Электронные логические элементы

December 12, 2011 by admin Комментировать »

Хотя логические элементы на основе реле являются удобным экспериментальным введением в логику и все еще остаются важным компонентом в некоторых системах регулирования, при их использовании в более сложных устройствах возникают серьезные проблемы, связанные с размерами, стоимостью и быстродействием. Как и можно было ожидать, применение транзисторов решает эти проблемы, особенно в том случае, когда один кристалл ИС может содержать миллионы транзисторов. Простые

 

 

Рис. 13.4. Схемы трех логических элементов на дискретных компонентах:

а — схема НЕ (инвертор); б — схема ИЛИ-HE; в — схема И-НЕ.

электронные логические элементы автоматически реализуют функцию НЕ, поскольку инверсия полярности сигнала присуща переключателям, выполненным по схеме с общим эмиттером. На рис. 13.4 показаны основные схемы, реализующие функции НЕ, ИЛИ-HE и И-НЕ, вместе с их условными обозначениями.

Логические элементы легко создавать. Для их проверки полезно иметь устройство, позволяющее быстро проверить состояние выхода, чтобы увидеть, что там присутствует логический 0 или логическая 1. Можно воспользоваться осциллографом или вольтметром, но самую наглядную индика-

Рис. 13.5. Схема логического пробника.

цию дает простая схема пробника с усилителем, приведенная на рис. 13.5. Лампа накаливания или светодиод будут ярко светиться при входном напряжении больше 2 В, так что при наличии логической 1 фактически в любой логической системе индикатор будет срабатывать. С другой стороны, входное напряжение менее 1 В, соответствующее логическому 0, совсем не вызовет свечения лампы. В схемах, изображенных на рис. 13.4, логической 1 соответствует +5 В (напряжение питания), а логическому О соответствует О В. Такая договоренность, когда логической 1 соответствует высокий уровень, а логическому 0 соответствует низкий уровень, употребляется чаще всего. Иногда применяют другой вариант, так называемую отрицательную логику, когда логической 1 соответствует низкое напряжение, а логическому 0 соответствует высокое напряжение, но он редко используется на практике. Большинство логических схем работают с напряжением питания +5 В; для наших простых примеров подойдет батарея с напряжением 4,5—6 В, но для логических ИС, как правило, источник питания должен обеспечивать напряжение +5 В с точностью 5 %.

В схеме на рис. 13.4, а логическая 1 (+5 В) на входе вводит транзистор в состояние насыщения и делает выходное напряжение фактически равным нулю (логический 0). Итак, если на входе имеется логическая 1, то на выходе возникает «НЕ логическая 1» и схема работает как инвертор. Состояние на выходе этой схемы можно выразить формулой булевой алгебры (по правилам математической логики):

где А — логическое состояние на входе. Надчеркивание означает обратное (отрицательное) значение переменной.

В схеме ИЛИ-НЕ на рис. 13.4, б диоды Z), и D2 образуют два входа, по каждому из которых транзистор управляется независимо. Даже в том случае, когда один из входов заземлен (логический 0), транзистор можно открыть, подав на другой вход напряжение +5 В (логическую 1). Таким образом, если на входы А ИЛИ В подана логическая 1, то на выходе будет «НЕ логическая 1». В литературе обозначение OR-NOT (ИЛИ-НЕ) заменяют на сокращенное NOR. Логическая функция ИЛИ-НЕ имеет вид:

где знак сложения означает логическую функцию ИЛИ, а надчеркивание, как и для схемы на рис. 13.4, а, — отрицание НЕ.

Если у схемы, приведенной на рис. 13.4, в, входы оставить свободными или подать логическую 1, то транзистор будет находиться в насыщении благодаря базовому току, протекающему по резистору R{, и выход окажется в состоянии логического 0. Если, однако, на любой из входов подать логический 0 (0 В), то ток, втекавший в базу, потечет через диод D{ или Dr Отметим, что наличие диода D3 в базовой цепи означает, что для того, чтобы транзистор был открыт, необходимо иметь в точке Р напряжение около + 1,2 В. Если любой из входов заземлен, то напряжение в точке Р опускается до +0,6 В благодаря диоду Dx или Dv и транзистор оказывается заперт. Подводя итог, можно сказать следующее: если на входах А И Алогическая 1, то на выходе «НЕ логическая 1». В литературе обозначение AND-NOT (И-НЕ) заменяют на сокращенное NAND. Логическая функция И-НЕ имеет вид:

Обычно в булевой алгебре знак умножения означает логическую функцию И. Заметим, что любой из элементов ИЛИ—НЕ или И—НЕ можно применять в качестве элемента НЕ, просто объединяя входы и используя их вместе как единственный вход.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты