Лекция 1. Логика и логические элементы в схемотехнике

1. Импульсная и потенциальная логика

В технических устройствах возможны 2 вида интерпретации логических нуля и единицы.

Импульсная логика: 0 – нет тока или напряжения; 1 – есть ток или напряжение.

Потенциальная логика: в качестве информации используют напряжение. 0-низкий уровень потенциала, 1-высокий уровень потенциала, т.е. U₀<U₁. Интересно, что если перепад напряжений (0В), (-5В), то с точки зрения импульсной логики это 0 и 1, а в потенциальной логике это 1 и 0 т.к. (-5В)<(0В). На практике отрицательная потенциальная логика применяется в ЭЛС. Там U₀ = –1,6В, U₁ = –1В. Однако чаще всего используют положительную логику: U₀ = (0 – 0,5)В, U₁ = (2,3 – 2,8)В, а иногда (в МДПЛ) и напряжение источника U₁ 5В или 10В.

2. Многозначная (трехзначная, пятизначная) логика

В трехзначной логике вместо логического 0 (низкое напряжение) и логической 1 (высокое напряжение), вводят Х – неопределенные состояния. Это связано с тем, что тактовые импульсы имеют скорее трапециевидную форму, чем прямоугольную. Кроме того «срабатывание» транзистора (открывание/закрывание) требует время (от долей до нескольких наносекунд). В это время нельзя четко определить чему соответствует напряжение U₀ или U₁

Булевые операции:

X=X, Xv0=X, Xv1=1, X&0=0, X&1=X

В пятизначной логике кроме трех состояний

вводят еще 2 состояния: E и D

E – переход из состояния 0 в состояние 1

D – переход из состояния 1 в состояние 0, причем не Е = D, не D = E,

Ev0=E, Ev1=1, EvX=X, EvD=X; E&0=0, E&1=E, E&X=X, E&D=X Для D точно такие же формулы бинарных операций. К символам X, E, D так же применимо свойство идемпотентности (ХvX = X&X = Х и т.д.).

3. Логические элементы на основе биполярных транзисторов

ДЛ, ТЛ, ДТЛ, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ – логики, точнее реализации логических операций, основанные на биполярных (чаще всего npn транзисторах и диодах).

1. ДЛ - логика с помощью диодов

Рассмотрим первую схему

Если U_ВХ1 =U_ВХ2 = 0, то U_ВЫХ = 0, т.к высокому напряжению просто не откуда взяться

Если U_ВХ1 = 0 (U_ВХ2 = 0 или 1), то U_ВЫХ = 1, схему при этом можно упростить. Высокое напряжение поступает с выхода 1 на вход , ток протекает с входа 1 через сопротивление, а так же может поступать на выход.

Диод для того, чтобы предотвратить К3 с высокого напряжения на низкое (при U_ВХ2 = 0) таким образом, это элемент ИЛИ.

Рассмотрим вторую схему

Если хотя бы один вход обнулен (U_ВХ = 0), то выход через диод замкнут на землю, U_ВЫХ = 0. Ток протекает от источника на вход.

Если на обоих входах высокое напряжение (U_ВХ1 = U_ВХ2 = 1), то U_ВЫХ = 1. Диоды – для предотвращения К3 при U_{ВХ 1}= 0, U_ВХ2 = 1, таким образом, это элемент И.

Инвертор построить только с помощью диодов не удастся. Другой недостаток ДЛ: по линиям передачи информации протекают большие токи, т.к. через них источники соединяются с землей.

Предпочитают наоборот.

Внутри элемента могут протекать токи, а по информационной линии только передается управляющие напряжения, а токи, если и есть, малы.