Rangkaian khas dari elemen terintegrasi logika berpasangan emitor ditunjukkan pada Gambar. 2.15.

beras. 2.15.

Transistor VT 0, VT 1, VT 2, VT 3 beroperasi pada rangkaian saklar arus, transistor VT 4, VT 5 - pada pengikut emitor keluaran. Diagram menunjukkan nilai potensial di berbagai titik ketika level tegangan log.1 diterapkan ke input; Nilai potensial dari titik-titik yang sama diapit dalam tanda kurung untuk kasus ketika level tegangan log.0 diterapkan ke semua input elemen. Nilai-nilai potensi tersebut sesuai dengan tingkatan berikut:

· tegangan catu daya Ek = 5 V;

· tingkat logika 1 U 1 = 4,3 V;

· tingkat logika 1 U 0 = 3,5 V;

· tegangan antara basis dan emitor transistor terbuka U menjadi = 0,7 V.

Mari kita perhatikan prinsip pengoperasian elemen logika terintegrasi ESL (lihat Gambar 2.15).

Biarkan tegangan U 1 = 4,3 V diterapkan ke In 1. Transistor VT 1 terbuka; arus emitor transistor ini menimbulkan penurunan tegangan pada resistor R U a = U 1 -U be = 4,3 - 0,7 = 3,6 V; arus kolektor menghasilkan tegangan U Rк1 = 0,8 V pada resistor Rk1; tegangan pada kolektor transistor U b = E k - U Rk1 = 5 - 0,8 = 4,2 V.

Tegangan antara basis dan emitor transistor VT 0 U menjadi VT0 = U - U a = 3,9 - 3,6 = 0,3 V; tegangan ini tidak cukup untuk membuka transistor VT 0. Jadi, keadaan terbuka dari salah satu transistor VT 1, VT 2, VT 3 menyebabkan keadaan tertutup dari transistor VT 0. Arus yang melalui resistor R k2 sangat kecil (hanya arus basis transistor VT 5 yang mengalir) dan tegangan pada kolektor VT 0.

Mari kita pertimbangkan keadaan lain dari elemen logika. Biarkan tegangan log.0 U 0 = 3,5 V bekerja pada semua input. Dalam hal ini, transistor VT 0 terbuka (dari semua transistor yang emitornya digabungkan, transistor dengan tegangan lebih tinggi pada basisnya terbuka ); U a = U - U menjadi = 3,9 - 0,7 = 3,2 V; tegangan antara basis dan emitor transistor VT 1, VT 2, VT 3 sama dengan U menjadi VT1...VT0 = U 0 - U a = 3,5 - 0,7 = 0,3 V dan transistor ini tertutup; kamu b = 5V; kamu dalam = 4,2 V.

Tegangan dari titik b dan c ditransmisikan ke keluaran elemen melalui repeater emitor; dalam hal ini level tegangan turun sebesar U menjadi = 0,7 V. Mari kita perhatikan fakta penting bahwa tegangan pada output sama dengan U 1 (4,3 V) atau U 0 (3,5 V).

Mari kita cari tahu fungsi logika apa yang terbentuk pada keluaran elemen.

Pada titik di dan di Keluar 2, tegangan tingkat rendah dihasilkan ketika transistor VT 0 terbuka, yaitu. dalam hal x 1 = 0, x 2 = 0, x 3 = 0. Untuk kombinasi nilai variabel masukan lainnya, transistor VT 0 ditutup dan tegangan tingkat tinggi dihasilkan pada Keluar 2. Oleh karena itu terbentuk disjungsi variabel x 1 Vx 1 Vx 1 di Out 2. Fungsi OR-NOT terbentuk pada Out 1.

Oleh karena itu, gerbang logika melakukan operasi NOR dan OR.

Pada sirkuit mikro ESL, titik g dijadikan umum, dan titik d dihubungkan ke sumber listrik dengan tegangan -5V. Dalam hal ini, potensi semua titik rangkaian dikurangi menjadi 5 V.

Elemen logis yang dianggap termasuk dalam kelas elemen yang bekerja paling cepat (waktu tunda propagasi sinyal pendek) dipastikan oleh faktor-faktor berikut: transistor terbuka berada dalam mode aktif (bukan dalam mode saturasi); penggunaan pengikut emitor pada keluaran mempercepat proses pengisian ulang kapasitor yang terhubung ke keluaran; transistor dihubungkan sesuai dengan rangkaian peralihan basis umum, yang meningkatkan sifat frekuensi transistor dan mempercepat proses peralihannya; Perbedaan level logis U 1 -U 0 = 0,8 V dipilih kecil (namun, hal ini menyebabkan kekebalan elemen terhadap kebisingan relatif rendah).

Elemen logika berdasarkan transistor MOS

beras. 2.16

Pada Gambar. Gambar 2.16 menunjukkan diagram elemen logika dengan saluran induksi tipe n (yang disebut teknologi n MIS). Transistor utama VT 1 dan VT 2 dihubungkan secara seri, transistor VT 3 bertindak sebagai beban. Dalam kasus ketika tegangan tinggi U 1 diterapkan pada kedua masukan elemen (x 1 = 1, x 2 = 1), kedua transistor VT 1 dan VT 2 terbuka dan tegangan rendah U 0 diatur pada keluaran. Dalam semua kasus lainnya, setidaknya salah satu transistor VT 1 atau VT 2 ditutup dan tegangan U 1 diatur pada output. Dengan demikian, elemen tersebut menjalankan fungsi logika AND-NOT.

beras. 2.17

Pada Gambar. Gambar 2.17 menunjukkan diagram elemen OR-NOT. Tegangan rendah U 0 diatur pada outputnya jika setidaknya salah satu input memiliki tegangan tinggi U 1 , membuka salah satu transistor utama VT 1 dan VT 2 .

beras. 2.18

Ditunjukkan pada Gambar. Diagram 2.18 adalah diagram elemen NOR-NOT dari teknologi KMDP. Di dalamnya transistor VT 1 dan VT 2 sebagai transistor utama, transistor VT 3 dan VT 4 sebagai beban. Biarkan tegangan tinggi U 1. Dalam hal ini, transistor VT 2 terbuka, transistor VT 4 tertutup dan, terlepas dari level tegangan pada input lain dan keadaan transistor lainnya, tegangan rendah U 0 diatur pada output. Elemen mengimplementasikan operasi logika OR-NOT.

Sirkuit CMPD dicirikan oleh konsumsi arus (dan daya) yang sangat rendah dari catu daya.

Elemen logika logika injeksi integral

beras. 2.19

Pada Gambar. Gambar 2.19 menunjukkan topologi elemen logika logika injeksi integral (I 2 L). Untuk membuat struktur seperti itu, diperlukan dua fase difusi dalam silikon dengan konduktivitas tipe-n: pada fase pertama, terbentuk daerah p 1 dan p 2, dan pada fase kedua, terbentuk daerah n 2.

Elemen tersebut memiliki struktur p 1 -n 1 -p 2 -n 1 . Lebih mudah untuk mempertimbangkan struktur empat lapis seperti itu dengan membayangkannya sebagai sambungan dua struktur transistor tiga lapis konvensional:

P 1 - N 1 - P 2 N 1 - P 2 - N 1

Diagram yang sesuai dengan representasi ini ditunjukkan pada Gambar. 2.20, a. Mari kita pertimbangkan pengoperasian elemen sesuai dengan skema ini.

beras. 2.20

Transistor VT 2 dengan struktur tipe n 1 -p 2 -n 1 menjalankan fungsi inverter dengan beberapa keluaran (setiap kolektor membentuk keluaran terpisah dari suatu elemen sesuai dengan rangkaian kolektor terbuka).

Transistor VT 2, disebut penyuntik, memiliki struktur seperti p 1 -n 1 -p 2 . Karena luas n 1 transistor ini sama, emitor transistor VT 2 harus dihubungkan ke basis transistor VT 1; adanya area umum p 2 menyebabkan perlunya menghubungkan basis transistor VT 2 dengan kolektor transistor VT 1. Ini menciptakan hubungan antara transistor VT 1 dan VT 2, ditunjukkan pada Gambar 2.20a.

Karena emitor transistor VT 1 mempunyai potensial positif dan basis berada pada potensial nol, sambungan emitor mendapat bias maju dan transistor terbuka.

Arus kolektor transistor ini dapat ditutup melalui transistor VT 3 (inverter elemen sebelumnya) atau melalui sambungan emitor transistor VT 2.

Jika elemen logika sebelumnya dalam keadaan terbuka (transistor VT 3 terbuka), maka pada input elemen ini terdapat level tegangan rendah, yang bekerja berdasarkan VT 2, menjaga transistor ini dalam keadaan tertutup. Arus injektor VT 1 ditutup melalui transistor VT 3. Ketika elemen logika sebelumnya tertutup (transistor VT 3 tertutup), arus kolektor injektor VT 1 mengalir ke basis transistor VT 2, dan transistor ini adalah diatur ke keadaan terbuka.

Jadi, ketika VT 3 tertutup, transistor VT 2 terbuka dan sebaliknya, ketika VT 3 terbuka, transistor VT 2 tertutup. Keadaan terbuka elemen berhubungan dengan keadaan log.0, dan keadaan tertutup berhubungan dengan keadaan log.1.

Injektor adalah sumber arus searah (yang umum terjadi pada sekelompok elemen). Seringkali mereka menggunakan penunjukan grafis konvensional dari suatu elemen, yang ditunjukkan pada Gambar. 2.21,b.

Pada Gambar. Gambar 2.21a menunjukkan rangkaian yang mengimplementasikan operasi OR-NOT. Koneksi pengumpul elemen sesuai dengan operasi yang disebut instalasi I. Memang, setidaknya salah satu elemen dalam keadaan terbuka (keadaan log.0), maka arus injektor elemen berikutnya akan ditutup melalui inverter terbuka dan level log.0 rendah akan ditetapkan pada hasil gabungan dari elemen-elemen tersebut. Akibatnya, pada keluaran ini suatu nilai terbentuk sesuai dengan ekspresi logika x 1 · x 2. Menerapkan transformasi de Morgan menghasilkan ekspresi x 1 · x 2 = . Oleh karena itu, sambungan elemen ini benar-benar mengimplementasikan operasi OR-NOT.

beras. 2.21

Elemen logika DAN 2 L memiliki keunggulan sebagai berikut:

· memberikan integrasi tingkat tinggi; dalam pembuatan sirkuit I 2 L, proses teknologi yang sama digunakan seperti dalam produksi sirkuit terpadu pada transistor bipolar, tetapi jumlah operasi teknologi dan masker foto yang diperlukan lebih sedikit;

· tegangan yang dikurangi digunakan (sekitar 1V);

· memberikan kemampuan untuk bertukar daya pada rentang kinerja yang luas (konsumsi daya dapat diubah beberapa kali lipat, yang karenanya akan menyebabkan perubahan kinerja);

· sesuai dengan elemen TTL.

Pada Gambar. Gambar 2.21b menunjukkan diagram peralihan unsur I 2 L ke unsur TTL.

Elemen logika beroperasi sebagai elemen independen dalam bentuk sirkuit mikro dengan tingkat integrasi rendah, dan dimasukkan dalam bentuk komponen dalam sirkuit mikro dengan tingkat integrasi lebih tinggi. Ada lusinan elemen seperti itu.

Tapi pertama-tama kita hanya akan membicarakan empat di antaranya - ini adalah elemen AND, OR, NOT, AND-NOT. Elemen utamanya adalah tiga elemen pertama, dan elemen AND-NOT sudah merupakan kombinasi dari elemen AND dan NOT. Elemen-elemen ini dapat disebut sebagai “blok bangunan” teknologi digital. Pertama, kita harus mempertimbangkan apa logika tindakan mereka?

Mari kita ingat bagian pertama artikel tentang sirkuit mikro digital. Dikatakan di sana bahwa tegangan pada input (output) sirkuit mikro dalam kisaran 0...0.4V adalah level nol logis, atau tegangan level rendah. Jika tegangan berada dalam 2.4...5.0V, maka ini adalah tegangan satu tingkat logis atau tegangan tingkat tinggi.

Status pengoperasian sirkuit mikro seri K155 dan sirkuit mikro lainnya dengan tegangan suplai 5V dicirikan oleh level ini. Jika tegangan pada keluaran rangkaian mikro berada pada kisaran 0,4...2.4V (misalnya 1,5 atau 2.0V), maka Anda sudah dapat mempertimbangkan untuk mengganti rangkaian mikro ini.

Saran praktis: untuk memastikan bahwa sirkuit mikro inilah yang salah pada outputnya, Anda harus memutuskan input dari sirkuit mikro di sebelahnya (atau beberapa input yang terhubung ke output dari sirkuit mikro ini). Masukan ini dapat dengan mudah “meningkatkan” (membebani) keluaran dari rangkaian mikro.

Simbol grafis konvensional

Simbol grafisnya adalah persegi panjang yang berisi jalur input dan output. Jalur masukan elemen terletak di sebelah kiri, dan jalur keluaran di sebelah kanan. Hal yang sama berlaku untuk seluruh lembar dengan sirkuit: di sisi kiri semua sinyal masukan, di sisi kanan adalah keluaran. Ibarat baris dalam buku, dari kiri ke kanan, sehingga lebih mudah diingat. Di dalam persegi panjang terdapat simbol yang menunjukkan fungsi yang dilakukan oleh elemen.

Kita akan memulai pembahasan elemen logika dengan elemen AND.

Gambar 1. Gerbang AND

Simbol grafisnya ditunjukkan pada Gambar 1a. Simbol untuk fungsi AND adalah simbol bahasa Inggris “&”, yang dalam bahasa Inggris menggantikan konjungsi “dan”, lagipula, semua “pseudoscience” ini ditemukan di kalangan borjuasi terkutuk.

Masukan suatu elemen ditetapkan sebagai X dengan indeks 1 dan 2, dan keluarannya, sebagai fungsi keluaran, ditandai dengan huruf Y. Sederhana, seperti dalam matematika sekolah, misalnya Y = K*X atau, secara umum , kamu = f(x) . Sebuah elemen dapat memiliki lebih dari dua masukan, yang hanya dibatasi oleh kompleksitas masalah yang dipecahkan, namun hanya boleh ada satu keluaran.

Logika pengoperasian elemen adalah sebagai berikut: akan ada tegangan tingkat tinggi pada keluaran Y hanya jika AND pada masukan X1 DAN pada masukan X2 terdapat tegangan tingkat tinggi. Jika elemen memiliki 4 atau 8 masukan, maka kondisi yang ditentukan (adanya level tinggi) harus dipenuhi di semua masukan: DAN pada masukan 1, DAN pada masukan 2, DAN pada masukan 3…..DAN pada masukan N. Hanya dalam hal ini outputnya juga akan tinggi.

Untuk memudahkan memahami logika pengoperasian elemen AND, Gambar 1b menunjukkan analoginya dalam bentuk diagram kontak. Di sini keluaran elemen Y diwakili oleh lampu HL1. Jika lampu menyala, maka ini berhubungan dengan level tinggi pada keluaran elemen AND. Elemen seperti ini sering disebut 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Digit pertama menunjukkan jumlah input.

Sebagai sinyal input X1 dan X2, digunakan tombol “bel” biasa tanpa fiksasi. Keadaan tombol yang terbuka adalah keadaan tingkat rendah, dan keadaan tertutup, tentu saja, adalah tingkat tinggi. Diagram menunjukkan baterai galvanik sebagai sumber listrik. Saat tombol-tombolnya dalam keadaan terbuka, tentu saja lampunya tidak menyala. Lampu akan menyala hanya jika kedua tombol ditekan secara bersamaan, mis. I-SB1, I-SB2. Ini adalah hubungan logis antara sinyal masukan dan keluaran elemen AND.

Representasi visual pengoperasian elemen AND dapat diperoleh dengan melihat diagram waktu yang ditunjukkan pada Gambar 1c. Pertama, sinyal level tinggi muncul pada input X1, tetapi tidak terjadi apa-apa pada output Y, masih ada sinyal level rendah. Pada masukan X2, sinyal muncul dengan beberapa penundaan dibandingkan dengan masukan pertama, dan sinyal tingkat tinggi muncul pada keluaran Y.

Ketika input X1 rendah, outputnya juga rendah. Atau dengan kata lain, output akan tetap tinggi selama kedua inputnya tinggi. Hal yang sama dapat dikatakan tentang lebih banyak elemen AND multi-input: jika 8-I, maka untuk mendapatkan level tinggi pada output, level tinggi harus dipertahankan pada delapan input sekaligus.

Paling sering dalam literatur referensi, keadaan keluaran elemen logika tergantung pada sinyal masukan diberikan dalam bentuk tabel kebenaran. Untuk elemen 2-I yang dipertimbangkan, tabel kebenarannya ditunjukkan pada Gambar 1d.

Tabelnya agak mirip dengan tabel perkalian, hanya saja lebih kecil. Jika Anda mempelajarinya dengan cermat, Anda akan melihat bahwa level output akan tinggi hanya jika ada tegangan level tinggi atau, yang merupakan hal yang sama, tegangan logis pada kedua input. Omong-omong, perbandingan tabel kebenaran dengan tabel perkalian bukanlah suatu kebetulan: para insinyur elektronik hafal semua tabel kebenaran, seperti yang mereka katakan.

Selain itu, fungsi AND dapat dijelaskan menggunakan . Untuk elemen dengan dua masukan, rumusnya akan terlihat seperti ini: Y = X1*X2 atau bentuk penulisan lainnya Y = X1^X2.

Kita akan melihat gerbang OR selanjutnya.

Gambar 2. Gerbang OR

Notasi grafisnya mirip dengan elemen AND yang baru saja dibahas, hanya saja alih-alih tanda & yang menunjukkan fungsi AND, angka 1 tertulis di dalam persegi panjang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2a. Dalam hal ini, ini menunjukkan fungsi OR. Di sebelah kiri adalah input X1 dan X2, yang, seperti halnya fungsi AND, mungkin ada lebih banyak, dan di sebelah kanan adalah output, ditandai dengan huruf Y.

Dalam bentuk rumus aljabar Boolean, fungsi OR dituliskan Y = X1 + X2.

Menurut rumus ini, Y akan benar bila OR pada masukan X1, OR pada masukan X2, OR pada kedua masukan terdapat level tinggi sekaligus.

Diagram kontak yang ditunjukkan pada Gambar 2b akan membantu Anda memahami apa yang baru saja dikatakan: menekan salah satu tombol (tingkat tinggi) atau kedua tombol sekaligus akan menyebabkan bola lampu menyala (tingkat tinggi). Dalam hal ini, tombol-tombolnya adalah sinyal masukan X1 dan X2, dan bola lampu adalah sinyal keluaran Y. Agar lebih mudah diingat, Gambar 2c dan 2d masing-masing menunjukkan diagram waktu dan tabel kebenaran: analisis saja pengoperasiannya rangkaian kontak yang ditunjukkan dengan diagram dan tabel, seperti semua pertanyaan akan hilang.

BUKAN gerbang, inverter

Seperti yang dikatakan salah satu guru, dalam teknologi digital tidak ada yang lebih rumit dari inverter. Mungkin ini benar adanya.

Dalam aljabar logika, operasi NOT disebut inversi, yang diterjemahkan dari bahasa Inggris berarti negasi, yaitu level sinyal keluaran justru berbanding terbalik dengan sinyal masukan, yang dalam bentuk rumusnya terlihat seperti Y = /X

(Garis miring sebelum X menunjukkan inversi yang sebenarnya. Biasanya, garis bawah digunakan sebagai pengganti garis miring, meskipun sebutan seperti itu cukup dapat diterima.)

Penunjukan grafis simbolis dari elemen BUKAN persegi atau persegi panjang dengan angka 1 tertulis di dalamnya.

Gambar 3. Inverter

Dalam hal ini berarti elemen tersebut adalah inverter. Ia hanya memiliki satu masukan X dan keluaran Y. Garis keluaran dimulai dengan lingkaran kecil, yang sebenarnya menunjukkan bahwa elemen ini adalah inverter.

Seperti yang baru saja dikatakan, inverter adalah rangkaian paling kompleks dalam teknologi digital. Dan ini dikonfirmasi oleh diagram kontaknya: jika sebelumnya hanya tombol yang cukup, sekarang relai telah ditambahkan ke dalamnya. Ketika tombol SB1 tidak ditekan (logis nol pada input), relai K1 dimatikan energinya dan kontaknya yang biasanya tertutup menyalakan bola lampu HL1, yang sesuai dengan logika pada output.

Jika Anda menekan tombol (terapkan yang logis ke input), relai akan menyala, kontak K1.1 akan terbuka, lampu akan padam, yang sesuai dengan nol logis pada output. Hal ini dikonfirmasi oleh diagram waktu pada Gambar 3c dan tabel kebenaran pada Gambar 3d.

Elemen logika AND-NOT tidak lebih dari gabungan elemen logika AND dengan elemen NOT.

Gambar 4. Gerbang NAND

Oleh karena itu, pada penunjukan grafis konvensionalnya terdapat tanda & (logis AND), dan jalur keluaran dimulai dengan lingkaran, yang menunjukkan adanya inverter pada elemen.

Analog kontak dari elemen logis ditunjukkan pada Gambar 4b, dan jika Anda perhatikan lebih dekat, ini sangat mirip dengan analog inverter yang ditunjukkan pada Gambar 3b: bola lampu juga dinyalakan melalui kontak relai K1 yang biasanya tertutup . Sebenarnya ini adalah inverter. Relai dikendalikan oleh tombol SB1 dan SB2, yang sesuai dengan input X1 dan X2 dari gerbang NAND. Diagram menunjukkan bahwa relai akan menyala hanya ketika kedua tombol ditekan: dalam hal ini, tombol menjalankan fungsi & (logis AND). Dalam hal ini, lampu keluaran akan padam, yang sesuai dengan keadaan nol logis.

Jika kedua tombol, atau setidaknya salah satunya, tidak ditekan, maka relai dimatikan dan lampu pada output rangkaian menyala, yang sesuai dengan level logis.

Dari uraian di atas, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

Pertama, jika setidaknya satu masukan memiliki logika nol, maka keluarannya akan menjadi logika. Keadaan yang sama pada keluaran akan terjadi ketika angka nol muncul pada kedua masukan sekaligus. Ini adalah properti elemen NAND yang sangat berharga: jika Anda menghubungkan kedua input, elemen NAND menjadi inverter - ia hanya menjalankan fungsi NOT. Properti ini menghindari pemasangan sirkuit mikro khusus yang berisi enam inverter sekaligus, bila hanya diperlukan satu atau dua inverter.

Kedua, angka nol pada keluaran hanya dapat diperoleh jika Anda “mengumpulkan” angka nol pada semua masukan. Dalam hal ini, elemen logis yang dimaksud akan tepat untuk disebut 2DAN-TIDAK. Angka dua menunjukkan bahwa elemen ini memiliki dua masukan. Hampir di semua rangkaian sirkuit mikro juga terdapat elemen input 3, 4 dan delapan. Apalagi masing-masing hanya punya satu pintu keluar. Namun, elemen dasar dalam banyak rangkaian sirkuit mikro digital dianggap sebagai elemen 2I-NOT.

Dengan opsi berbeda untuk menghubungkan input, Anda bisa mendapatkan properti luar biasa lainnya. Misalnya, dengan menghubungkan tiga masukan dari delapan masukan elemen 8I-NOT, kita memperoleh elemen 6I-NOT. Dan jika Anda menghubungkan semua 8 input bersama-sama, Anda hanya mendapatkan inverter, seperti yang disebutkan di atas.

Ini mengakhiri pengenalan kita pada elemen logis. Bagian selanjutnya dari artikel ini akan membahas eksperimen sederhana dengan sirkuit mikro, struktur internal sirkuit mikro, dan perangkat sederhana, seperti generator pulsa.

Boris Aladyshkin

Benar-benar semua sirkuit mikro digital terdiri dari elemen logis yang sama - "blok penyusun" dari setiap node digital. Itulah yang akan kita bicarakan sekarang.

Elemen logika- Ini adalah rangkaian yang memiliki beberapa masukan dan satu keluaran. Setiap keadaan sinyal pada masukan berhubungan dengan sinyal tertentu pada keluaran.

Lalu apa saja unsurnya?

Elemen “DAN”

Kalau tidak, itu disebut "konjungtor".

Untuk memahami cara kerjanya, Anda perlu menggambar tabel yang mencantumkan status keluaran untuk setiap kombinasi sinyal masukan. Tabel ini disebut " meja kebenaran" Tabel kebenaran banyak digunakan dalam teknologi digital untuk menggambarkan pengoperasian rangkaian logika.

Berikut adalah tampilan elemen “AND” dan tabel kebenarannya:

Karena Anda harus berkomunikasi dengan teknologi Rusia dan borjuis. dokumentasi, saya akan memberikan simbol grafis simbolis (GID) dari elemen baik menurut standar kami maupun non-kami.

Kami melihat tabel kebenaran dan memperjelas prinsip di otak kami. Tidak sulit untuk memahaminya: satuan pada keluaran elemen “DAN” hanya muncul bila satuan disuplai ke kedua masukan. Ini menjelaskan nama elemen: unit harus berada pada KEDUA input yang satu DAN yang lainnya.

Jika kita melihatnya sedikit berbeda, kita dapat mengatakan ini: keluaran dari elemen “DAN” akan menjadi nol jika nol diterapkan pada setidaknya salah satu masukannya. Mari kita ingat. Teruskan.

elemen ATAU

Dengan cara lain, ia disebut “disjunctor”.

Kami mengagumi:

Sekali lagi, nama itu berbicara sendiri.

Satuan muncul pada keluaran ketika satuan diterapkan ke satu ATAU ke yang lain ATAU ke kedua masukan sekaligus. Elemen ini juga dapat disebut elemen “DAN” untuk logika negatif: angka nol pada keluarannya hanya muncul jika angka nol diberikan pada masukan pertama dan kedua.

elemen CATATAN

Lebih sering, ini disebut “inverter”.

Apakah saya perlu mengatakan sesuatu tentang karyanya?

elemen NAND

Gerbang NAND bekerja sama persis dengan gerbang AND, hanya saja sinyal keluarannya benar-benar berlawanan. Jika elemen “AND” harus mempunyai keluaran “0”, maka elemen “AND-NOT” harus mempunyai keluaran. Dan sebaliknya. Hal ini mudah dipahami dari rangkaian ekivalen elemen:

Elemen "NOR" (NOR)

Cerita yang sama - elemen "ATAU" dengan inverter pada outputnya.

Kawan berikutnya sedikit lebih licik:
Elemen OR eksklusif (XOR)

Dia seperti ini:

Operasi yang dilakukannya sering disebut "penambahan modulo 2". Faktanya, penambah digital dibangun berdasarkan elemen-elemen ini.

Mari kita lihat tabel kebenarannya. Kapan unit keluarannya? Benar: ketika input memiliki sinyal berbeda. Di satu sisi - 1, di sisi lain - 0. Betapa liciknya dia.

Rangkaian ekivalennya kira-kira seperti ini:

Tidak perlu menghafalkannya.

Sebenarnya, ini adalah elemen logis utama. Benar-benar semua sirkuit mikro digital dibuat berdasarkan mereka. Bahkan Pentium 4 favorit Anda.

Dan terakhir, beberapa sirkuit mikro yang mengandung elemen digital. Jumlah kaki-kaki sirkuit mikro yang sesuai ditunjukkan di dekat terminal elemen. Semua chip yang tercantum di sini memiliki 14 kaki. Tenaga disuplai ke kaki 7 (-) dan 14 (+). Tegangan suplai – lihat tabel di paragraf sebelumnya.

Elemen logis membentuk dasar perangkat pemrosesan informasi digital (diskrit) dan perangkat otomasi digital.

Elemen logika melakukan operasi logika paling sederhana pada informasi digital. Operasi logika mengubah informasi masukan menjadi informasi keluaran menurut aturan tertentu. Elemen logika paling sering dibangun berdasarkan perangkat elektronik yang beroperasi dalam mode kunci. Oleh karena itu, informasi digital biasanya direpresentasikan dalam bentuk biner, di mana sinyal hanya mengambil dua nilai: “0” (logis nol) dan “1” (logis satu) yang sesuai dengan dua status kunci. Nol logis berhubungan dengan level tegangan rendah pada input atau output suatu elemen (misalnya, U 0 =0...0.4V), dan logika logis berhubungan dengan level tegangan tinggi (misalnya, U 1 =3 ...5V).

Elemen logika utama adalah elemen OR, AND, NOT, OR-NOT, AND-NOT. Berdasarkan elemen-elemen dasar ini, elemen-elemen yang lebih kompleks dibangun: flip-flop, counter, register, adder.

Elemen logika OR (Gbr. 4.1, a) memiliki satu keluaran dan beberapa masukan (paling sering 2 - 4 masukan) dan mengimplementasikan fungsi penjumlahan atau disjungsi logis. Dalam hal dua variabel bebas diberi nama Y = X 1 ÚX 2 atau Y = X 1 + X 2 (dibaca X 1 atau X 2) dan ditentukan oleh tabel kebenaran (Tabel 4.1.). Operasi OR dapat dilakukan pada tiga atau lebih argumen independen. Fungsi Y = 1 jika paling sedikit salah satu variabel bebas Xi sama dengan satu.

Elemen logika AND (Gbr. 4.1, b) mengimplementasikan fungsi perkalian atau konjungsi logika. Dilambangkan dengan Y = X 1 ÙX 2 atau Y = X 1 X 2 (dibaca X 1 dan X 2) dan ditentukan oleh tabel kebenaran (Tabel 4.2). Operasi perkalian logika dapat diperluas menjadi tiga atau lebih argumen independen. Fungsi Y sama dengan satu hanya jika semua variabel bebas Xi sama dengan satu.

Gerbang logika TIDAK menerapkan operasi negasi atau inversi logis. Negasi logis dari fungsi X dilambangkan dengan `X (dikatakan “bukan X”) dan ditentukan oleh tabel kebenaran (Tabel 4.3).

Elemen logika OR-NOT mengimplementasikan fungsi logika Y = dan ditentukan oleh tabel kebenaran (Tabel 4.4.).

Elemen logika AND-NOT mengimplementasikan fungsi logika Y = dan ditentukan oleh tabel kebenaran (Tabel 4.5.).

Gambar 4.1 – Gambar grafik simbolis dari elemen logika OR (a), AND (b), NOT (c), OR-NOT (d), AND-NOT (e)

Tabel 4.1–Tabel kebenaran Tabel 4.2–Tabel kebenaran elemen OR dari elemen AND

Tabel 4.3–Tabel Kebenaran Tabel 4.4–Tabel Kebenaran

elemen BUKAN elemen ATAU - BUKAN

Elemen yang mengimplementasikan operasi logika BAN dan eksklusif OR juga digunakan.

Elemen logika BAN biasanya memiliki dua masukan (Gbr. 4.2, a): mengizinkan X 1 dan melarang X 2. Sinyal keluaran mengulangi sinyal pada masukan pengaktifan X 1 jika X 2 =0. Ketika X 2 =1, sinyal 0 muncul di output, berapapun nilai X 1. Artinya, elemen ini mengimplementasikan fungsi logika Y = X 1. Elemen logika “eksklusif OR” (ketidaksetaraan) (Gbr. 4.2, b) mengimplementasikan fungsi logika dan ditentukan oleh tabel kebenaran (Tabel 4.6).

Gambar 4.2 – Gambar grafik simbolis dari elemen logika BAN (a), eksklusif OR (b)

Tabel 4.6 - Tabel kebenaran elemen “OR eksklusif”.

Sirkuit terpadu digital memberikan sinyal keluaran daya yang sangat rendah. Misalnya, sirkuit mikro seri K155, K555, KR1533 memberikan arus keluaran 0,4 mA dalam keadaan logis. Oleh karena itu, sirkuit mikro kolektor terbuka biasanya digunakan pada keluaran blok logika. Dalam sirkuit mikro seperti itu, resistor yang termasuk dalam rangkaian kolektor dipindahkan ke luar sirkuit mikro (Gbr. 4.3, A).

Gambar 4.3 – Menghubungkan beban ke output dari rangkaian mikro kolektor terbuka

Jika keluaran rangkaian mikro DD1 dalam keadaan logis (U OUT = 1), yaitu transistor keluarannya dalam keadaan cutoff, maka I K » 0. Ketika “Log.0” berada pada keluaran DD1 (U OUT = 0), yaitu ketika transistor keluarannya dalam keadaan jenuh I K » U P / R K. Arus keluaran maksimum yang diizinkan dari sirkuit mikro kolektor terbuka bisa jauh lebih besar daripada arus keluaran sirkuit mikro konvensional.

Misalnya, untuk sirkuit mikro dengan kolektor terbuka K155LL2, K155LI5, K155LA18, arus masuk keluaran maksimum dapat mencapai 300 mA, dan tegangan keluaran maksimum dalam keadaan "Log.1" dapat mencapai 30 V, yang memungkinkan Anda untuk mengganti beban hingga 9W.

Jika beban, misalnya kumparan relai atau distributor pneumatik, dirancang untuk tegangan dan arus tidak melebihi yang diizinkan untuk rangkaian mikro tertentu, maka beban tersebut dapat dihubungkan langsung ke keluaran rangkaian mikro (Gbr. 4.3, B). Dalam hal ini, relai K1 diaktifkan jika kita memiliki “Log.0” pada keluaran DD2 dan mati ketika “Log.1” ada pada keluaran DD2. Dioda VD1, dihubungkan dengan arah sebaliknya, melindungi sirkuit mikro dari tegangan lebih yang terjadi ketika kumparan relai dimatikan karena energi elektromagnetik yang terkumpul di dalamnya.

Untuk mengontrol beban dengan tegangan dan arus operasi tinggi, Anda dapat menggunakan rangkaian di mana rangkaian daya dialihkan oleh transistor tambahan VT1, dihubungkan ke output rangkaian mikro dengan kolektor terbuka DD1 dan beroperasi dalam mode kunci (Gbr. 2). 4.4).

Gambar 4.4 – Menghubungkan beban melalui saklar transistor

Pada “Log.0” pada output DD1, transistor VT1 ditutup dan relai K1 dimatikan. Pada “Log.1” pada output DD1, transistor terbuka (masuk ke keadaan saturasi). Arus yang melalui transistor dalam mode saturasi ditentukan oleh tegangan suplai U 1 dan resistansi kumparan relai R K1, karena penurunan tegangan pada transistor dalam mode saturasi U KN » 0:

Tegangan suplai U 1 harus dipilih sama dengan tegangan operasi beban (dalam hal ini, relai K1), dan transistor VT1 harus dipilih dengan tegangan kolektor yang diizinkan lebih besar dari U 1 dan arus kolektor yang diizinkan lebih besar dari I K1 .

Mode saturasi transistor dicapai ketika

Untuk saturasi transistor yang andal, kondisi tersebut harus dipenuhi pada nilai minimum penguatan arus statis h 21E = h 21E min untuk jenis transistor tertentu.

Dalam hal ini, syaratnya harus dipenuhi

U P /R 1 ³I BN g = gI KN / jam 21Emin

dimana g adalah derajat kejenuhan (g = 1.2…2).

Diode VD1 melindungi transistor dari peralihan tegangan lebih. Dioda VD2 memberikan tegangan bias yang diperlukan untuk mematikan transistor pada “Log.0” pada output DD1. Tegangan bias diterapkan ke basis melalui resistor R2.

Jika beban memiliki induktansi yang signifikan, maka beban tersebut dilangsir oleh dioda yang dihubungkan dengan arah yang berlawanan (lihat Gambar 4.3, b, Gambar 4.4).

Chip logika kolektor terbuka juga digunakan untuk mengontrol peralatan teknologi (misalnya, pengelasan). Unit kontrol untuk peralatan las modern (misalnya, unit kontrol untuk mesin las semi-otomatis seri BUSP, unit kontrol untuk siklus pengelasan resistansi seri RKS) menyediakan kontrol peralihan secara langsung menggunakan sirkuit mikro kolektor terbuka yang terhubung ke input tertentu unit kontrol (Gbr. 4.5).

Gambar 4.5 – Rangkaian kontrol peralatan proses menggunakan chip logika kolektor terbuka