Tabel 1:

ttl_tabel1

TTL-indgange

Da de forskellige familier og kategorier imidlertid skal være indbyrdes kompatible, kan man som grund­regel regne med, at tærskelværdier for indgangs­spændinger er fælles for de forskellige familier. Det vil sige, at kun hvis spændingen på en TTL-indgang er større end 2 V, så vil den af kredsen med sik­kerhed blive registreret som "høj", og for med sik­kerhed blive registreret som "lav", skal spændingen være under 0,8 V. Der er altså et "forbudt" område mellem 0,8 og 2,0 V, hvor TTL-kredsens tilstand er ubestemt. De forskellige familier belaster imid­lertid signalkilden forskel­ligt. Indgangen på den mest udbredte familie (74LS) vil have en indgangs­strøm på ca. 20 mA, i høj tilstand og på -0,4mA i lav. (Den negative værdi angiver, at strømmen flyder ud af kreds­en).

Fig. 1 viser et eksempel på hvordan en kontakt kan tilsluttes en TTL-ind­gang. Her er niveauet højt, når kon­tak­ten er åben og lavt, når den er slut­tet. Det afgørende er her, at kon­tak­ten, når den er sluttet, er i stand til lede strømmen IIL på max –0,4 mA (Se tabel 2) til 0 V. Når kontakten er åben, skal TTL-indgangen være i høj tilstand. Hertil kræves kun IIH på 20 mA, der leveres af ”pull-up”-mod­standen: RP, som opnås med en modstand på ca 100 kW, men for at sikre god støj-im­mu­ni­tet bruges gerne 10 kW for RP.

Tabel 2:

ttl_tabel2

Fig. 2 viser hvordan det er muligt at læse signaler fra visse typer PLC-udgange eller signaler fra relæautomatik, hvor der ikke er adgang til en potentialfri kontakt. Her skal TTL-ind­gangen være høj, når der er spænding til stede på spændingsudgangen (K sluttet) og lav, når spændingen ikke er til stede (K afbrudt). For at sikre, at spændingen på TTL-indgangen er under 0,8 V, når K er afbrudt, skal RS altså højst kunne trække -0,4 mA ud af TTL-indgangen. Derfor skal RS være højst 0,8 / 0,4 kW = 2 kW, men for at sikre en god støjmargin vælges i stedet her: RS = 1 kW. TTL-indgangen skal være mellem 2,0 V og 5 V, når K er sluttet. Hvis man vælger, at den skal være ca 4 V og vælger at se bort fra de 20 mA, som TTL-ingangen trækker i høj tilstand, så kan vi regne med, at der løber samme strøm gennem RF og RS. Hvor stor RF skal være afhænger af spændings­udgangens størrelse. Hvis VE f. ex. er 12 V, så er spændingen over RF altså 8 V, så RF bør altså være ca. 2 kW.
ttl_fig1

Generelt kan RFfig. 2 findes af formlen:Formel1

Generelt kan RFfig. 2 findes af formlen:

Formel2

ttl_fig2

Hvis VE f. eks. er 5 V, så kan RF udelades (RF = 0 W) – men bemærk, at RS skal bruges. En ofte set fejltagelse består faktisk i at bruge VE = 5 V, RF = 0 W og udelade RS. Resultatet er, at TTL-indgangen læser et højt niveau, selv om K er afbrudt. Det er vigtigt at huske på, at en ikke forbundet TTL-indgang vil blive læst som tilstand ”høj”.

TTL-udgange

For udgangen på en almindelig kreds i 74LS-familien viser specifikationerne i tabel 1 og 2, at når udgangen er i "lav" tilstand, så vil udgangs­spændingen være højst 0,4 V, når udgangs­strømmen er 4 mA (strømretning ind mod kredsen) og i "høj" tilstand vil udgangs­spændingen være mindst 2,7 V, når ud­gangs­strøm­men er -0,4 mA (retning ud af kredsen). Kredsen kan med andre ord levere en langt større effekt til et udvendigt kredsløb i den lave tilstand end den kan i den høje. Derfor bør en belastning tilkobles mellem udgangen og +5V som det er vist på fig. 3. Tabel 2 viser, at VOL typisk er 0,25 V eller 0,35 V ved en belastning på hen­holdsvis 4 eller 8 mA. Dvs. hvis kredsen trækker 4 mA gennem RL, er spændingen over RL typisk 4,75 V og 4,65 V ved 8 mA. Det svarer jo til, at RL i de to tilfælde er henholdsvis 1,19 kW og 581 W. Hvis standard 74-serien bruges i ste­det for 74LS-serien, kan man regne med at drive op til 16 mA fra TTL-udgangen.

For at drive større belastninger fra en TTL-udgang kan f. eks bruges en transistor, som vist på fig. 4. Med R1 = 680 W, R2 = 680 W og R3 = 470 W, kan en transistor som type 2N2222 f.eks. Drive op til 100 mA gennem relæ­spolen.
I praksis er det normalt bedre at anvende specielle driverkredsløb, der er specialt egnet til dettte formål. Se f.eks. type ULN2003.
ttl_fig3 ttl_fig4I 74LS-familien er der imidlertid også en særlig kate­go­ri af kredse(buffere), der kan levere større ud­gangs­ef­fekt end standard 74LS-typerne. Ved de samme ud­gangs­spænd­ing­­er kan buffer-ty­per­ne le­ve­re 24 mA i lav og -15 mA i høj tilstand. Et eksem­pel på en kreds i kategorien "buffere" er typen: 74LS244, der anvendes i næsten alle de kort med TTL-kompatible udgange, som vi be­skri­ver i dette kapitel. For at af­gø­re hvilken kategori der er tale om, er det nød­ven­­digt at konsultere bruger­ma­nu­alen.

Tri-state

”Tri-state” bruges om en udgang, der kan antage 3 forskellige tilstande: høj(1), lav(0) og ”høj impedans”(Z), hvor udgangen i høj og lav tilstand fungerer som en almindelig TTL-udgang medens ”høj impedans” fungerer som om forbindelsen til udgangen er afbrudt. En “tri-state” udgang bruges, når der er behov for, at flere gates skal kunne levere udgangssignal til samme udgang –

f.eks. til bussen i en computer. En særskilt kontrolindgang på chippen styrer Z-tilstanden. Eksempler på TTL-kredse med tri-state udgange er 74LS125, 74LS126, 74LS373, 74LS374, 74LS620 og 74LS623.

Åben kollektor

Åben kollektor – udgange kan antage 2 tilstande: lav(0) og ”høj impedans”(Z). Z-tilstanden optræder i stedet for 1-tilstanden. Det vil sige at der kun løber strøm i udgangen, når den er lav(0) og strømretningen er ind i kredsen. Kredsen kan altså drive strøm gennem en udvendig belastning til den positive forsyningsspænding.

Eksempler på TTL-kredse med åben kollektor udgange er 74LS05, 74LS16, 74LS17, 74LS156 og 74LS157.

CMOS

De to mest benyttede CMOS-familier er ”40-serien” og ”74C-serien” (der hvad logisk funktion og benforbindelser angår, er ækvi­va­lente med tilsvarende typer i 74- TTL-serien). CMOS logik kan normalt bruges med forsy­nings­spændinger (VCC) fra 5 V til 15 V og de bruger langt mindre statisk effekt (typisk. 0,01 mW pr. gate) end TTL – men har længere forsinkelser end TTL.

ttl_fig567
Medens TTL-parametre kan forventes at overholde de værdier, der er karakteristiske for de forskellige familier, så kan der være markante forskelle mellem forskellige typer af CMOS kredse. Derfor kan det være nødvendigt at studere data for de enkelte typer, hvis der er behov for at designe interface-kredsløb til CMOS ind- og udgange. Bemærk f.eks. at overføringskarakteristik­ken i fig. 5 viser hvor tæt på 0 eller på VCC indgangsspændingen til en CMOS-indgang skal være, for at den med sikkerhed bliver opfattet som henholdsvis ”høj” eller ”lav”. Til gengæld er indgangsimpedansen så høj (typisk 1012W.), at der i praksis kan ses bort fra indgangsstrømmen. En ikke-forbundet CMOS-indgang vil typisk være i en ustabil tilstand. Derfor skal ubenyttede CMOS-indgange altid sluttes til 0 eller VCC.
Fig 6 og fig 7 viser belastningskarakteristikker for en typisk CMOS gate i henholdsvis ”lav” og ”høj” tilstand. Bemærk at udgangsspændinger i ubelastet tilstand kan antages at være 0 eller VCC for lav og høj tilstand, så det er ret simpelt at designe interfaces til CMOS-udgange. Ved belastning med udgangsstrømme benyttes værdier fra fig. 6 og 7, og hvis strømmene kun er nogle få mA, kan det være bekvemt at regne med udgangens indre modstand, der ved at vurdere hældingen på fig 6 kan ses at være ca 120 W ved 15 V forsyning og 400 W ved 5 V. På samme måde fås af fig. 7 ca 200 W ved 15 V forsyning og 600 W ved 5 V. På websiden vises også, hvordan drivere til andre belastninger designes, men også her er det lettere at benytte en speciel driverkreds. Se f.eks. type ULN2003 til CMOS med 5V forsyning eller ULN2004 til CMOS med forsyning fra 6 til 15 V
CMOS i 4000-serien kan ikke umiddelbart kombineres med TTL-kredse. Dog er specielt bufferkredse af typerne CD4049 og CD4050 beregnet til interface med TTL.