Orbis pictus21. století

Tato prezentace byla vytvořenav rámci projektu

Hradla AND a NANDHradla AND a NAND

OB21-OP-EL-CT-JANC-M-2-013OB21-OP-EL-CT-JANC-M-2-013

Hradla AND a NANDHradla AND a NAND Dnes nejvíce používanými technologiemi na realizaci Dnes nejvíce používanými technologiemi na realizaci

logických funkcí jsou technologie TTL a CMOS. Obě tyto logických funkcí jsou technologie TTL a CMOS. Obě tyto technologie využívají polovodičové prvky. technologie využívají polovodičové prvky.

Technologie TTL používá bipolární tranzistory a technologie Technologie TTL používá bipolární tranzistory a technologie CMOS tranzistory unipolární. CMOS tranzistory unipolární.

Jednotlivé logické prvky – hradla – realizují vždy příslušnou Jednotlivé logické prvky – hradla – realizují vždy příslušnou logickou funkci. logickou funkci.

Nejvíce používanými logickými funkcemi jsou negace NOT Nejvíce používanými logickými funkcemi jsou negace NOT realizovaná invertorem, logický součin AND realizovaný realizovaná invertorem, logický součin AND realizovaný hradlem AND a logický součet OR realizovaný hradlem OR.hradlem AND a logický součet OR realizovaný hradlem OR.

Hradla AND a NANDHradla AND a NAND V praxi jsou nejvíce používána hradla, která realizují úplný V praxi jsou nejvíce používána hradla, která realizují úplný

systém logických funkcí. systém logických funkcí.

Jsou to logické funkce negovaného logického součinu NAND Jsou to logické funkce negovaného logického součinu NAND realizované pomocí hradla NAND a logická funkce realizované pomocí hradla NAND a logická funkce negovaného logického součtu NOR realizovaná pomocí hradla negovaného logického součtu NOR realizovaná pomocí hradla NOR. NOR.

Obě tato hradla jsou vyráběna jak v provedení TTL, tak i Obě tato hradla jsou vyráběna jak v provedení TTL, tak i v provedení CMOS. v provedení CMOS.

Nejméně jsou v praxi používána hradla AND a OR.Nejméně jsou v praxi používána hradla AND a OR.

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTL

Logické hradlo TTL bylo prvním vyrobeným logickým Logické hradlo TTL bylo prvním vyrobeným logickým členem. členem.

Typické uspořádání hradla NAND v technologii TTL standard Typické uspořádání hradla NAND v technologii TTL standard (Tranzistor-Tranzistor-Logic) je znázorněno na obr. 1.(Tranzistor-Tranzistor-Logic) je znázorněno na obr. 1.

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTL

Obr. 1 Vnitřní uspořádání dvouvstupového hradla NAND TTL

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTL Důležitou součástí hradla NAND technologie TTL je Důležitou součástí hradla NAND technologie TTL je

víceemitorový tranzistor, pomocí něhož je logický součin víceemitorový tranzistor, pomocí něhož je logický součin realizován. realizován.

Je-li alespoň jeden ze vstupů A,B na úrovni logické nuly (tj. Je-li alespoň jeden ze vstupů A,B na úrovni logické nuly (tj. napětí menší než 0,8 V), je přechod báze – emitor tranzistoru Tnapětí menší než 0,8 V), je přechod báze – emitor tranzistoru T11 otevřen a prochází jím ze zdroje Uotevřen a prochází jím ze zdroje UCCCC přes rezistor R přes rezistor R11=4k=4k proud proud do vnějšího vstupního obvodu. do vnějšího vstupního obvodu.

Tranzistor TTranzistor T11 je nasycen a na jeho kolektoru je napětí přibližně je nasycen a na jeho kolektoru je napětí přibližně shodné s napětím na emitoru. shodné s napětím na emitoru.

Tranzistor TTranzistor T22 je proto uzavřen, na rezistoru R je proto uzavřen, na rezistoru R33 s odporem 1k s odporem 1k je je nulové napětí a je tedy uzavřen i tranzistor Tnulové napětí a je tedy uzavřen i tranzistor T44. .

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTL

Přes rezistor RPřes rezistor R22=1,6k=1,6k prochází do báze tranzistoru T prochází do báze tranzistoru T33 proud proud

a na výstupu je napětí odpovídající úrovni logická 1. a na výstupu je napětí odpovídající úrovni logická 1.

Jeho hodnota je dána napájecím napětím UJeho hodnota je dána napájecím napětím UCCCC=5V, sníženým o =5V, sníženým o

úbytek napětí na přechodu báze-emitor tranzistzoru Túbytek napětí na přechodu báze-emitor tranzistzoru T33 a o a o

úbytek napětí na diodě D.úbytek napětí na diodě D.

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTL

Zvyšujeme-li napětí UZvyšujeme-li napětí UII na vstupu obvodu až k napětí na vstupu obvodu až k napětí odpovídající úrovni logická 1, změní se činnost tranzistoru Todpovídající úrovni logická 1, změní se činnost tranzistoru T11 tak, že emitorové přechody jsou uzavřeny a přechod báze-tak, že emitorové přechody jsou uzavřeny a přechod báze-kolektor se chová jako propustně pólovaná dioda. kolektor se chová jako propustně pólovaná dioda.

Tranzistor TTranzistor T11 pracuje v inverzním režimu (na emitoru má vyšší pracuje v inverzním režimu (na emitoru má vyšší napětí než na kolektoru). napětí než na kolektoru).

Proud určený rezistorem RProud určený rezistorem R11=4k=4k a napětím zdroje U a napětím zdroje UCCCC=5V =5V prochází touto diodou do báze tranzistoru Tprochází touto diodou do báze tranzistoru T22. Ten se nasytí a . Ten se nasytí a současně svým emitorovým proudem způsobí úbytek napětí na současně svým emitorovým proudem způsobí úbytek napětí na rezistoru Rrezistoru R33 a otevře tranzistor T a otevře tranzistor T44. .

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTL

Protože mezi kolektorem a emitorem tranzistoru TProtože mezi kolektorem a emitorem tranzistoru T22 je jen malé je jen malé

saturační napětí, je tranzistor Tsaturační napětí, je tranzistor T33 uzavřen. K jeho uzavření uzavřen. K jeho uzavření

přispívá též dioda D. přispívá též dioda D.

Na výstupu je kolektorové napětí nasyceného tranzistoru TNa výstupu je kolektorové napětí nasyceného tranzistoru T44, ,

které odpovídá úrovni logické 0.které odpovídá úrovni logické 0.

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTL

Na obr. 2 je znázorněna převodní charakteristika standardního Na obr. 2 je znázorněna převodní charakteristika standardního hradla TTL. hradla TTL.

Znázorňuje závislost výstupního napětí hradla UZnázorňuje závislost výstupního napětí hradla UOO na vstupním na vstupním

napětí Unapětí UII. .

Bod A na charakteristice odpovídá skutečné rozhodovací Bod A na charakteristice odpovídá skutečné rozhodovací úrovni, kdy Uúrovni, kdy UOO = U = UII..

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTL

Obr. 2 Převodní charakteristika hradla TTL

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTL Dvouvstupové hradlo NAND se vyrábí pod označením 7400. Dvouvstupové hradlo NAND se vyrábí pod označením 7400.

Písmena před tímto označením udávají výrobce, např. SN je Písmena před tímto označením udávají výrobce, např. SN je označení pro Texas Instruments.označení pro Texas Instruments.

Obdobně funguje v technologii TTL i hradlo AND, kdy je na Obdobně funguje v technologii TTL i hradlo AND, kdy je na výstupu za tranzistor T4 zařazen ještě další stupeň, který výstupu za tranzistor T4 zařazen ještě další stupeň, který realizuje funkci invertoru tohoto signálu.realizuje funkci invertoru tohoto signálu.

Kromě standardní řady 74XX existují i řady modifikované. Kromě standardní řady 74XX existují i řady modifikované. Vznikly tak řady obvodů TTL, které se liší zapojením. Vznikly tak řady obvodů TTL, které se liší zapojením.

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTLDále jsou uvedeny některé významné řady TTL:Dále jsou uvedeny některé významné řady TTL:

TTL - standard, původní řada obvodů TTLTTL - standard, původní řada obvodů TTL

STTL – řada obvodů TTL využívající princip Schotkyho STTL – řada obvodů TTL využívající princip Schotkyho tranzistorutranzistoru

LSTTL – nízkopříkonová řada obvodů STTL (Low Power LSTTL – nízkopříkonová řada obvodů STTL (Low Power Schotky)Schotky)

ALSTTL – pokročilá nízkopříkonová řada obvodů STTL ALSTTL – pokročilá nízkopříkonová řada obvodů STTL (Advanced Low Power Schotky)(Advanced Low Power Schotky)

FTTL – rychlá logika TTL (Fast TTL)FTTL – rychlá logika TTL (Fast TTL)

Hradlo NAND v technologii TTLHradlo NAND v technologii TTL

Nízkopříkonová řada LSTTL je v současné době nejvíce Nízkopříkonová řada LSTTL je v současné době nejvíce rozšířenou řadou. rozšířenou řadou.

V této řadě dodávají výrobci nejvíce typů produktů.V této řadě dodávají výrobci nejvíce typů produktů.

Hradlo NAND v technologii CMOSHradlo NAND v technologii CMOS

Logická hradla v technologii CMOS se konstruují vhodným Logická hradla v technologii CMOS se konstruují vhodným zapojením několika invertorů. zapojením několika invertorů.

Hradlo NAND bývá sestaveno tak, že:Hradlo NAND bývá sestaveno tak, že:

Spojíme dva MOSFET tranzistory T1 a T2 s Spojíme dva MOSFET tranzistory T1 a T2 s nn- kanálem v sérii a - kanálem v sérii a dva MOSFET tranzistory T3 a T4 s dva MOSFET tranzistory T3 a T4 s pp-kanálem paralelně-kanálem paralelně

Spojíme vývody hradel (G) tranzistorů MOSFET párově (s Spojíme vývody hradel (G) tranzistorů MOSFET párově (s kanálem kanálem pp a s kanálem a s kanálem nn) T1 – T3 a T2 – T4, získáme zapojení ) T1 – T3 a T2 – T4, získáme zapojení dvouvstupového hradla NAND. Způsob zapojení je patrný z obr. 3.dvouvstupového hradla NAND. Způsob zapojení je patrný z obr. 3.

Základní parametry a porovnání obvodů CMOS a TTL je uvedeno Základní parametry a porovnání obvodů CMOS a TTL je uvedeno v tabulce Tab. 1.v tabulce Tab. 1.

Obr. 3 Zapojení dvouvstupového hradla NAND CMOS

Tab. 1 Porovnání parametrů obvodů

TTL a CMOS

Děkuji za pozornostDěkuji za pozornost

Ing. Ladislav JančaříkIng. Ladislav Jančařík

LiteraturaLiteratura

Antošová M, Davídek V.: Číslicová technika, KOPP České Antošová M, Davídek V.: Číslicová technika, KOPP České Budějovice 2008Budějovice 2008

Bernard J., Hugon J., Le Covec R.: Od logických obvodů k Bernard J., Hugon J., Le Covec R.: Od logických obvodů k mikroprocesorům I, SNTL Praha 1982mikroprocesorům I, SNTL Praha 1982