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