晶体管-晶体管逻辑
外观
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晶体管-晶体管逻辑(英语:Transistor-Transistor Logic,缩写为TTL),是市面上较为常见且应用广泛的一种逻辑门数字集成电路,由电阻器和晶体管而组成。TTL最早是由德州仪器所开发出来的,现虽有多家厂商制作,但编号命名还是以德州仪器所公布的资料为主。其中最常见的为74系列。
与TTL分庭抗礼的是CMOS,旧时两者相比较TTL主要是速度快,CMOS则是速度慢,但省电、成本比TTL低。随着CMOS技术的进步,其反应速度已经超越TTL。而且CMOS内部不具有制作麻烦的电阻,所以TTL可说几乎没有发展。目前TTL主要应用于教育或是较简单的数字电路。
内部主要构成器件
[编辑]TTL最主要是由N组电阻、晶体管、二极管构成的偏置电路所组合出来,在线性放大器的角度来看就是数个CE(共发射极)电路或是CC(共集电极)电路所组成。当然这只是比喻并非实际,毕竟在数字逻辑的世界就是只有0跟1,也就是关或开。
74系列与54系列
[编辑]74系列为民用品,可工作于商用温度范围(0至70℃),是一般TTL逻辑电路中最常见的系列,在数字逻辑或是微处理机的相关课程更是少不了它们的存在。
54系列为军用品,可工作于军用温度范围(-55至125℃),用于具有特殊工作需求的地方。
74系列TTL IC的分类如下:
以内部结构区分
[编辑]- 标准型
- 结构跟构成的材料最简单,相对的特性也是不理想,所以此类型已经被淘汰多时。无英文简写,范例:7400。
- 早期的低功率型与高速型
- 低功率型,(英文 Low Power简写“L”),耗电低,但速度慢。范例:74L00。
- 高速型,(英文 High Speed简写“H”),速度较快,输出较强,但耗电高。范例:74H00。
- 由于 S 型耗电与 H 型相近,但速度极快。 LS 型的耗电与 L 型相近,但速度却快很多,甚至比 H 型还快。 因此 L 型与 H 型很快就退出市场。
- 肖特基(Schottky)
- 除了电阻器一样是做控流跟偏置用途,肖特基型最主要是采用肖特基二极管跟肖特基晶体管,改善切换速度。在市面上跟教育单位非常普及,特性也很不错,常常被用来搭配Intel 8051使用。LS型逐渐成为TTL中的主流。
- 肖特基型(英文 Schottky Logic,简写“S”),范例:74S00。
- 高级肖特基型(英文 Advanced Schottky Logic,简写“AS”),范例:74AS00。
- 低功率肖特基型(英文 Low Power Schottky Logic,简写“LS”),范例:74LS00。
- 高级低功率肖特基型(英文 Advanced Low Power Schottky Logic,简写“ALS”),范例:74ALS00。
- 快速(英文Fast,简写“F”)
- 快速型是有别于肖特基型所另外发展的高速TTL,范例:74F00。
- CMOS(英语:Complementary Metal Oxide Semiconductor)
- 虽然此类型的编号与接脚规格跟TTL一样,但内部的实际结构是CMOS,而不是TTL所使用的接面晶体管。此系列具有CMOS的高输入阻抗特性与低耗电,但工作电压范围有别于先前RCA所发展的40跟45系列的CMOS逻辑IC。除早期的C系列外,此类CMOS的运作速度非常快。
- CMOS,英文简写“C”,范例:74C00。
- 高级CMOS(英文 Advanced CMOS Logic,简写“AC”),范例:74AC00。
- 高速CMOS(英文 High Speed CMOS Logic,简写“HC”),范例:74HC00。
- 高级高速CMOS(英文 Advanced High Speed CMOS Logic,简写“AHC”),范例:74AHC00。
TTL各系列典型消耗功率与传输延迟的比较
[编辑]系列 | 型号 | 特徴 | 消耗电力(mW/Gate) | 传输延遅 tpd(nsec) |
---|---|---|---|---|
标准TTL | 74 | 1962年商品化初期的标准品 | 10 | 10 |
低功率TTL | 74L | 初期的低消耗电力产品。但速度慢。 | 1 | 35 |
高速TTL | 74H | 初期的高速暨高输出TTL。但消耗电力大。 | 20 | 6 |
肖特基TTL | 74S | 使用肖特基二极管与肖特基晶体管的高速TTL | 20 | 3 |
低功率肖特基TTL | 74LS | 1970年代后半至80年代前半的主流TTL | 2 | 10 |
先进(Advanced)LS-TTL | 74ALS | 1980年代中期推出的LS-TTL改良品 | 1 | 4 |
先进(Advanced)S-TTL | 74AS | 1980年代中期推出的S-TTL改良品 | 20 | 1.5 |
快速型FAST | 74F | 1980年代中期由Fairchild公司发售的高速肖特基TTL | 4 | 2.5 |
以输出型态分类
[编辑]- 图腾式输出(Totem-pole Output)
- 大部分74系列的组合逻辑IC,都是采用图腾式输出。此种输出可以输出高电位与低电位。被称为图腾式则是因为电路形式像图腾一样配置。
- 开集电极式输出(Open Collector,简称O.C.)
此种输出不能输出高电位,输出只有开路与低电位两种状态。
- 可以承受较高的电压或与不同工作电压的电路连接。 有时开集电极式输出可用来应付比较重的负载(例继电器)。
- 可以允许多个开集电极式逻辑输出进行并联,作为Wired-AND使用。图腾式的逻辑门输出不能并联连接。
- 三态式输出(Tri-state或3-state)
- 在数字电路除了0跟1以外,另一种状态则是高阻抗,高阻抗对电路来说即是断路。主要是用于总线(bus)等。
- 史密特触发型输入(Schmitt Trigger)
- 此类型逻辑门具有所谓的迟滞电压,不易因为输入在0/1交界电压附近的小幅变化而产生输出跳动,主要用途是抗噪声、消除机械式接点的弹跳(暂态)现象,也可用来做RC振荡器等。
代表性IC
[编辑]- 与非门(NAND):7400、7410、7412、7420、7430
- 或非门(NOR):7402、7427
- 非门(NOT):7404、7414
- 与门(AND):7408、7411、7421
- 或门(OR):7432
- 异或门(XOR):7486
- 同或门(XNOR):74266
- 缓冲闸(Buffer):7407、74244
- BCD码(十进制)转七段数码管解码器:7447、7448
- 全加器(Full Adders):7483、74283
- D型栓锁器(D-type Latches):74373
- 异步计数器(Asynchronous Counter):7490 (十进制,Decade)、7492、7493(十六进制)、74190(可预设十进制)
TTL电压准位
[编辑]使用标准供电电压5V的TTL电压准位规范
[编辑]- 输入电压准位
- Hi输入电压:2.0V以上
- Low输入电压:0.8V以下
- 输出电压准位
- Hi输出电压:2.4V以上
- Low输出电压:0.4V以下
- 由以上规范可以算出:前一级输出至次一级输入电压准位间,可以容忍的噪声边际电压是0.4V。
使用注意事项
[编辑]- 避免在带有静电的情况下接触IC
- TTL的电源电压要5V,建议最低不低于4.75V,最高不高于5.25V
- 若输入端空接,逻辑门会把输入端视为HI(逻辑1)的状态
- 注意第一只脚的位置,以免错接
- 若某一逻辑门的输出要并接许多负载或是逻辑门,最好先装缓冲器或是提升电阻,以免发生负载效应