ما هو منطق الترانزستور الترانزستور (TTL) وعمله

تُستخدم البوابات المنطقية مثل NAND و NOR في التطبيقات اليومية لأداء العمليات المنطقية. يتم تصنيع البوابات باستخدام أجهزة أشباه الموصلات مثل BJT أو الثنائيات أو FETs. يتم إنشاء البوابات المختلفة باستخدام الدوائر المتكاملة. يتم تصنيع الدوائر المنطقية الرقمية اعتمادًا على تقنية الدوائر المحددة أو مجموعات المنطق. عائلات المنطق المختلفة هي RTL (منطق ترانزستور المقاوم) ، DTL (منطق ترانزستور الصمام الثنائي) ، TTL (منطق الترانزستور-الترانزستور) ، ECL (منطق باعث مقترن) و CMOS (منطق أشباه الموصلات المعدنية التكميلية). من بين هؤلاء ، نادرًا ما يتم استخدام RTL و DTL. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على ملف منطق الترانزستور الترانزستور أو TTL .

تاريخ منطق الترانزستور والترانزستور

تم اختراع منطق TTL أو منطق الترانزستور الترانزستور في عام 1961 بواسطة 'James L. Buie of TRW'. إنها مناسبة لتطوير دوائر متكاملة جديدة. الاسم الفعلي لـ TTL هذا هو TCTL مما يعني منطق الترانزستور المقترن بالترانزستور. في عام 1963 ، تم تصنيع أول أجهزة TTL التجارية من قبل 'Sylvania' المعروفة باسم SUHL أو 'Sylvania Universal High-Level Logic family'.

بعد أن أطلق مهندسو أدوات تكساس سلسلة 5400 من الدوائر المتكاملة في عام 1964 مع نطاق درجات الحرارة العسكرية ، أصبح منطق الترانزستور والترانزستور شائعًا للغاية. بعد ذلك ، تم إطلاق سلسلة 7400 من خلال نطاق أضيق في عام 1966.

تم تصميم الأجزاء المتوافقة من 7400 عائلة التي أطلقتها أدوات تكساس من قبل العديد من الشركات مثل National Semiconductor و AMD و Motorola و Intel و Fairchild و Signetics و Intersil و Mullard و SGS-Thomson و Siemens و Rifa وما إلى ذلك. شركة مثل IBM تم إطلاق دوائر غير متوافقة باستخدام TTL لاستخدامها الخاص.

تم تطبيق منطق الترانزستور والترانزستور على العديد من الأجيال المنطقية ثنائية القطب من خلال تحسين السرعة واستخدام الطاقة ببطء على مدى عقدين تقريبًا. عادة ، تتضمن كل شريحة TTL مئات الترانزستورات. بشكل عام ، تتراوح الوظائف في حزمة واحدة من البوابات المنطقية إلى المعالج الدقيق.
تم استخدام أول جهاز كمبيوتر مثل Kenbak-1 Transistor-Transistor Logic لوحدة المعالجة المركزية الخاصة به كبديل للمعالج الدقيق. في عام 1970 ، تم استخدام Datapoint 2200 لمكونات TTL وكانت قاعدة 8008 وبعد ذلك مجموعة تعليمات x86.

تم استخدام واجهة المستخدم الرسومية التي قدمتها Xerox alto في عام 1973 بالإضافة إلى محطات عمل Star في عام 1981 ، حيث تم استخدام دوائر TTL التي تم دمجها على مستوى ALUs.

ما هو منطق الترانزستور الترانزستور (TTL)؟

منطق الترانزستور الترانزستور (TTL) هو عائلة منطقية تتكون من BJTs (ترانزستورات الوصلات ثنائية القطب). كما يوحي الاسم ، يؤدي الترانزستور وظيفتين مثل المنطق والتضخيم. أفضل الأمثلة على TTL هي البوابات المنطقية وهي بوابة 7402 NOR وبوابة 7400 NAND.

يتضمن منطق TTL العديد من الترانزستورات التي تحتوي على العديد من بواعث بالإضافة إلى العديد من المدخلات. تشمل أنواع TTL أو منطق الترانزستور الترانزستور بشكل أساسي TTL القياسي و Fast TTL و Schottky TTL و TTL عالي الطاقة و Low power TTL و Advanced Schottky TTL.

يمكن تصميم البوابات المنطقية TTL باستخدام المقاومات و BJTs. هناك العديد من المتغيرات من TTL التي تم تطويرها لأغراض مختلفة مثل حزم TTL شديدة الصلابة للتطبيقات الفضائية وثنائيات شوتكي منخفضة الطاقة التي يمكن أن توفر مزيجًا ممتازًا من السرعة واستهلاك أقل للطاقة.

أنواع منطق الترانزستور والترانزستور

تتوفر TTL في أنواع مختلفة ويتم تصنيفها بناءً على المخرجات مثل ما يلي.

• قياسي TTL
• TTL السريع
• شوتكي TTL
• عالية الطاقة TTL
• منخفضة الطاقة TTL
• Advanced Schottky TTL.

تعمل TTL منخفضة الطاقة بسرعة تبديل تبلغ 33 نانو ثانية لتقليل استهلاك الطاقة مثل 1 ميجاوات. في الوقت الحاضر ، تم استبدال هذا من خلال منطق CMOS. يتميز TTL عالي السرعة بتبديل أسرع مقارنةً بـ TTL العادي مثل 6ns. ومع ذلك ، لديها قدرة عالية على تبديد 22 ميغاواط.

تم إطلاق Schottky TTL في عام 1969 ويتم استخدامه لتجنب تخزين الشحنة لتعزيز وقت التبديل باستخدام مشابك Schottky diode عند طرف البوابة. تعمل محطات البوابة هذه في 3 نانوثانية ولكنها تشتمل على تبديد عالي للطاقة مثل 19 ميغاواط

يستخدم TTL منخفض الطاقة قيم مقاومة عالية من TTL منخفض الطاقة. ستوفر ثنائيات Schottky مزيجًا جيدًا من السرعة بالإضافة إلى تقليل استخدام الطاقة مثل 2 ميجاوات. هذا هو النوع الأكثر شيوعًا من TTL ، المستخدم مثل منطق الغراء داخل أجهزة الكمبيوتر الدقيقة ، يستبدل بشكل أساسي العائلات الفرعية السابقة مثل L و H & S.

يتم استخدام TTL السريع لزيادة الانتقال من منخفض إلى مرتفع. حصلت هذه العائلات على PDPs من 4pJ و 10 pJ ، في المقابل. LVTTL أو الجهد المنخفض TTL لإمدادات الطاقة 3.3 فولت بالإضافة إلى توصيل الذاكرة.

يوفر معظم المصممين نطاقات درجة حرارة تجارية بالإضافة إلى نطاقات واسعة النطاق. على سبيل المثال ، يتراوح نطاق درجة الحرارة لأجزاء السلسلة 7400 من Texas Instruments من 0-70 درجة مئوية وكذلك نطاق درجة حرارة سلسلة 5400 من -55 إلى +125 درجة مئوية. الأجزاء ذات الموثوقية العالية والجودة الخاصة يمكن الوصول إليها للتطبيقات الفضائية والعسكرية بينما تستخدم الأجهزة الإشعاعية من سلسلة SNJ54 في التطبيقات الفضائية.

خصائص TTL

تتضمن خصائص TTL ما يلي.

1. معجب في: عدد الأحمال التي يمكن أن يقودها ناتج GATE دون التأثير على أدائها المعتاد. نعني بالحمل مقدار التيار المطلوب من خلال إدخال بوابة أخرى متصلة بمخرج البوابة المحددة.
2. تبديد الطاقة: يمثل مقدار الطاقة التي يحتاجها الجهاز. يقاس بالميغاواط. عادة ما يكون نتاج جهد الإمداد ومقدار متوسط ​​التيار المسحوب عندما يكون الناتج مرتفعًا أو منخفضًا.
3. تأخير نشر: إنه يمثل وقت الانتقال الذي ينقضي عندما يتغير مستوى الإدخال. التأخير الذي يحدث للمخرجات لإجراء انتقالها هو تأخير الانتشار.
4. هامش الضوضاء: يمثل مقدار جهد الضوضاء المسموح به عند الإدخال ، والذي لا يؤثر على الإخراج القياسي.
   

تصنيف منطق الترانزستور الترانزستور

إنها عائلة منطقية تتكون بالكامل من الترانزستورات. تستخدم ترانزستور مع بواعث متعددة. تبدأ من الناحية التجارية بالسلسلة 74 مثل 7404 ، 74S86 ، وما إلى ذلك. تم بناؤها في عام 1961 بواسطة James L Bui واستخدمت تجاريًا في التصميم المنطقي في عام 1963. يتم تصنيف TTLs بناءً على المخرجات.

افتح إخراج المُجمع

الميزة الرئيسية هي أن ناتجها يكون 0 عندما يكون منخفضًا وعائمًا عندما يكون مرتفعًا. عادة ، يمكن تطبيق Vcc خارجي.

فتح إخراج جامع منطق الترانزستور الترانزستور

يتصرف الترانزستور Q1 كمجموعة من الثنائيات الموضوعة في الخلف. مع أي من المدخلات عند المنطق المنخفض ، يكون تقاطع قاعدة الباعث المقابل متحيزًا للأمام ويكون انخفاض الجهد عبر قاعدة Q1 حوالي 0.9 فولت ، وهو غير كافٍ لإجراء الترانزستورات Q2 و Q3. وبالتالي يكون الناتج إما عائمًا أو Vcc ، أي مستوى عالٍ.

وبالمثل ، عندما تكون جميع المدخلات عالية ، فإن جميع تقاطعات القاعدة-الباعث في Q1 تكون منحازة عكسيًا ويحصل الترانزستور Q2 و Q3 على تيار أساسي كافٍ وفي وضع التشبع. الناتج منخفض المنطق. (لكي ينتقل الترانزستور إلى التشبع ، يجب أن يكون تيار المجمع أكبر من أضعاف تيار القاعدة).

التطبيقات

تشمل تطبيقات إخراج المُجمع المفتوح ما يلي.

• في مصابيح القيادة أو المرحلات
• في أداء المنطق السلكي
• في بناء نظام حافلات مشترك

خرج الطوطم القطب

يعني الطوطم Pole إضافة سحب نشط لأعلى الدائرة في خرج البوابة مما يؤدي إلى تقليل تأخير الانتشار.

خرج الطوطم القطب TTL

العملية المنطقية هي نفس إخراج المُجمع المفتوح. يهدف استخدام الترانزستورات Q4 والصمام الثنائي إلى توفير الشحن والتفريغ السريع للسعة الطفيلية عبر Q3. يتم استخدام المقاوم للحفاظ على تيار الإخراج إلى قيمة آمنة.

ثلاث بوابة الدولة

يوفر 3 حالة إخراج مثل ما يلي

• حالة المستوى المنخفض عندما يكون الترانزستور السفلي في وضع التشغيل والترانزستور العلوي مغلق.
• حالة عالية المستوى عندما يكون الترانزستور السفلي مغلقًا والترانزستور العلوي في وضع التشغيل.
• الحالة الثالثة عندما يكون كلا الترانزستورات مغلقًا. ذلك يسمح باتصال مباشر بالأسلاك من العديد من النواتج.

ثلاث منطق بوابة الدولة الترانزستور الترانزستور

ميزات عائلة TTL

تتضمن ميزات عائلة TTL ما يلي.

• المستوى المنطقي المنخفض عند 0 أو 0.2V.
• المستوى المنطقي العالي عند 5V.
• مروحة نموذجية من 10. هذا يعني أنه يمكنها دعم 10 بوابات على الأكثر عند خرجها.
• يستهلك جهاز TTL الأساسي طاقة تبلغ 10 ميجاوات تقريبًا ، مما يقلل من استخدام أجهزة Schottky.
• يبلغ متوسط ​​تأخير الانتشار حوالي 9ns.
• هامش الضوضاء حوالي 0.4 فولت.

سلسلة TTL IC

يبدأ TTL ICs في الغالب بالسلسلة 7. لديها 6 فصائل فرعية تعطى على النحو التالي:

1. جهاز منخفض الطاقة مع تأخير انتشار 35 نانوثانية وتبديد طاقة 1 ميغاواط.
2. قوة منخفضة شوتكي الجهاز مع تأخير 9ns
3. جهاز Advanced Schottky مع تأخير 1.5ns.
4. متقدمة منخفضة الطاقة شوتكي الجهاز مع تأخير 4 نانوثانية وتبديد الطاقة 1 ميجاوات.

في أي تسمية لجهاز TTL ، يشير الاسمان الأولان إلى اسم الفئة الفرعية التي ينتمي إليها الجهاز. يشير أول رقمين إلى نطاق درجة حرارة التشغيل. يشير الحرفان التاليان إلى الفئة الفرعية التي ينتمي إليها الجهاز. يشير آخر رقمين إلى الوظيفة المنطقية التي تؤديها الشريحة. الأمثلة هي 74LS02- 2 لا مدخلات NOR ، 74LS10- بوابة NAND ثلاثية المدخلات.

دارات TTL النموذجية

تستخدم Logic Gates في الحياة اليومية في تطبيقات مثل مجفف الملابس وطابعة الكمبيوتر وجرس الباب وما إلى ذلك.

فيما يلي ثلاث بوابات منطقية أساسية تم تنفيذها باستخدام منطق TTL: -

بوابة NOR

لنفترض أن الإدخال A عند المنطق المرتفع ، وأن تقاطع قاعدة باعث الترانزستور المقابل منحازًا عكسيًا ، وأن تقاطع جامع القاعدة متحيز للأمام. يحصل الترانزستور Q3 على تيار أساسي من جهد الإمداد Vcc ويذهب إلى التشبع. نتيجة لجهد المجمع المنخفض من Q3 ، يتم قطع الترانزستور Q5 ومن ناحية أخرى ، إذا كان إدخال آخر منخفضًا ، يتم قطع Q4 وبالتالي يتم قطع Q5 ويتم توصيل الإخراج مباشرة بالأرض من خلال الترانزستور Q3 . وبالمثل ، عندما يكون كلا المدخلين منخفضين منطقياً ، سيكون الناتج عند المنطق المرتفع.

بوابة NOR TTL

ليس بوابة

عندما يكون الإدخال منخفضًا ، يكون تقاطع القاعدة-الباعث المقابل متحيزًا للأمام ، ويكون تقاطع جامع القاعدة متحيزًا عكسيًا. ونتيجة لذلك ، يتم قطع الترانزستور Q2 وكذلك قطع الترانزستور Q4. ينتقل الترانزستور Q3 إلى التشبع ويبدأ الصمام الثنائي D2 في التوصيل ويتم توصيل الإخراج بـ Vcc ويذهب إلى المنطق المرتفع. وبالمثل ، عندما يكون الإدخال عند المنطق المرتفع ، يكون الناتج عند المنطق المنخفض.

NOT بوابة TTL

مقارنة TTL مع عائلات المنطق الأخرى

بشكل عام ، تستخدم أجهزة TTL مزيدًا من الطاقة مقارنة بأجهزة CMOS ، لكن استخدام الطاقة لا يتحسن من خلال سرعة الساعة لأجهزة CMOS. بالمقارنة مع دوائر ECL الحالية ، يستخدم منطق الترانزستور-الترانزستور طاقة منخفضة ولكن له قواعد تصميم بسيطة ولكنه أبطأ بشكل ملحوظ.

يمكن للمصنعين توحيد أجهزة TTL و ECL في نفس النظام لتحقيق أفضل أداء ، ولكن الأجهزة مثل تبديل المستوى ضرورية بين العائلتين المنطقيتين. تعتبر TTL منخفضة الحساسية للتلف الناتج عن التفريغ الكهروستاتيكي مقارنة بأجهزة CMOS المبكرة.

بسبب بنية o / p لجهاز TTL ، تكون مقاومة o / p غير متكافئة بين الحالات المنخفضة والعالية لجعلها غير مناسبة لقيادة خطوط النقل. عادة ، يتغلب هذا العيب من خلال التخزين المؤقت لـ o / p باستخدام أجهزة مشغل خط خاصة حيث تتطلب الإشارات الإرسال عبر الكابلات.

غالبًا ما يكون لهيكل الطوطم-القطب o / p لـ TTL تداخل سريع بمجرد إجراء كل من الترانزستورات الأعلى والأدنى مما ينتج عنه إشارة كبيرة للتيار المستمد من مصدر الطاقة.

يمكن لهذه الإشارات الاتصال بطرق مفاجئة بين العديد من حزم IC ، مما يؤدي إلى انخفاض الأداء وانخفاض هامش الضوضاء. بشكل عام ، تستخدم أنظمة TTL مكثف فصل لكل حزمة ، وإلا فإن حزمتي IC ، لذا فإن الإشارة الحالية من شريحة TTL لا تقلل من جهد إمداد الجهد إلى آخر مؤقتًا.

في الوقت الحالي ، يقوم العديد من المصممين بتوفير مكافئات منطق CMOS من خلال مستويات i / p & o / p المتوافقة مع TTL من خلال أرقام الأجزاء المرتبطة بمكون TTL المقابل بما في ذلك نفس نقاط التثبيت. لذلك على سبيل المثال ، ستوفر سلسلة 74HCT00 العديد من البدائل القابلة للإسقاط لأجزاء السلسلة ثنائية القطب 7400 ، ومع ذلك تستخدم تقنية CMOS.

تتضمن مقارنة TTL مع العائلات المنطقية الأخرى من حيث المواصفات المختلفة ما يلي.

العاكس المنطقي الترانزستور الترانزستور

استبدلت أجهزة Transistor Logic (TTL) منطق ترانزستور الصمام الثنائي (DTL) لأنها تعمل بشكل أسرع وأرخص في الأداء. يستخدم NAND IC مع Quad 2-input جهاز 7400 TTL لتصميم مجموعة واسعة من الدوائر التي تستخدم كعاكس.

يستخدم مخطط الدائرة أعلاه بوابات NAND داخل IC. لذا حدد المفتاح A لتنشيط الدائرة ، ثم يمكنك ملاحظة أن كلاً من مصابيح LED في الدائرة سيتم إيقاف تشغيلها. عندما يكون الناتج منخفضًا ، يجب أن يكون الإدخال مرتفعًا. بعد ذلك ، حدد المفتاح B ثم سيتم تشغيل كلا المصباحين.

عند تحديد المفتاح A ، سيكون كل من مدخلات بوابة NAND عالية ، مما يعني أن خرج البوابات المنطقية سيكون أقل. عند تحديد المفتاح B ، لن تكون المدخلات عالية لفترة طويلة وسيتم تشغيل مصابيح LED.

المميزات والعيوب

تشمل مزايا عيوب TTL ما يلي.

الفائدة الرئيسية لـ TTL هي أنه يمكننا التفاعل بسهولة مع الدوائر الأخرى والقدرة على إنشاء وظائف منطقية صعبة بسبب مستويات جهد معينة وكذلك هوامش ضوضاء جيدة تتميز TTL بميزات جيدة مثل fan-in مما يعني عدد إشارات i / p التي يمكن قبوله من خلال الإدخال.

TTL محصنة بشكل أساسي من الضرر الناجم عن تصريفات الكهرباء الثابتة بخلاف CMOS وهي اقتصادية مقارنةً بـ CMOS. العيب الرئيسي لـ TTL هو الاستخدام الحالي المرتفع. يمكن أن تؤدي الطلبات الحالية المرتفعة لـ TTL إلى أداء هجومي لأنه سيتم إيقاف تشغيل حالات o / p. حتى مع إصدارات TTL المختلفة ذات الاستهلاك الحالي المنخفض ستكون منافسة لـ CMOS.

مع وصول CMOS ، تم استبدال تطبيقات TTL من خلال CMOS. ولكن ، لا يزال يتم استخدام TTL في التطبيقات لأنها قوية جدًا والبوابات المنطقية رخيصة إلى حد ما.

تطبيقات TTL

تشمل تطبيقات TTL ما يلي.

• تستخدم في تطبيق وحدة التحكم لتوفير 0 إلى 5 فولت
• تستخدم كجهاز تبديل في مصابيح القيادة والمرحلات
• تستخدم في معالجات أجهزة كمبيوتر صغيرة مثل DEC VAX
• تستخدم في الطابعات ومحطات عرض الفيديو

وبالتالي ، هذا كل شيء عن نظرة عامة على TTL أو منطق الترانزستور الترانزستور . إنها مجموعة من المرحلية التي تحتفظ بالحالات المنطقية وكذلك لتحقيق التبديل باستخدام BJTs. يعد TTL أحد أسباب استخدام الدوائر المتكاملة على نطاق واسع نظرًا لكونها غير مكلفة وأسرع وموثوقية عالية مقارنة بـ TTL و DTL. يستخدم TTL الترانزستورات من خلال عدة بواعث في البوابات التي تحتوي على العديد من المدخلات. هنا ، هو سؤال لك ، ما هي الفئات الفرعية لمنطق الترانزستور والترانزستور؟