Last Updated on 25. Mai 2024 by sfambach
Ich werde diese Thema nur kurz umreißen, da es im gleichnamigen Wikipedia Artikel gut beschrieben steht. https://de.wikipedia.org/wiki/Transistor-Transistor-Logik.
TTL IC’s sind Integrierte Schaltkreisen mit logischen Verknüpfungsgattern wie UND/ ODER/ NICHT. Auch Kombinationtionen aus ihnen, die zu größeren integrierten Schaltungen wie Flipflops, Zähler, BCD Encoder oder ähnlichem führen gibt es in der TTL Serie. Die Serie selbst umfasst einige hunderte IC Varianten. Manche unterscheiden sich nur hinsichtlich ihrer Pinbelegung.
Historie
Diese IC’s wurden in den 1961er Jahren erfunden. Deren günstige Massenproduktion sollten den ansteigenden Bedarf decken. Mit ihrere Erfindung kam eine Art der Normierung der Pins und der Funkton ,die es ermöglichte die IC zwischen unterschiedlichen Herstellern auszutauschen. Dies ist zum Beispiel sehr gut an den Computern dieser und der Zeit danach zu erkennen, sie sind meist mit Bauteilen unterschiedlicher Hersteller gespickt, weil die Firmen alles IC aufgekauft haben die auf dem Markt verfügbar waren und nicht immer waren alle ICs von einem Hersteller lieferbar. So finden sich beispielsweise im Comodore64 gleiche RAM Chips unterschiedlicher Hersteller.
Ansichten
Fakten
Das Innenleben der IC besteht aus elektronischen Bauteilen wobei die Schlaltvorgänge mittels Transistoren und anderer Bauteile realisiert werden. Genormte Pegel sorgen dafür das die IC’s untereinander austauschbar sind.
| Beschreibung | Wert |
|---|---|
| Eingangs HIGH Pegel bei Last | > 2,4 V |
| Eingangangs LOW Pegel bei Last | < 0,4 V |
| Eingangs HIGH Pegel | > 2,0V |
| Eingangangs LOW Pegel | < 0,8V |
| Ausgangs HIGH Pegel | > 2,4 rund 3-4V |
| Ausgangs LOW Pegel | < 0,4V |
| Versorgungsspannung | 5V |
| Versorgungsspannungstoleranz | +-5% |
| Gatter Verlustleistung | ~10mW |
| Schaltgeschwindigkeit | ~10ns |
Varianten
Die TTL Logik unterlag vieler Änderungen. Zum einen wollte man den Energieverbrauch senken und zum anderen die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöhen. Anfänglich ging das eine nur auf Kosten des Anderen. Auch führte der Wunsch zu Senkung der produktionskosten, produktion immer höherer Stückzahlen sowie die verbesserten Möglichkeiten und Fähigkeiten der Hersteller zu immer mehr Verbesserungen.
Schottky-TTL
Hier wird eine sog. Schotkey Diode mit verbaut, was den Auf und Abbau der Ladungs im Transitor begünstigt und zu schnelleren Schaltvorgängen bei höheren Energieverbraucht führt.
| Beschreibung | Wert |
|---|---|
| Schaltgeschwindigkeit | 3ns |
| Gatter Verlustleistung | 20mW |
Low-Voltage-TTL
Anpassung der TTL logik auf eine Versorgungspannung von 3.3V.
| Beschreibung | Wert |
|---|---|
| Eingangsspannung LOW | 2V – 2,4V |
| Eingangsspannung HIGH | −0,4V – 0,8 V |
| Ausgangsspannung LOW | 2,4V – 5V?? (ich hätte 3.3V erwartet) |
| Ausgangsspannung High | 0V – 0,4V |
(Quelle)
Open-Collector-Ausgänge
Die Open Collector Bausteine können an einem Bus betrieben werden. Es ist möglich ihre Ausgänge Hochohmig zu schalten, so dass sie den Bus nicht beeinflussen.
Bezeichnungen
Die TTL Bausteine sind wie folgt benannt
- 74 TTL reihe
- XXXX Eigenschaften
- YYYY Type
Also zum Beispiel 74LS00
| Eigenschaften | Bezeichnung |
|---|---|
| Low Power (Wenig Verlustleistung) | L |
| High-Speed (hohe Geschwindigkeit) | H |
| Schotky (hohe Geschwindigkeit / hohe Verlustleistung) | S |
| Fast-Shotky (Noch schneller ???) | F |
| Low Power + Shotky | LS |
| Advanced Power + Shotky | AS |
| Advanced Power + Low Power + Shotkey | ALS |
| High Speed CMOS (Versorgungsspannung 3-6V) | HC |
| Advanced High Speed CMOS (Versorgungsspannung (3-6V) | AHC / AC |
| Wie HC nur TTL kompatibel (Versorgungsspannung 5V) | HCT |
| Wie AC nur TTL kompatibel (Versorgungsspannung 5V) | ACT |
TTL Logik – Varianten
Anwendungsbereiche
- Computer der Zeit
- Logische Schaltung für Steuerungen
Modell Beispiele
Hier nur ein paar Beispile, für eine Vollständige Liste sei auf https://www.mikrocontroller.net/articles/74xx verwiesen.
| 74xx | |
|---|---|
| 00/ 10/ 20/ 30 | 4/ 3/ 2/ 1 Nand Gatter mit jeweils 2/3/4/8 Eingängen |
| 01/ 12/ 22 | 4/ 3/ 2/ 1 Nand Gatter mit open Collector mit jeweils 2/3/4 Eingängen |
| 02/ 27/ 25 /28 | 4/ 3/ 2/ 2 Nor Gatter mit jeweils 2/3/4/4 Eingängen |
| 03 | 4/ Nand Gatter open Collector mit 2/ Eingängen |
| 04 | 6 * Inverter |
| 05 | 6 Inverter open Collector |
| 06 | Inverter Buffer/Treiber (OC) 30V |
| 07 | Buffer/Treiber (OC) |
| 13 | 4 Input NAND Schmitt-Trigger |
| 14 | Inverter Schmitt-Trigger |
Probleme
–
Sonstiges
TTL ist überholt
Die Zeit der TTL Logiken ist vorbei. Letztendlich löste die CMOS Serie die TTL IC’s ab und diese wurde durch Speicherprogramierbare Schaltungen/ Mircrocontroller mit viel mehr Fähigkeiten und Einsatzzwecken abgelöst. Heutige Microcontroller ermöglichen es komplexe logische Verknüpfungen mittels Software zu realisieren, ohne am Aufbau der Hardware etwas zu ändern. Auch können sie in unterschiedlichen Geräten wiederverwendet werden. Ein Atmel Controller kann zum Beispiel eine Waschmaschiene, einen Toaster, einen Verstärker oder die Batteriversorgung eines Notebooks steuern. Wo die Hersteller früher hunderte ICs auf Lager halten mussten ist es heute nur noch ein einziger der alle Logiken abdecken kann, leicht mit wenigen Bauteilen zu beschalten und günstig in der Herstellung ist.
TTL für Lehrzwecke
Für die Lehre haben diese Bausteine immer noch Bestand. Sie vermitteln logisches Verständnis, sind leicht auf Steckbrettern zu verdrahten. Ein IC wie der 7400 mit 4 Gattern und 16 Beinen ist leicht zu verstehen als eine komplexer Atmel Controller mit 32 Beinen der zudem auch noch programmieret werden muss.
Fazit
Ich finde die TTL logik immer noch faszinierend. Schaltungen auf Steckbrettern auszubrobieren hat etwas ausgesprochen befriedigendes, da es eine fast kreative und handwerkliche Tätigkeit ist. Auch gestaltet sich die Fehlersuche leicht, alles was man braucht ist ein Messgerät.
Verwandte Beiträge
Quellen
https://de.wikipedia.org/wiki/Transistor-Transistor-Logik.
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/dig/0205282.htm
https://sourceforge.net/projects/circuit (Logik Simu, Verwende ich für meine Zeichnungen)
https://www.mikrocontroller.net/articles/74xx
Log
| Datum | Beschreibung |
|---|---|
| 23.06.2024 | Beitrag erstellt. |
| 25.05.2024 | Ein Paar Fehler korriert und live gesetzt. |