Logické obvody TTL jsou nejrozšířenější rodinou číslicových integrovaných obvodů s největším sortimentem a s přesně definovanými parametry. Zkratka TTL (z anglického Transistor-Transistor-Logic) znamená, že jde o tranzistorově vázané tranzistorové logické obvody s bipolárními tranzistory.

Dvouvstupový NAND standardní řady TTL s aktivním výstupem

Logický součin na vstupu je realizován pomocí víceemitorového tranzistoru. Je-li alespoň jeden ze vstupů A, B na úrovni L, prochází přechodem báze-emitor tranzistoru T₁ z kladného pólu zdroje V_CC přes rezistor R₁ proud vstupem logického obvodu do výstupu předchozího obvodu. Tranzistor T₁ je tímto proudem otevřen a na jeho kolektoru je napětí jen o málo větší než napětí představující úroveň L na emitoru. Toto malé napětí neotevře tranzistory T₂ a T₄ . Při zavřeném tranzistoru T₂ prochází při zatížení výstupu přes rezistor R₂ proud do báze tranzistoru T₃. Tento proud otevírá tranzistor T₃ a na výstupu je napětí odpovídající úrovni H.

Jsou-li na obou vstupech napěťové úrovně H, jsou emitorové přechody tranzistoru T₁ uzavřeny a přechod báze–kolektor tranzistoru T₁ se chová jako propustně polarizovaná dioda. Proud tekoucí rezistorem R₁ otevře tranzistor T₂. Proud, který teče rezistorem R₂ sníží napětí pro bázi tranzistoru T₃, čímž jej uzavře. Naopak úbytek napětí na rezistoru R₃ otevře tranzistor T₄, na němž je v tom případě pouze malé napětí odpovídající úrovni L.

Proudové impulzy při přechodu obvodu mezi úrovněmi L a H

Při změnách stavu obvodu, tj. během spínání a vypínání tranzistorů je zdroj zatěžován špičkami přechodových proudů, kdy se mění současně stavy tranzistorů T₃ a T₄. Zavírání jednoho z tranzistorů probíhá současně s otevíráním druhého. Přitom pootevřenými tranzistory protéká proud. Tato „proudová špička“ by mohla na přívodech zdroje způsobit rušení, schopné narušit funkci zařízení. K vykrytí rušivých impulzů se dává v nejtěsnější blízkosti pouzder logických integrovaných obvodů kondenzátor s kapacitou 100 nF, aby krátkodobé zvýšení odběru proudu nemusel krýt až napájecí zdroj. (Pokud by tyto proudové špičky byly kryty až z napájecího zdroje, byly by zdrojem již zmíněného elektromagnetického rušení a mohly by mít nepříznivý vliv na spolehlivou funkci zařízení).

Tyto proudové impulsy způsobují také nárůst spotřeby obvodu při častějších přechodech mezi logickými úrovněmi (to znamená zvyšování spotřeby a ohřevu součástek s rostoucí frekvencí činnosti logického obvodu.

Invertor a obvody NAND s jiným počtem vstupů

Počet vstupů (tj. emitorů tranzistoru T₁) lze měnit. Používají se také obvody třívstupové, čtyřvstupové a osmivstupové, které všechny plní logickou funkci NAND. Bude-li mít tranzistor T₁ pouze jediný emitor, tj. bude-li mít obvod pouze jediný vstup, bude plnit funkci invertoru.

INV

Obvod NAND se třemi vstupy

Stručné shrnutí funkce obvodů TTL

Tranzistor T₁ realizuje svými několika emitory logický součin.

Tranzistor T₂ realizuje logickou negaci.

Výstupní stupeň z tranzistorů T₃ a T₄ zajišťuje malý výstupní odpor, přes který se může rychle vybít a nabít kapacitní zátěž, a tak potlačit rušení, které by mohlo ovlivnit obvod při přechodu v okolí rozhodovací úrovně U_r a zároveň zajišťuje rychlejší činnost sítě logických obvodů.

Protože logický člen NAND tvoří úplný soubor logických členů, lze těmito obvody realizovat libovolnou logickou funkci.

Modifikace obvodů TTL

Obvod s otevřeným kolektorem

Logický člen s otevřeným kolektorem umožňuje spojením výstupů vytvořit tzv. montážní logické součiny, sběrnice nebo ovládání na výstup připojených součástek.

Je vyroben bez tranzistoru T₃ a součástek, které jsou na něj napojeny (R₄ a D). Není v něm tedy obvod horního spínacího tranzistoru. Místo něho můžeme dát mezi kolektor a plus rezistor nebo součástku, kterou chceme spínat, či navázat jiné elektronické obvody.

Symbol obvodu NAND s otevřeným kolektorem (Otevřeným výstupem s nízkoimpedanční nízkou úrovní – LOW):

Montážní součin

Montážní součin je tvořen paralel­ním spojením výstupů obvodů s otev­řeným kolektorem. Princip součinu spočívá v tom, že úroveň H bude na výstupu Y pouze tehdy, budou-li všechny tranzistory zavřeny. Stačí jeden otevřený tranzistor a na výs­tupu bude úroveň L. Funkce takto připojených obvodů se nepočítá. Součin platí pro výslednou funkci jejich výstupů.

Obvod s třístavovým výstupem

Obvod s třístavovým výstupem umožňuje uvedení do stavu, ve kterém na výstup nedává žádnou logickou hodnotu. Tyto obvody nazýváme třístavové a třetí stav nazýváme stav s vysokou nebo nekonečnou impedancí. Umožňuje spojovat výstupy paralelně, přičemž úroveň společného výstupu určuje obvod vybraný logickou hodnotou log. 1 na vstupu EN.

Úroveň H na vstupu EN přiváděná na emitor víceemitorového tranzistoru T₁ a katodu diody D₁ v závěrném směru nemá na činnost logického obvodu žádný vliv. Úroveň L na vstupu EN zapříčiní, jak bylo vysvětleno výše, že na bázi tranzistoru T₂ bude napětí přibližně 0,6 V, které nestačí k otevření tranzistorů T₂ a T₄. Napětí na bázi tranzistoru T₃ bude přibližně 1 V, což nestačí k tranzistoru T₃. Je-li zavřený horní i dolní tranzistor, není na výstup připojena žádná napěťová úroveň.

Ukázky obvodů s třístavovými výstupy

Dvojice čtyřnásobných budičů sběrnice SN 74LS240 s dvouprahovými vstupy a třísta­vovými výstupy.

Dvouprahový vstup, který je v symbolu obvodu označen malou „hysterezní smyčkou“, pracuje jako z elektrotechniky známá hystereze. Obvod mění při nárůstu napětí na vstupu svoji interní logickou hodnotu při vyšší hodnotě napětí než při poklesu vstupního napětí. Tím je omezena možnost ovlivnění činnosti obvodu rušivými napětími, ke kterému může docházet v okolí rozhodovací úrovně U_r

Osmibitový obousměrný budič sběrnice SN 74LS245 s třístavovými výstupy

Schottkyho obvody TTL

Schottkyho obvody jsou rychlejší než původně vyráběné obvody TTL. Používají se v nich Schottkyho tranzistory, které jsou zapojením Schottkyho diod a bipolárních tranzistorů. Schottkyho dioda se vyznačuje úbytkem napětí v propustném směru pouze U_F=0,3 V a malou dobou zotavení t_rr, která je menší než 1 ns.

Schématická značka Schottkyho diody:

Při zapojení Schottkyho diody v propustném směru mezi bázi a kolektor tranzistoru svádí při překročení určitého napětí U_BE proud mimo bázi, a tím proud báze I_B omezuje. Brání tedy přesycení tranzistoru a tím i jeho pomalému uzavírání.

Schématická značka Schottkyho tranzistoru: