O que é TTL?
TTL, ou Transistor-Transistor Logic (Lógica Transistor-Transistor), é um tipo de projeto de circuito digital que usa tecnologia de transistor bipolar para criar portas lógicas. O TTL é comumente usado em eletrônica, particularmente no projeto de circuitos digitais, porque é rápido e confiável. Também é relativamente fácil de entender e projetar com a lógica TTL, tornando-a uma escolha popular para amadores e profissionais.
Por exemplo, um circuito lógico TTL simples pode ser usado para controlar a operação de um motor em um braço robótico. O circuito lógico TTL receberia entradas de sensores que detectam a posição do braço e, em seguida, usaria transistores para controlar o fluxo de corrente para o motor, fazendo com que ele se movesse na direção desejada. Esse tipo de circuito pode ser projetado usando uma matriz de portas lógicas TTL, que é uma coleção de portas lógicas TTL pré-projetadas que podem ser combinadas para criar circuitos mais complexos.
Como funciona o TTL?
A lógica transistor-transistor (TTL) é uma família de lógica digital popular que usa transistores de junção bipolar (BJTs) para implementar várias funções lógicas. A TTL opera com base no conceito de alternância entre dois níveis de tensão, normalmente referidos como estados "alto" e "baixo" ou "1" e "0".
O bloco básico da TTL é o transistor, que é usado como um interruptor. Na TTL, existem dois tipos de portas lógicas: portas NAND e portas NOR. Essas portas são formadas pela conexão de vários transistores em um arranjo específico.
Vamos dar um exemplo simples de uma porta NAND TTL para entender como o TTL funciona. Uma porta NAND tem várias entradas e uma única saída. A saída da porta NAND é alta (lógica 1) apenas quando todas as suas entradas estão baixas (lógica 0). Caso contrário, a saída é baixa (lógica 0).
No TTL, uma porta NAND é implementada usando transistores. Especificamente, ela usa vários transistores em uma configuração conhecida como rede de transistores. O arranjo específico dos transistores permite que a porta execute a função lógica desejada.
Aqui está uma representação simplificada de uma porta NAND TTL:
Nesta representação, A e B são as entradas e a saída é o resultado final. Cada entrada (A e B) está ligada à base de um transístor. Os emissores dos transístores estão ligados à terra (0 V) e o coletor de cada transístor está ligado à saída.
Quando as entradas A e B estão ambas em lógica 1 (alta), uma corrente flui através da junção base-emissor dos transistores, ligando-os. Isso cria um caminho de baixa resistência do coletor ao emissor, conectando efetivamente a saída ao terra (lógica 0).
Por outro lado, se a entrada A ou B (ou ambas) estiver em lógica 0 (baixa), nenhuma corrente flui através das junções base-emissor dos transistores, mantendo-os desligados. Isso impede que a saída seja conectada ao terra e permite que ela permaneça em lógica 1 (alta).
Portanto, a saída da porta NAND é alta (lógica 1) apenas quando todas as entradas estão baixas (lógica 0). Caso contrário, a saída é baixa (lógica 0).
As portas TTL são normalmente interconectadas para criar circuitos digitais mais complexos, como somadores, multiplexadores e flip-flops, permitindo a implementação de várias tarefas computacionais em sistemas eletrônicos.
É importante observar que, embora o TTL tenha sido amplamente utilizado no passado, ele foi amplamente substituído por outras famílias lógicas, como CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), que oferecem vantagens em termos de consumo de energia e densidade de integração.
Como usar o circuito TTL?
Existem diferentes tipos de TTL, conforme segue:
- Circuito TTL padrão
- Circuito TTL rápido
- Circuito TTL Schottky
- Circuito TTL de alta potência
- Circuito TTL de baixo consumo de energia
- Circuito TTL Schottky avançado
Circuito TTL padrão
O diagrama abaixo mostra a estrutura interna e as características de uma porta NAND TTL padrão. Sua porta NAND é do tipo de quatro vias e duas entradas. Existem quatro circuitos 5400/740. Em termos simples, esse tipo de circuito TTL funciona da seguinte maneira.
O Q1 mostrado no diagrama é um transistor NPN de emissor duplo. Esse tipo de porta NAND é semelhante a dois transistores com seus terminais de base e emissor conectados entre si. Os diodos denominados D2 e D3 são usados para limitar a tensão de entrada, que é negativa por natureza.
Circuito TTL de baixa potência
Os circuitos TTL de baixa potência alcançam baixo consumo e dissipação de energia. No entanto, a velocidade com que as operações são concluídas é reduzida. A imagem acima é um TTL de baixa potência feito com portas AND. A porta NAND usada aqui é do tipo 74L00 ou 54L00. A estrutura desse tipo de TTL é quase semelhante à do TTL padrão, exceto que o valor da resistência é maior. Devido a esse aumento no valor da resistência, a dissipação de energia do circuito é reduzida.
Circuito TTL de alta potência
Ao contrário do TTL de baixa potência, o TTL de alta potência é uma versão de alta velocidade do TTL padrão. Esse tipo de TTL funciona mais rápido do que os discutidos anteriormente. Ele consome mais energia do que os outros TTLs discutidos anteriormente. A figura abaixo mostra uma porta NAND TTL de alta potência. As portas NAND são do tipo quádruplo de duas entradas 74H00 ou 54H00. Muito semelhante ao TTL padrão, exceto que a combinação do transistor Q3 e do diodo D1 foi substituída por um arranjo de Q3, Q5 e R5. Esse tipo de TTL funciona em uma velocidade mais alta e consome mais energia.
Circuito Schottky TTL
Um circuito Schottky TTL é usado para acelerar o tempo de operação. Esse tipo de TTL oferece o dobro da velocidade do TTL de alta potência. O consumo de energia é o mesmo para ambos os TTLs, sem consumo extra de energia. A figura abaixo representa um diagrama básico do Schottky TTL baseado em NAND.
O diagrama do circuito é muito semelhante ao TTL de alta potência, mas o transistor Q do TTL de alta potência não está presente aqui. O transistor Schottky usado para este tipo de TTL é um transistor bipolar cuja base e coletor são conectados por um diodo Schottky.
Prós e contras do TTL
Prós:
– A lógica TTL é simples e fácil de entender
.- Tem uma velocidade de comutação rápida devido ao baixo atraso de propagação.
– A TTL pode operar em uma ampla faixa de temperaturas e tensões
.- Oferece imunidade a ruídos devido ao uso de transistores complementares.
– Tem um baixo consumo de energia em comparação com outras famílias lógicas.
– A TTL pode ser facilmente conectada a outras famílias lógicas.
Contras:
– O consumo de energia aumenta com o aumento do número de portas conectadas.
– Os níveis de tensão de saída são limitados, normalmente entre 0 e 5 volts.
– As portas TTL não são muito eficientes ao acionar cargas capacitivas.
– A corrente de saída é limitada, o que pode ser um problema ao acionar algumas cargas.
– Requer uma alimentação de tensão mais alta em comparação com outras famílias lógicas, o que pode levar a problemas de dissipação de calor.
– O TTL não é adequado para aplicações de alta velocidade onde são necessários atrasos de propagação muito baixos.
