Классификация, область применения и основные параметры логических элементов
Логический элемент – это устройство, которое используется для обработки данных в цифровой форме.
Логические элементы могут использоваться в качестве составных частей сложной схемы или самостоятельно для управления устройством. В радиотехнике логический элемент получил широкое распространение в качестве генератора импульсов в радиодеталях. В электронных схемах на логические элементы приходится большая часть больших и сверхбольших интегральных схем, дешифраторов и шифраторов. Микросхемы, имеющие логическую функцию, применяются в производстве счетчиков, триггеров, регистров и прочих схем с памятью. Логические элементы могут классифицироваться:
- В зависимости от вида используемых сигналов. Согласно данному признаку логические элементы делятся на потенциальные (данные на входе элемента представляют собой напряжение различных уровней), импульсные (логический ноль - отсутствие импульсов, наличие импульса - логическая единица), потенциально-импульсные (наличие положительного импульса - единица, отсутствие - ноль).
- В зависимости от используемого материала. Согласно данному признаку логические элементы делятся на диодно-резисторные (основаны на полупроводниковых триодах), диодно-транзисторные (основаны на транзисторах и диодных цепях), резисторно-транзисторные (основаны на биполярных транзисторах и резисторах), транзисторно-транзисторные (основаны на триодах и выходном инверторе).
Самыми важными параметрами современных логических элементов являются:
- Уровни напряжений.
- Быстродействие.
- Напряжение источника питания.
- Нагрузочная способность.
- Помехоустойчивость.
- Потребляемая мощность.
Типы логических элементов и их функции
Логические элементы имеют один или несколько входов, а также один или два выхода. Значение единиц и нулей логических элементов определяются логической функцией, выполняемой элементов, а также значениями единиц и нулей входных сигналов, которые выполняют роль независимых переменных.
Таблица истинности – это таблица, описывающая логическую функцию.
Все логические элементы, в зависимости от выполняемых ими функций можно разделить на: элементы “И”, “ИЛИ”, “НЕ”, “И-НЕ”, “ИЛИ-НЕ”, “исключающие ИЛИ”. Схема и таблица истинности логического элемента “ИЛИ” представлена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Таблица истинности и схема логического элемента «ИЛИ». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
На каждый из входов элемента “ИЛИ” может подаваться сигнал в виде напряжения (единица), а также его отсутствие (ноль). На резисторе будет появляться напряжение, даже в случае его появление на одном из диодов. У логического элемента “ИЛИ” может быть несколько входов. Когда используются не все вход, то неиспользуемые входы заземляют с целью предотвращения появления посторонних сигналов.
Таблица истинности и схема логического элемента “И” представлена на рисунке ниже. Даже при подаче сигнала равного нулю хотя бы на один вход, через диод будет протекать электрический ток. Падение напряжение на диоде стремится к нулю, поэтому на выходе тоже будет ноль. Появится на выходе сигнал может только в том случае, если все диоды будут в закрытом состоянии (на всех входах будет сигнал).
Рисунок 2. Таблица истинности и схема логического элемента «И». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В логическом элементе “НЕ” (его схема и таблица истинности представлена на рисунке ниже) при наличии положительного напряжения (х=0) транзистор переходит в открытое состояние и напряжение его коллектора начинает стремиться к нулю. Когда х=0, положительный сигнал на базе транзистора отсутствует, транзистор закрыт, электрический ток не проходит через коллектор транзистора, а у резистора отсутствует падение напряжение то на коллекторе появляется сигнал Е.
Рисунок 3. Таблица истинности и схема логического элемента «НЕ». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Для создания различных схем на основе логических элементов часто используются комбинированные элементы. Примером такого элемента является логический элемент “ИЛИ-НЕ”, схема и таблица истинности которого представлена на рисунке ниже.
Рисунок 4. Таблица истинности и схема логического элемента «ИЛИ-НЕ». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В рассматриваемом логическом элементе диоды выполняют роль элемента “ИЛИ”, а транзистор выступает в качестве инвертора (элемент “НЕ”).
На рисунке ниже изображены таблица истинности и схема логического элемента “И-НЕ”.
Рисунок 5. Таблица истинности и схема логического элемента «И-НЕ». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В данном элементе диод 3 выполняет роль фильтра (предотвращение искажения сигнала). Если на входы х1 или х2 не подается сигнал, то электрический ток будет протекать через диод 1 или 2. Падение напряжения на них не равняется нулю, поэтому его может оказаться достаточно для открытия транзистора. Это может стать причиной ложного срабатывания, а на выходе, вместо единицы, получится ноль. Если включить в цепь диод 3, значительная часть напряжения на нем упадет и на базу транзистора ничего не придет. Из-за этого он будет закрыт, а на выходе будет единица, что является необходимым условием в случае наличия нуля на каком-либо из входов.
