книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник]

ское отрицание (логическое НЕ), логическое сложение (логи­ ческое ИЛИ) и логическое умножение (логическое И)*1 .

5. Логическим отрицанием события А называется событие В, противоположное событию А. Эту операцию записывают в виде:

логическое и алгебраическое сложения не сопутствуют друг другу,

*> Законы выполнения логических преобразований, называе­ мых законами алгебры логики, подробно рассмотрены в литературе 193~~* 195.

460

Таблица истинности для операции И иллюстрируется табл. 2.

§ 19.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

1. Логическим элементом (схемой) называется устройст­ во, реализующее ту или иную логическую операцию (функ­ цию). В общем случае такое устройство имеет m входов

и один выход. На функциональных (структурных) схемах оно изображается в виде прямоугольника (рис. I), в верх­ нем левом углу которого показывается вид выполняемой логической операции (рис. 1, а). Элемент, выполняющий операцию НЕ, называется инвертором (рис. 1, б), элементы,

информация у, выражающая результат решения логиче-- ской задачи.

2. Способы физического представления логических пе­ ременных. Для этой цели в электронных логических схе­ мах используются электрические сигналы. Различают по-

*> Приведенные на рис. 1 обозначения соответствуют ГОСТ 2743—68 на «Единую систему конструкторской документации».

461

Рис. 2.

ной, если высокий и низкий потенциалы отображают соот­ ветственно X = 1 и X = 0 (рис. 2, а); если же потенциалы Е" и £ ' отображают соответственно л: = 0 и х — 1, то логика

3)*'. Тактовые импульсы вырабатываются стабилизирован­

выполняемых операций, по виду рабочих сигналов, по виду используемых нелинейных элементов и по особенностям построения принципиальных схем.

*' Иногда значениям х= 1 н х = 0 ставятся в соответствие им­ пульсы положительной и отрицательной полярности.

462

логические операции НЕ, ИЛИ, И. Такие логические схе­ мы составляют основу для построения сложных логических схем, выполняющих более сложные логические операции в виде той или иной комбинации элементарных операций.

няющие несколько элементарных логических схем, и неко­ торые другие схемы. Наиболее распространены составные логические схемы, выполняющие логические операции ИЛИ—НЕ, И—НЕ, И—ИЛИ—НЕ. Составные схемы вы­ полняются на основе интегральной технологии и выпу­ скаются промышленностью в виде отдельных микроминиа­ тюрных устройств в герметизированном корпусе. Составные логические схемы можно использовать для реализации пе­

дах действуют импульсные сигналы, а на других — потен­ циальные); выходные сигналы в таких схемах являются импульсными.

в) По виду нелинейных приборов логические схемы де­ лятся на ламповые, полупроводниковые, ферритовые и сме­ шанные. Иногда применяются резисторные логические схе­ мы. В дальнейшем рассматриваются полупроводниковые логические схемы, применяемые наиболее широко. Простей­ шие полупроводниковые логические схемы подразделяются на диодные, транзисторные и схемы на туннельных диодах. В составных логических схемах разные ступени логических преобразований могут выполняться на диодах, транзисто­

*> Вопросы терминологии и классификации логических схем находятся в стадии разработки и обсуждения. Приведенная в тек­ сте классификация и терминология (не вполне удачная) широко применяется в технической литературе.

463

сят от вида используемых в логической схеме нелинейных приборов и от величины питающего напряжения. В лампо­ вых схемах потенциалы Е' и Е" положительны и имеют ве­ личину порядка (10—100) В. В схемах с транзисторами типа р-п-р эти потенциалы отрицательны, а в схемах с транзис­ торами типа п-р-п — положительны; их величина обычно

Рис. 4.

лежит в пределах (0—10)В. В диодных схемах входные по­ тенциалы могут быть положительными и отрицательными.

б. Амплитудная характеристика логического элемента. В устройствах обработки информации применяется мно­ жество логических элементов, выходы которых соединяются

у того или иного логического элемента должны обеспечи­ вать нормальный режим работы последующих логических элементов. Поэтому важным свойством логических элемен­

(идеализированные) изображены на рис. 4 сплошными ли­ ниями. Резисторные и диодные логические элементы обла­ дают характеристиками, подобными показанным соответст­ венно на рис. 4, а и 4, б. Их особенностью является то, что

464

ми характеристиками происходит постепенное затухание рабочего перепада АѴ„ выходного потенциала. Действи­ тельно, перепад потенциала Д ^ на входе 1-го элемента вы­

Один способ борьбы с затуханием выходного потенциа­ ла состоит в применении после пассивных логических эле­ ментов формирующих каскадов с активными элементами (обычно транзисторных ключей, реализующих одновремен­ но операцию НЕ). Такие составные элементы обладают ам­ плитудной характеристикой, показанной на рис. 4, в. Дру­ гой способ борьбы с затуханием состоит в применении ло­ гических элементов с активными компонентами (транзисто­ рами), позволяющих с о в м е с т и т ь логические функции и функции формирования выходного сигнала. Амплитудные характеристики таких логических элементов также подоб­ ны изображенным на рис. 4, в.

элемента действует перепад А.Е 5> А£:к р . В этом случае по мере увеличения числа элементов, проходимых сигналом,

ней выходного потенциала вызывается температурным из­ менением параметров компонентов логического элемента,

нестабильность определяется из условий обеспечения вос­ произведения выходного сигнала и нужной помехоустой­ чивости логической схемы (см. п. 11).

465

7. Нагрузочная способность логического элемента харак­

наибольшему числу логических элементов, которое можно

Рис. 5.

8. Длительность зацепления входных сигналов. Реаль­ но входные сигналы et действуют в течение ограниченного времени tai:

тервал времени, в течение которого существует такая комби­ нация «единиц» на входах логической схемы, которая в соот­ ветствии с таблицей истинности приводит к появлению вы­

Тогда в идеальном случае выходной сигнал изменялся бы, как это показано на рис. 5 жирным пунктиром. В действи­ тельности же из-за влияния паразитных емкостей и инер­ ционности нелинейных приборов в схеме форма выходного сигнала имеет вид, показанный на рис. 5 сплошной линией. Применяя метод аппроксимации (с помощью запаздываю­ щей экспоненциальной функции), описанный в § 2.4, п. 2,

469

можно'оценить задержку ТзаДф в достижении выходным сиг­

репада выходного сигнала будет меньше 0,9АѴ*„, что может

9. Разрешающее время. Быстродействие. Из рис. 5 видно, что для надежной работы логического элемента оче­ редное воздействие входных сигналов на элемент должно происходить после снижения выходного сигнала практи­ чески до уровня V „, т. е. через интервал времени / 1 Ш Т (отсчитываемый от момента /j), не меньший некоторой ми­ нимальной величины Т11НТ. Практически можно принять

ТЛіпт = ^зад. с-

Сумма / з а ц -+- /ипт = Іц определяет длительность одного

цикла работы логического элемента. Наименьшая допусти­ мая длительность одного цикла называется разрешающим временем элемента:

Обратная величина выражает быстродействие элемента:

F5=l/Tva3p. (19.9)

В особых случаях за разрешающее время принимают наи­ большую из длительностей Т33и и Т1 1 Н Т . Ихсреднее значе­ ние

называется задержкой распространения (сигнала); этот параметр фигурирует в паспортных данных элемента.

Требуемое быстродействие зависит от назначения уст­ ройства обработки информации; оно лежит в очень широких пределах: от значения F0 — 1 кГц до значения F6 — (1 -f- Ч - 10) МГц (например, в устройствах обработки радиоло­ кационной информации).

467

выходной сигнал должен был бы оставаться на уровне V а. Однако из-за влияния паразитных емкостей и иесовершества используемых в устройстве электронных ключей на вы­ ходе схемы все же возникает некоторое приращение потен­

ние приобретают внутренние помеховые сигналы, возни­

нормальную работу. Такое же действие оказывают пара­ зитные сигналы.

Оценку помехоустойчивости логического элемента мож­ но произвести, пользуясь его амплитудной характеристи­ кой. На рис. 6 приведена область возможных смещений ам­ плитудной характеристики, обусловленных действием де­ стабилизирующих факторов (см. п. 6). Если элемент нахо­ дится в состоянии «0», то при воздействии помехи высотой

затухать в последующих каскадах (см. п. 5). Таким обра­

468

Г Л А В А Д В А Д Ц А Т А Я

ОСНОВНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

§20.1. СХЕМА ЛОГИЧЕСКОГО ОТРИЦАНИЯ (НЕ)

1.Принцип построения схемы НЕ. В данном параграфе рассматривается схема потенциального типа. Согласно оп­ ределению, при подаче на вход схемы НЕ высокого потен­ циала Е" на выходе должен по­

не могут быть использованы при передаче постоянных по­

схем, приключенных к выходу инвертора. Будем полагать, что величина RB] = RB не зависит от /, но в процессе ра­ боты некоторые из нагрузочных элементов могут отклю­ чаться (динамическая нагрузка). Найдем эквивалентное сопротивление нагрузки инвертора, когда число подклю­

469