Виды логики

В потенциальных логических элементах "0" и "1" соответствуют два резко отличающихся уровня напряжения, называемые высоким и низким уровнем. При этом напряжения могут быть как положительными, так и отрицательными относительно корпуса (общей шины), электрический потенциал которого принимается равным нулю вольт. Различают элементы, работающие в положительной (позитивной) и отрицательной (негативной) логике. В положительной логике за логическую единицу принят высокий уровень напряжения, а за логический ноль – низкий. В отрицательной логике кодирование "1" и "0" противоположное. В таблице 5.1 приведены возможные комбинации сигналов для положительной и отрицательной логики при различной полярности питающего напряжения.

Таблица 5.1 – Соответствие уровней сигнала различным видам логики

Полярностьуровней	Вид логики
	Положительная	ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ
Положительная	U "1" U2 U1 "0" t	U "0" U2 U1 "1" t
Отрицательная	t U1 "1" "0" U2 U	t U1 "0" "1" U2 U

5.2 Схемная реализация логических элементов

5.2.1 Диодно-резисторные схемы

На рисунке 5.8а приведена диодно-резисторная схема элемента "2ИЛИ" для положительных входных сигналов. Если U_вх1(х1) и U_вх2(х2) равны нулю, то ток через диоды VD1 и VD2 не протекает, падение напряжения на R_н равно нулю (U_вых = 0, y = "0"). При подаче высокого входного напряжения (т. е. большего, чем напряжение на диоде) хотя бы на один из входов схемы, например на х1, диод VD1 отпирается и выход схемы соединяется со входом х1. Если сопротивление нагрузки больше сопротивления открытого диода (R_н > R_д), то на выходе появится высокий потенциал, почти равный U_вх1. При этом диод VD2 (или остальные диоды в случае многовходовой схемы) закрыт разностью потенциалов, равной падению напряжения на Rн от протекания тока I1. Поэтому высокий потенциал со входа х1 не поступает на вход х2, что обеспечивает "развязку" входов. При подаче высокого напряжения на второй вход открывается диод VD2, а VD1 закрыт. Если напряжение подано на оба входа, то оба диода открыты и на выходе будет высокое напряжение, то есть у="1". Анализируя таблицы 5.8б, 5.8в и 5.8г, можно заметить, что схема рисунка 5.8а в положительной логике реализуют функцию "ИЛИ", а в отрицательной – "И".

	Х1			Х2		Y
Уровни напряжения	Н			Н		Н
	Н			В		В
	В			Н		В
	В			В		В
			Х1		Х2		Y
Логические уровни			0		0		0
			0		1		1
			1		0		1
			1		1		1
		Х1			Х2			Y
Логические уровни		1			1			1
		1			0			0
		0			1			0
		0			0			0

а б в г

а – принципиальная схема; б – таблица соответствия входных и выходного напряжений (н – низкий уровень; в – высокий уровень); в – таблица истинности в положительной логике; г – таблица истинности в отрицательной логике

Рисунок 5.8 – Диодная реализация элемента "ИЛИ" ("И")

На рисунке 5.9а приведена диодно-резисторная схема элемента "2И" для положительных входных сигналов. Если хотя бы к одному из входов, например Х2, приложен низкий потенциал (Х2="0"), то диод VD2 открыт напряжением источника питания. Выход схемы через диод VD2 соединен со входом Х2,т. е. общей шиной, потенциал которой принят за нулевой. При R > R_д, U_вых будет приблизительно равно потенциалу обшей шины, т. е. равно нулю, следовательно у = "0".

Только в том случае, когда на оба входа (или на все входы, если схема многовходовая) поданы высокие потенциалы, диоды окажутся запертыми; ток от источника U не протекает, падение напряжения I*R отсутствует и потенциал источника через резистор R поступает на выход, т. е. U_вых  U_п и у = "1". Развязка входных цепей между собой обеспечивается тем, что высокий входной сигнал, действующий на одном из входов, запирает соответствующий диод и, следовательно, не попадает в другую входную цепь.

		Х1			Х2			Y
Логическиеуровни		1			1			1
		1			0			1
		0			1			1
		0			0			0
	Х1			Х2		Y
Уровнинапряжения	Н			Н		Н
	Н			В		Н
	В			Н		Н
	В			В		В
			Х1		Х2		Y
Логическиеуровни			0		0		0
			0		1		0
			1		0		0
			1		1		1

а б в г

а – принципиальная схема; б – таблица соответствия входных и выходного напряжений (н – низкий уровень; в – высокий уровень); в – таблица истинности в положительной логике; г – таблица истинности в отрицательной логике

Рисунок 5.9 – Диодная реализация элемента "И" ("ИЛИ")

Анализируя таблицы 5.9в и 5.9г, можно заметить, что схема рисунка 5.9а в положительной логике реализует функцию "И", а в отрицательной – "ИЛИ".

Реализация логических элементов на диодах, несмотря на простоту, имеет существенный недостаток: выходные сигналы по уровню меньше, чем входные. Поэтому сложные логические функции (при большом количестве последовательно соединенных элементов) трудно выполнить. Для простоты рассмотрения все дальнейшие схемы будем анализировать в положительной логике и для положительных входных сигналов.