3.5. Число входов логических элементов
Чем больше число входов, тем более функционален логический элемент, а если при решении конкретной задачи некоторые входы не используются, они объединяются в один без нарушения работоспособности. Однако реально допустимое число входов (коэффициент объединения по входу) ограничивается в первую очередь технологическими проблемами, а также снижением быстродействия за счет увеличения суммарной входной паразитной ёмкости логических элементов.
3.6. Специальные типы логических элементов. Логические элементы с открытым коллектором
Если у простого инвертора исключить сопротивление, соединяющее коллектор с источником питания, а коллектор оставить свободным, то такой элемент называется элементом с открытым коллектором (ОК), см. рис. 3.12.
а б
Рис. 3.12. Схема И-НЕ с открытым коллектором (а); графическое изображение схемы (б)
Такие схемы можно использовать для получения высокого логического уровня большего, чем стандартный, подключив коллектор через резистор к источнику высокого напряжения для логического управления специальной нагрузкой – обмоткой электромагнитного реле или светодиода (рис. 3.13).
а б
Рис. 3.13. Применение элемента с открытым коллектором для получения высокого напряжения (а); защита внешней нагрузки (б)
3.6.1. Расширители числа входов
Поскольку изготовление элементов с большим числом входов, которые полностью редко используются, нецелесообразно, то при необходимости можно увеличить число входов до требуемого, используя специальные схемы расширителей.
Одним из вариантов расширителей может служить схема, получаемая путем объединения коллекторов логического элемента ОК на общую нагрузку (рис. 3.14).
а б
Рис. 3.14. Расширитель на ЛЭ ОК:
а – электрическая схема; б – функциональная схема
В этом случае выходная функция будет
,
т.
е. по отношению к выходам Y1
и Y2
будет
реализовываться «монтажное И»,
а по входам (
,
,
,
)
– «монтажное ИЛИ».
Однако такой вариант при наличии значительной паразитной емкости нагрузки обладает малым быстродействием (из-за наличия резистора R). Поэтому на практике применяются специальные схемы расширителей, например классический ТТЛ элемент И-НЕ, у которого выполнены выводы от коллектора и эмиттера фазорасщепителя (см. рис. 3.15). При соединениях, показанных на рис. 3.15, в, на выходах элементов получаем функцию
с увеличенным числом входов и с двумя идентичными выходами.
а б
в г
Рис. 3.15. Схема расширителя (а); условное обозначение (б); схема соединений двух расширителей (в); условное обозначение элемента, полученного соединением расширителей (г)
3.6.2. Схема согласования уровней
Хотя в большинстве случаев сложные цифровые устройства строятся на однотипных элементах одной серии, обладающих полной совместимостью, иногда возникает необходимость в использовании элементов серий с разными значениями логических уровней. Передачу информации между элементами с несовместимыми уровнями приходится производить через специальные элементы – согласователи уровней. Простейшим вариантом такого перехода от ТТЛ к КМОП, обладающим более высоким уровнем логической единицы, может служить схема на рис. 3.13, а. В других случаях, например перехода от ТТЛ к ЭСЛ, когда различаются не только уровни, но и полярности, элемент согласования уровней имеет более сложную схему.