La lógica transistor-transistor ( TTL , TTL ) es un tipo de circuito lógico digital construido sobre la base de transistores bipolares y resistencias. El nombre transistor-transistor surgió del hecho de que los transistores se utilizan tanto para realizar funciones lógicas (por ejemplo, Y , O ) como para amplificar la señal de salida (a diferencia de la lógica de resistencia-transistor y diodo-transistor ).
El elemento TTL básico más simple realiza una operación lógica Y-NO , en principio repite la estructura de los microcircuitos DTL y al mismo tiempo, mediante el uso de un transistor multiemisor, combina las propiedades de un diodo y un amplificador de transistor, lo que permite usted para aumentar la velocidad, reducir el consumo de energía y mejorar la tecnología de fabricación de microcircuitos .
TTL se ha generalizado en computadoras , instrumentos musicales electrónicos, así como en instrumentación y automatización (I&C). Debido al uso generalizado de TTL, los circuitos de entrada y salida de los equipos electrónicos a menudo se hacen eléctricamente compatibles con TTL. El voltaje máximo en los circuitos TTL puede ser de hasta 24 V , sin embargo, esto conduce a un gran nivel de señal espuria. Un nivel suficientemente bajo de una señal espuria, mientras se mantiene una eficiencia suficiente, se logra con un voltaje de 5 V , por lo que este valor se incluyó en los reglamentos técnicos TTL.
TTL se hizo popular entre los diseñadores de sistemas electrónicos después de que Texas Instruments introdujera la serie 7400 de circuitos integrados en 1965 . Esta serie de microcircuitos se ha convertido en el estándar de la industria, pero otras empresas también producen microcircuitos TTL. Además, Texas Instruments no fue el primero en comenzar a producir microcircuitos TTL, Sylvania y Transitron lo comenzaron un poco antes . Sin embargo, fue la serie 74 de Texas Instruments la que se convirtió en el estándar de la industria, lo que se debe en gran medida a la gran capacidad de producción de Texas Instruments, así como a sus esfuerzos por promocionar la serie 74. Repite los productos de otras empresas ( Advanced Micro Devices , serie 90/9N/9L/9H/9S Fairchild , Harris , Intel , Intersil , Motorola , National , etc.).
La importancia de TTL radica en el hecho de que los microcircuitos TTL resultaron ser más adecuados para la producción en masa y, al mismo tiempo, superaron la serie de microcircuitos producidos anteriormente ( lógica de resistencia-transistor y diodo-transistor ) en términos de parámetros.
El principio de funcionamiento de TTL con un inversor simple :
Los transistores bipolares pueden operar en los siguientes modos: corte, saturación, normalmente activo, inversamente activo. En el modo activo inverso, la unión del emisor está cerrada y la unión del colector está abierta. En el modo activo inverso, la ganancia de corriente del transistor es mucho menor que en el modo normal, debido a la asimetría del diseño de las uniones base-colector y base-emisor, en particular, debido a la diferencia en sus áreas y el grado de dopaje de las capas de colector y emisor del semiconductor (para obtener detalles sobre los modos de funcionamiento de un transistor bipolar, consulte Transistor bipolar ).
Con potencial cero en cualquier emisor del transistor multiemisor VT1, funciona en modo de saturación normal, ya que la corriente de la resistencia R1 fluye hacia la base, por lo que el potencial del colector VT1 y la base VT2 es cercano a cero (V be1 = (A|B=0) + 0.7V ≱ V bk1 + V be2 , descrito en este artículo en inglés), lo que pone a VT2 en modo de corte, por lo tanto, en el colector VT2, el potencial es cercano al potencial del fuente de alimentación V cc , - a la salida del elemento, lógica 1. En este estado, el cambio en el potencial de otro emisor no cambia el estado del elemento. A través del emisor (entrada) conectado a la "tierra", la corriente fluye hacia el suelo I \u003d ( V cc - 0.7) / R1, 0.7 V - caída de voltaje en la unión del emisor con polarización directa VT1.
Si apaga todos los emisores, o les aplica voltajes lógicos 1 (más de 2.4 V ), entonces a través de la unión del colector polarizada directamente VT1, la corriente de la resistencia R1, I = ( V cc - 1.4) / R1, 1 , fluirá hacia la base VT2, 4 V : la suma de las caídas de voltaje en la unión del emisor con polarización directa VT2 y la unión del colector con polarización directa VT1, mientras que VT2 entra en saturación, su potencial de colector se acerca a cero (0 lógico ).
Por lo tanto, la salida será 0 lógico solo si todas las entradas tienen un estado de 1 lógico, esto corresponde a la función lógica NAND.
TTL tiene una mayor velocidad en comparación con la lógica DTL, incluso si los transistores utilizados tienen la misma velocidad. Esto se debe al hecho de que cuando la salida pasa del estado de cero lógico a 1 lógico, el transistor sale de la saturación, los portadores minoritarios acumulados en la base de VT2 no solo se disuelven espontáneamente, sino que también se drenan en el colector de VT1 saturado ( como se dijo anteriormente, su potencial es cercano a cero). La latencia típica por elemento de los circuitos integrados TTL de las primeras series es de aproximadamente 22 ns .
Algunos microcircuitos en cada serie TTL se fabrican sin una resistencia R2, se emite un colector VT2, los llamados elementos de " colector abierto ". Un grupo de estas salidas se puede conectar eléctricamente proporcionando una sola resistencia externa conectada a V cc en el otro extremo, realizando así la función lógica "Y"; dicha conexión a veces se denomina "Y cableado". En los diagramas de circuitos eléctricos, se utiliza un símbolo adicional en el símbolo de los elementos de colector abierto.
La lógica TTL (como TTLSH) es un sucesor directo de DTL y utiliza el mismo principio operativo. El transistor TTL de entrada (a diferencia del habitual) tiene varios, normalmente de 2 a 8, emisores. Estos emisores actúan como diodos de entrada (en comparación con DTL). El transistor multiemisor, en comparación con el conjunto de diodos individuales utilizados en los circuitos DTL, ocupa menos espacio en el chip y proporciona una mayor velocidad. Cabe señalar que en los microcircuitos TTLSH, a partir de la serie 74LS, en lugar de un transistor multiemisor, se utiliza un conjunto de diodos Schottky (serie 74LS) o transistores PNP en combinación con diodos Schottky (serie 74AS, 74ALS), por lo que que de hecho hubo un regreso a DTL. Solo las series 74, 74H, 74L, 74S, que contienen un transistor multiemisor, se llaman merecidamente TTL. Todas las series posteriores de un transistor multiemisor no contienen, de hecho, son DTL y se llaman TTLSH (TTL Schottky) solo "tradicionalmente", siendo un desarrollo de DTL .
Lógica transistor-transistor con diodos Schottky ( TTLSh )
TTLSH utiliza diodos Schottky, en los que la barrera Schottky no permite que el transistor entre en modo de saturación, por lo que la capacitancia de difusión es pequeña, los retrasos de conmutación son pequeños y la velocidad es alta. Tal combinación (un transistor bipolar-diodo Schottky en un circuito de colector de base) se considera un componente separado, un transistor Schottky , y tiene su propia designación en los diagramas de circuitos eléctricos.
La lógica TTLSH difiere de TTL por la presencia de diodos Schottky en los circuitos del colector de base, lo que elimina la saturación del transistor, así como la presencia de diodos Schottky amortiguadores en las entradas (rara vez en las salidas) para suprimir el ruido de impulso generado debido a reflexiones en líneas de comunicación largas (se considera línea larga, el tiempo de propagación de la señal en la que es mayor que la duración de su frente, para los microcircuitos TTLSH más rápidos, la línea se vuelve larga, comenzando con una longitud de varios centímetros).
Las cifras entre paréntesis son tiempos de retardo típicos (Tpd) y consumo de energía (Pd) para cada serie, tomados de SDAA010.PDF de Texas Instruments , excepto para 74F, cuyos datos se tomaron del AN-661 de Fairchild.
El prefijo de serie "74" denota una versión comercial de microcircuitos , "54" - industriales o militares, con un rango de temperatura extendido de -55 ° C ... +125 ° C. El tipo de paquete generalmente se indica con la última letra de la designación; por ejemplo, para Texas Instruments, el tipo de paquete DIP de plástico se codifica con la letra N (SN7400N).
K131LA3, planta Electronpribor, Fryazino
133LA3 versión militar, planta "Planeta" Veliky Novgorod
KM155LA3, planta "Integral" Minsk
I533KP11, planta "Svetlana" San Petersburgo
B533TM2 en un portador de cristal, planta de Mezon, Chisinau
Durante el funcionamiento de la lógica TTL, se observan ráfagas de corriente bastante fuertes (especialmente en la salida), que pueden crear picos parásitos en los circuitos de potencia, lo que provoca fallas en los propios elementos TTL. Para combatir este fenómeno, se deben seguir las siguientes reglas:
No todas las entradas disponibles de un elemento TTL siempre se utilizan en un circuito en particular. Si, de acuerdo con la lógica de operación, se requiere una señal cero en la entrada, las entradas no utilizadas se conectan a un cable común.
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