ТТЛ со сложным инвертором
Элемент И-НЕ в ТТЛ
По принципу действия, а также по основным характеристикам ТТЛ-элементы близки к ДТЛ.
Рассмотрим работу элемента ТТЛ, выполняющего логическую операцию И-НЕ. Роль изолированных диодов играет эмиттерный переход многоэмиттерного транзистора. Многоэмиттерный транзистор - чисто интегральный прибор, у которого область базы и область коллектора объединяют до 8 эмиттерных переходов. Принципиальная схема элемента И-НЕ на ТТЛ показана на рисунке 8.
Рис. 8. Элемент И-НЕ в ТТЛ.
Данная схема является прототипом трёхвходового логического элемента ТТЛ серии К155. Типичные значения параметров транзисторно-транзисторной логики следующие: Напряжение питания 5В, уровень логической единицы более 2,8В, уровень логического нуля менее 0.5В, средние времена задержки в диапазоне 10.. .20 нс, средняя потребляемая мощность 10, 15 Вт, коэффициент разветвления по выходу 10.
Недостатком элементов ТТЛ является кратковременное увеличение мощности, потребляемой в переходном режиме, что вызывает появление в цепях питания импульсных помех.
В простой схеме И-НЕ подключая выходы схемы на входы многоэмиттерного транзистора, мы искажаем распределение тока в выходной цепи и можем исказить сигнал. Для предотвращения этого используют сложный инвертор.
Рис. 9. Базовая схема серии К155 со сложным инвертором
При наличии на входах X1 и X2 напряжения логического 0, транзистор VT1 находится в режиме насыщения, а транзистор VT2 закрыт. Следовательно, закрыт и транзистор VT4, так как ток через R4 не протекает и напряжение на базе VT4 равно нулю. Транзистор VT3 открыт, т.к. его база подключена к источнику питания через R2. Сопротивление R3 невелико и VT3 работает как эмиттерный повторитель. Через VT3 и открытый диод протекает ток нагрузки логического элемента. Напряжение на выходе соответствует уровню логической 1.
При увеличении напряжения на всех входах потенциал базы VT2 возрастает и при Uвх>U0пор транзистор VT2 открывается, начинает протекать коллекторный ток через R2 и R4. В результате базовый ток VT3 уменьшается, падение напряжения на нём увеличивается и выходное напряжение в схеме снижается. Дальнейшее увеличение входных напряжений приводит к насыщению VT2 и VT4 и запиранию VT1. VT3 и диод также закрыты, на выходе имеем уровень логического 0.
14. Логические элементы с тремя устойчивыми состояниями
В элементах с тремя устойчивыми состояниями выходные транзисторы заперты сигналом управляющего вывода. Выходное сопративление запертых транзисторов велико и микросхема практически полностью отключена от нагрузки. Такое состояние называется высокоимпедансным.
Рис. 10. Схема элемента И-НЕ с тремя устойчивыми состояниями
При использовании нескольких ЛЭ с тремя состояниями их выходы подключают к одной нагрузке. Управление микросхем осуществляется так, что в любой момент времени все микросхемы, кроме одной, находятся в высокоимпедансном состоянии. Таким образом удаётся по одной шине передавать в разных направлениях информацию от нескольких источников сигнала и сократить количество информационных магистралей. Вход включения третьего состояния имеет метку EZ, а выход, имеющий состояние высокого импеданса, обозначается через Z, либо V.
15. Логические элементы с открытым коллектором
Обозначаются следующим образом:
Рис. 11. Логические элементы с открытым коллектором
ТТЛ элементы имеют небольшие значения выходных сопротивлений. Поэтому нельзя объединить между собой выходы нескольких ТТЛ ЛЭ, т.к. в случае разных выходных сигналов через выходные транзисторы ЛЭ будут протекать большие токи. Для расширения функциональных возможностей у отдельных типономиналов на выходе ставят транзистор, коллекторная цепь которого оставлена свободной. Это ЛЭ с открытым коллектором (ОК). При использовании подобной ИС коллектор соединяют с источником напряжения через нагрузочный резистор. Роль его может выполнять резистор, обмотка реле, светодиод. Причём напряжение, к которому подключают нагрузочное сопротивление, может быть значительно больше напряжения питания ТТЛ ЛЭ. Так, например, в МС К155ЛА11 возможно подключение нагрузки к напряжению до 30В.
Кроме того, ЛЭ с ОК позволяют осуществить непосредственное соединение между собой выходов нескольких ИС.
Наконец, подавая разные значения напряжения питания в схеме с ОК можно получить разные уровни выходного сигнала. Это позволяет осуществить согласование микросхем серии ТТЛ с другими сериями, имеющими другие значения U0 и U1 без использования дополнительных преобразователей уровня.