Logické prvky

		↛
0	0	0
0	jeden	jeden
jeden	0	0
jeden	jeden	0

Mnemotechnické pravidlo pro invertování implikace z B na A je následující - výstup bude:

• "1" tehdy a jen tehdy, když je hodnota na "B" větší než hodnota na "A"
• "0" právě tehdy, když je hodnota na "B" menší nebo rovna hodnotě na "A".

Poznámka 1 . Implikační prvky nemají žádné průmyslové analogy pro funkce se vstupy nerovnými 2.
Poznámka 2 . Prvky implikací nemají průmyslové analogy.

Tyto nejjednodušší logické operace (funkce) a dokonce i některé jejich podmnožiny mohou vyjadřovat jakékoli jiné logické operace . Takový soubor nejjednodušších funkcí se nazývá funkčně úplný logický základ . Existují 4 takové základny:

• AND, NOT (2 prvky)
• NEBO, NE (2 prvky)
• NAND (1 prvek)
• NEBO-NE (1 prvek).

K převodu logických funkcí na jednu z těchto bází je nutné aplikovat de Morganovy zákony (pravidla) .

Fyzické implementace

Implementace logických prvků je možná pomocí zařízení, která využívají různé fyzikální principy:

• mechanický,
• hydraulický,
• pneumatický,
• elektromagnetický,
• elektromechanický,
• elektronický,
• optický.

Fyzické implementace stejné logické funkce, stejně jako označení pro true a false, v různých systémech elektronických a neelektronických prvků se navzájem liší.

Klasifikace elektronických tranzistorových fyzických implementací logických prvků

Logické prvky se dále dělí podle typu elektronických prvků v nich použitých. V současnosti jsou nejpoužívanější následující logické prvky:

• RTL (rezistor-tranzistorová logika)
• DTL (dioda-tranzistorová logika)
• TTL (tranzistor-tranzistorová logika)

Vstupním stupněm logických prvků TTL jsou obvykle nejjednodušší komparátory , které lze implementovat různými způsoby (na víceemitorovém tranzistoru nebo na sestavě diod). U logických prvků TTL plní vstupní stupeň kromě funkcí komparátorů také logické funkce . Následuje výstupní zesilovač s výstupem push-pull (dvoupřepínač).

V logických prvcích CMOS jsou vstupní stupně také nejjednoduššími komparátory. Zesilovače jsou CMOS tranzistory. Logické funkce jsou vykonávány kombinacemi kláves zapojených paralelně a sériově, které jsou zároveň výstupními klávesami.

Tranzistory mohou pracovat v inverzním režimu, ale s nižším ziskem. Tato vlastnost se používá u tranzistorů s více emitory TTL . Když je na oba vstupy přiveden signál vysoké úrovně (1,1), první tranzistor se zapne v inverzním režimu podle obvodu sledovače emitoru s vysokou úrovní na bázi, tranzistor se otevře a připojí základnu druhého tranzistoru k vysokou úroveň, proud protéká prvním tranzistorem do báze druhého tranzistoru a otevírá ji. Druhý tranzistor je „otevřený“, jeho odpor je nízký a napětí na jeho kolektoru odpovídá nízké úrovni (0). Pokud má alespoň jeden ze vstupů signál nízké úrovně (0), pak se tranzistor zapne podle obvodu se společným emitorem, přes bázi prvního tranzistoru protéká proud na tento vstup, který jej otevře a zkratuje bázi. druhého tranzistoru vůči zemi, napětí na bázi druhého tranzistoru je malé a je „uzavřený“, výstupní napětí odpovídá vysoké úrovni. Pravdivostní tabulka tedy odpovídá funkci 2AND-NOT.

• TTLSH (stejné jako u Schottkyho diod )

Pro zvýšení rychlosti logických prvků používají Schottkyho tranzistory (tranzistory se Schottkyho diodami), jejichž charakteristickým rysem je použití usměrňovacího kov-polovodičového kontaktu v jejich konstrukci místo pn přechodu . Při provozu těchto zařízení nedochází k vstřikování menšinových nosičů a jevu akumulace a resorpce náboje, což zajišťuje vysokou rychlost . Zapojení těchto diod paralelně s kolektorovým přechodem blokuje saturaci výstupních tranzistorů, což zvyšuje napětí logické 0, protože úbytek napětí na saturovaném tranzistoru je větší, ale snižuje časovou ztrátu pro spínání logického prvku při stejném odběru proudu. (nebo umožňuje snížit aktuální spotřebu při zachování rychlosti). Takže řada 74xx - klasická řada TTL a řada 74LSxx - řada se Schottkyho diodami, mají přibližně stejnou rychlost (ve skutečnosti je řada 74LSxx poněkud rychlejší), ale spotřeba proudu je 4-5krát menší a vstupní proud logického prvku je stejný.

• CMOS (Complementary Key MOS tranzistor logic ).
• ECL (emitter-coupled logic).

Tato logika, jinak známá jako logika proudového spínače, je postavena na bázi bipolárních tranzistorů kombinovaných v diferenciálních stupních. Jeden ze vstupů je obvykle připojen uvnitř mikroobvodu ke zdroji referenčního (referenčního) napětí, přibližně uprostřed mezi logickými úrovněmi. Součet proudů tranzistory diferenciálního stupně je konstantní, v závislosti na logické úrovni na vstupu se mění pouze ten, kterým z tranzistorů tento proud protéká. Na rozdíl od TTL pracují tranzistory v ESL v aktivním režimu a nevstupují do saturačního nebo inverzního režimu. To vede k tomu, že rychlost prvku ESL se stejnou technologií (stejné charakteristiky tranzistorů) je mnohem vyšší než u prvku TTL, ale spotřebovaný proud je také větší. Kromě toho je rozdíl mezi logickými úrovněmi prvku ESL mnohem menší než u prvku TTL (méně než volt) a pro přijatelnou odolnost proti šumu je nutné použít záporné napájecí napětí (a někdy použít druhé napájení pro koncové stupně). Na druhou stranu maximální spínací frekvence ESL spouštěčů jsou o více než řád vyšší než možnosti jejich moderních TTL, například řada K500 poskytovala spínací frekvence 160-200 MHz oproti 10-15 MHz jeho moderní série TTL K155. V současné době se TTL(W) i ESL prakticky nepoužívají, protože s poklesem konstrukčních standardů dosáhla technologie CMOS spínacích frekvencí několika gigahertzů.

Střídač

Jedním z hlavních logických prvků je invertor. Invertující stupně jsou jednotranzistorový stupeň se společným emitorem, jednotranzistorový stupeň se společným zdrojem, dvoutranzistorový push-pull výstupní stupeň na komplementárních párech tranzistorů s tranzistory zapojenými do série stejnosměrným proudem (používané v TTL a CMOS ), dvoutranzistorový diferenciální stupeň s paralelním zapojením tranzistorů stejnosměrným proudem (využívá se v ESL) atd. Samotná podmínka inverze ale k použití invertujícího stupně jako logického měniče nestačí. Logický invertor musí mít posunutý pracovní bod na jednu z hran propustné charakteristiky, díky čemuž je kaskáda nestabilní uprostřed rozsahu vstupních hodnot a stabilní v krajních polohách (zavřeno, otevřeno). Komparátor má tuto charakteristiku , takže logické měniče jsou konstruovány jako komparátory a ne jako harmonické zesilovací stupně se stabilním pracovním bodem uprostřed vstupního rozsahu. Takové kaskády, jako jsou reléové kontaktní skupiny , mohou být dvou typů: normálně zavřené (otevřené) a normálně otevřené (zavřené).

Aplikace logických prvků

Logické prvky jsou součástí řady mikroobvodů, například prvky TTL jsou součástí mikroobvodů řady K155 (SN74), K133; TTLSh - 530, 533, K555, ESL - 100, K500 atd.

Kombinovaná logická zařízení

Taková logická zařízení se nazývají kombinační , jejichž výstupní signály jsou jednoznačně určeny vstupními signály:

• Zmije
• Poloviční zmije
• Kodér
• Dekodér
• Multiplexer
• Demultiplexor
• Digitální komparátor
• Většinový prvek
• Read Only Memory (ROM) jako univerzální kombinační logický obvod

Všechny vykonávají nejjednodušší binární , ternární nebo n-ární logické funkce .

Sekvenční digitální zařízení

Taková logická zařízení se nazývají sekvenční , jejichž výstupní signály jsou určeny nejen signály na vstupech, ale také historií jejich činnosti, tedy stavem paměťových prvků.

• Spoušť
• Pulzní čítač
• Registrovat
• Venjunctor
• Sekvencer

Viz také

• Bitové operace
• booleovská funkce
• binární logika
• kombinační logiku
• Sekvenční logika
• Dvouúrovňový prvek
• logická brána

Literatura

• Novikov Yu.V. Úvod do číslicových obvodů. Průběh přednášek . - M . : Internetová univerzita informačních technologií, 2006. - ISBN 5-94774-600-X .

Odkazy

• Prvky a uzly digitálních elektronických zařízení. logické prvky.