Hôm nay, cùng trung tâm VATC tìm hiểu nguyên lí hoạt động IC logic loại TTL/LS nhé!
1. Tổng quan
Trước khi đi vào cấu trúc của mạch TTL cơ bản của IC logic loại TTL, xét một số mạch điện cũng có khả năng thực hiện chức năng logic như các cổng logic trong vi mạch TTL:
Mạch ở hình 1 hoạt động như một cổng AND. Thật vậy, chỉ khi cả hai đầu A và B đều nối với nguồn, tức là để mức cao, thì cả hai diode sẽ ngắt, do đó áp đầu ra Y sẽ phải ở mức cao. Ngược lại, khi có bất cứ một đầu vào nào ở thấp thì sẽ có diode dẫn, áp trên diode còn 0,6 hay 0,7V do đó ngõ ra Y sẽ ở mức thấp.
Tiếp theo là một mạch thực hiện chức năng của một cổng logic bằng cách sử dụng trạng thái ngắt dẫn của transistor (hình 2).
Hai ngõ vào là A và B, ngõ ra là Y.
Phân cực từ hai đầu A, B để Q hoạt động ở trạng thái ngắt và dẫn bão hoà
Cho A = 0, B = 0 Þ Q ngắt, Y = 1
A = 0, B = 1 Þ Q dẫn bão hoà, Y = 0
A = 1, B = 0 Þ Q dẫn bão hoà, Y = 0
A = 1, B = 1 Þ Q dẫn bão hoà, Y = 0
Mạch thực hiện chức năng như một cổng logic NOR.
Vì có cấu tạo ở ngõ vào là điện trở, ngõ ra là transistor nên mạch NOR trên được xếp vào dạng mạch RTL.
Với hình trên, nếu mạch chỉ có một ngõ vào A thì khi này sẽ có cổng NOT, còn khi thêm một tầng transistor trước ngõ ra thì sẽ có cổng OR.
Bây giờ để có cổng logic loại DTL, ta thay hai R bằng hai diode ở ngõ vào (hình 3).
Khi A ở thấp, B ở thấp hay cả 2 ở thấp thì diode dẫn làm transistor ngắt do đó ngõ ra Y ở cao.
Khi A và B ở cao thì cả hai diode ngắt => Q dẫn => Y ra ở thấp.
Rõ ràng đây là 1 cổng NAND dạng DTL (diode ở đầu vào và transistor ở đầu ra).
Các mạch RTL, DTL ở trên đều có khả năng thực hiện chức năng logic nhưng chỉ được sử dụng ở dạng đơn lẻ không được tích hợp thành IC chuyên dùng bởi vì ngoài chức năng logic cần phải đảm bảo người ta còn quan tâm tới các yếu tố khác như :
- Tốc độ chuyển mạch (mạch chuyển mạch nhanh và hoạt động được ở tần số cao không).
- Tổn hao năng lượng khi mạch hoạt động (mạch nóng, tiêu tán mất năng lượng dưới dạng nhiệt).
- Khả năng giao tiếp và thúc tải, thúc mạch khác.
- Khả năng chống các loại nhiễu không mong muốn xâm nhập vào mạch, làm sai mức logic.
Mạch IC logic loại TTL ngoài transistor ngõ ra như ở các mạch trước thì nó còn sử dụng cả các transistor đầu vào, thêm một số cách nối đặc biệt khác, nhờ đó đã đảm bảo được nhiều yếu tố đã đề ra. Hình dưới đây là cấu trúc của một mạch IC logic loại TTL cơ bản:
Mạch này hoạt động như một cổng NAND.
- Hai ngõ vào là A và B được đặt ở cực phát của transistor Q1 (đây là transistor có nhiều cực phát có cấu trúc mạch tương đương như hình bên).
- Hai diode mắc ngược từ 2 ngõ vào xuống mass dùng để giới hạn xung âm ngõ vào, nếu có, giúp bảo vệ các mối nối BE của Q1.
- Ngõ ra của cổng NAND được lấy ra ở giữa 2 transistor Q3 và Q4, sau diode D0.
- Q4 và D0 được thêm vào để hạn dòng cho Q3 khi nó dẫn bão hoà đồng thời giảm mất mát năng lượng toả ra trên R4 (trường hợp không có Q4,D0) khi Q3 dẫn.
- Điện áp cấp cho mạch này cũng như các mạch TTL khác thường luôn chuẩn là 5V.
Tham khảo ngay: Khóa học Kỹ thuật sửa chữa điện – điện tử ô tô chuyên nghiệp
2. Tên gọi và các series thông dụng
Các IC logic loại TTL có thể có nhiều tên gọi khác nhau, nhưng thông dụng nhất là hai dòng 74 và 54 (theo chuẩn của hãng TI phổ biến từ năm 1964).
Hai dòng IC này các chức năng đều giống như nhau chỉ khác nhau ở chỗ nhiệt độ hoạt động.
- Với dòng 74 (thông thường) nhiệt độ hoạt động tốt nhất là từ khoảng 0C đến 70C.
- Còn với dòng 54 (dùng trong quân sự) nhiệt độ hoạt động tốt từ khoảng -55C đến 125C.
Các series thông dụng bao gồm các dòng sau:
- Tiêu chuẩn (Standard) mang tên 74.
- Công suất thấp (Low Power) mang tên 74L.
- Công suất cao (High Power) mang tên 74H.
- Schottky công suất thấp (Low Power Schottky) mang tên 74LS.
- Schottky công suất thấp nâng cấp so LS (Advanced Low Power Schottky) mang tên 74ALS.
- Schottky (Advanced Schottky) mang tên 74AS.
- Schottky công suất nhanh (Fast Schottky) mang tên 74F.
- Điện áp của các dòng này Vdd = 5V.
3. Phân loại
TTL bắt đầu bằng mã số 54 hay 74. Mã 54 được dùng trong quân sự hay công nghệ cao. Mã 74 dùng trong dân sự hay thương mại. Theo công nghệ chế tạo, các loại 74 khác nhau bao gồm:
TTL loại thường 74XX
Loại này được ra đời sớm nhất ngay từ năm 1964, là sản phẩm của tập đoàn Texas Instruments. Ngày nay vẫn còn dùng. Loại này dung hoà giữa tốc độ chuyển mạch và mất mát năng lượng (công suất tiêu tán).
Nền tảng bên trong mạch thường là loại ngõ ra cột chạm như đã nói ở phần trước. Một số kí hiệu cho cổng logic loại này như 7400 là IC chứa 4 cổng nand 2 ngõ vào, 7404 là 6 cổng đảo,… Cần để ý là khi tra IC, ngoài mã số chung đầu là 74, 2 số sau chỉ chức năng logic, còn có một số chữ cái đứng trước mã 74 để chỉ nhà sản xuất như SN là của Texas Instrument, DM là của National Semiconductor,…
TTL schottky 74SXX và 74LSXX
Hai loại này sử dụng công nghệ schottlky nhằm tăng tốc độ chuyển mạch như đã nói ở phần trước. Với loại 74LSXX, điện trở phân cực được giảm xuống đáng kể so với loại 74SXX nhằm giảm công suất tiêu tán của mạch. 74LSXX được coi là CHỦ LỰC của họ TTL trong những năm 1980 và ngày nay mặc dù không còn là loại tốt nhưng nó vẫn là loại phổ dụng.
TTL shorttky tiên tiến 74ASXX và 74ALSXX
Hai loại này được phát triển từ 74SXX và 74LSXX nhưng có thêm nhiều sửa đổi mới trong mạch do đó có nhiều đặc điểm nổi bật hơn hẳn các loại trước
- Có hoạt động logic và chân ra nói chung là giống như các loại trước.
- Giập dao động trên đường dẫn tốt hơn.
- Chống nhiễu và ổn định cao hơn trong suốt cả khoảng nhiệt độ chạy.
- Dòng ngõ vào giảm đi một nửa.
- Sức thúc tải gấp đôi.
- Tần số hoạt động tăng lên trong khi công suất tiêu tán lại giảm xuống.
Điểm mạnh của nó thì có nhiều nhưng giá thành còn khá cao, nên chúng dùng chưa rộng rãi bằng 74LSXX, thường được dùng trong máy vi tính hay các ứng dụng đòi hỏi tần số cao.
TTL nhanh 74FXX
Đây là loại TTL mới nhất sử dụng kĩ thuật làm mạch tích hợp kiểu mới nhằm giảm bớt điện dung giữa các linh kiện hầu rút ngắn thời gian trễ do truyền, tức tăng tốc độ chuyển mạch. Loại này do hãng Motorola sản xuất và thường được dùng trong máy vi tính nơi cần tốc độ rất rất nhanh.
Bảng sau so sánh một số thông số chất lượng của các loại TTL kể trên.
Còn bảng dưới đây tóm tắt các thông số điện thế và dòng điện ở ngõ vào và ngõ ra của các loại TTL kể trên.
4. Một số loại hay dùng
7400/74LS00
Chứa bốn cổng NAND. Đây là một trong những khối cổng cơ sở để thiết kế các mạch số và rất dễ sử dụng. Nguồn cung cấp Ucc = +5V.
7408/74LS08
Chứa bốn cổng AND. Không thông dụng. Nguồn cung cấp Ucc = +5V.
Trên đây là những thông tin về nguyên lí hoạt động IC logic loại TTL/LS. Hy vọng bài viết này giúp ích cho bạn trong việc tìm kiếm kiến thức trau dồi tay nghề của mình. VATC chúc bạn thành công!
Luôn theo dõi website của trung tâm VATC để không bỏ lỡ những kiến thức hay trong nghề ô tô bạn nhé!
Có thể bạn quan tâm:
- Hệ thống lái trợ lực Điện – Thủy lực (EHPS)
- Bơm cao áp ô tô là gì? Phân loại các bơm cao áp phổ biến hiện nay
Trung Tâm Huấn Luyện Kỹ Thuật Ô Tô Việt Nam – VATC
- Địa chỉ: Số 4-6, Đường số 4, khu phố 6, Phường Hiệp Bình Phước, Thành Phố Thủ Đức, Tp.HCM
- Điện thoại: 0945711717
- Email: info@oto.edu.vn
