Článek se bude zabývat logikou TTL, která se stále používá v některých odvětvích technologie. Celkem existuje několik typů logiky: tranzistor-tranzistor (TTL), dioda-tranzistor (DTL), na bázi MOS tranzistorů (CMOS), stejně jako na bázi bipolárních tranzistorů a CMOS. Vůbec první mikroobvody, které byly široce používány, byly ty, které byly postaveny pomocí technologií TTL. Ale jiné typy logiky, které se stále používají v technologii, nelze ignorovat.
Logika dioda-tranzistor
Pomocí běžných polovodičových diod můžete získat nejjednodušší logický prvek (schéma je uvedena níže). Tento prvek v logice se nazývá "2I". Když je na jakýkoli vstup (nebo oba najednou) přiveden nulový potenciál, pak přes odpor začne protékat elektrický proud. V tomto případě dochází k výraznému poklesu napětí. Lze usuzovat, že na výstupu prvku bude potenciál rovenjednotka, pokud je to přesně aplikováno na oba vstupy současně. Jinými slovy, s pomocí takového schématu je implementována logická operace "2AND".
Počet polovodičových diod určuje, kolik vstupů bude mít prvek. Při použití dvou polovodičů je implementován obvod „2I“, tři - „3I“atd. V moderních mikroobvodech se vyrábí prvek s osmi diodami („8I“). obrovskou nevýhodou DTL logiky je velmi malá úroveň zatížitelnosti. Z tohoto důvodu musí být k logickému prvku připojen bipolární tranzistorový zesilovač.
Mnohem pohodlnější je ale implementovat logiku na tranzistory s několika přídavnými emitory. V takových logických obvodech TTL se místo polovodičových diod zapojených paralelně používá víceemitorový tranzistor. Tento prvek je v principu podobný "2I". ale na výstupu lze získat vysokou úroveň potenciálu pouze tehdy, když dva vstupy mají stejnou hodnotu ve stejnou dobu. V tomto případě není emitorový proud a přechody jsou blokovány. Obrázek ukazuje typický logický obvod využívající tranzistory.
Invertorové obvody na logických prvcích
Pomocí zesilovače se ukáže, že invertuje signál na výstupu komponenty. Prvky typu "AND-NOT" jsou naznačeny v sériových mikroobvodech letadla. Například mikroobvod řady K155LA3 má ve svém provedení prvky typu „2I-NOT“v počtu čtyř kusů. Na základě tohoto prvku je vyrobeno invertorové zařízení. Toto používá jednu polovodičovou diodu.
Pokud potřebujete sloučitvíce logických prvků typu "AND" podle obvodů "OR" (nebo je-li nutné implementovat logické prvky "OR"), pak musí být tranzistory zapojeny paralelně v bodech vyznačených na schématu. V tomto případě je na výstupu získána pouze jedna kaskáda. Na této fotografii je zobrazen logický prvek typu „2OR-NOT“:
Tyto prvky jsou dostupné v mikroobvodech, které jsou označeny písmeny LR. Ale logika TTL typu "OR-NOT" se označuje zkratkou LE, například K153LE5. Má čtyři logické prvky „2OR-NOT“zabudované najednou.
Úrovně logiky IC
V moderní technice se používají mikroobvody s TTL logikou, které jsou napájeny 3 a 5 V. Ale pouze logická úroveň jedničky a nuly nezávisí na napětí. Z tohoto důvodu není potřeba další přizpůsobení mikroobvodů. Níže uvedený graf ukazuje přípustnou úroveň napětí na výstupu prvku.
Napětí v nejistém stavu na vstupu mikroobvodu ve srovnání s výstupem je přípustné v menších mezích. A tento graf ukazuje hranice úrovní logické jednotky a nuly pro mikroobvody typu TTL.
Zapnutí Schottkyho diody
Jednoduché tranzistorové spínače však mají jednu velkou nevýhodu – mají režim saturace při provozu v otevřeném stavu. Aby se přebytečné nosiče rozpustily a nedošlo k nasycení polovodiče, zapíná se mezi bází a kolektorem polovodičová dioda. Obrázek ukazujezpůsob připojení Schottkyho diody a tranzistoru.
Schottkyho dioda má prahovou hodnotu napětí přibližně 0,2–0,4 V, zatímco křemíkový p-n přechod má prahovou hodnotu napětí alespoň 0,7 V. A to je mnohem méně než životnost menšinového typu nosičů v polovodičový krystal. Schottkyho dioda umožňuje udržet tranzistor díky nízkému prahu pro otevření přechodu. Z tohoto důvodu je triodě zabráněno v přechodu do režimu.
Jaké jsou rodiny mikroobvodů TTL
Mikroobvody tohoto typu jsou obvykle napájeny zdroji 5 V. Existují zahraniční analogy domácích prvků - řada SN74. Ale po sérii přichází digitální číslo, které udává počet a typ logických komponent. Mikroobvod SN74S00 obsahuje logické prvky 2I-NOT. Existují mikroobvody, jejichž teplotní rozsah je rozšířenější - domácí K133 a zahraniční SN54.
Ruské mikroobvody, složením podobné SN74, byly vyráběny pod označením K134. Zahraniční mikroobvody, jejichž příkon a rychlost jsou nízké, mají na konci písmeno L. Zahraniční mikroobvody s písmenem S na konci mají domácí obdoby, ve kterých byla číslice 1 nahrazena 5. Například známý K555 nebo K531. Dnes se vyrábí několik typů mikroobvodů řady K1533, u kterých je rychlost a spotřeba energie velmi nízká.
Logická hradla CMOS
Mikroobvody, které mají komplementární tranzistory, jsou založeny na prvcích MOS s p- a n-kanály. S pomocí jednohopotenciálu, otevře se tranzistor p-kanálu. Když se vytvoří logická "1", horní tranzistor se otevře a spodní se uzavře. V tomto případě neprotéká mikroobvodem žádný proud. Když se vytvoří "0", spodní tranzistor se otevře a horní se uzavře. V tomto případě proud protéká mikroobvodem. Příkladem nejjednoduššího logického prvku je invertor.
Upozorňujeme, že integrované obvody CMOS neodebírají proud ve statickém režimu. Odběr proudu začíná až při přepnutí z jednoho stavu do jiného logického prvku. Logika TTL na takových prvcích se vyznačuje nízkou spotřebou energie. Obrázek ukazuje schéma prvku typu "NAND", sestaveného na CMOS tranzistorech.
Aktivní zátěžový obvod je postaven na dvou tranzistorech. Pokud je potřeba vytvořit vysoký potenciál, tyto polovodiče se otevřou a nízký se zavírá. Vezměte prosím na vědomí, že tranzistor-tranzistorová logika (TTL) je založena na činnosti kláves. Polovodiče v horním rameni se otevírají a ve spodním se zavírají. V tomto případě ve statickém režimu nebude mikroobvod spotřebovávat proud ze zdroje energie.
