Логические элементы

7.2. Логические элементы

Логические операции реализуются с использованием электрических схем, которые называются логическими элементами. Они изготавливаются в виде интегральных микросхем в большинстве своем на базе диодов и транзисторов, либо только транзисторов. В связи с этим различают два типа логических элементов: ДТЛ (диодно-транзисторная логика) и ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика). На рис. 7.2 представлены схемные обозначения элементов, выполняющих простейшие логические операции. При этом элементы “ИЛИ” и “И” – двухвходовые, т.е. выполняющие операции с двумя входными переменными. Однако промышленностью выпускаются логические элементы “ИЛИ” и “И” с большим числом входных клемм.

[pic 1]

Рисунок 7.2. Схемное обозначение логических элементов

На рис. 7.3 приведена схема на диодах, с помощью которой реализуется операция логического сложения. Действительно, при отсутствии на входах этой схемы сигналов (x[pic 2] = 0, где i = 1, 2, … n) все диоды будут находиться в закрытом состоянии и на резисторе падение напряжения равно нулю (F = 0). При подаче хотя бы на один вход схемы сигнала положительной полярности диод, установленный на этом входе, перейдет в открытое состояние. Через него и последовательно включенный с ним резистор R будет протекать ток, падение напряжения на резисторе будет отличаться от нуля. F = 1.

[pic 3]

Рисунок 7.3. Реализация              Рисунок 7.4. Реализация логической     логической  операции                           операции «И» на диодах

     «ИЛИ» на диодах                

Нетрудно также показать, что схема на рис. 7.4 обеспечивает выполнение операции  “И”. Через  резистор R[pic 4] будет протекать ток, и с этого резистора будет сниматься напряжение, равное Uвых = ER[pic 5]/(R[pic 6] + R[pic 7]), т.е. F = 1, когда катоды всех диодов будут под положительным потенциалом, превышающим величину Uвых (x[pic 8] = 1), а, следовательно, все диоды будут закрыты. Если хотя бы на одном входе схемы сигнал отсутствует, соответствующий диод будет открыт, и через него будет протекать ток в обход резистора R[pic 9], поскольку его сопротивление выбирается много больше сопротивления открытого диода. Падение напряжения на резисторе R[pic 10] в данном случае будет равно нулю. F = 0.

Операция “НЕ” может быть реализована на биполярном транзисторе типа n-p-n, включенного по параллельному варианту построения ключевой схемы (рис. 4.2.а). Как было показано в разделе 4.1, при подаче на вход схемы сигнала положительной полярности определенного уровня (x = 1) транзистор будет находиться в открытом состоянии, т.е. в точке “б” на рис. 4.4,б. Этому режиму транзистора соответствует очень малая величина напряжения коллектор-эмиттер, Δ UКЭ ОТК, которая является выходом схемы, F = 0. При отсутствии на входе сигнала (x = 0) транзистор будет закрыт (точка «а» на рис. 4.4,в), и с выхода схемы снимается напряжение, практически равное +Е, т.е. F = 1.

Следует отметить, что напряжение на выходе схем рис.7.3 и 7.4, равное нулю, обеспечиваются лишь при идеальном шунтировании резистора, с которого снимается выходное напряжение открытыми диодами. При реализации логической операции «НЕ» из-за наличия остаточного напряжения на открытом транзисторе выходное напряжение также отличается от нуля. Таким образом, в реальных логических элементах логическим нулем, фактически, является не нулевое, а малая величина напряжения. В связи с этим в справочных данных обычно вместо «0» указывается «н» (низкий уровень напряжения) и соответственно вместо «1» указывается «в» (высокий уровень напряжения).