Transistör Transistör Mantığı (TTL) Nedir ve Çalışması

NAND, NOR gibi Mantık Kapıları, mantık işlemlerini gerçekleştirmek için günlük uygulamalarda kullanılır. Kapılar, BJT, Diyotlar veya FET'ler gibi yarı iletken cihazlar kullanılarak üretilir. Entegre devreler kullanılarak farklı Kapılar oluşturulur. Dijital mantık devreleri, belirli devre teknolojisine veya mantık ailelerine bağlı olarak üretilir. Farklı mantık aileleri şunlardır: RTL (Direnç Transistör Mantığı), DTL (Diyot Transistör Mantığı), TTL (Transistör-Transistör Mantığı), ECL (Verici Birleştirilmiş Mantık) ve CMOS (Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken Mantığı). Bunların dışında RTL ve DTL nadiren kullanılır. Bu makale, bir Transistör-Transistör Mantığı veya TTL .

Transistör-Transistör Mantık Geçmişi

TTL veya Transistör-Transistör Mantığı mantığı 1961 yılında 'TRW'den James L. Buie' tarafından icat edildi. Yeni entegre devreler geliştirmek için uygundur. Bu TTL'nin gerçek adı TCTL'dir, bu da transistör-bağlı transistör mantığı anlamına gelir. 1963 yılında, ilk ticari TTL cihazları, SUHL veya 'Sylvania Universal High-Level Logic ailesi' olarak bilinen 'Sylvania' tarafından tasarlandı.

Texas enstrüman mühendisleri, 1964 yılında askeri sıcaklık aralığı ile 5400 serisi IC'leri piyasaya sürdükten sonra, Transistör-Transistör Mantığı çok popüler oldu. Bundan sonra, 7400 serisi 1966 yılında daha dar bir aralıkta piyasaya sürüldü.

Texas Instruments tarafından piyasaya sürülen 7400 ailesinin uyumlu parçaları, National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa vb. Gibi çeşitli şirketler tarafından tasarlandı. Bir ve tek üretim IBM gibi bir şirket, kendi kullanımları için TTL kullanarak uyumlu olmayan devreler başlattı.

Transistör-Transistör Mantığı, hızı ve güç kullanımını yaklaşık yirmi yılda yavaşça iyileştirerek birçok bipolar mantık nesline uygulandı. Genellikle, her TTL çipi yüzlerce transistör içerir. Genel olarak, tek bir paketteki işlevler, mantık kapılarından mikro işlemciye kadar değişir.
Kenbak-1 gibi ilk PC, bir mikroişlemcinin alternatifi olarak CPU'su için Transistor-Transistor Logic kullanıldı. 1970 yılında, Datapoint 2200, TTL bileşenleri kullanıldı ve 8008 ve ondan sonra x86 komut setinin temelini oluşturdu.

Xerox alto tarafından 1973 yılında piyasaya sürülen GUI ve 1981 yılında Star iş istasyonları, ALU düzeyinde dahil edilen TTL devreleri olarak kullanıldı.

Transistör-Transistör Mantığı (TTL) nedir?

Transistör-Transistör Mantığı (TTL), BJT'lerden (bipolar bağlantı transistörleri) oluşan bir mantık ailesidir. Adından da anlaşılacağı gibi, transistör, mantık ve yükseltme gibi iki işlevi yerine getirir. TTL'nin en iyi örnekleri mantık kapıları, yani 7402 NOR Kapısı ve 7400 NAND kapısıdır.

TTL mantığı, birkaç emitörün yanı sıra birkaç girişe sahip birkaç transistör içerir. TTL veya transistör-transistör mantığı türleri temel olarak Standart TTL, Hızlı TTL, Schottky TTL, Yüksek güçlü TTL, Düşük güçlü TTL ve Gelişmiş Schottky TTL'yi içerir.

TTL mantık kapılarının tasarımı dirençler ve BJT'ler ile yapılabilir. Uzay uygulamaları için radyasyonla sertleştirilmiş TTL paketleri ve mükemmel bir hız ve daha az güç tüketimi kombinasyonu sağlayabilen Düşük güçlü Schottky diyotlar gibi farklı amaçlar için geliştirilmiş çeşitli TTL varyantları vardır.

Transistör-Transistör Mantığı Türleri

TTL'ler farklı tiplerde mevcuttur ve sınıflandırmaları aşağıdaki gibi çıktılara göre yapılır.

• Standart TTL
• Hızlı TTL
• Schottky TTL
• Yüksek Güçlü TTL
• Düşük Güç TTL
• Gelişmiş Schottky TTL.

Düşük güçlü TTL, güç tüketimini 1 mW gibi düşürmek için 33ns anahtarlama hızıyla çalışır. Şu anda, bu CMOS mantığı ile değiştirildi. Yüksek hızlı TTL, 6ns gibi normal TTL ile karşılaştırıldığında daha hızlı anahtarlamaya sahiptir. Ancak 22 mW gibi yüksek güç dağılımına sahiptir.

Schottky TTL, 1969 yılında piyasaya sürüldü ve kapı terminalinde Schottky diyot kelepçeleri kullanılarak anahtarlama süresini artırmak için şarjın depolanmasını önlemek için kullanıldı. Bu kapı terminalleri 3ns'de çalışır ancak 19 mW gibi yüksek güç dağılımı içerir.

Düşük güçlü TTL, düşük güçlü TTL'den yüksek direnç değerleri kullanır. Schottky diyotları, 2 mW gibi düşük güç kullanımının yanı sıra iyi bir hız karışımı sağlayacaktır. Bu, mikrobilgisayarlarda tutkal mantığı gibi kullanılan en genel TTL türüdür, temelde L, H ve S gibi geçmiş alt ailelerin yerini alır.

Hızlı TTL, düşükten yükseğe geçişi artırmak için kullanılır. Bu aileler, uygun şekilde 4pJ ve 10 pJ PDP elde etti. 3.3V güç kaynakları için LVTTL veya Düşük voltajlı TTL ile bellek arabirimi.

Tasarımcıların çoğu, ticari ve kapsamlı sıcaklık aralıkları sağlar. Örneğin, Texas Instruments'ın 7400 serisi parçalarının sıcaklık aralığı 0-70 ° C ve 5400 serisi sıcaklık aralığı -55 ile +125 ° C arasındadır. Yüksek güvenilirliğe ve özel kaliteye sahip parçalara havacılık ve askeri uygulamalar için erişilebilirken, SNJ54 serisi radyasyon cihazları uzay uygulamalarında kullanılır.

TTL'nin özellikleri

TTL'nin özellikleri aşağıdakileri içerir.

1. Fan Çıkışı: Bir GATE çıkışının olağan performansını etkilemeden sürebileceği yük sayısı. Yük ile, belirli bir kapının çıkışına bağlı başka bir Kapının girişi için gerekli olan akım miktarını kastediyoruz.
2. Güç dağılımı: Cihazın ihtiyaç duyduğu güç miktarını temsil eder. MW cinsinden ölçülür. Genellikle besleme voltajının ve çıktı yüksek veya düşük olduğunda çekilen ortalama akım miktarının ürünüdür.
3. Yayılma gecikmesi: Giriş seviyesi değiştiğinde geçen geçiş süresini temsil eder. Çıkışın geçişini yapması için ortaya çıkan gecikme yayılma gecikmesidir.
4. Gürültü Marjı: Standart çıkışı etkilemeyen girişte izin verilen gürültü voltajı miktarını temsil eder.
   

Transistör-Transistör Mantığının Sınıflandırılması

Tamamen transistörlerden oluşan mantıksal bir ailedir. Birden çok yayıcıya sahip bir transistör kullanır. Ticari olarak 7404, 74S86, vb. Gibi 74 serisi ile başlar. 1961'de James L Bui tarafından inşa edilmiş ve 1963'te mantık tasarımında ticari olarak kullanılmıştır. TTL'ler çıktıya göre sınıflandırılır.

Açık Kollektör Çıkışı

Ana özellik, çıktısının düşükken 0, yüksek olduğunda dalgalı olmasıdır. Genellikle harici bir Vcc uygulanabilir.

Transistör-Transistör Mantığının Açık Toplayıcı Çıkışı

Transistör Q1, arka arkaya yerleştirilmiş bir diyot kümesi gibi davranır. Girişlerden herhangi biri mantık düşük olduğunda, karşılık gelen yayıcı-taban birleşimi ileri eğimlidir ve Q1'in tabanı boyunca voltaj düşüşü yaklaşık 0,9V'dur, Q2 ve Q3 transistörlerinin yürütmesi için yeterli değildir. Böylece çıktı yüzer veya Vcc'dir, yani Yüksek seviyedir.

Benzer şekilde, tüm girişler yüksek olduğunda, Q1'in tüm baz yayıcı bağlantıları ters eğilimlidir ve Q2 ve Q3 transistörü yeterli temel akımı alır ve doygunluk modundadır. Çıkış mantıksal düşük seviyededir. (Bir transistörün doygunluğa gitmesi için, kollektör akımı temel akımın β katından büyük olmalıdır).

Uygulamalar

Açık kollektör çıkışı uygulamaları aşağıdakileri içerir.

• Sürüş lambalarında veya rölelerde
• Kablolu mantık gerçekleştirirken
• Ortak bir veri yolu sisteminin yapımında

Totem Kutup Çıkışı

Totem Kutbu, geçidin çıkışına aktif bir çekme devresinin eklenmesi anlamına gelir, bu da yayılma gecikmesinin azalmasıyla sonuçlanır.

Totem Kutup Çıkışı TTL

Mantık işlemi, açık kollektör çıkışı ile aynıdır. Q4 transistörlerinin ve diyotun kullanımı, Q3 boyunca parazitik kapasitansın hızlı şarj edilmesi ve boşaltılmasını sağlamaktır. Direnç, çıkış akımını güvenli bir değerde tutmak için kullanılır.

Üç Devlet Kapısı

Aşağıdaki gibi 3 durum çıkışı sağlar

• Bir alt transistör AÇIK ve bir üst transistör KAPALI olduğunda düşük seviye durumu.
• Alt transistör KAPALI ve üst transistör AÇIK olduğunda yüksek seviye durumu.
• Her iki transistör de KAPALI olduğunda üçüncü durum. O doğrudan kablo bağlantısına izin verir birçok çıktı.

Üç Durum Kapılı Transistör-Transistör Mantığı

TTL Ailesi Özellikleri

TTL ailesinin özellikleri aşağıdakileri içerir.

• Mantık düşük seviyesi 0 veya 0.2V'de.
• Mantık yüksek seviyesi 5V'de.
• Tipik olarak 10 üzerinden fan. Bu, çıkışında en fazla 10 geçidi destekleyebileceği anlamına gelir.
• Temel bir TTL cihazı, neredeyse 10 mW'lık bir güç çeker ve bu, Schottky cihazlarının kullanımıyla azalır.
• Ortalama yayılma gecikmesi yaklaşık 9ns'dir.
• Gürültü marjı yaklaşık 0,4V'dur.

TTL IC Serisi

TTL IC'ler çoğunlukla 7 serisi ile başlar. Şu şekilde verilen 6 alt ailesi vardır:

1. 35 ns yayılma gecikmesi ve 1 mW güç kaybı olan Düşük Güç cihazı.
2. Düşük güç Schottky 9ns gecikmeli cihaz
3. 1.5ns gecikmeli gelişmiş Schottky cihazı.
4. Gelişmiş düşük güçlü Schottky 4 ns gecikmeli ve 1 mW güç kaybına sahip cihaz.

Herhangi bir TTL cihaz terminolojisinde, ilk iki isim, cihazın ait olduğu alt ailenin adını belirtir. İlk iki hane, işlemin sıcaklık aralığını gösterir. Sonraki iki alfabe, aygıtın ait olduğu alt aileyi gösterir. Son iki hane, çip tarafından gerçekleştirilen mantık işlevini gösterir. Örnekler 74LS02- 2 ne giriş NOR geçidi, 74LS10- Üçlü 3 giriş NAND geçididir.

Tipik TTL Devreleri

Mantık Kapıları günlük hayatta giysi kurutucu, bilgisayar yazıcısı, kapı zili vb. Uygulamalarda kullanılmaktadır.

TTL mantığı kullanılarak uygulanan 3 temel Mantık kapısı aşağıda verilmiştir: -

NOR Kapısı

A girişinin mantık yüksekliğinde olduğunu, karşılık gelen transistörün yayıcı-taban bağlantısının ters eğimli olduğunu ve taban-toplayıcı bağlantısının ileri eğimli olduğunu varsayalım. Transistör Q3, Vcc besleme voltajından baz akımı alır ve doygunluğa gider. Q3'ten gelen düşük kollektör voltajının bir sonucu olarak, transistör Q5 kesilir ve diğer yandan, başka bir giriş düşükse Q4 kesilir ve buna göre Q5 kesilir ve çıkış, transistör Q3 aracılığıyla doğrudan toprağa bağlanır. . Benzer şekilde, her iki giriş de mantıksal olarak düşük olduğunda, çıkış mantık yüksek olacaktır.

NOR Kapısı TTL

DEĞİL kapısı

Giriş düşük olduğunda, karşılık gelen baz-yayıcı bağlantısı ileri eğimlidir ve taban-kolektör bağlantısı ters eğimlidir. Sonuç olarak transistör Q2 kesilir ve ayrıca transistör Q4 de kesilir. Transistör Q3 doygunluğa gider ve diyot D2 iletmeye başlar ve çıkış Vcc'ye bağlanarak mantık yüksekliğine gider. Benzer şekilde, giriş mantık yüksek olduğunda, çıkış mantık düşüktür.

TTL Kapısı DEĞİL

Diğer Mantık Aileleriyle TTL Karşılaştırması

Genellikle, TTL aygıtları CMOS aygıtlarına kıyasla daha fazla güç kullanır, ancak güç kullanımı CMOS aygıtları için saat hızında artış sağlamaz. Mevcut ECL devreleriyle karşılaştırıldığında, transistör-transistör mantığı düşük güç kullanır, ancak basit tasarım kurallarına sahiptir, ancak önemli ölçüde daha yavaştır.

Üreticiler, en iyi performansı elde etmek için TTL ve ECL cihazlarını aynı sistem içinde birleştirebilirler, ancak seviye değiştirme gibi cihazlar iki mantık ailesi arasında gereklidir. TTL, eski CMOS cihazlarına kıyasla elektrostatik deşarjdan kaynaklanan hasara karşı düşük duyarlıdır.

TTL cihazının o / p yapısı nedeniyle, o / p empedansı düşük ve yüksek durumlar arasında asimetriktir ve bunları iletim hatlarını sürmek için uygunsuz hale getirir. Genellikle, bu dezavantaj, sinyallerin kablolar boyunca iletilmesini gerektirdiğinde özel hat sürücüsü aygıtları kullanılarak o / p'nin arabelleğe alınması yoluyla üstesinden gelir.

TTL'nin totem kutuplu o / p yapısı, hem yüksek hem de düşük transistörler iletildiğinde, güç kaynağından çekilen önemli bir akım sinyali ile sonuçlandığında, sıklıkla hızlı bir örtüşmeye sahiptir.

Bu sinyaller, birkaç IC paketi arasında ani yöntemlerle bağlanabilir, bu da daha düşük performans ve düşük gürültü marjı ile sonuçlanır. Genel olarak, TTL sistemleri her biri için, aksi takdirde iki IC paketi için bir dekuplaj kapasitörü kullanır, bu nedenle bir TTL yongasından gelen bir akım sinyali, voltaj besleme voltajını anlık olarak diğerine düşürmez.

Şu anda birçok tasarımcı, aynı pinout'lar dahil karşılık gelen TTL bileşeniyle ilişkili parça numaraları aracılığıyla TTL uyumlu i / p & o / p seviyeleri aracılığıyla CMOS mantık eşdeğerleri tedarik etmektedir. Örneğin, 74HCT00 serisi, 7400 bipolar serisi parçalar için birkaç drop-in alternatifi sağlayacaktır, ancak CMOS teknolojisini kullanır.

TTL'nin farklı özellikler açısından diğer mantık aileleri ile karşılaştırılması aşağıdakileri içerir.

Transistör-Transistör Mantık Çevirici

Transistör Transistör Mantığı (TTL) cihazları, daha hızlı çalıştıkları ve daha ucuz çalıştıkları için diyot transistör mantığının (DTL) yerini aldı. Quad 2-girişli NAND IC, bir invertör olarak kullanılan çok çeşitli devreleri tasarlamak için bir 7400 TTL cihazı kullanır.

Yukarıdaki devre şeması, IC içindeki NAND geçitlerini kullanır. Bu nedenle, devreyi etkinleştirmek için A anahtarını seçin, ardından devredeki her iki LED'in de kapanacağını fark edebilirsiniz. Çıkış düşük olduğunda, giriş yüksek olmalıdır. Bundan sonra, B anahtarını seçin, ardından her iki LED de yanacaktır.

A anahtarı seçildiğinde, NAND geçidinin her iki girişi de yüksek olacaktır, bu da mantık geçitlerinin çıkışının daha az olacağı anlamına gelir. B anahtarı seçildiğinde, girişler uzun süre yüksek olmayacak ve LED'ler yanacaktır.

Avantajlar ve dezavantajlar

TTL'nin dezavantajlarının avantajları aşağıdakileri içerir.

TTL'nin temel faydası, diğer devreler ile kolayca arayüz oluşturabilmemiz ve belirli voltaj seviyeleri ve iyi gürültü marjları nedeniyle zor mantık fonksiyonları üretebilmemizdir. TTL, fan gibi iyi özelliklere sahiptir, bu da i / p sinyallerinin sayısı anlamına gelir. bir giriş yoluyla kabul edilebilir.

TTL esas olarak CMOS gibi olmayan sabit elektrik deşarjlarından kaynaklanan zararlara karşı bağışıktır ve CMOS ile karşılaştırıldığında bunlar ekonomiktir. TTL'nin ana dezavantajı, yüksek akım kullanımıdır. TTL’nin yüksek akım talepleri saldırgan işleyişe yol açabilir çünkü o / p durumları kapatılacaktır. Düşük akım tüketimine sahip farklı TTL sürümleriyle bile CMOS ile rekabet edebilir.

CMOS'un gelişiyle, TTL uygulamaları CMOS ile değiştirildi. Ancak, TTL hala uygulamalarda kullanılmaktadır çünkü oldukça sağlamdırlar ve mantık kapıları oldukça ucuzdur.

TTL Uygulamaları

TTL uygulamaları aşağıdakileri içerir.

• 0 ila 5V sağlamak için kontrolör uygulamasında kullanılır
• Sürüş lambaları ve rölelerinde anahtarlama cihazı olarak kullanılır
• İşlemcilerinde kullanılır mini bilgisayarlar DEC VAX gibi
• Yazıcılarda ve video görüntüleme terminallerinde kullanılır

Böylece, bu tamamen TTL veya Transistör-Transistör mantığına genel bakış . Mantık durumlarını koruyan ve BJT'leri kullanarak anahtarlama elde eden bir IC'ler grubudur. TTL, TTL ve DTL ile karşılaştırıldığında ucuz, daha hızlı ve yüksek güvenilirlikli olmaları nedeniyle IC'lerin bu kadar yaygın olarak kullanılmasının nedenlerinden biridir. Bir TTL, birkaç girişi olan kapılardaki birkaç yayıcı aracılığıyla transistörler kullanır. İşte size bir soru, transistör-transistör mantığının alt kategorileri nelerdir?