इनपुट डेटा पर कुछ तार्किक संचालन करने के लिए डिज़ाइन किए गए विद्युत सर्किट को तर्क तत्व कहा जाता है। यहां इनपुट डेटा को विभिन्न स्तरों के वोल्टेज के रूप में दर्शाया जाता है, और आउटपुट पर तार्किक ऑपरेशन का परिणाम भी एक निश्चित स्तर के वोल्टेज के रूप में प्राप्त होता है।
इस मामले में, ऑपरेंड की आपूर्ति की जाती है - तर्क तत्व के इनपुट पर उच्च या निम्न स्तर के वोल्टेज के रूप में सिग्नल प्राप्त होते हैं, जो अनिवार्य रूप से इनपुट डेटा के रूप में काम करते हैं। इस प्रकार, एक उच्च स्तर का वोल्टेज - एक तार्किक 1 - ऑपरेंड का सही मूल्य इंगित करता है, और एक निम्न स्तर का वोल्टेज 0 - एक गलत मान इंगित करता है। 1 - सत्य, 0 - असत्य।
तर्क तत्व- एक तत्व जो इनपुट और आउटपुट सिग्नल के बीच कुछ तार्किक संबंधों को लागू करता है। तर्क तत्वों का उपयोग आमतौर पर कंप्यूटर के तार्किक सर्किट और अलग-अलग स्वचालित निगरानी और नियंत्रण सर्किट के निर्माण के लिए किया जाता है। सभी प्रकार के तार्किक तत्व, उनकी भौतिक प्रकृति की परवाह किए बिना, इनपुट और आउटपुट सिग्नल के अलग-अलग मूल्यों की विशेषता रखते हैं।
तर्क तत्वों में एक या अधिक इनपुट और एक या दो (आमतौर पर एक दूसरे के विपरीत) आउटपुट होते हैं। तार्किक तत्वों के आउटपुट सिग्नल के "शून्य" और "एक" के मान तत्व द्वारा किए जाने वाले तार्किक फ़ंक्शन और इनपुट सिग्नल के "शून्य" और "एक" के मान से निर्धारित होते हैं, जो खेलते हैं स्वतंत्र चर की भूमिका. ऐसे प्राथमिक तार्किक कार्य हैं जिनसे कोई भी जटिल तार्किक कार्य बनाया जा सकता है।
तत्व सर्किट के डिज़ाइन के आधार पर, उसके विद्युत मापदंडों पर, इनपुट और आउटपुट के तार्किक स्तर (उच्च और निम्न वोल्टेज स्तर) में उच्च और निम्न (सही और गलत) स्थितियों के लिए समान मान होते हैं।
परंपरागत रूप से, तर्क तत्व विशेष रेडियो घटकों - एकीकृत सर्किट के रूप में निर्मित होते हैं। संयोजन, विच्छेदन, निषेध और मॉड्यूलो जोड़ (और, या, नहीं, एक्सओआर) जैसे तार्किक संचालन मुख्य प्रकार के तार्किक द्वारों पर किए जाने वाले बुनियादी संचालन हैं। आगे, आइए इनमें से प्रत्येक प्रकार के तर्क तत्वों को अधिक बारीकी से देखें।
तर्क तत्व "और" - संयोजन, तार्किक गुणन, और
"AND" एक तार्किक तत्व है जो इनपुट डेटा पर संयोजन या तार्किक गुणन ऑपरेशन करता है। इस तत्व में 2 से 8 (उत्पादन में सबसे आम 2, 3, 4 और 8 इनपुट वाले "AND" तत्व हैं) इनपुट और एक आउटपुट हो सकते हैं।
विभिन्न संख्या में इनपुट के साथ तार्किक तत्वों "AND" के प्रतीक चित्र में दिखाए गए हैं। पाठ में, एक निश्चित संख्या में इनपुट के साथ एक तार्किक तत्व "AND" को "2I", "4I" आदि के रूप में नामित किया गया है - दो इनपुट के साथ एक "AND" तत्व, चार इनपुट के साथ, आदि।
तत्व 2I के लिए सत्य तालिका से पता चलता है कि तत्व का आउटपुट तभी तार्किक होगा जब तार्किक पहले इनपुट और दूसरे इनपुट पर एक साथ हों। शेष तीन संभावित मामलों में, आउटपुट शून्य होगा।
पश्चिमी आरेखों में, I तत्व आइकन में इनपुट पर एक सीधी रेखा और आउटपुट पर एक गोल रेखा होती है। घरेलू आरेखों पर - प्रतीक "&" के साथ एक आयत।
तार्किक तत्व "OR" - विच्छेदन, तार्किक जोड़, या
"OR" एक तार्किक तत्व है जो इनपुट डेटा पर विच्छेदन या तार्किक जोड़ ऑपरेशन करता है। यह, "I" तत्व की तरह, दो, तीन, चार, आदि इनपुट और एक आउटपुट के साथ उपलब्ध है। विभिन्न संख्या में इनपुट के साथ तार्किक तत्वों "OR" के प्रतीक चित्र में दिखाए गए हैं। इन तत्वों को इस प्रकार नामित किया गया है: 2OR, 3OR, 4OR, आदि।
"2OR" तत्व के लिए सत्य तालिका से पता चलता है कि तार्किक को आउटपुट पर प्रदर्शित करने के लिए, यह पर्याप्त है कि तार्किक पहले इनपुट पर या दूसरे इनपुट पर हो। यदि एक साथ दो इनपुट पर तार्किक हैं, तो आउटपुट भी एक होगा।
पश्चिमी आरेखों में, "OR" तत्व आइकन में एक गोलाकार इनपुट और एक गोलाकार, नुकीला आउटपुट होता है। घरेलू आरेखों पर प्रतीक "1" के साथ एक आयत है।
तर्क तत्व "नहीं" - निषेध, इन्वर्टर, नहीं
"नहीं" एक तार्किक तत्व है जो इनपुट डेटा पर तार्किक निषेध ऑपरेशन करता है। यह तत्व, जिसमें एक आउटपुट और केवल एक इनपुट होता है, को इन्वर्टर भी कहा जाता है, क्योंकि यह वास्तव में इनपुट सिग्नल को उल्टा (उलट) देता है। यह आंकड़ा तार्किक तत्व "नहीं" के लिए प्रतीक दिखाता है।
इन्वर्टर के लिए सत्य तालिका से पता चलता है कि एक उच्च इनपुट क्षमता कम आउटपुट क्षमता पैदा करती है और इसके विपरीत।
पश्चिमी आरेखों में, "नहीं" तत्व आइकन में आउटपुट पर एक वृत्त के साथ एक त्रिकोण का आकार होता है। घरेलू आरेखों पर आउटपुट पर एक वृत्त के साथ प्रतीक "1" के साथ एक आयत होता है।
तर्क तत्व "नंद" - निषेध के साथ संयोजन (तार्किक गुणन), नंद
"AND-NOT" एक तार्किक तत्व है जो इनपुट डेटा पर एक तार्किक जोड़ ऑपरेशन करता है, और फिर एक तार्किक निषेध ऑपरेशन करता है, परिणाम आउटपुट पर भेजा जाता है। दूसरे शब्दों में, यह मूल रूप से एक "AND" तत्व है, जो "NOT" तत्व द्वारा पूरक है। यह आंकड़ा तार्किक तत्व "2AND-NOT" का प्रतीक दिखाता है।
NAND गेट के लिए सत्य तालिका AND गेट के लिए सत्य तालिका के विपरीत है। तीन शून्य और एक के स्थान पर तीन एक और एक शून्य होते हैं। गणितज्ञ हेनरी मौरिस शेफ़र के सम्मान में NAND तत्व को "शेफ़र तत्व" भी कहा जाता है, जिन्होंने पहली बार 1913 में इसके महत्व को नोट किया था। केवल आउटपुट पर एक सर्कल के साथ, "I" के रूप में दर्शाया गया है।
तार्किक तत्व "OR-NOT" - निषेध के साथ विच्छेदन (तार्किक जोड़), NOR
"OR-NOT" एक तार्किक तत्व है जो इनपुट डेटा पर एक तार्किक जोड़ ऑपरेशन करता है, और फिर एक तार्किक निषेध ऑपरेशन करता है, परिणाम आउटपुट पर भेजा जाता है। दूसरे शब्दों में, यह एक "OR" तत्व है जो एक "NOT" तत्व - एक इन्वर्टर द्वारा पूरक है। यह आंकड़ा तार्किक तत्व "2OR-NOT" का प्रतीक दिखाता है।
OR गेट के लिए सत्य तालिका OR गेट के लिए सत्य तालिका के विपरीत है। उच्च आउटपुट क्षमता केवल एक मामले में प्राप्त की जाती है - कम क्षमता दोनों इनपुट पर एक साथ लागू होती है। इसे "OR" के रूप में नामित किया गया है, केवल आउटपुट पर एक सर्कल के साथ व्युत्क्रम का संकेत मिलता है।
लॉजिक गेट "अनन्य OR" - अतिरिक्त मॉड्यूलो 2, XOR
"एक्सक्लूसिव OR" एक तार्किक तत्व है जो इनपुट डेटा पर तार्किक जोड़ ऑपरेशन मॉड्यूलो 2 करता है, इसमें दो इनपुट और एक आउटपुट होता है। अक्सर इन तत्वों का उपयोग नियंत्रण सर्किट में किया जाता है। चित्र इस तत्व का प्रतीक दर्शाता है।
पश्चिमी सर्किट में छवि इनपुट पक्ष पर एक अतिरिक्त घुमावदार पट्टी के साथ "OR" की तरह है, घरेलू सर्किट में यह "OR" की तरह है, केवल "1" के बजाय इसे "=1" लिखा जाएगा।
इस तार्किक तत्व को "असमानता" भी कहा जाता है। उच्च वोल्टेज स्तर आउटपुट पर तभी होगा जब इनपुट पर सिग्नल समान नहीं होंगे (एक एक है, दूसरा शून्य है, या एक शून्य है, और दूसरा एक है), भले ही इनपुट पर दो सिग्नल हों उसी समय, आउटपुट शून्य होगा - यह "OR" से अंतर है। इन तर्क तत्वों का व्यापक रूप से योजकों में उपयोग किया जाता है।
तर्क तत्व
सामान्य जानकारी।
यह ऊपर उल्लेख किया गया था कि तार्किक कार्य और उनके तर्क मान log.0 और log.1 लेते हैं। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि उपकरणों में log.0 और log.1 एक निश्चित स्तर (या रूप) के वोल्टेज के अनुरूप होते हैं। log.0 और log.1 के भौतिक प्रतिनिधित्व की दो विधियाँ सबसे अधिक उपयोग की जाती हैं: क्षमता और आवेग.
संभावित रूप में (चित्र 2.1, ए और 2.1, बी), दो स्तरों के वोल्टेज का उपयोग लॉग.0 और लॉग.1 को दर्शाने के लिए किया जाता है: उच्च स्तर लॉग.1 से मेल खाता है ( लेवल लॉग.1) और निम्न स्तर log.0 से मेल खाता है ( लेवल लॉग.0). तार्किक मात्राओं के मानों को निरूपित करने का यह तरीका सकारात्मक तर्क कहलाता है। तथाकथित नकारात्मक तर्क का उपयोग करना अपेक्षाकृत दुर्लभ है, जिसमें log.1 को कम वोल्टेज स्तर पर और log.0 को उच्च स्तर पर सेट किया जाता है। निम्नलिखित में, जब तक कि अन्यथा निर्दिष्ट न हो, हम केवल सकारात्मक तर्क का उपयोग करेंगे।
पल्स फॉर्म के साथ, लॉग.1 एक पल्स की उपस्थिति से मेल खाता है, और तर्क 0 एक पल्स की अनुपस्थिति से मेल खाता है (चित्र 2.1, सी)।
ध्यान दें कि यदि संभावित रूप में सिग्नल (लॉग.1 या लॉग.0) के अनुरूप जानकारी लगभग किसी भी समय निर्धारित की जा सकती है, तो स्पंदित रूप में वोल्टेज स्तर और तार्किक मान के बीच पत्राचार स्थापित होता है समय में कुछ अलग क्षणों पर (तथाकथित घड़ी के क्षण), चित्र 2.1 में, पूर्णांक t = 0, 1, 2,... में दर्शाया गया है।
तार्किक तत्वों के सामान्य पदनाम।
लॉजिक गेट अलग-अलग घटकों पर नहीं बल्कि AND, OR पर आधारित हैं।
डायोड तत्व या (असेंबली)
डायोड-आधारित OR गेट में दो या दो से अधिक इनपुट और एक आउटपुट होता है। तत्व तार्किक मात्राओं के संभावित और आवेग प्रतिनिधित्व दोनों के साथ काम कर सकता है।
चित्र में. चित्र 2.2ए सकारात्मक ध्रुवता की क्षमता और दालों के साथ काम करने के लिए एक डायोड तत्व का आरेख दिखाता है। नकारात्मक तर्क और नकारात्मक क्षमता, या नकारात्मक ध्रुवीयता के दालों का उपयोग करते समय, डायोड की ध्रुवीयता को बदलना आवश्यक है, जैसा कि चित्र 2.2, बी में दिखाया गया है।
आइए चित्र में सर्किट के संचालन पर विचार करें। 2.2,ए. यदि एक पल्स (या उच्च क्षमता) केवल एक इनपुट पर कार्य करता है, तो इस इनपुट से जुड़ा डायोड खुल जाता है और पल्स (या उच्च क्षमता) खुले डायोड के माध्यम से अवरोधक आर तक प्रेषित होता है। इस मामले में, ध्रुवता का एक वोल्टेज जो सर्किट में डायोड रोकनेवाला आर पर बनता है, शेष इनपुट अवरुद्ध वोल्टेज के अधीन हैं।
चावल। 2.2.
यदि तर्क 1 के अनुरूप सिग्नल एक साथ कई इनपुट पर प्राप्त होते हैं, तो यदि इन सिग्नल का स्तर बिल्कुल बराबर है, तो इन इनपुट से जुड़े सभी डायोड खुल जाएंगे।
यदि खुले डायोड का प्रतिरोध प्रतिरोधक आर के प्रतिरोध की तुलना में छोटा है, तो आउटपुट वोल्टेज स्तर इनपुट सिग्नल स्तर के करीब होगा, भले ही लॉजिक 1 सिग्नल एक साथ कितने इनपुट पर सक्रिय हो।
ध्यान दें कि यदि इनपुट सिग्नल का स्तर भिन्न होता है, तो केवल इनपुट का डायोड जिसका सिग्नल स्तर उच्चतम होता है, खोला जाता है। प्रतिरोधक आर पर एक वोल्टेज उत्पन्न होता है जो इनपुट पर कार्यरत उच्चतम वोल्टेज के करीब होता है। अन्य सभी डायोड बंद हो जाते हैं, आउटपुट से कम सिग्नल स्तर वाले स्रोतों को डिस्कनेक्ट कर देते हैं।
इस प्रकार, तर्क 1 के अनुरूप एक संकेत तत्व के आउटपुट पर उत्पन्न होता है यदि तर्क 1 कम से कम एक इनपुट पर सक्रिय है। इसलिए, तत्व डिसजंक्शन ऑपरेशन (OR ऑपरेशन) को लागू करता है।
आइए आउटपुट पल्स के आकार को प्रभावित करने वाले कारकों पर विचार करें। मान लीजिए कि तत्व में n इनपुट हैं और उनमें से एक को आउटपुट प्रतिरोध रूट वाले स्रोत से एक आयताकार वोल्टेज पल्स के साथ आपूर्ति की जाती है। इस इनपुट से जुड़ा डायोड खुला है और कम प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है। अलग-अलग डायोड बंद हो जाते हैं, इनपुट से जुड़े स्रोतों के आउटपुट प्रतिरोधों के माध्यम से उनके पी-एन जंक्शनों की कैपेसिटेंस सी तत्व के आउटपुट के साथ समानांतर में जुड़ी होती है। लोड और इंस्टॉलेशन कैपेसिटेंस C n के साथ, कुछ समतुल्य कैपेसिटेंस C eq = C d + (n-1) C d बनता है, जो समानांतर R में जुड़ा होता है (चित्र 2.3, a)।
जिस समय इनपुट पर एक पल्स लगाया जाता है, कैपेसिटेंस सीईसी के कारण, आउटपुट वोल्टेज अचानक नहीं बढ़ सकता है; यह निरंतर समय के साथ तेजी से बढ़ता है
(आर आउट के बाद से< R), стремясь к значению U вх R/(R + R вых).
चावल। 2.3.
जिस समय इनपुट पल्स समाप्त होता है, चार्ज किए गए कैपेसिटर C eq पर वोल्टेज अचानक नहीं गिर सकता है; यह समय स्थिरांक के साथ तेजी से घटता है (इस समय सभी डायोड बंद होते हैं); क्योंकि आउटपुट पल्स की कटऑफ अवधि उसके अग्र भाग की अवधि से अधिक लंबी होती है (चित्र 2.3, बी)। तत्व के इनपुट पर अगली पल्स लगाने की अनुमति तभी दी जाती है जब पिछली पल्स की क्रिया से आउटपुट पर अवशिष्ट वोल्टेज एक निश्चित छोटे मूल्य तक कम हो जाता है। इसलिए, आउटपुट वोल्टेज में धीमी गिरावट के कारण घड़ी के अंतराल में वृद्धि की आवश्यकता होती है और इसलिए, प्रदर्शन में कमी आती है।
डायोड तत्व और (मिलान सर्किट)
एक AND गेट में एक आउटपुट और दो या अधिक इनपुट होते हैं। AND डायोड तत्व विभव और पल्स दोनों रूपों में प्रस्तुत जानकारी के साथ काम कर सकता है।
चित्र 2.4ए सकारात्मक इनपुट वोल्टेज के लिए प्रयुक्त सर्किट को दर्शाता है। नकारात्मक तर्क और नकारात्मक इनपुट वोल्टेज, या नकारात्मक ध्रुवता के दालों का उपयोग करते समय, बिजली आपूर्ति वोल्टेज की ध्रुवीयता और डायोड की ध्रुवीयता को बदलना आवश्यक है (चित्र 2.4बी)।
चावल। 2.4.
मान लीजिए कि चित्र 2.4a में सर्किट के किसी एक इनपुट का वोल्टेज स्तर log.0 स्तर के अनुरूप कम है। सर्किट में करंट को स्रोत E से प्रतिरोधक R, एक खुले डायोड और एक कम इनपुट वोल्टेज स्रोत के माध्यम से बंद कर दिया जाएगा। चूँकि एक खुले डायोड का प्रतिरोध कम होता है, इसलिए इनपुट से कम क्षमता खुले डायोड के माध्यम से आउटपुट तक प्रेषित की जाएगी। शेष इनपुट से जुड़े डायोड, जो उच्च वोल्टेज स्तर के संपर्क में आते हैं, बंद हो जाते हैं। डायोड पर अभिनय करने वाले वोल्टेज को उसके एनोड से कैथोड तक डायोड के बाहरी सर्किट को बायपास करते समय वोल्टेज को जोड़कर निर्धारित किया जा सकता है। इस बाईपास के साथ, डायोड पर वोल्टेज यू डी = यू आउट - यू इन के बराबर है। इस प्रकार, डायोड के एनोड पर लागू आउटपुट वोल्टेज उनके लिए सकारात्मक है, जो डायोड को खोलने की प्रवृत्ति रखता है; कैथोड पर लागू इनपुट वोल्टेज नकारात्मक है, जो डायोड को बंद करने की प्रवृत्ति रखता है। और यदि आप बाहर हैं< u вх, то U д отрицательно и диод закрыт. Именно поэтому, когда на выходе элемента низкий потенциал (уровень лог.0), а на входе высокий потенциал (уровень лог.1), подключенный к этому входу диод оказывается закрытым.
इस प्रकार, यदि कम से कम एक इनपुट में निम्न-स्तरीय वोल्टेज (लॉग.0) है, तो तत्व के आउटपुट पर निम्न-स्तरीय वोल्टेज (लॉग.0) उत्पन्न होता है।
सभी इनपुट पर उच्च-स्तरीय वोल्टेज संचालित होने दें (लॉग.1)। वे अर्थ में थोड़े भिन्न हो सकते हैं। इस स्थिति में, कम वोल्टेज वाले इनपुट से जुड़ा डायोड खुला रहेगा। यह वोल्टेज डायोड के माध्यम से आउटपुट तक प्रेषित किया जाएगा। शेष डायोड व्यावहारिक रूप से बंद हो जायेंगे। आउटपुट वोल्टेज को उच्च स्तर (लॉग.1) पर सेट किया जाएगा।
नतीजतन, एक लॉजिक 1 लेवल वोल्टेज तत्व के आउटपुट पर सेट किया जाता है यदि और केवल तभी जब एक लॉजिक 1 लेवल वोल्टेज सभी इनपुट पर संचालित होता है। इस प्रकार, हम यह सुनिश्चित करते हैं कि तत्व तार्किक AND संचालन करता है।
आइए आउटपुट पल्स के आकार पर विचार करें (चित्र 2.5)।
हम मान लेंगे कि कुछ समतुल्य कैपेसिटिव तत्व C eq आउटपुट से जुड़ा है, जिसकी कैपेसिटेंस में लोड, इंस्टॉलेशन और बंद डायोड की कैपेसिटेंस शामिल हैं। जिस समय सभी इनपुट पर एक वोल्टेज पल्स एक साथ लगाया जाता है, C eq (तत्व के आउटपुट पर) पर वोल्टेज अचानक नहीं बढ़ सकता है। सभी डायोड प्रारंभ में इनपुट वोल्टेज द्वारा बंद हो जाते हैं, जो डायोड के लिए नकारात्मक होते हैं। इसलिए, इनपुट सिग्नल स्रोत C eq से डिस्कनेक्ट हो जाएंगे। संधारित्र C eq को प्रतिरोधक R के माध्यम से स्रोत E से चार्ज किया जाता है। संधारित्र पर वोल्टेज (और इसलिए तत्व के आउटपुट पर) समय स्थिरांक के साथ तेजी से बढ़ता है (चित्र 2.5 बी)। जिस समय यूआउट न्यूनतम इनपुट वोल्टेज से अधिक हो जाएगा, संबंधित डायोड खुल जाएगा और यूइन की वृद्धि रुक जाएगी। स्रोत E से धारा, जो पहले C eq के माध्यम से बंद थी, को खुले डायोड सर्किट में स्विच किया जाता है।
चावल। 2.5.
जिस समय इनपुट पल्स समाप्त होती है, सभी डायोड उनके लिए सकारात्मक वोल्टेज के साथ खुलते हैं। C eq का अपेक्षाकृत तेज़ डिस्चार्ज खुले डायोड और इनपुट सिग्नल स्रोतों के कम आउटपुट प्रतिरोधों के माध्यम से होता है। आउटपुट वोल्टेज एक छोटे समय स्थिरांक के साथ तेजी से घटता है।
डायोड तत्वों OR और AND के आउटपुट पल्स के आकार की तुलना से पता चलता है कि OR तत्व में पल्स का कटऑफ अधिक विस्तारित है, और AND तत्व में इसका मोर्चा अधिक विस्तारित है।
ट्रांजिस्टर तत्व नहीं (इन्वर्टर)
चावल। 2.6.
ऑपरेशन को चित्र में दिखाए गए मुख्य तत्व द्वारा कार्यान्वित नहीं किया जा सकता है। 2.6,ए. यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि यह तत्व केवल तार्किक मूल्यों के प्रतिनिधित्व के संभावित रूप पर NOT ऑपरेशन करता है। जब इनपुट सिग्नल स्तर कम होता है, जो log.0 के अनुरूप होता है, तो ट्रांजिस्टर बंद हो जाता है, और इसके आउटपुट पर एक उच्च स्तरीय वोल्टेज E (log1) सेट किया जाता है। और इसके विपरीत, उच्च इनपुट वोल्टेज स्तर (लॉग.1 स्तर) पर, ट्रांजिस्टर संतृप्त होता है, और इसके आउटपुट (लॉग.0 स्तर) पर शून्य के करीब एक वोल्टेज सेट किया जाता है। इनपुट और आउटपुट वोल्टेज के ग्राफ़ चित्र में प्रस्तुत किए गए हैं। 2.6, बी.
AND-NOT आधार के अभिन्न तार्किक तत्व और उनके पैरामीटर।
इंटीग्रल लॉजिक तत्वों का उपयोग तार्किक मात्राओं को दर्शाने के संभावित रूप में किया जाता है।
एक एकीकृत तत्व AND-NOT प्रकार DTL का आरेख चित्र में दिखाया गया है। 2.7. एक तत्व को श्रृंखला में जुड़े दो कार्यात्मक भागों में विभाजित किया जा सकता है। इनपुट मात्राएं उस हिस्से को आपूर्ति की जाती हैं जो एक डायोड और गेट है। तत्व का दूसरा भाग, एक ट्रांजिस्टर पर बना है, एक इन्वर्टर है (नॉट ऑपरेशन करता है)। इस प्रकार, तत्व क्रमिक रूप से तार्किक संचालन AND और NOT करता है और इसलिए, समग्र रूप से यह तार्किक AND-NOT संचालन को कार्यान्वित करता है।
यदि तत्व के सभी इनपुट पर एक उच्च-स्तरीय वोल्टेज (लॉग.1) संचालित होता है, तो सर्किट के पहले भाग के आउटपुट (बिंदु ए पर) पर एक उच्च-स्तरीय वोल्टेज उत्पन्न होता है। यह वोल्टेज वीडी डायोड के माध्यम से ट्रांजिस्टर के इनपुट में प्रेषित होता है, जो संतृप्ति मोड में है; तत्व के आउटपुट पर वोल्टेज कम है (लॉग.0)।
चावल। 2.7.
यदि कम से कम एक इनपुट में निम्न-स्तरीय वोल्टेज (लॉग.0) है, तो बिंदु ए पर एक निम्न-स्तरीय वोल्टेज (शून्य के करीब) बनता है, ट्रांजिस्टर बंद हो जाता है और एक उच्च-स्तरीय वोल्टेज (लॉग.1) बनता है ) तत्व के आउटपुट पर है। एकीकृत संस्करण में डायोड तत्व AND का संचालन अलग-अलग घटकों पर ऊपर चर्चा किए गए समान तत्व के संचालन से भिन्न होता है, जब तर्क 1 एक साथ सभी इनपुट पर लागू होता है, तो सभी डायोड बंद हो जाते हैं। इसके कारण, लॉग.1 को इनपुट वोल्टेज की आपूर्ति करने वाले स्रोत से वर्तमान खपत बहुत कम हो जाती है।
आइए तत्व के इन्वर्टर भाग के संचालन पर करीब से नज़र डालें। सबसे पहले, आइए एकीकृत सर्किट ट्रांजिस्टर की कुछ विशेषताओं पर ध्यान दें। माइक्रोसर्किट एन-पी-एन प्रकार के सिलिकॉन ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हैं (इस मामले में, कलेक्टर आपूर्ति वोल्टेज में सकारात्मक ध्रुवता होती है और आधार और उत्सर्जक के बीच सकारात्मक वोल्टेज होने पर ट्रांजिस्टर खुलता है)। चित्र में. चित्र 2.8 सक्रिय मोड में आधार और उत्सर्जक के बीच वोल्टेज पर कलेक्टर धारा की एक विशिष्ट निर्भरता दिखाता है। इस विशेषता की ख़ासियत यह है कि व्यावहारिक रूप से ट्रांजिस्टर बेस वोल्टेज के अपेक्षाकृत उच्च मूल्यों (आमतौर पर 0.6 V से अधिक) पर खुलने लगता है। यह सुविधा आपको आधार पूर्वाग्रह के स्रोतों के बिना करने की अनुमति देती है, क्योंकि वोल्ट के दसवें हिस्से के आधार पर सकारात्मक वोल्टेज पर भी, ट्रांजिस्टर व्यावहारिक रूप से बंद हो जाता है। अंत में, माइक्रोक्रिकिट ट्रांजिस्टर की एक और विशेषता यह है कि संतृप्ति मोड में कलेक्टर और एमिटर के बीच वोल्टेज अपेक्षाकृत अधिक है (यह 0.4 वी या अधिक हो सकता है)।
चावल। 2.8.
मान लें कि किसी तार्किक तत्व के इनपुट को सिग्नल समान तत्वों के आउटपुट से आपूर्ति किए जाते हैं। आइए हम log.1 वोल्टेज को 2.6 V के बराबर, log.0 वोल्टेज को 0.6 V के बराबर, खुले डायोड पर वोल्टेज और संतृप्त ट्रांजिस्टर के बेस-एमिटर वोल्टेज को 0.8 V के बराबर लें।
जब सभी इनपुट पर 2.6 V (लॉग 1 स्तर) का वोल्टेज लागू किया जाता है (चित्र 2.7 देखें), तो इनपुट पर डायोड बंद हो जाते हैं, स्रोत E 1 से करंट प्रतिरोधक R 1 के माध्यम से गुजरता है, डायोड VD बेस में चला जाता है ट्रांजिस्टर का, ट्रांजिस्टर को संतृप्ति मोड पर सेट करना। तत्व के आउटपुट पर 0.6 V (लॉग लेवल 0) का निम्न स्तर का वोल्टेज उत्पन्न होता है। वोल्टेज यू ए डायोड वीडी और वोल्टेज यू बीई पर वोल्टेज के योग के बराबर है: 3 0.8 = 2.4 वी। इस प्रकार, इनपुट डायोड 0.2 वी के रिवर्स वोल्टेज के तहत हैं।
यदि कम से कम एक इनपुट को 0.6 V (लॉग लेवल 0) के निम्न स्तर के वोल्टेज के साथ आपूर्ति की जाती है, तो स्रोत E 1 से करंट को रोकनेवाला R 1, एक खुले इनपुट डायोड और इनपुट सिग्नल स्रोत के माध्यम से बंद कर दिया जाता है। इस मामले में, यू ए = 0.8 + 0.6 = 1.4 वी। इस वोल्टेज पर, ट्रांजिस्टर वीडी डायोड द्वारा प्रदान किए गए पूर्वाग्रह के कारण बंद हो जाता है (इन डायोड को कहा जाता है) बायस डायोड). स्रोत E 1 से धारा, प्रतिरोधक R 1, डायोड VD और प्रतिरोधक R 2 के माध्यम से बहती हुई, U A के करीब बायस डायोड पर एक वोल्टेज ड्रॉप बनाती है। वोल्टेज U BE सकारात्मक है, लेकिन 0.6 V से काफी कम है, और ट्रांजिस्टर बंद है.
डायोड-ट्रांजिस्टर लॉजिक (DTL) का AND-NOT तत्व
चित्र 2.9 में दिखाए गए तत्व का मूल सर्किट, ऊपर चर्चा किए गए डीटीएल तत्व के सर्किट की तरह, श्रृंखला में जुड़े दो कार्यात्मक भाग होते हैं: एक सर्किट जो AND ऑपरेशन करता है, और एक इन्वर्टर सर्किट। टीटीएल तत्व में AND सर्किट के निर्माण की एक विशिष्ट विशेषता यह है कि यह DTL सर्किट के इनपुट डायोड के एक समूह को प्रतिस्थापित करते हुए एक मल्टी-एमिटर ट्रांजिस्टर MT का उपयोग करता है। एमटी के उत्सर्जक जंक्शन इनपुट डायोड के रूप में कार्य करते हैं, और कलेक्टर जंक्शन तत्व सर्किट के इनवर्टिंग भाग के ट्रांजिस्टर बेस सर्किट में बायस डायोड के रूप में कार्य करता है।
एमटी के संचालन के सिद्धांत पर विचार करते समय, इसकी कल्पना संयुक्त आधार और कलेक्टरों के साथ व्यक्तिगत ट्रांजिस्टर से की जा सकती है, जैसा कि चित्र 2.9, बी में दिखाया गया है।
चावल। 2.9
मान लीजिए कि तत्व के सभी इनपुट पर एक लॉजिक 1 लेवल वोल्टेज (3.2 V) लागू किया गया है। सर्किट के अलग-अलग बिंदुओं पर क्षमता का संभावित वितरण चित्र 2.10a में दिखाया गया है। उत्सर्जक जंक्शन एमटी रिवर्स बायस्ड हो जाते हैं (उत्सर्जक क्षमता आधार क्षमता से अधिक होती है), कलेक्टर जंक्शन एमटी, इसके विपरीत, आगे की दिशा में पक्षपाती होता है (कलेक्टर क्षमता आधार क्षमता से कम होती है)। इस प्रकार, एमटी को व्युत्क्रम स्विचिंग के साथ सक्रिय मोड में काम करने वाले ट्रांजिस्टर द्वारा दर्शाया जा सकता है (ऐसे स्विचिंग में, एमिटर और कलेक्टर भूमिकाएँ बदलते हैं)। मल्टी-एमिटर ट्रांजिस्टर को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि व्युत्क्रम कनेक्शन में इसका लाभ एकता से बहुत कम है। इसलिए, उत्सर्जक इनपुट सिग्नल स्रोतों से एक छोटा करंट लेते हैं (डीटीएल तत्वों के विपरीत, जहां बंद इनपुट डायोड के माध्यम से यह करंट व्यावहारिक रूप से शून्य है)। बेस करंट एमटी कलेक्टर जंक्शन के माध्यम से ट्रांजिस्टर वीटी के बेस में प्रवाहित होता है, जो बाद वाले को संतृप्ति मोड में रखता है। आउटपुट वोल्टेज निम्न स्तर (लॉग.0) पर सेट है।
चावल। 2.10.
आइए सर्किट की दूसरी स्थिति पर विचार करें। मान लीजिए कि कम से कम एक इनपुट का वोल्टेज स्तर log.0 है। परिणामी संभावित वितरण चित्र 2.10बी में दिखाया गया है। एमटी आधार क्षमता उत्सर्जक और संग्राहक क्षमता से अधिक है। नतीजतन, दोनों जंक्शन, एमिटर और कलेक्टर, आगे की ओर पक्षपाती हैं और एमटी संतृप्ति मोड में है। एमटी का संपूर्ण बेस करंट उत्सर्जक जंक्शनों के माध्यम से बंद है। उत्सर्जक और संग्राहक के बीच वोल्टेज शून्य के करीब है, और उत्सर्जक पर कार्य करने वाला निम्न वोल्टेज स्तर एमटी के माध्यम से ट्रांजिस्टर वीटी के आधार तक प्रेषित होता है। ट्रांजिस्टर वीटी बंद है, आउटपुट वोल्टेज स्तर उच्च है (लॉग स्तर 1)। इस मामले में, एमटी का लगभग पूरा बेस करंट एमटी के फॉरवर्ड-बायस्ड एमिटर जंक्शन के माध्यम से बंद हो जाता है।
एकीकृत तर्क तत्वों के बुनियादी पैरामीटर
आइए मुख्य मापदंडों और उन्हें सुधारने के तरीकों पर नजर डालें।
इनपुट पूलिंग कारक तार्किक चर प्रदान करने के उद्देश्य से तत्व इनपुट की संख्या निर्धारित करता है। बड़े इनपुट संयोजन गुणांक वाले तत्व में व्यापक तार्किक क्षमताएं होती हैं।
भार क्षमता (या आउटपुट फ़ैनआउट फ़ैक्टर) समान तत्वों के इनपुट की संख्या निर्धारित करता है जिन्हें किसी दिए गए तत्व के आउटपुट से जोड़ा जा सकता है। तत्वों की भार क्षमता जितनी अधिक होगी, डिजिटल उपकरण बनाते समय तत्वों की कम संख्या की आवश्यकता हो सकती है।
डीटीएल और टीटीएल में भार क्षमता बढ़ाने के लिए इनवर्टिंग भाग के एक जटिल सर्किट का उपयोग किया जाता है। एक जटिल इन्वर्टर के वेरिएंट में से एक तत्व का आरेख चित्र 2.11 में दिखाया गया है।
चावल। 2.11
चित्र 2.11ए सक्षम तत्व मोड को दर्शाता है। यदि सभी इनपुट में लॉजिक लेवल वोल्टेज 1 है, तो रोकनेवाला R1 के माध्यम से बहने वाली सभी धारा को ट्रांजिस्टर VT2 के आधार पर आपूर्ति की जाती है। ट्रांजिस्टर VT2 खुलता है और संतृप्ति मोड में चला जाता है। ट्रांजिस्टर VT2 का उत्सर्जक धारा ट्रांजिस्टर VT5 के आधार में प्रवाहित होता है, जिससे यह ट्रांजिस्टर खुला रहता है। ट्रांजिस्टर VT3 और VT4 बंद हैं, क्योंकि उनमें से प्रत्येक के उत्सर्जक जंक्शन पर 0.3 V का वोल्टेज लगाया जाता है, जो ट्रांजिस्टर को खोलने के लिए अपर्याप्त है।
चित्र में. 2.11बी तत्व के बंद होने का मोड दिखाता है। यदि कम से कम एक इनपुट का वोल्टेज स्तर log.0 है, तो रोकनेवाला R1 का करंट पूरी तरह से इनपुट सर्किट में स्विच हो जाता है। ट्रांजिस्टर VT2 और VT5 बंद हैं, आउटपुट वोल्टेज लॉग.1 स्तर पर है। ट्रांजिस्टर VT3, VT4 दो श्रृंखला-जुड़े एमिटर फॉलोअर्स में काम करते हैं, जिनके इनपुट को रोकनेवाला R2 के माध्यम से करंट की आपूर्ति की जाती है, और क्षणिक VT4 का एमिटर करंट लोड को शक्ति प्रदान करता है।
जब एक साधारण इन्वर्टर वाला तत्व बंद हो जाता है, तो उच्च प्रतिरोध के साथ एक कलेक्टर अवरोधक आरके के माध्यम से बिजली स्रोत से लोड को करंट की आपूर्ति की जाती है (चित्र 2.11 बी देखें)। यह अवरोधक लोड में अधिकतम वर्तमान मान को सीमित करता है (जैसे-जैसे लोड वर्तमान बढ़ता है, आरके में वोल्टेज ड्रॉप बढ़ता है, आउटपुट वोल्टेज घटता है)। एक जटिल इन्वर्टर वाले तत्व में, एमिटर फॉलोअर सर्किट में काम करने वाले ट्रांजिस्टर VT4 के एमिटर करंट को लोड पर आपूर्ति की जाती है। चूँकि एमिटर फॉलोअर का आउटपुट प्रतिरोध छोटा है, आउटपुट वोल्टेज लोड करंट पर कम निर्भर होता है और लोड करंट के बड़े मान अनुमेय होते हैं।
प्रदर्शनतार्किक तत्व तार्किक तत्वों के सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों में से एक है; इसका अनुमान तत्व के इनपुट से आउटपुट तक सिग्नल प्रसार में देरी से लगाया जाता है।
चित्र 2.12 तार्किक तत्व (इन्वर्टर) के इनपुट और आउटपुट सिग्नल का आकार दिखाता है: टी 1.0 3 - तत्व आउटपुट को राज्य 1 से राज्य 0 पर स्विच करने में देरी का समय; टी 0.1 3 - स्थिति 0 से स्थिति 1 पर स्विच करने में देरी।जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, विलंब समय को लॉग.0 और लॉग.1 स्तरों के बीच औसत स्तर पर मापा जाता है। औसत सिग्नल प्रसार विलंब t з av = 0.5 (t 0.1 3 + t 1.0 3)।इस पैरामीटर का उपयोग जटिल लॉजिक सर्किट में सिग्नल के प्रसार विलंब की गणना में किया जाता है।
चावल। 2.12
आइए तार्किक तत्व के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले कारकों और प्रदर्शन बढ़ाने के तरीकों पर विचार करें।
तत्व में ट्रांजिस्टर की स्विचिंग गति को बढ़ाने के लिए, उच्च-आवृत्ति ट्रांजिस्टर का उपयोग करना और बेस सर्किट में बड़े नियंत्रण धाराओं वाले ट्रांजिस्टर को स्विच करना आवश्यक है; देरी के समय में एक महत्वपूर्ण कमी ट्रांजिस्टर के संचालन के एक संतृप्त मोड के उपयोग के माध्यम से हासिल की जाती है (इस मामले में, ट्रांजिस्टर बंद होने पर आधार में अल्पसंख्यक वाहक के पुनर्वसन के लिए आवश्यक समय) समाप्त हो जाता है।
चावल। 2.13
इस प्रक्रिया को निम्नलिखित तरीकों से तेज़ किया जा सकता है:
· आर में कमी (और इसलिए समय स्थिरांक में कमी); हालाँकि, एक ही समय में, बिजली स्रोत से खपत होने वाली धारा और बिजली में वृद्धि होती है;
· तत्व में छोटे वोल्टेज ड्रॉप का उपयोग;
· आउटपुट पर एक एमिटर फॉलोअर तत्व का उपयोग, जो लोड कैपेसिटेंस के प्रभाव को कम करता है।
नीचे, उत्सर्जक-युग्मित तर्क के तार्किक तत्वों का वर्णन करते समय, तत्वों की गति बढ़ाने के लिए इन विधियों का उपयोग दिखाया गया है।
चावल। 2.13
शोर उन्मुक्ति हस्तक्षेप के अधिकतम मूल्य द्वारा निर्धारित किया जाता है जो तत्व के संचालन में व्यवधान पैदा नहीं करता है।
शोर प्रतिरक्षा का मात्रात्मक आकलन करने के लिए, हम तथाकथित का उपयोग करेंगे स्थानांतरण विशेषतातार्किक तत्व (इन्वर्टर)। चित्र 2.14 इस विशेषता का एक विशिष्ट रूप दिखाता है।
चावल। 2.14
स्थानांतरण विशेषता इनपुट पर आउटपुट वोल्टेज की निर्भरता है। इसे प्राप्त करने के लिए, तर्क तत्व के सभी इनपुट को कनेक्ट करना और आउटपुट वोल्टेज को बदलकर, संबंधित आउटपुट वोल्टेज मानों को चिह्नित करना आवश्यक है।
जैसे-जैसे इनपुट वोल्टेज शून्य से थ्रेशोल्ड लेवल लॉग.0 यू 0 पी तक बढ़ता है, आउटपुट वोल्टेज लेवल लॉग.1 यू 1 मिनट से घटता जाता है। इनपुट में और वृद्धि से आउटपुट में तेज कमी आती है। थ्रेशोल्ड स्तर लॉग.1 यू 0 अधिकतम से अधिक बड़े इनपुट वोल्टेज मान पर। इस प्रकार, स्थिर (स्थिर) मोड में तत्व के सामान्य संचालन के दौरान, इनपुट वोल्टेज यू 0 पी अस्वीकार्य हैं< u вх
स्वीकार्य शोर वे माने जाते हैं, जो इनपुट वोल्टेज पर आरोपित होने पर इसे अस्वीकार्य मान यू 0 पी के क्षेत्र में नहीं लाएंगे।< u вх
उत्सर्जक-युग्मित लॉजिक गेट
एमिटर-युग्मित तर्क के एक एकीकृत तत्व का एक विशिष्ट सर्किट चित्र में दिखाया गया है। 2.15.
चावल। 2.15.
ट्रांजिस्टर वीटी 0, वीटी 1, वीटी 2, वीटी 3 वर्तमान स्विच सर्किट में काम करते हैं, ट्रांजिस्टर वीटी 4, वीटी 5 - आउटपुट एमिटर फॉलोअर्स में। जब इनपुट पर log.1 का वोल्टेज स्तर लागू किया जाता है तो आरेख विभिन्न बिंदुओं पर संभावित मान दिखाता है; समान बिंदुओं की क्षमता के मान उस स्थिति के लिए कोष्ठक में संलग्न हैं जब तत्व के सभी इनपुट पर log.0 का वोल्टेज स्तर लागू होता है। इन संभावनाओं का मान निम्नलिखित स्तरों के अनुरूप है:
· बिजली आपूर्ति वोल्टेज एक = 5 वी;
· तर्क स्तर 1 यू 1 = 4.3 वी;
· तर्क स्तर 1 यू 0 = 3.5 वी;
· खुले ट्रांजिस्टर U के आधार और उत्सर्जक के बीच वोल्टेज = 0.7 V है।
आइए एकीकृत तार्किक तत्व ईएसएल के संचालन के सिद्धांत पर विचार करें (चित्र 2.15 देखें)।
मान लीजिए वोल्टेज U 1 = 4.3 V को In 1 पर लागू किया गया है। ट्रांजिस्टर VT 1 खुला है; इस ट्रांजिस्टर का उत्सर्जक धारा प्रतिरोधक R U a = U 1 -U be = 4.3 - 0.7 = 3.6 V पर वोल्टेज ड्रॉप बनाता है; कलेक्टर करंट रोकनेवाला Rk1 पर एक वोल्टेज U Rк1 = 0.8 V बनाता है; ट्रांजिस्टर के संग्राहक पर वोल्टेज U b = E k - U Rk1 = 5 - 0.8 = 4.2 V.
ट्रांजिस्टर VT 0 U के आधार और उत्सर्जक के बीच वोल्टेज VT0 = U - U a = 3.9 - 3.6 = 0.3 V है; यह वोल्टेज ट्रांजिस्टर VT 0 को खोलने के लिए पर्याप्त नहीं है। इस प्रकार, किसी भी ट्रांजिस्टर VT 1, VT 2, VT 3 की खुली अवस्था ट्रांजिस्टर VT 0 की बंद अवस्था की ओर ले जाती है। रोकनेवाला R k2 के माध्यम से करंट बहुत छोटा है (केवल ट्रांजिस्टर VT 5 का बेस करंट प्रवाहित होता है) और कलेक्टर VT 0 पर वोल्टेज होता है।
आइए तार्किक तत्व की एक अन्य स्थिति पर विचार करें। मान लें कि सभी इनपुट पर log.0 U 0 = 3.5 V का वोल्टेज कार्य करता है। इस स्थिति में, ट्रांजिस्टर VT 0 खुला हो जाता है (उन सभी ट्रांजिस्टर में से जिनके उत्सर्जक संयुक्त होते हैं, उच्च वोल्टेज वाला खुला होता है); यू ए = यू - यू बी = 3.9 - 0.7 = 3.2 वी; ट्रांजिस्टर VT 1, VT 2, VT 3 के आधार और उत्सर्जक के बीच वोल्टेज U के बराबर है VT1...VT0 = U 0 - U a = 3.5 - 0.7 = 0.3 V और ये ट्रांजिस्टर बंद हैं; यू बी = 5 वी; यू इन = 4.2 वी.
बिंदु बी और सी से वोल्टेज एमिटर रिपीटर्स के माध्यम से तत्व के आउटपुट में प्रेषित होते हैं; इस स्थिति में, वोल्टेज का स्तर U = 0.7 V के मान से कम हो जाता है। आइए हम महत्वपूर्ण तथ्य पर ध्यान दें कि आउटपुट पर वोल्टेज U 1 (4.3 V) या U 0 (3.5 V) के बराबर हैं।
आइए जानें कि तत्व के आउटपुट पर कौन सा तार्किक फ़ंक्शन बनता है।
बिंदु पर और आउट 2 पर, ट्रांजिस्टर वीटी 0 खुला होने पर निम्न स्तर का वोल्टेज उत्पन्न होता है, अर्थात। ऐसे मामले में जहां x 1 = 0, x 2 = 0, x 3 = 0. इनपुट चर मानों के किसी अन्य संयोजन के लिए, ट्रांजिस्टर VT 0 बंद है और आउट 2 पर एक उच्च स्तरीय वोल्टेज उत्पन्न होता है। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि आउट 2 पर चर x 1 Vx 1 Vx 1 का वियोजन बनता है। OR-NOT फ़ंक्शन आउट 1 पर बनता है।
इसलिए, लॉजिक गेट NOR और OR ऑपरेशन करता है।
ईएसएल माइक्रो-सर्किट में, बिंदु जी को सामान्य बनाया जाता है, और बिंदु डी -5V के वोल्टेज के साथ एक शक्ति स्रोत से जुड़ा होता है। इस स्थिति में, सर्किट के सभी बिंदुओं की क्षमता 5 V तक कम हो जाती है।
माना गया तार्किक तत्व सबसे तेज़-अभिनय तत्वों के वर्ग से संबंधित है (लघु सिग्नल प्रसार विलंब समय) निम्नलिखित कारकों द्वारा सुनिश्चित किया जाता है: खुले ट्रांजिस्टर सक्रिय मोड में हैं (संतृप्ति मोड में नहीं); आउटपुट पर एमिटर फॉलोअर्स का उपयोग आउटपुट से जुड़े कैपेसिटर को रिचार्ज करने की प्रक्रिया को तेज करता है; ट्रांजिस्टर एक सामान्य आधार स्विचिंग सर्किट के अनुसार जुड़े हुए हैं, जो ट्रांजिस्टर की आवृत्ति गुणों में सुधार करता है और उन्हें स्विच करने की प्रक्रिया को गति देता है; तार्किक स्तर यू 1-यू 0 = 0.8 वी में अंतर को छोटा चुना गया था (हालांकि, इससे तत्व की अपेक्षाकृत कम शोर प्रतिरक्षा होती है)।
एमओएस ट्रांजिस्टर पर आधारित तर्क तत्व
चावल। 2.16
चित्र में. चित्र 2.16 एन प्रकार (तथाकथित एन एमआईएस प्रौद्योगिकी) के एक प्रेरित चैनल के साथ एक तर्क तत्व का आरेख दिखाता है। मुख्य ट्रांजिस्टर VT 1 और VT 2 श्रृंखला में जुड़े हुए हैं, ट्रांजिस्टर VT 3 लोड के रूप में कार्य करता है। ऐसे मामले में जब तत्व के दोनों इनपुट (x 1 = 1, x 2 = 1) पर उच्च वोल्टेज यू 1 लगाया जाता है, तो दोनों ट्रांजिस्टर वीटी 1 और वीटी 2 खुले होते हैं और आउटपुट पर एक कम वोल्टेज यू 0 सेट होता है। अन्य सभी मामलों में, ट्रांजिस्टर वीटी 1 या वीटी 2 में से कम से कम एक बंद है और आउटपुट पर वोल्टेज यू 1 सेट है। इस प्रकार, तत्व तार्किक AND-NOT कार्य करता है।
चावल। 2.17
चित्र में. चित्र 2.17 OR-NOT तत्व का एक आरेख दिखाता है। यदि कम से कम एक इनपुट में उच्च वोल्टेज यू 1 है, तो इसके आउटपुट पर एक कम वोल्टेज यू 0 सेट किया जाता है, जो मुख्य ट्रांजिस्टर वीटी 1 और वीटी 2 में से एक को खोलता है।
चावल। 2.18
चित्र में दिखाया गया है। 2.18 आरेख KMDP प्रौद्योगिकी के NOR-NOT तत्व का एक आरेख है। इसमें ट्रांजिस्टर VT 1 और VT 2 मुख्य हैं, ट्रांजिस्टर VT 3 और VT 4 लोड हैं। मान लीजिए उच्च वोल्टेज यू 1. इस मामले में, ट्रांजिस्टर वीटी 2 खुला है, ट्रांजिस्टर वीटी 4 बंद है और, अन्य इनपुट पर वोल्टेज स्तर और शेष ट्रांजिस्टर की स्थिति की परवाह किए बिना, आउटपुट पर एक कम वोल्टेज यू 0 सेट किया गया है। तत्व तार्किक OR-NOT ऑपरेशन को लागू करता है।
सीएमपीडी सर्किट की विशेषता बिजली आपूर्ति से बहुत कम वर्तमान खपत (और इसलिए बिजली) है।
इंटीग्रल इंजेक्शन लॉजिक के तर्क तत्व
चावल। 2.19
चित्र में. चित्र 2.19 इंटीग्रल इंजेक्शन लॉजिक (आई 2 एल) के तार्किक तत्व की टोपोलॉजी को दर्शाता है। ऐसी संरचना बनाने के लिए, एन-प्रकार की चालकता के साथ सिलिकॉन में प्रसार के दो चरणों की आवश्यकता होती है: पहले चरण के दौरान, क्षेत्र पी 1 और पी 2 बनते हैं, और दूसरे चरण के दौरान, क्षेत्र एन 2 बनते हैं।
तत्व की संरचना p 1 -n 1 -p 2 -n 1 है। ऐसी चार-परत संरचना को दो पारंपरिक तीन-परत ट्रांजिस्टर संरचनाओं के कनेक्शन के रूप में कल्पना करना सुविधाजनक है:
पी 1 - एन 1 - पी 2 एन 1 - पी 2 - एन 1
इस प्रतिनिधित्व के अनुरूप आरेख चित्र 2.20, ए में दिखाया गया है। आइए इस योजना के अनुसार तत्व के संचालन पर विचार करें।
चावल। 2.20
प्रकार n 1 -p 2 -n 1 की संरचना के साथ ट्रांजिस्टर VT 2 कई आउटपुट के साथ एक इन्वर्टर के कार्य करता है (प्रत्येक कलेक्टर एक खुले कलेक्टर सर्किट के अनुसार एक तत्व का एक अलग आउटपुट बनाता है)।
ट्रांजिस्टर VT 2, कहा जाता है INJECTOR, की संरचना p 1 -n 1 -p 2 जैसी है। चूँकि इन ट्रांजिस्टर का क्षेत्रफल n 1 सामान्य है, ट्रांजिस्टर VT 2 का उत्सर्जक ट्रांजिस्टर VT 1 के आधार से जुड़ा होना चाहिए; एक सामान्य क्षेत्र पी 2 की उपस्थिति से ट्रांजिस्टर वीटी 2 के आधार को ट्रांजिस्टर वीटी 1 के कलेक्टर के साथ जोड़ने की आवश्यकता होती है। यह ट्रांजिस्टर VT 1 और VT 2 के बीच एक संबंध बनाता है, जैसा कि चित्र 2.20a में दिखाया गया है।
चूंकि ट्रांजिस्टर वीटी 1 के उत्सर्जक की क्षमता सकारात्मक है और आधार शून्य क्षमता पर है, उत्सर्जक जंक्शन आगे की ओर पक्षपाती है और ट्रांजिस्टर खुला है।
इस ट्रांजिस्टर के कलेक्टर करंट को ट्रांजिस्टर VT 3 (पिछले तत्व का इन्वर्टर) या ट्रांजिस्टर VT 2 के एमिटर जंक्शन के माध्यम से बंद किया जा सकता है।
यदि पिछला तार्किक तत्व खुली अवस्था में है (ट्रांजिस्टर VT 3 खुला है), तो इस तत्व के इनपुट पर एक कम वोल्टेज स्तर होता है, जो VT 2 के आधार पर कार्य करते हुए इस ट्रांजिस्टर को बंद अवस्था में रखता है। इंजेक्टर वर्तमान वीटी 1 ट्रांजिस्टर वीटी 3 के माध्यम से बंद है। जब पिछला तर्क तत्व बंद हो जाता है (ट्रांजिस्टर वीटी 3 बंद हो जाता है), इंजेक्टर वीटी 1 का कलेक्टर वर्तमान ट्रांजिस्टर वीटी 2 के आधार में प्रवाहित होता है, और यह ट्रांजिस्टर है खुली अवस्था में सेट करें.
इस प्रकार, जब वीटी 3 बंद होता है, ट्रांजिस्टर वीटी 2 खुला होता है और, इसके विपरीत, जब वीटी 3 खुला होता है, ट्रांजिस्टर वीटी 2 बंद होता है। तत्व की खुली स्थिति log.0 स्थिति से मेल खाती है, और बंद स्थिति log.1 स्थिति से मेल खाती है।
इंजेक्टर प्रत्यक्ष धारा का एक स्रोत है (जो तत्वों के समूह के लिए सामान्य हो सकता है)। अक्सर वे किसी तत्व के पारंपरिक ग्राफिक पदनाम का उपयोग करते हैं, जो चित्र में प्रस्तुत किया गया है। 2.21, बी.
चित्र में. चित्र 2.21ए एक सर्किट दिखाता है जो OR-NOT ऑपरेशन को लागू करता है। तत्व संग्राहकों का कनेक्शन तथाकथित के संचालन से मेल खाता है स्थापना I. वास्तव में, यह पर्याप्त है कि कम से कम एक तत्व खुली अवस्था (लॉग.0 स्थिति) में है, फिर अगले तत्व का इंजेक्टर करंट खुले इन्वर्टर के माध्यम से बंद कर दिया जाएगा और निम्न लॉग.0 स्तर स्थापित किया जाएगा तत्वों का संयुक्त आउटपुट। नतीजतन, इस आउटपुट पर तार्किक अभिव्यक्ति x 1 · x 2 के अनुरूप एक मान बनता है। डी मॉर्गन परिवर्तन को इसमें लागू करने से अभिव्यक्ति x 1 · x 2 = प्राप्त होती है। इसलिए, तत्वों का यह कनेक्शन वास्तव में OR-NOT ऑपरेशन को लागू करता है।
चावल। 2.21
तर्क तत्वों और 2 एल के निम्नलिखित फायदे हैं:
· एकीकरण का उच्च स्तर प्रदान करें; I 2 L सर्किट के निर्माण में, द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर पर एकीकृत सर्किट के उत्पादन में समान तकनीकी प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है, लेकिन तकनीकी संचालन और आवश्यक फोटोमास्क की संख्या कम होती है;
· कम वोल्टेज का उपयोग किया जाता है (लगभग 1V);
· प्रदर्शन की एक विस्तृत श्रृंखला में बिजली का आदान-प्रदान करने की क्षमता प्रदान करें (बिजली की खपत को परिमाण के कई आदेशों द्वारा बदला जा सकता है, जिससे तदनुसार प्रदर्शन में बदलाव आएगा);
· टीटीएल तत्वों के साथ अच्छे समझौते में हैं।
चित्र में. चित्र 2.21बी I 2 एल तत्वों से टीटीएल तत्व में संक्रमण का एक आरेख दिखाता है।
तर्क तत्व निम्न स्तर के एकीकरण वाले माइक्रो-सर्किट के रूप में स्वतंत्र तत्वों के रूप में कार्य करते हैं, और उच्च स्तर के एकीकरण के माइक्रो-सर्किट में घटकों के रूप में शामिल होते हैं। ऐसे दर्जनों तत्व हैं.
लेकिन पहले हम उनमें से केवल चार के बारे में बात करेंगे - ये तत्व हैं AND, OR, NOT, AND-NOT। मुख्य तत्व पहले तीन हैं, और AND-NOT तत्व पहले से ही AND और NOT तत्वों का एक संयोजन है। इन तत्वों को डिजिटल प्रौद्योगिकी के "निर्माण खंड" कहा जा सकता है। सबसे पहले, हमें इस पर विचार करना चाहिए कि उनकी कार्रवाई का तर्क क्या है?
आइए डिजिटल माइक्रो-सर्किट के बारे में लेख के पहले भाग को याद करें। वहां कहा गया था कि 0...0.4V की रेंज में माइक्रोसर्किट के इनपुट (आउटपुट) पर वोल्टेज एक तार्किक शून्य स्तर या निम्न स्तर का वोल्टेज है। यदि वोल्टेज 2.4...5.0V के भीतर है, तो यह एक तार्किक स्तर या उच्च स्तरीय वोल्टेज है।
K155 श्रृंखला के माइक्रो-सर्किट और 5V की आपूर्ति वोल्टेज वाले अन्य माइक्रो-सर्किट की परिचालन स्थिति ठीक इन्हीं स्तरों की विशेषता है। यदि माइक्रो-सर्किट के आउटपुट पर वोल्टेज 0.4...2.4V (उदाहरण के लिए, 1.5 या 2.0V) की सीमा में है, तो आप पहले से ही इस माइक्रो-सर्किट को बदलने के बारे में सोच सकते हैं।
व्यावहारिक सलाह: यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह वह माइक्रो-सर्किट है जो इसके आउटपुट में दोषपूर्ण है, आपको इसके बगल के माइक्रो-सर्किट के इनपुट (या इस माइक्रो-सर्किट के आउटपुट से जुड़े कई इनपुट) को इससे डिस्कनेक्ट कर देना चाहिए। ये इनपुट माइक्रोसर्किट के आउटपुट को बस "बूस्ट" (अधिभार) कर सकते हैं।
पारंपरिक ग्राफिक प्रतीक
ग्राफिकल प्रतीक एक आयत है जिसमें इनपुट और आउटपुट लाइनें होती हैं। तत्वों की इनपुट लाइनें बाईं ओर और आउटपुट लाइनें दाईं ओर स्थित हैं। यही बात सर्किट वाली पूरी शीट पर भी लागू होती है: बाईं ओर सभी इनपुट सिग्नल हैं, दाईं ओर आउटपुट हैं। यह किसी किताब में बाएं से दाएं की ओर एक पंक्ति की तरह है, इसलिए इसे याद रखना आसान होगा। आयत के अंदर तत्व द्वारा किए गए कार्य को दर्शाने वाला एक प्रतीक है।
हम तार्किक तत्वों पर अपना विचार AND तत्व से शुरू करेंगे।
चित्र 1. तथा गेट
इसका चित्रमय प्रतीक चित्र 1ए में दिखाया गया है। AND फ़ंक्शन का प्रतीक अंग्रेजी प्रतीक "&" है, जो अंग्रेजी में संयोजन "और" को प्रतिस्थापित करता है, आखिरकार, इस सभी "छद्म विज्ञान" का आविष्कार शापित पूंजीपति वर्ग में किया गया था।
तत्व के इनपुट को सूचकांक 1 और 2 के साथ , वाई = एफ(एक्स) . एक तत्व में दो से अधिक इनपुट हो सकते हैं, जो केवल हल की जा रही समस्या की जटिलता से सीमित है, लेकिन आउटपुट केवल एक ही हो सकता है।
तत्व के संचालन का तर्क इस प्रकार है: आउटपुट Y पर उच्च स्तरीय वोल्टेज तभी होगा जब AND इनपुट X1 और इनपुट X2 पर उच्च स्तरीय वोल्टेज हो। यदि तत्व में 4 या 8 इनपुट हैं, तो निर्दिष्ट स्थिति (उच्च स्तर की उपस्थिति) सभी इनपुट पर संतुष्ट होनी चाहिए: और इनपुट 1 पर, और इनपुट 2 पर, और इनपुट 3 पर... और इनपुट एन पर। केवल इस स्थिति में आउटपुट भी अधिक होगा।
AND तत्व के संचालन के तर्क को समझना आसान बनाने के लिए, चित्र 1b एक संपर्क आरेख के रूप में इसका एनालॉग दिखाता है। यहां तत्व Y का आउटपुट लैंप HL1 द्वारा दर्शाया गया है। यदि लैंप जलता है, तो यह AND तत्व के आउटपुट पर उच्च स्तर से मेल खाता है। ऐसे तत्वों को अक्सर 2-I, 3-I, 4-I, 8-I कहा जाता है। पहला अंक इनपुट की संख्या को दर्शाता है।
इनपुट सिग्नल X1 और X2 के रूप में, बिना फिक्सेशन के साधारण "घंटी" बटन का उपयोग किया जाता है। बटनों की खुली स्थिति निम्न स्तर की स्थिति है, और बंद स्थिति, स्वाभाविक रूप से, उच्च स्तर की है। आरेख एक गैल्वेनिक बैटरी को शक्ति स्रोत के रूप में दिखाता है। जबकि बटन खुली अवस्था में हैं, निस्संदेह, लैंप नहीं जलता है। लैंप तभी चालू होगा जब दोनों बटन एक साथ दबाए जाएंगे, यानी। आई-एसबी1, आई-एसबी2। यह AND तत्व के इनपुट और आउटपुट सिग्नल के बीच तार्किक संबंध है।
चित्र 1सी में दिखाए गए समय आरेख को देखकर AND तत्व के संचालन का एक दृश्य प्रतिनिधित्व प्राप्त किया जा सकता है। सबसे पहले, X1 इनपुट पर एक उच्च स्तरीय सिग्नल दिखाई देता है, लेकिन Y आउटपुट पर कुछ नहीं हुआ, अभी भी निम्न स्तर का सिग्नल है। इनपुट X2 पर, सिग्नल पहले इनपुट के सापेक्ष कुछ देरी से दिखाई देता है, और आउटपुट Y पर एक उच्च स्तरीय सिग्नल दिखाई देता है।
जब इनपुट X1 कम हो जाता है, तो आउटपुट भी कम हो जाता है। या, इसे दूसरे तरीके से कहें तो, आउटपुट तब तक उच्च रखा जाता है जब तक दोनों इनपुट उच्च होते हैं। अधिक मल्टी-इनपुट और तत्वों के बारे में भी यही कहा जा सकता है: यदि यह 8-I है, तो आउटपुट पर उच्च स्तर प्राप्त करने के लिए, सभी आठ इनपुट पर एक साथ उच्च स्तर बनाए रखना होगा।
अक्सर संदर्भ साहित्य में, इनपुट संकेतों के आधार पर तर्क तत्वों की आउटपुट स्थिति सत्य तालिकाओं के रूप में दी जाती है। विचारित तत्व 2-I के लिए, सत्य तालिका चित्र 1d में दिखाई गई है।
तालिका कुछ हद तक गुणन तालिका के समान है, केवल छोटी है। यदि आप इसका ध्यानपूर्वक अध्ययन करते हैं, तो आप देखेंगे कि आउटपुट स्तर तभी उच्च होगा जब उच्च स्तर का वोल्टेज होगा या, जो एक ही बात है, दोनों इनपुट पर तार्किक होगा। वैसे, गुणन सारणी के साथ सत्य सारणी की तुलना आकस्मिक नहीं है: जैसा कि वे कहते हैं, इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियर सभी सत्य सारणी को दिल से जानते हैं।
साथ ही, AND फ़ंक्शन का उपयोग करके वर्णन किया जा सकता है। दो-इनपुट तत्व के लिए, सूत्र इस तरह दिखेगा: Y = X1*X2 या Y = X1^X2 लिखने का कोई अन्य रूप।
हम आगे OR गेट को देखेंगे।
चित्र 2. या गेट
इसका ग्राफ़िकल नोटेशन हाल ही में चर्चा किए गए AND तत्व के समान है, सिवाय इसके कि AND फ़ंक्शन को इंगित करने वाले & चिह्न के बजाय, संख्या 1 को आयत के अंदर अंकित किया गया है, जैसा कि चित्र 2a में दिखाया गया है। इस मामले में, यह OR फ़ंक्शन को दर्शाता है। बाईं ओर इनपुट X1 और X2 हैं, जिनमें से, AND फ़ंक्शन के मामले में, और भी अधिक हो सकते हैं, और दाईं ओर आउटपुट है, जिसे अक्षर Y द्वारा निर्दिष्ट किया गया है।
बूलियन बीजगणित सूत्र के रूप में, OR फ़ंक्शन को Y = X1 + X2 के रूप में लिखा जाता है।
इस सूत्र के अनुसार, Y तब सत्य होगा जब OR इनपुट X1 पर, OR इनपुट X2 पर, या दोनों इनपुट पर एक साथ उच्च स्तर हो।
चित्र 2बी में प्रस्तुत संपर्क आरेख आपको यह समझने में मदद करेगा कि अभी क्या कहा गया है: किसी भी बटन (उच्च स्तर) या दोनों बटन को एक साथ दबाने से प्रकाश बल्ब जल उठेगा (उच्च स्तर)। इस मामले में, बटन इनपुट सिग्नल X1 और X2 हैं, और प्रकाश बल्ब आउटपुट सिग्नल Y है। इसे याद रखना आसान बनाने के लिए, चित्र 2c और 2d क्रमशः एक समय आरेख और एक सत्य तालिका दिखाते हैं: बस ऑपरेशन का विश्लेषण करें आरेख और तालिका के साथ दिखाया गया संपर्क सर्किट, जैसे सभी प्रश्न गायब हो जाएंगे।
गेट नहीं, इन्वर्टर
जैसा कि एक शिक्षक ने कहा, डिजिटल तकनीक में इन्वर्टर से अधिक जटिल कुछ भी नहीं है। शायद ये वाकई सच है.
तर्क बीजगणित में, ऑपरेशन NOT को व्युत्क्रमण कहा जाता है, जिसका अंग्रेजी से अनुवादित अर्थ नकार है, अर्थात, आउटपुट सिग्नल स्तर बिल्कुल विपरीत इनपुट सिग्नल से मेल खाता है, जो सूत्र के रूप में Y = /X जैसा दिखता है
(एक्स से पहले का स्लैश वास्तविक उलटा दर्शाता है। आमतौर पर, स्लैश के बजाय अंडरस्कोर का उपयोग किया जाता है, हालांकि ऐसा पदनाम काफी स्वीकार्य है।)
तत्व का प्रतीकात्मक ग्राफिक पदनाम एक वर्ग या आयत नहीं है जिसके अंदर नंबर 1 लिखा हो।
चित्र 3. इन्वर्टर
इस मामले में, इसका मतलब है कि यह तत्व एक इन्वर्टर है। इसमें केवल एक इनपुट X और आउटपुट Y है। आउटपुट लाइन एक छोटे वृत्त से शुरू होती है, जो वास्तव में इंगित करती है कि यह तत्व एक इन्वर्टर है।
जैसा कि अभी कहा गया है, इन्वर्टर डिजिटल तकनीक में सबसे जटिल सर्किट है। और इसकी पुष्टि इसके संपर्क आरेख से होती है: यदि पहले केवल बटन ही पर्याप्त थे, तो अब उनमें एक रिले जोड़ दिया गया है। जबकि SB1 बटन दबाया नहीं जाता है (इनपुट पर तार्किक शून्य), रिले K1 डी-एनर्जेटिक होता है और इसके सामान्य रूप से बंद संपर्क HL1 लाइट बल्ब को चालू करते हैं, जो आउटपुट पर तार्किक से मेल खाता है।
यदि आप बटन दबाते हैं (इनपुट पर तार्किक लागू करें), रिले चालू हो जाएगा, संपर्क K1.1 खुल जाएगा, प्रकाश बाहर चला जाएगा, जो आउटपुट पर तार्किक शून्य से मेल खाता है। इसकी पुष्टि चित्र 3सी में समय आरेख और चित्र 3डी में सत्य तालिका से होती है।
AND-NOT तार्किक तत्व, NOT तत्व के साथ AND तार्किक तत्व के संयोजन से अधिक कुछ नहीं है।
चित्र 4. नंद द्वार
इसलिए, इसके पारंपरिक ग्राफिक पदनाम पर एक चिह्न & (तार्किक AND) है, और आउटपुट लाइन एक सर्कल से शुरू होती है, जो तत्व में एक इन्वर्टर की उपस्थिति का संकेत देती है।
तार्किक तत्व का संपर्क एनालॉग चित्र 4बी में दिखाया गया है, और, यदि आप बारीकी से देखें, तो यह चित्र 3बी में दिखाए गए इन्वर्टर के एनालॉग के समान है: रिले K1 के सामान्य रूप से बंद संपर्कों के माध्यम से प्रकाश बल्ब भी चालू होता है। . दरअसल ये एक इन्वर्टर है. रिले को बटन SB1 और SB2 द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो NAND गेट के इनपुट X1 और X2 के अनुरूप होते हैं। आरेख से पता चलता है कि रिले तभी चालू होगा जब दोनों बटन दबाए जाएंगे: इस मामले में, बटन & फ़ंक्शन (तार्किक AND) निष्पादित करते हैं। इस स्थिति में, आउटपुट लैंप बुझ जाएगा, जो तार्किक शून्य स्थिति से मेल खाता है।
यदि दोनों बटन, या उनमें से कम से कम एक को नहीं दबाया जाता है, तो रिले बंद हो जाता है और सर्किट के आउटपुट पर प्रकाश चालू हो जाता है, जो तार्किक एक स्तर से मेल खाता है।
जो कुछ कहा गया है, उससे निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं:
सबसे पहले, यदि कम से कम एक इनपुट में तार्किक शून्य है, तो आउटपुट तार्किक होगा। आउटपुट पर वही स्थिति उस स्थिति में होगी जब दोनों इनपुट पर एक साथ शून्य मौजूद हों। यह NAND तत्वों की एक बहुत ही मूल्यवान संपत्ति है: यदि आप दोनों इनपुट को जोड़ते हैं, तो NAND तत्व एक इन्वर्टर बन जाता है - यह केवल NOT फ़ंक्शन करता है। यह संपत्ति आपको एक बार में छह इनवर्टर युक्त एक विशेष माइक्रोक्रिकिट स्थापित करने से बचने की अनुमति देती है, जब केवल एक या दो की आवश्यकता होती है।
दूसरे, आउटपुट पर शून्य केवल तभी प्राप्त किया जा सकता है जब आप सभी इनपुट पर शून्य को "एकत्रित" करते हैं। इस मामले में, प्रश्न 2AND-NOT में तार्किक तत्व को कॉल करना उचित होगा। ए दो इंगित करता है कि इस तत्व में दो इनपुट हैं। माइक्रो-सर्किट की लगभग सभी श्रृंखलाओं में 3, 4 और आठ-इनपुट तत्व भी होते हैं। इसके अलावा, उनमें से प्रत्येक के पास केवल एक ही निकास है। हालाँकि, डिजिटल माइक्रो सर्किट की कई श्रृंखलाओं में मूल तत्व 2I-NOT तत्व माना जाता है।
इनपुट को जोड़ने के विभिन्न विकल्पों के साथ, आप एक और अद्भुत संपत्ति प्राप्त कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, आठ-इनपुट 8I-NOT तत्व के तीन इनपुट को जोड़कर, हम एक 6I-NOT तत्व प्राप्त करते हैं। और यदि आप सभी 8 इनपुट को एक साथ जोड़ते हैं, तो आपको केवल एक इन्वर्टर मिलता है, जैसा कि ऊपर बताया गया था।
इससे तार्किक तत्वों से हमारा परिचय समाप्त होता है। लेख का अगला भाग माइक्रो-सर्किट, माइक्रो-सर्किट की आंतरिक संरचना और पल्स जनरेटर जैसे सरल उपकरणों के साथ सरल प्रयोगों पर गौर करेगा।
बोरिस अलादिश्किन
बिल्कुल सभी डिजिटल माइक्रो सर्किट में समान तार्किक तत्व होते हैं - किसी भी डिजिटल नोड के "बिल्डिंग ब्लॉक"। अब हम इसी बारे में बात करेंगे।
तर्क तत्व- यह एक सर्किट है जिसमें कई इनपुट और एक आउटपुट होता है। इनपुट पर सिग्नल की प्रत्येक स्थिति आउटपुट पर एक विशिष्ट सिग्नल से मेल खाती है।
तो तत्व क्या हैं?
तत्व "और"
अन्यथा इसे "संयोजक" कहा जाता है।
यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, आपको एक तालिका बनाने की आवश्यकता है जो इनपुट संकेतों के किसी भी संयोजन के लिए आउटपुट स्थितियों को सूचीबद्ध करती है। इस तालिका को "कहा जाता है ट्रुथ टेबल" लॉजिक सर्किट के संचालन का वर्णन करने के लिए डिजिटल तकनीक में सत्य तालिकाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
"AND" तत्व और इसकी सत्य तालिका इस प्रकार दिखती है:
चूँकि आपको रूसी और बुर्जुआ तकनीक दोनों से संवाद करना होगा। दस्तावेज़ीकरण, मैं हमारे और गैर-हमारे दोनों मानकों के अनुसार तत्वों के प्रतीकात्मक ग्राफिक प्रतीक (जीआईडी) प्रदान करूंगा।
हम सत्य तालिका को देखते हैं और अपने मस्तिष्क में सिद्धांत को स्पष्ट करते हैं। इसे समझना मुश्किल नहीं है: "AND" तत्व के आउटपुट पर एक इकाई तभी होती है जब इकाइयों को दोनों इनपुटों में आपूर्ति की जाती है। यह तत्व का नाम बताता है: इकाइयाँ एक और दूसरे इनपुट दोनों पर होनी चाहिए।
यदि हम इसे थोड़ा अलग तरीके से देखें, तो हम यह कह सकते हैं: "AND" तत्व का आउटपुट शून्य होगा यदि इसके कम से कम एक इनपुट पर शून्य लागू किया जाता है। चलो याद करते हैं। आगे बढ़ो।
या तत्व
दूसरे तरीके से, उसे "डिजंक्टर" कहा जाता है।
हम प्रशंसा करते हैं:
फिर, नाम अपने आप में बोलता है।
आउटपुट पर एक इकाई तब दिखाई देती है जब एक इकाई को एक या दूसरे पर या दोनों इनपुट पर एक साथ लागू किया जाता है। इस तत्व को नकारात्मक तर्क के लिए "AND" तत्व भी कहा जा सकता है: इसके आउटपुट पर शून्य तभी होता है जब एक और दूसरे इनपुट दोनों को शून्य प्रदान किया जाता है।
नोट तत्व
अधिकतर, इसे "इन्वर्टर" कहा जाता है।
क्या मुझे उनके काम के बारे में कुछ कहने की ज़रूरत है?
नंद तत्व
NAND गेट बिल्कुल AND गेट की तरह ही काम करता है, केवल आउटपुट सिग्नल पूरी तरह से विपरीत होता है। जहां "AND" तत्व में "0" आउटपुट होना चाहिए, वहीं "AND-NOT" तत्व में एक होना चाहिए। और इसके विपरीत। तत्व के समतुल्य सर्किट से इसे समझना आसान है:
तत्व "NOR" (NOR)
वही कहानी - आउटपुट पर एक इन्वर्टर के साथ एक "OR" तत्व।
अगला कॉमरेड थोड़ा अधिक चालाक है:
विशिष्ट या तत्व (XOR)
वह इस प्रकार है:
यह जो ऑपरेशन करता है उसे अक्सर "अतिरिक्त मॉड्यूलो 2" कहा जाता है। वास्तव में, डिजिटल योजक इन्हीं तत्वों पर निर्मित होते हैं।
आइए सत्यता तालिका पर नजर डालें। आउटपुट यूनिट कब है? सही: जब इनपुट में अलग-अलग सिग्नल हों। एक पर - 1, दूसरे पर - 0. वह कितना चालाक है।
समतुल्य परिपथ कुछ इस प्रकार है:
इसे याद रखना जरूरी नहीं है.
दरअसल, ये मुख्य तार्किक तत्व हैं। बिल्कुल कोई भी डिजिटल माइक्रो सर्किट उनके आधार पर बनाया जाता है। यहां तक कि आपका पसंदीदा पेंटियम 4 भी।
और अंत में, डिजिटल तत्वों वाले कई माइक्रो-सर्किट। माइक्रोक्रिकिट के संबंधित पैरों की संख्या तत्वों के टर्मिनलों के पास इंगित की गई है। यहां सूचीबद्ध सभी चिप्स में 14 पैर हैं। पैरों 7 (-) और 14 (+) को बिजली की आपूर्ति की जाती है। आपूर्ति वोल्टेज - पिछले पैराग्राफ में तालिका देखें।
तार्किक तत्व डिजिटल (अलग) सूचना प्रसंस्करण उपकरणों और डिजिटल स्वचालन उपकरणों का आधार बनाते हैं।
तर्क तत्व डिजिटल जानकारी पर सबसे सरल तार्किक संचालन करते हैं। एक तार्किक ऑपरेशन कुछ नियमों के अनुसार इनपुट जानकारी को आउटपुट जानकारी में परिवर्तित करता है। तर्क तत्व अक्सर कुंजी मोड में काम करने वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के आधार पर बनाए जाते हैं। इसलिए, डिजिटल जानकारी को आमतौर पर बाइनरी रूप में दर्शाया जाता है, जिसमें सिग्नल केवल दो मान लेते हैं: कुंजी की दो स्थितियों के अनुरूप "0" (तार्किक शून्य) और "1" (तार्किक एक)। तार्किक शून्य किसी तत्व के इनपुट या आउटपुट पर कम वोल्टेज स्तर से मेल खाता है (उदाहरण के लिए, यू 0 =0...0.4V), और तार्किक शून्य उच्च वोल्टेज स्तर से मेल खाता है (उदाहरण के लिए, यू 1 =3 ...5V).
मुख्य तार्किक तत्व OR, AND, NOT, OR-NOT, AND-NOT तत्व हैं। इन मूल तत्वों के आधार पर, अधिक जटिल तत्वों का निर्माण किया जाता है: फ्लिप-फ्लॉप, काउंटर, रजिस्टर, योजक।
OR तार्किक तत्व (चित्र 4.1, ए) में एक आउटपुट और कई इनपुट (अक्सर 2 - 4 इनपुट) होते हैं और तार्किक जोड़ या विच्छेदन के कार्य को कार्यान्वित करते हैं। दो स्वतंत्र चर के मामले में, इसे Y = X 1 ÚX 2 या Y = X 1 + X 2 (X 1 या X 2 पढ़ें) द्वारा दर्शाया जाता है और सत्य तालिका (तालिका 4.1) द्वारा निर्धारित किया जाता है। OR ऑपरेशन तीन या अधिक स्वतंत्र तर्कों पर किया जा सकता है। फ़ंक्शन Y = 1 यदि कम से कम एक स्वतंत्र चर Xi एक के बराबर है।
AND तार्किक तत्व (चित्र 4.1, बी) तार्किक गुणन या संयोजन के कार्य को कार्यान्वित करता है। इसे Y = X 1 ÙX 2 या Y = X 1 तार्किक गुणन संक्रिया को तीन या अधिक स्वतंत्र तर्कों तक बढ़ाया जा सकता है। फलन Y तभी एक के बराबर होता है जब सभी स्वतंत्र चर Xi एक के बराबर हों।
लॉजिक गेट तार्किक निषेध या व्युत्क्रम ऑपरेशन को लागू नहीं करता है। फ़ंक्शन
OR-NOT तार्किक तत्व तार्किक फ़ंक्शन Y = को कार्यान्वित करता है और सत्य तालिका (तालिका 4.4) द्वारा निर्धारित किया जाता है।
AND-NOT तार्किक तत्व तार्किक फ़ंक्शन Y = को कार्यान्वित करता है और सत्य तालिका (तालिका 4.5) द्वारा निर्धारित किया जाता है।
चित्र 4.1 - तार्किक तत्वों या (ए), और (बी), नहीं (सी), या-नहीं (डी), और-नहीं (ई) की प्रतीकात्मक ग्राफिक छवियां
तालिका 4.1-सत्य तालिका तालिका 4.2-AND तत्व के OR तत्व की सत्य तालिका
| एक्स 1 | एक्स 2 | वाई = एक्स 1 + एक्स 2 | एक्स 1 | एक्स 2 | वाई = एक्स 1 एक्स 2 | ||
तालिका 4.3-सत्य तालिका तालिका 4.4-सत्य तालिका
तत्व नहीं तत्व या - नहीं
तार्किक संचालन BAN और अनन्य OR को लागू करने वाले तत्वों का भी उपयोग किया जाता है।
BAN तर्क तत्व में आमतौर पर दो इनपुट होते हैं (चित्र 4.2, ए): एक्स 1 की अनुमति और एक्स 2 का निषेध। यदि X 2 =0 है तो आउटपुट सिग्नल सक्षम इनपुट X 1 पर सिग्नल को दोहराता है। जब X 2 = 1 होता है, तो X 1 के मान की परवाह किए बिना, आउटपुट पर 0 सिग्नल दिखाई देता है। अर्थात्, यह तत्व तार्किक फ़ंक्शन Y = X 1 को लागू करता है। तार्किक तत्व "अनन्य OR" (असमानता) (चित्र 4.2, बी) एक तार्किक कार्य को कार्यान्वित करता है और सत्य तालिका (तालिका 4.6) द्वारा निर्धारित किया जाता है।
चित्र 4.2 - तार्किक तत्वों BAN (ए), विशेष या (बी) की प्रतीकात्मक ग्राफिक छवियां
तालिका 4.6 - "अनन्य OR" तत्व की सत्य तालिका
| एक्स 1 | एक्स 2 | वाई |
डिजिटल इंटीग्रेटेड सर्किट बहुत कम पावर आउटपुट सिग्नल प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, K155, K555, KR1533 श्रृंखला के माइक्रो सर्किट तार्किक एक अवस्था में 0.4 mA का आउटपुट करंट प्रदान करते हैं। इसलिए, ओपन-कलेक्टर माइक्रो-सर्किट का उपयोग आमतौर पर लॉजिक ब्लॉक के आउटपुट पर किया जाता है। ऐसे माइक्रो-सर्किट में, कलेक्टर सर्किट में शामिल अवरोधक को माइक्रो-सर्किट के बाहर ले जाया जाता है (चित्र 4.3, ए).
चित्र 4.3 - एक लोड को एक खुले कलेक्टर माइक्रोक्रिकिट के आउटपुट से जोड़ना
यदि DD1 माइक्रोक्रिकिट का आउटपुट तार्किक स्थिति (U OUT = 1) में है, यानी इसका आउटपुट ट्रांजिस्टर कटऑफ स्थिति में है, तो I K » 0. जब "Log.0" DD1 के आउटपुट पर होता है (यू आउट = 0), यानी जब इसका आउटपुट ट्रांजिस्टर संतृप्ति स्थिति I K »UP / R K में होता है। ओपन-कलेक्टर माइक्रो सर्किट का अधिकतम अनुमेय आउटपुट करंट पारंपरिक माइक्रो सर्किट की तुलना में काफी अधिक हो सकता है।
उदाहरण के लिए, खुले कलेक्टर K155LL2, K155LI5, K155LA18 वाले माइक्रो सर्किट के लिए, अधिकतम आउटपुट इनकमिंग करंट 300 mA तक पहुंच सकता है, और "लॉग.1" स्थिति में अधिकतम आउटपुट वोल्टेज 30 V हो सकता है, जो आपको लोड स्विच करने की अनुमति देता है। 9 डब्ल्यू तक.
यदि लोड, उदाहरण के लिए रिले या वायवीय वितरक का तार, वोल्टेज और करंट के लिए डिज़ाइन किया गया है जो किसी दिए गए माइक्रोक्रिकिट के लिए अनुमेय से अधिक नहीं है, तो इसे सीधे माइक्रोक्रिकिट के आउटपुट से जोड़ा जा सकता है (चित्र 4.3)। बी). इस स्थिति में, यदि DD2 के आउटपुट पर "Log.0" है तो रिले K1 सक्रिय हो जाता है और DD2 के आउटपुट पर "Log.1" मौजूद होने पर बंद हो जाता है। विपरीत दिशा में जुड़ा डायोड VD1, माइक्रोक्रिकिट को ओवरवॉल्टेज से बचाता है जो तब होता है जब रिले कॉइल में जमा विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के कारण बंद हो जाता है।
उच्च ऑपरेटिंग वोल्टेज और करंट वाले लोड को नियंत्रित करने के लिए, आप एक सर्किट का उपयोग कर सकते हैं जहां पावर सर्किट को एक अतिरिक्त ट्रांजिस्टर VT1 द्वारा स्विच किया जाता है, जो एक खुले कलेक्टर DD1 के साथ माइक्रोक्रिकिट के आउटपुट से जुड़ा होता है और कुंजी मोड (चित्र) में काम करता है। 4.4).
चित्र 4.4 - ट्रांजिस्टर स्विच के माध्यम से लोड को कनेक्ट करना
DD1 के आउटपुट पर "लॉग.0" पर, ट्रांजिस्टर VT1 बंद है और रिले K1 बंद है। DD1 के आउटपुट पर "लॉग.1" पर, ट्रांजिस्टर खुलता है (संतृप्ति अवस्था में चला जाता है)। संतृप्ति मोड में ट्रांजिस्टर के माध्यम से धारा आपूर्ति वोल्टेज यू 1 और रिले कॉइल आर के 1 के प्रतिरोध द्वारा निर्धारित की जाती है, क्योंकि संतृप्ति मोड यू केएन »0 में ट्रांजिस्टर में वोल्टेज गिरता है:
आपूर्ति वोल्टेज यू 1 को लोड के ऑपरेटिंग वोल्टेज (इस मामले में, रिले के 1) के बराबर चुना जाना चाहिए, और ट्रांजिस्टर वीटी 1 को यू 1 से अधिक अनुमेय कलेक्टर वोल्टेज और आई के 1 से अधिक अनुमेय कलेक्टर वर्तमान के साथ चुना जाना चाहिए। .
ट्रांजिस्टर संतृप्ति मोड तब प्राप्त होता है जब
ट्रांजिस्टर की विश्वसनीय संतृप्ति के लिए, यह आवश्यक है कि किसी दिए गए प्रकार के ट्रांजिस्टर के लिए स्थिर वर्तमान लाभ h 21E = h 21E मिनट के न्यूनतम मूल्य पर स्थिति संतुष्ट हो।
इस मामले में, शर्त पूरी होनी चाहिए
यू पी /आर 1 ³आई बीएन जी = जीआई केएन / एच 21एमिन
जहाँ g संतृप्ति की डिग्री है (g = 1.2…2)।
डायोड VD1 ट्रांजिस्टर को ओवरवॉल्टेज स्विच करने से बचाता है। डायोड VD2, DD1 के आउटपुट पर "लॉग.0" पर ट्रांजिस्टर को बंद करने के लिए आवश्यक बायस वोल्टेज प्रदान करता है। बायस वोल्टेज को प्रतिरोधक R2 के माध्यम से आधार पर लागू किया जाता है।
यदि लोड में महत्वपूर्ण प्रेरण है, तो इसे विपरीत दिशा में जुड़े डायोड द्वारा शंट किया जाता है (चित्र 4.3, बी, चित्र 4.4 देखें)।
ओपन-कलेक्टर लॉजिक चिप्स का उपयोग तकनीकी (उदाहरण के लिए, वेल्डिंग) उपकरण को नियंत्रित करने के लिए भी किया जाता है। आधुनिक वेल्डिंग उपकरणों के लिए नियंत्रण इकाइयाँ (उदाहरण के लिए, BUSP श्रृंखला की अर्ध-स्वचालित वेल्डिंग मशीनों के लिए नियंत्रण इकाइयाँ, RKS श्रृंखला के प्रतिरोध वेल्डिंग चक्र के लिए नियंत्रण इकाइयाँ) एक विशिष्ट इनपुट से जुड़े एक खुले कलेक्टर माइक्रोक्रिकिट का उपयोग करके सीधे स्विचिंग नियंत्रण प्रदान करती हैं। नियंत्रण इकाई (चित्र 4.5)।
चित्र 4.5 - एक ओपन-कलेक्टर लॉजिक चिप का उपयोग करके उपकरण नियंत्रण सर्किट की प्रक्रिया करें
