Логическими элементами (ЛЭ) называются цифровые устройства, реализующие логические функции.

ЛЭ предназначены для логического преобразования информации, представляемой в виде двоичных чисел. Переменные величины и функции от них могут принимать значения «1» или «0» и соответственно называться логическими переменными и логическими функциями. ЛЭ реализуют логические функции (операции) и подразделяются на:

элементы, реализующие операцию логическое умножение – конъюнкцию (конъюнкторы, элементы И, схемы совпадения);

элементы, реализующие операцию логическое сложение – дизъюнкцию (дизъюнкторы, элементы ИЛИ, схемы собирания);

элементы, реализующие операцию логическое отрицание – инверсию (инверторы, элементы НЕ);

элементы, реализующие универсальные функции [универсальные элементы, элемент И-НЕ, (элемент Шеффера), элемент ИЛИ-НЕ (элемент Пирса)].

Функциональная схема ЛЭ состоит из трёх частей.

Первая – логическая – предназначена для выполнения заданной логической функции. Вторая – усилительная – производит усиление маломощных сигналов и совместно с третьей частью – формирующей или выходной – обеспечивает формирование потенциальных уровней или импульсных сигналов с электрическими характеристиками, соответствующими кодируемой информации на выходе элемента. Эти функции выполняются пассивными и активными элементами, входящими в состав ЛЭ. Некоторые из них осуществляют одновременно несколько функций.

Их можно классифицировать по следующим признакам.

По способу технического представления переменных величин: импульсные, импульсно-потенциальные, потенциальные (по постоянному току), динамические, фазовые.

Они отличаются друг от друга по длительности сигнала на входе и выходе, а также уровнями представления логической 1 и логического 0.

В потенциальных элементах длительность входных и выходных сигналов значительно больше длительности переходных процессов. Если в основу построения потенциальных элементов заложена положительная логика, то высокому уровню сигнала соответствует логическая «1», а низкому – логический «0». при отрицательной логике – наоборот. Потенциальные элементы соединяются между собой непосредственно (проводником) через резистор, диод, транзистор или комбинацией из перечисленных элементов.

В импульсных элементах – сигнал на выходе элемента существует только во время переходного процесса. Логическая «1» характеризуется наличием импульса, а логический «0» – его отсутствием. Элементы с импульсной связью соединяются между собой через конденсаторы или трансформаторы.

В импульсн-потенциальных элементах на входы подаются как потенциалы определенного уровня, так и электрические импульсы, причем входные сигналы, которые являются комбинациями логических 1 и 0 имеют, как правило, импульсный характер. Связь элементов осуществляется как при импульсной связи, так и как при потенциальной связи.

В динамических элементах логическая единица характеризуется серией импульсов, а логический ноль – их отсутствием или наоборот.

В фазовых элементах сигналы характеризуются гармонической функцией, например sin ωt. Логической 1 или 0 здесь соответствуют определенные фазы напряжения относительно опорной фазы.

По принципу передачи логического сигнала ЛЭ делятся на: синхронные и асинхронные.

Асинхронные ЛЭ – время прохождения сигнала от входа к выходу, определяется только переходными процессами, протекающими в ЛЭ, и не регламентируются из вне. Они работают без общего ритма, если не принять специальных схемотехнических решений для синхронизации системы в целом.

Синхронные ЛЭ – у которых время передачи сигнала от входа к выходу для всех одинаково и определяется внешними устройствами (генераторами тактовых импульсов). Время их работы определяется тактами.

Они делятся на одно- , двух- и многотактные. В однотактных все ЛЭ находятся в одинаковых условиях и при поступлении тактового импульса сигналы на выходах появляются одновременно. Время работы всех элементов одинаково и регламентируется частотой тактовых импульсов.

В двухтактных системах все логические элементы делятся на две группы, которые работают в разных тактах.

Если число тактов и соответствующее им число групп ЛЭ, работающих в разных тактах, больше двух, такие системы относятся к многотактным.

Синхронизация (тактирование) может осуществляться либо через определенный вход, либо по цепи питания.

По конструктивно-технологическому признаку ЛЭ делятся на две группы: на дискретных компонентах; интегральные микросхемы. Интегральные в свою очередь делятся на: гибридные, полупроводниковые и пленочные.

Полупроводниковые ЛЭ (как и все ИМС) по схемотехническому принципу делятся на:

A. Биполярные:

- с транзисторно – транзисторной логикой (ТТЛШ);

- транзисторная логика с эмиттерными связями (ЭСЛ);

B. Полевые:

- МОП – транзисторная логика (металл-оксид-полупроводник). К ним относятся: n-МОП (транзистор с каналом проводимости типа n), р-МОП (транзистор с каналом проводимости типа р); КМОП – комплементарные (транзистор с каналом проводимости обоих типов);

- интегрально – инжекционная логика (И²Л);

- МДП – транзисторная логика (металл-диэлектрик-полупроводник).