Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Микросхемы ТТЛ. Общие сведения о микросхемах транзисторно-транзисторной логики.

Общие сведения о микросхемах ТТЛ (TTL)

Интегральные микросхемы ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) представляют собой микросхемы малой степени интеграции, выполненные на биполярных транзисторах.

К явным недостаткам данной разработки можно отнести небольшое количество логических элементов на кристалл, критичность к напряжению питания и большой ток потребления, который в зависимости от типа микросхемы может колебаться от 10 до 120 mA.

Из-за фиксированного напряжения питания невозможно было использовать микросхемы ТТЛ в комплексе с другими микросхемами, например, с ЭСЛ (эмиттерно-связанной логикой) или МОП структурами. При необходимости нужно было использовать специальные микросхемы ПУ (преобразователи уровня). Кроме того напряжение питания данной серии составляет 5V при допуске 5%, а отечественная промышленность не выпускала элементов питания на такое напряжение, что резко ограничивало применение этой серии в компактной, переносной аппаратуре.

На рисунке изображён один из самых простых логических элементов -  

3И – НЕ. Его основу составляет многоэмиттерный транзистор VT1. Уровень логического нуля на выходе появится при наличии высоких логических уровней на всех трёх входах одновременно. Транзистор VT2 при этом играет роль инвертора (элемента НЕ), а многоэмиттерный транзистор VT1 - элемента 3И. Схему И еще называют схемой совпадения.

Внутреннее устройство элемента 3И-НЕ

Несмотря на все недостатки самая популярная серия из ТТЛ, серия К155, активно внедрялась и постоянно пополнялась новыми разработками. Огромной популярностью и по сей день пользуется микросхема К155ЛА3. Её зарубежный аналог - SN7400. На базе этой микросхемы можно собрать много простых электронных устройств, например, маячок на микросхеме. Также микросхему К155ЛА3 частенько используют в качестве простейшего генератора импульсов, как, например, в схеме бегущие огни на светодиодах.

Очень часто можно встретить микросхемы серии К155 с маркировкой КМ155. Буква М указывает на то, что корпус микросхемы выполнен из керамики. В остальном между этими микросхемами отличий нет.

Серия К155 является самой полной серией микросхем ТТЛ. В неё входят около 100 микросхем различного назначения. В эту серию входят как все элементы базовой логики (И, ИЛИ, НЕ, И – НЕ, ИЛИ – НЕ) так и построенные на этих элементах более сложные узлы для выполнения логических операций: триггеры, регистры, счётчики, сумматоры. В серии К155 имеются даже микросхемы ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) и ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), правда, небольшой ёмкости. Это микросхемы К155РЕ3, 21, 22, 23, 24 и К155РУ1, 2, 5, 7.

Широкое распространение эта серия получила в электронно-вычислительной технике, контрольно-измерительных приборах и средствах автоматики.

Уровень логической единицы в микросхемах данной серии может находиться в интервале напряжений от 2,4 V до напряжения питания (т.е. 5 V). Уровень логического нуля не должен превышать 0,4 V. Длительная практическая работа с этой серией показала, что фактически уровень логической единицы не бывает ниже 3,2 V, а уровень логического нуля не превышает 0,2 V.

Все микросхемы, за исключением некоторых регистров, счётчиков и схем памяти, выпускаются в стандартном корпусе на 14 выводов. На корпусе микросхемы К155ИР1 хорошо видна выемка (иногда бывает точка), это зона ключа, она показывает первый вывод. 7-й вывод это корпус (минус питания). 14-й расположенный напротив первого, это +V пит.

Метка на корпусе микросхемы

Вся серия К155 является полным аналогом зарубежной серии SN74. Она была разработана в США ещё в 1965 году, но продолжает выпускаться до сих пор. Такой же долгожительницей является и наша серия К155. Дело в том, что процесс напыления в вакууме на монокристалл кремния структур ТТЛ настолько хорошо отработан и прост, что себестоимость микросхем ТТЛ по сравнению с другими микросхемами фантастически низкая.

Микросхема транзисторно-транзисторной логики К155ЛЛ2

И, несмотря на простоту, серия К155 позволила в 70-е годы создать серию электронно-вычислительных машин ЕС ЭВМ или «Ряд-1, Ряд-2» от простой ЕС-1020 до мощной по тем временам машины ЕС-1065 с быстродействием 4 миллиона операций в секунду. Этот монстр был выпущен в 1985 году и благополучно работал в НИИ занятых разработками самых приоритетных направлений, таких как исследование космоса и проектирование новых видов ядерного оружия.

Серия К155 также широко применяется и в цифровых измерительных приборах. При разработке печатных плат для микросхем этой серии следует учитывать возможные броски тока, поэтому на платах микросхемы распространяют линейно с широкими шинами питания. Использование разветвлённых дорожек для подачи питания запрещено. Между шинами питания на каждый корпус ставятся блокировочные конденсаторы ёмкостью 10 – 15 нанофарад.

В процессе научных разработок серия К155 естественно развивалась. Так появилась серия К555, в которой ТТЛ принцип сохранён, но изменена схемотехника. В этой серии в коллекторных переходах транзисторов стоят диоды Шоттки. Поэтому микросхемы серии К555 называют ТТЛШ (ТТЛ и диод Шоттки). Благодаря этому потребляемая мощность снизилась примерно в два раза, а быстродействие заметно увеличилось. За рубежом аналогичная серия называется SN74LS. Вообще, такие разработки как ТТЛШ уже трудно отнести к транзисторного-транзисторной логике, так как в составе микросхем используются диоды, а это уже диодно-транзисторная логика (

ДТЛ или англ. DTL).

Главная &raquo Цифровая электроника &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

go-radio.ru

Элементная база различных логик: схемы, ТТЛ, ТТЛШ, КМОП

рис. 3.27Для конкретной серии микросхем характерно использование типового электронного узла — базового логического элемента. Этот элемент является основой построения самых разнообразных цифровых электронных устройств.

Ниже рассмотрим особенности базовых логических элементов различных логик.

Элементы транзисторно-транзисторной логики

Характерной особенностью ТТЛ является использование многоэмиттерных транзисторов. Эти транзисторы сконструированы таким образом, что отдельные эмиттеры не оказывают влияния друг на друга. Каждому эмиттеру соответствует свой p-n-переход. В первом приближении многоэмиттерный транзисторможет моделироваться схемой на диодах (см. пунктир на рис. 3.27).

Упрощенная схема ТТЛ-элемента приведена на рис. 3.27. При мысленной замене многоэмиттерного транзистора диодами получаем элемент диодно-транзисторной логики «И-НЕ». Из анализа схемы можно сделать вывод, что если на один из входов или на оба входа подать низкий уровень напряжения, то ток базы транзистора Т2 будет равен нулю, и на коллекторе транзистора Т2 будет высокий уровень напряжения. Если на оба входа подать высокий уровень напряжения, то через базу Т2 транзистора будет протекать большой базовый ток и на коллекторе транзистора Т2 будет низкий уровень напряжения, т. е. данный элемент реализует функцию И-НЕ:

uвых= u1· u2. Базовый элемент ТТЛ содержит многоэмиттерный транзистор, выполняющий логическую операцию И, и сложный инвертор (рис. 3.28). рис. 3.28
Если на один или оба входа одновременно подан низкий уровень напряжения, то многоэмиттерный транзистор находится в состоянии насыщения и транзистор Т

2 закрыт, а следовательно, закрыт и транзистор Т4, т. е. на выходе будет высокий уровень напряжения. Если на обоих входах одновременно действует высокий уровень напряжения, то транзистор Т2 открывается и входит в режим насыщения, что приводит к открытию и насыщению транзистора Т4 и запиранию транзистора Т3, т. е. реализуется функция И-НЕ.

Для увеличения быстродействия элементов ТТЛ используются транзисторы с диодами Шоттки (транзисторы Шоттки).

Базовый логический элемент ТТЛШ (на примере серии К555)

В качестве базового элемента серии микросхем К555 использован элемент И-НЕ. На рис. 3.29, а изображена схема этого элемента, а условное графическое обозначение транзистора Шоттки приведено на рис. 3.29, б. рис. 3.29
Такой транзистор эквивалентен рассмотренной выше паре из обычного транзистора и диода Шоттки. ТранзисторVT4 — обычный биполярный транзистор.

Если оба входных напряжения uвх1и uвх2 имеют высокий уровень, то диодыVD3 и VD

4 закрыты, транзисторы VT1,VT5 открыты и на выходе имеет место напряжение низкого уровня. Если хотя бы на одном входе имеется напряжение низкого уровня, то транзисторы VT1 и VT5 закрыты, а транзисторы VT3 и VT4 открыты, и на входе имеет место напряжение низкого уровня. Полезно отметить, что транзисторы VT3 и VT4 образуют так называемый составной транзистор (схему Дарлингтона).

Микросхемы ТТЛШ

 

Микросхемы ТТЛШ серии К555 характеризуются следующими параметрами:

● напряжение питания +5 В;

● выходное напряжение низкого уровня — не более 0,4 В;

● выходное напряжение высокого уровня — не менее 2,5 В;

● помехоустойчивость — не менее 0,3 В;

● среднее время задержки распространения сигнала — 20 нс;

● максимальная рабочая частота — 25 МГц.

Микросхемы ТТЛШ обычно совместимы по логическим уровням, помехоустойчивости и напряжению питания с микросхемами ТТЛ. Время задержки распространения сигнала элементов ТТЛШ в среднем в два раза меньше по сравнению с аналогичными элементами ТТЛ.

Особенности других логик

Основой базового логического элемента ЭСЛ является токовый ключ. Схема токового ключа (рис. 3.30) подобна схеме дифференциального усилителя. рис. 3.30
Необходимо обратить внимание на то, что микросхемы ЭСЛ питаются отрицательным напряжением (к примеру, −4,5 В для серии К1500). На базу транзистора VT2 подано отрицательное постоянное опорное напряжение Uоп. Изменение входного напряжения uвх1 приводит к перераспределению постоянного тока iэ0, заданного сопротивлением Rэ между транзисторами, что имеет следствием изменение напряжений на их коллекторах. Транзисторы не входят в режим насыщения, и это является одной из причин высокого быстродействия элементов ЭСЛ.

Микросхемы серий 100, 500 имеют следующие параметры:

● напряжение питания −5,2 В;

● потребляемая мощность — 100 мВт;

● коэффициент разветвления по выходу — 15;

● задержка распространения сигнала — 2,9 нс.

В микросхемах n-МОП и p-МОП используются ключи соответственно на МОП-транзисторах с n-каналом и динамической нагрузкой (рассмотрены выше) и на МОП-транзисторах с p-каналом.

В качестве примера рассмотрим элемент логики n-МОП, реализующий функцию ИЛИ-НЕ (рис. 3.31). рис. 3.31

Он состоит из нагрузочного транзистора Т3 и двух управляющих транзисторов Т1 и Т2. Если оба транзистора Т1 и Т2 закрыты, то на выходе устанавливается высокий уровень напряжения. Если одно или оба напряжения u1и uимеют высокий уровень, то открывается один или оба транзистора Т1 и Т2 и на выходе устанавливается низкий уровень напряжения, т. е. реализуется функция uвых= u1 + u2.

Для исключения потребления мощности логическим элементом в статическом состоянии используются комплементарные МДП — логические элементы (КМДП или КМОП-логика). В микросхемах КМОП используются комплементарные ключи на МОП-транзисторах. Они отличаются высокой помехоустойчивостью. Логика КМОП является очень перспективной. Рассмотренный ранее комплементарный ключ фактически является элементом НЕ (инвертором).

КМОП — логический элемент

Рассмотрим КМОП — логический элемент, реализующий функцию ИЛИ-НЕ (рис. 3.32). рис. 3.32

Если входные напряжения имеют низкие уровни (u1и u2меньше порогового напряжения n-МОП-транзистора Uзи.порог.n), то транзисторы Т1 и Т2 закрыты, транзисторы Т3 и Т4 открыты и выходное напряжение имеет высокий уровень. Если одно или оба входных напряжения u1и uимеют высокий уровень, превышающий Uзи.порог.n, то открывается один или оба транзистора Т1 и Т2, а между истоком и затвором одного или обоих транзисторов Т3 и Т4 устанавливается низкое напряжение, что приводит к запиранию одного или обоих транзисторов Т3 и Т4, а следовательно, на выходе устанавливается низкое напряжение. Таким образом, этот элемент реализует функцию uвых= u1+uи потребляет мощность от источника питания лишь в короткие промежутки времени, когда происходит его переключение.

Интегральная инжекционная логика (ИИЛ или И2Л) построена на использовании биполярных транзисторов и применении оригинальных схемотехнических и технологических решений. Для нее характерно очень экономичное использование площади кристалла полупроводника. Элементы И2Л могут быть реализованы только в интегральном исполнении и не имеют аналогов в дискретной схемотехнике. рис. 3.33 Структура такого элемента и его эквивалентная схема приведены на рис. 3.33, из которого видно, что транзистор T1 (p-n-p) расположен горизонтально, а многоколлекторный транзистор Т2 (n-p n) расположен вертикально. Транзистор T1 выполняет роль инжектора, обеспечивающего поступление дырок из эмиттера транзистора T1 (при подаче на него положительного напряжения через ограничивающий резистор) в базу транзистора Т2. Если uсоответствует логическому «0», то инжекционный ток не протекает по базе многоколлекторного транзистора Т2 и токи в цепях коллекторов транзистора Т2 не протекают, т. е. на выходах транзистора Т2 устанавливаются логические «1». При напряжении uсоответствующем логической «1», инжекционный ток протекает по базе транзистора Т2 и на выходах транзистора Т2 — логические нули.

Рассмотрим реализацию элемента ИЛИ-НЕ на основе элемента, представленного на рис. 3.34 (для упрощения другие коллекторы многоколлекторных транзисторов Т3 и Т4 на рисунке не показаны). Когда на один или оба входа подается логический сигнал «1», то напряжение uвых соответствует логическому нулю. Если на обоих входах логические сигналы «0», то напряжение uвых соответствует логической единице. рис. 3.34
Логика на основе полупроводника из арсенида галлия GaAs характеризуется наиболее высоким быстродействием, что является следствием высокой подвижности электронов (в 3…6 раз больше по сравнению с кремнием). Микросхемы на основе GaAs могут работать на частотах порядка 10 ГГц и более.

pue8.ru

Логические уровни ттл микросхем

В настоящее время применяются два вида ТТЛ микросхем - с пяти и и с трёхвольтовым питанием, но, независимо от напряжения питания микросхем, логические уровни нуля и единицы на выходе этих микросхем совпадают. Поэтому дополнительного согласования между ТТЛ микросхемами обычно не требуется. Допустимый уровень напряжения на выходе цифровой ТТЛ микросхемы показан на рис. 4.

Рис. 4. Уровни логических сигналов на выходе цифровых ТТЛ микросхем.

Напряжение неопределенного состояния на входе цифровой микросхемы по сравнению с выходом обычно допускается в меньших пределах. Границы уровней логического нуля и единицы для ТТЛ микросхем приведена на рис.5.

Рис. 5. Уровни логических сигналов на входе цифровых ТТЛ микросхем.

Микросхемы с диодами Шоттки (ттлш)

Недостатком обычных транзисторных ключей является наличие режима насыщения в открытом состоянии. При этом увеличивается время перехода транзистора из проводящего состояние в закрытое вследствие необходимости рассасывания избыточных носителей из периферийных областей транзистора. Чтобы транзистор не входил в насыщение, между коллектором и базой включают диод. На рис. 6, а изображено подключение диода Шоттки VDш к транзистору VT, на рис. 6, б — символ транзистора Шоттки

Рис.6.

Диод Шоттки имеет пороговое напряжение открывания порядка (0,2÷0,4 В) в отличии от порогового напряжения кремниевого р-п-перехода 0,7 В и значительно меньшее время жизни неосновных носителей в полупроводнике.

Транзистор удерживается от перехода в насыщение диодом Шоттки с низким порогом открывания (0,2÷0,4В), поэтому предотвращается вхождение транзистора в режим

Семейства ттл микросхем

Стандартные ТТЛ микросхемы - это микросхемы, питающиеся от источника напряжения +5В. Зарубежные ТТЛ микросхемы представлены серией SN74. Конкретные микросхемы этой серии обозначаются цифровым номером микросхемы, следующим за названием серии. Например, в микросхеме SN74S00 содержится четыре логических элемента "2И-НЕ". Аналогичные микросхемы с расширенным температурным диапазоном получили название SN54 (отечественный вариант - серия микросхем К133).

Отечественные микросхемы, совместимые с SN74 выпускались в составе серий К134 (низкое быстродействие низкое потребление - SN74L), К155 (среднее быстродействие среднее потребление - SN74) и К131 (высокое быстродействие и большое потребление). Затем были выпущены микросхемы повышенного быстродействия с диодами Шоттки. В названии зарубежных микросхем в обозначении серии появилась буква S. Отечественные серии микросхем сменили цифру 1 на цифру 5. Выпускаются микросхемы серий К555 (низкое быстродействие низкое потребление - SN74LS) и К531 (высокое быстродействие и большое потребление - SN74S).

В настоящее время отечественная промышленность производит микросхемы серий К1533 (низкое быстродействие низкое потребление - SN74ALS) и К1531 (высокое быстродействие и большое потребление - SN74F).

За рубежом производится трехвольтовый вариант ТТЛ микросхем - SN74ALB

Логика на комплементарных моп транзисторах (кмоп)

Микросхемы на комплементарных транзисторах строятся на основе МОП транзисторов с n- и p-каналами. Один и тот же потенциал открывает транзистор с n-каналом и закрывает транзистор с p-каналом. При формировании логической единицы открыт верхний транзистор, а нижний закрыт. В результате ток через микросхему не протекает. При формировании логического нуля открыт нижний транзистор, а верхний закрыт. И в этом случае ток через микросхему не протекает. Простейший логический элемент - это инвертор. Его схема приведена на рис. 6.

Рис. 6.

Особенностью микросхем на комплементарных МОП транзисторах является то, что в этих микросхемах в статическом режиме ток практически не потребляется. Потребление тока происходит только в момент переключения микросхемы из единичного состояния в нулевое и наоборот. Этим током производится перезаряд паразитной ёмкости нагрузки.

Схема логического элемента "И-НЕ" на КМОП микросхемах приведена на рис. 7.

Рис. 7.

Транзисторы V1, V2 образуют активную нагрузку. Если на выходе требуется сформировать высокий потенциал, то транзисторы открываются, а если низкий - то закрываются. В этой схеме, так же как и в схеме на рис.6, если транзисторы верхнего плеча будут открыты, то транзисторы нижнего плеча будут закрыты, поэтому в статическом состоянии ток микросхемой от источника питания потребляться не будет.

Табл.1. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2И-НЕ"

x1

x2

Y

Состояния транзисторов

0

0

1

VT1, VT2- открыты; VT3,VT4 - закрыты

0

1

1

VT1, VT3- открыты; VT2,VT4 - закрыты

1

0

1

VT2, VT4- открыты; VT1,VT3 - закрыты

1

1

0

VT3, VT4- открыты; VT1,VT2 - закрыты

В настоящее время именно КМОП микросхемы получили наибольшее развитие.

В рассмотренных схемах для упрощения не показывались защитные диоды. Полная схема КМОП инвертора приведена на рис. 8.

Рис.8..

Диоды VD1 и VD2 были введены для защиты входного каскада от пробоя статическим электричеством.

studfile.net

Транзисторно-транзисторная логика Википедия

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ, TTL) — разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов. Название транзисторно-транзисторный возникло из-за того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций (например, И, ИЛИ), так и для усиления выходного сигнала (в отличие от резисторно-транзисторной и диодно-транзисторной логики).

Простейший базовый элемент ТТЛ выполняет логическую операцию И-НЕ, в принципе повторяет структуру ДТЛ микросхем и в то же время за счёт использования многоэмиттерного транзистора, объединяет свойства диода и транзисторного усилителя, что позволяет увеличить быстродействие, снизить потребляемую мощность и усовершенствовать технологию изготовления микросхемы.

ТТЛ получила широкое распространение в компьютерах, электронных музыкальных инструментах, а также в контрольно-измерительной аппаратуре и автоматике (КИПиА). Благодаря широкому распространению ТТЛ входные и выходные цепи электронного оборудования часто выполняются совместимыми по электрическим характеристикам с ТТЛ. Максимальное напряжение в схемах с ТТЛ может достигать 24В, однако это приводит к большому уровню паразитного сигнала. Достаточно малый уровень паразитного сигнала при сохранении достаточной эффективности достигается при напряжении 5В, поэтому данная цифра и вошла в технический регламент ТТЛ.

ТТЛ стала популярной среди разработчиков электронных систем после того, как в 1965 году фирма Texas Instruments представила серию интегральных микросхем 7400. Данная серия микросхем стала промышленным стандартом, но ТТЛ-микросхемы производятся и другими компаниями. Более того, фирма Texas Instruments не была первой, кто начал выпуск ТТЛ микросхем, несколько ранее его начали фирмы Sylvania и Transitron. Тем не менее промышленным стандартом стала именно серия 74 фирмы Texas Instruments, что в значительной мере объясняется большими производственными мощностями фирмы Texas Instruments, а также её усилиями по продвижению серии 74. Поскольку биполярные ИМС серии 74 фирмы Texas Instruments стали наиболее распространёнными, их функционально и параметрически повторяет продукция других фирм (Advanced Micro Devices, серия 90/9N/9L/9H/9S Fairchild, Harris, Intel, Intersil, Motorola, National и т.д).

Важность ТТЛ заключается в том, что ТТЛ-микросхемы оказались более пригодны для массового производства и при этом превосходили по параметрам ранее выпускавшиеся серии микросхем (резисторно-транзисторная и диодно-транзисторная логика).

Принцип работы[ | ]

Упрощённая схема элемента 2И-НЕ.

ru-wiki.ru

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

  • 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 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.

studfile.net

Состав серий ТТЛ ИС и их функциональные аналоги в сериях SN74.../SN54...(простая логика)

Назначение Серии Имя Аналог Цокол.
Два логических элемента 4И-НЕ 133, К155, 130, К131, 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533, 1531, КР1531 ЛА1 20 8
Логический элемент 8И-НЕ 133, К155, 130, К131, 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533 ЛА2 30 12
Четыре логических элемента 2И-НЕ 133, К155, 130, К131, 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533, 1531, КР1531 ЛА3 00 4
Три логических элемента 3И-НЕ 133, К155, 130, К131, 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533, 1531, КР1531 ЛА4 10 7
Два логических элемента 4И-НЕ с повышенной нагрузочной способностью 133, К155, 130, К131, 533, К555, 1533, КР1533 ЛА6 40 8
Два логических элемента 4И-НЕ с открытым коллектором 133, К155, 533, К555, К531, 1533, КР1533, КФ1533 ЛА7 22 8
Четыре логических элемента 2И-НЕ с открытым коллектором 133, К155, 1533, КР1533, КФ1533 ЛА8 01 6
Четыре логических элемента 2И-НЕ с открытым коллектором 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533 ЛА9 03 4
Три логических элемента 3И-НЕ с открытым коллектором 133, К155, 533, К555, КР1533, КФ1533 ЛА10 12 7
Четыре логических элемента 2И-НЕ с высоковольтным (до 15 В) открытым коллектором 133, К155, 533, К555 ЛА11 26 4
Четыре логических элемента 2И-НЕ с мощным выходом (до 48 мА) 133, К155, 530, К531, 533, К555, 1533 ЛА12 37 4
Четыре логических элемента 2И-НЕ с мощным (до 48 мА) открытым коллектором К155, 533, К555, 530, К531, 1533 ЛА13 38 4
Элемент сопряжения МОП ЗУ - ТТЛ (4 логических элемента 2И-НЕ) 133 ЛА15 б/а 4
Два логических элемента 4И-НЕ работающих на 50 Ом (I(0)=60 мА, I(1)= 40 мА) 530, К531 ЛА16 140 8
Два логических элемента 4И-НЕ работающих на 75 Ом с тремя состояниями 530, К531 ЛА17 б/а 23
Два логических элемента 2И-НЕ с мощным открытым коллектором К155 ЛА18 75452 24
Элемент 12И-НЕ с тремя состояниями К531 ЛА19 134 13
6 мощных логических элемента 2И-НЕ 1530, КР1530 ЛА20 804A 21
Четыре логических элемента 2И-НЕ КР1533, КФ1533 ЛА21 1000 4
Два логических элемента 4И-НЕ КР1533, КФ1533 ЛА22 1020 8
Четыре логических элемента 2И-НЕ с открытым коллектором КР1533, КФ1533 ЛА23 1003 4
Три логических элемента 3И-НЕ КР1533, КФ1533 ЛА24 1010 7
Два 4-входовых расширителя по ИЛИ 133, К155, 130, К131 ЛД1 60 20
8-входовой расширитель по ИЛИ 133, К155 ЛД3 б/а -
Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ 133, К155, 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533, 1531, КР1531 ЛЕ1 02 6
Два логических элемента 4ИЛИ-НЕ со стробированием одного элемента и возможностью расширения по ИЛИ на другом 133, К155 ЛЕ2 23 10
Два логических элемента 4ИЛИ-НЕ со стробированием 133, К155 ЛЕ3 25 9
Три логических элемента 3ИЛИ-НЕ К155, 533, К555, КР1533, КФ1533 ЛЕ4 27 7
Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ (драйвер линии 75 Ом) I(0)=48 мА, I(1)=2.4 мА 133, K155 ЛЕ5 28 6
Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ (драйвер линии 75 Ом) I(0)=48 мА, I(1)=29 мА 133 133ЛЕ6 128 6
Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ (драйвер линии 50 Ом) I(0)=48 мА, I(1)=42 мА 155 155ЛЕ6 128 6
Два логических элемента 5ИЛИ-НЕ К531 ЛЕ7 260 11
6 мощных логических элемента 2ИЛИ 1530, КР1530 ЛЕ8 805 21
Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ КР1533, КФ1533 ЛЕ10 1002 6
Четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ с открытым коллектором КР1533, КФ1533 ЛЕ11 33 6
Четыре логических элемента 2И 133, К155, 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533, 1531, КР1531 ЛИ1 08 4
Четыре логических элемента 2И с открытым коллектором 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533 ЛИ2 09 4
Три логических элемента 3И 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533, 1531, КР1531 ЛИ3П 11 7
Три логических элемента 3И с открытым коллектором 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533 ЛИ4 15 7
Два логических элемента 2И с мощным открытым коллектором 133, К155 ЛИ5 75451 25
Два логических элемента 4И 533, К555, КР1533, КФ1533 ЛИ6 21 8
6 мощных логических элемента 2И 1530,КР1530 ЛИ7 808 21
Четыре логических элемента 2И КР1533,КФ1533 ЛИ8 1008 4
Три логических элемента 3И КР1533,КФ1533 ЛИ10 1011A 7
Четыре логических элемента 2ИЛИ 133, К155, 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533, 1531, КР1531 ЛЛ1 32 4
Два логических элемента 2ИЛИ с мощным открытым коллектором К155 ЛЛ2 75453 24
Шесть логических элементов 2ИЛИ 1530, КР1530 ЛЛ3 832 21
Четыре логических элемента 2ИЛИ 1533, КР1533, КФ1533 ЛЛ4 1032 4
Шесть мощных (32 мА) драйверов-неинверторов со стробированием 2-х и 4-х линий (3 состояния) К155, 533 ЛЛ11 367 3
Шесть логических элементов НЕ 133, К155, 130, К131, 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533, 1531, КР1531 ЛН1 04 1
Шесть логических элементов НЕ с открытым коллектором 133, К155, 533, К555, 530, К531, 1533, КР1533, КФ1533 ЛН2 05 1
Шесть мощных (40 мА) инверторов с высоковольтным открытым коллектором (30 В) 133, К155 ЛН3 06 1
Шесть мощных (40 мА) инверторов с высоковольтным открытым коллектором (15 В) 133, К155 ЛН5 16 1
Шесть мощных (32 мА) драйверов-инверторов с общим стробированием выходов и тремя состояниями К155 ЛН6 366 2
Шесть мощных (32 мА) драйверов-инверторов со стробированием 2-х и 4-х линий (3 состояния) К155, 533, КР1533, КФ1533 ЛН7 368 3
Шесть мощных инверторов 1533, КР1533, КФ1533 ЛН8 1004 1
Шесть мощных инверторов с открытым коллектором 1533, КР1533, КФ1533 ЛН10 1005 1
Мажоритарный элемент с инверсией 533 ЛП3 б/а 26
Мажоритарный элемент с дополнительным управлением 1533, КР1533, КФ1533 ЛП3 б/а 27
Шесть мощных (40 мА) неинверторов с высоковольтным открытым коллектором (15 В) К155, КР1533 ЛП4 17 1
4 логических элемента "исключающее ИЛИ" 133, К155, 533, К555, 530, К531, 1533, КР1533, КФ1533, 1531, КР1531 ЛП5 86 4
2 логических элемента 2И-НЕ с общим входом и двумя мощными транзисторами 133, К155 ЛП7 75450 28
4 неинвертора (3 состояния) 133, K155, 533, К555, КР1533, КФ1533 ЛП8 125 5
Шесть мощных (40 мА) неинверторов с высоковольтным открытым коллектором (30 В) 133, К155 ЛП9 07 1
Шесть мощных (32 мА) драйверов-неинверторов с общим стробированием выхода (3 состояния) К155 ЛП10 365 2
Шесть мощных (32 мА) драйверов-неинверторов со стробированием 2-х и 4-х линий (3 состояния) К155, 533 ЛП11 367 3
4 логических элемента "исключающее ИЛИ" с открытым коллектором 533, К555, КР1533, КФ1533 ЛП12 136 4
4 логических элемента "исключающее ИЛИ" с открытым коллектором, инверсные 533, К555 ЛП13 266 22
4 неинвертора (3 состояния) К555 ЛП14 126А 5
Шесть неинверторов КР1533, КФ1533 ЛП16 1034 1
Шесть неинверторов с открытым коллектором КР1533, КФ1533 ЛП17 1035 1
Два логических элемента 2И-2ИЛИ-НЕ, один расширяемый по ИЛИ 133, К155, 130, К131 ЛР1 50 14
Логический элемент 2-2-2-3И-4ИЛИ-НЕ расширяемый по ИЛИ 133, К155, 130, К131 ЛР3 53 15
Логический элемент 4-4И-2ИЛИ-НЕ расширяемый по ИЛИ 133, К155, 130, К131, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533 ЛР4 55 16
Логический элемент 4-2-3-2И-4ИЛИ-НЕ 530, К531, 1531, КР1531 ЛР9 64 17
Логический элемент 4-2-3-2И-4ИЛИ-НЕ с открытым коллектором 530, К531 ЛР10 65 17
Логический элемент 4-2-3-2И-4ИЛИ-НЕ 530, К531, 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533 ЛР11 51 18
Логический элемент 2-3-3-2И-4ИЛИ-НЕ 533, К555, 1533, КР1533, КФ1533 ЛР13 54 19
Два логических элемента 4И-НЕ с триггером Шмитта 133, К155 ТЛ1 13 8
Шесть логических элементов НЕ с триггером Шмитта 133, К155, 533, К555, КР1533, КФ1533 ТЛ2 14 1
Четыре логических элемента 2И-НЕ с триггером Шмитта 133, К155, 530, К531 ТЛ3 132 4

www.qrz.ru

9.3 Структура ттл логических микросхем

Типы логических микросхем:

1. ТТЛ - транзисторно-транзисторная логика.

Выпускаются серии: К133, К155, К555, К1531, К1533.

2. КМОП - микросхемы на основе комплементарных полевых транзисторов по структуре металл-окисел-полупроводник: К176, К561, К1561.

3. ЭСЛ - эмиттерно-связанная логика: К500.

Структура ТТЛ логического элемента 2И-НЕ представлена на схеме рис.82. На входе схемы используется многоэмиттерный транзистор VT1, который имеет 2 эмиттера для организации двух входов. VT2,VT3 образуют усилительные каскады.

Рис. 82.

Рассмотрим работу схемы. При нулевом сигнале на входе 1 протекает ток через R1,Б-Э VT1, ключ Кл на общую точку ОТ. VT1 работает в ключевом режиме, на эмиттер подан ноль, напряжение на базе составляет примерно 0,6в. Тогда через переход Б-К транзистора VT1 и базовые переходы транзисторов VT2, VT3 ток протекать не может, т.к. эта цепь закорочена переходом Б-Э VT1. Значит, ток через Б-Э VT2 и Б-Э VT3 отсутствует, транзисторVT3 закрыт, напряжение питания приложено к выводам К-Э VT3, следовательно, напряжение на выходе схемы соответствует 1. Логический элемент по одному из входов реализует логическую функцию НЕ (0 на входе, 1 на выходе).

При 1 на входе ток по входной цепи протекать не может. Закоротка Б-К VT1 отсутствует. Ток протекает по цепи +5В, R1, Б-К VT1, Б-Э VT2, Б-Э VT3.Транзистор VT3 открыт. Он закорачивает выход с ОТ, что соответствует 0 на выходе.

Для реализации функции ИЛИ-НЕ в рассматриваемой структуре используют параллельное включение транзисторов. На рис.107 приведена схема элемента 2ИЛИ-НЕ. В этой схеме параллельно включены транзисторы VT2 и VT2'. Работу схемы поясняет таблица.

Рис. 83.

Основные параметры логических ттл элементов

1. Напряжение питания Uпит=+5В±(5÷10)%.

2. Быстродействие (задержка прохождения сигнала) характеризуется

временем переключения (изменение состояния на противоположное), составляет 5...50 нс.

3. Помехоустойчивость (по входу).

Определяется тем уровнем помех на полезном сигнале, который не приводит к ложному изменению состояния элемента. У большинства ТТЛ - элементов порогом срабатывания их является напряжение Uпор=1,4В. Логическая 1 2В а логический 00,8 В . Неопределенность от 0,8 до 2 В.

4. Потребляемая мощность 10 МВт на один вентиль.

5. Коэффициент разветвления по выходу 40.

6. Задержка распространения сигнала 10 нс.

7. Максимальный входной ток ( при UВХ=0,4 В ) 1,6 мА.

8 Минимальный выходной ток (ток стока) при UВЫХ= --16 мА..

9.4 Микросхемы последовательного тип

9.4.1 Интегральные триггеры

В отличие от комбинационных логических схем, триггеры - это последовательностные схемы, т.е. устройства с памятью. Их выходные сигналы зависят не только от сигналов на входах в данный момент времени, но и от ранее воздействовавших сигналов.

Типы триггеров в зависимости от способов управления:

1. Асинхронные или не тактируемые.

2. Синхронные или тактируемые.

Изменение состояние асинхронного триггера происходит сразу же после изменения сигналов на его управляющих входах.

У синхронного триггера изменение состояния под действием управляющих сигналов возможно только при присутствии сигнала на специальном тактовом входе. Тактирование может осуществляться импульсом (т.е. потенциалом) или фронтом импульса (т.е. перепадом потенциала). Поэтому различают триггеры со статическим и динамическим управлением. Существуют такжеуниверсальные триггеры, которые могут работать как в тактируемом, так и в не тактируемом режиме. Чаще всего применяются синхронные триггеры, которые обладают большой помехоустойчивостью.

Типы триггеров в зависимости от функционального назначения:

1) RS - триггеры;

2) D - триггеры;

3) JK - триггеры;

4) T - триггеры.

На основе триггеров строятся счетчики, регистры, элементы памяти, которые составляют основу ЦВМ.

studfile.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о