Статията ще разгледа TTL логиката, която все още се използва в някои клонове на технологиите. Общо има няколко вида логика: транзистор-транзистор (TTL), диод-транзистор (DTL), базиран на MOS транзистори (CMOS), както и на базата на биполярни транзистори и CMOS. Първите микросхеми, които бяха широко използвани, бяха тези, които бяха изградени с помощта на TTL технологии. Но други видове логика, които все още се използват в технологиите, не могат да бъдат игнорирани.
Диодно-транзисторна логика
Използвайки обикновени полупроводникови диоди, можете да получите най-простия логически елемент (диаграмата е показана по-долу). Този елемент в логиката се нарича "2I". Когато се приложи нулев потенциал към всеки вход (или и двата наведнъж), тогава през резистора ще започне да тече електрически ток. В този случай възниква значителен спад на напрежението. Може да се заключи, че на изхода на елемента потенциалът ще бъде равен наединица, ако това е точно приложено към двата входа едновременно. С други думи, с помощта на такава схема се реализира логическата операция "2AND".
Броят на полупроводниковите диоди определя колко входа ще има елементът. При използване на два полупроводника се реализира веригата „2I“, три - „3I“и т.н. В съвременните микросхеми се произвежда елемент с осем диода („8I“). огромен недостатък на DTL логиката е много малкото ниво на товароносимост. Поради тази причина биполярният транзисторен усилвател трябва да бъде свързан към логическия елемент.
Но е много по-удобно да се приложи логика на транзистори с няколко допълнителни емитера. В такива TTL логически схеми се използва транзистор с много емитери, а не полупроводникови диоди, свързани паралелно. Този елемент е подобен по принцип на "2I". но на изхода може да се получи високо ниво на потенциал само ако двата входа имат една и съща стойност по едно и също време. В този случай няма емитерен ток и преходите са блокирани. Фигурата показва типична логическа схема, използваща транзистори.
Вериги на инвертора върху логически елементи
С помощта на усилвател се оказва, че инвертира сигнала на изхода на компонента. Елементи от типа "И-НЕ" са посочени в серийните микросхеми на самолета. Например, микросхема от серията K155LA3 има в дизайна си елементи от типа "2I-NOT" в размер на четири броя. Въз основа на този елемент се прави инверторно устройство. Това използва един полупроводников диод.
Ако трябва да обединитеняколко логически елемента от типа "И" според схемите "ИЛИ" (или ако е необходимо да се реализират логическите елементи "ИЛИ"), тогава транзисторите трябва да бъдат свързани паралелно в точките, посочени на диаграмата. В този случай на изхода се получава само една каскада. На тази снимка е показан логически елемент от типа "2ИЛИ-НЕ":
Тези елементи се предлагат в микросхеми, които се обозначават с буквите LR. Но TTL логиката от типа "OR-NOT" се обозначава със съкращението LE, например K153LE5. Той има четири вградени логически елемента „2OR-NOT“наведнъж.
логически нива на IC
В съвременните технологии се използват микросхеми с TTL логика, които се захранват от 3 и 5 V. Но само логическото ниво на единица и нула не зависи от напрежението. Поради тази причина няма нужда от допълнително съвпадение на микросхемите. Графиката по-долу показва допустимото ниво на напрежение на изхода на елемента.
Напрежението в несигурно състояние на входа на микросхемата, в сравнение с изхода, е допустимо в по-малки граници. И тази графика показва границите на нивата на логическа единица и нула за микросхеми тип TTL.
Включване на диода на Шотки
Но простите транзисторни превключватели имат един голям недостатък - те имат режим на насищане, когато работят в отворено състояние. За да се разтворят излишните носители и да не се насити полупроводникът, между основата и колектора се включва полупроводников диод. Фигурата показваначин за свързване на диод на Шотки и транзистор.
Диодът на Шотки има праг на напрежение от около 0,2-0,4 V, докато силициевият p-n преход има праг на напрежение от поне 0,7 V. И това е много по-малко от живота на малцинствен тип носители в полупроводников кристал. Диодът на Шотки ви позволява да запазите транзистора поради ниския праг за отваряне на кръстовището. Поради тази причина триодът не може да влезе в режим.
Какви са семействата на TTL микросхемите
Обикновено микросхемите от този тип се захранват от източници 5 V. Има чуждестранни аналози на вътрешни елементи - серия SN74. Но след серията идва цифров номер, който показва броя и вида на логическите компоненти. Микросхемата SN74S00 съдържа 2I-NOT логически елементи. Има микросхеми, чийто температурен диапазон е по-разширен - местни K133 и чуждестранни SN54.
Руски микросхеми, подобни по състав на SN74, са произведени под обозначението K134. Чуждестранните микросхеми, чиято консумация на енергия и скорост са ниски, имат в края буквата L. Чуждите микросхеми с буквата S в края имат вътрешни копия, в които числото 1 е заменено с 5. Например, добре познатият K555 или K531. Днес се произвеждат няколко вида микросхеми от серия K1533, в които скоростта и консумацията на енергия са много ниски.
CMOS логически порти
Микросхеми, които имат допълнителни транзистори, се основават на MOS елементи с p- и n-канали. С помощта на единпотенциал, отваря се p-канален транзистор. Когато се образува логическа "1", горният транзистор се отваря, а долният се затваря. В този случай ток не протича през микросхемата. Когато се образува "0", долният транзистор се отваря, а горният се затваря. В този случай токът протича през микросхемата. Пример за най-простия логически елемент е инвертор.
Моля, имайте предвид, че CMOS ИС не черпят ток в статичен режим. Консумацията на ток започва само при превключване от едно състояние в друго логически елемент. TTL логиката на такива елементи се характеризира с ниска консумация на енергия. Фигурата показва диаграма на елемент от типа "NAND", компилиран на CMOS транзистори.
Върху два транзистора е изградена верига с активно натоварване. Ако е необходимо да се образува висок потенциал, тези полупроводници се отварят, а нисък се затваря. Моля, имайте предвид, че транзисторно-транзисторната логика (TTL) се основава на действието на клавишите. Полупроводниците в горната част на рамото се отварят, а в долната се затварят. В този случай, в статичен режим, микросхемата няма да консумира ток от източника на захранване.
