Принцип работы логических элементов
В основе реализации любого логического элемента (ЛЭ) лежит электронный ключ, управляемый напряжением. Пример такой схемы изображен на рисунке 1.7.
Входные логические переменные х1 и х2 представляют собой уровни напряжения и управляют ключами, замыкая либо размыкая их.
Пусть при х = «0» - ключ разомкнут, а при х = «1» - замкнут. Если хотя бы один ключ замкнут (на вход подана хотя бы одна единица) - выходная цепь замкнута с общим проводом и Y = «0». Если же оба ключа разомкнуты – на выход подаётся напряжение Uпит от источника питания и Y = «1». Тогда данная схема реализует функцию «2ИЛИ-НЕ»:
Другой пример реализации ЛЭ показан на рисунке 1.8.
Если хотя бы один ключ разомкнут (на вход подается хотя бы один «0»), то на выходе – Y= «1». Следовательно, схема реализует функцию «2И-НЕ»:
Ясно, что таким образом можно построить логические элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ с любым числом входов: 3, 4 и т. д. Как известно, чтобы построить любую, сколь угодно сложную логическую схему, достаточно использовать элементы одного типа: элементы И-НЕ либо ИЛИ-НЕ. Именно поэтому они были выбраны в этих примерах и из них и строятся сложные интегральные схемы.
В первых вычислительных машинах в качестве ключей использовались электронные реле, имеющие множество недостатков: прежде всего - низкую надёжность и малое быстродействие (большое время переключения). В настоящее время в таких схемах в качестве ключей используются биполярные или полевые транзисторы.
Транзисторный ключ в статическом режиме
Работа транзисторов подробно изучалась в курсе «Электроника». Для понимания принципа работы транзистора в ключевом режиме, иногда достаточно общего представления о принципе действия транзистора.
Биполярный транзистор управляется током базы. При увеличении тока базы уменьшается сопротивление между коллектором и эмиттером. То есть – транзистор представляет собой нелинейное сопротивление (между коллектором и эмиттером), управляемое током базы.
В ключевом режиме в устойчивом состоянии транзистор находится либо в режиме насыщения (открыт), либо в режиме отсечки (закрыт), а в активном режиме он работает только во время переходных процессов. Вариант схемы ключа на биполярном транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером, показан на рисунке 1.9.
В ключевом режиме существует два основных режима:
1) Uвх = U0 ≈ 0 => Iб ≈ 0 => транзистор закрыт => Iк ≈ 0, Uвых ≈ Uпит = U1
2) Uвх = U1 => Iб ≈ Iбmax => транзистор открыт => Iк = Iкmax ≈ Uпит/Rк, Uвых = U1 ≈ 0
Эти формулы и выводы хорошо известны из курса электроники, раздел «Усилители»
Таким образом, схема реализует функцию инвертора. Сходным образом работа-ют и схемы на полевых транзисторах, которые будут рассмотрены в следующих главах.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 264; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!