1. Логические элементы

   1. Общие сведения о логических элементах

В любой цифровой системе присутствуют логические элементы и память.

Логическими элементами (ЛЭ) называют устройства, преобразующие входную информацию в выходную по определенным правилам.

В цифровой технике входная и выходная информация является бинарной (все переменные принимают только два значения: 1 или 0). Будем обозначать сигналы входной информации переменными Х₁, Х₂,…, Х_n, а сигнал выходной информациипеременнымиF, Y₁,Y₂ и т.д..

Основные логические операции:

Логическое сложение(дизъюнкция) реализуется логическим элементом ИЛИ. Элемент, выполняющий функцию ИЛИ, имеет несколько входов и один выход. Сигнал логической единицы появляется на выходе такого устройства, если хотя бы на один из входов подана логическая единица. Функцию логического сложения математически записывают в виде

. (1.1)

Схему ИЛИ обозначают как на рис. 1.1.

Логическое умножение (конъюнкция) реализуется логическим элементом И. Сигнал логической единицы появляется на выходе такого устройства, если на все входы подана логическая единица. Функцию логического умножения математически записывают в виде

. (1.2)

Схему И (схему совпадения) обозначают как на рис. 1.2.

Логическое отрицание (инверсия) реализуется логическим элементом НЕ, который называют инвертором. Сигнал логической единицы появляется на выходе такого устройства, если на вход подан логический ноль. Функцию логического отрицания математически записывают в виде

. (1.3)

Инверсия по выходу (входу) обозначается кружком в контуре прямоугольника, изображающем схему (рис. 1.3).

1. Основные характеристики и параметры логических элементов

1. Характеристика передачи U_ВЫХ(U_ВХ). На рис. 1.4 представлена характеристика передачи инвертора, на которой обозначены напряженияU¹ иU⁰  напряжения высокого и низкого уровней, соответствующие логической единице и логическому нулю,Uширина активной зоны,Umлогический перепад.

2. Коэффициент объединения по входу nопределяет число входов логического элемента. Обычноn  8.

3. Коэффициент разветвления по выходу mопределяет возможное число одновременно подключаемых логических элементов к данному логическому элементу. Обычноm ограничивают на уровнеn, но оно может доходить и до 100, и в общем случаеmот структуры логического элемента.

Параметры m иn определяютфункциональную возможностьлогического элемента.

4. Быстродействие характеризуется временем задержки распространения сигналов. Обычно различают (рис. 1.5) время задержки распространения сигнала при включении логического элементаt_З⁺, время задержки распространения сигнала при выключении логического элементаt^– и среднее время задержки распространения

. (1.4)

В зависимости отсреднего времени задержки распространения логические элементы подразделяют на:

• сверхбыстродействующие элементы (t_ср.з. 5 нс)

• быстродействующие элементы (5 нс  t_ср.з. 10нс)

• элементы со среднимбыстродействием (10 нс  t_ср.з. 50нс)

• медленнодействующие элементы (t_ср.з. 50нс)

5. Помехоустойчивость логического элемента определяется максимальной величиной помехи на входе, которая не переключает логический элемент из одного состояния в другое. В зависимости от величины помехи логические элементы подразделяют на:

• элементы с плохой помехоустойчивостью (U_ПОМ= 0.2…0.4 В)

• элементы с хорошей помехоустойчивостью (U_ПОМ= 0.5…0.7 В)

6. Экономичность определяется мощностью, потребляемой от источника питания.