Глава 2 функциональные и преобразовательные элементы и устройства.

2.1 Логические устройства

2.1.1. Логические элементы на дискретных компонентах

В системах управления устройствами электроснабжения для вы­полнения логических операций И (конъюнкция), ИЛИ (дизъюнкция), НЕ (инверсия) широкое распространение получили логические эле­менты на дискретных компонентах (рис. 2.1).

Схема на рис. 2.1, а реализует операцию И, т.е. сигнал на выходе (отрицательный потенциал) будет только в том случае, если поступаю­щие на входы 1,2, 3 сигналы будут иметь отрицательный потенциал. О появлении на одном из входов высокого потенциала будет свидетель­ствовать высокий потенциал на выходе схемы. С точки зрения обработ­ки информации операция И выполняет логическое умножение, для трех входных переменных записывается в виде у = x₂ (см. рис. 2.1, а).

Схема рис. 2.1, б реализует операцию ИЛИ, т.е. сигнал на выходе (отрицательный потенциал) появится в том случае, если на входе 1, или 2, или 3 будет также отрицательный потенциал. Операция ИЛИ выполняет логическое сложение, для трех переменных записывает­ся в виде у = + х₂ + х₃ (см. рис. 2.1, б). Для положительных вход­ных сигналов схема рис. 2.1, а выполняет операцию ИЛИ, а схема рис. 2.1, б — операцию И. / На рис. 2.1, в показана схема инвертора на основе биполярного транзистора типа р-п-р с диодной связью, выполняющая операцию НЕ. Схема работает в ключевом режиме. При отсутствии на входе сигнала U_c (отрицательный потенциал) транзистор VT открыт бла­годаря току базы [+ —VT—VD1—VD2—R_б—(- )], через него вы­сокий потенциал +Е_К поступает на выход. При появлении на входе сигнала U_c (положительный потенциал) транзистор VT закрывает­ся, на выходе — отрицательный потенциал -Е_к. Таким образом, по­лярность напряжений сигналов на входе и выходе схемы противопо­ложная, т.е. операция НЕ выполняет логическое отрицание (инвер­сию), которое записывается в виде у = х (см. рис. 2.1, в).

При выполнении логических устройств, предназначенных для об­работки сигналов, в общем случае необходимо иметь логические эле­менты, осуществляющие операции И, ИЛИ, НЕ. Такой набор эле­ментов называется функционально полной системой логических эле­ментов или логическим базисом. На его основе можно составлять более сложные комбинированные логические элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ Логическую операцию И-НЕ выполняет диодно-транзисторная схема, приведенная на рис. 2.2, а. Она представляет собой сочетание диодной логи­ческой схемы И (в положитель­ной логике) на диодах VD1— VD4 и резисторе R1, простого инвертора на транзисторе VT, резисторах R2, R3 и смещаю­щем диоде VD5. В некоторых схемах (см. рис. 2.1, в) для по­вышения помехоустойчивости применяют два смещающих диода.

Если на все входы подают­ся высокие потенциалы (логи­ческие единицы), то диоды VDl—VD4 смещены в обратном направлении (закрыты). При этом протекает ток [+U_n—R1—VD5—VT—(-U_n)], обеспечивающий от­крывание транзистора VT до режима насыщения. На выходе элемен­та возникает низкий потенциал, т.е. логический нуль.

При появлении на одном или нескольких входах низкого потенциа­ла входной диод смещается в прямом направлении (открывается), по­тенциал в точке А снижается до уровня падения напряжения на откры­том диоде, становится недостаточным для открывания двух переходов (диод VD5 и база-эмиттер транзистора VT). Транзистор VT закроется, выходное напряжение возрастет до уровня логической единицы.

Диодно-транзисторная логика имеет ограниченное применение.