplicacions

Les aplicacions de sortida de col·lector obert inclouen el següent.

• En llums de conducció o relés
• En realitzar la lògica per cable
• En la construcció d’un sistema comú d’autobusos

Sortida de tòtem

Pol tòtem significa l’addició d’un circuit actiu cap amunt a la sortida de la porta que resulta en una reducció del retard de propagació.

TTL de sortida del pal tòtem

El funcionament lògic és el mateix que la sortida del col·lector obert. L'ús de transistors Q4 i díodes permet proporcionar una càrrega i descàrrega ràpides de la capacitat paràsita a través de Q3. La resistència s’utilitza per mantenir el corrent de sortida a un valor segur.

Three State Gate

Proporciona una sortida de 3 estats com la següent

• Estat de baix nivell quan un transistor inferior està activat i un transistor superior està apagat.
• Estat d’alt nivell quan el transistor inferior està DESACTIVAT i el transistor superior està ACTIVAT.
• Tercer estat quan els dos transistors estan apagats. Això permet una connexió directa per cable de moltes sortides.

Lògica de transistor-transistor de tres portes d'estat

Funcions de la família TTL

Les funcions de la família TTL inclouen les següents.

• El nivell baix de la lògica és de 0 o 0,2 V.
• El nivell alt de lògica és a 5V.
• Ventilador típic de 10. Significa que pot suportar com a màxim 10 portes a la seva sortida.
• Un dispositiu TTL bàsic consumeix una potència de gairebé 10 mW, cosa que es redueix amb l’ús de dispositius Schottky.
• El retard mitjà de propagació és d’uns 9ns.
• El marge de soroll és d’uns 0,4V.

Sèrie d'IC ​​TTL

Els CI TTL comencen principalment amb la sèrie 7. Té 6 subfamílies donades com:

1. Dispositiu de baixa potència amb un retard de propagació de 35 ns i una potència de dissipació d’1 mW.
2. Schottky de baixa potència dispositiu amb un retard de 9ns
3. Dispositiu Schottky avançat amb un retard d'1,5ns.
4. Schottky avançat de baixa potència dispositiu amb un retard de 4 ns i una potència dissipada d’1 mW.

En qualsevol nomenclatura de dispositius TTL, els dos primers noms indiquen el nom de la subfamília a la qual pertany el dispositiu. Els dos primers dígits indiquen l’interval de temperatura de funcionament. Els dos alfabets següents indiquen la subfamília a la qual pertany el dispositiu. Els dos darrers dígits indiquen la funció lògica realitzada pel xip. Els exemples són 74LS02- 2 ni porta NOR, 74LS10- porta triple NAND d’entrada 3.

Circuits TTL típics

Les portes lògiques s’utilitzen en la vida diària en aplicacions com ara assecador de roba, impressora d’ordinador, timbre, etc.

A continuació es mostren les 3 portes lògiques bàsiques implementades mitjançant la lògica TTL: -

NOR Gate

Suposem que l’entrada A és a la lògica alta, que la unió emissor-base del transistor corresponent és polaritzada inversament i que la unió base-col·lector està polaritzada cap endavant. El transistor Q3 obté el corrent base de la tensió d'alimentació Vcc i passa a la saturació. Com a resultat de la baixa tensió del col·lector de Q3, el transistor Q5 es talla i, en canvi, si una altra entrada és baixa, Q4 es talla i correspon Q5 i la sortida es connecta directament a terra a través del transistor Q3 . De la mateixa manera, quan les dues entrades tenen una lògica baixa, la sortida serà lògica alta.

NOR Gate TTL

NO Porta

Quan l’entrada és baixa, la corresponent unió base-emissor està esbiaixada cap endavant i la unió base-col·lector és esbiaixada inversament. Com a resultat, el transistor Q2 es talla i també es talla el transistor Q4. El transistor Q3 passa a saturació i el díode D2 comença a conduir i la sortida es connecta a Vcc i passa a la lògica alta. De la mateixa manera, quan l'entrada és lògicament alta, la sortida és lògica baixa.

NO porta TTL

Comparació de TTL amb altres famílies de lògica

En general, els dispositius TTL utilitzen més energia en comparació amb els dispositius CMOS, però la utilització de l'energia no millora a través de la velocitat del rellotge dels dispositius CMOS. En comparació amb els circuits ECL actuals, la lògica transistor-transistor utilitza poca potència, però té regles de disseny simples, però és significativament més lenta.

Els fabricants poden unir dispositius TTL i ECL dins del mateix sistema per aconseguir el millor rendiment, però són necessaris dispositius com el desplaçament de nivell entre les dues famílies lògiques. El TTL és poc sensible als danys derivats de la descàrrega electrostàtica en comparació amb els primers dispositius CMOS.

A causa de l’estructura o / p del dispositiu TTL, la impedància o / p és asimètrica entre els estats baix i alt per fer-los inadequats per conduir línies de transmissió. Normalment, aquest inconvenient es supera mitjançant la memòria intermèdia de l’o / p mitjançant dispositius especials de controlador de línia allà on els senyals necessiten transmetre’s a través dels cables.

L’estructura o / p del tòtem TTL té sovint una superposició ràpida una vegada que es duen a terme els transistors superior i inferior, cosa que provoca un senyal substancial de corrent extret de la font d’alimentació.

Aquests senyals es poden connectar en mètodes sobtats entre diversos paquets IC, cosa que resulta en un rendiment inferior i un marge de soroll reduït. En general, els sistemes TTL utilitzen un condensador de desacoblament per a cadascun d’altres dos paquets IC, de manera que un senyal de corrent d’un xip TTL no disminueix momentàniament la tensió d’alimentació de tensió.

Actualment, molts dissenyadors subministren equivalents lògics CMOS a través de nivells i / p & o / p compatibles amb TTL mitjançant números de peça relacionats amb el component TTL corresponent, incloent els mateixos pinouts. Així, per exemple, la sèrie 74HCT00 proporcionarà diversos substituts alternatius per a peces de la sèrie bipolar 7400, però utilitza la tecnologia CMOS.

La comparació de TTL amb altres famílies lògiques en termes de diferents especificacions inclou el següent.

Inversor lògic transistor-transistor

Els dispositius de transistors Transistor Logic (TTL) han substituït la lògica de transistors de díodes (DTL), ja que funcionen més ràpidament i són més econòmics de funcionar. El NAND IC amb entrada Quad 2 utilitza un dispositiu 7400 TTL per dissenyar una àmplia gamma de circuits que s’utilitza com a inversor.

El diagrama de circuits anterior utilitza portes NAND dins del CI. Per tant, seleccioneu l’interruptor A per activar el circuit i podreu notar que els dos LED del circuit s’apagaran. Quan la sortida és baixa, l’entrada hauria de ser alta. Després, seleccioneu l’interruptor B i els dos LED s’encenen.

Quan s'ha seleccionat el commutador A, les dues entrades de la porta NAND seran elevades, la qual cosa significa que la sortida de les portes lògiques serà menor. Quan es selecciona l’interruptor B, les entrades no seran altes durant molt de temps i els LED s’encendran.

Avantatges i inconvenients

Els avantatges dels desavantatges de TTL inclouen els següents.

El principal avantatge de TTL és que podem connectar-nos fàcilment amb altres circuits i la possibilitat de generar funcions lògiques difícils a causa de certs nivells de voltatge, així com de bons marges de soroll. es pot acceptar mitjançant una entrada.

TTL és principalment immune als danys derivats de descàrregues estacionàries d’electricitat que no són com el CMOS i, en comparació amb el CMOS, són econòmics. El principal inconvenient de TTL és la utilització elevada de corrent. Les altes exigències actuals de TTL poden provocar un funcionament ofensiu perquè els estats O / P estaran desactivats. Fins i tot amb diferents versions TTL que tinguin un consum actual baix seran competitius per a CMOS.

Amb l'arribada de CMOS, les aplicacions TTL s'han substituït per CMOS. Però, TTL encara s’utilitza en aplicacions perquè són bastant robustes i les portes lògiques són bastant barates.

Aplicacions TTL

Les aplicacions de TTL inclouen el següent.

• S'utilitza en aplicacions de controlador per proporcionar 0 a 5V
• S'utilitza com a dispositiu de commutació en làmpades de conducció i relés
• S'utilitza en processadors de mini ordinadors com DEC VAX
• S’utilitza en impressores i terminals de visualització de vídeo

Per tant, tot es tracta una visió general de la lògica TTL o transistor-transistor . És un grup d'IC ​​que manté estats lògics, així com per aconseguir el canvi mitjançant BJT. El TTL és una de les raons per les quals s’utilitzen tant els circuits integrats perquè són econòmics, ràpids i de gran fiabilitat en comparació amb els TTL i els DTL. Un TTL utilitza transistors a través de diversos emissors en portes que tenen diverses entrades. Aquí teniu una pregunta: quines són les subcategories de la lògica transistor-transistor?