Το άρθρο θα εξετάσει τη λογική TTL, η οποία εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε ορισμένους κλάδους της τεχνολογίας. Συνολικά υπάρχουν διάφοροι τύποι λογικής: τρανζίστορ-τρανζίστορ (TTL), δίοδος-τρανζίστορ (DTL), βασισμένο σε τρανζίστορ MOS (CMOS), καθώς και με βάση διπολικά τρανζίστορ και CMOS. Τα πρώτα μικροκυκλώματα που χρησιμοποιήθηκαν ευρέως ήταν αυτά που κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας τεχνολογίες TTL. Αλλά άλλοι τύποι λογικής που εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία δεν μπορούν να αγνοηθούν.
Λογική διόδου-τρανζίστορ
Χρησιμοποιώντας συνηθισμένες διόδους ημιαγωγών, μπορείτε να πάρετε το απλούστερο λογικό στοιχείο (το διάγραμμα φαίνεται παρακάτω). Αυτό το στοιχείο στη λογική ονομάζεται "2I". Όταν εφαρμόζεται μηδενικό δυναμικό σε οποιαδήποτε είσοδο (ή και στις δύο ταυτόχρονα), τότε ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα αρχίσει να ρέει μέσω της αντίστασης. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται σημαντική πτώση τάσης. Μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι στην έξοδο του στοιχείου το δυναμικό θα είναι ίσο μεμονάδα, εάν αυτό εφαρμόζεται ακριβώς και στις δύο εισόδους ταυτόχρονα. Με άλλα λόγια, με τη βοήθεια ενός τέτοιου σχήματος υλοποιείται η λογική πράξη «2AND».
Ο αριθμός των διόδων ημιαγωγών καθορίζει πόσες εισόδους θα έχει το στοιχείο. Όταν χρησιμοποιούνται δύο ημιαγωγοί, εφαρμόζεται το κύκλωμα "2I", τρία - "3I", κλπ. Στα σύγχρονα μικροκυκλώματα, παράγεται ένα στοιχείο με οκτώ διόδους ("8I"). Ένα τεράστιο μειονέκτημα της λογικής DTL είναι το πολύ μικρό επίπεδο χωρητικότητας φόρτωσης. Για το λόγο αυτό, ένας διπολικός ενισχυτής τρανζίστορ πρέπει να συνδεθεί στο λογικό στοιχείο.
Αλλά είναι πολύ πιο βολικό να εφαρμοστεί η λογική σε τρανζίστορ με αρκετούς επιπλέον εκπομπούς. Σε τέτοια λογικά κυκλώματα TTL, χρησιμοποιείται ένα τρανζίστορ πολλαπλών εκπομπών, αντί για δίοδοι ημιαγωγών που συνδέονται παράλληλα. Αυτό το στοιχείο είναι κατ' αρχήν παρόμοιο με το "2I". αλλά στην έξοδο ένα υψηλό επίπεδο δυναμικού μπορεί να επιτευχθεί μόνο εάν οι δύο είσοδοι έχουν την ίδια τιμή ταυτόχρονα. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν υπάρχει ρεύμα εκπομπού και οι μεταβάσεις μπλοκάρονται. Το σχήμα δείχνει ένα τυπικό λογικό κύκλωμα χρησιμοποιώντας τρανζίστορ.
Κυκλώματα μετατροπέα σε λογικά στοιχεία
Με τη βοήθεια ενός ενισχυτή, αποδεικνύεται ότι αντιστρέφεται το σήμα στην έξοδο του στοιχείου. Στοιχεία του τύπου «AND-NOT» υποδεικνύονται στα σειριακά μικροκυκλώματα του αεροσκάφους. Για παράδειγμα, ένα μικροκύκλωμα της σειράς K155LA3 έχει στη σχεδίασή του στοιχεία τύπου "2I-NOT" σε ποσότητα τεσσάρων τεμαχίων. Με βάση αυτό το στοιχείο, κατασκευάζεται μια συσκευή μετατροπέα. Αυτό χρησιμοποιεί μία δίοδο ημιαγωγών.
Εάν πρέπει να συγχωνεύσετεπολλά λογικά στοιχεία του τύπου "AND" σύμφωνα με τα κυκλώματα "OR" (ή εάν είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν τα λογικά στοιχεία "OR"), τότε τα τρανζίστορ πρέπει να συνδεθούν παράλληλα στα σημεία που υποδεικνύονται στο διάγραμμα. Σε αυτήν την περίπτωση, λαμβάνεται μόνο ένας καταρράκτης στην έξοδο. Ένα λογικό στοιχείο του τύπου "2OR-NOT" εμφανίζεται σε αυτήν τη φωτογραφία:
Αυτά τα στοιχεία είναι διαθέσιμα σε μικροκυκλώματα, τα οποία συμβολίζονται με τα γράμματα LR. Αλλά η λογική TTL του τύπου "OR-NOT" υποδηλώνεται με τη συντομογραφία LE, για παράδειγμα, K153LE5. Έχει ενσωματωμένα τέσσερα λογικά στοιχεία "2OR-NOT" ταυτόχρονα.
λογικά επίπεδα IC
Στη σύγχρονη τεχνολογία χρησιμοποιούνται μικροκυκλώματα με λογική TTL, τα οποία τροφοδοτούνται από 3 και 5 V. Αλλά μόνο το λογικό επίπεδο του ενός και του μηδενός δεν εξαρτάται από την τάση. Γι' αυτόν τον λόγο δεν χρειάζεται επιπλέον ταίριασμα μικροκυκλωμάτων. Το παρακάτω γράφημα δείχνει το επιτρεπόμενο επίπεδο τάσης στην έξοδο του στοιχείου.
Η τάση σε αβέβαιη κατάσταση στην είσοδο του μικροκυκλώματος, σε σύγκριση με την έξοδο, είναι επιτρεπτή εντός μικρότερων ορίων. Και αυτό το γράφημα δείχνει τα όρια των επιπέδων μιας λογικής μονάδας και το μηδέν για μικροκυκλώματα τύπου TTL.
Ενεργοποίηση της διόδου Schottky
Αλλά οι απλοί διακόπτες τρανζίστορ έχουν ένα μεγάλο μειονέκτημα - έχουν λειτουργία κορεσμού όταν λειτουργούν σε ανοιχτή κατάσταση. Για να διαλυθεί η περίσσεια των φορέων και να μην είναι κορεσμένος ο ημιαγωγός, ενεργοποιείται μια δίοδος ημιαγωγών μεταξύ της βάσης και του συλλέκτη. Το σχήμα δείχνειτρόπος σύνδεσης διόδου Schottky και τρανζίστορ.
Μια δίοδος Schottky έχει κατώφλι τάσης περίπου 0,2-0,4 V, ενώ μια διασταύρωση πυριτίου p-n έχει κατώφλι τάσης τουλάχιστον 0,7 V. Και αυτό είναι πολύ μικρότερο από τη διάρκεια ζωής ενός μειοψηφικού τύπου φορέων σε κρύσταλλο ημιαγωγών. Η δίοδος Schottky σας επιτρέπει να διατηρήσετε το τρανζίστορ λόγω του χαμηλού ορίου για το άνοιγμα της διασταύρωσης. Αυτός είναι ο λόγος που η τρίοδος δεν μπαίνει σε λειτουργία.
Ποιες είναι οι οικογένειες των μικροκυκλωμάτων TTL
Συνήθως, τα μικροκυκλώματα αυτού του τύπου τροφοδοτούνται από πηγές 5 V. Υπάρχουν ξένα ανάλογα εγχώριων στοιχείων - η σειρά SN74. Αλλά μετά τη σειρά έρχεται ένας ψηφιακός αριθμός, ο οποίος υποδεικνύει τον αριθμό και τον τύπο των λογικών στοιχείων. Το μικροκύκλωμα SN74S00 περιέχει λογικά στοιχεία 2I-NOT. Υπάρχουν μικροκυκλώματα των οποίων το εύρος θερμοκρασίας είναι πιο εκτεταμένο - οικιακό K133 και ξένο SN54.
Ρωσικά μικροκυκλώματα, παρόμοια σε σύνθεση με το SN74, κατασκευάστηκαν με την ονομασία K134. Τα ξένα μικροκυκλώματα, των οποίων η κατανάλωση και η ταχύτητα είναι χαμηλή, έχουν το γράμμα L στο τέλος. Τα ξένα μικροκυκλώματα με το γράμμα S στο τέλος έχουν αντίστοιχα εγχώρια στα οποία ο αριθμός 1 έχει αντικατασταθεί από 5. Για παράδειγμα, το γνωστό K555 ή Κ531. Σήμερα παράγονται διάφοροι τύποι μικροκυκλωμάτων της σειράς K1533, στα οποία η ταχύτητα και η κατανάλωση ενέργειας είναι πολύ χαμηλές.
λογικές πύλες CMOS
Τα μικροκυκλώματα που έχουν συμπληρωματικά τρανζίστορ βασίζονται σε στοιχεία MOS με κανάλια p και n. Με τη βοήθεια ενόςδυναμικό, ανοίγει ένα τρανζίστορ καναλιού p. Όταν σχηματίζεται ένα λογικό "1", το επάνω τρανζίστορ ανοίγει και το κάτω κλείνει. Σε αυτή την περίπτωση, δεν ρέει ρεύμα μέσω του μικροκυκλώματος. Όταν σχηματίζεται ένα "0", το κάτω τρανζίστορ ανοίγει και το πάνω κλείνει. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα ρέει μέσω του μικροκυκλώματος. Ένα παράδειγμα του απλούστερου λογικού στοιχείου είναι ένας μετατροπέας.
Λάβετε υπόψη ότι τα IC CMOS δεν αντλούν ρεύμα σε στατική λειτουργία. Η κατανάλωση ρεύματος ξεκινά μόνο κατά τη μετάβαση από μια κατάσταση σε ένα άλλο λογικό στοιχείο. Η λογική TTL σε τέτοια στοιχεία χαρακτηρίζεται από χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Το σχήμα δείχνει ένα διάγραμμα ενός στοιχείου του τύπου "NAND", μεταγλωττισμένο σε τρανζίστορ CMOS.
Ένα κύκλωμα ενεργού φορτίου είναι χτισμένο σε δύο τρανζίστορ. Εάν είναι απαραίτητο να σχηματιστεί ένα υψηλό δυναμικό, αυτοί οι ημιαγωγοί ανοίγουν και ένα χαμηλό κλείνει. Σημειώστε ότι η λογική τρανζίστορ-τρανζίστορ (TTL) βασίζεται στη λειτουργία των κλειδιών. Οι ημιαγωγοί στον άνω βραχίονα ανοίγουν και στον κάτω βραχίονα κλείνουν. Σε αυτήν την περίπτωση, σε στατική λειτουργία, το μικροκύκλωμα δεν θα καταναλώνει ρεύμα από την πηγή ισχύος.
