Схема базового логического элемента ТТЛ с простым инвертором

VTM – многоэмиттерный транзистор. Реализуется только в микросхемах и заменяет входные диоды.
Входные диоды, а значит и многоэмиттерный транзистор, разделяют входы по логическому уровню, т.е. без диодов логический ноль одного входа будет закорачивать логическую единицу другого входа.
Логический 0 на входе это значит вход соединен накоротко с общей точкой.
Логическая 1 на входе это значит вход соединен с “+” питания через резистор 1 кОм.
Определим какую логическую функцию выполняет схема. Для этого рассмотрим свойство логических элементов:
a) логический элемент «ИЛИ»
УГО

Свойство:
На выходе единица, если хотя бы на одном входе единица.
b) логический элемент «И»
УГО

Свойство:
На выходе единица, если на всех входах одновременно единица.
c) логическое отрицание «НЕ»
УГО

Свойство:
y не равен х.

 1) пусть на всех входах одновременно 0, следовательно, p-n переходы Б-Э VTM открыты, следовательно, база VTM соединена с общей точкой через входную цепь, следовательно, p-n переход Б-К VTM закрыт, следовательно, VT1 закрыт. U_вых–max, Y=1

 3) на всех входах одновременно1, следовательно p-n переходы Б-Э VTM закрыты, следовательно на базе VTM   +Uип, следовательно p-n переход Б-К VTM открыт, следовательно VT1 открыт. U_вых = U_к-э1. Y=0
Значит схема выполняет логическую функцию «И-НЕ».

В современных микросхемах ТТЛ реализуют базово-логический элемент со сложным инвертором.

VT1 и VT2 образуют «И-НЕ» с простым инвертором.

VT3 и VT4 образуют сложный инвертор.
Убедимся, что схема выполняет функцию «И-НЕ»:
1) если на входах хотя бы один 0, то VT2 закрыт, U_к-э2 max, VT3 открыт, выход соединен через VT3 с +питания, при этом VT4 закрыт, U_б-э4 = I_э2 · R_э2 ; I_э2 = 0; U_б-э4 = 0, выход изолирован от общей точки, значит Y=1.

2) если на всех входах 1, то VT2 открыт, VT4 открыт, значит выход Y соединен с общей точкой, при этом VT3 закрыт, т.к. база 3 через VT2-VT4 закорочена на эмиттер 3, этому способствует VD, Y изолирован от + питания, значит Y=0.
Преимущества сложного инвертора:
1) т.к VT3 и VT4 открываются поочередно, то почти в 2 раза увеличивается нагрузочная способность микросхем;
2) Несколько увеличивается потребляемая мощность микросхем, поэтому улучшается быстродействие;
3) при наличии линии разрешения возможно три состояния выхода микросхемы:
   а) первое состояние выхода:
на линии разрешения 1, VDp закрыт, линия разрешения заблокирована, хотя бы на одном входе 0, выход Y через VT3 соединен с + питания (Y=1) и изолирован от общей точки.
   b) второе состояние выхода:
На линии разрешения 1, на всех остальных входах 0, выход изолирован от + питания и соединен с общей точкой (Y=0)
   c) третье состояние выхода:
на линии разрешения 0 (соединен с общей точкой), независимо от остальных входов, VDp открыт, к2, б3 соединяется с общей точкой, значит VT2, VT3, VT4 закрыты, выход Y изолирован от + питания и от общей точки – это высокий импеданс.

d) сложный инвертор позволяет получать микросхемы с открытым коллектором – получается если убрать VT3, VD, R_к3 то выход будет соединен с коллектором VT4 и является свободным коллектором.

Правило: микросхемы со свободным коллектором включаются так, чтобы выход соединялся через нагрузку или добавочный внешний резистор с + питания.

Микросхемы со свободным коллектором имеют большую нагрузочную способность и несколько большее быстродействие.

Аналогичным образом можно получить микросхемы с открытым эмиттером.

Применение диодов Шотки в микросхемах ТТЛ позволяет повысить быстродействие. В результате получаем микросхемы ТТЛШ.

Микросхемы ТТЛ (ТТЛШ) имеют средние параметры по сравнению с микросхемами других логик, поэтому довольно распространены.

Примеры серий:

133 и К155 – стандартные ТТЛ;

130 и К131 – повышенного быстродействия;

134 и 530 – микромощные;

К 531 – с диодами Шотки.