2.3. Логические элементы транзисторно-транзисторной логики

Логические элементы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) изготавливаются на основе биполярных транзисторов. Название отражает тот факт, что транзисторы используются при изготовлении и входных цепей логических элементов, и их выходных цепей. К ним очень плотно примыкают микросхемы диодно-транзисторных технологий (ДТЛ), у которых входные цепи, обеспечивающие выполнение логической операции элемента, изготавливают на диодах, а выходные цепи, обеспечивающие сопряжение элементов между собой, изготавливают на основе транзисторов.

Микросхемы отдельных серий ТТЛ, в свою очередь, отличаются особенностями технологий.

Обычно по технологии ДТЛ делают функциональные элементы одноступенчатой логики, реализующие простейшие логические функции. Микросхемы двухступенчатой логики выполняют более сложные логические функции.

2.3.1. Входные каскады ттл микросхем

Во входных цепях логических ТТЛ микросхем используется многоэмиттерный транзистор (МЭТ), который представляет собой совокупность нескольких транзисторных структур, имеющих общий коллектор и несколько эмиттеров, которые не взаимодействуют непосредственно между собой. Функционирование входных цепей рассмотрим на примере функциональной ячейки «И-НЕ» (рис. 2.1). Если на все входы МЭТ поданы напряжения логической единицы (высокого уровня), то ток, задаваемый в базу через резистор R₁, поступает на базу транзистора T₂, открывая его. Если на один из входов МЭТ подано напряжение логического нуля, то ток, задаваемый в его базу через резистор R₁, течет в цепь этого эмиттера. При этом транзистор T₂ закрывается. Таким образом, ток входного сигнала логического нуля является вытекающим и источник этого сигнала должен обеспечить прохождение этого тока на общий провод.

Каскад на транзисторе T₂ выполняет функцию расщепителя фазы для двухтактного выходного каскада на транзисторах T₃ и T₄.

С остояния низкого уровня входов вентиля ТТЛ представляет собой токовую нагрузку для управляющего им источника сигнала (для «стандартных» элементов ТТЛ типовое значение составляет порядка 1 мА). Следовательно, для поддержания на входе низкого уровня необходимо обеспечить отвод тока. Поскольку выходные каскады схем ТТЛ обладают хорошей нагрузочной способностью, сопряжение между элементами ТТЛ не представляет проблемы, но она может возникнуть при подключении к схемам другого типа. Поделив выходной ток логического нуля на входной ток логического нуля, можно получить нагрузочную способность элемента.

Рис. 2-1. Упрощенная схема логического элемента И-НЕ

При построении схем на интегральных микросхемах используются не все их входы. На эти входы следует подавать либо логический ноль, либо единицу исходя из логики работы. У ТТЛ(Ш) строгого запрета на оставление свободными незадействованных входов нет, но такое решение ухудшает быстродействие элементов. Заметим, что на свободном входе устанавливается сигнал логической «1», так как вход имеет вытекающий ток. Поэтому для ТТЛ(Ш) микросхем рекомендуется подсоединять незадействованные входы к точкам схемы, имеющим постоянный уровень и не влияющим на работу задействованных входов. Так как уровни напряжений логической единицы и логического нуля совпадают с уровнями напряжения питания и «земли», к ним подключают неиспользуемые входы. У элементов ТТЛ(Ш) для предотвращения пробоев неиспользуемые входы, на которые подается логическая «1», подключают к источнику питания через токоограничивающий резистор ~ 1 кОм, при чем к одному резистору разрешается подключать до 20 входов.