- •Лекция 1. Логика и логические элементы в схемотехнике
- •1. Импульсная и потенциальная логика
- •2. Многозначная (трехзначная, пятизначная) логика
- •3. Логические элементы на основе биполярных транзисторов
- •3.2. Тл – логика с помощью (npn) транзисторов
- •3.3. Дтл – логика (диоды и транзисторы)
- •3.4. Ттл – транзисторно-транзисторная логика
- •3.5. Ттлш – транзисторно – транзисторная логика Шотки
- •3.6. Эсл – эмиттерно-связанная логика
- •4. Полевая логика (пл) и её разновидности (мдптл, кмдптл и др)
- •4.1. Пл на основе полевых транзисторов
- •4.2. Мдптл – логика на основе полевых мдп транзисторов
- •4.4. Меп – транзисторы, птшл (опл, зпл)
- •5. Интегральные схемы (микросхемы)
- •5.1. Npn- структуры
- •5.2. Моп структуры
- •Пример инвертора на моп структуре
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).
ДЛ - логика с помощью диодов
Рассмотрим первую схему
Если UВХ1 =UВХ2 = 0, то UВЫХ = 0, т.к высокому напряжению просто не откуда взяться
Если UВХ1 = 0 (UВХ2 = 0 или 1), то UВЫХ = 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 UВХ2 = 0) таким образом, это элемент ИЛИ.
Рассмотрим вторую схему
Если хотя бы один вход обнулен (UВХ = 0), то выход через диод замкнут на землю, UВЫХ = 0. Ток протекает от источника на вход.
Если на обоих входах высокое напряжение (UВХ1 = UВХ2 = 1), то UВЫХ = 1. Диоды – для предотвращения К3 при UВХ 1= 0, UВХ2 = 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.