مقاله منطق TTL را بررسی می کند که هنوز در برخی از شاخه های فناوری استفاده می شود. در کل چندین نوع منطق وجود دارد: ترانزیستور ترانزیستور (TTL)، دیود ترانزیستور (DTL)، بر اساس ترانزیستورهای MOS (CMOS)، و همچنین بر اساس ترانزیستورهای دوقطبی و CMOS. اولین ریزمدارهایی که به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتند، آنهایی بودند که با استفاده از فناوری TTL ساخته شدند. اما دیگر انواع منطق که هنوز در فناوری استفاده می شود را نمی توان نادیده گرفت.
منطق دیود-ترانزیستور
با استفاده از دیودهای نیمه هادی معمولی، می توانید ساده ترین عنصر منطقی را بدست آورید (نمودار زیر نشان داده شده است). این عنصر در منطق "2I" نامیده می شود. هنگامی که پتانسیل صفر به هر ورودی (یا هر دو به طور همزمان) اعمال شود، جریان الکتریکی از مقاومت شروع به عبور می کند. در این حالت افت ولتاژ قابل توجهی رخ می دهد. می توان نتیجه گرفت که در خروجی عنصر پتانسیل برابر خواهد بودواحد، اگر این دقیقاً به طور همزمان برای هر دو ورودی اعمال شود. به عبارت دیگر، با کمک چنین طرحی، عملیات منطقی "2AND" اجرا می شود.
تعداد دیودهای نیمه هادی تعیین می کند که عنصر چند ورودی داشته باشد. هنگام استفاده از دو نیمه هادی، مدار "2I" اجرا می شود، سه - "3I"، و غیره. در ریز مدارهای مدرن، یک عنصر با هشت دیود ("8I") تولید می شود. یک نقطه ضعف بزرگ منطق DTL سطح بسیار کم ظرفیت بار است. به همین دلیل، یک تقویت کننده ترانزیستور دوقطبی باید به عنصر منطقی متصل شود.
اما پیاده سازی منطق بر روی ترانزیستورها با چندین امیتر اضافی بسیار راحت تر است. در چنین مدارهای منطقی TTL، به جای اتصال موازی دیودهای نیمه هادی، از ترانزیستور چند امیتر استفاده می شود. این عنصر در اصل شبیه به "2I" است. اما در خروجی سطح بالایی از پتانسیل را می توان تنها در صورتی بدست آورد که دو ورودی همزمان مقدار یکسانی داشته باشند. در این حالت جریان امیتر وجود ندارد و انتقالات مسدود می شوند. شکل یک مدار منطقی معمولی را با استفاده از ترانزیستور نشان می دهد.
مدارهای اینورتر روی عناصر منطقی
با کمک یک تقویت کننده، معلوم می شود که سیگنال را در خروجی جزء معکوس می کند. عناصر از نوع "AND-NOT" در ریز مدارهای سریال هواپیما نشان داده شده است. به عنوان مثال، یک میکرو مدار از سری K155LA3 در طراحی خود عناصری از نوع "2I-NOT" به تعداد چهار قطعه دارد. بر اساس این عنصر، یک دستگاه اینورتر ساخته می شود. این از یک دیود نیمه هادی استفاده می کند.
اگر نیاز به ادغام داریدچندین عنصر منطقی از نوع "AND" مطابق مدارهای "OR" (یا اگر لازم است عناصر منطقی "OR" را پیاده سازی کنید)، ترانزیستورها باید به صورت موازی در نقاط نشان داده شده در نمودار متصل شوند. در این حالت فقط یک آبشار در خروجی بدست می آید. یک عنصر منطقی از نوع "2OR-NOT" در این عکس نشان داده شده است:
این عناصر در ریزمدارها موجود هستند که با حروف LR نشان داده می شوند. اما منطق TTL از نوع "OR-NOT" با علامت اختصاری LE نشان داده می شود، به عنوان مثال، K153LE5. دارای چهار عنصر منطقی "2OR-NOT" به طور همزمان است.
سطوح منطق IC
در تکنولوژی مدرن از ریز مدارهایی با منطق TTL استفاده می شود که با ولتاژهای 3 و 5 تغذیه می شوند اما فقط سطح منطقی یک و صفر به ولتاژ بستگی ندارد. به همین دلیل است که نیازی به تطبیق اضافی ریز مدارها نیست. نمودار زیر سطح ولتاژ مجاز در خروجی عنصر را نشان می دهد.
ولتاژ در حالت نامشخص در ورودی ریزمدار، در مقایسه با خروجی، در محدوده های کوچکتر مجاز است. و این نمودار مرزهای سطوح یک واحد منطقی و صفر را برای ریزمدارهای نوع TTL نشان می‌دهد.
روشن کردن دیود شاتکی
اما سوئیچ های ترانزیستوری ساده یک ایراد بزرگ دارند - آنها هنگام کار در حالت باز حالت اشباع دارند. برای اینکه حامل های اضافی حل شوند و نیمه هادی اشباع نشود، یک دیود نیمه هادی بین پایه و کلکتور روشن می شود. شکل نشان می دهدروشی برای اتصال دیود شاتکی و ترانزیستور.
یک دیود شاتکی آستانه ولتاژی در حدود 0.2-0.4 ولت دارد، در حالی که یک اتصال p-n سیلیکونی آستانه ولتاژ حداقل 0.7 ولت دارد. و این بسیار کمتر از طول عمر یک نوع اقلیت حامل در یک است. کریستال نیمه هادی دیود شاتکی به شما این امکان را می دهد که ترانزیستور را به دلیل آستانه کم برای باز کردن اتصال نگه دارید. به همین دلیل است که از رفتن به حالت تریود جلوگیری می شود.
خانواده ریز مدارهای TTL کدامند
معمولاً ریز مدارهای این نوع از منابع 5 ولت تغذیه می شوند. عناصر داخلی آنالوگ های خارجی - سری SN74 وجود دارد. اما بعد از سری یک عدد دیجیتال می آید که تعداد و نوع اجزای منطقی را نشان می دهد. ریز مدار SN74S00 حاوی عناصر منطقی 2I-NOT است. ریزمدارهایی وجود دارند که محدوده دمایی آنها بیشتر است - K133 داخلی و SN54 خارجی.
ریزمدارهای روسی، از نظر ترکیب مشابه SN74، با نام K134 تولید شدند. ریز مدارهای خارجی که مصرف برق و سرعت آنها کم است در انتها حرف L می باشد.میکرو مدارهای خارجی با حرف S در انتها مشابه داخلی دارند که عدد 1 با عدد 5 جایگزین شده است.مثلا مدل معروف K555 یا K531. امروزه انواع مختلفی از ریز مدارهای سری K1533 تولید می شود که سرعت و مصرف برق در آنها بسیار پایین است.
گیت منطقی CMOS
ریزمدارهایی که ترانزیستورهای مکمل دارند بر پایه عناصر MOS با کانال های p و n هستند. با کمک یکیپتانسیل، یک ترانزیستور کانال p باز می شود. هنگامی که یک "1" منطقی تشکیل می شود، ترانزیستور بالایی باز می شود و ترانزیستور پایینی بسته می شود. در این حالت هیچ جریانی از ریز مدار عبور نمی کند. هنگامی که یک "0" تشکیل می شود، ترانزیستور پایینی باز می شود و ترانزیستور بالایی بسته می شود. در این حالت جریان از طریق ریز مدار جریان می یابد. نمونه ای از ساده ترین عنصر منطقی یک اینورتر است.
لطفاً توجه داشته باشید که IC های CMOS جریان را در حالت استاتیک نمی گیرند. مصرف جریان تنها زمانی شروع می شود که از یک حالت به عنصر منطقی دیگر سوئیچ می شود. منطق TTL در چنین عناصری با مصرف انرژی کم مشخص می شود. شکل یک نمودار از یک عنصر از نوع "NAND" را نشان می دهد که روی ترانزیستورهای CMOS کامپایل شده است.
یک مدار بار فعال بر روی دو ترانزیستور ساخته شده است. اگر نیاز به تشکیل یک پتانسیل بالا باشد، این نیمه هادی ها باز می شوند و نیمه هادی ها بسته می شوند. لطفا توجه داشته باشید که منطق ترانزیستور ترانزیستور (TTL) بر اساس عملکرد کلیدها است. نیمه هادی ها در قسمت بالایی بازو باز می شوند و در قسمت پایین بازو بسته می شوند. در این حالت، در حالت استاتیک، ریز مدار جریانی را از منبع تغذیه مصرف نمی‌کند.
