Элементы ТТЛ-логики

TTL-элементы, особенно элементы TTL-Шоттки, являются наиболее распространенными в интегральной схемотехнике по сравнению с другими типами биполярных элементов.

Схема простейшего TTL-элемента 3-И-НЕ представлена на рисунке 2.8. В TTL-элементах используется технология изготовления многоэмиттерных транзисторов (транзистор Т1 на рисунке 2.8).

а) - Электрическая схема	б) - УГО
Рисунок 2.8 – Простой ТТЛ-элемент 3И-НЕ

Усовершенствованные элементы ТТЛ-логики с диодами Шоттки (ТТЛШ) обладают более высоким быстродействием и низким потреблением в сравнении с обычными ТТL-схемами.

Быстродействие элементов ТТЛШ в 3–5 раз выше, чем у аналогичных элементов ТТЛ. Недостатком ТТЛШ является меньшая помехоустойчивость из-за меньшего размаха выходного напряжения U1вых – U0вых. Схемы ТТЛШ работают при таких же уровнях сигналов и питающих напряжений, как и обычные ТТЛ-схемы. Многоэмиттерные транзисторы на входе заменяют диодами Шоттки. Такая логика имеет более совершенные параметры. Так, элементы серии 74F (отечественный аналог – серия 1531) имеют время задержки распространения около 3 нс, коэффициент разветвления Кразв = 30. Мощность, потребляемая элементом этой серии, равна 4 мВт.

На практике часто возникает необходимость подключения выходов нескольких логических элементов к одной нагрузке. Одним из способов объединения выходов является использование в выходных каскадах транзисторов, один из выводов которых никуда не подключен. Такой вывод называют открытым. На рис. 2.9 показана упрощенная схема ТТЛ-элемента с открытым коллектором. Свободный коллектор такой схемы является ее выходом и подключается к источнику питания через внешнее нагрузочное сопротивление. Его роль может выполнять светоизлучающий диод, обмотка реле и т. п.

Рисунок 2.9 – Принципиальная схема ТТЛ-элемента с открытым коллектором

Открытые выводы логических элементов можно объединять. При этом обеспечивается реализация дополнительной логической функции.

У некоторых цифровых интегральных схем в дополнение к состояниям логических нуля и единицы имеется третье, называемое высокоимпедансным или Z-состоянием (3С).

Такой выход можно считать состоящим из двух переключателей (рисунок 2.10, а), которые могут замыкаться по очереди, давая логический ноль и логическую единицу, но могут и размыкаться одновременно.

Для перевода выхода в третье Z-состояние используется специальный управляющий вход, обозначаемый чаще всего OE (рисунок 2.10, б) (Output Enable – разрешение выхода) или EZ (Enable Z-state – запрещение выхода).

Вход EZ может быть прямым или инверсным. При ЕZ = 1 (прямой) выходные транзисторы логического элемента заперты, их выходное сопротивление велико и микросхема оказывается отключенной от нагрузки.

Выходы типа 3С можно соединять параллельно (рисунок 2.10, с) при условии, что в любой момент времени активным может быть только один из них. В этом случае отключенные выходы не мешают активному формированию сигнала в точке соединения выходов. Эта возможность позволяет применять элементы 3С в системах, где многие источники информации поочередно пользуются одной и той же линией связи.

а)	б)	с)
Рисунок 2.10 – Выход с тремя состояниями