• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Transistor-Transistor Logic

    Przeczytaj także...
    Integrated Injection Logic (IL) to rodzina bipolarnych cyfrowych układów scalonych. Dzięki uproszczonej budowie bramki logicznej w tym standardzie uzyskuje się bardzo dużą gęstość upakowania w połączeniu z dużą szybkością. Różnica między poziomami logicznymi wysokim i niskim wynosi zaledwie około 0,7 V - jest to wystarczające w obrębie jednego układu scalonego, lecz aby umożliwić łączenie układów IL, zapewniając zadowalającą odporność na zakłócenia, wyposaża się je w wejściowe i wyjściowe bufory konwertujące poziomy logiczne, np. do standardu TTL. Ze względu na łatwość wykonania w standardowych procesach technologicznych układów bipolarnych, struktury IL znalazły zastosowanie w mieszanych (analogowo-cyfrowych) układach scalonych.Seria 7400 lub 74xx była jedną z najważniejszych historycznie serii monolitycznych układów scalonych. Oryginalną serię 74xx stanowiły układy typu Transistor-transistor logic (TTL) o napięciu zasilania 5 V. Jako pierwsza do masowej produkcji wprowadziła te układy firma Texas Instruments w roku 1961. W okresie największej popularności układów TTL, przypadającym na lata 70. i 80., seria ta obejmowała ponad 300 pozycji katalogowych. W późniejszych czasach część układów oryginalnej serii 74xx pojawiła się w seriach pochodnych, wykonywanych w technologiach TTL-LS (o obniżonym poborze mocy) oraz S (o podwyższonej szybkości), opartych na tranzystorach Schottky’ego. W latach 90. układy bipolarne TTL zaczęły ustępować miejsca układom CMOS (Complementary MOS). Częściowo kompatybilne z układami serii 74xx są produkowane do dziś odpowiedniki tych układów serii HC i HCT oraz innych, wymienionych poniżej.
    CMOS (ang. Complementary MOS) – technologia wytwarzania układów scalonych, głównie cyfrowych, składających się z tranzystorów MOS o przeciwnym typie przewodnictwa i połączonych w taki sposób, że w ustalonym stanie logicznym przewodzi tylko jeden z nich. Dzięki temu układ statycznie nie pobiera żadnej mocy (pomijając niewielki prąd wyłączenia tranzystora), a prąd ze źródła zasilania płynie tylko w momencie przełączania – gdy przez bardzo krótką chwilę przewodzą jednocześnie oba tranzystory. Tracona w układach CMOS moc wzrasta wraz z częstotliwością przełączania, co wiąże się z przeładowywaniem wszystkich pojemności, szczególnie pojemności obciążających wyjścia.
    Układ scalony SN7400N Texas Instruments klasy TTL

    Transistor-transistor logic (TTL) – klasa cyfrowych układów scalonych zapoczątkowana przez Jamesa L. Buie'a z TRW Inc. w 1961 r. Pierwsze układy TTL trafiły do sprzedaży w 1963 r. za sprawą firmy Sylvania i używane były m.in. w systemach sterowania pociskami Phoenix. Natomiast największą popularność wśród projektantów urządzeń elektronicznych TTL zdobył Texas Instruments wraz ze swoją rodziną układów 7400 wprowadzoną w 1964 r. TTL była pierwszą techniką masowej produkcji cyfrowych układów scalonych i jest ona wykorzystywana do dnia dzisiejszego.

    ECL (Emitter Coupled Logic) – rodzina bipolarnych cyfrowych układów scalonych charakteryzująca się pracą tranzystorów wyłącznie w liniowym zakresie pracy, bez wchodzenia w stan zatkania lub nasycenia. Osiągnięte to zostało przez połączenie tranzystorów w układy wzmacniaczy różnicowych (we wzmacniaczu różnicowym tranzystory są połączone emiterami, stąd nazwa rodziny). W innej serii bipolarnych cyfrowych układów scalonych – TTL przełączanie stanów logicznych związane jest z przechodzeniem tranzystorów ze stanu nasycenia do zatkania i odwrotnie. Wyjście tranzystora ze stanu nasycenia bądź zatkania trwa stosunkowo długo, natomiast dzięki pracy tranzystorów ECL tylko w liniowym zakresie charakterystyki, seria ta jest bardzo szybka. Pierwsze układy tego typu (seria 10k) miały czasy propagacji kilka ns (nanosekund), o rząd wielkości szybciej niż ówczesne układy TTL. Dzisiejsze układy ECL mają czasy propagacji rządu setek a nawet dziesiątek ps (pikosekund).Tranzystor bipolarny (dawniej: tranzystor warstwowy, tranzystor złączowy) to odmiana tranzystora, półprzewodnikowy element elektroniczny, mający zdolność wzmacniania sygnału. Zbudowany jest z trzech warstw półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa. Charakteryzuje się tym, że niewielki prąd płynący pomiędzy dwiema jego elektrodami (nazywanymi bazą i emiterem) steruje większym prądem płynącym między emiterem, a trzecią elektrodą (nazywaną kolektorem).

    Układy typu transistor-transistor logic zbudowane są z tranzystorów bipolarnych i zasilane napięciem stałym 5 V. Działają one w logice dodatniej, czyli sygnał niski (logiczne „0”) jest zdefiniowany jako napięcie w zakresie 0 V do 0,8 V w odniesieniu do masy, a wysoki (logiczna „1”) – 2,4 V do 5 V.

    Dioda Schottky’ego (wym. szotkiego) – dioda półprzewodnikowa, w której w miejsce złącza p-n zastosowano złącze metal-półprzewodnik. Charakteryzuje się małą pojemnością złącza, dzięki czemu typowy czas przełączania wynosi tylko około 100 ps.Układ scalony (ang. integrated circuit, chip, potocznie po polsku kość) – zminiaturyzowany układ elektroniczny zawierający w swym wnętrzu od kilku do setek milionów podstawowych elementów elektronicznych, takich jak tranzystor, dioda półprzewodnikowa, opornik i kondensator.

    W technice TTL buduje się – oprócz standardowych układów logicznych – także układy z tzw. otwartym kolektorem na wyjściu (OC). Dzięki temu można realizować tzw. „iloczyn na drucie” lub sterować odbiornikami wymagającymi innych napięć w stanie wysokim (wymagane użycie rezystora podciągającego łączącego wyjście z napięciem odpowiednim dla stanu wysokiego), albo do podłączania odbiorników większej mocy (np. diod świecących, a nawet żarówek) bezpośrednio do wyjścia bramki (UWAGA: tylko niektóre układy mogą sterować odbiornikami stosującymi napięcia wyższe niż 5V).

    Texas Instruments – znana też jako TI – amerykańska firma z siedzibą w Dallas w Teksasie, czołowy producent półprzewodników. Obecnie producent m.in. cyfrowych procesorów sygnałowych (DSP), przetworników cyfrowo-analogowych i analogowo-cyfrowych, czujników i kalkulatorów naukowych. Spółka publiczna notowana od 1 października 1953 na Giełdzie Nowojorskiej (NYSE): TXN (tzw. "Wall Street").

    Wyróżnia się kilka odmian technologicznych układów TTL oznaczonych odpowiednio literami:

  • L (ang. Low power) – wersja o małym poborze mocy (10 razy mniejszym niż typowy TTL), ale wolniejsza od standardowej (10 MHz); nigdy nie zyskała popularności, gdyż została niemal natychmiast zastąpiona układami CMOS serii 4000.
  • H (ang. High speed) – wersja o większej prędkości od standardowej (58 MHz), ale również o większym poborze mocy. Większą szybkość uzyskano przez zastosowanie 2 razy mniejszych rezystorów, co powodowało przyspieszenie przełączania tranzystorów.
  • S (ang. Schottky) – odmiana szybka (125 MHz), której tranzystory zawierają dodatkową diodę Schottky’ego włączoną równolegle do złącza kolektor-baza i zabezpieczającą tranzystor przed nasyceniem, co powoduje dużo szybsze przechodzenie tranzystora ze stanu przewodzenia do zatkania.
  • AS (ang. Advanced Schottky) – ulepszona seria S, charakteryzuje się jeszcze większą szybkością działania.
  • LS (ang. Low power Schottky) – wersja S o znacznie niższym poborze prądu, zbliżonym do standardowej bramki; główna seria układów TTL używana w większości zastosowań.
  • ALS (ang. Advanced Low power Schottky) – unowocześniona seria LS z mniejszym poborem mocy.
  • F (ang. Fast) – nowoczesna, najszybsza seria TTL (125 MHz).
  • Układy te można łączyć ze specjalnie produkowanymi układami w technologii CMOS, które są zgodne końcówkowo z TTL o takich samych oznaczeniach i wyróżnione literami C, AC, HCT, HC itp., np. 74HC00. Ponadto układy CMOS w wersji HCT mają takie same poziomy stanów logicznych jak TTL, przez co w łatwy sposób można łączyć je ze sobą.

    Charakterystyczne dla układów TTL jest to, iż mają wyższy pobór prądu, niż układy wykonane w technologii CMOS, ponieważ pobierają energię przez cały czas ich zasilania, natomiast układy CMOS jedynie w momencie przełączania ich elementów. Nie bez znaczenia jest również niższe napięcie zasilania używane w technologii CMOS. Początkowo układy TTL były szybsze w działaniu, jednak wraz z rozwojem techniki układy CMOS osiągnęły bardzo duże prędkości działania, co jednak ujawniło pewną ich niedogodność polegającą na bardzo szybkim wzroście temperatury i pobieranej energii przy wysokich taktowaniach układu.

    Schemat standardowej bramki[]

    Schemat bramki NAND w standardzie TTL

    Schemat typowej bramki NAND w technologii TTL przedstawia rysunek obok. Wartości poszczególnych rezystorów (w kΩ) podaje tabela:

    Zobacz też[]

  • ECL
  • CMOS
  • IL
  • seria 7400
  • Bibliografia[]

  • Jan Pieńkos, Janusz Turczyński, Układy scalone TTL w systemach cyfrowych, Warszawa 1980.
  • Dieter Nuhrmann (z j. niem. dr inż. Jan Fabianowski, dr inż. Mieczysław Nowak) Elektronika łatwiejsza niż przypuszczasz Technika cyfrowa, WKŁ Warszawa 1986. ISBN 83-206-0535-0



  • w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Reklama