Introducción.
Las puertas lógicas TTL forman parte de una tecnología de finales del siglo pasado en el que los componentes que lo forman son componentes bipolares. Y aunque ha proliferado el uso de puertas CMOS, el uso de puertas TTL es aún muy grande, por lo que su estudio es necesario.
La familia lógica TTL evolucionó a partir de la familia lógica diodo - transistor DTL. Las puertas DTL se caracterizaban en que unicamente usaban diodos y resistencias para implementar las funciones lógicas.
Con la llegada de la tecnología TTL, los diodos fueron reemplazados por un transistor de emisor multiple, que incorpora un terminal de emisor por cada entrada lógica. Hoy en día está mas generalizado el uso de transistores conectados a diodos Schottky, por lo que se ha renonbrado a la familia como TTL Schottky.
En el anterior circuito, una entrada a 0 polariza directamente uno de los diodos D1 o D2 (en tecnología DTL), o la base-emisor en tecnología TTL. De esta manera en el ánodo del diodo existe un nivel lógico bajo resultante de la tensión aplicada a la puerta sumada a la caída de tensión del diodo polarizado directamente.
Por otro lado, una entrada 1 corta al diodo correspondiente y la tensión en el ánodo alcanza la tensión de alimentación a través de la resistencia.
Si una entrada se queda flotante (es decir, que no se conecta), el diodo estará igualmente cortado y la situación será igual que en 1 lógico a la entrada con la diferencia de que la tensión de entrada en el nodo puede corresponderse con un 0 lógico pudiendo introducir ruido sobre la entrada flotante.
En la figura de arriba puedes ver el equivalen de la puerta inversora con TTL. Puedes ver que las entradas corresponden a dos transistores y no uno único son emisor múltiple (que es lo que suele utilizarse). Puedes ver que sus bases y sus colectores quedan unidos entre sí.
Como corresponde a la función lógica asociada a una puerta NAND, la salida será un 1 lógico en el caso de que al menos una entrada A o B se dé un cero y devolverá un 0 cuando las dos entradas estén a 1.
Vamos a analizar la corriente demandada a la salida de la carga cuando en la entrada tenemos un nivel bajo. Para ello modificamos el circuito como el siguiente:
Puedes ver que ponemos la entrada a masa para que dicha entrada sea un nivel bajo y así nos devuelva a la salida un nivel alto. El LIVEWIRE proporciona una tensión de 5V. Si hacemos un cálculo de la corriente, sobre Q4 y D1 circula la corriente hacia masa a través de la resistencia de carga R5. Podemos calcular la tensión de salida con la siguiente fórmula:
Para una corriente en la carga de 1mA y una β=150 obtendríamos una tensión de salida de 3.59V.
Si disminuimos el valor de la carga, aumentará el valor de la corriente, Q4 entrará en saturación, por lo que cambiará la salida según esta otra fórmula:
Lo que supone que para una corriente de iL=10mA, con una corriente de saturación de 0.2V y una tensión VD de 0.7V, la tensión de salida es de casi 2.8V, un valor próximo a los niveles lógicos de los TTL en estado alto.
Si bien, una resistencia de carga en circuito lógicos parece absurdo, es una buena práctica ya que limita la corriente por Q4 para en el caso de que la salida del circuito se cortocircuite (aunque se pierda un poco de tensión de salida).
Eso si, es necesario calcular correctamente los valores de tensión de salida para que no baje a la tensión alta y el circuito pase a estado bajo.
Serie estándar.
Los circuitos TTL son los primeros que aparecieron. El rango de uso es muy extendido pero incluyen familias 7400, 7442, 7493, etc.
Estos circuitos están alimentados con 5V y la potencia disipada en la salida es de 10mW, aunque la potencia de consumo no es la misma cuando la salida es alta que cuando es baja. Además el valor 0 no implica de potencia nula, sino que es una media de la potencia.
A continuación muestro una tabla comparativa con los valores de tensión y corriente de entrada - salida.
Serie 74LS.Dentro de la familia de los TTL es la familia más utilizada debido a su relación características-precio. LS significa Low power-Schottky, es decir que los circuitos utilizan transistores Schottky, lo que implica que aumenta la velocidad y son de baja dispación (baja potencia).
La disipación por puerta suele ser de unos 2mW y las tensiones y corrientes de salida y entrada suelen ser muy parecidas a los valores de la tabla anterior, pero hay diferencias a la serie 74 estándar. La numeración de las series TTL 74LP, 74H, 74S, 74ASL, 74F, se diferencian con la serie básica estándar en la propagación y el consumo.
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