Rakstā tiks aplūkota TTL loģika, kas joprojām tiek izmantota dažās tehnoloģiju nozarēs. Kopumā ir vairāki loģikas veidi: tranzistors-tranzistors (TTL), diode-tranzistors (DTL), pamatojoties uz MOS tranzistoriem (CMOS), kā arī uz bipolāriem tranzistoriem un CMOS. Pirmās plaši izmantotās mikroshēmas bija tās, kuras tika uzbūvētas, izmantojot TTL tehnoloģijas. Taču nevar ignorēt citus loģikas veidus, kas joprojām tiek izmantoti tehnoloģijās.
Diodes-tranzistora loģika
Izmantojot parastās pusvadītāju diodes, jūs varat iegūt visvienkāršāko loģisko elementu (diagramma ir parādīta zemāk). Šo elementu loģikā sauc par "2I". Kad jebkurai ieejai (vai abiem vienlaikus) tiek piemērots nulles potenciāls, caur rezistoru sāks plūst elektriskā strāva. Šajā gadījumā notiek ievērojams sprieguma kritums. Var secināt, ka elementa izejā potenciāls būs vienāds arvienība, ja tas tiek precīzi piemērots abām ieejām vienlaikus. Citiem vārdiem sakot, ar šādas shēmas palīdzību tiek realizēta loģiskā darbība "2AND".
Pusvadītāju diožu skaits nosaka, cik ieejas elementam būs. Izmantojot divus pusvadītājus, tiek realizēta ķēde "2I", trīs - "3I" utt. Mūsdienu mikroshēmās tiek ražots elements ar astoņām diodēm ("8I"). milzīgs DTL loģikas trūkums ir ļoti mazs kravnesības līmenis. Šī iemesla dēļ bipolārais tranzistora pastiprinātājs ir jāpievieno loģiskajam elementam.
Bet daudz ērtāk ir ieviest loģiku tranzistoros ar vairākiem papildu emitētājiem. Šādās TTL loģiskajās shēmās tiek izmantots vairāku emiteru tranzistors, nevis paralēli savienotas pusvadītāju diodes. Šis elements principā ir līdzīgs "2I". bet izejā augstu potenciāla līmeni var iegūt tikai tad, ja abām ieejām vienlaikus ir vienāda vērtība. Šajā gadījumā nav emitētāja strāvas, un pārejas tiek bloķētas. Attēlā parādīta tipiska loģiskā shēma, izmantojot tranzistorus.
Invertora shēmas uz loģiskajiem elementiem
Ar pastiprinātāja palīdzību izrādās invertē signālu komponenta izejā. "AND-NOT" tipa elementi ir norādīti gaisa kuģa sērijveida mikroshēmās. Piemēram, K155LA3 sērijas mikroshēmā ir "2I-NOT" tipa elementi četru gabalu apjomā. Pamatojoties uz šo elementu, tiek izgatavota invertora ierīce. Tiek izmantota viena pusvadītāju diode.
Ja nepieciešams apvienotvairāki "UN" tipa loģiskie elementi atbilstoši "OR" shēmām (vai ja nepieciešams realizēt loģiskos elementus "OR"), tad tranzistori ir jāsavieno paralēli diagrammā norādītajos punktos. Šajā gadījumā izejā tiek iegūta tikai viena kaskāde. Šajā fotoattēlā ir parādīts loģisks "2OR-NOT" tipa elements:
Šie elementi ir pieejami mikroshēmās, kuras apzīmē ar burtiem LR. Bet "OR-NOT" tipa TTL loģiku apzīmē ar saīsinājumu LE, piemēram, K153LE5. Tajā vienlaikus ir iebūvēti četri loģiskie elementi “2OR-NOT”.
IC loģikas līmeņi
Mūsdienu tehnoloģijās tiek izmantotas mikroshēmas ar TTL loģiku, kuras baro ar 3 un 5 V. Bet tikai loģiskais līmenis viens un nulle nav atkarīgs no sprieguma. Šī iemesla dēļ nav nepieciešama papildu mikroshēmu saskaņošana. Zemāk esošajā grafikā parādīts pieļaujamais sprieguma līmenis elementa izejā.
Spriegums nenoteiktā stāvoklī mikroshēmas ieejā, salīdzinot ar izeju, ir pieļaujams mazākās robežās. Un šis grafiks parāda loģiskās vienības un nulles līmeņu robežas TTL tipa mikroshēmām.
Šokija diodes ieslēgšana
Bet vienkāršiem tranzistoru slēdžiem ir viens liels trūkums - tiem ir piesātinājuma režīms, kad tie darbojas atvērtā stāvoklī. Lai liekie nesēji izšķīst un pusvadītājs nebūtu piesātināts, starp pamatni un kolektoru tiek ieslēgta pusvadītāju diode. Attēlā redzamsveids, kā savienot Šotkija diodi un tranzistoru.
Šotkija diodes sprieguma slieksnis ir aptuveni 0,2–0,4 V, savukārt silīcija p-n savienojuma sprieguma slieksnis ir vismaz 0,7 V. Un tas ir daudz mazāks nekā mazākuma nesēju kalpošanas laiks pusvadītāju kristāls. Šotkija diode ļauj saglabāt tranzistoru zemā krustojuma atvēršanas sliekšņa dēļ. Šī iemesla dēļ triode nevar pāriet režīmā.
Kādas ir TTL mikroshēmu saimes
Parasti šāda veida mikroshēmas darbina no 5 V avotiem. Ir vietējie elementu ārzemju analogi - SN74 sērija. Bet pēc sērijas nāk cipars, kas norāda loģisko komponentu skaitu un veidu. SN74S00 mikroshēmā ir 2I-NOT loģiskie elementi. Ir mikroshēmas, kuru temperatūras diapazons ir paplašināts - iekšzemes K133 un ārvalstu SN54.
Krievu mikroshēmas, kas pēc sastāva līdzīgas SN74, tika ražotas ar apzīmējumu K134. Ārvalstu mikroshēmām, kuru jaudas patēriņš un ātrums ir mazs, beigās ir burts L. Ārvalstu mikroshēmām ar burtu S beigās ir iekšzemes ekvivalenti, kuros skaitlis 1 ir aizstāts ar 5. Piemēram, labi zināmais K555 vai K531. Mūsdienās tiek ražotas vairāku veidu K1533 sērijas mikroshēmas, kuru ātrums un jaudas patēriņš ir ļoti zems.
CMOS loģikas vārti
Mikroshēmas, kurām ir komplementāri tranzistori, ir balstītas uz MOS elementiem ar p- un n-kanāliem. Ar viena palīdzībupotenciāls, atveras p-kanāla tranzistors. Kad veidojas loģiskais "1", augšējais tranzistors atveras un apakšējais aizveras. Šajā gadījumā caur mikroshēmu neplūst strāva. Kad veidojas "0", apakšējais tranzistors atveras un augšējais aizveras. Šajā gadījumā strāva plūst caur mikroshēmu. Vienkāršākā loģiskā elementa piemērs ir invertors.
Lūdzu, ņemiet vērā, ka CMOS IC nepatērē strāvu statiskā režīmā. Pašreizējais patēriņš sākas tikai pārejot no viena stāvokļa uz citu loģisko elementu. TTL loģikai šādiem elementiem raksturīgs zems enerģijas patēriņš. Attēlā parādīta "NAND" tipa elementa diagramma, kas sastādīta uz CMOS tranzistoriem.
Aktīvās slodzes ķēde ir veidota uz diviem tranzistoriem. Ja nepieciešams veidot augstu potenciālu, šie pusvadītāji atveras, un zemais aizveras. Lūdzu, ņemiet vērā, ka tranzistoru-tranzistoru loģika (TTL) ir balstīta uz taustiņu darbību. Augšdelma pusvadītāji atveras, bet apakšdelmā tie aizveras. Šādā gadījumā statiskā režīmā mikroshēma nepatērēs strāvu no strāvas avota.
