Теоретичні відомості

Логічні елементи, звані також вентилями, будуються майже завжди на напівпровідниковій базі. Представлення логічних елементів у вигляді перемикачів-реле, служить тільки для кращого розуміння і на практиці має невелике значення. У наш час логічні елементи у вигляді реле використовуються в основному для схем управління контакторами в силових ланцюгах з великими струмами. Контактор - це потужне реле для комутації в мережах з напругою 220 В і вище.

Отже, сучасні логічні елементи складаються з напівпровідників. Відомо, що транзистор може працювати в якості безконтактного перемикача. Такий безконтактний перемикач може бути побудований як на біполярних, так і на польових транзисторах або на напівпровідникових діодах. Таким чином, існує багато варіантів виготовлення логічних елементів з напівпровідників.

Логічні елементи, побудовані по одному певним принципом, утворюють сімейство схем.

Логічні елементи з різних родин комбінуються один з одним тільки за певних умов. Часто для їх сумісності доводиться застосовувати спеціальні проміжні елементи.

Перші напівпровідникові логічні елементи будувалися на дискретних напівпровідникових елементах. Під дискретним елементом розуміють одиничну деталь в корпусі з виводами, тобто звичайні діоди, транзистори і інші комплектуючі вироби. Чи не дискретні елементи - це напівпровідники, зібрані разом в інтегральних мікросхемах, - комбінації з багатьох транзисторів або діодів.

Значення сімейства схем, побудованих на дискретних елементах, останнім часом суттєво зменшилася. Такі схеми мають відносно великі габарити, і їх виробництво обходиться дорожче, ніж виробництво інтегральних мікросхем. Їх єдиною перевагою є легкість самостійного складання.

Схеми сімейства релейно-транзисторної логіки (РТЛ) складаються з опорів і біполярних транзисторів (рис. 4.1). Ще одним "дискретним" сімейством схем є система DCTL (Direct Coupled Transistor Logic), що складається з послідовно включених біполярних транзисторів (рис. 4.2). Обидва цих сімейства застаріли і в даний час практично не застосовуються.

Рисунок 4.2 – Схема DCTL

(Direct Coupled Transistor Logic) Рисунок 4.1 – Схема РТЛ

Наступне важливе сімейство називається ЕПЛ. ЕПЛ скорочено означає емітерно-пов'язана логіка (рис. 4.3). Транзистори мають спільний емітерний опір. Схеми цього сімейства також побудовані на інтегральних мікросхемах з біполярних транзисторів.

У схемах сімейства МОП транзисторної логіки (МОП - метал, оксид, провідник) застосовуються інтегральні мікросхеми з польових транзисторів з каналами N або Р-типу (рис. 4.4). Якщо в одному елементі присутні МОП-транзистори з каналами N і Р типу, то говорять про комплементарну МОП-технологію. Таке сімейство називається КМОП логіка.

Рисунок 4.3 – ЕПЛ з емітерним каскадом Рисунок 4.4 – Простий рМОП елемент

(АБО-НІ при позитивній логіці)

Більше значення сьогодні має система ДТЛ. ДТЛ скорочено означає діод-транзисторна логіка.

ДТЛ-схеми реалізуються на діодах і транзисторах. Звичайно, додатково застосовуються і опору. Термін ДТЛ походить від англійського «Diode Transistor Logic» і перекладається як «діод-транзисторна логіка». Схеми цього сімейства спочатку будувалися на окремих елементах, а потім у вигляді тонкоплівкових і товстоплівкових (інтегральних) мікросхемах. В даний час вони виробляються майже виключно у вигляді монолітних мікросхем.

Одна з трьох основних схем сімейства ДТЛ показана на рис. 4.5. Якщо хоча б на одному з входів присутній ВИСОКИЙ рівень Н (високий позитивний потенціал, від англ. High - високий), то він буде діяти і на виході. При позитивній логіці схема працює як логічний елемент АБО.

Рисунок 4.5 – ДТЛ-схема (елемент АБО при позитивній логіці)

Рисунок 4.6 – ДТЛ-схема (елемент І при позитивній логіці)

Розберемо докладніше схему на рис. 4.6. Припустимо, що напруга живлення U_s дорівнює 6 В. Напруга 6 В відноситься до зони ВИСОКИХ рівнів. Зона НИЗЬКИХ рівнів (Z-зона) знаходиться близько 0 В (заземлення). Якщо на обох входах присутній ВИСОКИЙ рівень Н, то діоди замкнені, отже, на виході Z також буде присутній ВИСОКИЙ рівень (від U_S через R).

Якщо тепер на вхід В подати НИЗЬКИЙ рівень (=0 В), діод в гілці В відкриється. Струм від джерела U_S потече через резистор R і діод до нульового потенціалу (заземленню). Величина падіння напруги на діоді складе 0,7 вольта (для кремнієвого діода). Така ж напруга буде прикладена до виходу Z. Це значення напруги належить до зони НИЗЬКИХ сигналів. Таким чином, вихід Z має НИЗЬКИЙ рівень тоді, коли НИЗЬКИЙ рівень діє на одному із входів. Тільки якщо на обох входах присутній ВИСОКИЙ рівень, на виході Z буде ВИСОКИЙ рівень. Таким чином, при позитивній логіці схема працює як логічний елемент І.

Дуже велике значення мають схеми сімейства ТТЛ. ТТЛ скорочено означає транзисторних-транзисторна логіка.

Скорочення ТТЛ позначає транзисторних-транзисторна логіка. Логічні елементи схем цього сімейства будуються виключно на біполярних транзисторах. Тільки для зсуву рівня життя та відведення напруги застосовуються діоди. Опору служать в якості дільників напруги і обмежувачів струму.

TTL-елементи виробляються виключно у вигляді інтегральних мікросхем.

Новим елементом є так званий мультіемітерний транзистор. Структура такого транзистора показана на рис. 4.7. Із загальною базою межують три емітерні зони. Таким чином, утворюються три розділених P-N-переходи між базою та емітерами. Ці P-N-neреходи можна розглядати як діоди.

До бази прикладена напруга трохи вище 0,7 В відносно землі. При замиканні емітера на землю починає текти базовий струм. Величина базового струму визначається значенням базового опору R і напруги живлення U_s

Рисунок 4.7 – Мультіемітерний транзистор

Тригери

Пристрій, що має два стійких стани, називають тригером. Він має два виходи, один з них називають прямим, а інший - інверсним. Потенціали на них взаємно інвертовані: лог. 1 на одному виході відповідає лог. 0 на іншому. З приходом перемикаючих (запускаючих) сигналів перехід тригера з одного стану в інший відбувається лавиноподібно, і потенціали на виходах змінюються на протилежні.

В інтервалі між перемикаючими сигналами стан тригера не змінюється, тобто тригер "запам'ятовує" надходження сигналів, відображаючи це величиною потенціалу на виході. Це дає можливість використовувати його як елемент пам'яті.

При лавиноподібних перемиканнях на виході тригера формуються прямокутні імпульси з крутими фронтами. Це дозволяє використовувати тригер для формування прямокутних імпульсів з напруги іншої форми (наприклад, з синусоїдальної).

Тригери можна розділити на нетактовані і тактовані. Нетактований (асинхронний) тригер може міняти свій стан.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Порядок виконання роботи	\|	Асинхронні тригери

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.