ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

нальных импульсов в заданные

моменты, определяемые такто-

выми (главными) импульсами.

Устройства, вкоторыхамплиту-

дыимпульсовилиуровнипотен-

циалов могут принимать конеч-

ное число значений, относят к

цифровым, поскольку каждое их

значение можно выразить опре-

делённой цифрой.

Учитывая двоичное состоя-

ниемногихэлементовавтомати-

ки, можно составлять такие ло-

гические схемы, с помощью

которых можно задавать про-

граммыиуправлятьсложнейши-

Рис. 10.1. Виды уровней сигналов

ми процессами. Основные эле-

менты, изкоторыхсоставляютсяразличныесхемныерешения, мож-

но разделить на логические, запоминающие и вспомогательные.

Логическими называют такие схемные элементы, с помощью кото-

рых осуществляется обработка поступающей в них информации в

двоичной форме и непосредственное выполнение предусмотренных

логических операций. Запоминающими называют схемные элемен-

ты, обладающие способностью длительно сохранять поступившую

информацию без изменения её содержания. Вспомогательными на-

зываютвсепрочиеэлементы, обеспечивающие надёжнуюсвязьмеж-

ду логическими и запоминающими схемными узлами.

10.2. Основные логические элементы и функции

Логические элементы в зависимости от того, из каких полупро-

водниковыхприборовонисобраны, подразделяютсянадиодно-ре-

зисторные (ДРЛ), диодно-транзисторные (ДТЛ), резисторно-тран-

зисторные(РТЛ), транзисторно-транзисторные(ТТЛ) итранзистор-

ные. По технологии изготовления логические элементы

подразделяютсянаинтегральныеидискретные. Дискретныеэлемен-

тыизготавливаютизотдельныхдеталей: резисторов, транзисторов,

диодов и конденсаторов. Интегральные схемы (микросхемы) изго-

тавливают в едином технологическом процессе, где все полупро-

247

водниковые элементы соединены между собой и объединены в об-

щий корпус как неделимое целое.

Логический элемент может иметь один или несколько входов и

один выход. Количество возможных комбинаций входных сигна-

лов зависит от количества входов логического элемента и опреде-

ляется по формуле:

N = 2n,

где N — количество возможных комбинаций входных сигналов;

2 — количество состояний каждого из входов (0 или 1); n — количе-

ство входов логического элемента.

Логическое сложение (дизъюнкция)

Обработка информации — это сбор информации из различных

источников и объединение её водин канал, поэтому иногда элемент,

реализующий эту логическую функцию, называют собирательным.

Логическаяфункция, реализуемаяприэтойоперации, записывается:

y = x1 x2 x3 … xn,

(10.1)

где y — сигнал на выходе; x1, x2, x3 …, xn — сигналы на входах.

Здесьлогическоесложениеобозначаетсясимволом« ». Втехслуча-

ях, когданеможетбытьпутаницымеждулогическимиалгебраическим

сложением, для логического сложения используется знак "+". Приве-

дённаялогическаяфункцияреализуетсясхемой, условноеизображение

которой приведено на (рис. 10.2,). В этой схеме сигнал y = 1 на выходе

будетвтомслучае, еслиондействуетхотябынаодномвходе: наодном

или последующих входах, или на нескольких входах одновременно,

поэтомусхему, реализующуютакуюоперацию, именуютсхемойИЛИ.

МодельюэлементаИЛИ

можетслужитьучастокэлек-

трическойцепи, состоящий

издвухпараллельносоеди-

нённыхконтактовреле. По

такомуучасткутокможет

проходить, еслизамкнуты

контактыпервогоилипосле-

Рис. 10.2. Обозначение основных и ком-

дующихреле, илинесколь-

бинированных логических элементов

кихрелеодновременно.

248

Диодно-резисторные ИЛИ для

работы с положительной логикой

приведены нарис. 10.3. Впотенци-

альныхдиодныхэлементахсполо-

жительной логикой при наличии

сигнала 1 хотя бы на одном входе

отпираетсясоответствующийдиод

и через него сигнал передаётся на

выход, вследствие чего запирают-

ся другие диоды, на анодах кото-

рыхдействуетсигналнизкогоуров-

Рис. 10.3. Логический элемент

ня (сигнал 0). Аналогичная схема

ИЛИ на диодах (положительная

дляотрицательнойлогикифункци-

логика)

онирует лишь при уровне еВ < 0,

посколькуприболеевысокомуровнеев диодыбудутвсегдазаперты.

Аналогично действует схема при подаче импульсных сигналов.

Еслиимпульсподаётся наВх1 (см. рис. 10.3), тодиодVD1 открыва-

ется, анарезистореR появляетсяимпульснапряженияположитель-

ной полярности. Это напряжение запирает диоды VD2 и VD3, бла-

годарячемусигнал свходаВх1 непопадает надругие входысхемы,

чем обеспечивается её развязка. Таким образом, диоды в схеме уст-

раняют взаимосвязь между источниками входных сигналов.

При одновременном поступлении на входы схемы двух и бо-

лее импульсов с одинаковой амплиту-

дой выходной импульс по амплитуде

будет равен входному. Если амплитуды

входных импульсов не равны, то амп-

литуда выходного импульса будет рав-

на наибольшей из амплитуд входных

импульсов. Иногда на диоды подаётся

небольшое постоянное напряжение сме-

щения запирающей полярности, что по-

зволяет защитить выход схемы от по-

мех. На рис.10.4 временные диаграммы

логического элемента ИЛИ.

Рис. 10.4. Временныедиаг-

Транзисторно-резисторная схема

ИЛИ на транзисторах n-p-n типа для по-

раммы логического эле-

мента ИЛИ

251

Рис. 10.5. Схема ИЛИ на транзисторах

ложительной логики приведена на рис. 10.5. Транзисторы VT1 и

VT2 имеют общую эмиттерную нагрузку RЭ и при сигналах 0 на

входах Вх1 и Вх2 заперты потенциалом смещения — Есм, поэтому

Uвых = 0 (сигнал 0). При действии сигнала 1 (ев > Есм) хотя бы на

одном входе соответствующий транзистор отпирается, и на резис-

торе RЭ возникает напряжение Uвых (сигнал 1).

Схемы И

Логическая схема И является схемой совпадения, в которой по-

явление выходного сигнала возможно лишь при одновременном

действии входных сигналов на входах.

Диодная схема И (рис. 10.6, а) внешне напоминает схему ИЛИ.

Диоды в схеме И открыты напряжением смещения Есм. Сопро-

тивление нагрузки Rн шунтируется малым внутренним Ri сопро-

Рис. 10.6. Схема И (а) и её диаграмма (б)

252

тивлением источника сигнала и прямым Rд.пр сопротивлением ди-

ода, т.е. (Ri + Rд.пр << Rн), поэтому потенциал выходной цепи бли-

зок к нулю. Если на все входы схемы поступят импульсы положи-

тельной полярности с амплитудой Um ≥ Eсм (рис. 10.6, б), то диоды

закроютсяинавыходевозникаетимпульссамплитудойUвых ≥Eсм.

Когдаженаодномизвходовсигналанет, тосоответствующийдиод

через малое внутреннее сопротивление источника сигнала Ri будет

шунтировать нагрузку схемы, вследствие чего исключается появле-

ние выходного импульса.

При различной длительности входных импульсов длительность

выходного импульса определяется временем их взаимного перекры-

тия. ЕслиамплитудаодногоизвходныхимпульсовU′

окажетсямень-

ше E

(U′

m

< E ), то соответствующий этому импульсу диод откры-

см

m

см

вается и своим шунтирующим действием препятствует дальнейшему

возрастаниювыходногоимпульса. U′

будетравно наименьшей

вых m

= U′ ).

амплитуде импульса U′ на одном из входов схемы (U′

m

вых m

m

Вследствие конечности значения сопротивлений Ri и Rд.пр воз-

можно появление небольших по амплитуде паразитных сигналов

на выходе (даже при отсутствии совпадения импульсов на входах):

Uвых.пар ≈ Uвых (Ri + Rд.пр)/ [( Ri + Rд.пр) + nRн],

10.3

где n — число входов, на которых отсутствует сигнал.

Чтобы исключить появление паразитных сигналов, в диодные

схемыИвводятограничительпоминимумунадиодеVD3 (рис. 10.7).

На рис. 10.7, а приведена диодная схема И с ограничителем по па-

раллельной схеме, а на рис. 10.7, б — с ограничителем по последова-

тельной схеме. Напряжение смещения на ограничителе принимают

E′ ≈ (0,1 ÷ 0,2)E .

см

см

Рис. 10.7. Схема И с ограничителем

253

Схема НЕ

Этисхемыимеютодинвходиодинвыход. Сигналвысокогоуров-

ня (1) появляется на выходе схемы при наличии на входе сигнала

низкого уровня (0) и, наоборот, сигнал 0 на выходе соответствует

сигналу 1 на входе. В результате схема НЕ является инвертором.

Она изменяет полярность сигнала, а также выходное напряжение в

заданных пределах (между некоторыми уровнями U1 и U2) — в схе-

мевысокийпотенциалнавыходесоответствуетнизкомунавходе, а

низкий потенциал на выходе — высокому на входе.

Рис. 10.8. Схема НЕ на импульсном трансформаторе

Операцию НЕ легко осуществлять с помощью импульсного

трансформатора (см. рис. 10.8). В этой схеме в напряжении U′

,

вых

снимаем со вторичной обмотки трансформатора (нет постоянной

составляющей), поэтому во вторичную цепь трансформатора до-

полнительно включена фиксирующая схема CRV и источник сме-

щения с напряжением Есм = U1.

Обычно схемы НЕ выполняются на транзисторах, включаемых

в схеме с ОЭ, и представляют собой однокаскадные усилители. На

рис. 10.9, а приведена схема НЕ для положительной логики. При

Рис. 10.9. Схема НЕ на транзисторе (а) и её диаграмма (б)

254