Транзистор-транзисторная логика (ТТЛ)

Принципиальная схема ТТЛ-элемента, являющегося основой ряда полупроводниковых интегральных микросхем для цифровых устройств, приведена на рис. 4.18. В данной схеме применен многоэмиттерный транзистор VT₁. Если хотя бы один эмиттерно-базовый переход его включён в прямом направлении, то коллекторный переход многоэмиттерного транзистора VT₁ смещен в обратном направлении. При отсутствии входных переходов включённых в прямом направлении базо-коллекторный переход включён в прямом направлении. Пусть на всех входах вх₁, вх₂ и вх₃ схемы (см. рис.4.18) действуют сигналы, уровень которых соответствует уровню логической «1» (напряжение около 3,5 В). При данном уровне входных сигналов базо-коллекторный переход смещён в прямом направлении и через резистор R₁ и коллекторный переход транзистора VT₁ течет ток по следующей цепи: от источник питания +Е через резистор R₁, базо-коллекторный переход транзистора VT₁, базо-эмиттерный переход VT2 и базо-эмиттерный переход VT4. Все входящие в данную цепь переходы включены в прямом направлении. Эмиттерно-базовые переходы транзистора VT₁ смещены в обратном направлении. Режим транзистора VT₁ оказывается инверсным. Транзисторы VT₂ и VT₄ насыщены. Потенциал VT₂ ниже, что обеспечивает запирание VT₃. Следовательно, VT₃ заперт (режим отсечки), VT₄ открыт и насыщен, что обеспечивает на выходе схемы низкий потенциал (уровень «0»).

При другом сочетании входных сигналов, когда хотя бы один из них имеет низкий уровень напряжения – уровень логического «0» (примерно 0,3 В), тогда эмиттерно-базовый переход, соответствующего входа, смещен в прямом направлении. Прямой ток этого перехода протекает по цепи, включающей источник питания +Е, резистор R₁, эмиттерно-базовый переход и источник входного сигнала. Считая напряжение на эмиттерно-базовом переходе, смещенном в прямом направлении, близким к 0,6 В, получим, что напряжение на базе транзистора VT₁ относительно корпуса равно 0,9 В ( ).

Напряжение на коллекторе многоэмиттерного транзистора будет меньше на значение падения напряжения на включенном коллекторном переходе , т.е. примерно 0,4 В, и составляет всего 0,5 В. Это напряжение меньше, чем сумма напряжений отсечки и . Входное сопротивление выключенного транзистора VT₂, составляющее коллекторную нагрузку многоэмиттеного транзистора VT1, очень велико. Входным током запертого транзистора VT₂ служит малый ток . Этот ток и является коллекторным током транзистора VT₁. Таким образом, транзистор VT₁ имеет значительный ток базы, протекающий через открытый базо-эмиттерный переход, и очень малый коллекторный ток, равный .

Рисунок 4.18 — ТТЛ-элемент типа «И-НЕ»

При таком соотношении базового и коллекторного токов транзистор VT₁ насыщен; его коллекторный переход смещен в обратном направлении. Эмиттерно-базовый ток, протекающий через открытый входной переход, складывается из тока базы и тока коллектора . Значение эмиттерного тока соответствует входному току элемента при наличии напряжения уровня логического «0» на входе. Остальные эмиттеры VT₁ по-прежнему работают в инверсном режиме и ток их мал.

Таким образом, при напряжении соответствующем уровню логического «0» хотя бы на одном из входов транзистор VT₂ заперт. Потенциал коллектора VT₂ близок к +Е, что открываети насыщает VT₃. При этом VT₄ заперт, т.к. потенциал его базы близок к нулю. На выходе схемы при этом имеет место высокое напряжение порядка 3,5В (уровень логической «1»), т.к. +Е поступает на выход схемы через насыщенный транзистор VT₃ и диод VD₁ включённый в прямом направлении. Диоды VD₂-VD₄ выполняют защитные функции микросхемы от отрицательных входных импульсов. Указанное преобразование сигнала соответствует логической операции «И-НЕ», которую выполняет каскад на многоэмиттерном транзисторе VT₁ операция «И» инвертор, собранный на транзисторах VT₂, VT₃ и VT₄ (операция «НЕ»).

Параметры схемы «И-НЕ» серии К155: ; ; ; ; ; .