Članek bo obravnaval logiko TTL, ki se še vedno uporablja v nekaterih vejah tehnologije. Skupno obstaja več vrst logike: tranzistor-tranzistor (TTL), dioda-tranzistor (DTL), ki temelji na MOS tranzistorjih (CMOS), pa tudi na osnovi bipolarnih tranzistorjev in CMOS. Prva mikrovezja, ki so bila široko uporabljena, so bila tista, ki so bila zgrajena s tehnologijo TTL. Toda drugih vrst logike, ki se še vedno uporabljajo v tehnologiji, ni mogoče prezreti.
Diodno-tranzistorska logika
Z uporabo navadnih polprevodniških diod lahko dobite najpreprostejši logični element (diagram je prikazan spodaj). Ta element v logiki se imenuje "2I". Ko se na kateri koli vhod (ali oba hkrati) uporabi ničelni potencial, bo skozi upor začel teči električni tok. V tem primeru pride do znatnega padca napetosti. Lahko sklepamo, da bo na izhodu elementa potencial enakenoto, če je to točno uporabljeno za oba vhoda hkrati. Z drugimi besedami, s pomočjo takšne sheme se izvaja logična operacija "2AND".
Število polprevodniških diod določa, koliko vhodov bo imel element. Pri uporabi dveh polprevodnikov se izvede vezje "2I", tri - "3I" itd. V sodobnih mikrovezjih se proizvaja element z osmimi diodami ("8I"). velika pomanjkljivost logike DTL je zelo majhna stopnja nosilnosti. Iz tega razloga mora biti bipolarni tranzistorski ojačevalnik priključen na logični element.
Vendar je veliko bolj priročno implementirati logiko na tranzistorje z več dodatnimi oddajniki. V takšnih logičnih vezjih TTL se uporablja tranzistor z več oddajniki in ne vzporedno priključene polprevodniške diode. Ta element je načeloma podoben "2I". toda na izhodu je mogoče doseči visoko raven potenciala le, če imata oba vhoda istočasno enako vrednost. V tem primeru ni emiterskega toka, prehodi pa so blokirani. Slika prikazuje tipično logično vezje s tranzistorji.
Inverterska vezja na logičnih elementih
S pomočjo ojačevalnika se izkaže, da obrne signal na izhodu komponente. Elementi tipa "IN-NE" so navedeni v serijskih mikrovezjih letala. Na primer, mikrovezje serije K155LA3 ima v svoji zasnovi elemente tipa "2I-NOT" v količini štirih kosov. Na podlagi tega elementa je izdelana inverterska naprava. To uporablja eno polprevodniško diodo.
Če se morate združitiveč logičnih elementov tipa "AND" glede na vezja "ALI" (ali če je potrebno implementirati logične elemente "ALI"), je treba tranzistorje povezati vzporedno na točkah, navedenih na diagramu. V tem primeru se na izhodu dobi samo ena kaskada. Na tej fotografiji je prikazan logični element tipa "2ALI-NE":
Ti elementi so na voljo v mikrovezjih, ki so označena s črkami LR. Toda logika TTL tipa "ALI-NE" je označena z okrajšavo LE, na primer K153LE5. Ima vgrajene štiri logične elemente "2ALI-NE" hkrati.
logične ravni IC
V sodobni tehnologiji se uporabljajo mikrovezja s TTL logiko, ki jih napaja 3 in 5 V. Od napetosti pa ni odvisna le logična raven ena in nič. Prav zaradi tega ni potrebe po dodatnem usklajevanju mikrovezij. Spodnji graf prikazuje dovoljeno napetost na izhodu elementa.
Napetost v negotovem stanju na vhodu mikrovezja je v primerjavi z izhodom dovoljena v manjših mejah. In ta graf prikazuje meje ravni logične enote in nič za mikrovezje tipa TTL.
Vklop Schottkyjeve diode
Toda preprosta tranzistorska stikala imajo eno veliko pomanjkljivost - imajo način nasičenosti, ko delujejo v odprtem stanju. Da bi se odvečni nosilci raztopili in polprevodnik ne bi bil nasičen, se med bazo in kolektorjem vklopi polprevodniška dioda. Slika prikazujenačin za povezavo Schottky diode in tranzistorja.
A Schottkyjeva dioda ima napetostni prag približno 0,2-0,4 V, medtem ko ima silicijev p-n spoj napetostni prag najmanj 0,7 V. To je veliko manj kot življenjska doba manjšinske vrste nosilcev v polprevodniški kristal. Schottkyjeva dioda vam omogoča, da obdržite tranzistor zaradi nizkega praga za odpiranje križišča. Zaradi tega je triodi onemogočeno, da preide v način.
Katere so družine mikrovezij TTL
Običajno mikrovezja te vrste napajajo viri 5 V. Obstajajo tuji analogi domačih elementov - serija SN74. Toda za serijo pride digitalna številka, ki označuje število in vrsto logičnih komponent. Mikrovezje SN74S00 vsebuje logične elemente 2I-NOT. Obstajajo mikrovezja, katerih temperaturno območje je bolj razširjeno - domači K133 in tuji SN54.
Ruska mikrovezja, po sestavi podobna SN74, so bila proizvedena pod oznako K134. Tuja mikrovezja, katerih poraba energije in hitrosti so nizki, imajo na koncu črko L. Tuja mikrovezja s črko S na koncu imajo domača vezja, v katerih je številka 1 zamenjana s 5. Na primer, dobro znani K555 ali K531. Danes se proizvaja več vrst mikrovezij serije K1533, v katerih sta hitrost in poraba energije zelo nizki.
logična vrata CMOS
Mikrovezja, ki imajo komplementarne tranzistorje, temeljijo na MOS elementih s p- in n-kanali. S pomočjo enegapotenciala, se odpre p-kanalni tranzistor. Ko se oblikuje logična "1", se zgornji tranzistor odpre, spodnji pa zapre. V tem primeru tok ne teče skozi mikrovezje. Ko se oblikuje "0", se spodnji tranzistor odpre, zgornji pa zapre. V tem primeru tok teče skozi mikrovezje. Primer najpreprostejšega logičnega elementa je pretvornik.
Upoštevajte, da CMOS IC ne črpajo toka v statičnem načinu. Poraba toka se začne šele ob prehodu iz enega stanja v drugega logičnega elementa. Za TTL logiko na takšnih elementih je značilna nizka poraba energije. Slika prikazuje diagram elementa tipa "NAND", sestavljen na CMOS tranzistorjih.
Aktivno obremenitveno vezje je zgrajeno na dveh tranzistorjih. Če je treba oblikovati visok potencial, se ti polprevodniki odprejo, nizek pa se zapre. Upoštevajte, da logika tranzistor-tranzistor (TTL) temelji na delovanju tipk. Polprevodniki v zgornji roki se odprejo, v spodnji pa zaprejo. V tem primeru v statičnem načinu mikrovezje ne bo porabilo toka iz vira energije.
