Універсальні (стандартні) серії ТТЛ
Найрозвиненіші за номенклатурою – універсальні серії мікросхем, у складі яких близько сотні виробів різного функціонального призначення. До них відносяться мікросхеми серій 133 та 155. Основна відмінність між виробами цих двох серій – у конструкції корпусу та стійкості до кліматичних та механічних впливів.
У функціональному відношенні мікросхеми зі подібними найменуваннями, наприклад 133ЛА3 і 155ЛА3, мають однакові електричні та часові параметри та призначення висновків.
На рис. 3.9 представлена принципова схема базового елемента 155 (133) серії. Такі елементи випускаються як самостійні вироби, і навіть служать для побудови інших, складніших приладів.
ДіодиVD1 –VD4 на вході мікросхеми (антидзвонні) при нормальному використанні мікросхеми зміщені у зворотному напрямку, мають дуже великий опір і не впливають на роботу логічного елемента. Роль цих діодів є допоміжною. Якщо на вході мікросхеми з'явиться негативна щодо загальної шини напруга, наприклад, при обробці сигналу від операційного підсилювача або при виникненні коливального процесу у разі перемикання джерела сигналу з 1 на 0 відповідний діод відкриється і обмежить цю напругу на рівні 0,4 - 0,7 В, яка безпечна для вхідного ланцюга.
Мал. 3.9. Принципова схема базового елемента 155 (133) серії
ВузолVT3,R3,R4 служить для поліпшення передавальної характеристики (залежності вихідної напруги від вхідної) і підвищення стійкості до перешкод. На підвищення стійкості перешкод схеми впливають порогові властивості транзистораVT3. За спрощеного розгляду цей вузол може бути представлений як резистор 1 ком. Вид передавальної характеристики мікросхем ТТЛ представленийМал. 3.10.
Мал. 3.10. Передавальна характеристика
Коли один або кілька входів з'єднані із загальною шиною безпосередньо або через нижній транзистор вихідного каскаду попередньої мікросхеми (тобто вхідний сигнал дорівнює 0), відповідний емітерний перехід багатоемітерного транзистораVT1 виявиться зміщеним у прямому напрямку, оскільки потенціал бази вищі за потенціал емітера. Напруги на базі транзистораVT1, рівного приблизно від 0,4 до 0,7 В, недостатньо для відмикання трьох переходів: база - колекторVT1, база - емітерVT2 та база - емітерVT5.
Коли транзисторVT2 закритий, на колекторі висока напруга. Струм, що протікає через резисторR2, забезпечує відмикання транзистораVT4 і діодаVD5. Якщо навантаження відсутнє, струм черезVT4 і діодVD5 приблизно дорівнює 0, а вихідна напруга дорівнює
U1 вих ≈ 5 В -0,7 - 0,2 = 4,1 В.
Розглянутий елемент виконує, таким чином, операцію І-НЕ, оскільки приUвх = 0Uвих = 1.
Легше зрозуміти роботу схеми, якщо багатоемітерний транзисторVT1 (емітерний та колекторний переходи) замінити діодами (рис. 3.11) – вийде схема ДТЛ. Логічна частина тут представлена діодами база – емітер транзистораVT1, а буферний діод – переходом база – колектор.
Мал. 3.11. Еквівалентна схема мікросхеми ТТЛ
На рис. 3.12 показано розподіл струмів у багатоемітерному транзисторі при дії вхідних сигналів. У вхідній частині мікросхеми тут розглядається тривходовий багатоемітерний транзистор. Якщо всі входи багатоемітерного транзистора подані напруги, відповідні рівню логічної одиниці (Uвх 1 ), то емітери вхідного транзисторане отримають відкриваючого струму усунення (немає достатньої різниці потенціалів).
Мал. 3.12. Розподіл струмів у вхідному ланцюзі елемента І-НЕ:
а– на вхід подана логічна 1;б– на вхід подано логічний 0
При цьому струм, що задається в базу багатоемітерного транзистора через резисторR1 (рис. 3.12,а), проходить від джерела живленняUп ланцюг колектораIдо, зміщеного в прямому напрямку колекторного переходу, і далі в базу транзистораVT2. ТранзисторVT2 при цьому знаходиться в режимі насичення і напруга на його колекторі відповідає рівню логічного нуля. Цим потенціалом замкнено і транзисторVT5(див. рис. 3.10) Транзистор VT5 відкритий і насичений. При цьомуUвих 0 = 0,2 В. Коли на один із входів багатоемітерного транзистора буде подано сигнал 0 (Uвх 0 ), відповідний перехід база-емітер багатоемітерного транзистора зміститься у прямому напрямі (рис. 3.12,б). Струм, що задається в його базу через резисторR1, проходить у ланцюг цього емітера. При цьому колекторний струм багатоемітерного транзистора суттєво зменшується, транзисторVT2 вимикається і напруга на виході схеми стає рівним рівню логічної одиниці (Uвих 1 ).
Якщо між входами ТТЛ та загальною шиною підключити резистор (див. рис. 3.13), то утворюється додатковий ланцюг:Uп,R1, емітерний перехідVT1 , резисторRД (наявність антидзвонових діодів тут не враховується). Струм, що протікає через резисторRД, утворює падіння напруги, яке діє на входи подібно до вхідної напруги від зовнішнього джерела сигналів.
При малихRД, колиUвх 1). ЗначенняRД при цьому приблизно дорівнює 500 Ом.
Для отриманнявисокого вхідного рівня (Uвх > 2,4 В), при якомуUвих 0 матиме значення логічного нуля,RД має бути приблизно 5 ком або більше. У тих випадках, коли R Д має проміжні значення, робоча точка мікросхеми буде розташована на похилій ділянці прохідної характеристики.
Мал. 3.13. Увімкнення резистора на вході мікросхеми
Включення резистора на вході мікросхеми ТТЛ застосовується в схемах виділення фронтів імпульсів за допомогою ланцюжків, що диференціюютьRC, в імпульсних пристроях, а також для створення лінійного (підсилювального) режиму роботи.