TTL-NAND- und UND-Gatter

Angenommen, wir haben unsere grundlegende Open-Collector-Inverterschaltung geändert und einen zweiten Eingangsanschluss wie den ersten hinzugefügt:

Dieses Schema zeigt eine reale Schaltung, wird jedoch nicht als „Wechselrichter mit zwei Eingängen“ bezeichnet. Durch Analyse werden wir herausfinden, was die logische Funktion dieses Schaltkreises ist und als was er entsprechend bezeichnet werden sollte.

Genau wie bei Wechselrichter und Puffer ist der mit „Q1“ gekennzeichnete „Steuerdiodencluster“ tatsächlich wie ein Transistor ausgebildet, obwohl er nicht in irgendeiner verstärkenden Kapazität verwendet wird. Leider reicht eine einfache NPN-Transistorstruktur nicht aus, um die drei . zu simulieren In diesem Diodennetzwerk sind PN-Übergänge erforderlich, daher wird ein anderer Transistor (und ein anderes Symbol) benötigt.

Dieser Transistor hat einen Kollektor, eine Basis und zwei Emitter, und in der Schaltung sieht es so aus:

In der Schaltung mit einem einzigen Eingang (Inverter) führte das Erden des Eingangs zu einem Ausgang, der den Zustand „high“ (1) annahm. Im Fall der Open-Collector-Ausgangskonfiguration war dieser „high“-Zustand einfach „floating“.

Das Erlauben des Floatens des Eingangs (oder des Anschlusses an Vcc) führte dazu, dass der Ausgang geerdet wurde, was der "Low"- oder 0-Zustand ist. Somit führte eine 1 in eine 0 heraus und umgekehrt.

Schaltungsdarstellung für Eingangszustände

Da diese Schaltung der einfachen Inverterschaltung so ähnlich ist und der einzige Unterschied darin besteht, dass ein zweiter Eingangsanschluss auf die gleiche Weise mit der Basis des Transistors Q2 verbunden ist, können wir sagen, dass jeder der Eingänge den gleichen Effekt auf den Ausgang hat.

Wenn nämlich einer der Eingänge geerdet ist, wird der Transistor Q2 in einen Sperrzustand gezwungen, wodurch Q3 ausgeschaltet wird und der Ausgang schwebend wird (der Ausgang geht auf "high"). Die folgende Abbildungsserie zeigt dies für drei Eingangszustände (00, 01 und 10):

In jedem Fall ist bei einem geerdeten („low“) Eingang der Ausgang garantiert erdfrei („high“). Umgekehrt wird der Ausgang nur dann „niedrig“, wenn der Transistor Q3 eingeschaltet wird, was bedeutet, dass der Transistor Q2 eingeschaltet (gesättigt) sein muss, was bedeutet, dass keiner der Eingänge den Strom R1 von der Basis von Q2 wegleiten kann.

Die einzige Bedingung, die diese Anforderung erfüllt, ist, wenn beide Eingänge „high“ sind (1):

NAND-Gatter

Wenn wir diese Ergebnisse sammeln und in einer Wahrheitstabelle tabellieren, sehen wir, dass das Muster mit dem des NAND-Gatters übereinstimmt:

Im vorherigen Abschnitt über NAND-Gatter wurde diese Art von Gatter erstellt, indem ein UND-Gatter genommen und seine Komplexität durch Hinzufügen eines Inverters (NICHT-Gatter) zum Ausgang erhöht wurde. Wenn wir diese Schaltung untersuchen, sehen wir jedoch, dass die NAND-Funktion tatsächlich die einfachste und natürlichste Betriebsart für dieses TTL-Design ist.

Um eine UND-Funktion mit TTL-Schaltung zu erstellen, müssen wir erhöhen die Komplexität dieser Schaltung durch Hinzufügen einer Inverterstufe zum Ausgang, so wie wir der TTL-Inverterschaltung eine zusätzliche Transistorstufe hinzufügen mussten, um sie in einen Puffer zu verwandeln:

UND-Gatter

Die Wahrheitstabelle und die äquivalente Gatterschaltung (ein NAND-Gatter mit invertiertem Ausgang) werden hier gezeigt:

Natürlich können sowohl NAND- als auch UND-Gatterschaltungen mit Totem-Pole-Ausgangsstufen statt mit offenem Kollektor entworfen werden. Der Einfachheit halber zeige ich die Open-Collector-Versionen.

RÜCKBLICK:

• Ein TTL-NAND-Gatter kann hergestellt werden, indem man eine TTL-Inverterschaltung nimmt und einen weiteren Eingang hinzufügt.
• Ein UND-Gatter kann durch Hinzufügen einer Inverterstufe zum Ausgang der NAND-Gatter-Schaltung erzeugt werden.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• TTL Logic Gates Arbeitsblatt