O que é Transistor Transistor Logic (TTL) e seu funcionamento

Portas lógicas como NAND, NOR são usadas em aplicações diárias para realizar operações lógicas. Os Gates são fabricados com dispositivos semicondutores como BJT, Diodos ou FETs. Gate’s diferentes são construídos usando circuitos integrados. Os circuitos lógicos digitais são fabricados dependendo da tecnologia de circuito ou famílias lógicas específicas. As diferentes famílias lógicas são RTL (Resistor Transistor Logic), DTL (Diode Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled Logic) e CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic). Destes, RTL e DTL raramente são usados. Este artigo discute uma visão geral de um Lógica transistor-transistor ou TTL .

História da lógica transistor-transistor

O TTL ou lógica Transistor-Transistor Logic foi inventado no ano de 1961 por “James L. Buie da TRW”. É adequado para o desenvolvimento de novos circuitos integrados. O nome real desse TTL é TCTL, que significa lógica de transistor acoplada a transistor. Em 1963, os primeiros dispositivos TTL comerciais de fabricação foram projetados por 'Sylvania', conhecido como SUHL ou 'família Sylvania Universal High-Level Logic'.

Depois que os engenheiros de instrumentos do Texas lançaram os CIs da série 5400 no ano de 1964 com a faixa de temperatura militar, a Lógica Transistor-Transistor se tornou muito popular. Depois disso, a série 7400 foi lançada em uma faixa mais restrita no ano de 1966.

As partes compatíveis das 7400 famílias lançadas por instrumentos do Texas foram projetadas por várias empresas como National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa, etc. O único fabricante empresa como a IBM lançou circuitos não compatíveis usando TTL para uso próprio.

A Lógica Transistor-Transistor foi aplicada a muitas gerações de lógica bipolar, melhorando lentamente a velocidade, bem como a utilização de energia por cerca de duas décadas. Normalmente, cada chip TTL inclui centenas de transistores. Geralmente, as funções em um único pacote variam de portas lógicas a um microprocessador.
O primeiro PC como Kenbak-1 foi usado Transistor-Transistor Logic para sua CPU como uma alternativa de um microprocessador. No ano de 1970, o Datapoint 2200 usava componentes TTL e foi a base para o 8008 e depois o conjunto de instruções x86.

A GUI introduzida pela Xerox alto no ano de 1973, bem como as estações de trabalho Star no ano de 1981, foram usados ​​circuitos TTL que são incorporados no nível de ALUs.

O que é Transistor-Transistor Logic (TTL)?

O Transistor-Transistor Logic (TTL) é uma família lógica composta por BJTs (transistores de junção bipolar). Como o nome sugere, o transistor executa duas funções como lógica e também amplificação. Os melhores exemplos de TTL são as portas lógicas, nomeadamente a porta 7402 NOR e a porta 7400 NAND.

A lógica TTL inclui vários transistores que possuem vários emissores, bem como várias entradas. Os tipos de TTL ou lógica transistor-transistor incluem principalmente TTL padrão, TTL rápido, TTL Schottky, TTL de alta potência, TTL de baixa potência e TTL Schottky avançado.

O projeto de portas lógicas TTL pode ser feito com resistores e BJTs. Existem várias variantes de TTL que são desenvolvidas para diferentes fins, como os pacotes TTL endurecidos por radiação para aplicações espaciais e diodos Schottky de baixa potência que podem fornecer uma excelente combinação de velocidade e menor consumo de energia.

Tipos de lógica transistor-transistor

TTLs estão disponíveis em diferentes tipos e sua classificação é feita com base na saída como a seguir.

• TTL padrão
• TTL rápido
• Schottky TTL
• TTL de alta potência
• TTL de baixa potência
• Schottky TTL avançado.

O TTL de baixa potência opera com uma velocidade de comutação de 33ns para reduzir o consumo de energia como 1 mW. Atualmente, isso foi substituído por meio da lógica CMOS. TTL de alta velocidade tem comutação mais rápida em comparação com TTL normal, como 6ns. No entanto, ele tem uma dissipação de alta potência como 22 mW.

Schottky TTL foi lançado no ano de 1969 e é usado para evitar o armazenamento de carga para aumentar o tempo de chaveamento usando grampos de diodo Schottky no terminal do portão. Esses terminais de portão operam em 3ns, no entanto, incluem alta dissipação de energia como 19 mW

O TTL de baixa potência usa valores de alta resistência do TTL de baixa potência. Os diodos Schottky fornecerão uma boa combinação de velocidade, bem como diminuição da utilização de energia como 2 mW. Este é o tipo mais geral de TTL, usado como lógica de colagem em microcomputadores, basicamente substitui as subfamílias anteriores como L, H e S.

O TTL rápido é usado para aumentar a transição de baixo para alto. Essas famílias alcançaram PDPs de 4pJ e 10 pJ, correspondentemente. LVTTL ou TTL de baixa tensão para fontes de alimentação de 3,3 V, bem como interface de memória.

A maioria dos designers fornece faixas de temperatura comerciais e extensas. Por exemplo, a faixa de temperatura das peças da série 7400 da Texas Instruments varia de 0 a 70 ° C, bem como a faixa de temperatura da série 5400 é de -55 a +125 ° C. As peças com alta confiabilidade e qualidade especial são acessíveis para aplicações aeroespaciais e militares, enquanto os dispositivos de radiação da série SNJ54 são usados ​​em aplicações espaciais.

Características do TTL

As características do TTL incluem o seguinte.

1. Espalham: Número de cargas que a saída de um GATE pode conduzir sem afetar seu desempenho normal. Por carga, queremos dizer a quantidade de corrente exigida pela entrada de outro Gate conectado à saída de um determinado gate.
2. Dissipação de energia: Ele representa a quantidade de energia necessária ao dispositivo. É medido em MW. Geralmente é o produto da tensão de alimentação e a quantidade de corrente média consumida quando a saída é alta ou baixa.
3. Atraso de propagação: Ele representa o tempo de transição que decorre quando o nível de entrada muda. O atraso que ocorre para que a saída faça sua transição é o atraso de propagação.
4. Margem de ruído: Representa a quantidade de voltagem de ruído permitida na entrada, que não afeta a saída padrão.
   

Classificação da lógica transistor-transistor

É uma família lógica composta totalmente por transistores. Ele emprega um transistor com vários emissores. Comercialmente, ele começa com a série 74, como o 7404, 74S86, etc. Foi construído em 1961 por James L Bui e usado comercialmente em projeto lógico em 1963. TTLs são classificados com base na saída.

Saída de coletor aberto

A principal característica é que sua saída é 0 quando baixa e flutuante quando alta. Normalmente, um Vcc externo pode ser aplicado.

Saída de coletor aberto da lógica transistor-transistor

O transistor Q1 se comporta como um conjunto de diodos colocados costas com costas. Com qualquer uma das entradas em nível lógico baixo, a junção emissor-base correspondente é polarizada diretamente e a queda de tensão na base de Q1 é de cerca de 0,9 V, não o suficiente para os transistores Q2 e Q3 conduzirem. Assim, a saída é flutuante ou Vcc, ou seja, nível alto.

Da mesma forma, quando todas as entradas são altas, todas as junções base-emissor de Q1 são polarizadas reversamente e os transistores Q2 e Q3 obtêm corrente de base suficiente e estão no modo de saturação. A saída está em nível lógico baixo. (Para um transistor atingir a saturação, a corrente do coletor deve ser maior que β vezes a corrente de base).

Formulários

As aplicações de saída de coletor aberto incluem o seguinte.

• Em luzes de condução ou relés
• Na execução de lógica com fio
• Na construção de um sistema de ônibus comum

Saída Totem Pole

Totem Pole significa a adição de um pull up ativo do circuito na saída do Gate que resulta em uma redução do atraso de propagação.

Totem Pole Output TTL

A operação lógica é igual à saída de coletor aberto. O uso de transistores Q4 e diodo é para fornecer carga e descarga rápida de capacitância parasita em Q3. O resistor é usado para manter a corrente de saída em um valor seguro.

Three State Gate

Ele fornece saída de 3 estados como o seguinte

• Estado de baixo nível quando um transistor inferior está LIGADO e um transistor superior está DESLIGADO.
• Estado de alto nível quando o transistor inferior está DESLIGADO e o transistor superior LIGADO.
• Terceiro estado quando ambos os transistores estão desligados. Isto permite uma conexão direta com fio de muitas saídas.

Lógica de transistor-transistor de porta de três estados

Características da família TTL

Os recursos da família TTL incluem o seguinte.

• O nível lógico baixo está em 0 ou 0,2V.
• O nível lógico alto está em 5V.
• Ventilador típico de 10. Isso significa que ele pode suportar no máximo 10 portas em sua saída.
• Um dispositivo TTL básico consome uma potência de quase 10mW, que reduz com o uso de dispositivos Schottky.
• O atraso médio de propagação é de cerca de 9 ns.
• A margem de ruído é de cerca de 0,4V.

Série de TTL IC

Os ICs TTL começam principalmente com a série 7. Possui 6 subfamílias dadas como:

1. Dispositivo de baixa potência com um atraso de propagação de 35 ns e dissipação de potência de 1mW.
2. Schottky de baixa potência dispositivo com um atraso de 9ns
3. Dispositivo Schottky avançado com atraso de 1,5 ns.
4. Schottky avançado de baixa potência dispositivo com um atraso de 4 ns e dissipação de potência de 1mW.

Em qualquer nomenclatura de dispositivo TTL, os dois primeiros nomes indicam o nome da subfamília à qual o dispositivo pertence. Os primeiros dois dígitos indicam a faixa de temperatura de operação. Os próximos dois alfabetos indicam a subfamília à qual o dispositivo pertence. Os dois últimos dígitos indicam a função lógica realizada pelo chip. Os exemplos são 74LS02-2 nenhuma porta NOR de entrada, 74LS10- Porta NAND de entrada tripla 3.

Circuitos TTL Típicos

Os Logic Gates são usados ​​no dia a dia em aplicações como secadora de roupas, impressora de computador, campainha, etc.

As 3 portas lógicas básicas implementadas usando a lógica TTL são fornecidas abaixo: -

Portão NOR

Suponha que a entrada A esteja lógica alta, a junção base-emissor do transistor correspondente seja polarizada reversa e a junção coletor-base seja polarizada direta. O transistor Q3 obtém a corrente de base da tensão de alimentação Vcc e vai para a saturação. Como resultado da baixa tensão do coletor de Q3, o transistor Q5 vai desligar e, por outro lado, se outra entrada for baixa, Q4 é desligada e, correspondentemente, Q5 é desligada e a saída é conectada diretamente ao solo através do transistor Q3 . Da mesma forma, quando ambas as entradas são lógicas baixas, a saída estará lógica alta.

NOR Gate TTL

NÃO Gate

Quando a entrada é baixa, a junção base-emissor correspondente é polarizada direta e a junção coletor base é polarizada reversa. Como resultado, o transistor Q2 é cortado e também o transistor Q4 é cortado. O transistor Q3 vai para a saturação e o diodo D2 começa a conduzir e a saída é conectada ao Vcc e vai para a lógica alta. Da mesma forma, quando a entrada está em nível lógico alto, a saída está em nível lógico baixo.

NÃO Gate TTL

Comparação TTL com outras famílias lógicas

Geralmente, os dispositivos TTL usam mais energia em comparação com dispositivos CMOS, mas a utilização de energia não aumenta através da velocidade do clock para dispositivos CMOS. Em comparação com os circuitos ECL atuais, a lógica transistor-transistor usa baixa potência, mas tem regras de design simples, mas é significativamente mais lenta.

Os fabricantes podem unir dispositivos TTL e ECL no mesmo sistema para obter o melhor desempenho, mas dispositivos como mudança de nível são necessários entre as duas famílias lógicas. TTL é pouco sensível a danos de descarga eletrostática em comparação com os primeiros dispositivos CMOS.

Por causa da estrutura o / p do dispositivo TTL, a impedância o / p é assimétrica entre os estados baixo e alto para torná-los inadequados para conduzir as linhas de transmissão. Normalmente, essa desvantagem é superada pelo armazenamento em buffer do o / p usando dispositivos de driver de linha especiais sempre que os sinais exigem transmissão através dos cabos.

A estrutura do totem-pólo o / p do TTL freqüentemente tem uma rápida sobreposição, uma vez que os transistores superior e inferior estão conduzindo, o que resulta em um sinal substancial de corrente retirada da fonte de alimentação.

Esses sinais podem se conectar em métodos repentinos entre vários pacotes de IC, o que resulta em desempenho inferior e margem de ruído reduzida. Geralmente, os sistemas TTL usam um capacitor de desacoplamento para cada um, caso contrário, dois pacotes IC, de modo que um sinal de corrente de um chip TTL não diminua a tensão de alimentação de tensão para outro momentaneamente.

Atualmente, muitos projetistas fornecem equivalentes lógicos CMOS por meio de níveis i / p & o / p compatíveis com TTL por meio de números de peça relacionados ao componente TTL correspondente, incluindo as mesmas pinagens. Assim, por exemplo, a série 74HCT00 fornecerá várias alternativas drop-in para peças da série 7400 bipolares, porém utiliza a tecnologia CMOS.

A comparação de TTL com outras famílias lógicas em termos de especificações diferentes inclui o seguinte.

Inversor lógico transistor-transistor

Os dispositivos Transistor Logic (TTL) do transistor substituíram a lógica do transistor do diodo (DTL) porque funcionam mais rápido e são mais baratos de funcionar. O NAND IC com entrada Quad 2 usa um dispositivo 7400 TTL para projetar uma ampla gama de circuitos que é usado como um inversor.

O diagrama de circuito acima usa portas NAND dentro do IC. Portanto, selecione a chave A para ativar o circuito, então você pode notar que ambos os LEDs no circuito irão desligar. Quando a saída é baixa, a entrada deve ser alta. Depois disso, selecione a chave B e ambos os LEDs se acenderão.

Quando a chave A for selecionada, ambas as entradas da porta NAND serão altas, o que significa que a saída das portas lógicas será menor. Quando a chave B é selecionada, as entradas não ficarão altas por um longo tempo e os LEDs se acenderão.

Vantagens e desvantagens

As vantagens das desvantagens do TTL incluem o seguinte.

O principal benefício do TTL é que podemos interagir facilmente com outros circuitos e a capacidade de gerar funções lógicas difíceis por causa de certos níveis de tensão, bem como boas margens de ruído TTL tem boas características como fan-in, o que significa o número de sinais i / p que pode ser aceito por meio de uma entrada.

TTL é principalmente imune a danos causados ​​por descargas de eletricidade estacionárias diferentes do CMOS e, em comparação com o CMOS, são econômicas. A principal desvantagem do TTL é a alta utilização de corrente. As altas demandas de corrente do TTL podem levar ao funcionamento ofensivo porque os estados o / p serão desligados. Mesmo com diferentes versões TTL que possuem baixo consumo de corrente será competitivo ao CMOS.

Com a chegada do CMOS, os aplicativos TTL foram substituídos pelo CMOS. Mas, TTL ainda é utilizado em aplicativos porque são bastante robustos e as portas lógicas são bastante baratas.

Aplicativos TTL

As aplicações do TTL incluem o seguinte.

• Usado na aplicação do controlador para fornecer 0 a 5 Vs
• Usado como um dispositivo de comutação em lâmpadas de acionamento e relés
• Usado em processadores de mini computadores como DEC VAX
• Usado em impressoras e terminais de exibição de vídeo

Portanto, isso é tudo sobre uma visão geral da lógica TTL ou transistor-transistor . É um grupo de ICs que mantém os estados lógicos e também permite a comutação usando BJTs. TTL é uma das razões pelas quais os CIs são usados ​​tão extensivamente porque são baratos, mais rápidos e de alta confiabilidade em comparação com TTL e DTL. Um TTL usa transistores através de vários emissores em portas que possuem várias entradas. Aqui, fica uma pergunta para você, quais são as subcategorias da lógica transistor-transistor?