Лекция №10 схемотехника транзисторно-транзисторнй логики (ттл)

Использование в качестве входной логики схемы И/ИЛИ на многоэмиттерном транзисторе (МЭТ), подсоединенный к сложному инвертору положило начало развития ТТЛ. Первые разработки ТТЛ появились в 1963 году и через 15 лет составило более 50% цифровых интегральных микросхем на биполярных транзисторах.

В качестве базового элемента ТТЛ серии интегральных микросхем используется микросхема И-НЕ. Принципиальная схема приведена ниже. Входной каскад выполнен на базе многоимиттерного транзистора Т₁ и выполняет функцию конъюнктора. Входы Т₁ защищены демфирующими диодами d₁, d₂, d₃. Диоды запрещают подачу отрицательного сигнала на вход многоэмиттерного транзистора. Т₂ выполняет функцию инвертора (фазоразделителя). В цепи эмиттера находится сопротивление R₄ и R₅, которое вместе с транзистором Т₃ улучшают передаточную характеристику всей схемы и повышают помехозащищенность. Т₄ вместе с Т₅ выполняет функцию выходного усилителя. Выходной сигнал снимается с коллектора Т₅.

Принципиальная схема базового элемента ТТЛ

Принцип работы заключается в следующем. В исходном положении когда на всех входах Т₁ отсутствуют логические переменные (Х1=Х2=Х3=0), транзисторы Т₁,Т_2,Т_3,Т₅ заперты. В результате на выходе микросхемы формируется единичный сигнал. Если же на все входы микросхемы поступают единичные сигналы (Х1=Х2=Х3=1), то по цепи база-коллектор транзистора Т₁ протекает ток, что является базовым током Т₂. В результате транзисторы Т₂, Т₃, Т_5, открываются, а Т₄ – заперт и на выходе микросхемы формируется нулевой сигнал.

Таким образом, базовый элемент ТТЛ логики реализует логическую функцию И-НЕ.

Для формирования магистральных схем монтажных ИЛИ часто используют подключение дополнительных транзисторов в цепь коллектор-эмиттер транзистора Т₂. Таким образом, можно создать функциональные схемы, реализующие И-ИЛИ-НЕ. При этом дополнительный инвертор собран на базе Т_6.

В цепи эмиттера отсутствует Т₄ и при помощи дополнительного инвертора можно управлять выходным сигналом.

Подобный прием дает возможность подключить к входу до 7 элементов и с 4-мя или с 8-мью входами.

Для расширения функциональных возможностей при разработке применяются ИС с открытым коллектором.

Магистральная схема монтажных ИЛИ

Для расширения логических возможностей, организации схем контроля и системных магистралей, работы в схемах индикации и при сопряжении с внешними устройствами в ТТЛ используются микросхемы с открытым коллекторным выходом, например, К155АЛ8, содержащая 4 схемы 2И-НЕ в корпусе, К155ЛА7-2, содержащая две схемы 4И-НЕ с повышенной нагрузочной способностью.

Ниже приведены варианты применения схем с открытым коллектором, работающие на:

• общую коллекторную нагрузку для нескольких схем (реализуется для получения на выходе функций И-ИЛИ-НЕ/ИЛИ-И-НЕ);

• электрическую лампочку накаливания;

• обмотку реле;

• светодиод;

• импульсный трансформатор.

Варианты применения схем с открытым коллектором

Перечисленные выше логические схемы являются наиболее распространенными в сериях ТТЛ. Обычно они имеют коэффициент разветвления по выходу n=10, а коэффициент объединения по входу m8. Типовая серия ИС содержит триггеры, мультиплексоры, схемы контроля, схемы повышенной степени интеграции, представляющие собой отдельные узлы ЭВМ регистры, счетчики, сумматоры, схемы памяти, выполненные на одном кристалле с использованием рассмотренных базовых логических схем.

Особенностью ТТЛ является работа большинства транзисторов в режиме насыщения. Поэтому время задержки распространения при переключении схем по выходу с нижнего уровня на верхний оказывается большим, чем при переключении с верхнего уровня на нижний. Во время переходного процесса в короткий момент времени 10 мс оказываются открытыми два транзистора (см. схемы ДТЛ и ТТЛ) Т₃ и Т₄, что приводит к прохождению через схему импульсного тока.

Очевидно, что от чувствительности схемы зависит время задержки t_задр., а следовательно и мощность рассеяния Р_рас:

t_{задрот.}10...18 мс,

Р_расmen20 мВт.

Работа переключений:

А=t_{задрот.}Р_расmen200*300 мДж.

За счет прохождения импульсного тока в схемах ТТЛ мощность рассеяния возрастает на максимальных частотах в несколько раз по сравнению с частотой работы 1мГц. Импульсы тока могут привести к помехам по цепи питания, поэтому для схем ТТЛ необходимы цепи питания с малыми индуктивностями и развязывающие емкости. Вблизи разъема печатных плат устанавливаются емкости с0,1 мкФ на одну ИС. По этой же причине в схемах ТТЛ (за исключением схем с открытым коллектором) ограничиваются передний фронт сигналов на входе (до 120 мс).