Digitale Schaltungstechnik/ Logikfamilien/ Innenleben/ TTL

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Logikfamilien

Analogswitch

Die Transistor-Transistor-Logik gilt zwar als obsolet, hält sich aber noch immer hartnäckig in Nischen fest.

Einer dieser Nischen ist z.B. die Ausbildung: TTL Bausteine sind sehr Robust, kleinere Elektrostatische Entladungen überstehen sie ohne Probleme. Ebenfalls wird in vielen Schulen die Bipolaren Transistoren tiefer, sodass die Schüler am Ende ein gutes Verständnis dafür entwickeln.

Das Innenleben von TTL-Bausteinen ist sehr ausgeklügelt, sowohl in Richtung Herstellbarkeit als auch Eigenschaften für den Anwender. Die Schaltungen sind deshalb nicht ganz einfach zulesen, sobald man aber den Trick raus hat

TTL NAND[Bearbeiten]

Grundschema[Bearbeiten]

In Datenblättern sind häufiger solche Schaltungen zu finden:
TTL NAND 003.svg
Da diese Schemata stark auf Produktionstechnik und Eigenschaften optimiert sind, ist die Funktion meist nicht offensichtlich.

Vereinfachung des Ausgangs[Bearbeiten]

Die erste mögliche Vereinfachung betrifft den Ausgang:
TTL NAND 002.svg
Der obere Transistor ist für den Gegentakt zuständig. Das heisst, er macht genau das Gegenteil des unteren Transistors. Das bedeutet, zur rein logischen Funktion müssen wir ihn nicht betrachten. Um ihn nicht Ersatzlos zu streichen, bauen wir einfach einen Pull-Up Widerstand ein.

Multiemitter-Transistor[Bearbeiten]

Der ungewöhnliche Transistor bei den Eingängen ist ein sogenannter Multiemitter-Transistor. Das Ersatzschaltbild dieses Bauteiles sieht so aus:
Multi Emiter Transistor.svg
In diesem Fall lässt sich das Schaltbild noch einen Schritt weiter vereinfachen, wenn wir den inneren Aufbau des Transistors betrachten:
Ein NPN Transistor hat zwei PN-Übergänge, PN Übergänge sind immer auch Dioden.
Wir können in diesen spezial Fall den Transistor durch Dioden ersetzen:
Ausgangspunkt (vereinfachtes Schema)
Dieser Schritt ist insbesondere deshalb sinnvoll, weil der Transistor in einem unüblichen Bereich betrieben wird.

Wahrheitstabelle[Bearbeiten]

Das Schema des Logikgatters ist nun soweit vereinfacht, das wir es relativ einfach systematisch analysieren können:

Beschreibung Schaltplan Wahrheitstabelle
Stellen wir im ersten Schritt wie üblich eine Wahrheitstabelle auf:
Dez. B A Y
0 0 0
1 0 1
2 1 0
3 1 1

Fall 0[Bearbeiten]

B=0 A=0 -> Y = 1
Dez. B A Y
0 0 0 1

Fall 1[Bearbeiten]

B=0 A=1 -> Y = 1
Dez. B A Y
1 0 1 1

Fall 2[Bearbeiten]

B=1 A=0 -> Y = 1
Dez. B A Y
2 1 0 1

Fall 3[Bearbeiten]

B=1 A=1 -> Y = 0
Dez. B A Y
3 1 1 0

Zusammenfassung[Bearbeiten]

Dez. B A Y
0 0 0 1
1 0 1 1
2 1 0 1
3 1 1 0

offene Eingänge[Bearbeiten]

Nun haben wir die Grundsätzliche Funktion der Schaltung verstanden, so das wir uns weiteren Details zu wenden können: Was passiert zum Beispiel wenn die Eingänge offen sind?

TTL NAND 008.svg

TTL Heute[Bearbeiten]

Vorteile[Bearbeiten]

  • sehr Robust (ESD ist kein Problem)

Nachteile[Bearbeiten]

  • hohe Leistungsaufnahme (Stromverbrauch)