Um circuito típico de um elemento integrado de lógica acoplada ao emissor é mostrado na Fig. 2.15.

arroz. 2.15.

Os transistores VT 0, VT 1, VT 2, VT 3 operam no circuito de comutação de corrente, os transistores VT 4, VT 5 - nos seguidores do emissor de saída. O diagrama mostra os valores potenciais em vários pontos quando um nível de tensão log.1 é aplicado à entrada; Os valores dos potenciais dos mesmos pontos estão entre colchetes para o caso em que um nível de tensão log.0 é aplicado a todas as entradas do elemento. Os valores destes potenciais correspondem aos seguintes níveis:

· tensão de alimentação Ek = 5 V;

· nível lógico 1 U 1 = 4,3 V;

· nível lógico 1 U 0 = 3,5 V;

· a tensão entre a base e o emissor do transistor aberto U é = 0,7 V.

Consideremos o princípio de funcionamento do elemento lógico integrado ESL (ver Fig. 2.15).

Deixe a tensão U 1 = 4,3 V ser aplicada a In 1. O transistor VT 1 está aberto; a corrente do emissor deste transistor cria uma queda de tensão no resistor R U a = U 1 -U be = 4,3 - 0,7 = 3,6 V; a corrente do coletor cria uma tensão U Rк1 = 0,8 V no resistor Rk1; tensão no coletor do transistor U b = E k - U Rk1 = 5 - 0,8 = 4,2 V.

Tensão entre a base e o emissor do transistor VT 0 U ser VT0 = U - U a = 3,9 - 3,6 = 0,3 V; esta tensão não é suficiente para abrir o transistor VT 0. Assim, o estado aberto de qualquer um dos transistores VT 1, VT 2, VT 3 leva ao estado fechado do transistor VT 0. A corrente através do resistor R k2 é muito pequena (apenas a corrente de base do transistor VT 5 flui) e a tensão no coletor VT 0.

Considere outro estado do elemento lógico. Deixe atuar em todas as entradas uma tensão log.0 U 0 = 3,5 V. Neste caso, o transistor VT 0 acaba por estar aberto (de todos os transistores cujos emissores estão combinados, aquele com maior tensão em sua base abre ); U a = U - U be = 3,9 - 0,7 = 3,2 V; a tensão entre a base e o emissor dos transistores VT 1, VT 2, VT 3 é igual a U ser VT1...VT0 = U 0 - U a = 3,5 - 0,7 = 0,3 V e esses transistores são fechados; Você b = 5 V; você em = 4,2 V.

As tensões dos pontos b e c são transmitidas às saídas do elemento através de repetidores emissores; neste caso, o nível de tensão diminui no valor U be = 0,7 V. Prestemos atenção ao importante fato de que as tensões nas saídas são iguais a U 1 (4,3 V) ou U 0 (3,5 V).

Vamos descobrir qual função lógica é formada nas saídas do elemento.

No ponto In e Out 2, uma tensão de baixo nível é formada quando o transistor VT 0 está aberto, ou seja, no caso em que x 1 \u003d 0, x 2 \u003d 0, x 3 \u003d 0. Para qualquer outra combinação de valores de variáveis ​​​​de entrada, o transistor VT 0 é fechado e uma tensão de alto nível é gerada em Saída 2. Segue-se disso que uma disjunção de variáveis ​​​​x 1 Vx 1 Vx 1 é formada em Out 2. A função OR-NOT é formada em Out 1.

Portanto, a porta lógica realiza operações NOR e OR.

Nos microcircuitos ESL, o ponto d é tornado comum e o ponto d é conectado a uma fonte de alimentação com tensão de -5V. Neste caso, os potenciais de todos os pontos do circuito são reduzidos para 5 V.

O elemento lógico considerado pertence à classe dos elementos de ação mais rápida (tempo de atraso de propagação de sinal curto) é garantido pelos seguintes fatores: transistores abertos estão em modo ativo (não em modo de saturação); a utilização de seguidores de emissores nas saídas agiliza o processo de recarga dos capacitores conectados às saídas; os transistores são conectados de acordo com um circuito de comutação de base comum, o que melhora as propriedades de frequência dos transistores e acelera o processo de comutação; A diferença nos níveis lógicos U 1 -U 0 = 0,8 V foi escolhida como pequena (no entanto, isso leva a uma imunidade de ruído relativamente baixa do elemento).

Elementos lógicos baseados em transistores MOS

arroz. 2.16

Na Fig. A Figura 2.16 mostra um diagrama de um elemento lógico com canal induzido do tipo n (a chamada tecnologia n MIS). Os transistores principais VT 1 e VT 2 são conectados em série, o transistor VT 3 atua como carga. No caso em que uma alta tensão U 1 é aplicada em ambas as entradas do elemento (x 1 = 1, x 2 = 1), ambos os transistores VT 1 e VT 2 estão abertos e uma baixa tensão U 0 é definida na saída. Em todos os outros casos, pelo menos um dos transistores VT 1 ou VT 2 é fechado e a tensão U 1 é definida na saída. Assim, o elemento executa a função lógica AND-NOT.

arroz. 2.17

Na Fig. A Figura 2.17 mostra um diagrama do elemento OR-NOT. Uma baixa tensão U 0 é ajustada em sua saída se pelo menos uma das entradas tiver alta tensão U 1 , abrindo um dos transistores principais VT 1 e VT 2 .

arroz. 2.18

Mostrado na Fig. O diagrama 2.18 é um diagrama do elemento NOR-NOT da tecnologia KMDP. Nele, os transistores VT 1 e VT 2 são os principais, os transistores VT 3 e VT 4 são os de carga. Deixe a alta tensão U 1. Neste caso, o transistor VT 2 está aberto, o transistor VT 4 está fechado e, independente do nível de tensão na outra entrada e do estado dos demais transistores, uma baixa tensão U 0 é ajustada na saída. O elemento implementa a operação lógica OR-NOT.

O circuito CMPD é caracterizado por um consumo de corrente (e, portanto, de energia) muito baixo das fontes de alimentação.

Elementos lógicos da lógica de injeção integral

arroz. 2.19

Na Fig. A Figura 2.19 mostra a topologia do elemento lógico da lógica de injeção integral (I 2 L). Para criar tal estrutura, são necessárias duas fases de difusão em silício com condutividade tipo n: durante a primeira fase, formam-se as regiões p 1 e p 2, e durante a segunda fase, formam-se as regiões n 2.

O elemento tem a estrutura p 1 -n 1 -p 2 -n 1 . É conveniente considerar essa estrutura de quatro camadas imaginando-a como uma conexão de duas estruturas convencionais de transistor de três camadas:

p 1 - n 1 - p 2 n 1 - p 2 - n 1

O diagrama correspondente a esta representação é mostrado na Fig. 2.20, a. Consideremos a operação do elemento de acordo com este esquema.

arroz. 2.20

O transistor VT 2 com estrutura do tipo n 1 -p 2 -n 1 desempenha as funções de um inversor com diversas saídas (cada coletor forma uma saída separada de um elemento de acordo com um circuito de coletor aberto).

Transistor VT 2, chamado injetor, tem uma estrutura como p 1 -n 1 -p 2 . Como a área n 1 desses transistores é comum, o emissor do transistor VT 2 deve ser conectado à base do transistor VT 1; a presença de uma área comum p 2 leva à necessidade de conectar a base do transistor VT 2 ao coletor do transistor VT 1. Isto cria uma conexão entre os transistores VT 1 e VT 2, mostrados na Figura 2.20a.

Como o emissor do transistor VT 1 tem potencial positivo e a base está em potencial zero, a junção do emissor é polarizada diretamente e o transistor está aberto.

A corrente de coletor deste transistor pode ser fechada tanto através do transistor VT 3 (inversor do elemento anterior) quanto através da junção emissor do transistor VT 2.

Se o elemento lógico anterior estiver no estado aberto (o transistor VT 3 está aberto), então na entrada deste elemento existe um nível de baixa tensão, que, atuando na base do VT 2, mantém este transistor no estado fechado. A corrente do injetor VT 1 é fechada através do transistor VT 3. Quando o elemento lógico anterior é fechado (o transistor VT 3 está fechado), a corrente do coletor do injetor VT 1 flui para a base do transistor VT 2, e este transistor é definido para o estado aberto.

Assim, quando o VT 3 está fechado, o transistor VT 2 está aberto e, inversamente, quando o VT 3 está aberto, o transistor VT 2 está fechado. O estado aberto do elemento corresponde ao estado log.0 e o estado fechado corresponde ao estado log.1.

O injetor é uma fonte de corrente contínua (que pode ser comum a um grupo de elementos). Muitas vezes eles usam a designação gráfica convencional de um elemento, apresentada na Fig. 2.21, b.

Na Fig. A Figura 2.21a mostra um circuito que implementa a operação OR-NOT. A ligação dos coletores de elementos corresponde ao funcionamento dos chamados instalação eu. Na verdade, basta que pelo menos um dos elementos esteja no estado aberto (estado log.0), então a corrente do injetor do próximo elemento será fechada através do inversor aberto e um nível log.0 baixo será estabelecido em a saída combinada dos elementos. Consequentemente, nesta saída é formado um valor correspondente à expressão lógica x 1 · x 2. A aplicação da transformação de Morgan leva à expressão x 1 · x 2 = . Portanto, esta conexão de elementos realmente implementa a operação OR-NOT.

arroz. 2.21

Os elementos lógicos AND 2 L têm as seguintes vantagens:

· proporcionar um alto grau de integração; na fabricação de circuitos I 2 L, são utilizados os mesmos processos tecnológicos da produção de circuitos integrados em transistores bipolares, mas o número de operações tecnológicas e de fotomáscaras necessárias é menor;

· é usada uma tensão reduzida (cerca de 1V);

· fornecer a capacidade de trocar energia em uma ampla faixa de desempenho (o consumo de energia pode ser alterado em várias ordens de grandeza, o que levará correspondentemente a uma mudança no desempenho);

· estão em boa concordância com os elementos TTL.

Na Fig. A Figura 2.21b mostra um diagrama da transição dos elementos I 2 L para o elemento TTL.

Os elementos lógicos operam como elementos independentes na forma de microcircuitos de baixo grau de integração, e estão incluídos na forma de componentes em microcircuitos de maior grau de integração. Existem dezenas desses elementos.

Mas primeiro falaremos sobre apenas quatro deles - estes são os elementos AND, OR, NOT, AND-NOT. Os elementos principais são os três primeiros, e o elemento AND-NOT já é uma combinação dos elementos AND e NOT. Esses elementos podem ser chamados de “blocos de construção” da tecnologia digital. Primeiro, devemos considerar qual é a lógica da sua ação?

Vamos relembrar a primeira parte do artigo sobre microcircuitos digitais. Foi dito lá que a tensão na entrada (saída) dos microcircuitos na faixa de 0...0,4V é um nível lógico zero, ou uma tensão de baixo nível. Se a tensão estiver entre 2,4...5,0 V, então este é um nível lógico ou uma tensão de alto nível.

O estado operacional dos microcircuitos da série K155 e outros microcircuitos com tensão de alimentação de 5V é caracterizado precisamente por esses níveis. Se a tensão na saída do microcircuito estiver na faixa de 0,4...2,4V (por exemplo, 1,5 ou 2,0V), então você já pode pensar em substituir este microcircuito.

Conselhos práticos: para ter certeza de que é este microcircuito que está com defeito em sua saída, você deve desconectar dele a entrada do microcircuito próximo a ele (ou várias entradas conectadas à saída deste microcircuito). Essas entradas podem simplesmente “aumentar” (sobrecarregar) a saída do microcircuito.

Símbolos gráficos convencionais

O símbolo gráfico é um retângulo contendo linhas de entrada e saída. As linhas de entrada dos elementos estão localizadas à esquerda e as linhas de saída à direita. O mesmo se aplica a folhas inteiras com circuitos: no lado esquerdo estão todos os sinais de entrada, no lado direito estão as saídas. É como uma linha de um livro, da esquerda para a direita, por isso será mais fácil de lembrar. Dentro do retângulo há um símbolo que indica a função desempenhada pelo elemento.

Começaremos nossa consideração dos elementos lógicos com o elemento AND.

Figura 1. Porta AND

Seu símbolo gráfico é mostrado na Figura 1a. O símbolo para a função AND é o símbolo inglês “&”, que em inglês substitui a conjunção “e”, afinal toda essa “pseudociência” foi inventada na maldita burguesia.

As entradas do elemento são designadas como X com índices 1 e 2, e a saída, como função de saída, é designada pela letra Y. Simples, como na matemática escolar, por exemplo, Y = K*X ou, em geral , Y = f(x) . Um elemento pode ter mais de duas entradas, o que é limitado apenas pela complexidade do problema a ser resolvido, mas só pode haver uma saída.

A lógica de funcionamento do elemento é a seguinte: haverá tensão de alto nível na saída Y somente quando AND na entrada X1 E na entrada X2 houver tensão de alto nível. Se o elemento tiver 4 ou 8 entradas, então a condição especificada (presença de um nível alto) deve ser satisfeita em todas as entradas: AND na entrada 1, AND na entrada 2, AND na entrada 3…..AND na entrada N. Somente neste caso a saída também será alta.

Para facilitar a compreensão da lógica de funcionamento do elemento AND, a Figura 1b mostra seu análogo em forma de diagrama de contato. Aqui a saída do elemento Y é representada pela lâmpada HL1. Se a lâmpada acender, isso corresponde a um nível alto na saída do elemento E. Esses elementos são freqüentemente chamados de 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. O primeiro dígito indica o número de entradas.

Como sinais de entrada X1 e X2, são utilizados botões de “campainha” comuns sem fixação. O estado aberto dos botões é um estado de baixo nível e o estado fechado é, naturalmente, um nível alto. O diagrama mostra uma bateria galvânica como fonte de energia. Enquanto os botões estão abertos, a lâmpada, é claro, não acende. A lâmpada acenderá somente quando ambos os botões forem pressionados ao mesmo tempo, ou seja, I-SB1, I-SB2. Esta é a conexão lógica entre os sinais de entrada e saída do elemento AND.

Uma representação visual da operação do elemento AND pode ser obtida observando o diagrama de temporização mostrado na Figura 1c. Primeiro, um sinal de alto nível aparece na entrada X1, mas nada aconteceu na saída Y, ainda há um sinal de baixo nível. Na entrada X2, o sinal aparece com algum atraso em relação à primeira entrada, e um sinal de alto nível aparece na saída Y.

Quando a entrada X1 fica baixa, a saída também fica baixa. Ou, dito de outra forma, a saída é mantida alta enquanto ambas as entradas estiverem altas. O mesmo pode ser dito sobre mais elementos AND de múltiplas entradas: se for 8-I, então, para obter um nível alto na saída, o nível alto deve ser mantido em todas as oito entradas ao mesmo tempo.

Na maioria das vezes, na literatura de referência, o estado de saída dos elementos lógicos, dependendo dos sinais de entrada, é fornecido na forma de tabelas verdade. Para o elemento 2-I considerado, a tabela verdade é mostrada na Figura 1d.

A tabela é um pouco semelhante à tabela de multiplicação, só que menor. Se você estudar com atenção, notará que o nível de saída será alto somente quando houver uma tensão de alto nível ou, o que dá no mesmo, uma tensão lógica em ambas as entradas. Aliás, a comparação da tabela verdade com a tabuada está longe de ser acidental: os engenheiros eletrônicos sabem todas as tabelas verdade, como dizem, de cor.

Além disso, a função AND pode ser descrita usando. Para um elemento de duas entradas, a fórmula será semelhante a esta: Y = X1*X2 ou outra forma de escrever Y = X1^X2.

Veremos o portão OR a seguir.

Figura 2. Porta OR

Sua notação gráfica é semelhante ao elemento AND que acabamos de discutir, exceto que em vez do sinal & indicando a função AND, o número 1 está inscrito dentro do retângulo, conforme mostrado na Figura 2a. Neste caso, denota a função OR. À esquerda estão as entradas X1 e X2, das quais, como no caso da função AND, podem haver mais, e à direita está a saída, designada pela letra Y.

Na forma de uma fórmula de álgebra booleana, a função OR é escrita como Y = X1 + X2.

De acordo com esta fórmula, Y será verdadeiro quando OR na entrada X1, OR na entrada X2, OR em ambas as entradas houver um nível alto ao mesmo tempo.

O diagrama de contato apresentado na Figura 2b ajudará você a entender o que acaba de ser dito: pressionar um dos botões (nível alto) ou os dois botões ao mesmo tempo fará com que a lâmpada acenda (nível alto). Neste caso, os botões são os sinais de entrada X1 e X2, e a lâmpada é o sinal de saída Y. Para facilitar a lembrança, as Figuras 2c e 2d mostram um diagrama de temporização e uma tabela verdade, respectivamente: basta analisar o funcionamento de o circuito de contato mostrado com o diagrama e a tabela, como se todas as questões desaparecessem.

NÃO portão, inversor

Como disse um professor, na tecnologia digital não há nada mais complicado do que um inversor. Talvez isso seja realmente verdade.

Na álgebra lógica, a operação NOT é chamada de inversão, que traduzida do inglês significa negação, ou seja, o nível do sinal de saída corresponde exatamente ao oposto do sinal de entrada, que na forma de uma fórmula se parece com Y = /X

(A barra antes do X indica a inversão real. Normalmente, um sublinhado é usado em vez de uma barra, embora tal designação seja bastante aceitável.)

A designação gráfica simbólica do elemento NÃO é um quadrado ou retângulo com o número 1 escrito dentro dele.

Figura 3. Inversor

Neste caso, significa que este elemento é um inversor. Possui apenas uma entrada X e uma saída Y. A linha de saída começa com um pequeno círculo, o que na verdade indica que este elemento é um inversor.

Como acabamos de dizer, o inversor é o circuito mais complexo da tecnologia digital. E isso é confirmado pelo seu diagrama de contatos: se antes bastavam apenas botões, agora foi adicionado um relé a eles. Enquanto o botão SB1 não estiver pressionado (zero lógico na entrada), o relé K1 é desenergizado e seus contatos normalmente fechados acendem a lâmpada HL1, que corresponde a uma lâmpada lógica na saída.

Se você pressionar o botão (aplicar um lógico à entrada), o relé será ligado, os contatos K1.1 serão abertos, a luz se apagará, o que corresponde a um zero lógico na saída. Isto é confirmado pelo diagrama de tempo na Figura 3c e pela tabela verdade na Figura 3d.

O elemento lógico AND-NOT nada mais é do que uma combinação do elemento lógico AND com o elemento NOT.

Figura 4. Porta NAND

Portanto, em sua designação gráfica convencional existe um sinal & (E lógico), e a linha de saída começa com um círculo, indicando a presença de um inversor no elemento.

O contato analógico do elemento lógico é mostrado na Figura 4b e, se você olhar de perto, é muito semelhante ao análogo do inversor mostrado na Figura 3b: a lâmpada também é acesa através dos contatos normalmente fechados do relé K1 . Na verdade, este é um inversor. O relé é controlado pelos botões SB1 e SB2, que correspondem às entradas X1 e X2 da porta NAND. O diagrama mostra que o relé será ligado somente quando ambos os botões forem pressionados: neste caso, os botões executam a função & (E lógico). Neste caso, a lâmpada de saída apagará, o que corresponde a um estado lógico zero.

Se ambos os botões, ou pelo menos um deles, não forem pressionados, o relé é desligado e a luz na saída do circuito acende, o que corresponde ao nível lógico.

De tudo o que foi dito, as seguintes conclusões podem ser tiradas:

Em primeiro lugar, se pelo menos uma entrada tiver um zero lógico, então a saída será lógica. O mesmo estado na saída ocorrerá no caso em que zeros estiverem presentes em ambas as entradas ao mesmo tempo. Esta é uma propriedade muito valiosa dos elementos NAND: se ambas as entradas forem conectadas, o elemento NAND se tornará um inversor - ele simplesmente executa a função NOT. Esta propriedade permite evitar a instalação de um microcircuito especial contendo seis inversores ao mesmo tempo, quando são necessários apenas um ou dois.

Em segundo lugar, um zero na saída só pode ser obtido se você “coletar” uns em todas as entradas. Neste caso, seria apropriado chamar o elemento lógico em questão de 2AND-NOT. Um dois indica que este elemento tem duas entradas. Quase todas as séries de microcircuitos também possuem elementos de 3, 4 e oito entradas. Além disso, cada um deles possui apenas uma saída. No entanto, o elemento básico em muitas séries de microcircuitos digitais é considerado o elemento 2I-NOT.

Com diferentes opções de conexão das entradas, você consegue mais um imóvel maravilhoso. Por exemplo, conectando três entradas de um elemento 8I-NOT de oito entradas, obtemos um elemento 6I-NOT. E se você conectar todas as 8 entradas juntas, você terá apenas um inversor, como mencionado acima.

Isso conclui nossa introdução aos elementos lógicos. A próxima parte do artigo examinará experimentos simples com microcircuitos, a estrutura interna dos microcircuitos e dispositivos simples, como geradores de pulso.

Boris Aladyshkin

Absolutamente todos os microcircuitos digitais consistem nos mesmos elementos lógicos - os “blocos de construção” de qualquer nó digital. É sobre isso que falaremos agora.

Elemento lógico- Este é um circuito que possui várias entradas e uma saída. Cada estado dos sinais nas entradas corresponde a um sinal específico na saída.

Então, quais são os elementos?

Elemento “E”

Caso contrário, é chamado de “conjuntor”.

Para entender como funciona, é necessário desenhar uma tabela que liste os estados de saída para qualquer combinação de sinais de entrada. Esta tabela é chamada " tabela verdade" As tabelas verdade são amplamente utilizadas na tecnologia digital para descrever a operação de circuitos lógicos.

Esta é a aparência do elemento “AND” e sua tabela verdade:

Já que você terá que se comunicar com tecnologia russa e burguesa. documentação, fornecerei símbolos gráficos simbólicos (GID) de elementos de acordo com nossos padrões e não nossos.

Observamos a tabela verdade e esclarecemos o princípio em nosso cérebro. Não é difícil de entender: uma unidade na saída do elemento “AND” ocorre apenas quando unidades são fornecidas a ambas as entradas. Isso explica o nome do elemento: as unidades devem estar em AMBOS uma E na outra entrada.

Se olharmos de forma um pouco diferente, podemos dizer o seguinte: a saída do elemento “AND” será zero se zero for aplicado a pelo menos uma de suas entradas. Vamos lembrar. Vá em frente.

Elemento OU

Por outro lado, ele é chamado de “disjuntor”.

Nós admiramos:

Novamente, o nome fala por si.

Uma unidade aparece na saída quando uma unidade é aplicada a uma OU à outra OU a ambas as entradas ao mesmo tempo. Este elemento também pode ser chamado de elemento “AND” para lógica negativa: um zero em sua saída ocorre somente se zeros forem fornecidos para uma e para a segunda entrada.

Elemento NOTA

Mais frequentemente, é chamado de “inversor”.

Preciso dizer alguma coisa sobre o trabalho dele?

Elemento NAND

A porta NAND funciona exatamente da mesma forma que a porta AND, apenas o sinal de saída é completamente oposto. Onde o elemento “AND” deveria ter uma saída “0”, o elemento “AND-NOT” deveria ter uma. E vice versa. Isso é fácil de entender a partir do circuito equivalente do elemento:

Elemento "NOR" (NOR)

A mesma história - um elemento “OR” com um inversor na saída.

O próximo camarada é um pouco mais astuto:
Elemento OR exclusivo (XOR)

Ele é assim:

A operação que ele executa costuma ser chamada de "módulo de adição 2". Na verdade, os somadores digitais são construídos sobre esses elementos.

Vejamos a tabela verdade. Quando é a unidade de saída? Correto: quando as entradas possuem sinais diferentes. Em um - 1, no outro - 0. Ele é tão astuto.

O circuito equivalente é algo assim:

Não é necessário memorizá-lo.

Na verdade, estes são os principais elementos lógicos. Absolutamente todos os microcircuitos digitais são construídos com base neles. Até mesmo o seu Pentium 4 favorito.

E por fim, vários microcircuitos contendo elementos digitais. Os números das pernas correspondentes do microcircuito são indicados próximos aos terminais dos elementos. Todos os chips listados aqui têm 14 pernas. A energia é fornecida às pernas 7 (-) e 14 (+). Tensão de alimentação – consulte a tabela do parágrafo anterior.

Os elementos lógicos formam a base dos dispositivos digitais (discretos) de processamento de informações e dos dispositivos de automação digital.

Os elementos lógicos realizam as operações lógicas mais simples nas informações digitais. Uma operação lógica converte informações de entrada em informações de saída de acordo com certas regras. Os elementos lógicos são geralmente construídos com base em dispositivos eletrônicos operando em modo chave. Portanto, a informação digital é geralmente representada na forma binária, na qual os sinais assumem apenas dois valores: “0” (zero lógico) e “1” (um lógico) correspondentes aos dois estados da chave. Um zero lógico corresponde a um nível de baixa tensão na entrada ou saída de um elemento (por exemplo, U 0 =0...0,4V), e um zero lógico corresponde a um nível de alta tensão (por exemplo, U 1 =3 ...5V).

Os principais elementos lógicos são os elementos OR, AND, NOT, OR-NOT, AND-NOT. Com base nesses elementos básicos, são construídos outros mais complexos: flip-flops, contadores, registradores, somadores.

O elemento lógico OR (Fig. 4.1, a) possui uma saída e várias entradas (na maioria das vezes 2 a 4 entradas) e implementa a função de adição ou disjunção lógica. No caso de duas variáveis ​​independentes, é designada Y = X 1 ÚX 2 ou Y = X 1 + X 2 (leia-se X 1 ou X 2) e é determinada pela tabela verdade (Tabela 4.1.). A operação OR pode ser executada em três ou mais argumentos independentes. Função Y = 1 se pelo menos uma das variáveis ​​independentes Xi for igual a um.

O elemento lógico AND (Fig. 4.1, b) implementa a função de multiplicação ou conjunção lógica. É denotado por Y = X 1 ÙX 2 ou Y = X 1 X 2 (leia X 1 e X 2) e é determinado pela tabela verdade (Tabela 4.2). A operação de multiplicação lógica pode ser estendida a três ou mais argumentos independentes. A função Y é igual a um somente quando todas as variáveis ​​independentes Xi são iguais a um.

A porta lógica NÃO implementa a operação lógica de negação ou inversão. A negação lógica da função X é denotada por `X (diz-se “não X”) e é determinada pela tabela verdade (Tabela 4.3).

O elemento lógico OR-NOT implementa a função lógica Y = e é determinado pela tabela verdade (Tabela 4.4.).

O elemento lógico AND-NOT implementa a função lógica Y = e é determinado pela tabela verdade (Tabela 4.5.).

Figura 4.1 – Imagens gráficas simbólicas dos elementos lógicos OR (a), AND (b), NOT (c), OR-NOT (d), AND-NOT (d)

Tabela 4.1–Tabela verdade Tabela 4.2–Tabela verdade do elemento OR do elemento AND

Tabela 4.3–Tabela verdade Tabela 4.4–Tabela verdade

elemento NÃO elemento OU - NÃO

Também são utilizados elementos que implementam as operações lógicas BAN e OR exclusivo.

O elemento lógico BAN geralmente possui duas entradas (Fig. 4.2, a): permitir X 1 e proibir X 2. O sinal de saída repete o sinal na entrada de habilitação X 1 se X 2 =0. Quando X 2 =1, um sinal 0 aparece na saída, independentemente do valor de X 1. Ou seja, este elemento implementa a função lógica Y = X 1. O elemento lógico “OU exclusivo” (inequivalência) (Fig. 4.2, b) implementa uma função lógica e é determinado pela tabela verdade (Tabela 4.6).

Figura 4.2 – Imagens gráficas simbólicas dos elementos lógicos BAN (a), OR exclusivo (b)

Tabela 4.6 - Tabela verdade do elemento “OR exclusivo”

Os circuitos integrados digitais fornecem sinais de saída de potência muito baixa. Por exemplo, os microcircuitos das séries K155, K555, KR1533 fornecem corrente de saída = 0,4 mA no estado de uma unidade lógica. Portanto, microcircuitos de coletor aberto são normalmente utilizados nas saídas do bloco lógico. Nesses microcircuitos, o resistor incluído no circuito coletor é retirado do microcircuito (Fig. 4.3, A).

Figura 4.3 - Conectando a carga à saída de um microcircuito coletor aberto

Se a saída do microcircuito DD1 estiver no estado de unidade lógica (U OUT = 1), ou seja, seu transistor de saída estiver no estado de corte, então I K "0. Com "Log.0" na saída DD1 (U OUT = 0), ou seja, quando seu transistor de saída está em saturação I K » U P / R K. A corrente de saída máxima permitida de microcircuitos de coletor aberto pode ser muito maior do que a de microcircuitos convencionais.

Por exemplo, para microcircuitos com coletor aberto K155LL2, K155LI5, K155LA18, a corrente máxima de entrada de saída pode chegar a 300 mA, e a tensão máxima de saída no estado “Log.1” pode ser 30 V, o que permite comutar uma carga de até 9 W.

Se a carga, por exemplo a bobina de um relé ou distribuidor pneumático, for projetada para tensão e corrente não superiores às permitidas para um determinado microcircuito, ela poderá ser conectada diretamente à saída do microcircuito (Fig. 4.3, b). Neste caso o relé K1 é acionado se tivermos “Log.0” na saída de DD2 e desliga quando “Log.1” estiver presente na saída de DD2. O diodo VD1, conectado no sentido inverso, protege o microcircuito de sobretensões que ocorrem quando a bobina do relé é desligada devido à energia eletromagnética nele acumulada.

Para controlar uma carga com alta tensão e corrente de operação, pode-se utilizar um circuito onde o circuito de potência é comutado por um transistor adicional VT1, conectado à saída do microcircuito com coletor aberto DD1 e operando no modo chave (Fig. 4.4).

Figura 4.4 - Conectando a carga através de uma chave transistorizada

Quando “Log.0” na saída DD1, o transistor VT1 é fechado e o relé K1 é desligado. Em “Log.1” na saída do DD1, o transistor abre (entra no estado de saturação). A corrente através do transistor no modo de saturação é determinada pela tensão de alimentação U 1 e pela resistência da bobina do relé R K1, uma vez que a queda de tensão no transistor no modo de saturação U KN » 0:

A tensão de alimentação U 1 deve ser selecionada igual à tensão de operação da carga (neste caso, o relé K1), e o transistor VT1 deve ser selecionado com uma tensão de coletor permitida maior que U 1 e uma corrente de coletor permitida maior que I K1 .

O modo de saturação do transistor é alcançado quando

Para uma saturação confiável do transistor, é necessário que a condição seja satisfeita no valor mínimo do ganho de corrente estática h 21E = h 21E min para um determinado tipo de transistor.

Neste caso, a condição deve ser atendida

U P /R 1 ³I BN g = gI KN / h 21Emin

onde g é o grau de saturação (g = 1,2…2).

O diodo VD1 protege o transistor contra sobretensões de comutação. O diodo VD2 fornece a tensão de polarização necessária para desligar o transistor em “Log.0” na saída de DD1. A tensão de polarização é aplicada à base através do resistor R2.

Se a carga tiver uma indutância significativa, ela será desviada por um diodo conectado na direção oposta (ver Fig. 4.3, b, Fig. 4.4).

Chips lógicos de coletor aberto também são usados ​​para controlar equipamentos tecnológicos (por exemplo, soldagem). Unidades de controle para equipamentos de soldagem modernos (por exemplo, unidades de controle para máquinas de solda semiautomáticas da série BUSP, unidades de controle para o ciclo de soldagem por resistência da série RKS) fornecem controle de comutação diretamente usando um microcircuito coletor aberto conectado a uma entrada específica de a unidade de controle (Fig. 4.5).

Figura 4.5 – Circuito de controle do equipamento de processo utilizando chip lógico coletor aberto