Apa itu Transistor Transistor Logic (TTL) & Cara Kerjanya

Gerbang Logika seperti NAND, NOR digunakan dalam aplikasi sehari-hari untuk melakukan operasi logika. Gates dibuat menggunakan perangkat semikonduktor seperti BJT, Dioda, atau FET. Gerbang yang berbeda dibangun menggunakan sirkuit Terpadu. Rangkaian logika digital diproduksi tergantung pada teknologi rangkaian atau keluarga logika tertentu. Keluarga logika yang berbeda adalah RTL (Resistor Transistor Logic), DTL (Diode Transistor Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled Logic) & CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Logic). Dari jumlah tersebut, RTL dan DTL jarang digunakan. Artikel ini membahas tentang gambaran a Transistor-Transistor Logic atau TTL .

Sejarah Logika Transistor-Transistor

Logika TTL atau Transistor-Transistor Logic ditemukan pada tahun 1961 oleh 'James L. Buie dari TRW'. Sangat cocok untuk mengembangkan sirkuit terintegrasi baru. Nama sebenarnya dari TTL ini adalah TCTL yang artinya transistor-coupled transistor logic. Pada tahun 1963, perangkat TTL komersial pertama yang diproduksi dirancang oleh 'Sylvania' yang dikenal sebagai SUHL atau 'keluarga Logika Tingkat Tinggi Universal Sylvania'.

Setelah para insinyur instrumen Texas meluncurkan IC 5400 series pada tahun 1964 dengan kisaran temperatur militer, maka Transistor-Transistor Logic menjadi sangat populer. Setelah itu, seri 7400 diluncurkan melalui rentang yang lebih sempit di tahun 1966.

Bagian kompatibel dari 7400 keluarga yang diluncurkan oleh instrumen Texas dirancang oleh beberapa perusahaan seperti National Semiconductor, AMD, Motorola, Intel, Fairchild, Signetics, Intersil, Mullard, SGS-Thomson, Siemens, Rifa, dll. Satu-satunya manufaktur perusahaan seperti IBM meluncurkan sirkuit yang tidak kompatibel menggunakan TTL untuk digunakan sendiri.

Transistor-Transistor Logic diterapkan pada banyak generasi logika bipolar dengan secara perlahan meningkatkan kecepatan serta pemanfaatan daya selama sekitar dua dekade. Biasanya, setiap chip TTL mencakup ratusan transistor. Umumnya, fungsi dalam satu paket berkisar dari gerbang logika hingga mikroprosesor.
PC pertama seperti Kenbak-1 digunakan Transistor-Transistor Logic untuk CPU-nya sebagai pengganti mikroprosesor. Pada tahun 1970, Datapoint 2200 menggunakan komponen TTL dan itu adalah basis untuk 8008 & setelah itu set instruksi x86.

GUI yang diperkenalkan oleh Xerox alto pada tahun 1973 serta workstation Star pada tahun 1981 menggunakan sirkuit TTL yang tergabung pada level ALU.

Apa itu Transistor-Transistor Logic (TTL)?

Transistor-Transistor Logic (TTL) adalah keluarga logika yang terdiri dari BJT (transistor junction bipolar). Seperti namanya, transistor melakukan dua fungsi seperti logika sekaligus penguatan. Contoh terbaik dari TTL adalah gerbang logika yaitu Gerbang 7402 NOR & gerbang 7400 NAND.

Logika TTL mencakup beberapa transistor yang memiliki beberapa pemancar serta beberapa masukan. Jenis-jenis logika TTL atau transistor-transistor terutama mencakup TTL Standar, TTL Cepat, TTL Schottky, TTL daya tinggi, TTL daya rendah & TTL Schottky Lanjutan.

Perancangan gerbang logika TTL dapat dilakukan dengan resistor dan BJT. Ada beberapa varian TTL yang dikembangkan untuk tujuan berbeda seperti paket TTL yang diperkeras radiasi untuk aplikasi luar angkasa dan dioda Schottky berdaya rendah yang dapat memberikan kombinasi kecepatan yang sangat baik dan konsumsi daya yang lebih rendah.

Jenis Logika Transistor-Transistor

TTL tersedia dalam berbagai jenis dan klasifikasinya dilakukan berdasarkan keluaran seperti berikut.

• TTL standar
• TTL Cepat
• Schottky TTL
• TTL Daya Tinggi
• TTL Daya Rendah
• Lanjutan Schottky TTL.

TTL berdaya rendah beroperasi dengan kecepatan switching 33ns untuk mengurangi konsumsi daya seperti 1 mW. Saat ini, ini diganti melalui logika CMOS. TTL berkecepatan tinggi memiliki peralihan yang lebih cepat dibandingkan dengan TTL normal seperti 6ns. Namun, ia memiliki disipasi daya tinggi seperti 22 mW.

Schottky TTL diluncurkan pada tahun 1969 dan digunakan untuk menghindari penyimpanan muatan untuk meningkatkan waktu switching dengan menggunakan klem dioda Schottky di terminal gerbang. Terminal gerbang ini beroperasi dalam 3ns namun memiliki disipasi daya tinggi seperti 19 mW

TTL daya rendah menggunakan nilai resistansi tinggi dari TTL daya rendah. Dioda Schottky akan memberikan perpaduan kecepatan yang baik serta penurunan pemanfaatan daya seperti 2 mW. Ini adalah jenis TTL yang paling umum, digunakan seperti logika perekat dalam komputer mikro, pada dasarnya menggantikan sub-keluarga masa lalu seperti L, H & S.

TTL cepat digunakan untuk meningkatkan transisi dari rendah ke tinggi. Keluarga-keluarga ini mencapai PDP 4pJ & 10 pJ, secara bersamaan. LVTTL atau TTL tegangan rendah untuk catu daya 3.3V serta antarmuka memori.

Sebagian besar perancang menyediakan rentang suhu komersial serta ekstensif. Misalnya, kisaran suhu bagian seri 7400 dari Texas Instruments berkisar dari 0 - 70 ° C serta kisaran suhu seri 5400 adalah dari −55 hingga +125 ° C. Suku cadang dengan keandalan tinggi dan kualitas khusus dapat diakses untuk aplikasi kedirgantaraan & militer sedangkan perangkat radiasi dari seri SNJ54 digunakan dalam aplikasi luar angkasa.

Karakteristik TTL

Karakteristik TTL meliputi berikut ini.

1. Fan Out: Jumlah beban yang dihasilkan oleh GATE dapat menggerakkan tanpa mempengaruhi kinerja biasanya. Yang kami maksud dengan beban adalah jumlah arus yang dibutuhkan oleh input Gerbang lain yang terhubung ke output dari gerbang yang diberikan.
2. Disipasi Daya: Ini mewakili jumlah daya yang dibutuhkan oleh perangkat. Ini diukur dalam mW. Ini biasanya merupakan produk dari tegangan suplai dan jumlah arus rata-rata yang ditarik ketika output tinggi atau rendah.
3. Penundaan Propagasi: Ini mewakili waktu transisi yang berlalu ketika level input berubah. Penundaan yang terjadi pada keluaran untuk melakukan transisinya adalah penundaan perambatan.
4. Margin Kebisingan: Ini mewakili jumlah tegangan gangguan yang diperbolehkan pada masukan, yang tidak mempengaruhi keluaran standar.
   

Klasifikasi Transistor-Transistor Logic

Ini adalah keluarga logis yang sepenuhnya terdiri dari transistor. Ini menggunakan transistor dengan banyak pemancar. Secara komersial dimulai dengan seri 74 seperti 7404, 74S86, dll. Dibangun pada tahun 1961 oleh James L Bui dan digunakan secara komersial dalam desain logika pada tahun 1963. TTL diklasifikasikan berdasarkan keluaran.

Buka Output Kolektor

Fitur utamanya adalah outputnya 0 saat rendah dan mengambang saat tinggi. Biasanya, Vcc eksternal dapat diterapkan.

Buka Output Kolektor Logika Transistor-Transistor

Transistor Q1 berperilaku sebagai sekelompok dioda yang ditempatkan kembali ke belakang. Dengan salah satu input pada logika rendah, persimpangan basis-emitor yang sesuai bias maju dan penurunan tegangan melintasi basis Q1 adalah sekitar 0,9V, tidak cukup untuk transistor Q2 dan Q3 untuk berjalan. Jadi, outputnya adalah floating atau Vcc, yaitu level Tinggi.

Demikian pula, ketika semua input tinggi, semua persimpangan basis-emitor Q1 bias balik dan transistor Q2 dan Q3 mendapatkan arus basis yang cukup dan berada dalam mode saturasi. Outputnya pada logika rendah. (Agar transistor mencapai saturasi, arus kolektor harus lebih besar dari β kali arus basis).

Aplikasi

Aplikasi keluaran kolektor terbuka meliputi yang berikut ini.

• Dalam mengemudi lampu atau relai
• Dalam melakukan logika kabel
• Dalam pembangunan sistem bus umum

Keluaran Tiang Totem

Tiang Totem berarti penambahan rangkaian pull up aktif di output Gerbang yang menghasilkan pengurangan penundaan propagasi.

Keluaran Tiang Totem TTL

Operasi logika sama dengan keluaran kolektor terbuka. Penggunaan transistor Q4 dan diode adalah untuk menyediakan pengisian cepat dan pemakaian kapasitansi parasit di Q3. Resistor digunakan untuk menjaga arus keluaran ke nilai yang aman.

Tiga Gerbang Negara

Ini memberikan 3 keluaran status seperti berikut

• Keadaan level rendah ketika transistor bawah ON dan transistor atas OFF.
• Keadaan level tinggi ketika transistor bawah OFF dan transistor atas ON.
• Keadaan ketiga saat kedua transistor OFF. Saya t memungkinkan koneksi kabel langsung dari banyak keluaran.

Tiga Gerbang Negara Transistor-Transistor Logic

Fitur Keluarga TTL

Fitur-fitur dari keluarga TTL meliputi yang berikut ini.

• Level rendah logika berada di 0 atau 0.2V.
• Level tinggi logika pada 5V.
• Kipas tipikal dari 10. Ini berarti dapat mendukung paling banyak 10 gerbang pada keluarannya.
• Perangkat TTL dasar menggunakan daya hampir 10mW, yang berkurang dengan penggunaan perangkat Schottky.
• Delay propagasi rata-rata sekitar 9ns.
• Margin kebisingan sekitar 0.4V.

Seri IC TTL

IC TTL kebanyakan dimulai dengan seri 7. Ini memiliki 6 subfamili yang diberikan sebagai:

1. Perangkat berdaya rendah dengan penundaan propagasi 35 ns dan disipasi daya 1mW.
2. Schottky berdaya rendah perangkat dengan penundaan 9ns
3. Perangkat Schottky canggih dengan penundaan 1,5ns.
4. Schottky daya rendah tingkat lanjut perangkat dengan penundaan 4 ns dan disipasi daya 1mW.

Dalam setiap nomenklatur perangkat TTL, dua nama pertama menunjukkan nama subfamili perangkat tersebut. Dua digit pertama menunjukkan kisaran suhu operasi. Dua huruf berikutnya menunjukkan subfamili perangkat tersebut. Dua digit terakhir menunjukkan fungsi logika yang dilakukan oleh chip. Contohnya adalah 74LS02- 2 tidak ada gerbang input NOR, 74LS10- gerbang NAND input Triple 3.

Sirkuit TTL Khas

Logic Gates digunakan dalam kehidupan sehari-hari dalam aplikasi seperti pengering pakaian, printer komputer, bel pintu, dll.

3 gerbang Logika dasar yang diimplementasikan menggunakan logika TTL diberikan di bawah ini: -

Gerbang NOR

Misalkan input A berada pada logika tinggi, persimpangan emitor-basis transistor yang sesuai bias balik, dan pertemuan basis-kolektor bias maju. Transistor Q3 mendapat arus basis dari tegangan suplai Vcc dan menuju ke saturasi. Sebagai hasil dari tegangan kolektor rendah dari Q3, transistor Q5 terputus dan sebaliknya, jika input lain rendah, Q4 terputus dan karenanya Q5 terputus dan output dihubungkan langsung ke ground melalui transistor Q3 . Demikian pula, jika kedua masukan berlogika rendah, keluaran akan berlogika tinggi.

NOR Gate TTL

BUKAN Gerbang

Ketika input rendah, persimpangan basis-emitor yang sesuai bias maju, dan persimpangan basis-kolektor bias terbalik. Akibatnya transistor Q2 terputus dan transistor Q4 juga terputus. Transistor Q3 pergi ke saturasi dan dioda D2 mulai berjalan dan output terhubung ke Vcc dan masuk ke logika tinggi. Demikian pula, ketika input berada pada logika tinggi, output pada logika rendah.

TIDAK Gerbang TTL

Perbandingan TTL dengan Keluarga Logika Lainnya

Umumnya, perangkat TTL menggunakan lebih banyak daya dibandingkan dengan perangkat CMOS, tetapi pemanfaatan daya tidak meningkat melalui kecepatan clock untuk perangkat CMOS. Dibandingkan dengan rangkaian ECL saat ini, logika transistor-transistor menggunakan daya rendah tetapi memiliki aturan desain yang sederhana tetapi secara signifikan lebih lambat.

Produsen dapat menyatukan perangkat TTL & ECL dalam sistem yang sama untuk mencapai kinerja terbaik, tetapi perangkat seperti pemindahan level diperlukan di antara dua kelompok logika. TTL sangat sensitif terhadap kerusakan akibat pelepasan muatan listrik statis dibandingkan dengan perangkat CMOS awal.

Karena struktur output daya perangkat TTL, impedansi output daya menjadi asimetris antara status rendah dan tinggi sehingga tidak sesuai untuk menggerakkan saluran transmisi. Biasanya, kelemahan ini diatasi melalui buffering output daya menggunakan perangkat line-driver khusus di mana pun sinyal memerlukan transmisi melalui kabel.

Struktur tegangan listrik kutub-totem TTL sering kali memiliki tumpang tindih yang cepat begitu transistor yang lebih tinggi & lebih rendah berjalan yang menghasilkan sinyal arus yang besar yang diambil dari catu daya.

Sinyal-sinyal ini dapat terhubung secara tiba-tiba di antara beberapa paket IC, yang menghasilkan kinerja yang lebih rendah & margin kebisingan yang berkurang. Umumnya, sistem TTL menggunakan kapasitor decoupling untuk masing-masing atau dua paket IC, sehingga sinyal arus dari satu chip TTL tidak menurunkan tegangan suplai tegangan ke yang lain untuk sementara waktu.

Saat ini, banyak desainer yang memasok persamaan logika CMOS melalui level i / p & o / p yang kompatibel dengan TTL melalui nomor bagian yang terkait dengan komponen TTL yang sesuai termasuk pinout yang sama. Jadi misalnya, seri 74HCT00 akan menyediakan beberapa pengganti drop-in untuk 7400 bagian seri bipolar, namun menggunakan teknologi CMOS.

Perbandingan TTL dengan keluarga logika lain dalam hal spesifikasi yang berbeda meliputi yang berikut ini.

Transistor-Transistor Logic Inverter

Transistor Transistor Logic (TTL) perangkat telah menggantikan diode transistor logic (DTL) karena mereka bekerja lebih cepat & lebih murah untuk berfungsi. IC NAND dengan input Quad 2 menggunakan perangkat 7400 TTL untuk merancang berbagai rangkaian yang digunakan sebagai inverter.

Diagram rangkaian di atas menggunakan gerbang NAND di dalam IC. Jadi pilih sakelar A untuk mengaktifkan rangkaian maka Anda dapat melihat bahwa kedua LED di rangkaian akan mati. Jika keluarannya rendah, maka masukannya harus tinggi. Setelah itu pilih saklar B maka kedua LED akan menyala.

Ketika sakelar A telah memilih maka kedua input dari gerbang NAND akan tinggi, yang berarti output dari gerbang logika akan lebih sedikit. Ketika saklar B dipilih maka input tidak akan tinggi untuk waktu yang lama & LED akan menyala.

Keuntungan dan kerugian

Keuntungan kerugian TTL meliputi yang berikut ini.

Manfaat utama TTL adalah kita dapat dengan mudah berinteraksi dengan rangkaian lain & kemampuan untuk menghasilkan fungsi logika yang sulit karena level tegangan tertentu serta margin kebisingan yang baik TTL memiliki fitur yang bagus seperti kipas-in yang berarti jumlah sinyal i / p yang dapat diterima melalui suatu masukan.

TTL terutama kebal terhadap bahaya dari pelepasan listrik stasioner tidak seperti CMOS & dibandingkan dengan CMOS, ini ekonomis. Kelemahan utama TTL adalah pemanfaatan arus yang tinggi. Tuntutan TTL yang tinggi saat ini dapat menyebabkan fungsi ofensif karena status output daya akan dimatikan. Bahkan dengan versi TTL berbeda yang memiliki konsumsi arus rendah akan bersaing dengan CMOS.

Dengan kedatangan CMOS, aplikasi TTL telah diganti melalui CMOS. Tapi, TTL masih digunakan dalam aplikasi karena mereka cukup kuat & gerbang logika cukup murah.

Aplikasi TTL

Aplikasi TTL meliputi berikut ini.

• Digunakan dalam aplikasi pengontrol untuk menyediakan 0 hingga 5V
• Digunakan sebagai perangkat switching dalam lampu penggerak dan relai
• Digunakan dalam prosesor komputer mini seperti DEC VAX
• Digunakan pada printer dan terminal tampilan video

Jadi, ini semua tentang gambaran umum logika TTL atau Transistor-Transistor . Ini adalah sekelompok IC yang menjaga status logika serta mencapai switching menggunakan BJT. TTL adalah salah satu alasan mengapa IC digunakan secara luas karena harganya yang murah, lebih cepat, dan keandalannya tinggi dibandingkan dengan TTL dan DTL. TTL menggunakan transistor melalui beberapa pemancar di gerbang yang memiliki beberapa masukan. Di sini, merupakan pertanyaan untuk Anda, apa saja sub kategori dari transistor-transistor logic?