- Inversor
TTL. - Puertas con salidas
triestado. - Otras series
TTL. - Consideraciones
prácticas sobre el uso de TTL.
La lógica
transistor-transistor (TTL) es una de las
tecnologías de circuitos
integrados más extendidas… hasta el momento… La
función
lógica de un inversor o de cualquier tipo de puerta es
siempre la misma, independientemente de l tipo de tecnología de
circuitos que
se utilice. En la siguiente figura se muestra un
circuito TTL estándar para un inversor. Q1 es el
transistor de acoplamiento de entrada y D1 es el diodo de
fijación de nivel de entrada (diodo clamp). El transistor
Q2 es el divisor de fase y la combinación Q3 y Q4 forma el
circuito de salida, a menudo denominado como disposición
totem-pole
La puerta NAND TTL es equivalente al inversor, con la
excepción de que el transistor Q1 se convierte en un
transistor con dos emisores (transistor multiemisor).
El circuito de salida descrito en el apartado anterior
tiene el circuito de salida totem-pole. Los circuitos TTL
disponen de otro tipo de salida, denominada en
colector
abierto. En la siguiente figura se muestra un inversor
TTL estándar con salida en colector abierto.
Notemos que la salida es el colector del transistor Q3
sin nada conectado, de ahí el nombre de colector abierto.
Para obtener los niveles lógicos alto y bajo a
la
salida del circuito se conecta una resistencia de
pull-up a la tensión de alimentación Vcc
desde el colector de Q3. Cuando Q3 no conduce, la salida es
llevada a Vcc a través de la resistencia externa. Cuando
Q3 se satura, la salida se lleva a un potencial próximo a
tierra a
través del transistor saturado.
Puertas con salidas
triestado.
La salida triestado combina las ventajas de los
circuitos totem-pole y de colector abierto.
Los tres estados de salida son: alto, bajo y alta
impedancia (alta Z). Cuando se selecciona el funcionamiento
lógico normal, mediante la entrada de habilitación,
el circuito triestado funciona de la misma forma que una puerta
normal. Cuando el modo de funcionamiento es de alta impedancia,
la salida se desconecta del resto del circuito.
La siguiente figura ilustra el circuito básico de
un inversor triestado TTL. Cuando la entrada de
habilitación está a nivel bajo, Q2 no conduce y el
circuito de salida funciona en la configuración totem-pole
normal. Cuando la entrada de habilitación está a
nivel alto, Q2 conduce. Entonces en el segundo emisor de Q1 se
produce un nivel bajo, haciendo que Q3 y Q5 se bloqueen y el
diodo D1 se polarice en directa, lo que hace que Q4 se bloquee
también.
En este caso los transistores
totem-pole actúan como un circuito abierto y la salida
está desconectada por completo de la circuitería
interna.
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La familia original
TTL se indica con los números 54/74. Con el avance que ha
experimentado la tecnología de fabricación desde su
introducción se han puesto en el mercado familias
mejoradas basadas en tecnología bipolar que buscan
optimizar algunos de los parámetros descritos en el
capítulo anterior
TTL de bajo consumo
(54L/74L).
Esta familia se distingue por su bajo consumo de
potencia
(L=LOW POWER). Ello se consigue aumentando siginificativamente
los valores de
las resistencias
de polarización de los diferentes transitores, con lo que
se disminuye la corriente que circula por el sistema y con
ello la potencia disipada. Si la potencia disipada en una puertaq
típica de la familia
54/74 es de 10 mW la de la puerta equivalente en la
versión 54L/74L es de 1 mW.
El ahorro de
potencia se paga con una pérdida en la velocidad: de
los 10 nsg de tiemo de retardo típicos en la familia
original se pasa a unos 33 nsg de retardo en esta
familia.
TTL Schottky (54S/74S).
Esta serie proporciona unos tiempos de
conmutación menor, gracias a la incorporación de
diodos Schottky
que evitan que los transistores entren en saturación,
disminuyendo el tiempo que tarda
el transistor en entrar y salir de la conducción. El
retardo típico es de 3 nsg. Y la disipación de
potencia de 19 mW.
TTL Schottky de bajo consumo (54LS/74LS).
Esta familia proporciona un compromiso entre velocidad y
baja disipación de potencia utilizando altos valores de
resistencias y transistores de tipo Schottky. La
disipación de potencia típica de una puerta es de 2
mW y el retardo de prropagación de 10 nsg.
Schottky avanzada y Shottky de bajo consumo avanzada
(AS/ALS).
Estas tecnologías suponen versiones avanzadas de
las series S y LS. La disipación de potencia estática
típica es de 8,5 mW para l serie AS y 1 mW para la serire
ALS. Los tiempos de retardo de propagación típicos
son de 1,5 nsg para AS y 4 nsg para ALS. Existe una
versión AS que se denomina F o FAST
(rápida).
Consideraciones
prácticas sobre el uso de TTL.
Analizaremos Con más profundidad los conceptos de
fuente y sumidero de corriente. En la siguiente figura se
muestran dos inversores TTL conectados en serie.
Cuando la puerta excitadora tiene un estado de
salida alto actúa como fuente de corriente para la carga
(flecha sólida). La entrada a la carga es como un diodo en
polarización inversa, por lo que la corriente es
mínima (típicamente 40 A).
Por otra parte, cuando la puerta excitadora se encuentra
en estado bajo (línea discontinua) actúa como un
sumidero de corriente. Esta corriente es mucho mayor, ya que el
diodo base-emisor de la carga se encuentra en directa
(típicamente 1,6 mA.). Además el sentido de la
corriente es negativo, por lo que en las hojas de característica aparece con un signo
negativo.
Las salida totem-pole no se pueden conectar juntas, ya
que dicha conexión produce una corriente excesiva, que
daña los dispositivos3.
Circuitos en colector abierto.
Un circuito TTL en totem-pole tiene limitada la cantidad
de corriente que puede absorber en el estado bajo
(IOLmax) a 16 mA para la serie estándar y a 20 para la
serie AS. En muchas aplicaciones es necesario excitar
dispositivos como relés, lámparas, LEDs, etc., que
necesitan de un consumo mayor
Para estos dispositivos se utilizan salidas en colector
abierto, debido a su mayor capacidad de manejo de corriente y
tensión. Una puerta buffer en colector abierto
típica puede absorber hasta 40 mA.
Entradas TTL no utilizadas.
Una entrada desconectada TTL actúa como un nivel
lógico alto, ya que la unión emisorbase en el
transistor de entrada está polarizado en inversa. No
obstante es mejor no dejar desconecatadas las entradas no
utilizadas, ya que son muy sensibles al ruido. Para
ello existen varias alternativas.
Entradas unidas.
Es el método
más común y consiste en conectar las entradas a una
entrada que sí se use. Este método tiene el
inconveniente que para las puertas excitadoras estas entradas
suponen cargas adicionales, por lo que aumenta los requerimientos
de consumo de las mismas.
Entradas conectadas a Vcc o a tierra.
Las entras no utilizadas en las puertas Nand o And se
pueden conectar a Vcc a través de una resistencia de 1
Kohm. Las entradas no utilizadas de la puertas Or o Nor se
conectan a tierra.
Entradas conectadas a una salida no
utilizada.
Este método es adecuado cuando se disponen de
puertas no utilizadas en el circuito.
De nuevo la salida de la puerta utilizada debe ser un
nivel alto constante para las entradas no utilizadas de puertas
And y Nand y un nivel bajo para las puertas Nor y Or.
Sergio A. Peñaranda Saavedra