4.2 Транзисторлы-транзисторлық логика
Транзисторлы-транзисторлық логиканың элементтері (ТТЛ) орташа және жоғары жылдам әсер ету микросызбаларының базасын құрайды. Әртүрлі параметрлері болатын бірнеше сызба нұсқалары жасалған және оларқолданылады.
Сурет 11. Қарапайым а) және күрделі б) инверторы бар ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық элементтері
4.2.1 Қарапайым инверторы бар және-емес ттл элементі
Мұндай элементтің құрамына ЖӘНЕ логикалық операциясын орындайтын көпэмиттерлі транзистор VT1 (сурет 11,а) мен ЕМЕС операциясын жүзеге асыратын транзистор VT2 кіреді.
Көпэмиттерлі транзистор (КЭТ) ТТЛ-дің негізі болып табылады. КЭТ эмиттерлерінде U0=UКЭ.нас бар болған кезде эмиттерлі ауысымдар тікелей бағытта жылжыған және VT1 арқылы транзистор байытылған режимде тұруға жеткілікті болып саналатын базалық ток IБ1=(E–UБЭ.нас–UКЭ.нас)/RБ өтеді.
Егер кіріс кернеуін барлық кіріс орындарында U0 деңгейінен арттыратын болсақ, онда базадағы кіріс кернеуі Uб=Uвх+UКЭ.нас=UБЭ.нас кезінде артады және транзистор VT2 ашылатын болады. Алдағы уақыттағы UВХ артуы транзистордың VT1 эмиттерлі ауысымдарының жабылуына әкеліп соқтыратын болады, нәтижесінде ол коллекторлы ауысым тікелей бағытта ауысатын режимге, ал эмиттерлі ауысым кері бағытқа ауысады. Сызбаның шығысындағы кернеуі UВЫХ=UКЭ.нас=U0 (байытылған кездегі транзистор VT2).
Осылайша, қарастырылған элемент ЖӘНЕ-ЕМЕС операциясын жүзеге асырады.
ТТЛ элементтерінің қарапайым сызбасында бірқатар кемшіліктер бар. Мұндай элементтерді кезекпен-кезек қосатын болсақ, элементтің шығысында осындай басқа да элементтердің эмиттерлері қосылған кезде ЛЭ-ден тұтынылатын ток артады, ал жоғары деңгейдегі кернеу азаятын болады. Сондықтан элемент төмен жүктелімді қабілетке ие. Бұл ЛЭ-ден транзистор-жүктелімдермен тұтынылатын инверсты режимдегі көпэмиттерлі транзистордың үлкен эмиттерлі тогымен байланысты.
Сонымен қатар, бұл сызба оң кедергіге қарағанда аздаған кедергіге қарсы тұра алатын қасиетке ие: U+ПОМ=UБЭ.нас–U0=UБЭ.нас–2UКЭ.нас. Көрсетілген кемшіліктерді жою үшін күрделі инверторы бар ТТЛ сызбасы қолданылады (сурет 11,б).
4.2.2 Күрделі инверторы бар ттл элементтері
Күрделі инверторы бар ТТЛ сызбасы да, қарапайым инверторы бар ТТЛ да ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық операциясын орындайды.
Қарастырылған режимге ТТЛ логикалық элеметінің аймағы сәйкес келеді (сурет 12,а).
Сурет 12. 155 топтамадағы базалық ЛЭ-нің сипаттамасы: а - беріліс, б – кіріс
Барлық кірістегі кернеу артқан кезде VT2 базаның әлеуеті артады және UВХ=Uпор кезінде транзистор VT2 ашылады, коллекторлы ток IK2 R2 және R4резисторлары арқылы өте бастайды. Нәтижесінде базалық ток VT3 азаяды, ондағы кернеудің азаюы артады және кіріс кернеу азаяды (сурет 12 аймақ 2). Резисторда R4 кернеудің UR4<UБЭ.нас азаюы болған сәтте транзистор VT4 жабық болады. UВХ=U¹пор=2UБЭ.нас–UКЭ.нас болған кезде транзистор VT4 ашылады. Алдағы уақыттағы кіріс кернеуінің артуы VT2 және VT4-ның байытылуына, сонымен қатар, VT1 инверсты режимге ауысуына әкеледі (сурет 12 аймақ 3). Бұл ретте «а» нүктесінің әлеуеті (сурет 11,б) Ua=UБЭ.нас+UКЭ.нас тең, ал «б»-Uб=UКЭ.нас нүктесі сәйкесінше Uаб=Uа–Uб=UБЭ.нас тең. Транзисторды VT3 және диодты VD1 ашу үшін Uаб≥2UБЭ.нас қажет. Бұл шарт орындалмайтындықтан, онда VT3 және VD1 жабық болады және сызба кірісіндегі кернеу UКЭ.нас=U0 тең (сурет 12 аймақ 4).
Ауысқан кезде уақыт аралықтары орын алады. Бұл ток амплитудасын шектеу үшін аздаған кедергісі бар резисторды сызбаға қосады (R3=100–160 Ом).
Теріс кедергілер әсерінен ЛЭ-ні қорғау үшін сызбаға 0,5–0,6В деңгейде шектейтін диодтар VD2, VD3 енгізілген.
(4–4,5) В-дан асқан оң кернеу кезінде кіріс ток артады. ТТЛ ЛЭ-нә тәжірибеде қолданған кезде пайдаланбаған кірістерді бос қалдыруға болады. Алайда бұл ретте кедергіге қарсы қабілеттілік азаяды. Сондықтан олар әдетте алдыңғы ЛЭ үшін артуға әкелмесе, не өзара бірігеді, немесе R=1 кОм резисторы арқылы кіріс тогын шектейтін +5 В қуат көзіне жалғанады. Әр резисторға 20 кіріске дейін қосуға болады. Осылайша лог «1» деңгейі қолдан жасалады.
Күрделі инверторы бар ТТЛ элементінің кедергіге қарсы тұратын қасиеті:
U+пом = U1пор – U0 = 2UБЭ.нас – 2UКЭ.нас
U–пом = U1 – U1пор = E – 4UБЭ.нас + UКЭ.нас
Сигналдың таралу уақытымен анықталатын ТТЛ элементтерінің тез әсері негізгі емес тасымалдаушылардың жинақталу және таралу үдерісінің ұзақтығына тәуелді болып келеді. ТТЛ элементінің жұмысы кезінде ашық транзисторлар байытылу жағдайында тұратындықтан, ТТЛ инерттілігінің артуына транзисторлардың жабылу кезінде туындайтын негізгі емес тасымалдаушылардың таралу уақыты септігін тигізеді.