Схемы ТТЛ с повышенным быстродействием
В большинстве случаев задержка включения схем ТТЛ существенно превышает задержку включения: 
. Поэтому в разработанных схемах особое внимание уделено снижению схемным путем величины 
, однако это достигалось значительным усложнением схемы.
Более эффективным является использование в ТТЛ- схемах диодов и транзисторов Шоттки. Повышение быстродействия при этом достигается в результате того, что диод Шоттки, представляющий собой высококачественный переход металл-полупроводник, не обладает свойствами инжекции и накопления не основных носителей, присущим обычным p-n переходам.
Если диод Шоттки шунтирует коллекторный переход транзистора, то такой транзистор называют транзистором Шоттки:
Модель Условное обозначение
Транзистора Шоттки
Топологический транзистор Шоттки реализуется как обычная интегральная n-p-n структура, в которой контакт к базе удлинен до области коллектора. На границе металла (m) с полупроводником (n)- областью коллектора образуется барьер Шоттки, благодаря чему контакт m- n работает как диод. При этом площадь транзистора Шоттки оказывается на много больше площади, занимаемой обычным биполярным транзистором.
В транзисторе Шоттки снижена степень насыщения за счет шунтирования его коллекторного перехода диодом Шоттки, имеющим примерно в два раза меньше напряжение включения, чем обычный p-n переход.
Схема элемента ТТЛШ показана на рис.
Т.к. напряжение на коллекторном переходе насыщенного транзистора Шоттки Uбк=UДШ меньше, чем напряжение запирания коллекторного перехода, то заряд, инжектируемый коллекторным переходом, весьма мал. Можно считать, что в насыщенном транзисторе Шоттки избыточный заряд не накапливается, поэтому при его переключении отсутствует стадия рассасывания избыточного заряда.
Применение транзисторов Шоттки позволяет повысить быстродействие элементов и одновременно улучшить их работу переключения.
Многоэмиттерный транзистор также является транзистором Шоттки.
Особенность транзисторов Шоттки, связанная с отсутствием у них режима насыщения – повышенное напряжение на открытом транзисторе – около 0,3 В.
В элементах ТТЛШ насыщение транзисторов устранено и быстродействие высокое. По этому показателю элементы ТТЛШ занимают среди элементов, реализованных на основе кремния, второе место (после элементов ЭСЛ).
Особенности применения элементов ТТЛ (ТТЛШ)
При проектировании и конструировании устройств на элементах ТТЛ возникают вопросы:
- о режиме неиспользуемых входов
- о снижении влияния сквозных токов на работу устройства
- об условиях передачи сигнала.
Если используются не все входы элемента И-НЕ и часто остается «лишний», то с точки зрения логики правильными будут все три возможных варианта:
- подача на неиспользуемые входы единичных сигналов
- подключение неиспользуемых входов к используемым (в любом сочетании)
- оставление неиспользуемых входов свободными (разомкнутыми).
Каждый из этих способов сохраняет правильность выполнения для используемых входов операции И-НЕ. Однако, с точки зрения электрических режимов, условия работы элемента различны.
Рекомендуется неиспользуемые входы подключать к единичным сигналам. Наиболее удобно подключать неиспользуемые входы к источнику питания (+5В).
Напряжение питания приблизительно на 1,5В больше напряжения U1, поэтому неиспользуемые эмиттеры подключают к напряжению питания через защитный резистор с сопротивлением 1 кОм. Через один резистор можно подключать до 20 входов.
Для элементов ТТЛ и ТТЛШ со сложным инвертором специфичен сквозной ток от шины питания на общую точку при переключении выхода из нулевого состояния в единичное. Происхождение сквозного тока объясняется следующим: в статическом режиме одновременное отпирание транзисторов VT3 и VT4 выходного каскада исключено:
В переходном процессе из-за задержки запирания насыщенного транзистора VT4 возникает временная проводимость обоих выходных транзисторов, и от источника питания на общую точку замыкается кратковременный импульс тока, ограничиваемый лишь сопротивлениями выходной цепи (главным образом сопротивлением диода и резистором R4)
Импульс сквозного тока создает помехи на шинах питания (на сопротивлении и индуктивности шин выделяется импульсное напряжение), которые могут нарушить правильную работу других элементов, питаемых от данных шин.
Поэтому при монтаже ИМС на печатных платах необходимо предусмотреть фильтрацию напряжения питания. Вблизи разъема и по площади печатной платы подключаются развязывающиеся конденсаторы.
Вблизи разъема ставится конденсатор емкостью не менее 0,1 мкФ на каждую ИМС, а на каждые 5…10 ИМС на площади печатной платы ставятся конденсаторы, емкость которых определяется из рассчета не менее 0,002мкФ на каждую ИМС (на практике – непосредственно на каждую ИМС 5…10 нФ непосредственно вблизи нее).
Электрические линии связи должны обеспечивать передачу сигналов с малыми искажениями. В пределах печатной платы эти линии выполняются как дорожки печатного монтажа при ограничении на длину параллельных проводников, расположенных на одной стороне или в одном слое печатной платы. По мере удлинения связей их выполняют либо одиночным проводом, либо витыми парами проводов, при длинах более 3м связи осуществляют с помощью коаксиального кабеля (волновое сопротивление 50…1000 Ом) с применением согласующих сопротивлений, включаемых последовательно и параллельно.
Выпускаемые серии ИМС ТТЛ (ТТЛШ) можно условно разделить на три группы:
- быстродействующие (задержка распространения не более 5нс при потребляемой мощности 
мВт)
- среднего быстродействия (задержка переключения 
нс при потребляемой мощности 
мВт)
- маломощные (потребляемая мощность 
мВт, задержка переключения более 25 нс)
Основной для всех серий является схема И-НЕ. Наиболее широко используется в сериях маломлщных ИМС схема базового элемента (1) либо ее модификация с диодом в базовой цепи транзистора VT3.
В сериях среднего быстродействия используется схема элемента с улучшенной передаточной характеристикой:
Для улучшения передаточной характиристики в схему 
, который предназначен для смещения уровня напряжения на базе VT4. Последний откроется лишь после того, как откроется транзистор . Поэтому напряжение на выходе схемы не будет изменяться, пока не выполнится равенство:
При дальнейшем увеличениии напряжения транзисторы VT2, , VT4, переходят в режим начсыщения, а Uвых резко уменьшается.
Рассмотренная схема обеспечивает существенный выигрыш в помехоустойчивости.
Сопртивление R3 не влияет на помехоустойчивость, поэтому можно умеьшить величину R3 , уменьшая тем самым время рассасывания избыточного заряда в выходном транзисторе и снижая, таким образом, время задержки выключения VT4/
В сериях быстродействующих схем используется схема элемента с мощным выходом (повышенной нагрузочной способностью) (2)
В сверхбыстродействующих схемах ( 
) ИМС – модификация схемы с мощным выходом, которая заключается в применении транзисторов Шоттки и схемы VT2 | - R3 | (рассмотрена выше –(3)).
Для всех элементов ТТЛ (ТТЛШ) напряжения питания равны +5В; уровни сигналов логического нуля 
и 
(для ТТЛШ 
и 
).
ТТЛ-схемы обеспечивают высокое значение помехоустойчивости (не менее 0,3В в рабочем диапазоне условий) коэффициент объединения по входам 
; коэффициент разветвления на выходе 
(число допустимых нагрузок при нагрузочных емкостях 
пФ).
Параметры ТТЛ и ТТЛШ обеспечили им широкое применение в ИМС различных уровней интеграции. Новые разработки выполняются главным образом в схемотехнике ТТЛШ.
Нашей промышленностью выпускаются различные серии ТТЛ (ТТЛШ) ИМС: 130; 131; 133; 134; 136; 155; 158; 1531; 1533 и др.
Не говорим о серии 230!
Серии описаны:
Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы (1988).
Интегральные микросхемы – справочник под редакцией Тарабрина Б.В.
Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы под ред. Якубовского С. В. и др.