TTL - Lógica de Transistor a Transistor

En la electrónica digital, existen circuitos integrados utilizados en operaciones lógicas. Dichos circuitos, pueden agruparse en “familias” que comparten una fabricación similar. Por lo tanto, el término familia lógica se refiere al conjunto de circuitos integrados con una misma tecnología, de igual manera son similares en sus entradas, salidas y bloques internos.

Dentro de las varias familias lógicas utilizadas en las últimas décadas, las más relevantes son CMOS y TTL.

Familia Lógica CMOS

El semiconductor complementario de óxido metálico o complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS), es una familia lógica de circuitos integrados que contiene, de forma equivalente, la mayor parte de los chips TTL. Los chips CMOS tienen una menor necesidad de corriente y operan con un gran rango de voltajes de alimentación bajos, normalmente de entre 3 a 12 voltios. La nomenclatura del modelo CMOS llevan una C en el centro de su numeración, por ejemplo el 74C04 es el CMOS equivalente del TTL 7404.

Un gran inconveniente en esta familia lógica es la extrema sensibilidad, por este motivo se deben proteger cuidadosamente contra las descargas de electricidad estática

Familia Lógica TTL

TTL es la sigla en inglés de transistor-transistor logic, es decir, «lógica transistor a transistor».

Esta familia lógica se desarrolló usando interruptores a transistor para las operaciones lógicas. Una de sus características es que requieren de una alimentación de +5 voltios, y su ventaja principal es la alta velocidad de respuesta a los cambios de estado lógicos.

El uso de transistores para la construcción de las compuertas lógicas se basa en su utilidad como interruptores rápidos

Compuertas Lógicas

Tanto la familia CMOS como la familia TTL son utilizadas en la fabricación de compuertas lógicas. Es importante señalar que en ambos casos, su estructura más básica estará constituida por dos entradas y una salida. A la salida de cada compuerta obtendremos un resultado, que dependerá de las condiciones de entradas. Las expresiones utilizadas tanto en las entradas como en la salida se establecen en estados lógicos.

Un estado lógico es una condición que se establece en una señal de acuerdo a su nivel de voltaje. Estos valores pueden nombrarse de acuerdo a valores binarios asociados al valor de voltaje encontrado, o bien nombrarse como estado bajo o estado alto.

Podemos definir los estados lógicos de la siguiente manera:

• Estado lógico bajo (0) = 0 a 0,8 Voltios
• Estado lógico alto (1) = 2 a 5 Voltios

Tabla de Verdad

Una tabla de verdad muestra cómo responde la salida de un circuito lógico a las varias combinaciones en las entradas, utilizando la lógica 1 para verdadero o estado alto (High) y lógica 0 para falso o estado bajo (Low). A la izquierda de la tabla se enumeran los estados de las entradas, y a la derecha se muestra la salida del circuito o el resultado obtenido de dicha operación.

 Compuerta AND con Transistores

De acuerdo a su conexionado, para obtener un estado alto a la salida, será necesario que ambas entradas estén también en estado lógico alto. De esta manera tendremos en los dos transistores la tensión suficiente entre base-emisor para ser llevados al estado de conducción, el voltaje de salida respecto a tierra estará más próximo a 5 voltios. Esto nos permitirá tener una salida de estado lógico alto.

Circuito equivalente a transistores de una compuerta AND con su respectiva tabla de verdad

Circuito equivalente con interruptores de una compuerta AND con su respectiva tabla de verdad

| Una compuerta básica del tipo AND la podemos ejemplificar con dos interruptores en serie

Compuerta OR con transistores

En el caso de esta configuración, cuando en una de las entradas encontremos un estado lógico alto la base del transistor tendrá la tensión suficiente entre base-emisor para ser llevado a la etapa de trabajo, el voltaje de salida respecto a tierra estará más próximo a 5 voltios. De esto obtenemos una salida de estado lógico alto en emisor.

Circuito equivalente a transistores de una compuerta OR con su respectiva tabla de verdad

Circuito equivalente con interruptores de una compuerta OR con su respectiva tabla de verdad

| Una compuerta básica del tipo OR la podemos ejemplificar con dos interruptores en paralelo

Buffer no inversor (compuerta YES)

El buffer (almacén de memoria) es un dispositivo de simple entrada que tiene una ganancia de 1, y que refleja la entrada en la salida. Se usa como adaptador de impedancias y para el aislamiento entre la entrada y la salida.

Circuito equivalente a transistores de una compuerta YES con su respectiva tabla de verdad

| Un transistor seguidor emisor básico (colector común) se puede usar como un buffer

Buffer inversor (compuerta NOT)  

El buffer inversor es un dispositivo de simple entrada que produce a la salida el estado opuesto. Si la entrada es alta, la salida es baja y viceversa. Este dispositivo es denominado normalmente exactamente como inversor.

Circuito equivalente a transistores de una compuerta NOT con su respectiva tabla de verdad

| Un transistor conmutador con resistencia en colector, puede servir como un buffer inversor

Compuerta  NAND con transistores

En el momento en el que ambas entradas cuentan con un estado lógico alto, tendremos en los dos transistores la tensión suficiente entre base-emisor  para ser llevados al estado de trabajo, el voltaje de la salida respecto a tierra, será menor a un voltio. De esto obtenemos una salida de estado lógico bajo en colector.

Compuerta NOR con transistores

Cuando en cualquiera de las entradas tenemos un estado lógico alto la base del transistor tendrá la tensión suficiente entre base-emisor para ser llevado a la etapa de trabajo, el voltaje de la salida respecto a tierra será menor a un voltio. De esto obtenemos una salida de estado lógico bajo en colector.