Implementação de Portas NAND e AND TTL Usando Circuitos de Transistor Coletor Aberto

Adicionando uma segunda entrada a um inversor TTL coletor aberto padrão, obtemos um circuito que naturalmente implementa uma função NAND. Neste artigo, percorremos a análise, explicamos o comportamento do transistor subjacente e mostramos como um simples inversor pode ser transformado em uma porta AND adicionando mais um estágio inversor.

De Inversor a Dispositivo de Duas Entradas

Nosso ponto de partida é um inversor TTL coletor aberto convencional. O circuito é estendido conectando um segundo terminal de entrada à base do segundo transistor, Q2, exatamente como a primeira entrada é conectada. O esquemático resultante parece isto:

Embora o diagrama seja simples, o dispositivo não funciona como um "inversor de duas entradas". Através de análise lógica, determinaremos sua tabela-verdade e daremos a designação adequada.

Estrutura do Transistor

O cluster de diodos de "direcionamento" marcado Q1 é efetivamente um transistor que não é usado para amplificação. Um transistor NPN padrão não pode fornecer as três junções PN necessárias nesta rede, então usamos um transistor com um coletor, uma base e dois emissores. No circuito, é desenhado da seguinte forma:

Estados de Entrada e Comportamento de Saída

Com uma única entrada, aterrar a entrada força a saída alta (flutuante), enquanto permitir que a entrada flutue ou amarre a Vcc puxa a saída baixa. Quando duas entradas são adicionadas, cada uma comporta-se identicamente. Se qualquer entrada é aterrada, o transistor Q2 corta, Q3 permanece desligado, e a saída flutua alta. Apenas quando ambas as entradas são altas, Q2 satura, Q3 liga, e a saída puxa para baixo.

Ilustrações dos três estados-chave:

Em cada caso, uma entrada aterrada garante saída alta. O único cenário onde a saída vai para baixo é quando ambas as entradas são altas, o que força Q2 à saturação e Q3 a conduzir.

Porta NAND

Tabulando esses resultados, obtém-se a tabela-verdade NAND padrão:

Assim, uma porta NAND TTL é a função mais simples e natural deste design coletor aberto. Em seções anteriores descrevemos uma porta NAND como uma porta AND seguida por um inversor. Aqui vemos que o mesmo circuito já incorpora o comportamento NAND sem complexidade extra.

Criando uma Porta AND

Para obter uma função AND, simplesmente adicionamos um estágio inversor à saída do circuito NAND, assim como adicionamos um estágio de transistor a um inversor TTL para fazer um buffer:

A tabela-verdade e o esquemático resultantes são mostrados abaixo:

Tanto portas NAND quanto AND também podem ser implementadas com saídas totem-pole em vez de coletor aberto. Por simplicidade, apresentamos as versões coletor aberto aqui.

Principais Conclusões

• Adicionar uma segunda entrada a um inversor TTL resulta em uma porta NAND.
• Uma porta AND é obtida inserindo um inversor após a saída NAND.

Recursos Relacionados

• Planilha de Portas Lógicas TTL