Technische Informatik I

1. Technische Informatik I Universität Bielefeld Technische Fakultät 9. Vorlesung: Grundschaltungen der TTL-Technik Sommersemester 2001 Marco Balke mbalke@techfak.uni-bielefeld.de

2. Übersicht • Inverter • Passives ODER-Gatter • Passives und aktives UND-Gatter • NAND-Gatter • Gegentaktendstufe

3. Grundschaltung eines Transistorschalters • UE bestimmt, ob der Transistor leitet • Dimensionierung des Basisvorwiderstandes RL: • Ein kleiner Widerstand ermöglicht schnellen Auf- und Abbau von Ladungsträgern in der Basis. • Ein großer Widerstand ermöglicht eine kleine Ansteuerleistung.

4. Inverter 1 / 3 • Der Inverter ist die einfachste TTL-Schaltung • UE = high => T leitet => Q = low • UE = low => T sperrt => Q = high

5. Inverter 2 / 3 • Ersatzschaltbild für Q = high • Problem: Nachfolgende Stufen wirken wie ein Ableitwiderstand gegen Masse. • Zu viele nachgeschaltete Stufen können bewirken, das Q den high-Pegel nicht mehr erreicht.

6. Inverter 3/ 3 • Ersatzschaltbild für Q = low • Problem: Nachfolgende Stufen können Spannung „hereindrücken“. • Zu viele nachfolgende Stufen können bewirken, das Q für einen low-Pegel zu groß wird.

7. Passives ODER-Gatter • Passives ODER-Gatter in DTL-Technik • Sind beide Eingänge offen (UE = low), so liegt Q über RL auf Masse. • Ist einer der beiden Eingänge geschlossen, so ist Q = high

8. Passives ODER-Gatter • Zur Verstärkung des Ausgangssignals werden 2 Inverter nachgeschaltet. • Dies ermöglicht höhere Ausgangsbelastungen und verringert mögliche Eingangsbelastungen.

9. Passives UND-Gatter • Sperren beide Eingangsdioden, so liegt Q über RL und D3 auf high. • Ist eine der Eingangsdioden leitend, so wird das Potiential zwischen UM und UQ nicht groß genug sein, um D3 durchschalten zu lassen => Q = low.

10. Ersatzschaltbild für einen Transistor • DTL für einen integrierten Aufbau zu groß => TTL-Technik.

11. Passives vs. aktives UND-Gatter • Multiemitterschaltungen ermöglichen einen hochintegrierten Aufbau.

12. Aktives UND-Gatter • 1. Fall: E1 = low • Der Transistor leitet, IB fließt über E1 ab • Q = low • Dabei muß eine mögliche Belastung durch nachfolgende Stufen beachtet werden.

13. Aktives UND-Gatter • 1. Fall: E1 und E2 = high • Der Transistor leitet ebenfalls! • Aber: Er arbeitet im Inversbetrieb, IB fließt über R ab • Q = high • Vorteil: kurze Umschaltzeiten, da die Basis nicht von Ladungsträgern geräumt werden muß, denn der Transistor wird immer von Strom durchflossen.

14. NAND-Gatter • Erweiterung des UND-Gatters um einen Verstärker => NAND-Gatter • Grundschaltung der TTL-Technik, denn mit NAND-Gattern sind alle logischen Verknüpfungen implementierbar. • Nachteil: Beim Umschalten müssen am Ausgang liegende Lastkapazitäteten schnell umgeladen werden, über den Widerstand geschieht dieses nur sehr langsam.

15. Gegentaktendstufe • Lösung: Gegentaktendstufe • 1. Fall: Einer der beiden Eingänge liegt auf low: • T2 sperrt, T3 leitet, T4 sperrt • Q = high

16. Gegentaktendstufe • 2. Fall: Beide Eingänge liegen auf high: • T2 und T4 leiten, damit leigt Q auf low • Um zu verhindern, daß T3 ebenfalls leitet, wird dess Emitterpotential durch die Diode um 0,6V erhöht. • Die Eingangsdioden dienen zum Schutz der Schaltung vor neagtiven Spannungen an x1 oder x2.

17. Ausblick (auf das DEP) • Open-Collector-Schaltungen • Buselektronik