Kas ir tranzistora tranzistora loģika (TTL) un tā darbība

Loģikas vārti, piemēram, NAND, NOR, tiek izmantoti ikdienas lietojumprogrammās loģisko darbību veikšanai. Vārti tiek ražoti, izmantojot pusvadītāju ierīces, piemēram, BJT, diodes vai FET. Dažādi vārti tiek konstruēti, izmantojot integrētās shēmas. Digitālās loģiskās shēmas tiek ražotas atkarībā no konkrētās shēmas tehnoloģijas vai loģikas saimes. Dažādas loģikas saimes ir RTL (rezistora tranzistora loģika), DTL (diode tranzistora loģika), TTL (tranzistora-tranzistora loģika), ECL (emitētāja savienotā loģika) un CMOS (papildu metāla oksīda pusvadītāju loģika). No tiem RTL un DTL tiek izmantoti reti. Šajā rakstā ir apskatīts pārskats par Transistors-tranzistora loģika vai TTL .

Transistora-tranzistora loģikas vēsture

TTL jeb tranzistora-tranzistora loģikas loģiku 1961. gadā izgudroja “James L. Buie no TRW”. Tas ir piemērots jaunu integrēto shēmu izstrādei. Šī TTL faktiskais nosaukums ir TCTL, kas nozīmē ar tranzistoru saistītu tranzistoru loģiku. 1963. gadā pirmās komerciālās TTL ierīces izstrādāja “Sylvania”, kas pazīstama kā SUHL vai “Sylvania Universal High-Level Logic family”.

Pēc tam, kad Teksasas instrumentu inženieri 1964. gadā palaida 5400 sērijas mikroshēmas ar militārās temperatūras diapazonu, tad tranzistora-tranzistora loģika kļuva ļoti populāra. Pēc tam 7400. sērija tika izlaista šaurākā diapazonā 1966. gadā.

Teksasas instrumentu palaisto 7400 ģimeņu saderīgās daļas izstrādāja vairāki uzņēmumi, piemēram, National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa utt. uzņēmums, piemēram, IBM, palaida nesaderīgas shēmas, izmantojot TTL savām vajadzībām.

Transistora-tranzistora loģika tika piemērota daudzām bipolāras loģikas paaudzēm, aptuveni divu gadu desmitu laikā lēnām uzlabojot ātrumu, kā arī enerģijas izmantošanu. Parasti katrā TTL mikroshēmā ietilpst simtiem tranzistoru. Parasti funkcijas vienā paketē ir no loģiskiem vārtiem līdz mikroprocesoram.
Pirmais dators, piemēram, Kenbak-1, centrālajam procesoram tika izmantots tranzistora-tranzistora loģika kā mikroprocesora aizstājējs. 1970. gadā Datapoint 2200 tika izmantoti TTL komponenti, un tas bija pamats 8008 un pēc tam x86 instrukciju kopai.

GUI, kuru Xerox alto ieviesa 1973. gadā, kā arī Star darbstacijas 1981. gadā, tika izmantotas TTL shēmas, kas ir iestrādātas ALU līmenī.

Kas ir tranzistora-tranzistora loģika (TTL)?

Transistora-tranzistora loģika (TTL) ir loģiska saime, kas sastāv no BJT (bipolāri savienojuma tranzistori). Kā norāda nosaukums, tranzistors veic divas funkcijas, piemēram, loģiku, kā arī pastiprina. Labākie TTL piemēri ir loģiskie vārti, proti, 7402 NOR vārti un 7400 NAND vārti.

TTL loģika ietver vairākus tranzistorus, kuriem ir vairāki izstarotāji, kā arī vairākas ieejas. TTL vai tranzistora-tranzistora loģikas veidi galvenokārt ietver standarta TTL, ātru TTL, Schottky TTL, lielas jaudas TTL, mazjaudas TTL un Advanced Schottky TTL.

TTL loģisko vārtu projektēšanu var veikt ar rezistoriem un BJT. Ir vairāki TTL varianti, kas izstrādāti dažādiem mērķiem, piemēram, pret radiāciju izturīgi TTL komplekti kosmosa lietojumiem un mazjaudas Schottky diodes, kas var nodrošināt lielisku ātruma un mazāka enerģijas patēriņa kombināciju.

Transistora-tranzistora loģikas veidi

TTL ir pieejami dažādos veidos, un to klasifikācija tiek veikta, pamatojoties uz rezultātu, piemēram, šo.

• Standarta TTL
• Ātra TTL
• Schottky TTL
• Lieljaudas TTL
• Mazjaudas TTL
• Advanced Schottky TTL.

Mazjaudas TTL darbojas ar 33ns pārslēgšanās ātrumu, lai samazinātu enerģijas patēriņu, piemēram, 1 mW. Pašlaik tas tika aizstāts, izmantojot CMOS loģiku. Ātrgaitas TTL ir ātrāka pārslēgšanās, salīdzinot ar parasto TTL, piemēram, 6ns. Tomēr tam ir liela jaudas izkliede, piemēram, 22 mW.

Schottky TTL tika palaists 1969. gadā, un to izmanto, lai izvairītos no lādiņa uzglabāšanas, lai paildzinātu pārslēgšanās laiku, izmantojot vārtu terminālī Schottky diodes skavas. Šie vārtu termināļi darbojas 3ns, tomēr tie ietver lielu jaudas izkliedi, piemēram, 19 mW

Mazjaudas TTL izmanto augstas pretestības vērtības no mazjaudas TTL. Schottky diodes nodrošinās labu ātruma sajaukumu, kā arī samazinātu enerģijas izmantošanu, piemēram, 2 mW. Šis ir visizplatītākais TTL veids, ko mikrodatoros izmanto kā līmes loģiku, un tas pamatā aizstāj iepriekšējās apakšgrupas, piemēram, L, H & S.

Ātro TTL izmanto, lai palielinātu pāreju no zemas uz augstu. Šīs ģimenes attiecīgi sasniedza PDP 4pJ un 10 pJ. LVTTL vai zemsprieguma TTL 3,3 V barošanas avotiem, kā arī atmiņas saskarnēm.

Lielākā daļa dizaineru nodrošina komerciālu, kā arī plašu temperatūras diapazonu. Piemēram, Texas Instruments 7400 sērijas daļu temperatūras diapazons svārstās no 0 līdz 70 ° C, kā arī 5400 sērijas temperatūras diapazons ir no -55 līdz +125 ° C. Augstas uzticamības un īpašas kvalitātes detaļas ir pieejamas kosmosa un militārām vajadzībām, savukārt SNJ54 sērijas radiācijas ierīces tiek izmantotas kosmosa lietojumos.

TTL raksturojums

TTL raksturojums ietver sekojošo.

1. Ventilatora izeja: Slodžu skaits, ko GATE izeja var vadīt, neietekmējot tā parasto darbību. Ar slodzi mēs domājam strāvas daudzumu, kas vajadzīgs citu vārtu ieejai, kas savienota ar doto vārtu izeju.
2. Jaudas izkliede: Tas attēlo ierīcei nepieciešamo enerģijas daudzumu. To mēra mW. Parasti tas ir barošanas sprieguma un vidējās strāvas daudzuma reizinājums, ja izeja ir augsta vai zema.
3. Pavairošanas aizkave: Tas apzīmē pārejas laiku, kas paiet, mainoties ievades līmenim. Kavēšanās, kas rodas izejas pārejai, ir izplatīšanās kavēšanās.
4. Trokšņa robeža: Tas norāda pie ieejas pieļaujamo trokšņa sprieguma daudzumu, kas neietekmē standarta izeju.
   

Transistora-tranzistora loģikas klasifikācija

Tā ir loģiska ģimene, kas pilnībā sastāv no tranzistoriem. Tas izmanto tranzistoru ar vairākiem izstarotājiem. Komerciāli tas sākas ar 74. sērijām, piemēram, 7404, 74S86 utt. To 1961. gadā uzcēla Džeimss L Bui un 1963. gadā komerciāli izmantoja loģikas projektēšanā. TTL klasificē pēc izejas.

Atveriet kolektora izvadi

Galvenā iezīme ir tā, ka tā izeja ir 0, kad zema, un peldoša, ja augsta. Parasti var izmantot ārēju Vcc.

Atvērta tranzistora-tranzistora loģikas kolektora izeja

Tranzistors Q1 darbojas kā diožu kopa, kas novietota aizmugurē. Ja kāda no ieejām ir zemā loģikā, atbilstošā emitētāja-bāzes savienojuma vieta ir virzīta uz priekšu un sprieguma kritums pāri Q1 pamatnei ir aptuveni 0,9 V, nepietiek, lai tranzistori Q2 un Q3 varētu vadīt. Tādējādi izeja ir vai nu peldoša, vai Vcc, t.i., augsts līmenis.

Līdzīgi, ja visas ieejas ir augstas, visi Q1 bāzes emitētāja mezgli ir pretēji novirzīti, un tranzistori Q2 un Q3 iegūst pietiekami daudz bāzes strāvas un ir piesātinājuma režīmā. Rezultāts ir zemā loģikā. (Lai tranzistors pārietu uz piesātinājumu, kolektora strāvai jābūt lielākai par β reizes lielāku par bāzes strāvu).

Pieteikumi

Atvērtā kolektora izvades lietojumprogrammas ietver šādas darbības.

• Braukšanas lukturos vai relejos
• Veicot vadu loģiku
• Kopējas autobusu sistēmas izveidē

Totēma stabu izeja

Totēma pols nozīmē aktīvas pievilkšanas ķēdes pievienošanu vārtu izejā, kā rezultātā samazinās izplatīšanās kavēšanās.

Totēma stabu izeja TTL

Loģiskā darbība ir tāda pati kā atvērtā kolektora izeja. Tranzistoru Q4 un diode izmantošana ir paredzēta ātrai Q3 parazītiskās kapacitātes uzlādēšanai un izlādēšanai. Rezistors tiek izmantots, lai saglabātu izejas strāvu drošā vērtībā.

Trīs Valsts vārti

Tas nodrošina 3 stāvokļa izvadi, piemēram, šo

• Zema līmeņa stāvoklis, kad apakšējais tranzistors ir ieslēgts un augšējais tranzistors ir izslēgts.
• Augsta līmeņa stāvoklis, kad apakšējais tranzistors ir izslēgts un augšējais tranzistors ir ieslēgts.
• Trešais stāvoklis, kad abi tranzistori ir izslēgti. Tā pieļauj tiešu vadu savienojumu no daudziem rezultātiem.

Trīs valsts vārtu tranzistora-tranzistora loģika

TTL ģimenes funkcijas

TTL saimes funkcijas ietver šādas.

• Loģiskais zemais līmenis ir 0 vai 0,2 V.
• Loģiskais augstais līmenis ir pie 5V.
• Tipisks ventilators no 10. Tas nozīmē, ka tas pie izejas var atbalstīt ne vairāk kā 10 vārtus.
• Pamata TTL ierīce piesaista gandrīz 10mW jaudu, kas samazinās, izmantojot Schottky ierīces.
• Vidējā izplatīšanās kavēšanās ir aptuveni 9ns.
• Trokšņa rezerve ir aptuveni 0,4 V.

TTL IC sērija

TTL IC galvenokārt sākas ar 7. sēriju. Tam ir 6 apakšgrupas, kas piešķirtas kā:

1. Zema enerģijas patēriņa ierīce ar izplatīšanās kavēšanos 35 ns un jaudas izkliedi 1mW.
2. Mazjaudas Schottky ierīce ar kavēšanos 9ns
3. Uzlabota Schottky ierīce ar kavēšanos 1,5ns.
4. Uzlabots mazjaudas Schottky ierīce ar kavēšanos 4 ns un jaudas izkliedi 1mW.

Jebkurā TTL ierīces nomenklatūrā pirmie divi nosaukumi norāda tās apakšgrupas nosaukumu, kurai ierīce pieder. Pirmie divi cipari norāda darbības temperatūras diapazonu. Nākamie divi alfabēti norāda apakšdzimtu, kurai ierīce pieder. Pēdējie divi cipari norāda mikroshēmas veikto loģisko funkciju. Piemēri ir 74LS02- 2, ne ieejas NOR vārti, ne 74LS10- Triple 3 ievades NAND vārti.

Tipiskas TTL shēmas

Logic Gates tiek izmantoti ikdienas dzīvē tādās lietojumprogrammās kā veļas žāvētājs, datoru printeris, durvju zvans utt.

3 galvenie loģikas vārti, kas ieviesti, izmantojot TTL loģiku, ir norādīti zemāk: -

NOR vārti

Pieņemsim, ka ieeja A ir loģiski augsta, attiecīgā tranzistora emitētāja-bāzes savienojums ir pretējs, un bāzes-kolektora savienojums ir novirzīts uz priekšu. Transistors Q3 iegūst bāzes strāvu no barošanas sprieguma Vcc un pāriet uz piesātinājumu. Zema kolektora sprieguma no Q3 rezultātā tranzistors Q5 tiek nogriezts un, no otras puses, ja cita ieeja ir zema, Q4 tiek nogriezts un attiecīgi Q5 tiek nogriezts un izeja tiek savienota tieši ar zemi caur tranzistoru Q3 . Līdzīgi, ja abām ieejām ir zema loģika, izejas logika ir augsta.

NOR Gate TTL

NAV vārti

Kad ieejas līmenis ir zems, atbilstošais bāzes-izstarotāja mezgls ir uz priekšu un bāzes-kolektora savienojums ir pretējs. Tā rezultātā tranzistors Q2 tiek nogriezts un arī tranzistors Q4 tiek nogriezts. Transistors Q3 iet uz piesātinājumu, un diode D2 sāk vadīt, un izeja ir savienota ar Vcc un iet uz loģiku augstu. Līdzīgi, ja ievadei ir augsta loģika, izvadei ir zema loģika.

NAV vārti TTL

TTL salīdzinājums ar citām loģiskām ģimenēm

Parasti TTL ierīces patērē vairāk enerģijas, salīdzinot ar CMOS ierīcēm, taču enerģijas patēriņš CMOS ierīču pulksteņa ātrumā netiek uzlabots. Salīdzinot ar pašreizējām ECL ķēdēm, tranzistora-tranzistora loģika izmanto mazu jaudu, bet tai ir vienkārši dizaina noteikumi, taču tā ir ievērojami lēnāka.

Lai sasniegtu vislabāko veiktspēju, ražotāji var apvienot TTL un ECL ierīces vienā un tajā pašā sistēmā, taču abām loģiskajām saitēm ir nepieciešamas tādas ierīces kā līmeņa maiņa. TTL ir maz jutīgs pret elektrostatiskās izlādes bojājumiem, salīdzinot ar agrīnām CMOS ierīcēm.

TTL ierīces o / p struktūras dēļ o / p pretestība ir asimetriska starp zemajiem un augstajiem stāvokļiem, lai padarītu tos nepiemērotus pārvades līniju vadīšanai. Parasti šis trūkums tiek novērsts, buferizējot o / p, izmantojot īpašas līnijas draivera ierīces visur, kur signālus nepieciešams pārraidīt pa kabeļiem.

TTL totēma polu o / p struktūrai bieži ir ātra pārklāšanās, kad darbojas gan augstākie, gan zemākie tranzistori, kā rezultātā tiek iegūts ievērojams strāvas signāls, ko iegūst no barošanas avota.

Šie signāli var pēkšņi savienoties starp vairākām IC pakotnēm, kā rezultātā tiek samazināta veiktspēja un samazināta trokšņa rezerve. Parasti TTL sistēmās katram tiek izmantots atvienošanas kondensators, citādi divi IC paketes, tāpēc strāvas signāls no vienas TTL mikroshēmas īslaicīgi nesamazina barošanas spriegumu uz citu.

Pašlaik daudzi dizaineri piegādā CMOS loģikas ekvivalentus, izmantojot ar TTL saderīgus i / p & o / p līmeņus, izmantojot detaļu numurus, kas ir saistīti ar atbilstošo TTL komponentu, ieskaitot tos pašus pinouts. Tā, piemēram, 74HCT00 sērija nodrošinās vairākas nomaiņas alternatīvas 7400 bipolāru sēriju daļām, tomēr izmanto CMOS tehnoloģiju.

TTL salīdzinājums ar citām loģiskām ģimenēm dažādu specifikāciju ziņā ietver sekojošo.

Transistora-tranzistora loģiskais pārveidotājs

Transistora tranzistora loģikas (TTL) ierīces ir aizstājušas diodu tranzistora loģiku (DTL), jo tās darbojas ātrāk un to darbība ir lētāka. NAND IC ar Quad 2 ieeju izmanto 7400 TTL ierīci, lai izstrādātu plašu ķēžu klāstu, ko izmanto kā invertoru.

Iepriekš minētajā shēmā IC tiek izmantoti NAND vārti. Tātad, izvēlieties slēdzi A, lai aktivizētu ķēdi, tad jūs varat pamanīt, ka abi ķēdes gaismas diodes izslēgsies. Kad izejas ir maz, tad ieejai jābūt lielai. Pēc tam izvēlieties slēdzi B, pēc tam abi LED iedegsies.

Kad slēdzis A ir izvēlējies, abas NAND vārtu ieejas būs augstas, kas nozīmē, ka loģisko vārtu izeja būs mazāka. Ja ir izvēlēts slēdzis B, ieejas ilgu laiku nebūs augstas un gaismas diodes ieslēgsies.

Priekšrocības un trūkumi

TTL trūkumu priekšrocības ietver šādas.

Galvenais TTL ieguvums ir tas, ka mēs varam viegli saskarties ar citām ķēdēm un spēju radīt sarežģītas loģiskās funkcijas noteiktu sprieguma līmeņu, kā arī labu trokšņa starpību dēļ. TTL ir labas īpašības, piemēram, ventilators, kas nozīmē i / p signālu skaitu, kas var pieņemt, izmantojot ievadi.

TTL galvenokārt ir imūna pret kaitējumu, ko rada stacionāras elektrības izplūdes, kas nav līdzīgas CMOS, un, salīdzinot ar CMOS, tās ir ekonomiskas. Galvenais TTL trūkums ir augsta strāvas izmantošana. TTL pašreizējās augstās prasības var izraisīt aizskarošu darbību, jo o / p stāvokļi tiks izslēgti. Pat ar dažādām TTL versijām, kurām ir zems pašreizējais patēriņš, būs konkurētspējīgas ar CMOS.

Līdz ar CMOS ienākšanu TTL lietojumprogrammas ir aizstātas, izmantojot CMOS. Bet TTL joprojām tiek izmantots lietojumprogrammās, jo tās ir diezgan izturīgas, un loģiskie vārti ir diezgan lēti.

TTL lietojumprogrammas

TTL lietojumprogrammas ietver sekojošo.

• Izmanto kontroliera lietojumprogrammā, lai nodrošinātu 0 līdz 5 V
• Izmanto kā komutācijas ierīci braukšanas lukturos un relejos
• Izmanto procesoros mini datori tāpat kā DEC VAX
• Izmanto printeros un video displeja terminālos

Tādējādi tas ir viss pārskats par TTL vai tranzistora-tranzistora loģiku . Tā ir IC grupa, kas uztur loģiskos stāvokļus, kā arī nodrošina pārslēgšanos, izmantojot BJT. TTL ir viens no iemesliem, kāpēc IC tiek izmantoti tik plaši, jo tie ir lēti, ātrāki un ar augstu uzticamību, salīdzinot ar TTL un DTL. TTL izmanto tranzistorus caur vairākiem izstarotājiem vārtos, kuriem ir vairākas ieejas. Vai jums ir jautājums, kādas ir tranzistora-tranzistora loģikas apakškategorijas?