TTLレベルとは【代表的なICと回路図】

TTL

TTLとは、Transistor Transistor Logicの略で、バイポーラトランジスタで構成されたロジックICのことです。
代表的なのはTI社の7400シリーズの汎用ロジックICです。
TTLレベルとは、TTLの入出力条件のことを指します。

TTLレベルの規格

製品によって若干異なりますが、代表的な値は以下のようになります。

Hiレベル入力電圧 2.0V以上
Loレベル入力電圧 0.8V以下
Hiレベル出力電圧 2.4V以上
Loレベル出力電圧 0.4V以下

TTL ICの回路構成

TI社の7400シリーズのNANDゲートの回路図です。

TTL回路

入力はマルチエミッタのNPNトランジスタで、入力がLoの時は順方向にオンし、入力がHiの時は逆トラで動作します。

CMOSロジックICよりも高速で、大きい電流を出力できるのが特徴ですが消費電流が大きくなるのがデメリットです。

TTLの動作

TTLの動作をシミュレーションで確認してみます。
簡単のため、マルチエミッタを省略し、下図のような回路で確認します。

TTL動作回路

はじめに過渡解析の結果です。
入力のHi / Lo信号に対し、出力が反転しているのが分かります。

TTL動作波形

次に、入力電圧をスイープしてDC特性を確認します。
横軸が入力電圧、縦軸が出力電圧です。

TTL動作波形

入力が2VBE以下の場合は、Q1がオンしてQ2とQ4がオフするため出力がHiとなります。
Loレベル入力電圧の値はこの2VBEの最小値で決まっています。

入力が2VBE以上になると、Q1が逆トラ動作しQ2、Q4がオンして出力がLoとなります。
Hiレベル入力電圧の値はこの2VBEの最大値で決まっています。

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