Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Логические элементы




Элементные структуры цифровой электроники.

Элементные структуры – это совокупность логических, запоминающих и вспомогательных элементарных устройств, связанных общей технологией изготовления интегральных схем. Логические элементы предназначены для выполнения различных операций над цифровыми данными; запоминающие элементы – для хранения двоичной цифровой информации; вспомогательные элементы – для согласования по уровню, форме, коду, частоте и другим параметрам.

Логический элемент – интегральная схема, в которой выходной сигнал связан со входным по законам алгебры логики.

В цифровой электронике в качестве основных логических элементов приняты следующие 7:

 

1) НЕ, NOT реализует логическую логическое отрицание (инверсия);

 

УГО - условное графическое обозначение:

 

Таблица истинности – сочетание всех возможных выходных сигналов и соответствующих им комбинаций входных сигналов.

ФАЛ - функция алгебры логики:

 

ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика:

 

 

Транзисторный ключ на биполярном транзисторе может находится в двух состояниях: при наличии входного сигнала транзистор открыт, работает в режиме насыщения, внутреннее сопротивление стремится к 0, а выходное напряжение пропорционально сопротивлению, и ФАЛ равна нулю; а если входной сигнал отсутствует, то транзистор работает в режиме отсечки (закрыт), внутреннее сопротивление стремится к бесконечности, выходной сигнал – напряжение высокого уровня, что соответствует логической единице.

 

Достоинством этой схемы является быстродействие; недостатком – малая нагрузочная способность.

Под нагрузочной способностью понимают количество устройств, которыми может быть нагружена интегральная схема. Коэффициент разветвления по выходу не более 15.

 

«НЕ» на МОБ-транзисторе.

 

 

VT1 выполняет роль коллекторной нагрузки, VT2 – ключа. На затвор VT1 все время подан положительный потенциал, т.е. он всегда открыт; VT2 открыт только в том случае, если на входе есть положительный сигнал, т.е. =1, внутренне сопротивление равно 0, выходное напряжение равно 0.

 

К достоинствам относят:

1) на той же площади кристалла, что и у биполярного ключа, располагается в 10 раз больше транзисторов, т.е. стоимость меньше;

2) нагрузочная способность в 10 раз больше, чем на биполярном транзисторе;

3) в 1000 раз меньше потребление мощности от источника питания, поэтому схема распространена. Но быстродействие в 10 раз меньше, это объясняется большими сопротивлениями во входной и выходной цепи и большими входными емкостями конденсатора между затвором и истоком.

 

2) ИЛИ, OR реализует логическую функцию – логическое сложение (дизъюнкция);

УГО:

ФАЛ: F = X1 + X2 = X1 V X2.

 

X1 X2 F
     
     
     
     

Таблица истинности:

 

В логике ТТЛ:

Биполярные транзисторы VT1 и VT2 соединены параллельно, входные сигналы подаются на базы транзисторов, выходной – снимается с сопротивления эммитера.

Если хотя бы один транзистор открыт (т.е. сигнал на базе имеет напряжение высокого уровня Х1=Uн=1), то через Rэ проходит ток, который создает падение напряжения на Rэ не равное нулю: F=1=Uн.

Если сигналы на обоих входах отсутствуют, то оба транзистора заперты, токи через них не протекают, напряжение на Rэ равно нулю.

 

 

В МДП-логике:

Входные сигналы Х1 и Х2 подаются на затворы VT1 и VT2, в схеме использованы транзисторы с индуцированными каналами. Роль сопротивления нагрузки в этих транзисторах выполняет VT3.

Если на одном из транзисторов VT1/VT2 на затворе положительный потенциал (т.е. 1), то транзистор пропускает ток от +Э, на VT3, который всегда открыт, с VT3 снимаем напряжение.

 

3) И, AND – выполняет функцию логического умножения (конъюнкция).

 

УГО:

ФАЛ: F = X1*X2 = X1 Λ X2.

 

X1 X2 F
     
     
     
     

Таблица истинности:

 

В логике ТТЛ:

В ТТЛ логике биполярные транзисторы VT1 и VT2 теперь соединены последовательно. Напряжение на Rэ появится только в том случае, если будут открыты оба транзистора и VT1 и VT2. Если хоть один из транзисторов закрыт, то сигнал на выходе отсутствует.

 

Схема И на многоэммитерном транзисторе (с МЭТ VT1):

Отличительной особенностью схемы является использование многоэммитерного транзистора, в котором количествоэммитеров равно количетву входов логического элемента.

Если входные сигналы Х1 и Х2 – напряжение высокого уровня (1), то ток через переходы база-эммитер транзистора VT1 не протекает и вынужден идти через переход база-коллектор, при этом на базе транзистора VT2 появляется отпирающее напряжение, транзистор VT2 открывается, через него протекает ток, который создает на Rэ падение напряжения F=1.

Если хотя бы на 1 из выходов Х1/Х2 сигнал отсутствует, то пойдет ток через переход эммитер-база транзистора VT1 и для включения транзистора VT2, оставшегося тока база-коллектор VT1 будет недостаточно, следовательно, ток через VT2 не протекает F=0.

 

 

4) ИЛИ-НЕ, NOR выполняет операцию логического сложения с инверсией.

 

УГО:

ФАЛ: F =

 

X1 X2 F
     
     
     
     

Таблица истинности:

 

В логике ТТЛ:

Если на обоих входах транзисторов VT1 и VT2 имеются сигналы, то оба транзистора открыты, протекает ток iк и F0=0.20.3 В.

 

5) И-НЕ, NAND выполняет операцию логического умножения с инверсией.

 

УГО:

ФАЛ: F=.

 

X1 X2 F
     
     
     
     

Таблица истинности:

 

В логике ТТЛ (базовый элемент ТТЛ логики):

Если на входах Х1 и Х2 МЭТ VT1 имеется входное напряжение высокого уровня, то ток через переходы база-эммитер транзистора VT1 не проходит. Весь ток пойдет через переход (VT1) база-коллектор и откроет транзистор VT2, следовательно, потечет ток , в результате на входе транзистора VT2 низкий потенциал не откроет этот транзистор. С другой стороны появится напряжение на базе транзистора VT4, транзистор VT4 откроется, и тогда на его выходе появится сигнал F=0.

Базовый элемент И-НЕ считается универсальным, т.к. с его помощью можно получить любой логический элемент, в том числе описываемый основными логическими функциями И, ИЛИ, НЕ.

Универсальность базового элемента И-НЕ состоит в том, что, используя только этот элемент, можно создать логическую интегральную схему любой степени сложности.

 

6) ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, XOR – сумматор по модулю 2 или логическая неравнозначность.

 

УГО:

ФАЛ: F=

 

X1 X2 F
     
     
     
     

Таблица истинности:

 

Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ может быть получен с использованием:

1) разных логических элементов (НЕ, И-НЕ);

2) в базисе И, НЕ;

3) в базисе ИЛИ, НЕ.

 

7) ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, XNOR – логическая равнозначность.

 

УГО:

ФАЛ: (А=В)=А*В+

 

Таблица истинности:

А В А=В А<В А>В
         
         
         
         

 

Сложные логические элементы.

Часто при выполнении функций алгебры логики приходится выполнять последовательность операций И, ИЛИ, НЕ, поэтому промышленность выпускает такие интегральные схемы массовым тиражом.

 

 

ИС 555 ЛР 2

2-2-3-4-4И-4ИЛИ-НЕ

 

Условные обозначения логических элементов:

 

К     Л А
         

1) К – широкое применение ИС;

2) 1 – полупроводниковая ИС (технология изготовления ИС);

3) № серии;

4) функциональное назначение (логический элемент)

5) тип логического элемента:

ЛИ – И

ЛН – НЕ

ЛА – И-НЕ

ЛЕ – ИЛИ-НЕ

ЛЛ – ИЛИ

ЛР – И, ИЛИ, НЕ.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 615; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.049 сек.