Лабораторна робота № 9

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ, ЯКІ ВИКОНУЮТЬ

ЛОГІЧНІ ОПЕРАЦІЇ

.

Мета роботи: ознайомитися з принципом і режимом роботи логічних елементів.

Під час виконання роботи визначаються передавальні характеристики логічного елементу при різних опорах навантаження, а також складаються таблиці істинності для логічних елементів «І», «НІ», «АБО», «АБО-НІ», «І-НІ».

Робота виконується на лабораторному стенді ЕС-21.

Cтислі теоретичні відомості

Логічними елементами називають прості цифрові пристрої, призначені для реалізації функцій алгебри логіки за допомогою електричних сигналів. Найбільш поширені потенційні логічні елементи, в яких існує зв'язок по постійному струму між входами і виходами.

Основною електричною характеристикою логічного елементу є передавальна характеристика – залежність вихідної напруги від напруги на одному з входів. Знімається характеристика в умовах, за яких змінюється напруга на одному з входів логічного елемента, а на решті входів вона підтримується постійною.

Логічні елементи, які досліджуються в цій лабораторній роботі належать до класу комбінаційних. Це означає, що їх вихідні сигнали визначаються тільки сукупністю сигналів, які діють на входах в даний момент часу, та не залежать від сигналів, які діяли на входах раніше.

Найважливішими функціональними параметрами логічних елементів є функція алгебри логіки, яка ними реалізується, а також коефіцієнт розгалуження К_роз по виходу і коефіцієнт об′єднання К _об по входу.

К_роз дорівнює числу входів інших елементів, які можна підключити до виходу даного елемента . К _об дорівнює числу входів, передбачених схемою логічного елемента. Майже в усіх елементах, які досліджуються в даній лабораторній роботі, К _об=2 .

Залежно від схемотехнічних рішень використаних для побудови логічних елементів розрізняють

транзисторно-транзисторну логіку ( ТТЛ ), побудовану на біполярних транзисторах,

емітерно- зв′язану логіку ( ЕСЛ ),

інтегрально- інжекційну логіку ( І²Л ),

логіку на однотипних уніполярних транзисторах ( п-МОП та р-МОП ),

логіку на різнотипних уніполярних транзисторах, так звану комплементарну логіку ( КМОП ).

Існують інші схемотехнічні рішення логічних елементів, але їх практичне застосування обмежене.

Як відомо, функції алгебри логіки і їх аргументи можуть приймати ь лише два значення – 0 та 1. Тому вхідні і вихідні сигнали логічних елементів повинні приймати тільки два значення. Це досягається конструкцією вихідних каскадів логічних елементів і способами управління ними. Тут розрізняють елементи з позитивною та негативною логіками. В елементах з позитивною логікою значенню сигналу 1 відповідає більше значення напруги, а значенню сигналу 0 менше значення напруги, в елементах з негативною логікою – навпаки.

На рис. 9.1. представлені схеми вихідних каскадів елементу транзисторно – транзисторної логіки (ТТЛ) (рис. 9.1.а) і елементу на МОП – транзисторах.. (рис. 9.1.б).

Транзистори вихідних каскадів працюють в ключовому режимі. Якщо транзистор VT2 відкритий, а VT1 – закритий, то на виході – сигнал низької напруги, який відповідає нульовому стану виходу - логічний нуль». Якщо VT2 – закритий, а VT1 – відкритий, то на виході висока напруга – «логічна одиниця». Існують логічні елементи, схеми яких можуть набувати стан, при якому закриті і VT1 і VT2. Такий стан носить назву « високий імпеданс виходу».

а) б)

Рис.9.1.

Схемотехнічним рішенням логічного елементу визначаються діапазони напруг, які закріплюються за одиничним та нульовим значеннями сигналів.В даній лабораторній роботі досліджуються елементи ТТЛ, в яких нульовому значенню сигнала відповідає діапазон напруг 0 – 0,5 В, а одиничному значенню сигнала - діапазон напруг 2,5 – 5 В.

Існують також логічні елементи, вихідний каскад яких складається з транзистора з розімкненим колекторним колом, вони носять назву елементів з відкритим колектором. Ці елементи вимагають підключення зовнішнього навантаження ( рис. 9.2).

Рис.9.2.

Логічний зв'язок будь-якої складності можна аналітично виразити,

використовуючи обмежений набір елементарних логічних функцій. Такий

набір називається функціонально повною системою логічних функцій.

У даній роботі досліджуються три функціонально повних системи. В одну з них входять три логічні функції: інверсія, диз'юнкція, кон'юнкція. Друга і третя функціонально повні системи містять тільки одну функцію: штрих Шеффера або стрілку Пірса.

У основі роботи логічних елементів лежать принципи, викладені в булевій алгебрі:

00=0 0+0=0

01=0 0+1=1

10=0 1+0=1

11=1 1+1=1