Электроника для начинающих (2-е издание)

Что я понимаю под словом «инверсия»? Это станет понятным, если вы взгляните на таблицы истинности на рис. 4.87–4.89. В каждой из этих таблиц два входа показаны слева, а выход – справа; красный цвет означает высокое логическое состояние, а синий – низкое. Сравните выходы каждой пары элементов, и вы увидите, как логические комбинации меняются на противоположные.

Рис. 4.87. Состояния входов и выходов для логических элементов И и И-НЕ

Рис. 4.88. Состояния входов и выходов для логических элементов ИЛИ и ИЛИ-НЕ

Рис. 4.89. Состояния входов и выходов для логических элементов Искл. ИЛИ и Искл. ИЛИ-НЕ

Загадочный мир ТТЛ и КМОП

В 60-х годах прошлого века первые логические элементы были созданы на основе транзисторно-транзисторной логики, сокращенно ТТЛ; это означает, что крошечные биполярные транзисторы были вытравлены на единой кремниевой пластине. Вслед за ними появились комплементарные металл-оксидные полупроводниковые приборы, сокращенно КМОП. Микросхема 4026В, которую вы использовали в эксперименте 19, – это старая КМОП-микросхема.

Вы, должно быть, помните, что биполярные транзисторы усиливают ток. Таким образом, ТТЛ-схемам для работы требуется значительная мощность. Однако КМОП-микросхемы очень чувствительны к напряжению, что позволяет им потреблять ничтожно малый ток, пока они ожидают сигнал или пока они находятся в режиме паузы после генерации сигнала.

На рис. 4.90 приведено сравнение свойств двух типов микросхем. Серии КМОП с номерами моделей 4000 и выше обладали низким быстродействием, а также легко повреждались статическим электричеством, но их ценили за малое потребление энергии. Серии ТТЛ с номерами моделей от 7400 и далее потребляли намного больше энергии, но были менее чувствительны и работали очень быстро. Таким образом, если вы хотите собрать компьютер, то выбирайте семейство ТТЛ, но если вам нужно маленькое устройство, которое было бы способно неделями работать от небольшой батареи, то предпочтение следует отдать семейству КМОП.

Постепенно все становится более запутанным, потому что производители КМОП-компонентов стали стремиться захватить долю рынка путем имитирования преимуществ ТТЛ-микросхем. У новых поколений КМОП-микросхем даже изменили обозначение, чтобы оно начиналось с числа «74», подчеркивая взаимное соответствие. Кроме того, изменили цоколевку КМОП-микросхем, чтобы она совпадала с ТТЛ-микросхемами. Требования к напряжению у КМОП-компонентов были также изменены, чтобы соответствовать ТТЛ-версиям.

Сегодня вы еще сможете найти некоторые старые ТТЛ-микросхемы, особенно серии LS (такие модели, как 74LS00 и 74LS08). Тем не менее, они становятся редкостью.

Рис. 4.90. Сравнение свойств КМОП- и ТТЛ-микросхем (характеристики КМОП со знаком вопроса впоследствии сравнялись с характеристиками ТТЛ)

Гораздо чаще можно встретить серию 4000 КМОП-микросхем, например, модель 4026В, которую вы использовали в предыдущем эксперименте. Они до сих пор выпускаются, поскольку их широкий диапазон напряжения источника питания очень удобен.

С годами КМОП-микросхемы стали более быстрыми и менее уязвимыми к статическому электричеству; именно поэтому я добавил знак вопроса к этим свойствам на рис. 4.90. У современных КМОП-микросхем также в основном снижено максимальное напряжение питания до 5 В – вот почему я добавил знак вопроса и в эту категорию тоже.

Ситуацию можно подытожить следующим образом:

• Любые логические микросхемы из старой серии 4000, которые все еще доступны, будут иметь характеристики, перечисленные на рис. 4.90. Вы наверняка найдете применение микросхемам серии 4000.

• Вряд ли вам пригодятся старые ТТЛ-микросхемы серии 7400, потому что они не имеют значительных преимуществ.

До сих пор можно встретить электрические схемы, в которых указаны микросхемы 74LSxx. Вы можете заменить их микросхемами 74НСТхх, которые работают аналогично.

Поколение микросхем 74НСхх, безусловно, самое популярное в DIP-корпусе для установки в монтажные отверстия. Эти микросхемы имеют высокий входной импеданс КМОП, что очень удобно, и они дешевле, чем некоторые современные экзотические версии. Все логические микросхемы в этой книге относятся к типу НС.

Теперь о маркировке компонентов. Когда вы видите букву «х» в следующем далее списке, она означает, что в этом месте может быть любая цифра или буква. Так обозначение «74хх» относится к логическому элементу 7400 И-НЕ, к элементу 7402 ИЛИ-HE, к 16-разрядному селектору данных 74150 и т. д. Комбинация букв перед цифрами «74» указывает на производителя, а буквы за номером модели могут указывать на тип корпуса, сообщать о том, содержит ли он экологически опасные тяжелые металлы, а также другие характеристики. Пример был приведен на рис. 4.3.

Приведем историю семейства ТТЛ:

• 74хх – первое поколение, сейчас вышло из употребления.

• 74Sxx – высокоскоростная серия Шоттки, теперь не используется.

• 74LSxx – маломощная серия Шоттки, время от времени встречается до сих пор.

Семейство КМОП:

• 40хх – первое поколение, теперь не используется.