Транзисторно-транзисторна логіка

ТТЛ набула широкого поширення в комп'ютерах, електронних музичних інструментах, а також в контрольно-вимірювальній апаратурі і автоматиці. Завдяки широкому розповсюдженню ТТЛ вхідні і вихідні кола електронного обладнання часто виконуються сумісними по електричним характеристикам з ТТЛ. Максимальна напруга в схемах з ТТЛ може досягати 24В, однак це призводить до великого рівня паразитного сигналу. Досить малий рівень паразитного сигналу при збереженні достатньої ефективності досягається при напрузі живлення 5В, тому така напруга і увійшла в технічний регламент ТТЛ.

ТТЛ стала популярною серед розробників електронних систем після того, як в 1965 році фірма Texas Instruments представила серію інтегральних мікросхем 74xx, хоча фірма Texas Instruments і не була першою, хто почав випуск ТТЛ мікросхем (дещо раніше його почали фірми Sylvania і Transitron). Тим не менш промисловим стандартом стала саме серія 74xx фірми Texas Instruments, що значною мірою пояснюється великими виробничими потужностями фірми Texas Instruments, широкою номенклатурою мікросхем, а також її зусиллями по просуванню серії 74xx.

Оскільки біполярні інтегральні ІМС серії 74xx фірми Texas Instruments стали найбільш поширеними, їх функціонально і параметрично повторює продукція інших фірм (Advanced Micro Devices, серія 90/9N/9L/9H/9S Fairchild, Harris, Intel, Intersil, Motorola, National, частково К155 виробництва СРСР тощо)[1].

Схема двовходового ТТЛ-елемента 2І-НЕ

Базовий логічний елемент ТТЛ[2] складається з двох функціональних частин: логічної і силової. Логічна частина (багатоемітерний транзистор V₁) визначає виконувану елементом логічну функцію, а силова частина (транзистор V₂ та двотактний каскад на V₂—V₄) відповідає за підсилення та формування вихідних логічних рівнів. Для демонстрації роботи схеми достатньо розглянути два випадки, в яких значення вихідного сигналу відрізняється.

Перший випадок. Напруга на одному із входів представляє низький рівень (наприклад, U₁ = 0 В). У цьому випадку перший емітер транзистора V₁ з'єднується з негативним виводом джерела живлення (т. зв. "землею") через низький внутрішній опір джерела сигналу. В найпростішому випадку вхід просто замикають на "землю". Від позитивного виводу джерела живлення (+5 В) через резистор R₁ протікає базовий струм транзистора V₁, який відкривається і своїм переходом колектор-емітер замикає на "землю" базу транзистора V₂. Таким чином V₂ закритий і через нього струм не тече. Транзистор V₄ також закритий — через резистор R₄ його база замкнена на "землю". Транзистор V₃ відкритий базовим струмом через резистор R₂. Через резистор R₃, транзистор V₃ та діод V₅ на вихід схеми потрапляє високий потенціал (в межах 2,4...5 В). Стан транзистора V₁ не зміниться, якщо низький рівень напруги буде на іншому вході U₂ або на обох входах.

Другий випадок. На обидва входи схеми подано високий потенціал (U₁ = U₂ = 5 В). На базі та емітері транзистора V₁ однаково високі потенціали, тому транзистор закритий. Але при цьому перехід база-колектор транзистора виявляється зміщеним у прямому напрямі, він відкривається (як звичайний діод) і пропускає струм від джерела живлення +5 В через резистор R₁ на базу транзистора V₂, який також відкривається. Колекторний струм V₂ створює базовий струм V₄ і відкриває його. Своїм переходом колектор-емітер V₄ замикає на "землю" вихід схеми. Тому на виході низький потенціал (U_a = 0...0,4 В). Може здаватися, що транзистор V₃ також відкритий, тому треба з'ясувати його стан. Для цього потрібно оцінити потенціали бази і емітера цього транзистора. Потенціал бази V₃ складається з падінь напруги на переходах база-емітер V₄ і колектор-емітер V₂ і становить приблизно 0,9 В (≈0,7 В + ≈0,2 В). Потенціал емітера V₃ складається з падінь напруги на переходах колектор-емітер V₄ і діоді V₅ і дорівнює ≈0,9 В (≈0,2 В + ≈0,7 В). Отже на базі і емітері транзистора V₃ приблизно однакові потенціали, він закритий і не впливає на вихід схеми. Власне для цього в схемі служить діод V₅, який "підпирає" емітер транзистора V₃ і не дає йому відкритися.

Таким чином, базовий логічний елемент ТТЛ виконує логічну функцію І-НЕ, представлену таблицею істинності:

Входи		Вихід
${\displaystyle A}$	${\displaystyle B}$	${\displaystyle {\overline {A\land B}}}$
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

У ТТЛШ використовуються транзистори Шотткі, в яких бар'єр Шотткі не дозволяє транзистору увійти в режим насичення в результаті чого дифузійна ємність мала і затримки перемикання малі, а швидкодія висока.

ТТЛШ-логіка відрізняється від ТТЛ наявністю діодів Шотткі в колах база - колектор, що виключає насичення транзистора, а також наявністю демпферних діодів Шотткі на входах (рідко на виходах) для придушення імпульсних завад, що утворюються через відбиття в довгих лініях зв'язку (довгої вважається лінія, час поширення сигналу в якій більше тривалості його фронту, для найшвидших ТТЛШ мікросхем лінія стає довгою починаючи з довжини в кілька сантиметрів).

• Логічний вентиль
• Резисторно-транзисторна логіка
• Діодно-транзисторна логіка
• Емітерно-зв'язана логіка
• Мікросхеми серії 74xx

1. Соломатин Н. М. Логические элементы ЭВМ: Практ. пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1990. — С. 19, 58. — 160 с. — ISBN 5-06-002053-3 (рос.)
2. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. — М. : Радио и связь, 1987.