Qu'est-ce que le TTL ?
TTL, ou Transistor-Transistor Logic, est un type de conception de circuit numérique qui utilise la technologie des transistors bipolaires pour créer des portes logiques. Le TTL est couramment utilisé en électronique, en particulier dans la conception de circuits numériques, car il est rapide et fiable. Il est également relativement facile à comprendre et à concevoir avec la logique TTL, ce qui en fait un choix populaire pour les amateurs et les professionnels.
Par exemple, un circuit logique TTL simple peut être utilisé pour contrôler le fonctionnement d'un moteur dans un bras robotisé. Le circuit logique TTL recevrait les données des capteurs qui détectent la position du bras, puis utiliserait des transistors pour contrôler le flux de courant vers le moteur, le faisant ainsi se déplacer dans la direction souhaitée. Ce type de circuit peut être conçu à l'aide d'un réseau de portes logiques TTL, qui est un ensemble de portes logiques TTL préconçues pouvant être combinées pour créer des circuits plus complexes.
Comment fonctionne le TTL ?
La logique transistor-transistor (TTL) est une famille de logique numérique populaire qui utilise des transistors bipolaires à jonction (BJT) pour mettre en œuvre diverses fonctions logiques. La TTL fonctionne selon le concept de commutation entre deux niveaux de tension, généralement appelés états « haut » et « bas » ou « 1 » et « 0 ».
Le transistor, utilisé comme commutateur, est l'élément de base de la logique TTL. Dans la logique TTL, il existe deux types de portes logiques : les portes NAND et les portes NOR. Ces portes sont formées en connectant plusieurs transistors selon une configuration spécifique.
Prenons un exemple simple de porte NAND TTL pour comprendre le fonctionnement du TTL. Une porte NAND possède plusieurs entrées et une seule sortie. La sortie de la porte NAND est haute (logique 1) uniquement lorsque toutes ses entrées sont basses (logique 0). Sinon, la sortie est basse (logique 0).
En TTL, une porte NAND est mise en œuvre à l'aide de transistors. Plus précisément, elle utilise plusieurs transistors dans une configuration appelée réseau de transistors. La disposition spécifique des transistors permet à la porte d'exécuter la fonction logique souhaitée.
Voici une représentation simplifiée d'une porte NAND TTL :
Dans cette représentation, A et B sont les entrées, et la sortie est le résultat obtenu. Chaque entrée (A et B) est connectée à la base d'un transistor. Les émetteurs des transistors sont connectés à la masse (0 V), et le collecteur de chaque transistor est connecté à la sortie.
Lorsque les entrées A et B sont toutes deux à l'état logique 1 (haut), un courant circule à travers la jonction base-émetteur des transistors, les activant. Cela crée un chemin à faible résistance entre le collecteur et l'émetteur, connectant efficacement la sortie à la masse (état logique 0).
À l'inverse, si l'entrée A ou B (ou les deux) est à l'état logique 0 (bas), aucun courant ne circule à travers les jonctions base-émetteur des transistors, ce qui les maintient éteints. Cela empêche la sortie d'être connectée à la masse et lui permet de rester à l'état logique 1 (haut).
Par conséquent, la sortie de la porte NAND n'est haute (logique 1) que lorsque toutes les entrées sont basses (logique 0). Sinon, la sortie est basse (logique 0).
Les portes TTL sont généralement interconnectées pour créer des circuits numériques plus complexes, tels que des additionneurs, des multiplexeurs et des bascules, permettant la mise en œuvre de diverses tâches de calcul dans les systèmes électroniques.
Il est important de noter que, bien que la technologie TTL ait été largement utilisée dans le passé, elle a été largement remplacée par d'autres familles logiques, telles que les CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), qui offrent des avantages en termes de consommation d'énergie et de densité d'intégration.
Comment utiliser un circuit TTL ?
Il existe différents types de TTL, comme suit :
- Circuit TTL standard
- Circuit TTL rapide
- Circuit TTL Schottky
- Circuit TTL haute puissance
- Circuit TTL à faible consommation d'énergie
- Circuit TTL Schottky avancé
Circuit TTL standard
Le schéma ci-dessous montre la structure interne et les caractéristiques d'une porte NAND TTL standard. Sa porte NAND est de type à quatre voies et deux entrées. Il existe quatre circuits 5400/740. En termes simples, ce type de circuit TTL fonctionne comme suit.
Le Q1 représenté sur le schéma est un transistor NPN à double émetteur. Ce type de porte NAND est similaire à deux transistors dont les bornes de base et d'émetteur sont reliées entre elles. Les diodes D2 et D3 servent à limiter la tension d'entrée, qui est de nature négative.
Circuit TTL à faible puissance
Les circuits TTL à faible puissance permettent de réduire la consommation et la dissipation d'énergie. Cependant, la vitesse d'exécution des opérations est réduite. L'image ci-dessus représente un circuit TTL à faible puissance réalisé à l'aide de portes ET. La porte NAND utilisée ici est de type 74L00 ou 54L00. La structure de ce type de TTL est presque similaire à celle du TTL standard, à l'exception de la valeur de résistance qui est plus élevée. Grâce à cette valeur de résistance accrue, la dissipation de puissance du circuit est réduite.
Circuit TTL haute puissance
Contrairement au TTL basse puissance, le TTL haute puissance est une version haute vitesse du TTL standard. Ce type de TTL fonctionne plus rapidement que ceux présentés précédemment. Il consomme plus d'énergie que les autres TTL présentés précédemment. La figure ci-dessous représente une porte NAND TTL haute puissance. Les portes NAND sont des types quadruples à deux entrées 74H00 ou 54H00. Elles sont très similaires au TTL standard, à l'exception de la combinaison transistor Q3 et diode D1 qui a été remplacée par un agencement de Q3, Q5 et R5. Ce type de TTL fonctionne à une vitesse plus élevée et consomme plus d'énergie.
Circuit TTL Schottky
Un circuit TTL Schottky est utilisé pour accélérer le temps de fonctionnement. Ce type de TTL offre une vitesse deux fois supérieure à celle du TTL haute puissance. La consommation électrique est identique pour les deux TTL, sans consommation supplémentaire. La figure ci-dessous représente un schéma de base du TTL Schottky basé sur NAND.
Le schéma du circuit est très similaire à celui du TTL haute puissance, mais le transistor Q du TTL haute puissance est absent ici. Le transistor Schottky utilisé pour ce type de TTL est un transistor bipolaire dont la base et le collecteur sont reliés par une diode Schottky.
Avantages et inconvénients du TTL
Avantages :
– La logique TTL est simple et facile à comprendre
.- Elle offre une vitesse de commutation rapide grâce à un faible délai de propagation.
– La TTL peut fonctionner dans une large gamme de températures et de tensions.
– Elle offre une immunité au bruit grâce à l'utilisation de transistors complémentaires.
– Elle consomme peu d'énergie par rapport à d'autres familles logiques.
– La TTL peut être facilement interfacée avec d'autres familles logiques.
Inconvénients :
– La consommation électrique augmente avec le nombre de portes connectées.
– Les niveaux de tension de sortie sont limités, généralement entre 0 et 5 volts.
– Les portes TTL ne sont pas très efficaces lorsqu'elles commandent des charges capacitives.
– Le courant de sortie est limité, ce qui peut poser problème lors de la commande de certaines charges.
– Elle nécessite une alimentation électrique plus élevée que les autres familles logiques, ce qui peut entraîner des problèmes de dissipation thermique.
– La TTL n'est pas adaptée aux applications à grande vitesse qui nécessitent des délais de propagation très faibles.
