4.2 Диодная логика. Логика «и»

Принципиальная схема простейшего логического элемента «И» и таблица истинности представлены на рис. 4.15. Если хотя бы на одном входе схемы имеется низкий уровень положительного напряжения, принимаемый за условный нуль, то диод, связанный через катод с этим входом, открыт и напряжение на его аноде, а, следовательно, и на выходе устройства равно нулю. Если же на всех входах схемы присутствует высокий (единичный) уровень напряжения, то выходной сигнал равен единице.

вх1	вх2	вых
1	1	1
1	0	0
0	1	0
0	0	0

Таблица 4.1

Рис.4.15 ДТ типа «И» с таблицей истинности

Логика «или»

Простейшее логическое устройство с таблицей истинности, выполняющее операцию дизъюнкции над логическими переменными x₁ и x₂ , выраженными в форме электрических напряжений, представлены на рис. 4.16. Под единичным уровнем понимают высокий положительный потенциал. Если единичный уровень присутствует хотя бы на одном входе, то через открытый диод VD1 (VD2) это напряжение передаётся на выход, создавая единичный уровень напряжения.

Недостатки диодной логики: схемы критичны к внутреннему сопротивлению источников эдс (), обладают нестабильными уровнями логического «0» и «1».

Время задержки ;

вх1	вх2	вых
1	1	1
1	0	1
1	1	1
0	0	0

Таблица 4.2

Рис.4.16 ДЛ типа «ИЛИ» с таблицей истинности

Для ликвидации указанных недостатков были разработаны схемы ДТЛ (диодно-транзисторная логика).

4.3 Диодно-транзисторная логика (дтл)

Принципиальная схема такого устройства показана на рис.4.17. В данном устройстве диоды VD₁ и VD₂ (совместно с резистором R₁) выполняют логическую операцию «И», транзистор VT₁ работает в схеме инвертора и выполняет операцию «НЕ», диоды VD_см1 и VD_смn служат увеличения порога открывания ключа, собранного на транзисторе VT₁.

Достоинства схемы:

• схема характеризуется высокой стабильностью логического «0» и логической «1»;

• схема не критична к внутреннему сопротивлению источника ;

• выходное сопротивление данного элемента «И-НЕ» при логическом «0» на выходе определяется сопротивлением насыщенного транзистора VT , т.е. мало, а при логической «1» на выходе равно сопротивлению.

Рассмотренные элементы «И-НЕ» могут быть выполнены и в интегральном исполнении. Их достоинством является малое значение втекающих входных токов.

Рис.4.17 Принципиальная схема элемента ДТЛ

; ;;.

4.4 Транзистор-транзисторная логика (ттл)

Принципиальная схема ТТЛ-элемента, являющегося основой ряда полупроводниковых интегральных микросхем для цифровых устройств, приведена на рис. 4.18. В данной схеме применен многоэмиттерный транзистор VT₁. Если хотя бы один эмиттерно-базовый переход его включён в прямом направлении, то коллекторный переход многоэмиттерного транзистора VT₁ смещен в обратном направлении. При отсутствии входных переходов включённых в прямом направлении базо-коллекторный переход включён в прямом направлении. Пусть на всех входах вх₁, вх₂ и вх₃ схемы (см. рис.4.18) действуют сигналы, уровень которых соответствует уровню логической «1» (напряжение около 3,5 В). При данном уровне входных сигналов базо-коллекторный переход смещён в прямом направлении и через резистор R₁ и коллекторный переход транзистора VT₁ течет ток по следующей цепи: от источник питания +Е через резистор R₁, базо-коллекторный переход транзистора VT₁, базо-эмиттерный переход VT2 и базо-эмиттерный переход VT4. Все входящие в данную цепь переходы включены в прямом направлении. Эмиттерно-базовые переходы транзистора VT₁ смещены в обратном направлении. Режим транзистора VT₁ оказывается инверсным. Транзисторы VT₂ и VT₄ насыщены. Потенциал VT₂ ниже, что обеспечивает запирание VT₃. Следовательно VT₃ заперт (режим отсечки), VT₄ открыт и насыщен, что обеспечивает на выходе схемы низкий потенциал (уровень «0»).

Рис.4.18

При другом сочетании входных сигналов, когда хотя бы один из них имеет низкий уровень напряжения – уровень логического «0» (примерно 0,3 В), тогда эмиттерно-базовый переход, соответствующего входа, смещен в прямом направлении. Прямой ток этого перехода протекает по цепи, включающей источник питания +Е, резистор R₁, эмиттерно-базовый переход и источник входного сигнала. Считая напряжение на эмиттерно-базовом переходе, смещенном в прямом направлении, близким к 0,6 В, получим, что напряжение на базе транзистора VT₁ относительно корпуса равно 0,9 В ().

Напряжение на коллекторе многоэмиттерного транзистора будет меньше на значение падения напряжения на включенном коллекторном переходе, т.е. примерно 0,4 В, и составляет всего 0,5 В. Это напряжение меньше, чем сумма напряжений отсечкии. Входное сопротивление выключенного транзистораVT₂, составляющее коллекторную нагрузку многоэмиттеного транзистора VT1, очень велико. Входным током запертого транзистора VT₂ служит малый ток . Этот ток и является коллекторным током транзистора VT₁. Таким образом, транзистор VT₁ имеет значительный ток базы, протекающий через открытый базо-эмиттерный переход, и очень малый коллекторный ток, равный .

При таком соотношении базового и коллекторного токов транзистор VT₁ насыщен; его коллекторный переход смещен в обратном направлении. Эмиттерно-базовый ток, протекающий через открытый входной переход, складывается из тока базы и тока коллектора. Значение эмиттерного тока соответствует входному току элемента при наличии напряжения уровня логического «0» на входе. Остальные эмиттерыVT₁ по-прежнему работают в инверсном режиме и ток их мал.

Таким образом, при напряжении соответствующем уровню логического «0» хотя бы на одном из входов транзистор VT₂ заперт. Потенциал коллектора VT₂ близок к +Е, что открываети насыщает VT₃. При этом VT₄ заперт, т.к. потенциал его базы близок к нулю. На выходе схемы при этом имеет место высокое напряжение порядка 3,5В (уровень логической «1»), т.к. +Е поступает на выход схемы через насыщенный транзистор VT₃ и диод VD₁ включённый в прямом направлении. Диоды VD₂-VD₄ выполняют защитные функции микросхемы от отрицательных входных импульсов. Указанное преобразование сигнала соответствует логической операции «И-НЕ», которую выполняет каскад на многоэмиттерном транзисторе VT₁ операция «И» инвертор, собранный на транзисторах VT₂, VT₃ и VT₄ (операция «НЕ»).

Параметры схемы «И-НЕ» серии К155: ;;;;;.