Файл: Протокол 1 от 28 августа 2020 г. Конспект лекций содержание введение Краткая характеристика дисциплины.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 403
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Простейшие модели ЛЭ
В каждой серии интегральных схем имеется базовый элемент, выполняющий основную логическую операцию, и ряд дополнительныхэлементов. Так как дополнительные элементы играют вспомогательную роль, для анализа работы определенной серии достаточно рассмотреть лишь базовый элемент.
Базовым считают элемент с наиболее простой структурой, на основе которого легче всего создавать другие электронные схемы.
Базовые элементы разных видов микросхем (ТТЛ, ЭСЛ, МОП, КМОП и др.) в функциональном отношении различаются.
Для микросхем ТТЛ таким элементом является логическая схема И-НЕ.
Схема базового ЛЭ И-НЕ семейства ТТЛ показана на рисунке 1.1, 1.2 и 1.3.
Основа схемы - два npn-транзистора. Для ее понимания достаточно вспомнить, как работают транзисторы. Через такой транзистор может протекать ток от коллектора к эмиттеру (на рисунке 1.1 это соответствует "от плюса к минусу") при наличии положительного напряжения на базе (т.е. в точках А и В). Отсутствие напряжения на базе запирает этот ток.
Рисунок 18 - Логический элемент И-НЕ в простейшем схемном представлен
Схема 18 имеет два входа А и В, через которые подается информация в виде электрического напряжения: есть напряжение - логическое "да", нет его - "нет". Выход - точка Y, наличие разности потенциалов между которой и точкой Z рассматривается как "да", отсутствие - как "нет". Питающее напряжение для схемы подается на левые входы ("+" и "-"). Резистор R, при наличии тока, создает падение напряжения.
Допустим, на входах А и В нет напряжения ("нет" и "нет"), тогда оба транзистора "заперты", ток по цепи не протекает и между точками Y и Z есть разность потенциалов - т.е. результат операции "да", что в логических обозначениях соответствует 1. Если заперт один из транзисторов, то результат все равно такой же. Лишь если оба транзистора открыты, ток в цепи идет и между точками Y и Z разности потенциалов нет (падение напряжения на самих транзисторах ничтожно мало по сравнению с его падением на резисторе).
На рисунке 19 и 20 ЛЭ образован nрn- транзисторах VT1, VT2, VT3 и VT4. Транзистор VT1 устроен необычно: он имеет не один, а несколько эмиттеров. Их число определяет число входов элемента. Выпускаются ЛЭ И-НЕ с 2, 3, 4 и 8 входами. Все входы ЛЭ И-НЕ равноценны. Мы рассмотрим простейший случай - ЛЭ с двумя входами. Кроме транзисторов элемент содержит четыре резистора и один диод. Структура реального ЛЭ отличается от изображенной на рисунке. Кроме показанных схемных элементов здесь имеются паразитные транзисторные и диодные структуры. При работе в нормальных режимах они, однако, заперты и ими можно спокойно пренебречь.
При рассмотрении работы базовых ЛЭ И-НЕ сделаем следующие допущения (технически оправданные):
- падение напряжения на p-n-переходах, смещенных в прямом направлении, неизменно и равно 0,7 В;
- падение напряжения на открытом диоде также неизменно равно 0,7В;
- падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер насыщенного транзистора пренебрежимо мало;
- напряжение на входе ИМС, превышающее 2 В, принято за высокий уровень и считается логической единицей;
- напряжение ниже 0,8 В на входе ИМС принято за низкий уровень и считается логическим нулем.
Рисунок 19 - Логический элемент И-НЕ с выходным напряжением низкого уровня
Рисунок 20 - Логический элемент И-НЕ с выходным напряжением высокого уровня
Рассмотрим два случая работы элемента.
А. На все входы ЛЭ И-НЕ подано напряжение высокого уровня (рис 19). В этом случае на его выходе действует напряжение низкого уровня. Это значит, что транзистор VT3 отперт и насыщен. Согласно принятому допущению напряжение на базе VT3 равно +0,7 В. Транзистор VT2, эмиттерный ток которого обеспечивает насыщение VT3 (часть этого тока протекает и через резистор R3), тоже насыщен, поэтому напряжение на его базе равно 1,4 В.
На эмиттерах транзистора VT1 высокое напряжение, на базу через резистор R1 подано напряжение Un = +5 В, а напряжение на коллекторе равно + 1,4 В. В этих условиях переходы эмиттер - база смещены в обратном направлении, а переход база - коллектор - в прямом, что соответствует инверсному включению транзистора. При таком включении коэффициент усиления по току очень мал. Этим объясняется тот факт, что ток, протекающий через каждый вход, невелик - около 40 мкА.
Через переход база - коллектор транзистора VT1 протекает ток Iк=(5В-2,1В)/4*103Ом=0,7 мА,который является базовым током транзистора VT2.
Такого тока достаточно для насыщения транзистора VT2. Напряжение на коллекторе VT2 при этом будет +0,7 В. Оно запирает транзистор VT4, причем для большей гарантии добавлен диод VD1. Таким образом, транзистор VT4 выключен, а выходной ток ЛЭ равен коллекторному току транзистора VT3. Для логических элементов И - НЕ ТТЛ универсальных серий с обычной нагрузочной способностью выходной ток I0вых не должен превышать 16 мА.
При напряжении высокого уровня на всех входах ЛЭ И-НЕ на выходе действует напряжение низкого уровня. Транзистор VT1 включен инверсно, VT2 и VT3 отперты и насыщены, a VT4 заперт. Входной ток ЛЭ пропорционален числу входов, а также току одного эмиттера многоэмиттерного транзистора, но не превышает 40 мкА (обычно равен 10 мкА). Входной ток "втекает"1 в ЛЭ. Максимальный выходной ток 16 мА. Он также "втекает" в ЛЭ.
Б. На один из входов или на все входы ЛЭ И-НЕ подано напряжение низкого уровня. На рис. 20 показано, что один из входов подключен к шине Uп, а другой к общей шине. Теперь транзистор VT1 включен нормально. Один из его эмиттеров (В) имеет более низкий потенциал, чем потенциал базы. Ток этого эмиттера является в сущности входным. Его значение определяется сопротивлением резистора R1 и не превышает 1,6 мА. Напряжения в различных точках схемы указаны на рисунке. Транзисторы VT2 и VT3 заперты (назначение резистора утечки R3 - предохранять VT3 от отпирания начальным током VT2). Транзистор VT4 отперт током, протекающим через базу и резистор R2, но при этом не насыщается. Если Iвых <2,3 мА, выходное напряжение высокого уровня U1вых > 2,4 В, т. е. превышает минимальное допустимое.
При напряжении низкого уровня хотя бы на одном из входов ЛЭ И-НЕ на выходе действует напряжение высокого уровня. Переход эмиттер - база транзистора VT1 смещен в прямом направлении, а переход база - коллектор - в обратном. Транзисторы VT2 и VT3 заперты, a VT4 отперт, но не насыщен. Максимальный входной ток 1,6 мА. Он "вытекает" из ЛЭ. Максимальный выходной ток 2,3 мА. Он также "вытекает" из ЛЭ.
Транзисторы VT2, VT3 и VT4 (рисунок 1.2 и 1.3) образуют так называемый сложный инвертор. В каждом состоянии ЛЭ один из двух выходных транзисторов - VT3 или VT4 - отперт. Благодаря этому выходное сопротивление ЛЭ в обоих состояниях достаточно мало. Тем самым обеспечивается быстрый заряд и разряд паразитных емкостей, которые могут быть на выходе. Во время переключения транзисторов VT3 и VT4 из одного состояния в другое ток, потребляемый ЛЭ от источника питания, резко возрастает. Причина в том, что при переключениях оба транзистора в течение весьма короткого времени бывают отперты одновременно и ток в цепи питания ограничен только резистором R4 (около 130 Ом).
Существует несколько разновидностей микросхем ТТЛ. Стандартные микросхемы серий 74ххх имеют среднее потребление и быстродействие 10 не, их отечественные аналоги входят в серии К155 и К133. Микросхемы с пониженным потреблением серии 74Lxxx и их аналоги из серии К134 имеют и пониженное быстродействие (33 не). Серии 74Нххх (К131), напротив, имеют повышенную выходную и потребляемую мощность. Микросхемы с диодами Шотки (ТТЛШ) 74Sxxx (K531) при более высоком, чем у стандартных, потреблении имеют быстродействие в три раза выше (3 не). Серия маломощных микросхем ТТЛШ 74LSxxx (K555) при том же быстродействии, что и стандартная, потребляет мощность в несколько раз меньше. Наиболее перспективными являются серии 74Fxxx (KP1531) с быстродействием 3 не и 74ALSxxx (KP1533) с быстродействием 4 не. При этом потребление у серии ALS (Advanced Low-Power Schottky) в два раза ниже, чем у серии F (Fast). Серия ALS хорошо стыкуется с микросхемами КМОП.
В ТТЛ-логике различают входы, выходы и двунаправленные выводы.
Вход ТТЛ воспринимает только логический уровень сигнала. Порог переключения обычно имеет значение около 1,3-1,4 В. Напряжение ниже этого порога воспринимается как низкий уровень, выше — как высокий. Состояние свободного (ни к чему не подключенного) входа ТТЛ-микросхемой воспринимается как высокоуровневое, и на нем высокоомным вольтметром (или осциллографом) можно наблюдать потенциал 1,3-1,4 В. В таком состоянии вход является чувствительным к помехам, поэтому свободные входы рекомендуют соединять с источником высокого или низкого логического уровня (в зависимости от логики работы). Если соединяются вместе несколько свободных входов разных вентилей, то их состояние будет неопределенным: из-за разброса порогов часть из них может восприниматься как высокий уровень, а часть — как низкий. В качестве источника высокого уровня часто используют шину питания +5 В, но вход (или группу входов) подключают к ней через балластный резистор (обычно 1-10 кОм). В качестве низкого уровня используют общий провод (шину GND). Входной ток зависит от потенциала входа: при низком уровне ток имеет отрицательное значение (вытекающий ток) порядка 1,5 мА для стандартных микросхем ТТЛ, при высоком уровне — положительное (втекающий ток) на уровне десятков мкА. У микросхем серий S, LS и ALS входные токи существенно меньше. Входное напряжение, превышающее значение питающего напряжения, для микросхем ТТЛ недопустимо — оно может пробить входной вентиль. Кроме вентилей с обычными входами существуют и вентили с триггерами Шмитта. У этих вентилей имеется гистерезис переключения 0,8 В, симметричный относительно обычного порога (1,3 В). Эти элементы используются как приемники сигналов с повышенным уровнем помех.
Обычный выход ТТЛ формирует выходные логические уровни: низкий — ниже 0,4-0,5 В и высокий — выше 2,4 В. Выходные уровни при повышении нагрузки (выходного тока) ухудшаются — приближаются к порогу переключения. Выходной ток короткого замыкания (КЗ) на землю ограничен единицами миллиампер, поэтому КЗ на землю безопасно для выходов элементов ТТЛ. Выходной ток при КЗ на шину питания, когда вентиль пытается формировать низкий уровень сигнала, достигает десятков миллиампер и опасен для микросхемы. Если два выхода соединить вместе и они будут пытаться формировать разные уровни, то в этом конфликте победит выход, формирующий низкий логический уровень. Этим свойством иногда пользуются при построении схем, но отметим, что объединение обычных выходов не является «законным» решением. Существуют буферные элементы с повышенной нагрузочной способностью. Они предназначены для подключения большого количества входов или цепей с большой емкостной нагрузкой. В PC таким местом является, мультиплексированная шина адреса динамической памяти.
Выход с открытым коллектором (Open Drive Output) работает в качестве ключа, способного коммутировать сигнал на шину GND. Таким образом, этот тип выхода способен формировать только низкий логический уровень, а высокий уровень формируют с помощью резистора, «подтягивающего» сигнал к напряжению питания (Puliup Resistor). Выходы с открытым коллектором разрешается объединять, при этом реализуется функция «монтажное И». Существуют элементы с открытым коллектором, имеющие повышенную нагрузочную способность как по допустимому выходному току ключа, так и по допустимому напряжению на закрытом ключе. Они могут использоваться для управления исполнительными устройствами (например, реле), индикаторами и т. п.
Тристабилъный выход (Tristate Output) кроме формирования низкого и высокого уровней может быть переведен в третье, высокоимпедансное (High-Z State) состояние, в котором выходной вентиль отключен от вывода. Этот тип выхода предназначен для объединения нескольких источников сигнала на одной шине. Нормально не в третьем состоянии может находиться не более одного из объединяемых источников. В противном случае на шине будет конфликт, в котором, как правило, тоже побеждает низкий уровень. Вентили с тристабильным выходом имеют управляющий вход, который обычно обозначают ОЕ (Output Enable).
Двунаправленный вывод элемента представляет собой комбинацию входа и тристабильного выхода (или выхода с открытым коллектором). В зависимости от управляющего сигнала этот вывод работает либо как вход, либо как выход.
Логические элементы КМОП отличаются от ТТЛ большим размахом сигнала (низкий уровень ближе к нулю, высокий — к напряжению питания), малыми входными токами (почти нулевыми в статике, в динамике — обусловленными паразитной емкостью) и малым потреблением, однако их быстродействие несколько ниже. В отличие от ТТЛ микросхемы КМОП допускают более широкий диапазон питающих напряжений. С микросхемами ТТЛ логика КМОП, в общем, стыкуется, хотя вход КМОП требует более высокого уровня логической единицы, а выход КМОП из-за невысокого выходного тока обычно можно нагружать лишь одним ТТЛ входом. Современные микросхемы КМОП по параметрам приближаются к ТТЛ серии ALS и хорошо с ними стыкуются. Микросхемы КМОП имеют те же типы выводов, но вместо выхода с открытым коллектором здесь присутствует выход с открытым стоком, что по логике работы одно и то же.
В каждой серии интегральных схем имеется базовый элемент, выполняющий основную логическую операцию, и ряд дополнительныхэлементов. Так как дополнительные элементы играют вспомогательную роль, для анализа работы определенной серии достаточно рассмотреть лишь базовый элемент.
Базовым считают элемент с наиболее простой структурой, на основе которого легче всего создавать другие электронные схемы.
Базовые элементы разных видов микросхем (ТТЛ, ЭСЛ, МОП, КМОП и др.) в функциональном отношении различаются.
Для микросхем ТТЛ таким элементом является логическая схема И-НЕ.
Схема базового ЛЭ И-НЕ семейства ТТЛ показана на рисунке 1.1, 1.2 и 1.3.
Основа схемы - два npn-транзистора. Для ее понимания достаточно вспомнить, как работают транзисторы. Через такой транзистор может протекать ток от коллектора к эмиттеру (на рисунке 1.1 это соответствует "от плюса к минусу") при наличии положительного напряжения на базе (т.е. в точках А и В). Отсутствие напряжения на базе запирает этот ток.
Рисунок 18 - Логический элемент И-НЕ в простейшем схемном представлен
Схема 18 имеет два входа А и В, через которые подается информация в виде электрического напряжения: есть напряжение - логическое "да", нет его - "нет". Выход - точка Y, наличие разности потенциалов между которой и точкой Z рассматривается как "да", отсутствие - как "нет". Питающее напряжение для схемы подается на левые входы ("+" и "-"). Резистор R, при наличии тока, создает падение напряжения.
Допустим, на входах А и В нет напряжения ("нет" и "нет"), тогда оба транзистора "заперты", ток по цепи не протекает и между точками Y и Z есть разность потенциалов - т.е. результат операции "да", что в логических обозначениях соответствует 1. Если заперт один из транзисторов, то результат все равно такой же. Лишь если оба транзистора открыты, ток в цепи идет и между точками Y и Z разности потенциалов нет (падение напряжения на самих транзисторах ничтожно мало по сравнению с его падением на резисторе).
На рисунке 19 и 20 ЛЭ образован nрn- транзисторах VT1, VT2, VT3 и VT4. Транзистор VT1 устроен необычно: он имеет не один, а несколько эмиттеров. Их число определяет число входов элемента. Выпускаются ЛЭ И-НЕ с 2, 3, 4 и 8 входами. Все входы ЛЭ И-НЕ равноценны. Мы рассмотрим простейший случай - ЛЭ с двумя входами. Кроме транзисторов элемент содержит четыре резистора и один диод. Структура реального ЛЭ отличается от изображенной на рисунке. Кроме показанных схемных элементов здесь имеются паразитные транзисторные и диодные структуры. При работе в нормальных режимах они, однако, заперты и ими можно спокойно пренебречь.
При рассмотрении работы базовых ЛЭ И-НЕ сделаем следующие допущения (технически оправданные):
- падение напряжения на p-n-переходах, смещенных в прямом направлении, неизменно и равно 0,7 В;
- падение напряжения на открытом диоде также неизменно равно 0,7В;
- падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер насыщенного транзистора пренебрежимо мало;
- напряжение на входе ИМС, превышающее 2 В, принято за высокий уровень и считается логической единицей;
- напряжение ниже 0,8 В на входе ИМС принято за низкий уровень и считается логическим нулем.
Рисунок 19 - Логический элемент И-НЕ с выходным напряжением низкого уровня
Рисунок 20 - Логический элемент И-НЕ с выходным напряжением высокого уровня
Рассмотрим два случая работы элемента.
А. На все входы ЛЭ И-НЕ подано напряжение высокого уровня (рис 19). В этом случае на его выходе действует напряжение низкого уровня. Это значит, что транзистор VT3 отперт и насыщен. Согласно принятому допущению напряжение на базе VT3 равно +0,7 В. Транзистор VT2, эмиттерный ток которого обеспечивает насыщение VT3 (часть этого тока протекает и через резистор R3), тоже насыщен, поэтому напряжение на его базе равно 1,4 В.
На эмиттерах транзистора VT1 высокое напряжение, на базу через резистор R1 подано напряжение Un = +5 В, а напряжение на коллекторе равно + 1,4 В. В этих условиях переходы эмиттер - база смещены в обратном направлении, а переход база - коллектор - в прямом, что соответствует инверсному включению транзистора. При таком включении коэффициент усиления по току очень мал. Этим объясняется тот факт, что ток, протекающий через каждый вход, невелик - около 40 мкА.
Через переход база - коллектор транзистора VT1 протекает ток Iк=(5В-2,1В)/4*103Ом=0,7 мА,который является базовым током транзистора VT2.
Такого тока достаточно для насыщения транзистора VT2. Напряжение на коллекторе VT2 при этом будет +0,7 В. Оно запирает транзистор VT4, причем для большей гарантии добавлен диод VD1. Таким образом, транзистор VT4 выключен, а выходной ток ЛЭ равен коллекторному току транзистора VT3. Для логических элементов И - НЕ ТТЛ универсальных серий с обычной нагрузочной способностью выходной ток I0вых не должен превышать 16 мА.
При напряжении высокого уровня на всех входах ЛЭ И-НЕ на выходе действует напряжение низкого уровня. Транзистор VT1 включен инверсно, VT2 и VT3 отперты и насыщены, a VT4 заперт. Входной ток ЛЭ пропорционален числу входов, а также току одного эмиттера многоэмиттерного транзистора, но не превышает 40 мкА (обычно равен 10 мкА). Входной ток "втекает"1 в ЛЭ. Максимальный выходной ток 16 мА. Он также "втекает" в ЛЭ.
Б. На один из входов или на все входы ЛЭ И-НЕ подано напряжение низкого уровня. На рис. 20 показано, что один из входов подключен к шине Uп, а другой к общей шине. Теперь транзистор VT1 включен нормально. Один из его эмиттеров (В) имеет более низкий потенциал, чем потенциал базы. Ток этого эмиттера является в сущности входным. Его значение определяется сопротивлением резистора R1 и не превышает 1,6 мА. Напряжения в различных точках схемы указаны на рисунке. Транзисторы VT2 и VT3 заперты (назначение резистора утечки R3 - предохранять VT3 от отпирания начальным током VT2). Транзистор VT4 отперт током, протекающим через базу и резистор R2, но при этом не насыщается. Если Iвых <2,3 мА, выходное напряжение высокого уровня U1вых > 2,4 В, т. е. превышает минимальное допустимое.
При напряжении низкого уровня хотя бы на одном из входов ЛЭ И-НЕ на выходе действует напряжение высокого уровня. Переход эмиттер - база транзистора VT1 смещен в прямом направлении, а переход база - коллектор - в обратном. Транзисторы VT2 и VT3 заперты, a VT4 отперт, но не насыщен. Максимальный входной ток 1,6 мА. Он "вытекает" из ЛЭ. Максимальный выходной ток 2,3 мА. Он также "вытекает" из ЛЭ.
Транзисторы VT2, VT3 и VT4 (рисунок 1.2 и 1.3) образуют так называемый сложный инвертор. В каждом состоянии ЛЭ один из двух выходных транзисторов - VT3 или VT4 - отперт. Благодаря этому выходное сопротивление ЛЭ в обоих состояниях достаточно мало. Тем самым обеспечивается быстрый заряд и разряд паразитных емкостей, которые могут быть на выходе. Во время переключения транзисторов VT3 и VT4 из одного состояния в другое ток, потребляемый ЛЭ от источника питания, резко возрастает. Причина в том, что при переключениях оба транзистора в течение весьма короткого времени бывают отперты одновременно и ток в цепи питания ограничен только резистором R4 (около 130 Ом).
Существует несколько разновидностей микросхем ТТЛ. Стандартные микросхемы серий 74ххх имеют среднее потребление и быстродействие 10 не, их отечественные аналоги входят в серии К155 и К133. Микросхемы с пониженным потреблением серии 74Lxxx и их аналоги из серии К134 имеют и пониженное быстродействие (33 не). Серии 74Нххх (К131), напротив, имеют повышенную выходную и потребляемую мощность. Микросхемы с диодами Шотки (ТТЛШ) 74Sxxx (K531) при более высоком, чем у стандартных, потреблении имеют быстродействие в три раза выше (3 не). Серия маломощных микросхем ТТЛШ 74LSxxx (K555) при том же быстродействии, что и стандартная, потребляет мощность в несколько раз меньше. Наиболее перспективными являются серии 74Fxxx (KP1531) с быстродействием 3 не и 74ALSxxx (KP1533) с быстродействием 4 не. При этом потребление у серии ALS (Advanced Low-Power Schottky) в два раза ниже, чем у серии F (Fast). Серия ALS хорошо стыкуется с микросхемами КМОП.
В ТТЛ-логике различают входы, выходы и двунаправленные выводы.
Вход ТТЛ воспринимает только логический уровень сигнала. Порог переключения обычно имеет значение около 1,3-1,4 В. Напряжение ниже этого порога воспринимается как низкий уровень, выше — как высокий. Состояние свободного (ни к чему не подключенного) входа ТТЛ-микросхемой воспринимается как высокоуровневое, и на нем высокоомным вольтметром (или осциллографом) можно наблюдать потенциал 1,3-1,4 В. В таком состоянии вход является чувствительным к помехам, поэтому свободные входы рекомендуют соединять с источником высокого или низкого логического уровня (в зависимости от логики работы). Если соединяются вместе несколько свободных входов разных вентилей, то их состояние будет неопределенным: из-за разброса порогов часть из них может восприниматься как высокий уровень, а часть — как низкий. В качестве источника высокого уровня часто используют шину питания +5 В, но вход (или группу входов) подключают к ней через балластный резистор (обычно 1-10 кОм). В качестве низкого уровня используют общий провод (шину GND). Входной ток зависит от потенциала входа: при низком уровне ток имеет отрицательное значение (вытекающий ток) порядка 1,5 мА для стандартных микросхем ТТЛ, при высоком уровне — положительное (втекающий ток) на уровне десятков мкА. У микросхем серий S, LS и ALS входные токи существенно меньше. Входное напряжение, превышающее значение питающего напряжения, для микросхем ТТЛ недопустимо — оно может пробить входной вентиль. Кроме вентилей с обычными входами существуют и вентили с триггерами Шмитта. У этих вентилей имеется гистерезис переключения 0,8 В, симметричный относительно обычного порога (1,3 В). Эти элементы используются как приемники сигналов с повышенным уровнем помех.
Обычный выход ТТЛ формирует выходные логические уровни: низкий — ниже 0,4-0,5 В и высокий — выше 2,4 В. Выходные уровни при повышении нагрузки (выходного тока) ухудшаются — приближаются к порогу переключения. Выходной ток короткого замыкания (КЗ) на землю ограничен единицами миллиампер, поэтому КЗ на землю безопасно для выходов элементов ТТЛ. Выходной ток при КЗ на шину питания, когда вентиль пытается формировать низкий уровень сигнала, достигает десятков миллиампер и опасен для микросхемы. Если два выхода соединить вместе и они будут пытаться формировать разные уровни, то в этом конфликте победит выход, формирующий низкий логический уровень. Этим свойством иногда пользуются при построении схем, но отметим, что объединение обычных выходов не является «законным» решением. Существуют буферные элементы с повышенной нагрузочной способностью. Они предназначены для подключения большого количества входов или цепей с большой емкостной нагрузкой. В PC таким местом является, мультиплексированная шина адреса динамической памяти.
Выход с открытым коллектором (Open Drive Output) работает в качестве ключа, способного коммутировать сигнал на шину GND. Таким образом, этот тип выхода способен формировать только низкий логический уровень, а высокий уровень формируют с помощью резистора, «подтягивающего» сигнал к напряжению питания (Puliup Resistor). Выходы с открытым коллектором разрешается объединять, при этом реализуется функция «монтажное И». Существуют элементы с открытым коллектором, имеющие повышенную нагрузочную способность как по допустимому выходному току ключа, так и по допустимому напряжению на закрытом ключе. Они могут использоваться для управления исполнительными устройствами (например, реле), индикаторами и т. п.
Тристабилъный выход (Tristate Output) кроме формирования низкого и высокого уровней может быть переведен в третье, высокоимпедансное (High-Z State) состояние, в котором выходной вентиль отключен от вывода. Этот тип выхода предназначен для объединения нескольких источников сигнала на одной шине. Нормально не в третьем состоянии может находиться не более одного из объединяемых источников. В противном случае на шине будет конфликт, в котором, как правило, тоже побеждает низкий уровень. Вентили с тристабильным выходом имеют управляющий вход, который обычно обозначают ОЕ (Output Enable).
Двунаправленный вывод элемента представляет собой комбинацию входа и тристабильного выхода (или выхода с открытым коллектором). В зависимости от управляющего сигнала этот вывод работает либо как вход, либо как выход.
Логические элементы КМОП отличаются от ТТЛ большим размахом сигнала (низкий уровень ближе к нулю, высокий — к напряжению питания), малыми входными токами (почти нулевыми в статике, в динамике — обусловленными паразитной емкостью) и малым потреблением, однако их быстродействие несколько ниже. В отличие от ТТЛ микросхемы КМОП допускают более широкий диапазон питающих напряжений. С микросхемами ТТЛ логика КМОП, в общем, стыкуется, хотя вход КМОП требует более высокого уровня логической единицы, а выход КМОП из-за невысокого выходного тока обычно можно нагружать лишь одним ТТЛ входом. Современные микросхемы КМОП по параметрам приближаются к ТТЛ серии ALS и хорошо с ними стыкуются. Микросхемы КМОП имеют те же типы выводов, но вместо выхода с открытым коллектором здесь присутствует выход с открытым стоком, что по логике работы одно и то же.