Логические элементы (микросхемы) и их функции

Функция	УГО	Функция	УГО

Физический принцип работы логических элементов достаточно прост, особенно если его изучать на примерах их реализации схемами соединений диодов, резисторов и транзисторов.

На рисунке 4.4 а приведена схема ДТЛ-элемента И-НЕ на 4 входа, которая работает следующим образом.

Операция И осуществляется диодной частью схемы (VD1 – VD4, R1). При сигнале "0" на всех входах все диоды открыты, в них и в резисторе R1 действуют токи, создаваемые источником э.д.с. Е и замыкающиеся через источники сигналов, которые подключены к входам. Поскольку сопротивление резистора R1 значительно больше прямого сопротивления диодов, падение напряжения на нем приблизительно равно Е, а потенциал точки "А" близок к нулю. Если напряжение на одном из входов соответствует логической "1", то соответствующий диод закрыт, однако остальные диоды открыты и в узле "А" по-прежнему остается сигнал логического "0". Сигнал "0" в узле "А" появится только тогда, когда на все четыре входа будут поданы сигналы логической "1". Все диоды окажутся закрытыми, ток через резистор R1 будет равен нулю и напряжение в узле "А" будет равно Е (логическая "1").

а – на 4 входа; б – на 3 входа; в – на 2 входа;

г – реализация функции НЕ

Рис. 4.4. Схемы ДТЛ-элемента И-НЕ на 4 входа с модификациями

Напряжение узла "А" через диоды VD5 и VD6 подается на базу транзистора VT. Если оно близко к нулю (логический "0"), то ток базы также равен нулю и транзистор находится в закрытом состоянии. При закрытом транзисторе ток через коллекторный резистор R3 не проходит и потенциал коллектора равен Е. Следовательно, на выходе логической схемы будет высокий потенциал (логическая "1"). Если на все четыре входа подать высокий потенциал (логическая 1), то в узле "А" также появится высокий потенциал и транзистор VT откроется. Сопротивление коллектор-эмиттер окажет близким к нулю и, следовательно, близким к нулю окажется напряжение на коллекторе. Такое состояние схемы будет соответствовать логическому "0".

Путем объединения входов этой схемы можно получить логические элементы И-НЕ на 3 и на 2 входа (рис. 4.3 б, в). Если объединить все входы, то получится логический элемент НЕ (рис. 4.3 г).

На рисунке 4.5 приведена схема ДТЛ-элемента ИЛИ-НЕ на 2 входа. Если на всех входах низкий потенциал (логический "0"), то транзистор заперт и на выходе схемы высокое напряжение (логическая "1"). Достаточно появиться на любом из входов высокому потенциалу (логическая "1"), как транзистор откроется и на выходе схемы будет логический "0".

Рис. 4.5. Схема ДТЛ-элемента ИЛИ-НЕ на 3 входа

Промышленностью выпускаются логические микросхемы не только с базовыми функциями, но и с функциями, реализующими более сложные алгоритмы логики. Это позволяет существенно уменьшить габариты аппаратуры и снизить её энергопотребление.

На рисунке 4.6 приведены развернутая и упрощенная схемы логического элемента, который реализует переключательную функцию вида

В одной микросхеме объединены два ДТЛ-элемента И-НЕ (рис. 4.4 а), каждый на 4 входа, с подключенными выходами к ДТЛ-элементу ИЛИ-НЕ на 2 входа (рис. 4.5).

Рис. 4.6. Микросхема со сложной логической функцией

Цифровые устройства