6.2. Реалізація простих логічних функцій. Логічні елементи

Практична реалізація аналітичного опису подій алгебри логіки вико­нується у вигляді логічних схем, що будуються з логічних елементів як логічні (цифрові) автомати. При цьому проектувальника, зазви­чай, не цікавить внутрішня будова логічних елементів. Вони розгляда­ються як функціональні вузли обробки цифрової інформації.

Отже, однією з найпростіших логічних функцій є функція заперечен­ня НІ, яку ще називають операцією інверсії.

Графічне позначення логічного інвертора наведене на рис. 6.1. У якості
такого елемента може бути використано, наприклад,     у = х

транзисторний ключ - підсилювач з СЕ, що працює у х j ^ }

ключовому режимі: при високому рівні напруги на
його вході на виході матимемо низький і навпаки.         Рис. 6.1 -

Функцію, що її виконує логічний пристрій, для по- Елемент НІ легшення сприйняття часто представляють у вигляді таблиці, яку на­зивають таблицею істинності. Кількість стовбців цієї таблиці дорів­нює числу змінних, що входять до функції і є ще один стовбець, у якому вказують значення функції для кожної з можливих комбінацій вхідних змінних, а їхньому числу відповідає кількість рядків таблиці. У загаль­ному випадку кількість рядків дорівнює 2п, де п - число змінних.

Об'єднана таблиця істинності деяких основних логічних функцій, що залежать від двох змінних (усього таких функцій шістнадцять),


З таблиці видно, що, наприклад, функція АБО істинна (дорівнює 1), якщо істинною є хоча б одна із змінних, що до неї входять, а фун­кція І - тільки у випадку істин­ності обох змінних.

У загальному випадку кіль­кість вхідних змінних (кількість входів) логічних елементів, необ­хідних для реалізації складних логічних функцій, може бути будь-якою. Реально у елементів, що випускаються у вигляді ІМС, вона, як правило, складає 2 (чотири еле­менти в одному корпусі ІМС, що мають спільні кола живлення), 3 (три елемен­ти), 4 (два елементи), 8 (один елемент). Частіше це елементи І-НІ, АБО-НІ.

За елементною базою, на якій вико­нано логічні елементи, їх підрозділяють на резисторно-діодні (РДЛ-резистор-но-діодна логіка), резисторно-транзис-торні (РТЛ), резисторно-діодно-транзи-сторні (РДТЛ), транзисторно-транзис­торні (ТТЛ), на К-МОН комплементар­них транзисторах (К-МОН-логіка) і деякі інші.

Схеми двовходових резисторно-діод-них елементів 2АБО та 2І наведені на рис 6.4,а і рис. 6.4,б відповідно.

При своїй схемній простоті вони мають суттєвий недолік: падіння напруги на діодних ключах не дозволяє реалізовувати складні логічні функції з послідовним вмиканням великого числа елементів за прий­нятних значень напруги джерела живлення. Необхідно забезпечувати проміжне підсилення сигналів.

Підсилення забезпечують елемен­ти, побудовані на основі транзистор­них ключів. Наприклад, це інвертор, схема якого наведена на рис. 6.5. Звер­ніть увагу: подача невеликої негатив­ної напруги зміщення U3m забезпечує надійне закривання транзистора -збільшує завадостійкість елемента.

Широке розповсюдження знайшли елементи ТТЛ. Схема двоходового ТТЛ елемента 2І-НІ наведена на рис. 6.8.

Відмінною його рисою є на­явність на вході багатоемітер-ного транзистора VT1, що є на­бутком інтегральної технології і заміняє вхідний діодний вузол елементів РДТЛ.

Елемент ТТЛ також має складний двотактний вихідний каскад, що дозволяє збільши­ти навантажувальну здатність

елемента - знижує вплив опору колектор­ного резистора на ве­личину вихідного сиг­налу, що відповідає 1.

Діод VD (як порого-вий елемент з напру­гою відкривання близь­ко 0,6 В) надійно забез- х2 о-печує закритий стан транзистора VT3 при відкритому VT2 (паді­ння на якому складає 0,2 - 0,4 В).

Розсмоктування зарядів у базі насиченого транзистора при відкриванні триває значний час. Для його зменшення транзистору забезпечують стан, коли він зак­ритим знаходиться на межі режимів насичення і активного. Для цього в ІМС застосовують діод Шоттки, що вмикається паралельно до пе­реходу база-колектор транзистора (анодом до бази). Швидкодія при цьому значно підвищується. Така структура називається транзисто­ром Шоттки.

На рис. 6.9 наведена схема двовходового елемента І-НІ, виконаного на комплементарних К-МОН транзисторах. Як видно з рисунку, еле­мент складається тільки

з чотирьох МОН-транзи-сторів, що одночасно ви­конують і роль резис­торів, бо опір їхнього ка­налу становить від де­сятків до сотень ом.

Вихід елемента тран­зисторними ключами VT1 або VT2 підмикається до шини живлення, а VT3 і VT4 - до нульової шини.

Діоди VD1 і VD2 забезпечують захист вхідних кіл ІМС від подачі від'ємної напруги.

Зазначимо, що захисні ланцюжки встановлюють на входах багатьох видів ІМС з метою їхнього захисту як від напруги недопустимої поляр­ності, так і від перевищення вхідною напругою допустимого значення. Наприклад, від дії статичної електрики у разі дотику людини до ви­водів ІМС.

Елементи К-МОН прості у виготовленні (а значить дешеві), мають більшу завадостійкість ніж елементи ТТЛ, а за частотними властиво­стями у останній час наближаються до них.

Перевагою К-МОН логіки є ще й те, що вона працездатна у широко­му діапазоні змін напруги живлення. Так, якщо для ІМС ТТЛ типове значення напруги живлення становить 5 В ± 5 %, то для ІМС К-МОН вона може становити від 3 до 15 В.

Q Контрольні запитання

Поясніть, на чому базується аналіз роботи цифрових пристроїв?

Вкажіть, як оцінюють подію в алгебрі логіки?

Поясніть, як можна моделювати події алгебри логіки?

Поясніть, що таке логічна (двійкова) змінна, логічна функція?

Які найпростіші логічні функції Ви знаєте?

Наведіть закони і тотожності алгебри логіки.

Наведіть можливі способи реалізації простих логічних функцій за допомогою електронних пристроїв.

Поясніть специфіку реалізації логічних елементів залежно від обраної елементної бази?

Що таке багатоемітерний транзистор?

Поясніть, чому елементи К-МОН-логіки дешеві у виготовленні?


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я