Основные логические элементы в дискретном исполнении

Логический элемент НЕ (табл. 2.1) имеет один вход и один выход и выполняет операцию НЕ. Он представляет собой усилительный каскад на биполяр­ном или полевом транзисторе, работающий в ключевом режиме. На рис. 2.1 показан элемент НЕ на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОЭ. Элемент предназначен для работы с сигналами положи­тельной полярности в положительной логике. Транзистор Т закрыт отри­цательным потенциалом на базе, подаваемым от источника E_б. При подаче на вход элемента сигнала низкого уровня U_вх = U°, соответст­вующего логическому 0, транзистор остается закрытым, коллекторный ток равен нулю, т. е. через резистор R_к ток не проходит и на выходе напряжение U_вых = +Е_к, т. е. высокого уровня U¹, соответствующего логической 1.

При высоком уровне напряжения на входе транзистор находится в режиме насыщения, появляется коллекторный ток резисторе R_к создается падение напряжения примерно равное Е_к, а на выходе напряжение примерно равно нулю, т.е. будет логический нуль. Итак, если х = 0, то у = 1, если х = 1, то у = 0, т. е. Элемент является инвертором - выполняет операцию отрицания.

Следует отметить, что если элемент выполнен на кремниевом транзисторе n-p-n структуры, источник смещения R_б можно не включать.

Логический элемент И (табл. 2.1) может иметь два (или более) входа и один выход и работать как при потенциальных, так и при импульсных сигналах. Аналогом его может служить схема из последовательно включенных контактов реле.

Элемент, выполненный на диодах и предназначенный для pa6oты с сигналами в виде напряжений (или импульсов) положительной полярности в положительной логике, показан на рис. 2.2. Он имеет три входа и один выход. Элемент реализует операцию И, т.е. сигнал 1 появляется на выходе тогда, когда одновременно на всех входах присутствует сигнал 1. При этом, если хотя бы на одном входе имеется сигнал 0, он передается через открытый диод на выход, при этом обеспечивается запирание тех диодов, на которые со стороны входа воздействуют сигналы, соответствующие логической 1.

Если на одном из входов цепи, например Bx1, действует сигнал 0, то диод Д₁ будет открыт и ток пройдет по цепи +Е, резистор R, диод Д₁, источник U°. Все напряжение источника приложится к резистору R и на выходе напряжение окажется равным U⁰, т.е. сигнал на выходе - логический нуль. На остальных входах действует высокий потенциал U¹, поэтому диоды закрыты.

Если на всех входах действует напряжение U¹, то все диоды будут закрыты, ток в цепи +Е_к, R, закрытый диод, источник U¹ не проходит и падение напряжения на резисторе R равно нулю. На выходе напряжение Е > U°, что соответствует логической 1.

Элемент И может работать и без источника питания.

Логический элемент ИЛИ (табл. 2.1) может иметь два (и более) входа, один выход и работать как при потенциальных, так и при импульсных сигналах. Аналогом его может служить схема из параллельно включенных реле.

Рассмотрим элемент ИЛИ, выполненный на диодах и предназначенный для работы от сигналов в виде напряжений (импульсов) положительной полярности в положительной логике (рис.2.3). Для того чтобы элемент реализовал операцию ИЛИ, необходимо, чтобы сигнал на выходе имел значение 1, когда хотя бы на одном из входов действует сигнал 1. При этом должно обеспечиваться запирание всех диодов, на которые со стороны входа воздействует сигнал 0. Соотношение потенциалов источника сигналов низкого U⁰ и высокого U¹ уровней и источника питания Е такое же, как и в схеме элемента И: U⁰ < Е < U¹.

Если на все входы подано низкое напряжение, все диоды закрыты, так как потенциал их анодов ниже потенциала катодов; следовательно, напряжение на выходе соответствует логическому 0. При подаче хотя бы на один из входов, например Вх1, высокого напряжения откроется диод Д1, который подключен к этому входу, а так как сопротивление открытого диода равно нулю, то на выходе появляется сигнал U¹ (логическая 1). Если в это время на какие то диоды со стороны входа будет подан низкий потенциал, то они окажутся закрытыми, так как их катодам сообщится потенциал +U¹. На выходе сигнал будет соответствовать логической 1. Таким образом, на выходе схемы появляется сигнал 1, если хотя бы на одном из входов (или первом, или втором, или третьем) сигнал соответствует логической 1.

Следует отметить, что элемент ИЛИ в положительной логике может выполнять операцию И в отрицательной логике, и наоборот.

Элемент ИЛИ, как и элемент И, может не содержать источника питания.

Логический элемент И-НЕ диодно-транзисторной логики (ДТЛ) (рис.2.4). Входные сигналы подаются на элемент И, выходной сигнал снимается с элемента НЕ. Таким образом, на выходе схемы будет сигнал 1, если на входе элемента НЕ присутствует сигнал 0. Это возможно тогда, когда хотя бы на один вход элемента И подан сигнал 0. Схема на рис.2.4 представляет собой соединение через диоды Д_с двух элементов: диодного элемента И и транзисторного элемента НЕ. Рассмотрим работу элемента. Если на все входы подано напряжение, соответствующее логической 1, все диоды будут закрыты и ток в цепи источник Е₁, резистор R₁, открытые диоды Д_с пройдет на базу транзистора.  Вследствие падения напряжения на резисторе R₁ потенциал j₁ окажется несколько ниже потенциала +Е₁, диоды Д_с будут открыты и потенциал базы j_Б транзистора меньше потенциала j₁ на значение падения напряжения на диодах Д_с (но выше 0, 6 В, так, что транзистор будет находиться в режиме насыщения). На выходе элемента НЕ установится низкое напряжение, соответствующее логическому 0. Если хотя бы на один вход, например Вх₁, будет подан логический 0, то соответствующий диод Д₁ будет открыт. И потенциал j₁ будет соответствовать логическому 0. Ток от источника Е₁ будет проходить через резистор R₁. Часть тока замкнется через открытый диод Д₁, часть – через смещающие диоды Дс, резистор R₂. Потенциал базы j_Б будет несколько ниже потенциала j₁ и значительно меньше 0, 6 В, при этом транзистор будет закрыт и на выходе элемента НЕ получаем логическую 1.

Логический элемент ИЛИ-НЕ. На рис.2.5 показана схема логического элемента ИЛИ-НЕ, которая работает подобно элементу типа НЕ с несколькими входами. Если на одном или нескольких входах схемы появляется сигнал 1, то он передается на базу транзистора и переводит его в насыщенное состояние (транзистор открывается). В результате этого напряжение на выходе схемы становиться соответствующим логическому 0. Только в том случае, когда на всех входах схемы имеются сигналы 0, транзистор остается в запертом состоянии (за счет напряжения смещения от Е_б) и на выходе схемы появляется сигнал 1. Следует отметить, что схема, представленная на рис.2.4 и реализующая функцию И-НЕ в положительной логике, работает как элемент ИЛИ-НЕ в отрицательной логике.

Анализ табл. 2.2 позволяет сделать следующий вывод:

;                   

Эти выражения имеют большое значение для преобразования сложных логических схем.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: