El artículo considerará la lógica TTL, que todavía se usa en algunas ramas de la tecnología. En total, hay varios tipos de lógica: transistor-transistor (TTL), diodo-transistor (DTL), basada en transistores MOS (CMOS), así como basada en transistores bipolares y CMOS. Los primeros microcircuitos que se utilizaron ampliamente fueron los que se construyeron con tecnologías TTL. Pero no se pueden ignorar otros tipos de lógica que todavía se usan en tecnología.
Lógica diodo-transistor
Usando diodos semiconductores ordinarios, puede obtener el elemento lógico más simple (el diagrama se muestra a continuación). Este elemento en lógica se llama "2I". Cuando se aplica potencial cero a cualquier entrada (o ambas a la vez), una corriente eléctrica comenzará a fluir a través de la resistencia. En este caso, se produce una caída de tensión significativa. Se puede concluir que a la salida del elemento el potencial será igual aunidad, si esto se aplica exactamente a ambas entradas al mismo tiempo. En otras palabras, con la ayuda de dicho esquema, se implementa la operación lógica "2Y".
El número de diodos semiconductores determina cuántas entradas tendrá el elemento. Cuando se utilizan dos semiconductores, se implementa el circuito "2I", tres - "3I", etc. En los microcircuitos modernos, se produce un elemento con ocho diodos ("8I"). una gran desventaja de la lógica DTL es un nivel muy pequeño de capacidad de carga. Por esta razón, se debe conectar un amplificador de transistor bipolar al elemento lógico.
Pero es mucho más conveniente implementar la lógica en transistores con varios emisores adicionales. En tales circuitos lógicos TTL, se utiliza un transistor de múltiples emisores, en lugar de diodos semiconductores conectados en paralelo. Este elemento es similar en principio a "2I". pero en la salida solo se puede obtener un alto nivel de potencial si las dos entradas tienen el mismo valor al mismo tiempo. En este caso, no hay corriente de emisor y las transiciones están bloqueadas. La figura muestra un circuito lógico típico que utiliza transistores.
Circuitos inversores sobre elementos lógicos
Con la ayuda de un amplificador, se invierte la señal en la salida del componente. Los elementos del tipo "Y-NO" se indican en los microcircuitos en serie de la aeronave. Por ejemplo, un microcircuito de la serie K155LA3 tiene en su diseño elementos del tipo "2I-NOT" en la cantidad de cuatro piezas. Sobre la base de este elemento, se fabrica un dispositivo inversor. Esto utiliza un diodo semiconductor.
Si necesita fusionarvarios elementos lógicos del tipo "Y" según los circuitos "O" (o si es necesario implementar los elementos lógicos "O"), entonces los transistores deben conectarse en paralelo en los puntos indicados en el diagrama. En este caso, solo se obtiene una cascada en la salida. En esta foto se muestra un elemento lógico del tipo "2O-NO":
Estos elementos están disponibles en microcircuitos, que se indican con las letras LR. Pero la lógica TTL del tipo "O-NO" se indica con la abreviatura LE, por ejemplo, K153LE5. Tiene cuatro elementos lógicos "2OR-NOT" integrados a la vez.
Niveles lógicos IC
En la tecnología moderna, se utilizan microcircuitos con lógica TTL, que funcionan con 3 y 5 V. Pero solo el nivel lógico de uno y cero no depende del voltaje. Es por esta razón que no hay necesidad de emparejamiento adicional de microcircuitos. El siguiente gráfico muestra el nivel de voltaje permitido en la salida del elemento.
La tensión en un estado incierto en la entrada del microcircuito, en comparación con la salida, se permite dentro de límites más pequeños. Y este gráfico muestra los límites de los niveles de una unidad lógica y cero para microcircuitos de tipo TTL.
Encendido del diodo Schottky
Pero los interruptores de transistor simples tienen un gran inconveniente: tienen un modo de saturación cuando funcionan en estado abierto. Para que se disuelva el exceso de portadores y no se sature el semiconductor, se enciende un diodo semiconductor entre la base y el colector. La figura muestraforma de conectar el diodo Schottky y el transistor.
Un diodo Schottky tiene un umbral de voltaje de aproximadamente 0,2-0,4 V, mientras que una unión p-n de silicio tiene un umbral de voltaje de al menos 0,7 V. Y esto es mucho menos que la vida útil de un tipo minoritario de portadores en un cristal semiconductor. El diodo Schottky le permite mantener el transistor debido al umbral bajo para abrir la unión. Es por esta razón que se evita que el triodo entre en modo.
¿Cuáles son las familias de microcircuitos TTL?
Por lo general, los microcircuitos de este tipo funcionan con fuentes de 5 V. Hay análogos extranjeros de elementos domésticos: la serie SN74. Pero después de la serie viene un número digital, que indica el número y tipo de componentes lógicos. El microcircuito SN74S00 contiene elementos lógicos 2I-NOT. Hay microcircuitos cuyo rango de temperatura es más amplio: K133 doméstico y SN54 extranjero.
Los microcircuitos rusos, de composición similar al SN74, se produjeron con la designación K134. Los microcircuitos extranjeros, cuyo consumo y velocidad son bajos, tienen al final la letra L. Los microcircuitos extranjeros con la letra S al final tienen homólogos domésticos en los que se ha sustituido el número 1 por el 5. Por ejemplo, el conocido K555 o K531. Hoy en día, se producen varios tipos de microcircuitos de la serie K1533, en los que la velocidad y el consumo de energía son muy bajos.
Puertas lógicas CMOS
Los microcircuitos que tienen transistores complementarios se basan en elementos MOS con canales p y n. Con la ayuda de unopotencial, se abre un transistor de canal p. Cuando se forma un "1" lógico, el transistor superior se abre y el inferior se cierra. En este caso, no fluye corriente a través del microcircuito. Cuando se forma un "0", el transistor inferior se abre y el superior se cierra. En este caso, la corriente fluye a través del microcircuito. Un ejemplo del elemento lógico más simple es un inversor.
Tenga en cuenta que los circuitos integrados CMOS no consumen corriente en modo estático. El consumo de corriente comienza solo cuando se cambia de un estado a otro elemento lógico. La lógica TTL en tales elementos se caracteriza por un bajo consumo de energía. La figura muestra un diagrama de un elemento del tipo "NAND", compilado en transistores CMOS.
Un circuito de carga activa se basa en dos transistores. Si es necesario formar un potencial alto, estos semiconductores se abren y uno bajo se cierra. Tenga en cuenta que la lógica transistor-transistor (TTL) se basa en el funcionamiento de las teclas. Los semiconductores en el brazo superior se abren y en el brazo inferior se cierran. En este caso, en modo estático, el microcircuito no consumirá corriente de la fuente de alimentación.
