2. Логические схемы

2.1. Общие сведения

Логические схемы на входе и выходе должны иметь два устойчивых состояния: логического нуля и логической единицы.

Примеры логических функций, выполняемых схемами:

И-НЕ				ИЛИ-НЕ
X1	X2	Y		X1	X2	Y
0	0	1		0	0	1
0	1	1		0	1	0
1	0	1		1	0	0
1	1	0		1	1	0

Классификация логических схем

По способу кодирования информации:

1. Потенциальный: нулю и единице соответствуют 2 крайних значения напряжения, как правило: низкое – нулю, высокое – единице.

2. Импульсный: – наличие импульса – 1, отсутствие – 0.

3. Импульсно – потенциальный: – смешанные варианты кодирования.

В зависимости от наличия внутренних состояний:

1. Комбинационные – значения на выходе зависит только от значения на входе.

2. Последовательностные (многотактные) - схемы с памятью: значение на выходе зависит не только от значений на входе, но и от предыдущего состояния.

Схемы также делятся на синхронные и асинхронные:

1. Синхронные – переключение происходит только после воздействия тактовых или синхронизирующих сигналов.

2. Асинхронные – тактовые сигналы отсутствуют.

Наиболее распространены – потенциальные синхронные структуры, но рассматриваемые нами логические ячейки – потенциальные асинхронные.

Основные параметры и характеристики логических элементов

Рассмотрим потенциальные элементы: логическое состояние определяется значениями электрического потенциала на входе и выходе.

Параметры элементов:

Потенциалы логического 0 и логической 1: U⁰, U¹; порог переключения V_П; число входов (коэффициент объединения по входам ) M; входные токи I⁰_вх, при U_вх=U⁰, I¹_вх при U_вх=U¹; коэффициент разветвления по выходу N (нагрузочная способность); помехоустойчивость к помехам - положительным и отрицательным: U⁺_п , U^‑_п ; мощность P_э или ток, который питания I_пит , задержки переключения: t⁰¹_з из состояния 0 на выходе в состояние 1, t¹⁰_з из 1 на выходе в 0.

Основная статическая характеристика логических элементов – передаточная:

U_вых = f(U_вх) – зависимость потенциала на выходе от потенциалов на одном из входов, при постоянном значении на других входах. К входам и выходам логических схем подключаются такие же схемы. Передаточные характеристики бывают инвертирующие и неинвертирующие.

Рис. 26. Неинвертирующая передаточная характеристика

I – зона логического нуля по выходу,

II – зона логической единицы по выходу,

III – зона неопределенности.

U_Л=U¹‑U⁰ – логический перепад;

V_П= V¹_П ‑ V⁰_П – ширина зоны неопределенности;

U⁺_П= V⁰_П ‑ U⁰; U^‑_П =U¹ ‑ V¹_П - помехоустойчивость по положительной и отрицательной помехам, соответственно;

U⁺_П + U^‑_П = U_Л ‑ V_П;

Пороги переключения V⁰_П , V¹_П определяются из условия: , т.е. в точкахV⁰_П , V¹_П передаточная характеристика наклонена под углом 45⁰.

Т.к. V_П<<U_Л, то V⁰_ПV¹_ПV_П

U_Л=E_ПИТ U⁺_П +U^‑_ПE_ПИТ.

Следует использовать такие схемы, у которых , тогда

Помехоустойчивость следует рассчитывать для наихудшего случая:

U⁺_П= V⁰_{П MIN} ‑ U⁰_MAX; U ^‑_П= U¹ _MIN – V¹_{П МAX}

Рис. 27. Инвертирующая передаточная характеристика.