1.8 Grundlagen der Digitaltechnik

Informatik V, Kap. 8, WS 98/99
Wie Abb. 8.13 zeigt, ist es technologisch einfach, dem integrierten bipolaren Transistor weitere
Emitter-Anschlüsse hinzuzufügen und damit eine "Multi-Emitter-Struktur" zu erzeugen. Ein solcher
npn-Multi-Emitter-Transistor ist dann auch charakteristisch für die bipolare Transistor-Transistor-
Logik (TTL), die wichtigste Logikfamilie für diskrete Logik-Bausteine der 60er und 70er Jahre.
Abb. 8. 14 zeigt vereinfacht ein Grundgatter in TTL-Logik. Charakteristisch ist der Multi-Emitter-
Transistor am Eingang.
T1
Eingänge
Rb
Ausgang
T2
9
GND
VDD
Abb. 8.14: NAND -Grundgatter der TTL-Logik mit Open Collector-Ausgang
Ist mindestens einer der Eingänge auf "low", so ist der Transistor T1 niederohmig leitend (kann in
Sättigung sein). Die folgende Stufe mit T2 erhält eine Eingangsspannung nahe dem GND-Potential,
zieht damit keinen nennenswerten Basisstrom und sperrt. Werden dagegen beide Eingänge auf "high"
gelegt, so gerät der Transistor T1 in den aktiv inversen Betrieb, es fließt ein Strom durch die
Kollektor-Basis-Diode zum Eingang von T2. Damit erhält der Ausgangstransistor T2 einen
Basisstrom und wird niederohmig leitend. Da in diesem Fall die Basis-Emitter-Spannung des
Ausgangstransistors höher als die Kollektor-Emitter-Spannung werden kann, gerät dieser Transistor
in den Zustand der Sättigung und wird sehr niederohmig. In der "Open Collector"-Konfiguration
benötigt die Schaltung einen externen Widerstand am Ausgang gegen Vdd um zu funktionieren.
Eine erweiterte, ohne externen Widerstand verwendbare TTL-Stufe zeigt Abb. 8.15.
Eingänge
Rb
T1
GND
Abb. 8.15: TTL NAND-Schaltung mit Gegentakt-Ausgang
T2
T4
T3
VDD
Q
Ausgang
Die Schutzdioden am Schaltungseingang bewirken, daß die Spannungen am Schaltungseingang
begrenzt bleiben (Schutzdioden). Die Gegentaktschaltung kann relative hohe Ströme und
Stromspitzen am Ausgang liefert, ein externer Widerstand ist nicht notwendig.
TTL-Gatter mit diesem Aufbau sind relativ langsam, weil die Transistoren in den Zustand der
Sättigung geraten. Dabei wird jeweils, bedingt durch die große Diffusionskapazität der Dioden in
Flußrichtung, eine relativ große Ladungsmenge in der Basis gespeichert. Da beim Umschalten des
Transistors diese Diffusionskapazität umgeladen werden muß, schalten Schottky-Gates in
sogenannter "gesättigter Logik" relativ langsam. Will man sie schneller machen, so muß man den
Zustand der Sättigung vermeiden. Den Schaltungstrick zeigt Abb. 8.16.