Ang isang tipikal na circuit ng isang pinagsamang elemento ng emitter-coupled logic ay ipinapakita sa Fig. 2.15.

kanin. 2.15.

Transistors VT 0, VT 1, VT 2, VT 3 gumana sa kasalukuyang switch circuit, transistors VT 4, VT 5 - sa output emitter tagasunod. Ang diagram ay nagpapakita ng mga potensyal na halaga sa iba't ibang mga punto kapag ang isang antas ng boltahe ng log.1 ay inilapat sa input; Ang mga halaga ng mga potensyal ng parehong mga punto ay nakapaloob sa mga bracket para sa kaso kapag ang isang antas ng boltahe ng log.0 ay inilapat sa lahat ng mga input ng elemento. Ang mga halaga ng mga potensyal na ito ay tumutugma sa mga sumusunod na antas:

· power supply boltahe Ek = 5 V;

· antas ng lohika 1 U 1 = 4.3 V;

· antas ng lohika 1 U 0 = 3.5 V;

· ang boltahe sa pagitan ng base at emitter ng bukas na transistor U be = 0.7 V.

Isaalang-alang natin ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng pinagsamang lohikal na elemento ng ESL (tingnan ang Fig. 2.15).

Hayaang mailapat ang boltahe U 1 = 4.3 V sa In 1. Bukas ang Transistor VT 1; ang emitter current ng transistor na ito ay lumilikha ng boltahe drop sa risistor R U a = U 1 -U be = 4.3 - 0.7 = 3.6 V; ang kasalukuyang kolektor ay lumilikha ng boltahe U Rк1 = 0.8 V sa risistor Rk1; boltahe sa kolektor ng transistor U b = E k - U Rk1 = 5 - 0.8 = 4.2 V.

Boltahe sa pagitan ng base at emitter ng transistor VT 0 U be VT0 = U - U a = 3.9 - 3.6 = 0.3 V; ang boltahe na ito ay hindi sapat upang buksan ang transistor VT 0. Kaya, ang bukas na estado ng alinman sa mga transistor VT 1, VT 2, VT 3 ay humahantong sa saradong estado ng transistor VT 0. Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng risistor R k2 ay napakaliit (tanging ang base kasalukuyang ng transistor VT 5 ang dumadaloy) at ang boltahe sa kolektor VT 0.

Isaalang-alang natin ang isa pang estado ng lohikal na elemento. Hayaang kumilos ang isang boltahe ng log.0 U 0 = 3.5 V sa lahat ng mga input. Sa kasong ito, ang transistor VT 0 ay lumabas na bukas (sa lahat ng mga transistor na ang mga emitters ay pinagsama, ang isa na may mas mataas na boltahe sa base nito ay bubukas ); U a = U - U be = 3.9 - 0.7 = 3.2 V; ang boltahe sa pagitan ng base at emitter ng transistors VT 1, VT 2, VT 3 ay katumbas ng U be VT1...VT0 = U 0 - U a = 3.5 - 0.7 = 0.3 V at ang mga transistor na ito ay sarado; U b = 5 V; U sa = 4.2 V.

Ang mga boltahe mula sa mga punto b at c ay ipinapadala sa mga output ng elemento sa pamamagitan ng mga repeater ng emitter; sa kasong ito, ang antas ng boltahe ay bumababa ng halaga U be = 0.7 V. Bigyang-pansin natin ang mahalagang katotohanan na ang mga boltahe sa mga output ay katumbas ng U 1 (4.3 V) o U 0 (3.5 V).

Alamin natin kung anong lohikal na function ang nabuo sa mga output ng elemento.

Sa punto sa at sa Out 2, ang isang mababang antas ng boltahe ay nabuo kapag ang transistor VT 0 ay bukas, i.e. sa kaso kung saan ang x 1 = 0, x 2 = 0, x 3 = 0. Para sa anumang iba pang kumbinasyon ng mga input variable value, ang transistor VT 0 ay sarado at ang mataas na antas ng boltahe ay nabuo sa Out 2. Ito ay sumusunod mula dito na ang isang disjunction ng mga variable x 1 Vx 1 Vx 1 ay nabuo sa Out 2. Ang OR-NOT function ay nabuo sa Out 1.

Samakatuwid, ang logic gate ay gumaganap ng NOR at OR na mga operasyon.

Sa ESL microcircuits, ang point g ay ginagawang karaniwan, at ang point d ay konektado sa isang power source na may boltahe na -5V. Sa kasong ito, ang mga potensyal ng lahat ng mga punto ng circuit ay nabawasan sa 5 V.

Ang itinuturing na lohikal na elemento ay kabilang sa klase ng pinakamabilis na kumikilos na mga elemento (maikling oras ng pagkaantala ng pagpapalaganap ng signal) ay sinisiguro ng mga sumusunod na salik: ang mga bukas na transistor ay nasa aktibong mode (wala sa mode ng saturation); ang paggamit ng mga tagasunod ng emitter sa mga output ay nagpapabilis sa proseso ng pag-recharging ng mga capacitor na konektado sa mga output; ang mga transistor ay konektado ayon sa isang karaniwang base switching circuit, na nagpapabuti sa dalas ng mga katangian ng mga transistor at nagpapabilis sa proseso ng paglipat sa kanila; Ang pagkakaiba sa mga lohikal na antas U 1 -U 0 = 0.8 V ay pinili upang maging maliit (gayunpaman, ito ay humahantong sa isang medyo mababang ingay na kaligtasan sa sakit ng elemento).

Mga elemento ng lohika batay sa MOS transistors

kanin. 2.16

Sa Fig. Ang Figure 2.16 ay nagpapakita ng isang diagram ng isang elemento ng lohika na may sapilitan na channel ng uri n (ang tinatawag na n MIS na teknolohiya). Ang mga pangunahing transistor VT 1 at VT 2 ay konektado sa serye, ang transistor VT 3 ay gumaganap bilang isang load. Sa kaso kapag ang isang mataas na boltahe U 1 ay inilapat sa parehong mga input ng elemento (x 1 = 1, x 2 = 1), parehong transistors VT 1 at VT 2 ay bukas at isang mababang boltahe U 0 ay nakatakda sa output. Sa lahat ng iba pang mga kaso, hindi bababa sa isa sa mga transistors VT 1 o VT 2 ay sarado at ang boltahe U 1 ay nakatakda sa output. Kaya, ang elemento ay gumaganap ng lohikal na AND-NOT function.

kanin. 2.17

Sa Fig. Ang Figure 2.17 ay nagpapakita ng diagram ng elementong OR-NOT. Ang isang mababang boltahe U 0 ay nakatakda sa output nito kung hindi bababa sa isa sa mga input ay may mataas na boltahe U 1 , na nagbubukas ng isa sa mga pangunahing transistors na VT 1 at VT 2 .

kanin. 2.18

Ipinapakita sa Fig. Ang 2.18 diagram ay isang diagram ng elementong NOR-NOT ng teknolohiyang KMDP. Sa loob nito, ang mga transistors VT 1 at VT 2 ang mga pangunahing, ang mga transistors VT 3 at VT 4 ay ang mga load. Hayaan ang mataas na boltahe U1. Sa kasong ito, bukas ang transistor VT 2, sarado ang transistor VT 4 at, anuman ang antas ng boltahe sa kabilang input at ang estado ng natitirang mga transistor, ang isang mababang boltahe U 0 ay nakatakda sa output. Ang elemento ay nagpapatupad ng lohikal na OR-NOT na operasyon.

Ang CMPD circuit ay nailalarawan sa pamamagitan ng napakababang kasalukuyang pagkonsumo (at samakatuwid ay kapangyarihan) mula sa mga power supply.

Logic elemento ng integral injection logic

kanin. 2.19

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 2.19 ang topology ng lohikal na elemento ng integral injection logic (I 2 L). Upang lumikha ng gayong istraktura, ang dalawang yugto ng pagsasabog sa silikon na may n-type na conductivity ay kinakailangan: sa unang yugto, ang mga rehiyon p 1 at p 2 ay nabuo, at sa ikalawang yugto, ang mga rehiyon n 2 ay nabuo.

Ang elemento ay may istraktura p 1 -n 1 -p 2 -n 1 . Maginhawang isaalang-alang ang tulad ng isang apat na layer na istraktura sa pamamagitan ng pag-iisip bilang isang koneksyon ng dalawang maginoo na tatlong-layer na istruktura ng transistor:

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

Ang diagram na naaayon sa representasyong ito ay ipinapakita sa Fig. 2.20, a. Isaalang-alang natin ang pagpapatakbo ng elemento ayon sa pamamaraang ito.

kanin. 2.20

Ang Transistor VT 2 na may isang istraktura ng uri n 1 -p 2 -n 1 ay gumaganap ng mga function ng isang inverter na may ilang mga output (bawat kolektor ay bumubuo ng isang hiwalay na output ng isang elemento ayon sa isang bukas na circuit ng kolektor).

Transistor VT 2, tinatawag injector, ay may istraktura tulad ng p 1 -n 1 -p 2 . Dahil ang lugar n 1 ng mga transistor na ito ay karaniwan, ang emitter ng transistor VT 2 ay dapat na konektado sa base ng transistor VT 1; ang pagkakaroon ng isang karaniwang lugar p 2 ay humahantong sa pangangailangan na ikonekta ang base ng transistor VT 2 sa kolektor ng transistor VT 1. Lumilikha ito ng koneksyon sa pagitan ng mga transistors VT 1 at VT 2, na ipinapakita sa Fig. 2.20a.

Dahil ang emitter ng transistor VT 1 ay may positibong potensyal at ang base ay nasa zero potential, ang emitter junction ay forward bias at ang transistor ay bukas.

Ang kasalukuyang kolektor ng transistor na ito ay maaaring sarado alinman sa pamamagitan ng transistor VT 3 (inverter ng nakaraang elemento) o sa pamamagitan ng emitter junction ng transistor VT 2.

Kung ang nakaraang lohikal na elemento ay nasa bukas na estado (transistor VT 3 ay bukas), pagkatapos ay sa input ng elementong ito mayroong isang mababang antas ng boltahe, na, na kumikilos batay sa VT 2, pinapanatili ang transistor na ito sa saradong estado. Ang kasalukuyang injector VT 1 ay sarado sa pamamagitan ng transistor VT 3. Kapag ang nakaraang elemento ng logic ay sarado (transistor VT 3 ay sarado), ang kasalukuyang kolektor ng injector VT 1 ay dumadaloy sa base ng transistor VT 2, at ang transistor na ito ay itakda sa bukas na estado.

Kaya, kapag VT 3 ay sarado, transistor VT 2 ay bukas at, sa kabaligtaran, kapag VT 3 ay bukas, transistor VT 2 ay sarado. Ang bukas na estado ng elemento ay tumutugma sa log.0 na estado, at ang saradong estado ay tumutugma sa log.1 na estado.

Ang injector ay isang mapagkukunan ng direktang kasalukuyang (na maaaring karaniwan sa isang pangkat ng mga elemento). Kadalasan ginagamit nila ang maginoo na graphic na pagtatalaga ng isang elemento, na ipinakita sa Fig. 2.21, b.

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 2.21a ang isang circuit na nagpapatupad ng operasyong OR-NOT. Ang koneksyon ng mga kolektor ng elemento ay tumutugma sa pagpapatakbo ng tinatawag na pag-install I. Sa katunayan, ito ay sapat na hindi bababa sa isa sa mga elemento ay nasa bukas na estado (log.0 na estado), pagkatapos ay ang kasalukuyang injector ng susunod na elemento ay isasara sa pamamagitan ng bukas na inverter at isang mababang antas ng log.0 ay itatatag sa ang pinagsamang output ng mga elemento. Dahil dito, sa output na ito ang isang halaga ay nabuo na naaayon sa lohikal na expression x 1 · x 2. Ang paglalapat ng pagbabagong de Morgan dito ay humahantong sa ekspresyong x 1 · x 2 = . Samakatuwid, ang koneksyon na ito ng mga elemento ay talagang nagpapatupad ng OR-NOT operation.

kanin. 2.21

Ang mga elemento ng lohika AT 2 L ay may mga sumusunod na pakinabang:

· magbigay ng mataas na antas ng pagsasama; sa paggawa ng I 2 L circuits, ang parehong mga teknolohikal na proseso ay ginagamit tulad ng sa produksyon ng mga integrated circuit sa bipolar transistors, ngunit ang bilang ng mga teknolohikal na operasyon at ang mga kinakailangang photomasks ay mas maliit;

· ginagamit ang isang pinababang boltahe (mga 1V);

· magbigay ng kakayahang makipagpalitan ng kapangyarihan sa isang malawak na hanay ng pagganap (maaaring baguhin ang pagkonsumo ng kuryente sa pamamagitan ng ilang mga order ng magnitude, na naaayon ay hahantong sa pagbabago sa pagganap);

· ay nasa mabuting pagsang-ayon sa mga elemento ng TTL.

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 2.21b ang isang diagram ng paglipat mula sa I 2 L na mga elemento patungo sa TTL na elemento.

Ang mga elemento ng lohika ay nagpapatakbo bilang mga independiyenteng elemento sa anyo ng mga microcircuits ng isang mababang antas ng pagsasama, at kasama sa anyo ng mga bahagi sa microcircuits ng isang mas mataas na antas ng pagsasama. Mayroong dose-dosenang mga naturang elemento.

Pero apat lang muna ang pag-uusapan natin - ito ang mga elementong AT, O, HINDI, AT-HINDI. Ang mga pangunahing elemento ay ang unang tatlo, at ang AND-NOT na elemento ay kumbinasyon na ng AND at NOT na mga elemento. Ang mga elementong ito ay maaaring tawaging "mga bloke ng gusali" ng digital na teknolohiya. Una, dapat nating isaalang-alang kung ano ang lohika ng kanilang pagkilos?

Tandaan natin ang unang bahagi ng artikulo tungkol sa mga digital microcircuits. Sinabi doon na ang boltahe sa input (output) ng microcircuits sa hanay ng 0...0.4V ay isang lohikal na antas ng zero, o isang mababang antas ng boltahe. Kung ang boltahe ay nasa loob ng 2.4...5.0V, ito ay isang lohikal na isang antas o isang mataas na antas ng boltahe.

Ang operating state ng K155 series microcircuits at iba pang microcircuits na may supply voltage na 5V ay nailalarawan sa pamamagitan ng tiyak na mga antas na ito. Kung ang boltahe sa output ng microcircuit ay nasa hanay na 0.4...2.4V (halimbawa, 1.5 o 2.0V), maaari mo nang isipin ang tungkol sa pagpapalit ng microcircuit na ito.

Praktikal na payo: upang matiyak na ang microcircuit na ito ang may sira sa output nito, dapat mong idiskonekta mula dito ang input ng microcircuit sa tabi nito (o ilang mga input na konektado sa output ng microcircuit na ito). Ang mga input na ito ay maaari lamang "palakasin" (overload) ang output ng microcircuit.

Maginoo na mga graphic na simbolo

Ang graphical na simbolo ay isang parihaba na naglalaman ng mga linya ng input at output. Ang mga linya ng input ng mga elemento ay matatagpuan sa kaliwa, at ang mga linya ng output sa kanan. Ang parehong naaangkop sa buong sheet na may mga circuit: sa kaliwang bahagi ay ang lahat ng input signal, sa kanan ay mga output. Ito ay tulad ng isang linya sa isang libro, mula kaliwa hanggang kanan, kaya mas madaling matandaan. Sa loob ng parihaba ay isang simbolo na nagpapahiwatig ng pag-andar na ginagawa ng elemento.

Sisimulan natin ang ating pagsasaalang-alang ng mga lohikal na elemento na may elementong AND.

Larawan 1. AT gate

Ang graphical na simbolo nito ay ipinapakita sa Figure 1a. Ang simbolo para sa function na AND ay ang simbolong Ingles na "&", na sa Ingles ay pinapalitan ang conjunction na "at", pagkatapos ng lahat, ang lahat ng "pseudoscience" na ito ay naimbento sa sinumpaang burgesya.

Ang mga input ng elemento ay itinalaga bilang X na may mga indeks 1 at 2, at ang output, bilang isang output function, ay itinalaga ng titik Y. Simple, tulad ng sa matematika ng paaralan, halimbawa, Y = K*X o, sa pangkalahatan , Y = f(x) . Ang isang elemento ay maaaring magkaroon ng higit sa dalawang input, na nalilimitahan lamang ng pagiging kumplikado ng problemang nilulutas, ngunit maaari lamang magkaroon ng isang output.

Ang lohika ng pagpapatakbo ng elemento ay ang mga sumusunod: magkakaroon ng mataas na antas ng boltahe sa output Y lamang kapag AT sa input X1 AT sa input X2 mayroong mataas na antas ng boltahe. Kung ang elemento ay may 4 o 8 input, ang tinukoy na kundisyon (presence ng isang mataas na antas) ay dapat masiyahan sa lahat ng input: AT sa input 1, AT sa input 2, AT sa input 3…..AT sa input N. Lamang sa kasong ito ang output ay magiging mataas din.

Upang gawing mas madaling maunawaan ang lohika ng pagpapatakbo ng elementong AND, ipinapakita ng Figure 1b ang analogue nito sa anyo ng isang contact diagram. Dito ang output ng elemento Y ay kinakatawan ng lamp HL1. Kung ang lampara ay nag-iilaw, pagkatapos ito ay tumutugma sa isang mataas na antas sa output ng elementong AND. Ang mga naturang elemento ay madalas na tinatawag na 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Ang unang digit ay nagpapahiwatig ng bilang ng mga input.

Bilang input signal X1 at X2, ginagamit ang mga ordinaryong "bell" na butones na walang fixation. Ang bukas na estado ng mga pindutan ay isang mababang antas ng estado, at ang saradong estado ay, natural, isang mataas na antas. Ang diagram ay nagpapakita ng galvanic na baterya bilang pinagmumulan ng kuryente. Habang ang mga pindutan ay nasa isang bukas na estado, ang lampara, siyempre, ay hindi umiilaw. Ang lampara ay bubuksan lamang kapag ang parehong mga pindutan ay pinindot nang sabay-sabay, i.e. I-SB1, I-SB2. Ito ang lohikal na koneksyon sa pagitan ng input at output signal ng AND element.

Ang isang visual na representasyon ng operasyon ng elementong AND ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagtingin sa timing diagram na ipinapakita sa Figure 1c. Una, lumilitaw ang isang mataas na antas ng signal sa X1 input, ngunit walang nangyari sa Y output, mayroon pa ring mababang antas ng signal. Sa input X2, lumilitaw ang signal na may ilang pagkaantala na nauugnay sa unang input, at isang mataas na antas ng signal ang lalabas sa output Y.

Kapag bumaba ang input X1, bumaba rin ang output. O, sa ibang paraan, ang output ay pinananatiling mataas hangga't ang parehong mga input ay mataas. Ang parehong ay maaaring sinabi tungkol sa higit pang mga multi-input AT elemento: kung ito ay 8-I, pagkatapos ay upang makakuha ng isang mataas na antas sa output, ang mataas na antas ay dapat na mapanatili sa lahat ng walong input nang sabay-sabay.

Kadalasan sa reference literature, ang output state ng logic elements depende sa input signals ay ibinibigay sa anyo ng truth table. Para sa itinuturing na elemento 2-I, ang talahanayan ng katotohanan ay ipinapakita sa Figure 1d.

Ang talahanayan ay medyo katulad sa talahanayan ng multiplikasyon, mas maliit lamang. Kung pag-aaralan mo itong mabuti, mapapansin mo na ang antas ng output ay magiging mataas lamang kapag mayroong mataas na antas ng boltahe o, na parehong bagay, isang lohikal na isa sa parehong mga input. Sa pamamagitan ng paraan, ang paghahambing ng talahanayan ng katotohanan sa talahanayan ng pagpaparami ay malayo sa hindi sinasadya: alam ng mga electronic engineer ang lahat ng mga talahanayan ng katotohanan, tulad ng sinasabi nila, sa pamamagitan ng puso.

Gayundin, ang AND function ay maaaring ilarawan gamit ang . Para sa dalawang-input na elemento, magiging ganito ang formula: Y = X1*X2 o isa pang anyo ng pagsulat Y = X1^X2.

Sa OR gate na tayo titingin.

Larawan 2. O gate

Ang graphical notation nito ay katulad ng AND element na tinalakay lang, maliban na sa halip na ang & sign na nagpapahiwatig ng AND function, ang numero 1 ay nakalagay sa loob ng rectangle, tulad ng ipinapakita sa Figure 2a. Sa kasong ito, tinutukoy nito ang OR function. Sa kaliwa ay ang mga input X1 at X2, kung saan, tulad ng sa kaso ng AND function, maaaring mayroong higit pa, at sa kanan ay ang output, na itinalaga ng titik Y.

Sa anyo ng Boolean algebra formula, ang OR function ay nakasulat bilang Y = X1 + X2.

Ayon sa formula na ito, magiging totoo ang Y kapag OR sa input X1, OR sa input X2, OR sa parehong input ay may mataas na level nang sabay-sabay.

Ang contact diagram na ipinakita sa Figure 2b ay tutulong sa iyo na maunawaan kung ano ang kakasabi lang: ang pagpindot sa alinman sa mga button (mataas na antas) o sa parehong mga pindutan nang sabay-sabay ay magiging sanhi ng pag-ilaw ng ilaw (mataas na antas). Sa kasong ito, ang mga button ay input signal X1 at X2, at ang bombilya ay ang output signal Y. Upang gawing mas madaling matandaan ito, ang Figures 2c at 2d ay nagpapakita ng timing diagram at isang truth table, ayon sa pagkakabanggit: pag-aralan lamang ang operasyon ng ang ipinakita na circuit ng contact na may diagram at talahanayan, tulad ng lahat ng mga katanungan ay mawawala.

HINDI gate, inverter

Tulad ng sinabi ng isang guro, sa digital na teknolohiya ay walang mas kumplikado kaysa sa isang inverter. Marahil ito ay talagang totoo.

Sa logic algebra, ang operasyon na HINDI ay tinatawag na inversion, na isinalin mula sa Ingles ay nangangahulugang negation, iyon ay, ang antas ng signal ng output na eksaktong kabaligtaran ay tumutugma sa input signal, na sa anyo ng isang formula ay mukhang Y = /X

(Ang slash bago ang X ay nagpapahiwatig ng aktwal na pagbabaligtad. Karaniwan, ginagamit ang isang salungguhit sa halip na isang slash, bagama't ang gayong pagtatalaga ay lubos na katanggap-tanggap.)

Ang simbolikong graphic na pagtatalaga ng elemento ay HINDI isang parisukat o parihaba na may numero 1 na nakasulat sa loob nito.

Larawan 3. Inverter

Sa kasong ito, nangangahulugan ito na ang elementong ito ay isang inverter. Mayroon lamang itong isang input X at output Y. Ang linya ng output ay nagsisimula sa isang maliit na bilog, na aktwal na nagpapahiwatig na ang elementong ito ay isang inverter.

Tulad ng sinabi lamang, ang inverter ay ang pinaka kumplikadong circuit sa digital na teknolohiya. At ito ay kinumpirma ng contact diagram nito: kung dati ay sapat na ang mga pindutan, ngayon ay isang relay ang idinagdag sa kanila. Habang ang SB1 button ay hindi pinindot (logical zero sa input), ang relay K1 ay de-energized at ang mga normal na saradong contact nito ay i-on ang HL1 light bulb, na tumutugma sa isang lohikal na bumbilya sa output.

Kung pinindot mo ang pindutan (mag-apply ng isang lohikal sa input), ang relay ay i-on, ang mga contact na K1.1 ay magbubukas, ang ilaw ay mawawala, na tumutugma sa isang lohikal na zero sa output. Ito ay kinumpirma ng timing diagram sa Figure 3c at ang truth table sa Figure 3d.

Ang AND-NOT na lohikal na elemento ay hindi hihigit sa kumbinasyon ng AND lohikal na elemento sa NOT na elemento.

Larawan 4. NAND gate

Samakatuwid, sa kanyang maginoo na graphic na pagtatalaga mayroong isang sign & (lohikal na AT), at ang linya ng output ay nagsisimula sa isang bilog, na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng isang inverter sa elemento.

Ang contact analogue ng lohikal na elemento ay ipinapakita sa Figure 4b, at, kung titingnan mo nang mabuti, ito ay halos kapareho sa analogue ng inverter na ipinapakita sa Figure 3b: ang bombilya ay naka-on din sa pamamagitan ng normal na saradong mga contact ng relay K1 . Sa totoo lang ito ay isang inverter. Ang relay ay kinokontrol ng mga button na SB1 at SB2, na tumutugma sa mga input X1 at X2 ng NAND gate. Ang diagram ay nagpapakita na ang relay ay i-on lamang kapag ang parehong mga pindutan ay pinindot: sa kasong ito, ang mga pindutan ay gumaganap ng & function (lohikal na AT). Sa kasong ito, ang output lamp ay lalabas, na tumutugma sa isang lohikal na zero na estado.

Kung ang parehong mga pindutan, o hindi bababa sa isa sa mga ito, ay hindi pinindot, pagkatapos ay ang relay ay naka-off at ang ilaw sa output ng circuit ay naka-on, na tumutugma sa lohikal na isang antas.

Mula sa lahat ng sinabi, ang mga sumusunod na konklusyon ay maaaring iguguhit:

Una, kung ang hindi bababa sa isang input ay may lohikal na zero, ang output ay magiging isang lohikal. Ang parehong estado sa output ay magiging sa kaso kapag ang mga zero ay naroroon sa parehong mga input nang sabay-sabay. Ito ay isang napakahalagang pag-aari ng mga elemento ng NAND: kung ikinonekta mo ang parehong mga input, ang elemento ng NAND ay magiging isang inverter - ito ay gumaganap lamang ng NOT function. Ang ari-arian na ito ay nagpapahintulot sa iyo na maiwasan ang pag-install ng isang espesyal na microcircuit na naglalaman ng anim na inverters nang sabay-sabay, kapag isa o dalawa lamang ang kinakailangan.

Pangalawa, ang isang zero sa output ay maaari lamang makuha kung "kumolekta" ka sa lahat ng mga input. Sa kasong ito, magiging angkop na tawagan ang lohikal na elemento na pinag-uusapang 2AT-HINDI. Ang dalawa ay nagpapahiwatig na ang elementong ito ay may dalawang input. Sa halos lahat ng serye ng mga microcircuits mayroon ding 3, 4 at walong-input na elemento. Bukod dito, ang bawat isa sa kanila ay may isang labasan lamang. Gayunpaman, ang pangunahing elemento sa maraming serye ng mga digital microcircuits ay itinuturing na elementong 2I-NOT.

Sa iba't ibang mga opsyon para sa pagkonekta sa mga input, maaari kang makakuha ng isa pang magandang property. Halimbawa, sa pamamagitan ng pagkonekta ng tatlong input ng isang walong-input na 8I-NOT na elemento, nakakakuha tayo ng 6I-NOT na elemento. At kung ikinonekta mo ang lahat ng 8 input nang magkasama, makakakuha ka lamang ng isang inverter, tulad ng nabanggit sa itaas.

Ito ay nagtatapos sa aming pagpapakilala sa mga lohikal na elemento. Ang susunod na bahagi ng artikulo ay titingnan ang mga simpleng eksperimento na may microcircuits, ang panloob na istraktura ng microcircuits, at mga simpleng device, tulad ng mga pulse generator.

Boris Aladyshkin

Ganap na lahat ng mga digital microcircuits ay binubuo ng parehong mga lohikal na elemento - ang "mga bloke ng gusali" ng anumang digital node. Yan ang pag-uusapan natin ngayon.

Elemento ng lohika- Ito ay isang circuit na may ilang mga input at isang output. Ang bawat estado ng mga signal sa mga input ay tumutugma sa isang tiyak na signal sa output.

Kaya ano ang mga elemento?

Elemento "AT"

Kung hindi, ito ay tinatawag na "conjunctor".

Upang maunawaan kung paano ito gumagana, kailangan mong gumuhit ng isang talahanayan na naglilista ng mga estado ng output para sa anumang kumbinasyon ng mga signal ng input. Ang talahanayang ito ay tinatawag na " talahanayan ng katotohanan" Ang mga talahanayan ng katotohanan ay malawakang ginagamit sa digital na teknolohiya upang ilarawan ang pagpapatakbo ng mga logic circuit.

Ito ang hitsura ng elementong "AT" at ang talahanayan ng katotohanan nito:

Dahil kailangan mong makipag-usap sa parehong teknolohiyang Ruso at burges. dokumentasyon, magbibigay ako ng mga simbolikong graphic na simbolo (GID) ng mga elemento pareho ayon sa aming mga pamantayan at hindi sa aming mga pamantayan.

Tinitingnan natin ang talahanayan ng katotohanan at nililinaw ang prinsipyo sa ating utak. Hindi mahirap unawain: ang isang yunit sa output ng elementong "AT" ay nangyayari lamang kapag ang mga yunit ay ibinibigay sa parehong mga input. Ipinapaliwanag nito ang pangalan ng elemento: ang mga unit ay dapat nasa BOTH one AND the other input.

Kung titingnan natin ito ng kaunti, masasabi natin ito: ang output ng elementong "AT" ay magiging zero kung ang zero ay ilalapat sa kahit isa sa mga input nito. Tandaan natin. Sige lang.

O elemento

Sa ibang paraan, siya ay tinatawag na "disjunctor".

Hinahangaan namin:

Muli, ang pangalan ay nagsasalita para sa sarili nito.

Lumilitaw ang isang unit sa output kapag ang isang unit ay inilapat sa isa O sa isa pa O sa parehong mga input nang sabay-sabay. Ang elementong ito ay maaari ding tawaging "AT" na elemento para sa negatibong lohika: ang isang zero sa output nito ay nangyayari lamang kung ang mga zero ay ibinibigay sa parehong isa at sa pangalawang input.

Elemento ng TANDAAN

Mas madalas, ito ay tinatawag na "inverter".

May kailangan ba akong sabihin tungkol sa kanyang trabaho?

Elemento ng NAND

Ang gate ng NAND ay gumagana nang eksakto katulad ng AND gate, tanging ang output signal ay ganap na kabaligtaran. Kung saan ang "AT" na elemento ay dapat magkaroon ng "0" na output, ang "AT-HINDI" na elemento ay dapat magkaroon ng isa. At vice versa. Ito ay madaling maunawaan mula sa katumbas na circuit ng elemento:

Elemento "NOR" (NOR)

Ang parehong kuwento - isang "OR" na elemento na may inverter sa output.

Ang susunod na kasama ay medyo mas tuso:
Eksklusibo OR elemento (XOR)

Ganito siya:

Ang operasyong ginagawa nito ay madalas na tinatawag na "addition modulo 2". Sa katunayan, ang mga digital adder ay binuo sa mga elementong ito.

Tingnan natin ang talahanayan ng katotohanan. Kailan ang output unit? Tama: kapag ang mga input ay may iba't ibang signal. On one - 1, on the other - 0. Ganyan siya katuso.

Ang katumbas na circuit ay ganito:

Hindi kailangang isaulo ito.

Sa totoo lang, ito ang mga pangunahing lohikal na elemento. Ganap na anumang digital microcircuits ay binuo sa kanilang batayan. Kahit na ang iyong paboritong Pentium 4.

At sa wakas, ilang microcircuits na naglalaman ng mga digital na elemento. Ang mga numero ng kaukulang mga binti ng microcircuit ay ipinahiwatig malapit sa mga terminal ng mga elemento. Ang lahat ng mga chip na nakalista dito ay may 14 na paa. Ang kapangyarihan ay ibinibigay sa mga binti 7 (-) at 14 (+). Supply boltahe - tingnan ang talahanayan sa nakaraang talata.

Ang mga lohikal na elemento ay bumubuo ng batayan ng mga digital (discrete) na mga kagamitan sa pagpoproseso ng impormasyon at mga aparatong digital automation.

Ang mga elemento ng lohika ay nagsasagawa ng pinakasimpleng lohikal na mga operasyon sa digital na impormasyon. Ang isang lohikal na operasyon ay nagko-convert ng impormasyon ng input sa impormasyon ng output ayon sa ilang mga patakaran. Ang mga elemento ng lohika ay madalas na binuo batay sa mga elektronikong aparato na tumatakbo sa isang key mode. Samakatuwid, ang digital na impormasyon ay karaniwang kinakatawan sa binary form, kung saan ang mga signal ay kumukuha lamang ng dalawang halaga: "0" (logical zero) at "1" (logical one) na tumutugma sa dalawang estado ng key. Ang isang lohikal na zero ay tumutugma sa isang mababang antas ng boltahe sa input o output ng isang elemento (halimbawa, U 0 =0...0.4V), at ang isang lohikal ay tumutugma sa isang mataas na antas ng boltahe (halimbawa, U 1 =3 ...5V).

Ang mga pangunahing lohikal na elemento ay O, AT, HINDI, O-HINDI, AT-HINDI elemento. Batay sa mga pangunahing elementong ito, mas kumplikado ang itinayo: mga flip-flop, counter, register, adders.

Ang OR na lohikal na elemento (Larawan 4.1, a) ay may isang output at ilang input (madalas na 2 - 4 na input) at nagpapatupad ng function ng lohikal na karagdagan o disjunction. Sa kaso ng dalawang independyenteng variable, ito ay tinutukoy ng Y = X 1 ÚX 2 o Y = X 1 + X 2 (basahin ang X 1 o X 2) at tinutukoy ng talahanayan ng katotohanan (Talahanayan 4.1.). Ang OR na operasyon ay maaaring isagawa sa tatlo o higit pang mga independiyenteng argumento. Function Y = 1 kung ang isa man lang sa mga independent variable na Xi ay katumbas ng isa.

Ang AND logical element (Fig. 4.1, b) ay nagpapatupad ng function ng logical multiplication o conjunction. Ito ay tinutukoy ng Y = X 1 ÙX 2 o Y = X 1 X 2 (basahin ang X 1 at X 2) at tinutukoy ng talahanayan ng katotohanan (Talahanayan 4.2). Ang lohikal na pagpaparami ay maaaring palawigin sa tatlo o higit pang mga independiyenteng argumento. Ang function na Y ay katumbas ng isa lamang kapag ang lahat ng mga independiyenteng variable na Xi ay katumbas ng isa.

Ang logic gate ay HINDI nagpapatupad ng logical negation o inversion operation. Ang lohikal na negation ng function X ay tinutukoy ng `X (sinasabing "hindi X") at tinutukoy ng talahanayan ng katotohanan (Talahanayan 4.3).

Ang OR-NOT logical element ay nagpapatupad ng logical function Y = at tinutukoy ng truth table (Talahanayan 4.4.).

Ang AND-NOT logical element ay nagpapatupad ng logical function Y = at tinutukoy ng truth table (Talahanayan 4.5.).

Figure 4.1 – Mga simbolikong graphic na larawan ng mga lohikal na elemento O (a), AT (b), HINDI (c), O-HINDI (d), AT-HINDI (d)

Talahanayan 4.1–Truth table Talahanayan 4.2–Truth table ng OR element ng AND element

Talahanayan 4.3–Truth table Talahanayan 4.4–Truth table

elemento HINDI elemento O - HINDI

Ginagamit din ang mga elementong nagpapatupad ng lohikal na operasyong BAN at eksklusibong OR.

Ang lohikal na elementong BAN ay karaniwang may dalawang input (Fig. 4.2, a): pinapayagan ang X 1 at ipinagbabawal ang X 2. Inuulit ng output signal ang signal sa naka-enable na input X 1 kung X 2 =0. Kapag X 2 =1, isang 0 signal ang lalabas sa output, anuman ang halaga ng X 1. Iyon ay, ang elementong ito ay nagpapatupad ng lohikal na function Y = X 1. Ang lohikal na elementong "eksklusibo OR" (unequivalence) (Fig. 4.2, b) ay nagpapatupad ng isang lohikal na function at tinutukoy ng talahanayan ng katotohanan (Talahanayan 4.6).

Figure 4.2 – Mga simbolikong graphic na larawan ng mga lohikal na elemento BAN (a), eksklusibo O (b)

Talahanayan 4.6 - Talahanayan ng katotohanan ng elementong "eksklusibo O".

Ang mga digital integrated circuit ay nagbibigay ng napakababang power output signal. Halimbawa, ang mga microcircuits ng seryeng K155, K555, KR1533 ay nagbibigay ng kasalukuyang output na 0.4 mA sa lohikal na isang estado. Samakatuwid, ang open-collector microcircuits ay karaniwang ginagamit sa mga output ng isang logic block. Sa ganitong mga microcircuit, ang risistor na kasama sa circuit ng kolektor ay inilipat sa labas ng microcircuit (Larawan 4.3, A).

Figure 4.3 – Pagkonekta ng load sa output ng open collector microcircuit

Kung ang output ng DD1 microcircuit ay nasa estado ng lohikal (U OUT = 1), iyon ay, ang output transistor nito ay nasa cutoff state, pagkatapos ay I K » 0. Kapag ang "Log.0" ay nasa output ng DD1 (U OUT = 0), iyon ay kapag ang output transistor nito ay nasa saturation state I K » U P / R K. Ang maximum na pinapayagang output current ng open-collector microcircuits ay maaaring mas malaki kaysa sa conventional microcircuits.

Halimbawa, para sa mga microcircuits na may bukas na kolektor K155LL2, K155LI5, K155LA18, ang maximum na output na papasok na kasalukuyang ay maaaring umabot sa 300 mA, at ang maximum na output boltahe sa "Log.1" na estado ay maaaring 30 V, na nagpapahintulot sa iyo na lumipat ng load ng hanggang 9 W.

Kung ang pag-load, halimbawa ang coil ng isang relay o pneumatic distributor, ay idinisenyo para sa boltahe at kasalukuyang hindi lalampas sa mga pinapayagan para sa isang naibigay na microcircuit, pagkatapos ay maaari itong direktang konektado sa output ng microcircuit (Fig. 4.3, b). Sa kasong ito, ang relay K1 ay isinaaktibo kung mayroon kaming "Log.0" sa output ng DD2 at i-off kapag ang "Log.1" ay naroroon sa output ng DD2. Ang Diode VD1, na konektado sa reverse direksyon, ay nagpoprotekta sa microcircuit mula sa overvoltage na nangyayari kapag ang relay coil ay naka-off dahil sa electromagnetic energy na naipon dito.

Upang makontrol ang isang load na may mataas na operating boltahe at kasalukuyang, maaari kang gumamit ng isang circuit kung saan ang power circuit ay inililipat ng isang karagdagang transistor VT1, na konektado sa output ng microcircuit na may isang bukas na kolektor DD1 at tumatakbo sa key mode (Fig. 4.4).

Figure 4.4 – Pagkonekta ng load sa pamamagitan ng transistor switch

Sa "Log.0" sa output ng DD1, ang transistor VT1 ay sarado at ang relay K1 ay naka-off. Sa "Log.1" sa output ng DD1, bubukas ang transistor (pumupunta sa saturation state). Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng transistor sa saturation mode ay tinutukoy ng supply boltahe U 1 at ang paglaban ng relay coil R K1, dahil ang pagbaba ng boltahe sa transistor sa saturation mode U KN » 0:

Ang supply boltahe U 1 ay dapat piliin na katumbas ng operating boltahe ng load (sa kasong ito, relay K1), at ang transistor VT1 ay dapat mapili na may pinahihintulutang boltahe ng kolektor na mas malaki kaysa sa U 1 at isang pinahihintulutang kasalukuyang kolektor na mas malaki kaysa sa I K1 .

Transistor saturation mode ay nakakamit kapag

Para sa maaasahang saturation ng transistor, kinakailangan na masiyahan ang kondisyon sa pinakamababang halaga ng static current gain h 21E = h 21E min para sa isang naibigay na uri ng transistor.

Sa kasong ito, ang kondisyon ay dapat matugunan

U P /R 1 ³I BN g = gI KN / h 21Emin

kung saan ang g ay ang antas ng saturation (g = 1.2…2).

Pinoprotektahan ng Diode VD1 ang transistor mula sa paglipat ng mga overvoltage. Ang Diode VD2 ay nagbibigay ng bias na boltahe na kinakailangan upang patayin ang transistor sa "Log.0" sa output ng DD1. Ang bias boltahe ay inilapat sa base sa pamamagitan ng risistor R2.

Kung ang load ay may makabuluhang inductance, pagkatapos ito ay shunted sa pamamagitan ng isang diode konektado sa kabaligtaran direksyon (tingnan ang Fig. 4.3, b, Fig. 4.4).

Ginagamit din ang open-collector logic chips upang kontrolin ang teknolohikal (halimbawa, welding) na kagamitan. Ang mga control unit para sa modernong welding equipment (halimbawa, mga control unit para sa semi-awtomatikong welding machine ng BUSP series, control units para sa resistance welding cycle ng RKS series) ay nagbibigay ng switching control nang direkta gamit ang isang open collector microcircuit na konektado sa isang partikular na input ng ang control unit (Larawan 4.5).

Figure 4.5 – Process equipment control circuit gamit ang open-collector logic chip