L'articolo prenderà in considerazione la logica TTL, che è ancora utilizzata in alcuni rami della tecnologia. In totale esistono diversi tipi di logica: transistor-transistor (TTL), diodo-transistor (DTL), basata su transistor MOS (CMOS), nonché basata su transistor bipolari e CMOS. I primissimi microcircuiti ampiamente utilizzati sono stati quelli costruiti utilizzando le tecnologie TTL. Ma altri tipi di logica ancora utilizzati nella tecnologia non possono essere ignorati.
Logica diodo-transistor
Usando normali diodi a semiconduttore, puoi ottenere l'elemento logico più semplice (il diagramma è mostrato sotto). Questo elemento in logica è chiamato "2I". Quando viene applicato un potenziale zero a qualsiasi ingresso (o entrambi contemporaneamente), una corrente elettrica inizierà a fluire attraverso il resistore. In questo caso si verifica una significativa caduta di tensione. Si può concludere che all'uscita dell'elemento il potenziale sarà uguale aunità, se questa viene applicata esattamente a entrambi gli ingressi contemporaneamente. In altre parole, con l'aiuto di tale schema, viene implementata l'operazione logica "2AND".
Il numero di diodi a semiconduttore determina quanti ingressi avrà l'elemento. Quando si utilizzano due semiconduttori, viene implementato il circuito "2I", tre - "3I", ecc. Nei moderni microcircuiti viene prodotto un elemento con otto diodi ("8I"). un enorme svantaggio della logica DTL è un livello molto basso di capacità di carico. Per questo motivo, all'elemento logico deve essere collegato un amplificatore a transistor bipolare.
Ma è molto più conveniente implementare la logica sui transistor con diversi emettitori aggiuntivi. In tali circuiti logici TTL, viene utilizzato un transistor multi-emettitore, anziché diodi a semiconduttore collegati in parallelo. Questo elemento è in linea di principio simile a "2I". ma all'uscita si può ottenere un alto livello di potenziale solo se i due ingressi hanno lo stesso valore contemporaneamente. In questo caso, non c'è corrente di emettitore e le transizioni sono bloccate. La figura mostra un tipico circuito logico che utilizza transistor.
Circuiti inverter su elementi logici
Con l'aiuto di un amplificatore, risulta invertire il segnale all'uscita del componente. Gli elementi del tipo "AND-NOT" sono indicati nei microcircuiti seriali dell'aeromobile. Ad esempio, un microcircuito della serie K155LA3 ha nel suo design elementi del tipo "2I-NOT" per un importo di quattro pezzi. Sulla base di questo elemento, viene realizzato un dispositivo inverter. Questo utilizza un diodo a semiconduttore.
Se devi unirepiù elementi logici del tipo "AND" a seconda dei circuiti "OR" (o se è necessario implementare gli elementi logici "OR"), allora i transistor devono essere collegati in parallelo nei punti indicati nello schema. In questo caso si ottiene una sola cascata in uscita. Un elemento logico del tipo "2OR-NOT" è mostrato in questa foto:
Questi elementi sono disponibili in microcircuiti, che sono indicati dalle lettere LR. Ma la logica TTL del tipo "OR-NOT" è indicata dall'abbreviazione LE, ad esempio K153LE5. Ha quattro elementi logici "2OR-NOT" integrati contemporaneamente.
Livelli logici IC
Nella tecnologia moderna vengono utilizzati microcircuiti con logica TTL, alimentati da 3 e 5 V. Ma solo il livello logico di uno e zero non dipende dalla tensione. È per questo motivo che non è necessario un abbinamento aggiuntivo dei microcircuiti. Il grafico seguente mostra il livello di tensione consentito all'uscita dell'elemento.
La tensione in uno stato incerto all'ingresso del microcircuito, rispetto all'uscita, è consentita entro limiti inferiori. E questo grafico mostra i limiti dei livelli di un'unità logica e zero per i microcircuiti di tipo TTL.
Accensione del diodo Schottky
Ma i semplici interruttori a transistor hanno un grosso inconveniente: hanno una modalità di saturazione quando funzionano nello stato aperto. Affinché i portatori in eccesso si dissolvano e il semiconduttore non sia saturato, un diodo a semiconduttore viene acceso tra la base e il collettore. La figura mostramodo per collegare il diodo Schottky e il transistor.
Un diodo Schottky ha una soglia di tensione di circa 0,2-0,4 V, mentre una giunzione p-n di silicio ha una soglia di tensione di almeno 0,7 V. E questo è molto inferiore alla durata di un tipo di portante minoritario in un cristallo semiconduttore. Il diodo Schottky consente di mantenere il transistor grazie alla soglia bassa per l'apertura della giunzione. È per questo motivo che al triodo viene impedito di entrare in modalità.
Quali sono le famiglie di microcircuiti TTL
Di solito, i microcircuiti di questo tipo sono alimentati da sorgenti a 5 V. Esistono analoghi stranieri di elementi domestici: la serie SN74. Ma dopo la serie arriva un numero digitale, che indica il numero e il tipo di componenti logici. Il microcircuito SN74S00 contiene elementi logici 2I-NOT. Esistono microcircuiti il cui intervallo di temperatura è più esteso: K133 domestico e SN54 estero.
I microcircuiti russi, simili nella composizione a SN74, sono stati prodotti con la denominazione K134. I microcircuiti stranieri, il cui consumo energetico e la cui velocità sono bassi, hanno alla fine la lettera L. I microcircuiti stranieri con la lettera S alla fine hanno controparti nazionali in cui il numero 1 è stato sostituito da 5. Ad esempio, il noto K555 o K531. Oggi vengono prodotti diversi tipi di microcircuiti della serie K1533, in cui la velocità e il consumo energetico sono molto bassi.
Porte logiche CMOS
I microcircuiti con transistor complementari sono basati su elementi MOS con canali p e n. Con l'aiuto di unopotenziale, si apre un transistor a canale p. Quando si forma un "1" logico, il transistor superiore si apre e quello inferiore si chiude. In questo caso, nessuna corrente scorre attraverso il microcircuito. Quando si forma uno "0", il transistor inferiore si apre e quello superiore si chiude. In questo caso, la corrente scorre attraverso il microcircuito. Un esempio dell'elemento logico più semplice è un inverter.
Si noti che i circuiti integrati CMOS non assorbono corrente in modalità statica. Il consumo di corrente inizia solo quando si passa da uno stato a un altro elemento logico. La logica TTL su tali elementi è caratterizzata da un basso consumo energetico. La figura mostra uno schema di un elemento del tipo "NAND", compilato su transistor CMOS.
Un circuito di carico attivo è costruito su due transistor. Se è necessario formare un potenziale alto, questi semiconduttori si aprono e uno basso si chiude. Si noti che la logica transistor-transistor (TTL) si basa sul funzionamento dei tasti. I semiconduttori nella parte superiore del braccio si aprono e nel braccio inferiore si chiudono. In questo caso, in modalità statica, il microcircuito non consumerà corrente dalla fonte di alimentazione.
