Логические элементы ттл.

В ИС ТТЛ логики удачно сочетаются хорошие функциональные показатели: быстродействие, помехоустойчивость, нагрузочная способность, умеренное потребление энергии, невысокая стоимость.

Принцип действия различных модификаций ТТЛ одинаков и различаются они главным образом временем задержки сигнала и потребляемой мощностью.

Основные электрические параметры для всех серий ТТЛ согласованы, поэтому элементы различных серий: могут непосредственно соединятся друг с другом.

Основные электрические параметры

Напряжение питания: В

Выходное напряжение

Высокий уровень В

Низкий уровень В

Входное напряжение

Высокий уровень В

Низкий уровень В

Основные характеристики серии ис ттл

Микросхема	Номер серии	на один элемент, НС	(мощность потребления) на 1 эл. мВт	Эл, пДж
Универсальная (стандартная)	133 135	10	10	90
Быстродействующая	130 К131	6	23	200
Микромощная	134, КР134	33	1	30
На транзисторах Шоттки (маломощная)	530, К531 533, К555 1533 1531	3 9,5 4 3	19 2 1,2 4	57 19 4,8 12

Основная особенность ИС ТТЛ состоит в том, что во входной цепи используется специфический интегральный прибор – многоэмиттерный транзистор – он имеет несколько эмиттеров, объединенных общей базой.

Эквивалентен нескольким независимым транзистором с объединенными базами и коллекторами.

Рассмотрим принципиальную схему базового элемента И – НЕ 155 серии.

Схема содериний три каскада:

• Входной

• Фазорасщепительный

• Выходной .

- смещены в обратном направлении и не влияют на работу при нормальном использовании.

Когда один или несколько входов соединены с ”землей” (лог. ”0”) то переход Б – Э смещен в прямом направлении. Напряжение по базе ~ 0,7 В недостаточно для открывания трех переходов – коллекторного и двух эмиттерных. Так какзаперт, на его коллекторе – высокое напряжение. Транзистори диодоткрыты. Выходное напряжениеВ (без нагрузки)

Когда на все входы действует напряжение высокого уровня, транзистор работает в инверсном режиме (переход Б – Э смещен в обратном направлении, а Б – К - в прямом.) Ток, протекающий через,открывает. Эмиттерный токсоздает падение напряжения на, достаточное для открывания.запрет, поэтомуВ (напряжение насыщения). Диодсоздает дополнительное смещение для надежного запиранияв этом режиме.

Типичная передаточная характеристика

Быстродействие ИС ТТЛ можно повысить двумя способами:

1. Уменьшая сопротивление резисторов и паразитные ёмкости.

2. Предотвращая насыщение транзисторов, а следовательно, и накопление зарядов в базах.

В сериях 130, 131 выходной каскад выполнен на составном транзисторе, который обладает меньшим выходным сопротивлением, что способствует быстродействию.

В микромощных сериях мощность потребления снижена за счет повышения номиналов используемых резисторов.

Логические элементы ттлш

Другой метод повышения быстродействия, причем более результативный и перспективный состоит в применении транзисторов с барьером Шотки.

Диод Шотки – металлополупроводниковый выпрямляющий контакт. Отличие от диодов с р - nпереходов состоит:

1. время выключения ДШ очень мало (100 пс) и не зависит от температуры. У обычных диодов (1 – 100 нС).

2. Для отпирания диодов Шотки требуется напряжение 0,2 – 0,4 В против 0,5 – 0,8 В для диодов с р – nпереходом и может регулироваться подбором металла, образующего контакт с полупроводником.

Диоды Шотки подключаются параллельно коллекторному переходу транзистора и придают ему ряд новых качеств, которые называются транзисторами Шотки.

а) Распределение напряжений б) Транзистор в) Условное изображение

в насыщенном транзисторе с барьером Шотки транзистора Шотки

Когда Tзаперт потенциал К выше потенциала Б, диод смещен в обратном направлении и не влияет на работу транзистора. Когда в процессе открывания транзистора потенциал базы становится больше потенциала коллектора диод открывается и на нем устанавливается напряжение. Остаточное напряжение на коллекторе транзистора. То есть режима насыщения не возникает. Благодаря этому при запирании транзистора исключается задержка, выраженная рассасыванием избыточного заряда.

На рисунке приведена принципиальная схема и передаточная характеристика базового логического элемента И – НЕ.

Фазарасщипительный каскад имеет корректирующую цепочку , позволяющую получать передаточную характеристику по форме, близкую к прямоугольной. Благодаря применению транзистора Дарлингтона, получается малая выходное сопротивление, обеспечивающее симметричную задержку.

Логические элементы И – НЕ наиболее характерны для семейства ТТЛ . Они производятся в виде самостоятельных изделий, а также служат основой для построения других устройств.

Увеличение числа входов (расширение по И) можно организовать из нескольких схем И – НЕ, пользуясь законом Де Моргана или подключением дополнительных, внешних диодов и резистора к любому из входов И – НЕ. Значение резистора

кОм.

Существует так же специальные микросхемы расширителей по ИЛИ (экспандеры).

Существуют ИС двух типов:

1. ИС со входами расширения.

2. ИС микросхемы – расширители.

ИС со входами расширения имеют

• Логические входы a,b,c,..z.

• Входы расширения киэ.

• Логический выход F.

Входы расширения киэявляются дополнительными внешними выводамикиэтранзистора фазорасщипительного каскада логического элемента.

Микросхемы расширители имеют группу логических входов a,b,c,.. и выходы расширения киэ.

Представляет собой многоэмиттерный транзистор, выходами которого служат открытые киэ.

На выходах иформируются сигналы, которые зависят как от входных сигналовтак и от.

В данном случае

.

ИС с открытым коллектором.

Непосредственные соединения выхода в разных ИС невозможно, так как если в одном элементе будет открыт верхний, а в другом нижний выходные транзисторы, то с цепи потечет ток, ограниченный только резистором , что вызовет пробой транзисторов.

При соединении ИС параллельно, значение резистора выбирают из условия обеспечения:

- число объединенных выходов и подключенных входов.

- ток утечки на выходе. Минимальное сопротивление определяется из условия:

;

где -maxдопустимый выходной ток лог. “0” одного элемента.