- 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