Транзисторно-транзисторная логика

В базовом элементе ТТЛ (рис. 8.19) функции диодов VD₁ и VD₂ выполняют эмит­теры многоэмиттерного транзистора, а роль диодов VD₃ и VD₄ — его коллектор­ный переход. Следовательно, схема ТТЛ выполняет ту же логическую операцию, что и схема ДТЛ, то есть И—НЕ. Действительно, если на входе х₁ или х₂ дей­ствует сигнал низкого уровня (логический нуль), то в цепи протекает ток от источника питания Е_и.п через резистор R₁ и соответствующий открытый эмиттерный переход. Потенциал базы транзистора VT₁ становится равным примерно 0,7 В. Этот потенциал распределяется примерно поровну между коллекторным переходом транзистора VT₁ и эмиттерным переходом транзистора VT₂. Поэтому напряжение u_бэ2 недостаточно для отпирания транзистора VT₂, и на выходе схемы устанавливается высокий уровень напряжения (логическая единица). Если на входах х₁ и х₂ действует высокий уровень сигнала (логическая еди­ница), то эмиттерные переходы транзистора VT₁ заперты, ток течет от источника Е_и.п через резистор R₁ коллекторный переход VT₁ и эмиттерный переход VT₂. Потенциал базы транзистора VT₂ становится равным , а потенциал . Транзистор VT₂ отпирается, и на выходе схемы устанавливается низ­кий уровень напряжения .

Схема ТТЛ, сохраняя все достоинства схемы ДТЛ, имеет существенный выигрыш по площади. Поэтому эта схема в настоящее время практически вытеснила схемы ДТЛ и получила очень широкое распространение. Однако в рассмотренном ва­рианте схема ТТЛ несмотря на простую технологию из-за малой нагрузочной спо­собности и низкого быстродействия почти не применяется. Действительно, при подключении к выходу схемы нескольких нагрузок в виде аналогичных схем вы­растает нагрузочная емкость С_н , а так как резистор R₂ имеет достаточно большую величину, то вырастает постоянная времени заряда емкости и быстродействие схемы падает. Для устранения этого недостатка в схемах ТТЛ вместо простого инвертора используют сложный инвертор (рис. 8.20).

Транзистор VT₂ в этой схеме выполняет функцию «фазорасщепителя». Рас­смотрим работу инвертора. Пусть на входе инвертора (на базе транзистора VT₂) действует низкий уровень напряжения U⁰ (логический нуль). Транзистор VT₂ закрыт, потенциал точки А высокий, а точки В — низкий, следовательно, тран­зистор VT₃ закрыт, a VT₄ открыт. Нагрузочная емкость C_н быстро заряжается от источника Е_и.п через резистор R₂, открытый эмиттерный переход транзистора VT₄ и диод VD₁. На выходе схемы устанавливается высокий уровень напряжения (логическая единица). Резистор R₄ предназначен для ограничения тока в последовательной цепочке VT₄-VD₁-VT3. Дело в том, что в моменты переключения схемы из одного состояния в другое оба транзистора, VT₃ и VT₄, открыты (один из них открывается, а другой не ус­певает закрыться), и чтобы предотвратить замыкание источника E_и.п на «землю», ставится ограничительный резистор R₄.

Если на входе инвертора устанавливается высокий уровень напряжения U¹ (ло­гическая единица), то транзистор VT₂ открыт, VT₄ закрыт и VT₃ открыт. Емкость С_и разряжается через открытый транзистор VT₃, и на выходе схемы устанавливает­ся низкий уровень напряжения (логический нуль). Диод VD₁ обес­печивает надежное запирание транзистора VT₄ при открытом транзисторе VT₃. Благодаря тому что заряд и разряд паразитной емкости С_н проходит через тран­зисторы VT₃ и VT₄ с низким сопротивлением в открытом состоянии, схема ТТЛ со сложным инвертором обладает высоким быстродействием. Среднее время задержки распространения сигнала в этой схеме составляет около 10 нс. Более высоким быстродействием обладает схема ТТЛШ, в которой вместо обычных биполярных транзисторов применены транзисторы с барьером Шотки. В этом случае .

Для расширения функциональных возможностей ТТЛ-логики промышленность выпускает логические элементы, выполняющие три функции: И/ИЛИ—НЕ. Схе­ма такого комбинированного логического элемента представлена на рис. 8.21, а, а на рис. 8.21, б — его функциональная блок-схема, которая содержит два двух-входовых элемента И на транзисторах VT₁ и VT₄, а также двухвходовый элемент ИЛИ—НЕ на транзисторах VT₂ и VT₃, выходной каскад на транзисторах VT₅ и VT₆ аналогичен рассмотренному выше. На рис. 8.21, в приведено схематическое изоб­ражение таких элементов, приводимых в справочниках.