Wat is Transistor Transistor Logic (TTL) en zijn werking

Logische poorten zoals NAND, NOR worden in dagelijkse toepassingen gebruikt voor het uitvoeren van logische bewerkingen. De poorten zijn vervaardigd met behulp van halfgeleiderapparaten zoals BJT, diodes of FET's. Verschillende Gate’s zijn geconstrueerd met behulp van geïntegreerde schakelingen. Digitale logische circuits worden vervaardigd afhankelijk van de specifieke circuittechnologie of logische families. De verschillende logicafamilies zijn RTL (Resistor Transistor Logic), DTL (Diode Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled Logic) en CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic). Hiervan worden RTL en DTL zelden gebruikt. Dit artikel bespreekt een overzicht van een Transistor-transistorlogica of TTL ​

Transistor-transistorlogica geschiedenis

De TTL of Transistor-Transistor Logic logica werd uitgevonden in 1961 door 'James L. Buie van TRW'. Het is geschikt voor het ontwikkelen van nieuwe geïntegreerde schakelingen. De eigenlijke naam van deze TTL is TCTL, wat transistor-gekoppelde transistorlogica betekent. In 1963 werden de eerste commerciële TTL-apparaten ontworpen door 'Sylvania', bekend als SUHL of 'Sylvania Universal High-Level Logic family'.

Nadat de Texas Instruments-ingenieurs in het jaar 1964 de IC's uit de 5400-serie lanceerden met het bereik van militaire temperatuur, werd de transistor-transistorlogica erg populair. Daarna werd de 7400-serie in 1966 via een kleiner bereik gelanceerd.

De compatibele onderdelen van de 7400-families gelanceerd door Texas Instruments zijn ontworpen door verschillende bedrijven zoals National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa, enz. bedrijf als IBM lanceerde niet-compatibele circuits met TTL voor eigen gebruik.

De transistor-transistorlogica werd toegepast op vele bipolaire logische generaties door de snelheid en het stroomverbruik gedurende ongeveer twee decennia langzaam te verbeteren. Gewoonlijk bevat elke TTL-chip honderden transistors. Over het algemeen variëren functies in één pakket van logische poorten tot een microprocessor.
De eerste pc zoals Kenbak-1 werd gebruikt als transistor-transistorlogica voor zijn CPU als alternatief voor een microprocessor. In het jaar 1970 werd het Datapoint 2200 gebruikt met TTL-componenten en het was de basis voor de 8008 en daarna de x86-instructieset.

De GUI geïntroduceerd door Xerox alto in het jaar 1973 en de Star-werkstations in het jaar 1981 waren TTL-circuits die zijn opgenomen op het niveau van ALU's.

Wat is transistor-transistorlogica (TTL)?

De Transistor-Transistor Logic (TTL) is een logische familie die bestaat uit BJT's (bipolaire junctie-transistors). Zoals de naam al doet vermoeden, vervult de transistor twee functies, zoals logica en versterking. De beste voorbeelden van TTL zijn logische poorten, namelijk de 7402 NOR Gate en de 7400 NAND-poort.

TTL-logica bevat verschillende transistors met verschillende emitters en verschillende ingangen. De typen TTL of transistor-transistorlogica omvatten voornamelijk standaard TTL, snelle TTL, Schottky TTL, hoog vermogen TTL, laag vermogen TTL en geavanceerde Schottky TTL.

Het ontwerpen van TTL-logische poorten kan worden gedaan met weerstanden en BJT's. Er zijn verschillende varianten van TTL die voor verschillende doeleinden zijn ontwikkeld, zoals de stralingsharde TTL-pakketten voor ruimtetoepassingen en Low power Schottky-diodes die een uitstekende combinatie van snelheid en lager energieverbruik kunnen bieden.

Typen transistor-transistorlogica

TTL's zijn beschikbaar in verschillende typen en hun classificatie gebeurt op basis van de uitvoer, zoals de volgende.

• Standaard TTL
• Snelle TTL
• Schottky TTL
• Krachtige TTL
• TTL met laag vermogen
• Geavanceerde Schottky TTL.

Low-power TTL werkt met een schakelsnelheid van 33ns om het stroomverbruik te verminderen, zoals 1 mW. Op dit moment werd dit vervangen door CMOS-logica. Snelle TTL heeft een snellere omschakeling in vergelijking met normale TTL zoals 6ns. Het heeft echter een hoge vermogensdissipatie zoals 22 mW.

Schottky TTL werd gelanceerd in het jaar 1969 en wordt gebruikt om de opslag van lading te vermijden om de schakeltijd te verlengen door Schottky-diodeklemmen op de poortterminal te gebruiken. Deze poortterminals werken in 3ns, maar bevatten een hoog vermogensverlies zoals 19 mW

TTL met laag vermogen gebruikt hoge weerstandswaarden van TTL met laag vermogen. De Schottky-diodes zorgen voor een goede mix van snelheid en een verminderd stroomverbruik, zoals 2 mW. Dit is het meest algemene type TTL, dat wordt gebruikt als lijmlogica in microcomputers, en vervangt in feite de eerdere subfamilies zoals L, H & S.

De snelle TTL wordt gebruikt om de overgang van laag naar hoog te vergroten. Deze families bereikten dienovereenkomstig PDP's van 4pJ en 10 pJ. LVTTL of laagspannings-TTL voor 3.3V voedingen en geheugeninterface.

De meeste ontwerpers bieden zowel commerciële als uitgebreide temperatuurbereiken. Het temperatuurbereik van onderdelen uit de 7400-serie van Texas Instruments varieert bijvoorbeeld van 0 - 70 ° C en het temperatuurbereik van de 5400-serie van −55 tot +125 ° C. De onderdelen met hoge betrouwbaarheid en speciale kwaliteit zijn toegankelijk voor lucht- en ruimtevaarttoepassingen, terwijl de stralingsapparaten uit de SNJ54-serie worden gebruikt in ruimtevaarttoepassingen.

Kenmerken van TTL

De kenmerken van TTL zijn onder meer de volgende.

1. Uitwaaieren: Het aantal belastingen dat de uitvoer van een GATE kan aandrijven zonder de normale prestaties te beïnvloeden. Met belasting bedoelen we de hoeveelheid stroom die nodig is voor de ingang van een andere poort die is aangesloten op de uitgang van de gegeven poort.
2. Vermogensverlies: Het geeft de hoeveelheid stroom weer die het apparaat nodig heeft. Het wordt gemeten in mW. Het is meestal het product van de voedingsspanning en de hoeveelheid gemiddelde stroom die wordt getrokken wanneer de output hoog of laag is.
3. Voortplantingsvertraging: Het vertegenwoordigt de overgangstijd die verstrijkt wanneer het ingangsniveau verandert. De vertraging die optreedt voordat de uitvoer zijn overgang maakt, is de voortplantingsvertraging.
4. Geluidsmarge: Het geeft de hoeveelheid ruisspanning weer die is toegestaan ​​aan de ingang, wat de standaarduitvoer niet beïnvloedt.
   

Classificatie van transistor-transistorlogica

Het is een logische familie die volledig uit transistors bestaat. Het maakt gebruik van een transistor met meerdere emitters. Commercieel begint het met de 74 series zoals de 7404, 74S86, etc. Het werd in 1961 gebouwd door James L Bui en commercieel gebruikt in logic design in 1963. TTL's worden geclassificeerd op basis van de output.

Open Collector-uitgang

Het belangrijkste kenmerk is dat de output 0 is als hij laag is en zwevend als hij hoog is. Meestal kan een externe Vcc worden toegepast.

Open Collector-uitgang van transistor-transistorlogica

Transistor Q1 gedraagt ​​zich als een cluster van diodes die rug aan rug zijn geplaatst. Met een van de input op logisch laag, is de corresponderende emitter-basisovergang voorwaarts voorgespannen en is de spanningsval over de basis van Q1 ongeveer 0,9 V, niet genoeg om de transistors Q2 en Q3 te geleiden. De uitvoer is dus zwevend of Vcc, d.w.z. hoog niveau.

Evenzo, wanneer alle ingangen hoog zijn, zijn alle basis-emitterovergangen van Q1 in tegengestelde richting voorgespannen en krijgen transistor Q2 en Q3 voldoende basisstroom en bevinden ze zich in verzadigingsmodus. De output is logisch laag. (Om een ​​transistor naar verzadiging te laten gaan, moet de collectorstroom groter zijn dan β maal de basisstroom).

Toepassingen

De toepassingen van open collectoroutput omvatten de volgende.

• In grootlicht of relais
• Bij het uitvoeren van bedrade logica
• Bij de aanleg van een gemeenschappelijk bussysteem

Totempaal uitgang

Totempaal betekent de toevoeging van een actieve pull-up van het circuit in de uitgang van de poort, wat resulteert in een vermindering van de voortplantingsvertraging.

Totempaal-uitgang TTL

Logische werking is hetzelfde als de open collector-uitgang. Het gebruik van transistors Q4 en diode is bedoeld om de parasitaire capaciteit over Q3 snel op te laden en te ontladen. De weerstand wordt gebruikt om de uitgangsstroom op een veilige waarde te houden.

Drie State Gate

Het biedt uitvoer met 3 status, zoals de volgende

• Laag niveau toestand wanneer een onderste transistor AAN is en een bovenste transistor UIT.
• Staat op hoog niveau wanneer de onderste transistor UIT is en de bovenste transistor AAN.
• Derde toestand wanneer beide transistors UIT zijn. Het maakt een directe draadverbinding mogelijk van vele outputs.

Drie State Gate Transistor-Transistor Logica

TTL Family-functies

De kenmerken van de TTL-familie omvatten de volgende.

• Logisch laag niveau is 0 of 0.2V.
• Logisch hoog niveau is op 5V.
• Typische ventilator op 10. Dit betekent dat hij maximaal 10 poorten aan zijn uitgang kan ondersteunen.
• Een standaard TTL-apparaat trekt een vermogen van bijna 10 mW, wat afneemt bij het gebruik van Schottky-apparaten.
• De gemiddelde voortplantingsvertraging is ongeveer 9ns.
• De ruismarge is ongeveer 0,4V.

Serie TTL IC

TTL IC's beginnen meestal met de 7-serie. Het heeft 6 subfamilies gegeven als:

1. Low Power-apparaat met een voortplantingsvertraging van 35 ns en een vermogensdissipatie van 1mW.
2. Laag vermogen Schottky apparaat met een vertraging van 9ns
3. Geavanceerd Schottky-apparaat met een vertraging van 1,5 ns.
4. Geavanceerde Low Power Schottky apparaat met een vertraging van 4 ns en een vermogensdissipatie van 1mW.

In elke TTL-apparaatnomenclatuur geven de eerste twee namen de naam aan van de subfamilie waartoe het apparaat behoort. De eerste twee cijfers geven het temperatuurbereik van de werking aan. De volgende twee alfabetten geven de onderfamilie aan waartoe het apparaat behoort. De laatste twee cijfers geven de logische functie aan die door de chip wordt uitgevoerd. De voorbeelden zijn 74LS02-2 geen invoer NOR-poort, 74LS10- Drievoudige 3 invoer NAND-poort.

Typische TTL-circuits

Logic Gates worden in het dagelijks leven gebruikt in toepassingen zoals een wasdroger, computerprinter, deurbel, etc.

De 3 basislogische poorten geïmplementeerd met behulp van TTL-logica worden hieronder gegeven: -

NOR-poort

Stel dat ingang A logisch hoog is, de emitter-basisovergang van de overeenkomstige transistor is in tegengestelde richting voorgespannen en de basis-collectorovergang is voorwaarts voorgespannen. Transistor Q3 krijgt basisstroom van voedingsspanning Vcc en gaat naar verzadiging. Als resultaat van de lage collectorspanning van Q3, gaat transistor Q5 af en aan de andere kant, als een andere ingang laag is, wordt Q4 afgesneden en dienovereenkomstig wordt Q5 afgesneden en wordt de uitgang rechtstreeks met de aarde verbonden via transistor Q3 . Evenzo, wanneer beide inputs logisch laag zijn, zal de output logisch hoog zijn.

NOR Gate TTL

NIET Gate

Wanneer de invoer laag is, is de corresponderende basis-emitterovergang voorwaarts voorgespannen en is de basis-collectorovergang in tegengestelde richting voorgespannen. Hierdoor wordt transistor Q2 afgesneden en ook transistor Q4 wordt afgesneden. Transistor Q3 gaat naar verzadiging en diode D2 begint te geleiden en de uitgang is verbonden met Vcc en gaat naar logisch hoog. Evenzo, wanneer de invoer logisch hoog is, is de uitvoer logisch laag.

NIET Gate TTL

TTL-vergelijking met andere logische families

Over het algemeen gebruiken TTL-apparaten meer stroom in vergelijking met CMOS-apparaten, maar het stroomverbruik verbetert niet door kloksnelheid voor CMOS-apparaten. In vergelijking met huidige ECL-circuits gebruikt transistor-transistorlogica een laag vermogen, maar heeft het eenvoudige ontwerpregels, maar het is aanzienlijk langzamer.

Fabrikanten kunnen TTL- en ECL-apparaten binnen hetzelfde systeem verenigen om de beste prestaties te bereiken, maar apparaten zoals niveauverschuiving zijn noodzakelijk tussen de twee logicafamilies. TTL is laaggevoelig voor schade door elektrostatische ontlading in vergelijking met vroege CMOS-apparaten.

Vanwege de o / p-structuur van het TTL-apparaat is de o / p-impedantie asymmetrisch tussen de lage en hoge toestanden, waardoor ze ongeschikt zijn om transmissielijnen aan te sturen. Gewoonlijk wordt dit nadeel overwonnen door de o / p te bufferen met behulp van speciale line-driver-apparaten waar signalen moeten worden verzonden via kabels.

De totempaal-o / p-structuur van TTL overlapt vaak snel als zowel de hogere als de lagere transistors in geleiding komen, wat resulteert in een aanzienlijk signaal van de stroom die uit de voeding wordt gehaald.

Deze signalen kunnen op plotselinge wijze verbinding maken tussen verschillende IC-pakketten, wat resulteert in lagere prestaties en een verminderde ruismarge. Over het algemeen gebruiken de TTL-systemen een ontkoppelingscondensator voor elk, anders twee IC-pakketten, dus een stroomsignaal van de ene TTL-chip verlaagt de voedingsspanning niet tijdelijk naar een andere.

Momenteel leveren veel ontwerpers CMOS-logische equivalenten via TTL-compatibele i / p & o / p-niveaus via onderdeelnummers die betrekking hebben op de overeenkomstige TTL-component, inclusief dezelfde pinouts. De 74HCT00-serie biedt bijvoorbeeld verschillende drop-in alternatieven voor 7400 bipolaire serieonderdelen, maar maakt gebruik van CMOS-technologie.

De vergelijking van TTL met andere logicafamilies in termen van verschillende specificaties omvat het volgende.

Transistor-transistor logische omvormer

De transistor Transistor Logic (TTL) -apparaten hebben de diodetransistorlogica (DTL) vervangen omdat ze sneller werken en goedkoper zijn om te functioneren. De NAND IC met Quad 2-ingang gebruikt een 7400 TTL-apparaat om een ​​breed scala aan circuits te ontwerpen die als omvormer worden gebruikt.

Het bovenstaande schakelschema maakt gebruik van NAND-poorten binnen de IC. Dus selecteer schakelaar A om het circuit te activeren, dan kun je zien dat beide LED's in het circuit uitgaan. Als de output laag is, moet de input hoog zijn. Selecteer daarna de schakelaar B en beide LED's gaan AAN.

Als schakelaar A is geselecteerd, zullen beide ingangen van de NIET-EN-poort hoog zijn, wat betekent dat de uitvoer van de logische poorten minder zal zijn. Als schakelaar B is geselecteerd, zullen de ingangen lange tijd niet hoog zijn en gaan de LED's AAN.

Voor-en nadelen

De voordelen en nadelen van TTL zijn onder meer de volgende.

Het belangrijkste voordeel van TTL is dat we gemakkelijk kunnen communiceren met andere circuits en dat we moeilijke logische functies kunnen genereren vanwege bepaalde spanningsniveaus en goede ruismarges.TTL heeft goede functies zoals fan-in, wat het aantal i / p-signalen betekent dat kan worden geaccepteerd via een input.

TTL is voornamelijk immuun voor schade door stationaire elektriciteitsontladingen, niet zoals CMOS en in vergelijking met CMOS zijn deze economisch. Het belangrijkste nadeel van TTL is een hoog stroomverbruik. De hoge huidige eisen van de TTL kunnen leiden tot aanstootgevend functioneren omdat de o / p-toestanden worden uitgeschakeld. Zelfs met verschillende TTL-versies die een laag stroomverbruik hebben, zullen ze concurreren met CMOS.

Met de komst van CMOS zijn TTL-applicaties vervangen door CMOS. Maar TTL wordt nog steeds gebruikt in applicaties omdat ze behoorlijk robuust zijn en de logische poorten redelijk goedkoop zijn.

TTL-toepassingen

De toepassingen van TTL omvatten de volgende.

• Gebruikt in controller-applicatie voor het leveren van 0 tot 5Vs
• Gebruikt als schakelinrichting in grootlicht en relais
• Gebruikt in processors van mini computers zoals DEC VAX
• Gebruikt in printers en videoterminals

Dit gaat dus allemaal over een overzicht van TTL of Transistor-Transistorlogica ​Het is een groep IC's die zowel logische toestanden behouden als schakelen met behulp van BJT's. TTL is een van de redenen dat IC's zo uitgebreid worden gebruikt, omdat ze goedkoop, sneller en betrouwbaar zijn in vergelijking met TTL en DTL. Een TTL gebruikt transistors via verschillende emitters in poorten die meerdere ingangen hebben. Hier is een vraag voor u, wat zijn de subcategorieën van transistor-transistorlogica?