Логические элементы и их физическая реализация
Чтобы построить элементы цифровой электроники необходимо преобразовать (закодировать) значения логических переменных уровнями цифровых сигналов. Обозначим напряжение высокого уровня за логическую единицу, а напряжение низкого уровня за логический ноль.
U
«1»
+5
B
+ 2,4 B
«0»
+
0,4
B
0
t
Для современных микросхем, так называемый ТТЛ высоким уровнем напряжения является +5 В, а низким уровнем напряжения, кодирующий логический ноль, является +0,4 В. Значение напряжения +2,4 В является границей для принятия решения и такая логика называется положительной.
В некоторых случаях оказывается удобным, с точки зрения схемы техники, применить обратную кодировку, когда единица кодируется низким уровнем напряжения, а ноль высоким уровнем напряжения.
U «0»
+5 B
+ 2,4 B
«1»
+ 0,4 B
0 t
Отрицательная логика применяется, прежде всего, тогда, когда используется общая шина для передачи сигнала. В дальнейшем во всех рассмотренных схемах будем пользоваться положительной логикой.
Логический элемент конъюнктор. Схема совпадения
По логике работы высокий уровень напряжения, то есть логическая единица должна появиться на выходе этого элемента тогда, когда оба входных сигнала имеют высокий уровень напряжения одновременно.
X1
X2 t
t
t1 t2 t3 t4
Одновременно высокий уровень напряжения (то есть единичное значение) имеют оба сигнала Х1 и Х2, только в промежутке времени t1 - t2, в этом случае говорят, что в это время входные сигналы совпали, соответственно в этот промежуток времени на выходе конъюнктора имеем высокий потенциал.
Электрическая схема простейшего элемента совпадения имеет следующий вид:
D1
X
1
y
D2
X
2
R
+ ε
Если хотя бы на одном из входов Х1 или Х2 присутствует низкий уровень, то есть практически потенциал земли, то существует условие для протекания тока от источника +ε через резистор R и диод на входе которого низкий потенциал. На резисторе R возникает падения напряжения, которое «отрицательно» будет приложено к выходу «у», то есть если в этом случае будем измерять напряжение в точке «у», то увидим потенциал близкий к «0».
Такая ситуация будет соответствовать времени t1 – t2 на диаграмме. И только в том случае если на обоих входах элемента возникнут высокие уровни сигналов в момент времени
t2 – t3, перестанут существовать условия для протекания тока I. В этом случае, говорят, что схема становится эквипотенциальной, то есть во всех точках будет одинаковый, а именно высокий уровень напряжения.
В момент времени t3 – t4 опять возникает условие для протекания тока через D1, и на выходе опять имеем низкий потенциал.