3.5. Стандартные серии ттл

Базовым логическим элементом серий является логический элемент И-НЕ (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Базовая схема логического элемента ТТЛ (4И-НЕ).

Структура и работа упрощенного варианта схемы этого элемента была рассмотрена в предыдущем разделе. В базовую схему введены включены демпфирующие диоды VD1-VD4, служащие для защиты VT1 при подаче на входы отрицательного напряжения и термостабилизирующая цепочка для стабилизации режима работы VT5 и увеличения помехоустойчивости по нулю на транзисторе VT3. При росте температуры ее сопротивление уменьшается.

Рассмотрим основные характеристики элементов ТТЛ серии К155.

Входная характеристика (рис. 3.19) показывает, что при U_вх = 5.5 В входной ток I¹_вх резко увеличивается, достигая величины 1 мА. Это значение входного напряжения элемента стандартной серии ТТЛ является предельно допустимым. Если U_вх = -0.4В, то значение входного тока также резко увеличивается.

Выходная нагрузочная характеристика элементов ТТЛ стандартной серии приведена на рис. 3.20. При увеличении I¹_н выходное напряжение будет уменьшаться. При I¹_н ≤5мА можно считать, что транзистор VТ4 будет работать в режиме эмиттерного повторителя, и наклон нагрузочной характеристики мал. При дальнейшем увеличении I¹_н падение напряжения на резисторе R5 увеличивается, потенциал коллектора VТ4 становится меньше потенциала базы, и транзистор VТ4 переходит в насыщение. Характеристика изменяет наклон, и далее уменьшение напряжения на выходе будет происходить линейно.

При увеличении I⁰_н напряжение на выходе также будет увеличиваться и может превысить U⁰_{вых.мах} =0.4В, т.е. транзистор VТ5 может выйти из режима насыщения, и напряжение на выходе начнет резко возрастать.

ХВВ приведена на рис. 3.21. U¹_вых =3.5В, U⁰_вых=0.2В, U¹_гр =1.6В, U⁰_гр=1.2В. Так как уровни «1» и «0» одинаковы для входа и выхода элемента, то определим помехоустойчивость схемы.

Рис. 3.19. Входная характеристика элемента ТТЛ.

Рис. 3.20. Нагрузочная характеристика элемента ТТЛ.

Рис. 3.21. ХВВ элемента ТТЛ.

Все модификации элементов ТТЛ выполнены на основе рассмотренного базового элемента.

К основным группам элементов ТТЛ относятся: быстродействующие, микромощные и ТТЛ с диодами Шоттки.

К быстродействующим относятся элементы ТТЛ серий К130 и К131 (аналог – 74Н). От стандартных элементов их отличают сниженные номиналы резисторов и уменьшенные паразитные емкости. В выходном каскаде таких элементов применена схема Дарлингтона (составной транзистор вместо VТ4), позволяющая повысить коэффициент усиления по току и обеспечить поэтому примерно равные значения выходных сопротивлений схемы при включении и выключении (рис. 3.22,а).

Микромощные логические элементы – это элементы серий К134 и К158 (аналог – 74L). В этих элементах отсутствуют демпфирующие диоды, а для снижения потребляемой мощности значительно увеличены номиналы резисторов (рис. 3.22,6).

Рис. 3. 22. Модифицированные элементы ТТЛ: а – быстродействуюший элемент К131, б – микромощный элемент К134.

Рассмотренные элементы активно заменяются на элементы ТТЛ с диодами Шоттки (ТТЛШ) серии К530 и К531(аналог — 74S) (рис. 3.23,а), имеющие во внутренней структуре переходы с барьером Шотки. Повышение быстродействия здесь достигнуто за счет уменьшения степени насыщения транзисторов путем включения между базой и коллектором антинасыщающих диодов Шоттки (рис. 3.27,б). Диод Шоттки имеет пороговое напряжение открывания порядка (0,2...0,3)В в отличие от порогового напряжения обычного кремниевого диода 0,7 В.

Микромощная серия ТТЛШ – это серия К555 ( аналог— 74LS) (рис. 3.23, в). В этом элементе вместо многоэмиттерного транзистора на входе использована схема ДТЛ, состоящая из диодов Шоттки. Введение диодов Шотки исключает накопление лишних базовых зарядов, увеличивающих время выключения транзистора, и обеспечивает стабильность времени переключения в диапазоне температур.

Резистор R6 создает необходимое напряжение на базе транзистора VT3 для его открывания. Уменьшения потребляемой мощности, когда логический элемент закрыт (U_вых=1), достигается подключением резистора R6 не к общей шине, а к выходу элемента.

Диод VD7 необходим для уменьшения задержки включения схемы.

Транзистор VT3 реализуется без диодов Шоттки, так как он работает в активном режиме (эмиттерный повторитель).

Рис. 3. 23. Элементы ТТЛШ: а – быстродействующий элемент К531, б – антинасыщающий диод, в – микромощный элемент К555, г-перспективный элемент КР1531.

Существуют более совершенные серии ТТЛШ. Отличие от базовых элементов состоит в изменении схемы входного каскада.

Входной каскад, применяемый в элементах серии К531, имеет высокое значение I¹_вх. Входной каскад серии К555 имеет большую входную емкость и сниженное пороговое напряжение включения.

Логические элементы ТТЛШ серии КР1531 (аналог — 74F) имеют во входном каскаде дополнительный усилитель тока на транзисторе VT1 (рис. 3.23,г). Это снижает I⁰_вх ток и увеличивает пороговое входное напряжение до 1.5В.

В табл. 3.1. приведена сравнительная характеристика основных параметров микросхем ТТЛ.

Серия ТТЛ		Параметры			Нагрузка
отечественная	зарубежная	tзд.р., нс	Pпот, мВт	Э, пДж	Сн, пФ	Rн, кОм	нагр. спос.
К134	SN74L	33	1	33	50	4	10
К155	SN74	10	10	100	15	0.4	10
К531	SN74S	3	20	60	15	0.28	10
К555	SN74LS	10	2	20	15	2	20
КР1531	SN74F	3	4	12	15	0.28	10
КР1533	SN74ALS	4	2	8	15	2	20