U članku će se razmatrati TTL logika, koja se još uvijek koristi u nekim granama tehnologije. Ukupno postoji nekoliko vrsta logike: tranzistor-tranzistor (TTL), dioda-tranzistor (DTL), baziran na MOS tranzistorima (CMOS), kao i na bazi bipolarnih tranzistori i CMOS. Prvi mikro krugovi koji su bili široko korišteni bili su oni koji su izgrađeni pomoću TTL tehnologije. Ali druge vrste logike koje se još uvijek koriste u tehnologiji ne mogu se zanemariti.
Diodno-tranzistorska logika
Upotrebom običnih poluvodičkih dioda možete dobiti najjednostavniji logički element (dijagram je prikazan ispod). Ovaj element u logici naziva se "2I". Kada se na bilo koji ulaz primijeni nulti potencijal (ili oba odjednom), električna struja će početi teći kroz otpornik. U tom slučaju dolazi do značajnog pada napona. Može se zaključiti da će na izlazu elementa potencijal biti jednakjedinica, ako se to točno primjenjuje na oba ulaza u isto vrijeme. Drugim riječima, uz pomoć takve sheme implementira se logička operacija "2AND".
Broj poluvodičkih dioda određuje koliko će ulaza element imati. Kada se koriste dva poluvodiča, implementiran je krug "2I", tri - "3I" itd. U modernim mikro krugovima proizvodi se element s osam dioda ("8I"). veliki nedostatak DTL logike je vrlo mala razina nosivosti. Iz tog razloga, bipolarno tranzistorsko pojačalo mora biti spojeno na logički element.
Ali mnogo je prikladnije implementirati logiku na tranzistori s nekoliko dodatnih emitera. U takvim TTL logičkim sklopovima koristi se tranzistor s više emitera, a ne paralelno spojene poluvodičke diode. Ovaj element je u principu sličan "2I". ali na izlazu se visoka razina potencijala može dobiti samo ako dva ulaza imaju istu vrijednost u isto vrijeme. U ovom slučaju nema struje emitera, a prijelazi su blokirani. Slika prikazuje tipičan logički sklop koji koristi tranzistore.
Inverterski krugovi na logičkim elementima
Uz pomoć pojačala ispada da invertuje signal na izlazu komponente. Elementi tipa "AND-NE" naznačeni su u serijskim mikro krugovima zrakoplova. Na primjer, mikrosklop serije K155LA3 u svom dizajnu ima elemente tipa "2I-NOT" u količini od četiri komada. Na temelju ovog elementa izrađuje se inverterski uređaj. Ovo koristi jednu poluvodičku diodu.
Ako se trebate spojitinekoliko logičkih elemenata tipa "AND" prema krugovima "ILI" (ili ako je potrebno implementirati logičke elemente "ILI"), tada tranzistori moraju biti spojeni paralelno u točkama naznačenim na dijagramu. U ovom slučaju na izlazu se dobiva samo jedna kaskada. Logički element tipa "2ILI-NE" prikazan je na ovoj fotografiji:
Ovi elementi su dostupni u mikro krugovima, koji su označeni slovima LR. Ali TTL logika tipa "ILI-NE" označena je skraćenicom LE, na primjer, K153LE5. Ima četiri logička elementa "2ILI-NE" ugrađena odjednom.
IC logičke razine
U modernoj tehnologiji koriste se mikro krugovi s TTL logikom, koji se napajaju od 3 i 5 V. Ali samo logička razina jedan i nula ne ovisi o naponu. Iz tog razloga nema potrebe za dodatnim usklađivanjem mikro krugova. Grafikon ispod prikazuje dopuštenu razinu napona na izlazu elementa.
Napon u nesigurnom stanju na ulazu mikrosklopa, u usporedbi s izlazom, dopušten je u manjim granicama. A ovaj grafikon pokazuje granice razina logičke jedinice i nule za mikro krugove tipa TTL.
Uključivanje Schottky diode
Ali jednostavni tranzistorski prekidači imaju jedan veliki nedostatak - imaju način zasićenja kada rade u otvorenom stanju. Kako bi se višak nosača otopio i poluvodič ne bi bio zasićen, između baze i kolektora se uključuje poluvodička dioda. Slika pokazujenačin povezivanja Schottky diode i tranzistora.
A Schottky dioda ima prag napona od oko 0,2-0,4 V, dok silicijski p-n spoj ima prag napona od najmanje 0,7 V. A to je mnogo manje od vijeka trajanja manjinskog tipa nosioca u poluvodički kristal. Schottky dioda omogućuje vam da zadržite tranzistor zbog niskog praga za otvaranje spoja. Iz tog razloga je spriječen ulazak triode u način rada.
Koje su obitelji TTL mikro krugova
Mikrokrugovi ovog tipa obično se napajaju iz izvora od 5 V. Postoje strani analozi domaćih elemenata - serija SN74. No nakon serije dolazi digitalni broj, koji označava broj i vrstu logičkih komponenti. Mikrokrug SN74S00 sadrži 2I-NOT logičke elemente. Postoje mikrokrugovi čiji je temperaturni raspon prošireniji - domaći K133 i strani SN54.
Ruski mikro krugovi, po sastavu slični SN74, proizvedeni su pod oznakom K134. Strani mikro krugovi, čija je potrošnja i brzina male, na kraju imaju slovo L. Strani mikro krugovi sa slovom S na kraju imaju domaće parnjake u kojima je broj 1 zamijenjen s 5. Na primjer, dobro poznati K555 ili K531. Danas se proizvodi nekoliko tipova mikro krugova serije K1533, u kojima su brzina i potrošnja energije vrlo niske.
CMOS logička vrata
Mikrokrugovi koji imaju komplementarne tranzistore temelje se na MOS elementima s p- i n-kanalima. Uz pomoć jednogpotencijala, otvara se p-kanalni tranzistor. Kada se formira logička "1", gornji se tranzistor otvara, a donji zatvara. U ovom slučaju, struja ne teče kroz mikrosklop. Kada se formira "0", donji se tranzistor otvara, a gornji zatvara. U tom slučaju struja teče kroz mikrosklop. Primjer najjednostavnijeg logičkog elementa je pretvarač.
Napominjemo da CMOS IC-ovi ne crpe struju u statičkom načinu rada. Potrošnja struje počinje tek pri prelasku iz jednog stanja u drugi logički element. TTL logiku na takvim elementima karakterizira niska potrošnja energije. Slika prikazuje dijagram elementa tipa "NAND", sastavljen na CMOS tranzistorima.
Aktivni krug opterećenja izgrađen je na dva tranzistora. Ako je potrebno formirati veliki potencijal, ti se poluvodiči otvaraju, a nizak se zatvara. Imajte na umu da se logika tranzistor-tranzistor (TTL) temelji na radu tipki. Poluvodiči u nadlaktici se otvaraju, a u donjoj se zatvaraju. U ovom slučaju, u statičkom načinu rada, mikrosklop neće trošiti struju iz izvora napajanja.
