Класифікація електронних транзисторних фізичних реалізацій логічних елементів

Логічні елементи підрозділяються і за типом використаних в них електронних елементів. Найбільше застосування в даний час знаходять такі логічні елементи:

• РТЛ (Резисторно-транзисторна логіка)
• ДТЛ (діод-транзисторна логіка)
• ТТЛ (транзисторно-транзисторна логіка)

Спрощена схема двухвходового елемента І-НЕ ТТЛ.

Зазвичай вхідний каскад логічних елементів ТТЛ являє собою найпростіші компаратори, які можуть бути виконані різними способами (на многоеміттерном транзисторі або на діодним збірці). У логічних елементах ТТЛ вхідний каскад, крім функцій компараторів, виконує і логічні функції. Далі слід вихіднийпідсилювач з двотактним (двохключового) виходом.

У логічних елементах КМОН вхідні каскади також представляють собою найпростіші компаратори. Підсилювачами є КМОП-транзистори. Логічні функції виконуються комбінаціями паралельно і послідовно включених ключів, які одночасно є і вихідними ключами.

Транзистори можуть працювати в інверсному режимі, але з меншим коефіцієнтом підсилення. Це властивість використовуються в ТТЛ многоеміттерних транзисторах. При подачі на обидва входи сигналу високого рівня (1,1) перший транзистор виявляється включеним в інверсному режимі за схемою емітерний повторювача з високим рівнем на базі, транзистор відкривається і підключає базу другого транзистора до високого рівня, струм йде через перший транзистор в базу другого транзистора і відкриває його. Другий транзистор "відкритий", його опір мало і на його колекторі напруга відповідає низькому рівню (0). Якщо хоча б на одному з входів сигнал низького рівня (0), то транзистор виявляється включеним по схемі з загальним емітером, через базу першого транзистора на цей вхід йде струм, що відкриває його і він закорочує базу другого транзистора на землю, напруга на базі другого транзистора мало і він "закритий", вихідна напруга відповідає високому рівню. Таким чином, таблиця істинності відповідає функції 2И-НЕ.

• ТТЛШ (то ж з діодами Шотткі)

Для збільшення швидкодії логічних елементів в них використовуються транзистори Шотткі (транзистори з діодами Шотткі), відмінною рисою яких є застосування в їх конструкції випрямляючих контакту метал-напівпровідник замість pn переходу. При роботі цих приладів відсутня інжекція неосновних носіїв і явища накопичення і розсмоктування заряду, що забезпечує високу швидкодію. Включення цих діодів паралельно колекторному переходу блокує насичення вихідних транзисторів, що збільшує напруги логічних 0 та 1, але зменшує втрати часу на перемикання логічного елемента при тому ж споживаної струмі (або дозволяє зменшити споживаний струм при збереженні стандартного швидкодії). Так, серія 74хх і серія 74LSxx мають приблизно рівну швидкодію (насправді, серія 74LSxx трохи швидше), але споживаний від джерела живлення струм менше в 4-5 разів (у стільки ж разів менше і вхідний струм логічного елемента).

• КМОП (логіка на основі комплементарних ключів на МОП транзисторах)
• ЕСЛ (емітерного-пов'язана логіка)

Ця логіка, інакше звана логікою на перемикачах струму, побудована на базі біполярних транзисторів, об'єднаних в диференціальні каскади. Один із входів зазвичай підключений всередині мікросхеми до джерела опорної (зразкового) напруги, приблизно посередині між логічними рівнями. Сума струмів через транзистори диференціального каскаду постійна, в залежності від логічного рівня на вході змінюється лише те, через який з транзисторів тече цей струм. На відміну від ТТЛ, транзистори в ЕСЛ працюють в активному режимі і не входять до насичення або інверсний режим. Це призводить до того, що швидкодія ЕСЛ-елемента при тій же технології (тих же характеристиках транзисторів) набагато більше, ніж ТТЛ-елемента, але більше і споживаний струм. До того ж, різниця між логічними рівнями у ЕСЛ-елемента набагато менше, ніж у ТТЛ (менше вольта), і, для прийнятною завадостійкості, доводиться використовувати негативне напруга живлення (а іноді і застосовувати для вихідних каскадів другого харчування). Зате максимальні частоти перемикання тригерів на ЕСЛ більш, ніж на порядок перевищують можливості сучасних їм ТТЛ, наприклад, серія К500 забезпечувала частоти перемикання 160-200 МГц, у порівнянні з 10-15 МГц сучасної їй ТТЛ серії К155. В даний час і ТТЛ (Ш), і ЕСЛ практично не використовуються, оскільки із зменшенням проектних норм КМОП технологія досягла частот перемикання в декілька гігагерц.