Модификации элементов ТТЛ

В настоящее время создано множество модификаций схем ТТЛ со сложным инвертором. Модификации призваны улучшить, как правило, один или несколько параметров или характеристик, а именно:

1. Увеличение нагрузочной способности;

2. Уменьшение времени задержек распространения сигналов;

3. Увеличение уровней токов нагрузки, при которых транзистор все ещё работает в активном режиме (в закрытом элементе);

4. Создание возможности объединения выходов ТТЛ со сложным инвертором;

5. Снижение потребляемой мощности;

6. Получение специальных логических функций, отличных от И-НЕ;

7. Увеличение порогового напряжения и логического перепада.

8. Устранение пологого участка передаточной характеристики сложного инвертора (устранение излома характеристики).

Повышение нагрузочной способности.

Изображенная схема обладает повышенной нагрузочной способностью за счет использования составного транзистора , который ещё называют парой Дарлингтона. Использование такой пары повышает напряжение отпирания с до , что позволяет исключить диод. Кроме того, составной транзистор обладает повышенным коэффициентом усиления по току и большим входным сопротивлением. Благодаря этому в закрытом состоянии выходное напряжение закрытой схемы меньше зависит от тока нагрузки.

Повышение быстродействия.

Применение диодов и транзисторов Шоттки в схемах ТТЛ позволяет существенно уменьшить либо полностью исключить время рассасывания зарядов в базах транзисторов, т.е. снизить задержку выключения.

ТТЛ с элементами Шоттки коротко обозначается ТТЛШ.

Повышение быстродействия в схемах ТТЛШ приводит к некоторым ухудшениям статических параметров:

• Пороговое напряжение снижается до величины 1.0-1.2В;

• Уровень логического нуля на выходе увеличивается примерно на 0.2В;

Следовательно – снижается помехоустойчивость схемы.

Возможность объединения ТТЛ по выходу.

Схемы ТТЛ со сложным инвертором в отличие от простых ТТЛ нельзя объединять по выходам для реализации монтажного И. во-первых, в этом случае элементы могут потреблять чрезмерно большой ток от источника питания, когда один элемент закрыт, а другой открыт. Во-вторых, уровень сигнала на выходе становится логически неопределенным. Тем не менее, такое объединение в ряде случаев необходимо. Для этих целей используют ТТЛ с тремя состояниями выхода. Два состояния – это обычные уровни логического нуля и единицы, а третье – так называемое высокоимпедансное состояние или Z-состояние, т.е. состояние большого выходного сопротивления, в котором логический элемент полностью отключается от нагрузки.

В этой схеме дополнительно включены транзистор и резистор . При подаче на управляющий вход напряжения логического нуля транзистор закрыт и схема работает как обычный ЛЭ. При подаче напряжения логической единицы насыщается и обеспечивает закрытое состояние транзисторов и . Это третье состояние не зависит от наличия каких-либо логических сигналов на входах ЛЭ. Такие схемы можно объединять по выходу и подключать к общей нагрузки. Нагрузка может обслуживаться одним из элементов, в то время как остальные должны находиться в Z-состоянии.

Реализация схемы И.

Для реализации схемы И можно последовательно включить два элемента И-НЕ, однако это приведет к увеличению числа транзисторов и времени задержки распространения сигнала. Выгоднее использовать такую схему:

В этой схеме фактически реализуется функция И-НЕ-НЕ, причем инверторы содержат по два транзистора, чтобы сохранить порог срабатывания на уровне .

Согласование с различными типами нагрузки.

Элементы индикации (лампы и светодиоды) являются неотъемлемой частью цифровой техники. Для этих целей промышленностью выпускаются специальные ТТЛ схемы, у которых выходной транзистор выполнен с открытым коллектором.

При использовании ЛЭ с открытым коллектором коллектор транзистора подключается к источнику напряжения через нагрузку. Сопротивление служит для ответвления части тока нагрузки от коллектора транзистора, например при использовании лампы накаливания в качестве нагрузки. При этом сопротивление должно быть таким, чтобы при закрытом состоянии через лампу протекал ток, недостаточный для её свечения.

Кроме того, схемы ЛЭ с открытым коллектором могу использоваться для непосредственного соединения между собой нескольких выходов микросхем. При этом обеспечивается реализация дополнительной логической функции. Логические элементы, полученные путем внешних соединений нескольких функциональных узлов, называются монтажной логикой.

Устранение излома передаточной характеристики.

Передаточная характеристика базового ТТЛ со сложным инвертором имеет недостаток из-за наличия пологого участка от до . Поэтому, в более поздних версиях ТТЛ резистор дополнялся резистивно-транзисторной цепочкой . В этой схеме ток через транзистор не течет до тех пор, пока напряжение на входе не достигнет уровня .

Примеры современных микросхем:

• микросхемы серии 155

• микросхемы серии 555

Реализация схем пассивной логики

Применение расширителей логических функций.

На рисунке изображен базовый ТТЛ элемент и обозначены входы логического расширителя: 1 и 2 (в некоторых источниках К и Э).

Указанные входы могут использоваться для реализации разнообразных пассивных логических элементов.

Под пассивным ЛЭ будем понимать элемент комбинационной логики, реализующий логические функции вроде И, ИЛИ, НЕ и их комбинации. В пассивных логических элементах отсутствуют элементы памяти. Изображенный на рисунке элемент выполняют функцию 4-И-НЕ. Его схематическое обозначение выглядит следующим образом:

Для расширения функциональных возможностей микросхемы, промышленность выпускает элементы типа И-ИЛИ-НЕ, реализованные с помощью логического расширителя.

Указанный элемент выполняет функцию 2-2-И-ИЛИ-НЕ (2И-2ИЛИ-НЕ). На выходе логического элемента будет ноль тогда, когда хотя бы на одной из пар входов ( или ) действуют логические единицы. Условное обозначение элемента приведено на рисунке ниже:

К входам 1-2 можно подключить логический расширитель по ИЛИ:

Тогда полученный ЛЭ будет выглядеть следующим образом:

Полученный ЛЭ реализует функцию 2-2-4-И-ИЛИ-НЕ.

Логические расширители позволяют увеличить коэффициент объединения по входу. Для увеличения коэффициента разветвления по выходу используют буферные усилители. Для ТТЛ схем применимо только расширение по входу.

В микросхемах со стробированием присущие элементу логические функции выполняются в том случае, если на дополнительном стробирующем входе имеется сигнал логической единицы.

Так, например микросхема К155ЛЕ3 работает как элемент ИЛИ-НЕ, если на вход стробирования подана логическая единица.

Элемент К155ЛЕ3 (ИЛИ-НЕ) со стробированием	Условное обозначение

9