¿Qué es TTL?
TTL, o lógica transistor-transistor, es un tipo de diseño de circuitos digitales que utiliza tecnología de transistores bipolares para crear puertas lógicas. TTL se utiliza habitualmente en electrónica, especialmente en el diseño de circuitos digitales, debido a su rapidez y fiabilidad. Además, la lógica TTL es relativamente fácil de comprender y diseñar, lo que la convierte en una opción muy popular tanto para aficionados como para profesionales.
Por ejemplo, un circuito lógico TTL sencillo podría utilizarse para controlar el funcionamiento de un motor en un brazo robótico. El circuito lógico TTL recibiría la entrada de los sensores que detectan la posición del brazo y, a continuación, utilizaría transistores para controlar el flujo de corriente al motor, haciendo que se mueva en la dirección deseada. Este tipo de circuito se puede diseñar utilizando una matriz de puertas lógicas TTL, que es una colección de puertas lógicas TTL prediseñadas que se pueden combinar para crear circuitos más complejos.
¿Cómo funciona el TTL?
La lógica transistor-transistor (TTL) es una popular familia de lógica digital que utiliza transistores bipolares de unión (BJT) para implementar diversas funciones lógicas. La TTL funciona basándose en el concepto de conmutación entre dos niveles de tensión, normalmente denominados estados «alto» y «bajo» o «1» y «0».
El componente básico de la TTL es el transistor, que se utiliza como interruptor. En la TTL hay dos tipos de puertas lógicas: puertas NAND y puertas NOR. Estas puertas se forman conectando varios transistores en una disposición específica.
Veamos un ejemplo sencillo de una puerta NAND TTL para comprender cómo funciona el TTL. Una puerta NAND tiene múltiples entradas y una sola salida. La salida de la puerta NAND es alta (lógica 1) solo cuando todas sus entradas son bajas (lógica 0). De lo contrario, la salida es baja (lógica 0).
En TTL, una puerta NAND se implementa utilizando transistores. Concretamente, utiliza múltiples transistores en una configuración conocida como red de transistores. La disposición específica de los transistores permite que la puerta realice la función lógica deseada.
A continuación se muestra una representación simplificada de una puerta NAND TTL:
En esta representación, A y B son las entradas, y la salida es el resultado final. Cada entrada (A y B) está conectada a la base de un transistor. Los emisores de los transistores están conectados a tierra (0 V), y el colector de cada transistor está conectado a la salida.
Cuando las entradas A y B están ambas en 1 lógico (alto), una corriente fluye a través de la unión base-emisor de los transistores, activándolos. Esto crea una ruta de baja resistencia desde el colector al emisor, conectando efectivamente la salida a tierra (0 lógico).
Por el contrario, si la entrada A o B (o ambas) están en 0 lógico (bajo), no fluye corriente a través de las uniones base-emisor de los transistores, manteniéndolos apagados. Esto evita que la salida se conecte a tierra y permite que permanezca en 1 lógico (alto).
Por lo tanto, la salida de la puerta NAND es alta (lógica 1) solo cuando todas las entradas son bajas (lógica 0). De lo contrario, la salida es baja (lógica 0).
Las puertas TTL suelen interconectarse para crear circuitos digitales más complejos, como sumadores, multiplexores y flip-flops, lo que permite la implementación de diversas tareas computacionales en sistemas electrónicos.
Es importante señalar que, aunque el TTL se utilizaba ampliamente en el pasado, ha sido sustituido en gran medida por otras familias lógicas, como el CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico), que ofrecen ventajas en términos de consumo de energía y densidad de integración.
¿Cómo se utiliza el circuito TTL?
Existen diferentes tipos de TTL, como se indica a continuación:
- Circuito TTL estándar
- Circuito TTL rápido
- Circuito TTL Schottky
- Circuito TTL de alta potencia
- Circuito TTL de bajo consumo
- Circuito TTL Schottky avanzado
Circuito TTL estándar
El siguiente diagrama muestra la estructura interna y las características de una puerta NAND TTL estándar. Su puerta NAND es de tipo de cuatro vías y dos entradas. Hay cuatro circuitos 5400/740. En términos sencillos, este tipo de circuito TTL funciona de la siguiente manera.
El Q1 que se muestra en el diagrama es un transistor NPN de doble emisor. Este tipo de puerta NAND es similar a dos transistores con sus terminales de base y emisor conectados entre sí. Los diodos denominados D2 y D3 se utilizan para limitar la tensión de entrada, que es de naturaleza negativa.
Circuito TTL de baja potencia
Los circuitos TTL de baja potencia logran un bajo consumo y disipación de energía. Aunque la velocidad a la que se completan las operaciones se reduce. La imagen de arriba es un TTL de baja potencia fabricado con puertas AND. La puerta NAND utilizada aquí es del tipo 74L00 o 54L00. La estructura de este tipo de TTL es casi similar a la del TTL estándar, excepto que el valor de resistencia es mayor. Debido a este aumento del valor de resistencia, se reduce la disipación de potencia del circuito.
Circuito TTL de alta potencia
A diferencia del TTL de baja potencia, el TTL de alta potencia es una versión de alta velocidad del TTL estándar. Este tipo de TTL funciona más rápido que los anteriores. Consume más energía que los otros TTL mencionados anteriormente. La siguiente figura muestra una puerta NAND TTL de alta potencia. Las puertas NAND son del tipo cuádruple de dos entradas 74H00 o 54H00. Son muy similares al TTL estándar, excepto que la combinación del transistor Q3 y el diodo D1 ha sido sustituida por una disposición de Q3, Q5 y R5. Este tipo de TTL funciona a mayor velocidad y consume más energía.
Circuito Schottky TTL
Se utiliza un circuito TTL Schottky para acelerar el tiempo de funcionamiento. Este tipo de TTL proporciona el doble de velocidad que el TTL de alta potencia. El consumo de energía es el mismo para ambos TTL, sin consumo adicional. La siguiente figura representa un diagrama básico de TTL Schottky basado en NAND.
El diagrama del circuito es muy similar al del TTL de alta potencia, pero aquí falta el transistor Q del TTL de alta potencia. El transistor Schottky utilizado para este tipo de TTL es un transistor bipolar cuya base y colector están conectados por un diodo Schottky.
Ventajas y desventajas del TTL
Ventajas:
– La lógica TTL es sencilla y fácil de entender
.- Tiene una velocidad de conmutación rápida debido al bajo retardo de propagación.
– La TTL puede funcionar en un amplio rango de temperaturas y voltajes
.- Proporciona inmunidad al ruido gracias al uso de transistores complementarios.
– Tiene un bajo consumo de energía en comparación con otras familias lógicas.
– La TTL se puede interconectar fácilmente con otras familias lógicas.
Inconvenientes:
– El consumo de energía aumenta con el aumento del número de puertas conectadas.
– Los niveles de voltaje de salida son limitados, normalmente entre 0 y 5 voltios.
– Las puertas TTL no son muy eficientes cuando se manejan cargas capacitivas.
– La corriente de salida es limitada, lo que puede ser un problema al manejar algunas cargas.
– Requiere un suministro de voltaje más alto en comparación con otras familias lógicas, lo que puede provocar problemas de disipación de calor.
– TTL no es adecuado para aplicaciones de alta velocidad en las que se requieren retrasos de propagación muy bajos.
