Логические схемы

Логическое отрицание (инверсия, или операция НЕ)

Отрицанием называется такая логическая связь между логическим аргументом и логической функцией , при которой истин-но только тогда, когда ложно, и, наоборот. Символическая запись операции следующая:

. (7.6)

В виде таблицы истинности инверсия записывается следующим образом:

Таблица истинности операции инверсия

Таблица 7.3

х	у

Электронные схемы, предназначен­ные для выполнения логических операций над цифровой информацией, называются логическими.

В зависимости от кодирования состояния сигнала различают положительную логику (0 — низкий уровень, 1 — высокий уровень) и отрицательную (0 — высокий уровень, 1 — низкий уровень). Иногда говорят, что схема управляется положительными или отрица-тельными им­пульсами. Это значит, что для изменения состояния схемы необходимо на заданное время изменить уровень входного сигнала с 0 на 1 или с 1 на 0. Логические преобразования двоичных сигналов выпол­няются на базе элементарных операций алгебры логики.

Логика – семейство логических элементов, реализованных на одинаковой элементной базе и на общих схемотехнических принци-пах.

Выделяются следующие классы логических элементов, так называемые логики:

· диодно-транзисторная логика (ДТЛ)

· резисторно- транзисторная логика (РТЛ)

· транзисторно- транзисторная логика (ТТЛ)

· эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)

· на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП)

и т. д.

В настоящее время наиболее широко используются следующие логики: ТТЛ, ТТЛШ,КМОП, ЭСЛ. Устарела и практически не используется резисторно – транзисторная логика.

Параметры логических элементов (ЛЭ):

· помехоустойчивость – способность логического элемента сохранять истинное логическое значение на выходе при подаче на его вход помехи.

· быстродействие – максимальное число переключений логического элемента из одного логического состояния в другое в единицу времени. Ограничивается переходными процессами.

По быстродействию:

сверхбыстродействующие (£5нс)

быстродействующие (£10нс)

среднее быстродействие (£50нс)

низко быстродействующие (>50 нс)

· коэффициент объединения по входу - количество входов: nÎ{1,2,3,4,8}

· нагрузочная способность (коэффициент разветвления)

m – количество входов аналогичных элементов, которые

можно подсоединить к выходу данного элемента без искаже-

жения выходного сигнала.

m®10

m®40 (c повышенной нагрузочной способностью)

· потребляемая мощность - мощность потребляемая микросхемой от источника питания.

Рассмотрим простейшие логические схемы:

Элемент «ИЛИ».

Схема представлена в диодно – резисторной логике. Выполняет функцию логического сложения. .

В алгебраическом виде:

Рисунок 7.16. Схема ИЛИ

Схема построена на диодах , базы которых соеди-нены вместе и с минусом источника через сопротивление . Таким образом, откроется диод или нет, зависит только от комбинации сигналов на входах.

Если на входах схемы оба вход­ных сигнала равны логическому нулю, диоды закрыты, ток в схеме отсутствует, и падение напряжения на резисторе будет равно нулю: на выхо-де - логический 0. При подаче на оба входа логической единицы , диоды открываются, через них проходит большой пря-мой ток. Выходное напряжение, при этом, будет равно падению напря­жения на резисторе и равно логической единице . Аналогичный результат получится, и тогда, когда хотя бы на один из входов или подана логическая единица (откроется соответствующий диод). На выходе также .

Элемент «И»

Схема представлена в диодно – резисторной логике. Выполняет функцию логического умножения .

Рисунок 7.17. Cхема «И»

В алгебраическом виде: . На входах два диода . Эмиттеры диодов соединены вместе и с плюсом источника через сопротивление . Откроются ли диоды или нет зависит от комбинации сигналов на входах. При подаче на оба входа логической единицы диоды закрыты. Напряжение на выходе обусловлено потенциалом источника питания и равно ВЫСОКОМУ уровню (логической единице ). При подаче на один из входов, например первый, НИЗКОГО уровня напряжения (логический ноль ), диод откроется и через малое сопротивление открытого диода нулевой потенциал попадет на выход. Аналогичный результат будет получен, если на второй вход или на оба входа одновременно будут поданы низкие потенциалы (логический ноль ). На выходе схемы будет также логический ноль ().

Элемент НЕ, инвертор. Операция отрицания означает изме-нение полярности выходного сигнала относительно входного. Схема НЕ приве­дена на рисунке 7.18.Схема представляет собой однокаскадный усилитель (схема ОЭ) без цепей смещения. Рабо-та схемы осуществляется следующим образом. Если сигнал на базе транзистора отсутствует , то транзистор закрыт, и через транзистор и резистор ток не протекает. Падение на-пряжения на резисторе равно нулю, и потенциал коллектора транзистора равен потенциалу . Выходное напряжение в этом случае, равное напряжению между коллектором и эмиттером транзистора, равно напряжению источника питания .

При поступлении на базу транзистора ВЫСОКОГО уровня напряжения (логической единицы ) транзистор переходит в открытое (насыщенное) состояние, в коллекторной цепи потечет предельный ток . Напряжение на выходе, равное напряжению между коллектором и эмиттером (согласно урав-нению нагрузочной прямой )

Рисунок 7.18. Схема инвертора (НЕ)

будет иметь значение близкое к напряжению логического нуля

В настоящее время для сокращения номенклатуры интег-

ральных схем промышленность выпускает более сложные логические схемы типа ИЛИ — НЕ, И —- НЕ. Такие схемы называ-ются функционально полными, так как на основе их можно реализовать логические функции любой сложности. Условное обозначение этих схем приведено на рисунке 7.19.

Рисунок 7.19. Схемотехнические обозначения элементов ИЛИ-НЕ, И – НЕ и инвертора на базе элемента ИЛИ - НЕ

Логические схемы применяются для построения раз­личных элементов и узлов ЭВМ, например триггеров, сумматоров, дешифраторов.

Дата добавления: 2015-05-06