TTL nedir?
TTL (Transistor-Transistor Logic), mantık kapıları oluşturmak için bipolar transistör teknolojisini kullanan bir dijital devre tasarımı türüdür. TTL, hızlı ve güvenilir olması nedeniyle elektronik alanında, özellikle de dijital devre tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca TTL mantığıyla tasarım yapmak ve bu mantığı anlamak nispeten kolaydır; bu da onu hem hobi amaçlı kullanıcılar hem de profesyoneller için popüler bir seçenek haline getirir.
Örneğin, basit bir TTL mantık devresi, bir robot kolundaki motorun çalışmasını kontrol etmek için kullanılabilir. TTL mantık devresi, kolun konumunu algılayan sensörlerden girdi alır ve ardından transistörleri kullanarak motora giden akım akışını kontrol eder ve motorun istenen yönde hareket etmesini sağlar. Bu tür devreler, daha karmaşık devreler oluşturmak için birleştirilebilen önceden tasarlanmış TTL mantık kapılarının bir koleksiyonu olan TTL mantık kapısı dizisi kullanılarak tasarlanabilir.
TTL Nasıl Çalışır?
Transistör-Transistör Mantığı (TTL), çeşitli mantık işlevlerini gerçekleştirmek için bipolar bağlantı transistörleri (BJT'ler) kullanan yaygın bir dijital mantık ailesidir. TTL, genellikle "yüksek" ve "düşük" ya da "1" ve "0" durumları olarak adlandırılan iki voltaj seviyesi arasında geçiş yapma kavramına dayalı olarak çalışır.
TTL'nin temel yapı taşı, anahtar olarak kullanılan transistördür. TTL'de iki tür mantık kapısı vardır: NAND kapıları ve NOR kapıları. Bu kapılar, birden fazla transistörün belirli bir düzenlemede bağlanmasıyla oluşturulur.
TTL'nin nasıl çalıştığını anlamak için basit bir TTL NAND kapısı örneği ele alalım. Bir NAND kapısı, birden fazla girişe ve tek bir çıkışa sahiptir. NAND kapısının çıkışı, yalnızca tüm girişleri düşük (mantıksal 0) olduğunda yüksektir (mantıksal 1). Aksi takdirde, çıkış düşüktür (mantıksal 0).
TTL'de bir NAND kapısı, transistörler kullanılarak gerçekleştirilir. Spesifik olarak, transistör ağı olarak bilinen bir konfigürasyonda birden fazla transistör kullanır. Transistörlerin spesifik düzeni, kapının istenen mantık işlevini yerine getirmesini sağlar.
İşte bir TTL NAND kapısının basitleştirilmiş bir gösterimi:
Bu şemada A ve B girişler, Çıkış ise elde edilen çıktıyı temsil eder. Her bir giriş (A ve B), bir transistörün tabanına bağlanmıştır. Transistörlerin yayıcı uçları toprağa (0V) bağlanmıştır ve her transistörün toplayıcı ucu çıkışa bağlanmıştır.
Girişler A ve B'nin her ikisi de mantıksal 1 (yüksek) konumundayken, transistörlerin taban-yayıcı bağlantısından bir akım akar ve transistörleri açar. Bu, toplayıcıdan yayıcıya düşük dirençli bir yol oluşturur ve çıkışı toprağa (mantıksal 0) etkili bir şekilde bağlar.
Tersine, giriş A veya B'den biri (veya her ikisi) mantık 0 (düşük) durumundaysa, transistörlerin taban-yayıcı bağlantı noktalarından akım geçmez ve transistörler kapalı kalır. Bu, çıkışın toprağa bağlanmasını engeller ve çıkışın mantık 1 (yüksek) durumunda kalmasını sağlar.
Bu nedenle, NAND kapısının çıkışı yalnızca tüm girişler düşük (mantıksal 0) olduğunda yüksektir (mantıksal 1). Aksi takdirde, çıkış düşüktür (mantıksal 0).
TTL kapıları genellikle toplayıcılar, çoklayıcılar ve flip-floplar gibi daha karmaşık dijital devreler oluşturmak için birbirine bağlanır ve elektronik sistemlerde çeşitli hesaplama görevlerinin uygulanmasını sağlar.
TTL'nin geçmişte yaygın olarak kullanılmış olmasına rağmen, güç tüketimi ve entegrasyon yoğunluğu açısından avantajlar sunan CMOS (Komplementer Metal-Oksit-Yarıiletken) gibi diğer mantık aileleri tarafından büyük ölçüde yerini aldığını belirtmek önemlidir.
TTL Devresi Nasıl Kullanılır?
TTL'nin aşağıdaki gibi farklı türleri vardır:
- Standart TTL devresi
- Hızlı TTL devresi
- Schottky TTL devresi
- Yüksek Güçlü TTL Devresi
- Düşük güç tüketimli TTL devresi
- Gelişmiş Schottky TTL devresi
Standart TTL devresi
Aşağıdaki şemada standart bir TTL NAND kapısının iç yapısı ve özellikleri gösterilmektedir. Bu NAND kapısı, dört yollu iki girişli bir tiptir. Dört adet 5400/740 devresi bulunmaktadır. Basitçe ifade etmek gerekirse, bu tür TTL devreleri şu şekilde çalışır.
Şemada gösterilen Q1, çift emiterli bir NPN transistördür; bu tür bir NAND kapısı, baz ve emiter uçları birbirine bağlanmış iki transistöre benzer. D2 ve D3 adlı diyotlar, doğası gereği negatif olan giriş gerilimini sınırlamak için kullanılır.
Düşük güç TTL devresi
Düşük güçlü TTL devreleri, düşük güç tüketimi ve ısı yayılımı sağlar. Bununla birlikte, işlemlerin tamamlanma hızı düşer. Yukarıdaki resim, AND kapıları kullanılarak yapılmış bir düşük güçlü TTL devresidir. Burada kullanılan NAND kapısı 74L00 veya 54L00 tipindedir; bu tip TTL'nin yapısı, direnç değerinin daha yüksek olması dışında standart TTL'ninkine neredeyse benzerdir. Direnç değerinin artması nedeniyle devrenin güç kaybı azalır.
Yüksek güçlü TTL devresi
Düşük güçlü TTL'den farklı olarak, yüksek güçlü TTL, standart TTL'nin yüksek hızlı bir versiyonudur. Bu TTL türü, daha önce ele alınanlardan daha hızlı çalışır. Daha önce ele alınan diğer TTL'lere göre daha fazla güç tüketir. Aşağıdaki şekil, yüksek güçlü bir TTL NAND kapısıdır. NAND kapıları, dörtlü iki girişli 74H00 veya 54H00 tipleridir. Q3 transistör ve D1 diyot kombinasyonunun Q3, Q5 ve R5 düzenlemesiyle değiştirilmiş olması dışında standart TTL'ye çok benzerdir. Bu tür TTL, daha yüksek hızda çalışır ve daha fazla güç tüketir.
Schottky TTL devresi
Çalışma süresini kısaltmak için bir Schottky TTL devresi kullanılır. Bu TTL türü, yüksek güçlü TTL’nin iki katı hız sunar. Her iki TTL için de güç tüketimi aynıdır; ekstra güç tüketimi söz konusu değildir. Aşağıdaki şekil, temel bir NAND tabanlı Schottky TTL şemasını göstermektedir.
Devre şeması, yüksek güçlü TTL'ye çok benzemektedir; burada yüksek güçlü TTL'nin Q transistörü bulunmamaktadır. Bu tür TTL için kullanılan Schottky transistörü, tabanı ve kollektörü bir Schottky diyot ile bağlanmış bir bipolar transistördür.
TTL'nin Artıları ve Eksileri
Artıları:
– TTL mantığı basit ve anlaşılması
kolaydır.- Düşük yayılma gecikmesi sayesinde hızlı anahtarlama
hızına sahiptir.- TTL, geniş bir
sıcaklık ve voltaj aralığında çalışabilir.- Komplementer
transistörlerin kullanılması sayesinde gürültüye karşı bağışıklık sağlar.- Diğer
mantık ailelerine kıyasla düşük güç tüketir.- TTL, diğer mantık aileleriyle kolayca arayüzlenebilir.
Dezavantajları:
– Bağlanan kapı sayısının artmasıyla güç tüketimi artar.
– Çıkış voltaj seviyeleri sınırlıdır, genellikle 0 ile 5 volt arasındadır.
– TTL kapıları, kapasitif
yükleri sürerken çok verimli değildir.- Çıkış akımı sınırlıdır, bu da bazı yükleri sürerken sorun oluşturabilir.
– Diğer mantık ailelerine kıyasla daha yüksek voltaj beslemesi gerektirir, bu da ısı dağılımı sorunlarına yol açabilir.
– TTL, çok düşük yayılma gecikmelerinin gerekli olduğu yüksek hızlı uygulamalar için uygun değildir.
