Перейти к содержанию

Тотемный выход (totem pole)

На схеме выходного каскада ТТЛ два транзистора стоят столбиком: верхний тянет выход к питанию, нижний — к земле. За сходство с резным столбом такой каскад и прозвали тотемным. Это двухтактный выход, но со своими особенностями, которые видны в даташите на любую микросхему серии 7400.

Обновлено Редакция GAW

Тотемный выход (totem-pole output) — выходной каскад элементов ТТЛ из двух транзисторов, включённых один над другим между питанием и землёй. При единице открыт верхний транзистор и тянет выход к питанию, при нуле — нижний, и выход замкнут на землю. Kuphaldt описывает его как двухтактную пару, которая может и отдавать ток в нагрузку, и принимать его, — в отличие от выхода с открытым коллектором, который умеет только принимать.

Чем отличается от двухтактного выхода КМОП

По принципу тотемный выход — частный случай двухтактного, но биполярная схема даёт ему особенности, видные в даташите TI на SN7400:

ПараметрSN7400
Выходная единица VOHне ниже 2,4 В, типично 3,4 В при −0,4 мА
Выходной ноль VOLтипично 0,2 В, не выше 0,4 В при 16 мА
Рекомендуемый ток при единице0,4 мА
Рекомендуемый ток при нуле16 мА
Ток короткого замыкания18–55 мА

Единица не доходит до питания: у SN7400 типично 3,4 В при 5 В. Токи несимметричны, потому что входы ТТЛ при нуле сами отдают ток и его должен принять выход, а при единице почти ничего не берут. У КМОП, как замечает Kuphaldt, конфигурация «тотемного столба» естественна, но выход поднимается практически до шины питания.

Ограничения

  • Выходы нельзя объединять. Если один тянет вверх, а другой вниз, ток течёт сквозь оба плеча — конфликт на шине. Для общих линий берут открытый коллектор с подтяжкой или выходы с третьим состоянием.
  • Плохо тянет нагрузку к питанию. Светодиод, подключённый к земле, от выхода ТТЛ светит слабо; его включают между питанием и выходом, чтобы работал сильный нижний транзистор.

Как из таких каскадов складываются логические элементы — в статье о цифровой логике.

Частые вопросы

Чем тотемный выход отличается от двухтактного выхода КМОП?

Оба активно тянут выход и вверх, и вниз. Но у ТТЛ единица на выходе не доходит до питания: у SN7400 типично 3,4 В, гарантированно не ниже 2,4 В. Вытекающий ток мал (рекомендуемый IOH — 0,4 мА) по сравнению с втекающим (16 мА). Выход КМОП поднимается практически до питания и симметричнее по току.

Почему нельзя соединять тотемные выходы вместе?

Если один выход тянет вверх, а другой вниз, через два открытых транзистора течёт ток от питания на землю, ограниченный только выходными резисторами. Это конфликт на шине: выходы греются, уровень оказывается неопределённым. Для шин с несколькими источниками используют открытый коллектор с подтяжкой или выходы с третьим состоянием.

Почему у ТТЛ ток при нуле на выходе намного больше, чем при единице?

Потому что вход ТТЛ при нуле сам отдаёт ток — до 1,6 мА у стандартной серии, — и его должен принять выход предыдущего элемента. При единице вход почти ничего не потребляет. Поэтому нижнее плечо тотемного выхода рассчитано на 16 мА, а верхнее — на 0,4 мА.

Источники

  1. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. IV — Digital, ch. 3 «Logic Gates», разд. «The NOT gate» и «The buffer gate» (CC BY) — пара транзисторов Q3 и Q4, работающих в двухтактном режиме, — выход «тотемный столб» (totem pole output), может и отдавать ток в нагрузку, и принимать его; выход с открытым коллектором только принимает ток; входы ТТЛ не требуют вытекающего тока; буферы и инверторы бывают с тотемным выходом и с открытым коллектором; у КМОП-инвертора естественная конфигурация «тотемного столба»
  2. Texas Instruments. SN5400, SN54LS00, SN54S00, SN7400, SN74LS00, SN74S00 Quadruple 2-Input Positive-NAND Gates, SDLS025D (December 1983, revised May 2017) — разд. 6.5, SN7400: VOH не ниже 2,4 В, типично 3,4 В при IOH = −0,4 мА; VOL типично 0,2 В, не выше 0,4 В при IOL = 16 мА; ток короткого замыкания выхода IOS от −18 до −55 мА (SN7400); разд. 6.3: рекомендуемый IOH всего −0,4 мА против IOL 16 мА

Нашли ошибку?

Смотрите также