Cos'è TTL?
TTL, o Transistor-Transistor Logic, è un tipo di progettazione di circuiti digitali che utilizza la tecnologia dei transistor bipolari per creare porte logiche. TTL è comunemente utilizzato nell’elettronica, in particolare nella progettazione di circuiti digitali, perché è veloce e affidabile. È anche relativamente facile da capire e progettare con la logica TTL, rendendolo una scelta popolare sia per gli hobbisti che per i professionisti.
Ad esempio, un semplice circuito logico TTL potrebbe essere utilizzato per controllare il funzionamento di un motore in un braccio robotico. Il circuito logico TTL riceverebbe input da sensori che rilevano la posizione del braccio, quindi utilizzerebbe i transistor per controllare il flusso di corrente al motore, facendolo muovere nella direzione desiderata. Questo tipo di circuito può essere progettato utilizzando un array di porte logiche TTL, che è una raccolta di porte logiche TTL pre-progettate che possono essere combinate per creare circuiti più complessi.
Come funziona TTL?
Transistor-Transistor Logic (TTL) è una popolare famiglia di logica digitale che utilizza transistor a giunzione bipolare (BJT) per implementare varie funzioni logiche. TTL opera in base al concetto di commutazione tra due livelli di tensione, tipicamente denominati stati “alto” e “basso” o stati “1” e “0”.
Il blocco di costruzione di base di TTL è il transistor, che viene utilizzato come interruttore. In TTL, ci sono due tipi di porte logiche: porte NAND e porte NOR. Queste porte sono formate collegando più transistor in una disposizione specifica.
Prendiamo un semplice esempio di una porta NAND TTL per capire come funziona TTL. Una porta NAND ha più input e un singolo output. L’output della porta NAND è alto (logica 1) solo quando tutti i suoi input sono bassi (logica 0). Altrimenti, l’output è basso (logica 0).
In TTL, una porta NAND è implementata utilizzando i transistor. In particolare, utilizza più transistor in una configurazione nota come rete di transistor. La disposizione specifica dei transistor consente alla porta di eseguire la funzione logica desiderata.
Ecco una rappresentazione semplificata di una porta NAND TTL:
In questa rappresentazione, A e B sono gli input e Output è l’output risultante. Ogni input (A e B) è collegato alla base di un transistor. Gli emettitori dei transistor sono collegati a massa (0V) e il collettore di ciascun transistor è collegato all’output.
Quando gli input A e B sono entrambi a logica 1 (alto), una corrente scorre attraverso la giunzione base-emettitore dei transistor, accendendoli. Questo crea un percorso a bassa resistenza dal collettore all’emettitore, collegando efficacemente l’output a massa (logica 0).
Al contrario, se uno qualsiasi degli input A o B (o entrambi) è a logica 0 (basso), nessuna corrente scorre attraverso le giunzioni base-emettitore dei transistor, mantenendoli spenti. Questo impedisce all’output di essere collegato a massa e gli consente di rimanere a logica 1 (alto).
Pertanto, l’output della porta NAND è alto (logica 1) solo quando tutti gli input sono bassi (logica 0). Altrimenti, l’output è basso (logica 0).
Le porte TTL sono tipicamente interconnesse per creare circuiti digitali più complessi, come sommatrici, multiplexer e flip-flop, consentendo l’implementazione di varie attività computazionali nei sistemi elettronici.
È importante notare che, sebbene TTL fosse ampiamente utilizzato in passato, è stato in gran parte sostituito da altre famiglie logiche, come CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), che offrono vantaggi in termini di consumo energetico e densità di integrazione.
Come usare un circuito TTL?
Esistono diversi tipi di TTL come segue:
- Circuito TTL standard
- Circuito TTL veloce
- Circuito TTL Schottky
- Circuito TTL ad alta potenza
- Circuito TTL a basso consumo
- Circuito TTL Schottky avanzato
Circuito TTL standard
Il diagramma sottostante mostra la struttura interna e le caratteristiche di un gate NAND TTL standard. Il suo gate NAND è di tipo a quattro vie a due ingressi. Ci sono quattro circuiti 5400/740. In termini semplici, questo tipo di circuito TTL funziona come segue.
Q1 mostrato nel diagramma è un transistor NPN a doppio emettitore, questo tipo di gate NAND è simile a due transistor con i loro terminali di base ed emettitore collegati insieme. I diodi denominati D2 e D3 sono utilizzati per limitare la tensione di ingresso che è di natura negativa.
Circuito TTL a basso consumo
La circuiteria TTL a basso consumo ottiene un basso consumo e dissipazione di potenza. Sebbene la velocità con cui le operazioni vengono completate sia ridotta. L’immagine sopra è un TTL a basso consumo realizzato utilizzando gate AND. Il gate NAND utilizzato qui è di tipo 74L00 o 54L00, la struttura di questo tipo di TTL è quasi simile a quella del TTL standard, tranne per il fatto che il valore di resistenza è più alto. Per questo aumento del valore di resistenza, la dissipazione di potenza del circuito è ridotta.
Circuito TTL ad alta potenza
A differenza del TTL a basso consumo, il TTL ad alta potenza è una versione ad alta velocità del TTL standard. Questo tipo di TTL funziona più velocemente di quanto discusso in precedenza. Consuma più energia rispetto agli altri TTL discussi in precedenza. La figura sottostante è un gate NAND TTL ad alta potenza. I gate NAND sono di tipo a quattro ingressi a due ingressi 74H00 o 54H00. Molto simile al TTL standard tranne che la combinazione del transistor Q3 e del diodo D1 è stata sostituita da una disposizione di Q3, Q5 e R5. Questo tipo di TTL funziona a una velocità più elevata e consuma più energia.
Circuito TTL Schottky
Un circuito TTL Schottky viene utilizzato per accelerare il tempo di funzionamento. Questo tipo di TTL fornisce il doppio della velocità del TTL ad alta potenza. Il consumo di energia è lo stesso per entrambi i TTL, nessun consumo di energia extra. La figura sottostante rappresenta un diagramma Schottky NAND di base.
Lo schema del circuito è molto simile al TTL ad alta potenza, il transistor Q del TTL ad alta potenza è mancante qui. Il transistor Schottky utilizzato per questo tipo di TTL è un transistor bipolare la cui base e il collettore sono collegati da un diodo Schottky.
Pro e contro del TTL
Pro:
– La logica TTL è semplice e facile da capire.
– Ha un’elevata velocità di commutazione grazie al basso ritardo di propagazione.
– TTL può operare in un ampio intervallo di temperature e tensioni.
– Fornisce immunità al rumore grazie all’uso di transistor complementari.
– Ha un basso consumo energetico rispetto ad altre famiglie logiche.
– TTL può essere facilmente interfacciato con altre famiglie logiche.
Contro:
– Il consumo di energia aumenta con l’aumento del numero di gate collegati.
– I livelli di tensione di uscita sono limitati, in genere tra 0 e 5 volt.
– I gate TTL non sono molto efficienti quando pilotano carichi capacitivi.
– La corrente di uscita è limitata, il che può essere un problema quando si pilotano alcuni carichi.
– Richiede una tensione di alimentazione più alta rispetto ad altre famiglie logiche, il che può causare problemi di dissipazione del calore.
– TTL non è adatto per applicazioni ad alta velocità in cui sono necessari ritardi di propagazione molto bassi.
