- •Глава третья транзисторные ключи и логические элементы
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Ключи на биполярных транзисторах.
- •3.3. Транзисторный переключатель тока
- •3.4. Ключи на полевых транзисторах
- •3.5. Логические элементы
- •3.5.1. Классификация логических элементов
- •3.5.2. Основные характеристики и параметры логических элементов
- •3.5.3. Диодно-транзисторная логика
- •3.5.4. Транзисторно-транзисторная логика
- •3.5.5. Элементы эмиттерно-связанной логики
- •3.5.6. Интегральная инжекционная логика
- •3.5.7. Логические элементы на мдп-транзисторах
- •Вопросы для самопроверки
3.5. Логические элементы
3.5.1. Классификация логических элементов
В большинстве современных ЭВМ и цифровых устройствах различного назначения обработка информации производится с помощью двоичного кода, когда информационные сигналы могут принимать только два значения: 1 и 0. Функция двоичных переменных представляет собой логическую, или булеву, функцию , которая, как и ее аргументы, может принимать только два значения – 1 и 0. Логическая функция может быть задана словесно, алгебраическим выражением и таблицей, которая называется таблицей истинности.
Действия над двоичными переменными производятся по правилам логических операций. Между обычной, знакомой нам, алгеброй и алгеброй логики (булевой алгеброй) имеются существенные различия в отношении количества и характера операций, а также законов, которым они подчиняются.
Известны три простейшие логические операции: отрицание (инверсия, операция НЕ), логическое умножение (конъюнкция, операция И) и логическое сложение (дизъюнкция, операция ИЛИ). Более сложные логические преобразования можно свести к указанным выше простейшим операциям. Операция НЕ записывается следующим образом (читается не Х), а элемент, выполняющий операцию НЕ, называют инвертором. Если на входе элемента НЕ Х=1, то сигнал на выходе Y=0, и, наоборот, при Х=0 на выходе получаем Y=1.
На выходе элемента И будем иметь логическую единицу только в том случае, когда на все входы элемента одновременно поданы сигналы, соответствующие уровню 1. Если хотя бы на одном входе элемента – логический 0, то на выходе – также логический 0. Операция логического умножения И записывается в виде .
Логическая единица на выходе элемента ИЛИ появляется в том случае, когда хотя бы на одном из входов действует сигнал единица. Операция логического сложения записывается как .
Таблица 3.1. |
|||||
|
|||||
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
Широко используются комбинированные логические элементы И-НЕ (элемент Шеффера) и ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса), выполняющие логические операции и . Значения выходных сигналов для двухвходовых логических элементов И, ИЛИ, И-НЕ и ИЛИ-НЕ приведены в таблице истинности 3.1.
Условное обозначение простейших логических элементов приведено на рис. 3.19.
Можно показать, что с помощью комбинированных логических элементов И-НЕ можно выполнить все простейшие логические операции: НЕ, И, ИЛИ, т.е. любую сколь угодно сложную логическую операцию (рис. 3.20). Аналогично операции НЕ, И, ИЛИ можно реализовать, используя комбинированные логические элементы ИЛИ-НЕ.
По способу кодирования информации различают потенциальные и импульсные логические элементы. Информация, обрабатываемая потенциальными логическими элементами, характеризуется отличающимися потенциальными уровнями. Если логической единице соответствует высокий потенциальный уровень, а логическому нулю – низкий, то такую логику называют положительной (позитивной). Наоборот, если логической единице соответствует низкий потенциальный уровень, а логическому нулю – высокий, то говорят об отрицательной (негативной) логике. В импульсных логических элементах логической единице соответствует наличие импульса, а логическому нулю – его отсутствие.
Логические элементы классифицируют также по типу применяемых транзисторов. Наибольшее распространение получили ЛЭ на биполярных транзисторах и полевых МДП-транзисторах. Цифровые интегральные микросхемы выпускаются сериями, внутри каждой, из которых имеются объединенные по функциональному признаку группы устройств: логические элементы, триггеры, счетчики, регистры и т.д. Чем шире функциональный состав серии, тем большими возможностями может обладать цифровое устройство, выполненное на базе микросхем данной серии. Микросхемы, входящие в состав каждой серии имеют единое конструктивно– технологическое исполнение, единое напряжение источника питания, одинаковые уровни сигналов нуля и единицы. Все это делает микросхемы одной серии совместимыми. Основой каждой серии цифровых микросхем является базовый логический элемент. Как правило, базовые логические элементы выполняют операции И-НЕ либо ИЛИ-НЕ и по принципу построения делятся на следующие основные типы, широко применяемые в настоящее время: элементы диодно-транзисторной логики (ДТЛ), транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), эмиттерно-связанной транзисторной логики (ЭСТЛ), интегральной инжекционной логики (ИИЛ), логические элементы на комплементарных МДП-транзисторах (КМДП-логика).