Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)

Основой транзисторно-транзисторной логики является базовый элемент на основе многоэмиттерного транзистора Т1 (рис. 13.10), который легко реализуется в едином технологическом цикле с транзистором Т2.

В ТТЛ-логике многоэмиттерный транзистор осуществляет в положительной логике операцию И, а на транзисторе Т2 собран инвертор. Таким образом, по данной схеме реализован И–НЕ.

В случае подачи на все входы схемы высокого потенциала, все переходы эмиттер–база транзистора Т1 окажутся запертыми так как потенциал в точке A примерно равен входным сигналам. В то же время, переход база–коллектор будет открытым, поэтому по цепи E_п – R₁ – база Т1 – коллектор Т1 – база Т2 – эмиттер Т2 – корпус течет ток I_{б нас}, который открывает транзистор Т2 и вводит его в насыщение.

Рис. 13.10. Базовый элемент ТТЛ

При подаче низкого потенциала логического нуля хотя бы на

один из входовоткрывается этот переход эмиттер–база транзистора Т1, появляется значительный ток I_э и потенциал в точке A, равный , приближается к нулевому. Разность потенциалов между базой и эмиттером Т2 также становится равной нулю, ток I_б транзистора Т2 прекращается, и он закрывается (переходит в режим отсечки). В результате выходное напряжение приобретает значение, равное напряжению питания (логической единицы).

Входные диоды Д1, … , ДN предназначены для демпфирования (отсечки) отрицательных колебаний, которые могут присутствовать во входных сигналах за счет паразитных элементов предыдущих каскадов.

Существенным недостатком рассмотренной схемы элемента И–НЕ являются низкие нагрузочная способность и экономичность ее инвертора, поэтому в практических схемах используют более сложный инвертор.

Широкое применение эта серия получила с использованием элементов транзисторах Шоттки с повышенным быстродействием за счет уменьшения задержки выключения ключей. По принципу действия базовый элемент ТТЛШ аналогичен ТТЛ-элементу.

Кроме рассмотренной базовой схемы, есть элемент «И-НЕ» с открытым коллекторам ( рис. 2. 8, а), его условное обозначение приведено на рис. 2.8, б. Для получения функции «И-НЕ» в коллектор включается резистор 1…3 кОм, к которому подводится напряжение питания (рис. 13.11, в). Такие устройства используются в основном в цепях индикации, где в качестве нагрузки используется лампочка накаливания или светодиод (рис. 13.11, г). Они могут использоваться в качестве буферных каскадов, допускают объединение по выходу для получения функции «ИЛИ».

Рис. 13.11

Для расширения возможностей одной микросхемы выпускаются логические ячейки, выполняющие три логические функции «И-ИЛИ-НЕ». Примером может служить микросхема К155ЛР1 (рис. 13.12, а), ее условное графическое обозначение – рис. 13.12, б.

Рис. 13.12

Функцию «И» на входе выполняют многоэмиттерные транзисторы VT1 и VТ4, а «ИЛИ-НЕ» – нормально включенные транзисторы VT2 и VТ3, которые являются также фазорасщепляющими каскадами. При появлении на всех входах одного из МЭТ (или одновременно обоих) уровня логической «1» один из транзисторов фазорасщепляющего каскада (или оба) будет открытым. На выходе «Y» в этом случае будет уровень логического «0», т.е. данная «ИС» выполняет функцию: .

Интегральная инжекционная логика (И²Л)

Схемы И²Л не имеют аналогов в дискретных транзисторных схемах, т. е. характерны именно для интегрального исполнения. Основой И²Л элементов является инвертор (рис. 13.13), составленный из двух транзисторов.

Рис. 13.13. Базовый элемент инжекционной логики

Транзистор Т1 является транзистором n-p-n типа, а транзистор Т2 – p-n-p типа, причем одна из областей n-типа является как базой транзистора Т1, называемого инжектором (отсюда и название логики), так и эмиттером транзистора Т2, а база транзистора Т2 является коллектором инжектора. Функционально транзистор Т1 выполняет роль нагрузочного резистора, а Т2 – полупроводникового ключа.

Выходной транзистор – многоколлекторный, что обеспечивает развязку выходов друг от друга.

Если ключевой транзистор предыдущей схемы открыт, то через него замыкается на корпус ток I_к транзистора Т1, заданный внешним источником тока, и не поступает в базу транзистора Т2, оставляя его закрытым.

Если же ключевой транзистор предыдущей схемы заперт, то ток I_к потечет в базу Т2 и вызовет его открывание. Таким образом рассматриваемый базовый элемент реализует операцию НЕ, принимая открытое состояние Т2 за нуль, а запертое – за единицу.

Соединив параллельно (рис. 13.13) два базовых элемента, можно получить реализацию базиса ИЛИ-НЕ.

В качестве источников тока питания I_ип служат генераторы токов на p-n-p транзисторах, включенных по схеме с общей базой. Из-за отсутствия в схеме резисторов и общих для обоих транзисторов областей p и n-типа схема очень технологична и в интегральном исполнении позволяет достичь плотности упаковки в 50 раз выше, чем при ТТЛ технологии.

При напряжении питания 1,5 В значение высокого потенциала порядка 0,7 В, а низкого – 0,05 В. Так как транзистор Т1 представляет высокоомную нагрузку, потребляемая элементом мощность может быть снижена до чрезвычайно низкой величины (раз в 100 меньше, чем у ТТЛ-элементов). Поэтому элементы И²Л нашли широкое применение в БИС (серии КР582, 584).

В сериях ИС невысокой степени интеграции логика И²Л не эффективна из-за низкого логического перепада, равного 0,65 В, и поэтому, низкой помехоустойчивости. Кроме того, по быстродействию, вследствие глубокого насыщения транзисторов инвертора, И²Л-элементы уступают ТТЛШ-элементам.