המאמר יבחן את היגיון ה-TTL, שעדיין נמצא בשימוש בחלק מענפי הטכנולוגיה. בסך הכל ישנם מספר סוגי לוגיקה: טרנזיסטור-טרנזיסטור (TTL), דיודה-טרנזיסטור (DTL), מבוסס על טרנזיסטורי MOS (CMOS), וכן מבוסס על טרנזיסטורים דו-קוטביים ו-CMOS. המיקרו-מעגלים הראשונים שהיו בשימוש נרחב היו אלה שנבנו באמצעות טכנולוגיות TTL. אבל אי אפשר להתעלם מסוגים אחרים של היגיון שעדיין נמצאים בשימוש בטכנולוגיה.
לוגיקה של דיודה-טרנזיסטור
באמצעות דיודות מוליכים למחצה רגילים, אתה יכול לקבל את האלמנט הלוגי הפשוט ביותר (הדיאגרמה מוצגת למטה). אלמנט זה בלוגיקה נקרא "2I". כאשר פוטנציאל אפס מופעל על כל קלט (או שניהם בבת אחת), אז זרם חשמלי יתחיל לזרום דרך הנגד. במקרה זה, מתרחשת ירידת מתח משמעותית. ניתן להסיק שבתפוקת האלמנט הפוטנציאל יהיה שווה ליחידה, אם זה מיושם בדיוק על שתי הכניסות בו-זמנית. במילים אחרות, בעזרת סכמה כזו, הפעולה הלוגית "2AND" מיושמת.
מספר הדיודות מוליכים למחצה קובע כמה כניסות יהיו לאלמנט. בעת שימוש בשני מוליכים למחצה, המעגל "2I" מיושם, שלושה - "3I", וכו '. במיקרו-מעגלים מודרניים, אלמנט עם שמונה דיודות ("8I") מיוצר. חסרון עצום של לוגיקה DTL הוא רמה קטנה מאוד של קיבולת עומס. מסיבה זו, יש לחבר מגבר טרנזיסטור דו-קוטבי לאלמנט הלוגי.
אבל הרבה יותר נוח ליישם לוגיקה בטרנזיסטורים עם מספר פולטים נוספים. במעגלים לוגיים מסוג TTL כאלה, נעשה שימוש בטרנזיסטור מרובה פולטים, במקום דיודות מוליכים למחצה המחוברות במקביל. אלמנט זה דומה עקרונית ל-"2I". אבל במוצא ניתן להשיג רמה גבוהה של פוטנציאל רק אם לשתי התשומות יש אותו ערך בו זמנית. במקרה זה, אין זרם פולט, והמעברים חסומים. האיור מציג מעגל לוגי טיפוסי המשתמש בטרנזיסטורים.
מעגלי מהפך על אלמנטים לוגיים
בעזרת מגבר, מסתבר שהוא הופך את האות ביציאה של הרכיב. אלמנטים מסוג "AND-NOT" מסומנים במעגלי המיקרו הטוריים של המטוס. לדוגמה, למיקרו-מעגל מסדרת K155LA3 יש אלמנטים עיצוביים מסוג "2I-NOT" בכמות של ארבע חלקים. בהתבסס על אלמנט זה, התקן אינוורטר נוצר. זה משתמש בדיודה מוליכים למחצה אחת.
אם אתה צריך למזגמספר אלמנטים לוגיים מסוג "AND" לפי מעגלי "OR" (או אם יש צורך ליישם את האלמנטים הלוגיים "OR"), אז הטרנזיסטורים חייבים להיות מחוברים במקביל בנקודות המצוינות בתרשים. במקרה זה, רק מפל אחד מתקבל במוצא. אלמנט לוגי מסוג "2OR-NOT" מוצג בתמונה זו:
אלמנטים אלה זמינים במיקרו-מעגלים, המסומנים באותיות LR. אבל היגיון TTL מסוג "OR-NOT" מסומן על ידי הקיצור LE, למשל, K153LE5. יש לו ארבעה אלמנטים לוגיים "2OR-NOT" המובנים בו-זמנית.
IC levels logic
בטכנולוגיה מודרנית, משתמשים במיקרו-מעגלים עם לוגיקה TTL, המופעלים על ידי 3 ו-5 V. אבל רק הרמה הלוגית של אחד ואפס אינה תלויה במתח. מסיבה זו אין צורך בהתאמה נוספת של מיקרו-מעגלים. הגרף למטה מציג את רמת המתח המותרת במוצא האלמנט.
מתח במצב לא ודאי בכניסת המיקרו-מעגל, בהשוואה לפלט, מותר בגבולות קטנים יותר. והגרף הזה מציג את גבולות הרמות של יחידה לוגית ואפס עבור מעגלים מיקרו מסוג TTL.
הפעלת דיודה שוטקי
אבל למתגי טרנזיסטור פשוטים יש חיסרון אחד גדול - יש להם מצב רוויה כאשר הם פועלים במצב פתוח. על מנת שנשאים עודפים יתמוססו והמוליך למחצה לא יהיה רווי, מופעלת דיודה מוליכים למחצה בין הבסיס לקולט. האיור מראהדרך לחבר דיודה שוטקי וטרנזיסטור.
לדיודת שוטקי יש סף מתח של בערך 0.2-0.4 V, בעוד שלצומת p-n סיליקון יש סף מתח של לפחות 0.7 V. וזה הרבה פחות משך החיים של מיעוט סוג של נשאים ב- גביש מוליכים למחצה. דיודת Schottky מאפשרת לשמור על הטרנזיסטור בשל הסף הנמוך לפתיחת הצומת. מסיבה זו מניעה מהטריודה להיכנס למצב.
מהן משפחות המיקרו-מעגלים של TTL
בדרך כלל, מיקרו-מעגלים מסוג זה מופעלים על ידי מקורות 5 V. ישנם אנלוגים זרים של אלמנטים ביתיים - סדרת SN74. אבל אחרי הסדרה מגיע מספר דיגיטלי, שמציין את מספר וסוג הרכיבים הלוגיים. המיקרו-מעגל SN74S00 מכיל אלמנטים לוגיים 2I-NOT. ישנם מיקרו-מעגלים שטווח הטמפרטורות שלהם מורחב יותר - מקומי K133 וזר SN54.
מעגלי מיקרו רוסים, הדומים בהרכבם ל-SN74, יוצרו תחת הכינוי K134. למיקרו-מעגלים זרים, שצריכת החשמל ומהירותם נמוכים, יש בקצה האות L. למיקרו-מעגלים זרים עם האות S בקצה יש מקבילים ביתיים שבהם הוחלף הספרה 1 ב-5. לדוגמה, ה-K555 הידוע או K531. כיום, מיוצרים מספר סוגים של מיקרו-מעגלים מסדרת K1533, שבהם המהירות וצריכת החשמל נמוכים מאוד.
שערים לוגיים של CMOS
מיקרו-מעגלים שיש להם טרנזיסטורים משלימים מבוססים על אלמנטים MOS עם ערוצים p ו-n. בעזרת אחדפוטנציאל, טרנזיסטור ערוץ p נפתח. כאשר נוצר "1" לוגי, הטרנזיסטור העליון נפתח והתחתון נסגר. במקרה זה, אין זרם זורם דרך המיקרו-מעגל. כאשר נוצר "0", הטרנזיסטור התחתון נפתח והעליון נסגר. במקרה זה, זרם זורם דרך המיקרו-מעגל. דוגמה לאלמנט הלוגי הפשוט ביותר הוא מהפך.
אנא שים לב שמעבדי CMOS אינם מושכים זרם במצב סטטי. צריכת זרם מתחילה רק בעת מעבר ממצב אחד לאלמנט לוגי אחר. היגיון TTL על אלמנטים כאלה מאופיינת בצריכת חשמל נמוכה. האיור מציג דיאגרמה של אלמנט מסוג "NAND", הידור על טרנזיסטורי CMOS.
מעגל עומס פעיל בנוי על שני טרנזיסטורים. אם יש צורך ליצור פוטנציאל גבוה, מוליכים למחצה אלו נפתחים, ונמוך נסגר. שימו לב כי לוגיקה טרנזיסטור-טרנזיסטור (TTL) מבוססת על פעולת המקשים. מוליכים למחצה בזרוע העליונה נפתחים, ובזרוע התחתונה הם נסגרים. במקרה זה, במצב סטטי, המיקרו-מעגל לא יצרוך זרם ממקור הכוח.
