13 Дәріс. Логикалық элементтер

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Логикалық элементтер түрлері, негізгі параметрлері мен сипаттамалары.

2. «ЕМЕС» логикалық элементі.

3. «ЖӘНЕ» логикалық элементі.

4. «НЕМЕСЕ» логикалық элементі.

5. «ЖӘНЕ - ЕМЕС» логикалық элементі.

6. «НЕМЕСЕ - ЕМЕС» логикалық элементі.

Негізгі әдебиет:

1. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и МПТ: Учебник для вузов - М.: Высш. шк., 2005. - 799 с.

2. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для ву­зов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. -488 с.

Қосымша әдебиет:

1.Раимова А.Т., Якупов С.С. Электроника и основы микропроцессорной техники: Учебное пособие.- Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003. – 145 с.

Электронды есептеу машиналарының, цифрлы өлшеуіш аспаптарының, өндірістік автоматты қондырғылардың негізінде логикалық элементтер деп аталатын қарапайым тізбектер жатады. Бұл тізбектерде ескерілетін шама - олардың кірмесі мен шықпасындағы кернеулердің бар немесе жоқ деңгейлері. Кернеудің бар немесе жоғары деңгейі «1» деп, ал кернеудің жоғы немесе төменгі деңгейі «0» деп алынады. Екілік санау жүйесін қолдану «ЕМЕС» («НЕ»), «НЕМЕСЕ» («ИЛИ»), «ЖӘНЕ»(«И») деп аталатын қарапайым үш түрлі тізбекті барлық логикалық және цифрлық құрылғылардың негізіне алуға мүмкіндік береді.

«ЕМЕС» логикалық элементі тұжырымды теріске шығару операциясын орындайды. Мұны логикалық алгебрада Х=F деп жазады да, «Х деген F емес» деп оқиды. Ендеше нөлді бірлік теріске шығарады (0 =1) да, ал бірлікті нөл теріске шығарады. «ЕМЕС» логикалық элементін транзистордың көмегімен орындау схемасы келтірілген. Егер кірмеге керну берілсе (х=1), онда транзистор ашылады да қорек көзінің кернеуі түгел дерлік R_k резисторына түседі. Сондықтан шықпады кернеу

нөлге тең деп алуға болады, яғни Х=0 кірмелік сигнал жоқ кезде (х=0) транзистордың кедергісі R_k-нің кедергісінен әлдеқайда көп болатындықтан, шықпаның кернеуі шамамен қорек көзінің кернеуіне тең болады. F=1; х=0; F=1; х=1; F=0;

«ЖӘНЕ» элементі F=х₁·х₂ логикалық көбейту (коньюкция) амалын орындайды. Бұл «F айтымы дұрыс, егер х₁ және х₂ айтымдары дұрыс болса» деген ұғымды білдіреді. Басқаша айтқанда, «F бар егер х₁ және х₂ де бар болса. Шықпалық кернеу Rк–дан алынатындықтан, ондағы кернеу Т₁ және Т₂ транзисторлары ашық болғанда пайда болады. Ал транзистордың екеуі де ашық болуы үшін х₁ және х₂ кірмелерінің екеуіне де сигнал беру керек. Күй кестесінен көрініп тұрғандай, F=1, егер х₁ =1; және х₂ =1 болса. Басқа жағдайларды F =0 болады.

«НЕМЕСЕ» элементі F = х₁+ х₂ логикалық (дизьюнкция) амалын орындайды. Бұл «F бар айтымы дұрыс, егер х₁ айтымы дұрыс болса, х₂ айтымы дұрыс болса» деген ұғымды білдіреді. Басқаша айтқанда, F бар егер х₁ бар болса, немесе х₂ бар болса». «НЕМЕСЕ» элементті диодтардың көмегімен құрған тізбекте шықпалық кернеу кірмелерінің біріне кернеу берілсе, немесе екеуіне де кернеу берген жағдайды пайда болады. Тізбектің күй кестесінен көрініп тұрғандай F=1 егер х₁ =1; х₂ =1; немесе х =1; х =0; х =1; ал F =0; егер х₁ =0; х 2=1;

Қарастырылған логикалық элементтердін басқа екі немесе одан көп амалдарды орындайтын «НЕМЕСЕ – ЕМЕCЕ» және «ЖӘНЕ -ЕМЕС» деп аталатын элементтер де қолданылады.

«НЕМЕСЕ - ЕМЕС» элементінің электірлік схемасы, күй кестесі және шартты белгісі келтірілген. Кірмелерінде сигнал жоқ кезде транзистор жабық болатындықтан, оның шықпасындағы кернеу шамамен қорек көзінің кернеуіне жуық болады, яғни х₁ = 0; х₂ = 0 болса ғана F = 1 болады. Егер кірмесінің біреуіне немесе екеуіне де кернеу берілсе, онда транзистор ашылады да, шықпасында кернеу шамамен нөлге тең болады, яғни F = 0, егер х₁ = 1, х₂ = 1 немесе х₁ = 0, х₂ = 0 немесе х₁ = 1, х₂ = 0 немесе х₁ = 0, х₂=1 болса.

«ЖӘНЕ-ЕМЕС» элементінің электрлік схемасы, күй кестесі және шартты белгісі келтірілген. Бұл тізбекті екі кірмелі де санап сигнал берілген жағдайда ғана шықпада кернеу болмайды, яғни F₀, егер х₁=1; х₂= 1 болса, қалған күйлердің барлығында да транзисторлардын біреуі немесе екеуі де жабық болатындықтан, шықпада қорек көзінін кернеуіне тең кернеу болады.

«НЕМЕСЕ-ЕМЕС» және «ЖӘНЕ-ЕМЕС» элементтерінен триггерлерді де құрастыруға болады. Айталық, бастапқыда триггердің Q шықпасы «1» деңгейде ал Q шықпасы «0» деңгейде екен делік. Бұған R, S кірмесінде «0» деңгей сәйкес келеді Шынында Э₁ элементінің кірмелерінде «0» болғандықтан шықпасында «1», ал Э₂ элементінің R

кірмесінде «1» де, S кірмесінде «0» болғандықтан шықпасында «0» болып тұрады. Триггердің S кірмесіне «1» сигнал ал R кірмесіне «0»

сигнал бергеннен оның күйі өзгермейді. Триггердің күйін өзгерту үшін S кірмесіне «0» сигнал ал R кірмесіне «1» сигнал беру керек Бұл жағдайда оның Q шықпасында «0» сигнал, ал Q шықпасында «1» сигнал пайда болады.

«ЖӘНЕ-ЕМЕС» элементтерінен тұратын триггер де осы секілді жұмыс істейді. Бірақ «НЕМЕСЕ-ЕМЕС» элементтерінен тұратын триггердің кірмелеріне бір уақытта «1» сигнал ал «ЖӘНЕ-ЕМЕС» элементтерінен тұратын триггердің кірмелеріне бір уақытта «0» сигналын беруге болмайды. Өйткені мұндай сигналдардан тізбектің триггерлік жұмыс күйі бұзылады.

14 дәріс. Аналогты интегралды схемалар (Операциялық күшейткіштер)

Қарастырылатын сұрақтар:

1. операциялық күшейткіштер, негізгі параметрлері мен сипаттамалары.

2. Инверторлы күшейткіш.

3. Инверторсыз күшейткіш.

4. Инверторлы сумматор.

5. Инверторсыз сумматор.

Негізгі әдебиет:

1. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и МПТ: Учебник для вузов - М.: Высш. шк., 2005. - 799 с.

2. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. - СПб.: КОРОНА принт, Бином Пресс, 2006. - 416 с.

Қосымша әдебиет:

1. Ф.И.Вайсбурд, Г.А.Панаев, Б.Н.Савельев. Электроные приборы и усилители. Изд.3-е, стереотипное. – М.: КомКнига, 2005. – 472 с.

2. Раимова А.Т., Якупов С.С. Электроника и основы микропроцессорной техники: Учебное пособие.- Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003. – 145 с.

Операциялық күшейткіштер (ОК) біріншіден, тұрақты ток күштерінің қатарына кіреді; екіншіден, жоғары күшейткіш коэффициентіне ие болған дифференциалды каскад болып саналады. Операциялық күшейткіштің екі кірмесі (инверторлы және инверторсыз) және жалпы бір немесе бірнеше шықпасы болады. Егер сигнал инверторсыз кірмесіне берілсе, шықпалық сигналдың өсімшесі кірмелік сигналдың өсімшесінің белгісімен немесе фазасымен бірдей болады. Егер сигнал инверторлы кірмесіне берілсе, шықпалық сигналдың

өсімшесі кірмелік сигналдың өсімшесіне кері болады. Инверторлық кірмесін кері байланысты енгізу үшін қолданылады.

Операциялық күшейткіштердің негізгі сипаттамасы – амплитудалық (беріліс) сипаттамасы. Операциялық күшейткіштердің сипатамалары кірменің біріне сигнал беріліп, екіншісіне сигнал берілмегенде алынады. Сипаттама горизонтал және сызықты бөліктерден тұрады.

Горизонтал бөлік транзистордың ашық немесе жабық режиміне сәйкес келеді. Кірмелі сигналды өзгертсек бұл бөлікте шықпалы сигнал өзгермейді. Шықпалы кернеу максимал мәнге ие болады. U_шық,max мәні Е_к-нің мәніне жақын болады. Сызықты бөлігінде шықпалық сигналдың кірмелі сигналға байланыстылығы көрсетіледі. Сызықтың бөлігінің қисықтығынан K_UOK= U_шық/ U_кір – операциялық күшейткіштің күшейту коэффициентін анықтауға болады. U_шық = 0; U_кір = 0 болғанда операциялық күшейткіштердің тепе-теңдігі (балансы) деп аталады.

Операциялық күшейткіштердің бірнеше түрлері бар:

а) Инверторлы операциялық күшейткіш. Инверторлы операциялық күшейткіште шықпалы сигнал кірмелі сигналдың белгісін өзгертеді, яғни фазасын өзгерткендігі үшін, R_кб – параллель кері сигнал резистор арқылы операциялық күшейткіштің инверторлы кірмесіне беріледі. Инверторлы операциялық күшейткіштің кернеу бойынша күшейту коэффициенті:

K_u = R_к.б/R₁ (1)

б) Инверторсыз операциялық күшейткіш. Мұнда кірмелі сигнал операциялық күшейткіштің инверторсыз кірмесіне беріледі. Инверторсыз кірмені тізбектей кері байланысты және сигналы инверторсыз кірмеге берілетін құрылғы. Инверторсыз операциялық күшейткіштің күшейту коэффициенті:

K_u = 1 + R_к.б/R₁ (2)

R_к.б=0, R₁=; K_u=1; болады да, кернеуді қайталағыш схемасына алып келеді.

в) Инверторлы сумматор. Схема қосу үшін, сигналдардың санына тең, кірістегі паралельді бұтақтар саны арқлы U_ОК типімен жасалған. Резисторлардың кедергісін бірдей етіп жасалынады. Қосу әр қосындылар үшін келтірілген салмақты коэффициент қосындыларынан болуы мүмкін:

(3)

г) Инверторсыз сумматор. Инверторламайтын сумматор инверторсыз ОК негізінде жасалған. U₀=0 тең болғанда ОКнің екі кірісіндегі кернеулер тең болады

. (R_КІР.ОК=∞) →

немесе

содан (4)