מהי טרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה (TTL) והעבודה שלה

שערי לוגיקה כמו NAND, NOR משמשים ביישומים יומיומיים לביצוע פעולות לוגיות. השערים מיוצרים באמצעות התקני מוליכים למחצה כמו BJT, דיודות או FET. שערים שונים נבנים באמצעות מעגלים משולבים. מעגלי לוגיקה דיגיטליים מיוצרים בהתאם לטכנולוגיית המעגלים הספציפיים או למשפחות ההיגיון. משפחות ההיגיון השונות הן RTL (טרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה), DTL (דיודה טרנזיסטור לוגיקה), TTL (טרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה), ECL (לוגיקה משולבת פולט) ו- CMOS (לוגיקה מוליכים למחצה של תחמוצת מתכת משלימה). מתוך אלה, לעתים רחוקות משתמשים ב- RTL ו- DTL. מאמר זה דן בסקירה כללית של א טרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה או TTL .

טרנזיסטור-טרנזיסטור לוגיקה היסטוריה

הלוגיקה של TTL או טרנזיסטור-טרנזיסטור הומצאה בשנת 1961 על ידי 'ג'יימס ל 'בוי מ- TRW'. זה מתאים לפיתוח מעגלים משולבים חדשים. השם האמיתי של TTL זה הוא TCTL שפירושו לוגיקה של טרנזיסטור צמוד טרנזיסטור. בשנת 1963 תוכננו מכשירי ה- TTL המסחריים הראשונים שתוכננו על ידי 'סילבניה' המכונה SUHL או 'משפחת סילבניה לוגיקה אוניברסלית ברמה גבוהה'.

לאחר שמהנדסי המכשירים בטקסס השיקו את מכשירי ה- IC מסדרת 5400 בשנת 1964 עם טווח הטמפרטורה הצבאית, אז טרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה הפך פופולרי מאוד. לאחר מכן, סדרת 7400 הושקה בטווח צר יותר בשנת 1966.

החלקים התואמים של 7400 המשפחות שהושקו על ידי מכשירי טקסס תוכננו על ידי כמה חברות כמו National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa, וכו 'הייצור היחיד והיחיד. חברה כמו יבמ הושקה במעגלים שאינם תואמים באמצעות TTL לשימושם האישי.

טרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה הוחל על דורות לוגיקה דו-קוטביים רבים על ידי שיפור לאט של המהירות, כמו גם את ניצול הכוח במשך כשני עשורים. בדרך כלל, כל שבב TTL כולל מאות טרנזיסטורים. באופן כללי, פונקציות בחבילה אחת נעות בין שערי לוגיקה למיקרו-מעבד.
המחשב האישי הראשון כמו Kenbak-1 שימש טרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה עבור המעבד שלו כחלופה למיקרו-מעבד. בשנת 1970 נעשה שימוש במרכיבי TTL ב- Datapoint 2200 והוא היה הבסיס עבור 8008 ואחריו ערכת ההוראות x86.

GUI שהוצג על ידי Xerox אלט בשנת 1973 כמו גם תחנות עבודה של Star בשנת 1981 שימשו במעגלי TTL המשולבים ברמת ALU.

מהו טרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה (TTL)?

טרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה (TTL) היא משפחת לוגיקה המורכבת מ- BJT (טרנזיסטורי צומת דו קוטבית). כפי שהשם מרמז, הטרנזיסטור מבצע שתי פונקציות כמו הגיון כמו גם הגברה. הדוגמאות הטובות ביותר ל- TTL הן שערים לוגיים כלומר שער 7402 NOR ושער NAND 7400.

לוגיקת TTL כוללת מספר טרנזיסטורים הכוללים מספר פולטות וכן מספר תשומות. סוגי ההיגיון של TTL או טרנזיסטור-טרנזיסטור כוללים בעיקר TTL סטנדרטי, TTL מהיר, Schottky TTL, TTL הספק גבוה, TTL הספק נמוך ו- Schottky TTL מתקדם.

תכנון שערים לוגיים של TTL יכול להתבצע עם נגדים ו- BJT. ישנן מספר גרסאות של TTL שפותחו למטרות שונות כגון חבילות TTL מוקשות קרינה ליישומי חלל ודיודות שוטקי בעלות צריכת חשמל נמוכה שיכולות לספק שילוב מעולה של מהירות וצריכת חשמל פחותה.

סוגי לוגיקה טרנזיסטור-טרנזיסטור

TTLs זמינים בסוגים שונים והסיווג שלהם נעשה על פי הפלט כדלקמן.

• TTL סטנדרטי
• TTL מהיר
• שוטקי TTL
• TTL הספק גבוה
• צריכת חשמל נמוכה TTL
• שוטקי TTL מתקדם.

TTL בעל הספק נמוך פועל במהירות מיתוג של 33ns כדי להפחית את צריכת החשמל כמו 1 mW. נכון לעכשיו זה הוחלף באמצעות לוגיקה של CMOS. TTL במהירות גבוהה יש מעבר מהיר יותר בהשוואה ל- TTL רגיל כמו 6ns. עם זאת, יש לו פיזור הספק גבוה כמו 22 mW.

Schottky TTL הושק בשנת 1969 והוא משמש למניעת אחסון מטען כדי לשפר את זמן המעבר באמצעות מלחציים של דיודות שוטקי במסוף השער. מסופי שער אלה פועלים ב- 3ns אולם הוא כולל פיזור הספק גבוה כמו 19 mW

TTL בהספק נמוך משתמש בערכי התנגדות גבוהים מ- TTL בהספק נמוך. דיודות שוטקי יספקו שילוב טוב של מהירות, כמו גם ירידה בשימוש בהספק כמו 2 מוואט. זהו הסוג הכללי ביותר של TTL, המשמש כמו הגיון דבק במיקרו מחשבים, בעצם מחליף את משפחות המשנה בעבר כמו L, H & S.

TTL המהיר משמש להגדלת המעבר מנמוך לגבוה. משפחות אלה הגיעו ל- PDP של 4pJ ו- 10 pJ, בהתאמה. LVTTL או TTL במתח נמוך עבור ספקי 3.3V וכן ממשק זיכרון.

רוב המעצבים מספקים טווחי טמפרטורה מסחריים כמו גם נרחבים. לדוגמא, טווח הטמפרטורות של חלקי סדרה של 7400 מטקסס אינסטרומנטס נע בין 0 - 70 מעלות צלזיוס, כמו גם טווח הטמפרטורות של סדרת 5400 הוא בין -55 ל +125 מעלות צלזיוס. החלקים בעלי אמינות גבוהה ואיכות מיוחדת נגישים ליישומי חלל וצבא ואילו מכשירי הקרינה מסדרת SNJ54 משמשים ביישומי חלל.

מאפייני TTL

המאפיינים של TTL כוללים את הדברים הבאים.

1. מאוורר החוצה: מספר העומסים שהפלט של GATE יכול לנהוג מבלי להשפיע על הביצועים הרגילים שלו. לפי עומס אנו מתכוונים לכמות הזרם הנדרשת על ידי קלט שער אחר המחובר לפלט של השער הנתון.
2. פיזור כוח: זה מייצג את כמות הכוח הדרושה למכשיר. הוא נמדד ב- mW. זה בדרך כלל תוצר של מתח אספקה ​​וכמות הזרם הממוצע הנמשך כאשר התפוקה גבוהה או נמוכה.
3. עיכוב התפשטות: זה מייצג את זמן המעבר שעובר כאשר רמת הקלט משתנה. העיכוב שמתרחש כדי שהפלט יבצע את המעבר שלו הוא עיכוב ההפצה.
4. שולי רעש: הוא מייצג את כמות מתח הרעש המותר בכניסה, שאינו משפיע על הפלט הסטנדרטי.
   

סיווג לוגיקה טרנזיסטור-טרנזיסטור

זו משפחה הגיונית המורכבת לחלוטין מטרנזיסטורים. היא מעסיקה טרנזיסטור עם פולטות מרובות. מסחרית זה מתחיל מסדרת 74 כמו 7404, 74S86 וכו '. היא נבנתה בשנת 1961 על ידי ג'יימס לואי ושימשה באופן מסחרי בתכנון לוגי בשנת 1963. TTL מסווגים על פי התפוקה.

פתח פלט אספן

המאפיין העיקרי הוא שהפלט שלו הוא 0 כשהוא נמוך וצף כשהוא גבוה. בדרך כלל, ניתן להחיל Vcc חיצוני.

פלט אספן פתוח של טרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה

טרנזיסטור Q1 מתנהג כאשכול דיודות המוצב גב אל גב. כאשר כל אחד מהקלטים בהיגיון נמוך, צומת בסיס הפולט המתאים מוטה קדימה וירידת המתח על בסיס בסיס Q1 היא סביב 0.9 וולט, לא מספיק כדי שהטרנזיסטורים Q2 ו- Q3 יתנהלו. לפיכך הפלט הוא צף או Vcc, כלומר רמה גבוהה.

באופן דומה, כאשר כל הקלטים גבוהים, כל צמתי פולט הבסיס של Q1 מוטים הפוך והטרנזיסטור Q2 ו- Q3 מקבלים מספיק זרם בסיס ונמצאים במצב רוויה. התפוקה נמוכה בהיגיון. (כדי שטרנזיסטור יעבור לרוויה, זרם הקולט צריך להיות גדול מ- β מזרם הבסיס).

יישומים

היישומים של פלט אספן פתוח כוללים את הדברים הבאים.

• במנורות נהיגה או ממסרים
• בביצוע לוגיקה קווית
• בבניית מערכת אוטובוסים משותפת

פלט מוט מוט

מוט טוטם פירושו תוספת של משיכה פעילה במעגל בפלט השער, מה שמביא להפחתת עיכוב התפשטות.

פלט מוט טוטל TTL

פעולת ההיגיון זהה לפלט האספן הפתוח. השימוש בטרנזיסטורים Q4 ודיודה הוא לספק טעינה מהירה ופריקה של קיבול טפילי לאורך Q3. הנגד משמש כדי לשמור על זרם המוצא לערך בטוח.

שלוש מדינות שער

הוא מספק פלט של 3 מצבים כמו הבא

• מצב ברמה נמוכה כאשר טרנזיסטור תחתון פועל וטרנזיסטור עליון כבוי.
• מצב ברמה גבוהה כאשר הטרנזיסטור התחתון כבוי והטרנזיסטור העליון פועל.
• מצב שלישי כאשר שני הטרנזיסטורים כבויים. זה מאפשר חיבור חוט ישיר של תפוקות רבות.

טרנזיסטור טרנזיסטור של שלושה מדינות

תכונות משפחתיות TTL

התכונות של משפחת TTL כוללות את הדברים הבאים.

• הגיון נמוך בהיגיון הוא 0 או 0.2 וולט.
• היגיון ברמה גבוהה הוא 5V.
• מאוורר טיפוסי מתוך 10. זה אומר שהוא יכול לתמוך לכל היותר בעשרה שערים בפלט שלו.
• מכשיר TTL בסיסי שואב הספק של כמעט 10 מילוואט, מה שמפחית בשימוש במכשירי שוטקי.
• עיכוב התפשטות ממוצע הוא כ- 9ns.
• שולי הרעש הם כ 0.4V.

סדרת TTL IC

מכוני TTL מתחילים בעיקר בסדרה 7. יש לה 6 תת-משפחות שניתנו כ:

1. מכשיר צריכת חשמל נמוכה עם עיכוב התפשטות של 35 ns ופיזור הספק של 1mW.
2. שוטקי בהספק נמוך מכשיר עם עיכוב של 9ns
3. מכשיר Schottky מתקדם עם עיכוב של 1.5ns.
4. שוטקי מתקדם בהספק נמוך מכשיר עם עיכוב של 4 ns ופיזור הספק של 1mW.

בכל שמות מכשיר TTL, שני השמות הראשונים מציינים את שם משפחת המשנה אליה שייך המכשיר. שתי הספרות הראשונות מציינות את טווח הפעולה של הטמפרטורה. שתי האלפביתות הבאות מציינות את תת-המשפחה אליה שייך המכשיר. שתי הספרות האחרונות מציינות את פונקציית הלוגיקה המבוצעת על ידי השבב. הדוגמאות הן 74LS02- 2 לא כניסה NOR כניסה, 74LS10- משולש 3 כניסה NAND שער.

מעגלי TTL אופייניים

שערי לוגיקה משמשים בחיי היומיום ביישומים כמו מייבש כביסה, מדפסת מחשב, פעמון דלת וכו '.

שלושת שערי הלוגיקה הבסיסיים המיושמים באמצעות לוגיקת TTL מובאים להלן: -

שער NOR

נניח שקלט A נמצא בהיגיון גבוה, צומת הפולט-בסיס של הטרנזיסטור המתאים מוטה לאחור, וצומת אספן הבסיס מוטה קדימה. טרנזיסטור Q3 מקבל זרם בסיס ממתח אספקה ​​Vcc ועובר לרוויה. כתוצאה ממתח אספן נמוך מ- Q3, הטרנזיסטור Q5 מנותק ומצד שני, אם קלט אחר נמוך, Q4 מנותק ובהתאם Q5 מנותק והיציאה מחוברת ישירות לקרקע דרך הטרנזיסטור Q3 . באופן דומה, כאשר שתי התשומות נמוכות מבחינה לוגית, הפלט יהיה גבוה בהיגיון.

NOR שער TTL

לא שער

כאשר הקלט נמוך, צומת הפולט הבסיסי מוטה קדימה, וצומת אספן הבסיס מוטה לאחור. כתוצאה מנותק טרנזיסטור Q2 וגם טרנזיסטור Q4 מנותק. טרנזיסטור Q3 עובר לרוויה ודיודה D2 מתחילה להתנהל והפלט מחובר ל- Vcc ועובר ללוגיקה גבוהה. באופן דומה, כאשר הקלט הוא בהיגיון גבוה, התפוקה נמוכה בהיגיון.

לא שער TTL

השוואה בין TTL למשפחות לוגיות אחרות

ככלל, התקני TTL משתמשים יותר בהספק בהשוואה למכשירי CMOS, אך ניצול החשמל אינו משתפר במהירות השעון למכשירי CMOS. בהשוואה למעגלי ECL הנוכחיים, ההיגיון הטרנזיסטורי-טרנזיסטורי משתמש בהספק נמוך אך יש לו כללי תכנון פשוטים אך הוא איטי משמעותית.

יצרנים יכולים לאחד התקני TTL ו- ECL בתוך אותה מערכת כדי להשיג את הביצועים הטובים ביותר, אך התקנים כמו העברת מפלסים הם הכרחיים בין שתי משפחות ההיגיון. TTL רגיש נמוך לנזק כתוצאה מהפריקה אלקטרוסטטית בהשוואה למכשירי CMOS מוקדמים.

בגלל מבנה ה- o / p של מכשיר ה- TTL, עכבת ה- o / p היא א-סימטרית בין המצבים הנמוכים והגבוהים כדי להפוך אותם לבלתי הולמים להניע קווי תמסורת. בדרך כלל, החיסרון הזה מתגבר באמצעות חציצה של ה- o / p באמצעות התקני דרייבר-קו מיוחדים בכל מקום שבו האותות דורשים העברה בכל הכבלים.

מבנה ה- o / p של מוט הטוטם של TTL לעיתים קרובות חפיפה מהירה ברגע שני הטרנזיסטורים הגבוהים והנמוכים יותר מוליכים, מה שמביא לאות משמעותי של זרם שנשאב מאספקת החשמל.

אותות אלה יכולים להתחבר בשיטות פתאומיות בין כמה חבילות IC, מה שמביא לביצועים נמוכים יותר ולרמת רעש מופחתת. באופן כללי, מערכות ה- TTL משתמשות בקבל ניתוק של כל אחת אחרת לשתי חבילות IC, כך שאות זרם משבב TTL אחד אינו מפחית את מתח אספקת המתח לרגע אחר.

נכון לעכשיו, מעצבים רבים המספקים מקבילות לוגיות של CMOS דרך רמות i / p & o / p של TTL תואמות באמצעות מספרי חלקים שקשורים לרכיב ה- TTL המתאים כולל אותם pinouts. כך למשל, סדרת 74HCT00 תספק מספר חלופות נפילה עבור חלקי 7400 סדרות דו-קוטביות, אולם היא משתמשת בטכנולוגיית CMOS.

ההשוואה בין TTL למשפחות לוגיות אחרות מבחינת מפרטים שונים כוללת את הדברים הבאים.

מהפך לוגי טרנזיסטור-טרנזיסטור

התקני הטרנזיסטור טרנזיסטור לוגיקה (TTL) החליפו את לוגיקת הטרנזיסטור של הדיודה (DTL) מכיוון שהם עובדים מהר יותר וזולים יותר לתפקוד. ה- NAND IC עם כניסת Quad 2 משתמש במכשיר TTL 7400 לעיצוב מגוון רחב של מעגלים המשמשים כמהפך.

בתרשים המעגל למעלה משתמשים בשערי NAND בתוך ה- IC. אז בחרו במתג A להפעלת המעגל ואז תוכלו להבחין ששתי הנוריות במעגל יכבו. כאשר התפוקה נמוכה, אז הקלט צריך להיות גבוה. לאחר מכן, בחר במתג B ואז שתי הנוריות נדלקות.

כאשר מתג A בחר אז שתי הכניסות של שער ה- NAND יהיו גבוהות, כלומר התפוקה של שערי הלוגיקה תהיה פחותה. כאשר נבחר מתג B אז הקלטים לא יהיו גבוהים במשך זמן רב והנורות נדלקות.

יתרונות וחסרונות

היתרונות של החסרונות של TTL כוללים את הדברים הבאים.

היתרון העיקרי של TTL הוא שאנחנו יכולים להתממשק בקלות עם מעגלים אחרים ויכולת לייצר פונקציות לוגיות קשות בגלל רמות מתח מסוימות וכן שולי רעש טובים ל- TTL יש תכונות טובות כמו מאוורר, כלומר מספר אותות ה- i / p ניתן לקבל באמצעות קלט.

ה- TTL חסין בעיקר מפגיעות מפליטות חשמל נייחות שאינן כמו CMOS ובהשוואה ל- CMOS אלה חסכוניים. החיסרון העיקרי של TTL הוא ניצול זרם גבוה. הדרישות הנוכחיות הגבוהות של ה- TTL עלולות להוביל לתפקוד פוגעני מכיוון שמצבי ה- o / p יושבתו. גם עם גרסאות TTL שונות בעלות צריכת זרם נמוכה תהיה תחרותית ל- CMOS.

עם הגעתו של CMOS, יישומי TTL הוחלפו באמצעות CMOS. אבל, TTL עדיין משמש ביישומים מכיוון שהם חזקים למדי ושערי ההיגיון זולים למדי.

יישומי TTL

היישומים של TTL כוללים את הדברים הבאים.

• משמש ביישום בקר למתן 0 עד 5 וולטים
• משמש כמכשיר מיתוג במנורות וממסרים
• משמש במעבדים של מחשבים מיני כמו DEC VAX
• משמש במדפסות ובמסופי תצוגת וידאו

לפיכך, מדובר בכל סקירה כללית של לוגיקת TTL או טרנזיסטור-טרנזיסטור . זוהי קבוצה של ICs השומרת על מצבי לוגיקה וכן על מנת לעבור באמצעות BJTs. TTL היא אחת הסיבות לכך שנעשה שימוש כה נרחב ב- IC מכיוון שהם זולים, מהירים ואמינות גבוהה יותר בהשוואה ל- TTL ו- DTL. TTL משתמש בטרנזיסטורים דרך כמה פולטות בשערים שיש להם כמה כניסות. הנה שאלה עבורך, מהן קטגוריות המשנה של לוגיקת טרנזיסטור טרנזיסטור?