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Introducción a los circuitos TTL
Tres ventajas principales de los circuitos de puerta TTL
Principio de funcionamiento del circuito TTL
Introducción a los circuitos TTL
Circuito TTL es la abreviatura en inglés de circuito lógico transistor-transistor (Transister-Transister-Logic), que es una categoría de circuitos integrados digitales. Se fabrica mediante un proceso bipolar y tiene las características de alta velocidad, bajo consumo de energía y muchas variedades. Desde el exitoso desarrollo del producto de primera generación en la década de 1960, han estado disponibles las siguientes generaciones de productos. La primera generación de TTL incluye la serie SN54/74 (la serie 54 tiene una temperatura de funcionamiento de -55 °C ~ +125 °C y la serie 74 tiene una temperatura de funcionamiento de 0 °C ~ +75 °C). La serie de baja potencia se denomina lttl y la serie de alta velocidad se denomina HTTL. La segunda generación de TTL incluye la serie de abrazaderas Schottky (STTL) y la serie Schottky de baja potencia (LSTTL). La tercera generación es el STTL avanzado (ASTTL) y el STTL avanzado de baja potencia (ALSTTL) fabricados mediante el proceso isoplanar. ) Dado que el producto de potencia de retardo del circuito de LSTTL y ALSTTL es pequeño y STTL y ASTTL son muy rápidos, se han utilizado ampliamente. La característica más importante de TTL es que la entrada de la puerta será lógica alta cuando esté desconectada. En los circuitos de hardware, se utilizan dispositivos digitales como puertas lógicas. Para tales dispositivos digitales, hay dos ramas principales de la estructura del proceso interno: una está compuesta por transistores y la otra está compuesta por transistores de efecto de campo. El circuito de puerta compuesto por transistores se llama circuito de puerta TTL.
Los principales componentes de los circuitos TTL son los circuitos de puerta, que incluyen los siguientes tipos:
Puerta AND: La salida es alta solo cuando todas las entradas son lógicas altas.
Puerta O: La salida es alta cuando cualquier entrada es lógica alta.
NOT Gate: La salida es la inversión de la entrada.
Puerta XOR: La salida tiene solo un nivel lógico alto entre las entradas.
Circuito integrado (IC): los circuitos TTL generalmente existen en forma de circuitos integrados, por ejemplo, los circuitos integrados comunes de la serie 74, como 74LS00 (puerta AND de cuatro entradas), 74LS04 (puerta de seis entradas), etc.
Tres ventajas principales de los circuitos de puerta TTL
El circuito de compuerta TTL (Transistor-Transistor Logic) tiene las siguientes tres ventajas principales:
1. Alta resistencia al ruido: los circuitos de compuerta TTL utilizan transistores para amplificación y conmutación de señales, y tienen una alta resistencia al ruido. Por lo general, pueden funcionar de manera confiable en ambientes ruidosos porque sus niveles de salida son relativamente insensibles a los cambios en los niveles de entrada.
2. Bajo consumo de energía: el circuito de compuerta TTL utiliza lógica biestable y la energía se consume solo cuando cambia el estado de salida. En comparación con otras familias lógicas, las compuertas TTL consumen menos energía en modo de espera o en estado estable, lo que puede resultar muy ventajoso en algunas aplicaciones de bajo consumo.
3. Gran compatibilidad: los niveles de entrada y salida de los circuitos de compuerta TTL son compatibles con muchos otros tipos de circuitos de compuerta lógica. Esta compatibilidad permite que TTL se integre fácilmente con otras familias de lógica digital y se comunique con diferentes tipos de dispositivos e interfaces.
Es importante señalar que aunque las puertas TTL tienen estas ventajas, también tienen algunas limitaciones. Por ejemplo, el consumo de energía de los circuitos de compuerta TTL es relativamente alto, especialmente en operaciones de alta velocidad y circuitos integrados a gran escala. Además, las compuertas TTL suelen funcionar a voltajes más altos (normalmente 5 voltios), lo que puede no ser adecuado para algunas aplicaciones de bajo voltaje. Por lo tanto, al seleccionar un circuito, es necesario considerar los requisitos de la aplicación y las ventajas y limitaciones de los circuitos de compuerta TTL.
Principio de funcionamiento del circuito TTL
Hay muchos tipos de circuitos de puerta TTL, como puertas NOT, puertas NAND, puertas NOR, puertas AND NOR y puertas NAND de salida OC. Aunque hay muchos tipos, los principios básicos de funcionamiento son similares. Tome el circuito de puerta NAND de uso común como ejemplo para presentar su principio de funcionamiento.
Se puede ver en la Figura 1 que el circuito de puerta NOT está compuesto por la etapa de entrada Q1, la etapa intermedia Q2 y las etapas de salida Q3 y Q4.
①Etapa de entrada: Q1 se considera estructuralmente compuesto de diodos. Las uniones P de los dos diodos están espalda con espalda y las uniones N están conectadas a la entrada y la base de Q2 respectivamente.
②Etapa intermedia: compuesta por el transistor Q2 y las resistencias R2 y R4. Durante el proceso de encendido del circuito, el efecto de amplificación de Q2 se utiliza para proporcionar una corriente de base mayor para los tubos de salida Q3 y Q4, acelerando así la conducción de los tubos de salida. Por tanto, la función de la etapa intermedia es aumentar la velocidad de apertura del tubo de salida y mejorar el rendimiento del circuito.
③Etapa de salida: compuesta por transistores Q3, Q4, diodo D1 y resistencia R3. Como puede verse en la figura, la etapa de salida utiliza el transistor Q4 para implementar operaciones de negación lógica. Sin embargo, en el circuito de la etapa de salida, se utiliza una carga activa compuesta por el transistor Q3, el diodo D1 y R3 para hacer que la etapa de salida tenga una gran capacidad de carga. Entre ellos, D1 puede proteger el transistor contra una avería inversa.
principio de funcionamiento
① Cuando el terminal de entrada está en un nivel lógico bajo, la corriente fluye a través de R1 hacia la entrada y el transistor Q1 se enciende. En este momento, el voltaje de Vb (Q2) es menor que el voltaje de encendido de Vbe 0,7. V, y el transistor Q2 se apaga. En este momento, debido a la existencia de R2 y R4, Q3 está activado, Q4 está desactivado y se emite un nivel alto en Out. Se puede ver en la estructura de salida en la Figura 1 que el voltaje de alto nivel de salida en este momento será: Vout = Vcc - Vce - VD1 ≈ Vcc - 1V
②Cuando el terminal de entrada está en un nivel lógico alto, el transistor Q1 se apaga. En este momento, la corriente fluye a través de la unión PN de R1 y Q1, a la base de Q2, y el transistor Q2 se enciende. En este momento, Q4 está encendido, el voltaje base de Q3 es de aproximadamente 1 V y el voltaje de encendido de Q3 requiere que Vb3 sea de aproximadamente 1,7 V, Q3 no conducirá y se emitirá un nivel bajo en Out. Se puede ver en la estructura de salida en la Figura 1 que el voltaje de bajo nivel de salida en este momento será: 0,4 V.
Aplicación del circuito TTL
①Múltiples canales y entrada
La entrada multicanal de TTL se puede simplificar en la Figura 1. Dado que normalmente no requiere mucha energía como entrada lógica, la parte de alimentación se puede quitar y solo se conserva la parte lógica, como se muestra en la Figura 2.
②Salida de tótem TTL
En el circuito que se muestra a continuación, el área sombreada representa la salida del tótem. Los transistores Q3, Q4, el diodo D1 y la resistencia limitadora de corriente R3 forman una estructura de salida de tótem TTL, que puede proporcionar una fuerte capacidad de suministro de energía para dispositivos externos.
③Salida de drenaje abierto del colector TTL
El circuito de salida de drenaje abierto de la lógica TTL se muestra en la siguiente figura. En esta configuración, se eliminan los transistores Q3, D1 y la resistencia pull-up. En su lugar, se utiliza una resistencia pull-up externa R3 para garantizar un funcionamiento adecuado, como se muestra.
④Salida de puerta de tres estados TTL
La estructura del circuito de salida de puerta de tres estados se muestra en la siguiente figura: su salida tiene tres estados de salida: alta, baja y alta resistencia.
Cuando OE está habilitado en un nivel bajo, tanto Q3 como Q4 están en estado cerrado. En este momento, el terminal de salida está en un estado de alta impedancia y el estado de salida es flotante. Cuando OE es alto, el estado de la salida está determinado por la entrada.
