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晶體管-晶體管邏輯
時間:2023-01-15 人氣: 來源:山東合運電氣有限公司
晶體管-晶體管邏輯(英語:Transistor-Transistor Logic,縮寫為TTL),是市面上較為常見且應用廣泛的一種邏輯門數字集成電路,由電阻器和晶體管而組成。TTL最早是由德州儀器所開發出來的,現雖有多家廠商制作,但編號命名還是以德州儀器所公布的資料為主。其中最常見的為74系列。
與TTL分庭抗禮的是CMOS,舊時兩者相比較TTL主要是速度快,CMOS則是速度慢,但省電、成本比TTL低。隨著CMOS技術的進步,其反應速度已經超越TTL。而且CMOS內部不具有制作麻煩的電阻,所以TTL可說幾乎沒有發展。目前TTL主要應用于教育或是較簡單的數字電路。
內部主要構成器件
TTL最主要是由N組電阻、晶體管、二極管構成的偏置電路所組合出來,在線性放大器的角度來看就是數個CE(共發射極)電路或是CC(共集電極)電路所組成。當然這只是比喻并非實際,畢竟在數字邏輯的世界就是只有0跟1,也就是關或開。
74系列與54系列
主條目:7400系列
74系列為民用品,可工作于商用溫度范圍(0至70℃),是一般TTL邏輯電路中最常見的系列,在數字邏輯或是微處理機的相關課程更是少不了它們的存在。
54系列為軍用品,可工作于軍用溫度范圍(-55至125℃),用于具有特殊工作需求的地方。
74系列TTL IC的分類如下:
以內部結構區分
標準型
結構跟構成的材料最簡單,相對的特性也是不理想,所以此類型已經被淘汰多時。無英文簡寫,范例:7400。
早期的低功率型與高速型
低功率型,(英文Low Power簡寫“L”),耗電低,但速度慢。范例:74L00。
高速型,(英文High Speed簡寫“H”),速度較快,輸出較強,但耗電高。范例:74H00。
由于S型耗電與H型相近,但速度極快。LS型的耗電與L型相近,但速度卻快很多,甚至比H型還快。因此L型與H型很快就退出市場。
肖特基(Schottky)
除了電阻器一樣是做控流跟偏置用途,肖特基型最主要是采用肖特基二極管跟肖特基晶體管,改善切換速度。在市面上跟教育單位非常普及,特性也很不錯,常常被用來搭配Intel 8051使用。LS型逐漸成為TTL中的主流。
肖特基型(英文Schottky Logic,簡寫“S”),范例:74S00。
高級肖特基型(英文Advanced Schottky Logic,簡寫“AS”),范例:74AS00。
低功率肖特基型(英文Low Power Schottky Logic,簡寫“LS”),范例:74LS00。
高級低功率肖特基型(英文Advanced Low Power Schottky Logic,簡寫“ALS”),范例:74ALS00。
快速(英文Fast,簡寫“F”)
快速型是有別于肖特基型所另外發展的高速TTL,范例:74F00。
CMOS(英語:Complementary Metal Oxide Semiconductor)
雖然此類型的編號與接腳規格跟TTL一樣,但內部的實際結構是CMOS,而不是TTL所使用的接面晶體管。此系列具有CMOS的高輸入阻抗特性與低耗電,但工作電壓范圍有別于先前RCA所發展的40跟45系列的CMOS邏輯IC。除早期的C系列外,此類CMOS的運作速度非常快。
CMOS,英文簡寫“C”,范例:74C00。
高級CMOS(英文Advanced CMOS Logic,簡寫“AC”),范例:74AC00。
高速CMOS(英文High Speed CMOS Logic,簡寫“HC”),范例:74HC00。
高級高速CMOS(英文Advanced High Speed CMOS Logic,簡寫“AHC”),范例:74AHC00。
TTL各系列典型消耗功率與傳輸延遲的比較
以輸出型態分類
圖騰式輸出(Totem-pole Output)
大部分74系列的組合邏輯IC,都是采用圖騰式輸出。此種輸出可以輸出高電位與低電位。被稱為圖騰式則是因為電路形式像圖騰一樣配置。
開集電極式輸出(Open Collector,簡稱O.C.)
此種輸出不能輸出高電位,輸出只有開路與低電位兩種狀態。
可以承受較高的電壓或與不同工作電壓的電路連接。有時開集電極式輸出可用來應付比較重的負載(例繼電器)。
可以允許多個開集電極式邏輯輸出進行并聯,作為Wired-AND使用。圖騰式的邏輯門輸出不能并聯連接。
三態式輸出(Tri-state或3-state)
在數字電路除了0跟1以外,另一種狀態則是高阻抗,高阻抗對電路來說即是斷路。主要是用于總線(bus)等。
史密特觸發型輸入(Schmitt Trigger)
此類型邏輯門具有所謂的遲滯電壓,不易因為輸入在0/1交界電壓附近的小幅變化而產生輸出跳動,主要用途是抗噪聲、消除機械式接點的彈跳(暫態)現象,也可用來做RC振蕩器等。
代表性IC
與非門(NAND):7400、7410、7412、7420、7430
或非門(NOR):7402、7427
非門(NOT):7404、7414
與門(AND):7408、7411、7421
或門(OR):7432
異或門(XOR):7486
同或門(XNOR):74266
緩沖閘(Buffer):7407、74244
BCD碼(十進制)轉七段數碼管解碼器:7447、7448
全加器(Full Adders):7483、74283
D型栓鎖器(D-type Latches):74373
異步計數器(Asynchronous Counter):7490(十進制,Decade)、7492、7493(十六進制)、74190(可預設十進制)
TTL電壓準位
使用標準供電電壓5V的TTL電壓準位規范
輸入電壓準位
Hi輸入電壓:2.0V以上
Low輸入電壓:0.8V以下
輸出電壓準位
Hi輸出電壓:2.4V以上
Low輸出電壓:0.4V以下
由以上規范可以算出:前一級輸出至次一級輸入電壓準位間,可以容忍的噪聲邊際電壓是0.4V。
使用注意事項
避免在帶有靜電的情況下接觸IC
TTL的電源電壓要5V,建議最低不低于4.75V,最高不高于5.25V
若輸入端空接,邏輯門會把輸入端視為HI(邏輯1)的狀態
注意第一只腳的位置,以免錯接
若某一邏輯門的輸出要并接許多負載或是邏輯門,最好先裝緩沖器或是提升電阻,以免發生負載效應
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