Straipsnyje bus nagrinėjama TTL logika, kuri vis dar naudojama kai kuriose technologijos srityse. Iš viso yra keletas logikos tipų: tranzistorius-tranzistorius (TTL), diodinis tranzistorius (DTL), pagrįstas MOS tranzistoriais (CMOS), taip pat pagrįstas dvipoliais tranzistoriais ir CMOS. Pirmieji plačiai naudojami mikroschemos buvo tos, kurios buvo sukurtos naudojant TTL technologijas. Tačiau negalima ignoruoti kitų tipų logikos, kurios vis dar naudojamos technologijose.
Diodo-tranzistoriaus logika
Naudodami įprastus puslaidininkinius diodus, galite gauti paprasčiausią loginį elementą (schema parodyta žemiau). Šis elementas logikoje vadinamas „2I“. Kai bet kuriam įėjimui (arba abiem iš karto) taikomas nulinis potencialas, per rezistorių pradės tekėti elektros srovė. Tokiu atveju pastebimas įtampos kritimas. Galima daryti išvadą, kad elemento išėjime potencialas bus lygusvienetas, jei tai tiksliai taikoma abiem įvestims tuo pačiu metu. Kitaip tariant, tokios schemos pagalba įgyvendinama loginė operacija „2AND“.
Puslaidininkinių diodų skaičius lemia, kiek elemento įėjimų turės. Naudojant du puslaidininkius, įgyvendinama „2I“grandinė, trys - „3I“ir tt Šiuolaikinėse mikroschemose gaminamas elementas su aštuoniais diodais („8I“). didžiulis DTL logikos trūkumas yra labai mažas apkrovos lygis. Dėl šios priežasties prie loginio elemento turi būti prijungtas dvipolis tranzistorinis stiprintuvas.
Bet daug patogiau įdiegti logiką tranzistoriuose su keliais papildomais emiteriais. Tokiose TTL loginėse grandinėse naudojamas kelių emiterių tranzistorius, o ne lygiagrečiai sujungti puslaidininkiniai diodai. Šis elementas iš esmės panašus į "2I". bet išėjime aukštą potencialo lygį galima gauti tik tuo atveju, jei abu įėjimai tuo pačiu metu turi tą pačią vertę. Šiuo atveju nėra emiterio srovės, o perėjimai blokuojami. Paveikslėlyje parodyta tipinė loginė grandinė naudojant tranzistorius.
Inverterio grandinės loginiuose elementuose
Su stiprintuvo pagalba pasirodo, kad signalas komponento išvestyje yra invertuojamas. „AND-NOT“tipo elementai nurodomi serijinėse orlaivio mikroschemose. Pavyzdžiui, serijos K155LA3 mikroschemoje yra keturių dalių „2I-NOT“tipo elementų. Remiantis šiuo elementu, pagamintas inverteris. Tam naudojamas vienas puslaidininkinis diodas.
Jei reikia sujungtikeli "IR" tipo loginiai elementai pagal "ARBA" grandines (arba jei reikia realizuoti loginius elementus "OR"), tada tranzistoriai turi būti jungiami lygiagrečiai diagramoje nurodytuose taškuose. Šiuo atveju išėjime gaunama tik viena kaskada. Šioje nuotraukoje parodytas loginis „2OR-NOT“tipo elementas:
Šie elementai yra mikroschemose, kurios žymimos raidėmis LR. Tačiau „OR-NOT“tipo TTL logika žymima santrumpa LE, pavyzdžiui, K153LE5. Jame vienu metu yra integruoti keturi loginiai elementai „2OR-NOT“.
IC loginiai lygiai
Šiuolaikinėse technologijose naudojami mikroschemos su TTL logika, kurios maitinamos 3 ir 5 V. Bet tik vieneto ir nulio loginis lygis nepriklauso nuo įtampos. Dėl šios priežasties nereikia papildomo mikroschemų derinimo. Žemiau pateiktame grafike parodytas leistinas įtampos lygis elemento išėjime.
Neaiškios būsenos įtampa mikroschemos įėjime, palyginti su išėjimu, yra leistina mažesnėse ribose. Ir šis grafikas rodo TTL tipo mikroschemų loginio vieneto ir nulio lygių ribos.
Šottkio diodo įjungimas
Tačiau paprasti tranzistoriniai jungikliai turi vieną didelį trūkumą – veikiant atviroje būsenoje, jie turi prisotinimo režimą. Kad pertekliniai nešikliai ištirptų, o puslaidininkis nebūtų prisotintas, tarp pagrindo ir kolektoriaus įjungiamas puslaidininkinis diodas. Paveikslėlyje parodytabūdas sujungti Šotkio diodą ir tranzistorių.
Schotky diodo įtampos slenkstis yra apie 0,2–0,4 V, o silicio p-n jungties įtampos slenkstis yra bent 0,7 V. Ir tai yra daug trumpesnė nei mažumos nešlių naudojimo trukmė puslaidininkinis kristalas. Schottky diodas leidžia išlaikyti tranzistorių dėl žemos sankryžos atidarymo slenksčio. Dėl šios priežasties triodui neleidžiama pereiti į režimą.
Kokios yra TTL mikroschemų šeimos
Paprastai tokio tipo mikroschemos maitinamos iš 5 V š altinių. Yra ir užsieninių buitinių elementų analogų – SN74 serijos. Tačiau po serijos pasirodo skaitmeninis skaičius, nurodantis loginių komponentų skaičių ir tipą. SN74S00 mikroschemoje yra 2I-NOT loginių elementų. Yra mikroschemų, kurių temperatūrų diapazonas yra didesnis – vietinis K133 ir užsienio SN54.
Rusiškos mikroschemos, savo sudėtimi panašios į SN74, buvo gaminamos pavadinimu K134. Užsienio mikroschemų, kurių energijos suvartojimas ir greitis yra mažas, pabaigoje yra raidė L. Užsienio mikroschemų, kurių pabaigoje yra raidė S, yra vietinių atitikmenų, kuriuose skaičius 1 pakeistas 5. Pavyzdžiui, gerai žinomas K555 arba K531. Šiandien gaminami kelių tipų K1533 serijos mikroschemos, kurių greitis ir energijos sąnaudos yra labai mažos.
CMOS loginiai vartai
Mikroschemos, turinčios papildomus tranzistorius, yra pagrįstos MOS elementais su p ir n kanalais. Su vieno pagalbapotencialas, atsidaro p kanalo tranzistorius. Susidarius loginiam „1“, atsidaro viršutinis tranzistorius, o užsidaro apatinis. Šiuo atveju per mikroschemą neteka srovė. Susidarius „0“, atsidaro apatinis tranzistorius, o užsidaro viršutinis. Šiuo atveju srovė teka per mikroschemą. Paprasčiausio loginio elemento pavyzdys yra keitiklis.
Atkreipkite dėmesį, kad CMOS IC nenaudoja srovės statiniu režimu. Srovės suvartojimas prasideda tik pereinant iš vienos būsenos į kitą loginį elementą. Tokių elementų TTL logika pasižymi mažu energijos suvartojimu. Paveikslėlyje parodyta „NAND“tipo elemento schema, sudaryta naudojant CMOS tranzistorius.
Aktyviosios apkrovos grandinė sukurta ant dviejų tranzistorių. Jei reikia suformuoti didelį potencialą, šie puslaidininkiai atsidaro, o žemas užsidaro. Atkreipkite dėmesį, kad tranzistoriaus-tranzistoriaus logika (TTL) yra pagrįsta klavišų veikimu. Viršutinės rankos puslaidininkiai atsidaro, o apatinėje – užsidaro. Šiuo atveju statiniu režimu mikroschema nevartos srovės iš maitinimo š altinio.
