Микросхемы ТТЛ

Общие сведения о микросхемах ТТЛ (TTL)

Интегральные микросхемы ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) представляют собой микросхемы малой степени интеграции, выполненные на биполярных транзисторах. К явным недостаткам данной разработки можно отнести небольшое количество логических элементов на кристалл, критичность к напряжению питания и большой ток потребления, который в зависимости от типа микросхемы может колебаться от 10 до 120 mA.

Из-за фиксированного напряжения питания невозможно было использовать микросхемы ТТЛ в комплексе с другими микросхемами, например, с ЭСЛ (эмиттерно-связанной логикой) или МОП структурами. При необходимости нужно было использовать специальные микросхемы ПУ (преобразователи уровня). Кроме того напряжение питания данной серии составляет 5V при допуске 5%, а отечественная промышленность не выпускала элементов питания на такое напряжение, что резко ограничивало применение этой серии в компактной, переносной аппаратуре.

На рисунке изображён один из самых простых логических элементов —  3И – НЕ. Его основу составляет многоэмиттерный транзистор VT1. Уровень логического нуля на выходе появится при наличии высоких логических уровней на всех трёх входах одновременно. Транзистор VT2 при этом играет роль инвертора (элемента НЕ), а многоэмиттерный транзистор VT1 — элемента 3И. Схему И еще называют схемой совпадения.



Несмотря на все недостатки самая популярная серия из ТТЛ, серия К155, активно внедрялась и постоянно пополнялась новыми разработками. Огромной популярностью и по сей день пользуется микросхема К155ЛА3. Её зарубежный аналог — SN7400. На базе этой микросхемы можно собрать много простых электронных устройств, например, маячок на микросхеме. Также микросхему К155ЛА3 частенько используют в качестве простейшего генератора импульсов, как, например, в схеме бегущие огни на светодиодах.

Очень часто можно встретить микросхемы серии К155 с маркировкой КМ155. Буква М указывает на то, что корпус микросхемы выполнен из керамики. В остальном между этими микросхемами отличий нет.

Серия К155 является самой полной серией микросхем ТТЛ. В неё входят около 100 микросхем различного назначения. В эту серию входят как все элементы базовой логики (И, ИЛИ, НЕ, И – НЕ, ИЛИ – НЕ) так и построенные на этих элементах более сложные узлы для выполнения логических операций: триггеры, регистры, счётчики, сумматоры. В серии К155 имеются даже микросхемы ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) и ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), правда, небольшой ёмкости. Это микросхемы К155РЕ3, 21, 22, 23, 24 и К155РУ1, 2, 5, 7.

Широкое распространение эта серия получила в электронно-вычислительной технике, контрольно-измерительных приборах и средствах автоматики.

Уровень логической единицы в микросхемах данной серии может находиться в интервале напряжений от 2,4 V до напряжения питания (т.е. 5 V). Уровень логического нуля не должен превышать 0,4 V. Длительная практическая работа с этой серией показала, что фактически уровень логической единицы не бывает ниже 3,2 V, а уровень логического нуля не превышает 0,2 V.

Все микросхемы, за исключением некоторых регистров, счётчиков и схем памяти, выпускаются в стандартном корпусе на 14 выводов. На корпусе микросхемы К155ИР1 хорошо видна выемка (иногда бывает точка), это зона ключа, она показывает первый вывод. 7-й вывод это корпус (минус питания). 14-й расположенный напротив первого, это +V пит.



Вся серия К155 является полным аналогом зарубежной серии SN74. Она была разработана в США ещё в 1965 году, но продолжает выпускаться до сих пор. Такой же долгожительницей является и наша серия К155. Дело в том, что процесс напыления в вакууме на монокристалл кремния структур ТТЛ настолько хорошо отработан и прост, что себестоимость микросхем ТТЛ по сравнению с другими микросхемами фантастически низкая.



И, несмотря на простоту, серия К155 позволила в 70-е годы создать серию электронно-вычислительных машин ЕС ЭВМ или «Ряд-1, Ряд-2» от простой ЕС-1020 до мощной по тем временам машины ЕС-1065 с быстродействием 4 миллиона операций в секунду. Этот монстр был выпущен в 1985 году и благополучно работал в НИИ занятых разработками самых приоритетных направлений, таких как исследование космоса и проектирование новых видов ядерного оружия.

Серия К155 также широко применяется и в цифровых измерительных приборах. При разработке печатных плат для микросхем этой серии следует учитывать возможные броски тока, поэтому на платах микросхемы распространяют линейно с широкими шинами питания. Использование разветвлённых дорожек для подачи питания запрещено. Между шинами питания на каждый корпус ставятся блокировочные конденсаторы ёмкостью 10 – 15 нанофарад.

В процессе научных разработок серия К155 естественно развивалась. Так появилась серия К555, в которой ТТЛ принцип сохранён, но изменена схемотехника. В этой серии в коллекторных переходах транзисторов стоят диоды Шоттки. Поэтому микросхемы серии К555 называют ТТЛШ (ТТЛ и диод Шоттки). Благодаря этому потребляемая мощность снизилась примерно в два раза, а быстродействие заметно увеличилось. За рубежом аналогичная серия называется SN74LS. Вообще, такие разработки как ТТЛШ уже трудно отнести к транзисторного-транзисторной логике, так как в составе микросхем используются диоды, а это уже диодно-транзисторная логика (ДТЛ или англ. DTL).