Бойт К. - Мир электроники, страница 15

Не дискретные элементы — это полупроводники, собранные вместе в интегральных микросхемах, — комбинации из многих транзисторов или диодов. Значение семейства схем, построенных на дискретных элементах, в последнее время сильно уменьшилось. Такие схемы имеют относительно большие габариты, и нх производство обходится дороже, чем производство интегральных микросхем.

Их единственным преимуществом является легкость самостоятельной сборки. Схемы семейства релейно-транзисторной логики (РТЛ) состоят из сопротивлений и биполярных транзисторов (рис. 6.1). Еще одним «дискретным» семейством схем является система 1ЭСТ1 (П1гест Сопр1ед ТгапзЫог Еоя)с), состоящая из последовательно включенных биполярных транзисто- Рас. 6.1. Схема РТЛ. Рис. 6.2. Схема ОСП. (Осе«1 Ссор!ед Типя«1ог 1ххвс). ров (рис.

6.2). Оба этих семейства устарели и в настоящее время практически не применяются. Большее значение сегодня имеет система ДТЛ. ДТЛ сокращенно означает диодно-транзисторная логика. Этому семейству посвящен разд. 6.5. Очень большое значение имеют схемы семейства ТТЛ. ТТЛ сокращенно означает транзисторно-транзисторная логика. Элементы этих схем построены на интегральных микросхемах из биполярных транзисторов (разд. 6.6). Следующее важное семейство называется ЭСЛ.

ЭСЛ сокращенно означает эмиттерно-связанная логика (разд. 6.7). Транзисторы имеют общее эмиттерное сопротивление. Схемы этого семейства также построены на интегральных микросхемах из биполярных транзисторов. В схемах семейства МОП транзисторной логики (МОП вЂ” металл, оксид, проводник) (разд. 6.8) применяются интегральные микросхемы из полевых транзисторов с каналами Фили Р типа (см. Бойт, Электроника, ч. 2). Если в одном элементе присутствуют МОП-транзисторы с каналами Фи Р типа, то говорят о комплементарной МОП-технологии. Такое семейство называется КМОП логика (подразд. 6.8.4). 6.2.

Бинарные уровни напряжения Логические элементы производятся в виде электронных схем. Но электронные схемы «не понимают» никакой цифровой логики. Они реагируют на напряжение на входе, на соответствующие токи и имеют на выходе определенные напряжения. То есть они работают «электрически». Эта мысль лежит в основе идеи объяснить принцип действия всех цифровых схем электрически — независимо от каких-либо логических взаимосвязей. Можно составить таблицу, аналогичную таблице истинности, и в эту таблицу записать напряжения. Рассмотрим схему на рис. 6.3. Если ко входу А приложено напряжение +5 В, то диод 21, начнет проводить в прямом направлении.

На диоде падает напряжение 0,7 В (Я-диод). На выходе У появляется напряжение 4,3 В. Напряжение 4,3 В также будет на выходе, если на В или на оба входа подать напряжение +5 В (рис. 6.4). ((94 Г 4. С« о, В«е 1 2 з 4 ав ов +5 В 45 В ов 44 З В +4.3 В +4,З В Рис. 6.3.

Логическая цифровая схема. Рис. 6.4. Рабочая таблица с напряжениями. ~. = 1.оч7 = низкий уровень напряжения. 4 г Ов~ ае 4 В ~ЗЗ В ЕВ1ЗЗВ 4В,ЗЗВ ов зв вв зв ов ЗВ ов зв ов 7.З В 7.З В 7,ЗВ Рис. 6.5. Рабочая таблица с на- прюкениями. Уровень, стремящийся к минус бесконечности ( — ). Н = Н~0П = высокий уровень напряжения. Уровень, стремящийся к плюс бесконечности (+ ). Для схемы на рис. 6.3 получается представленная на рис. 6.6 рабочая таблица с указанием уровней. Цифровые схемы могут работать с разными напряжениями.

Возможные з и уровни напряжений показаны на рис. 6.7. Н-уровень может колебаться в пределах определенного диапазона напряжения согласно данным производителя схемы. Также и Х-уровень может колебаться в пределах некоторого диапазона. Эти диапазоны называются диапазонами напряжения высокого и низкого уровней (рис. 6.8). н Рис. 6.6. Рабочая таблица с уровнями. Ь и Н не являются логическими состояниями, это бинарные уровни напряжения. Они являются частью технических данных схемы. Представленная на рис. 6.4 таблица называется рабочей согласно ТЕМ 40700, часть 14. Она не может называться таблицей истинности, так как она не дает никакой информации о логических операциях. Схема на рис. 6.3 может быть также запитана другим напряжением, например 4 В или 8 В.

Тогда следует воспользоваться рабочими таблицами (рис. 6.5). Задание значений напряжения в рабочих таблицах является излишне громоздким. Также часто не всегда точно определено, каким напряжением питать схему. Можно выбрать любое напряжение в пределах допустимого диапазона.

Поэтому целесообразно в рабочих таблицах различать только лишь ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ уровни напряжения. ВЫСОКИЙ уровень напряжения обозначается символом Н (от англ. «Н18Ь» — высокий), НИЗКИЙ уровень напряжения обозначается символом А (от англ. «Еоуу»вЂ” низкий). Н и А являются уровнями напряжения. 6.3. П р 9ф Рис. 6.7.

Возможные диапазоны напряжений ддя уров- ней А и Н. Рие. 6.8. Диапазоны напряжений ддя уров- ней Еи Н. Определить, какую логическую операцию выполняет схема, можно только после приведения уровней Е и Н в соответствие с логическими состояниями О и 1. 6.3. Положительная и отрицательная логика ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ уровни Е и Н могут соответствовать логическим состояниям О и 1 двумя различными способами: П 1оо Н Р- 1 (положительная логика) (отрицательная логика) Если состояние 1 определяет ВЫСОКИЙ уровень, а состояние О определяет НИЗКИЙ уровень, то такая логика называется положительной. Если состояние 1 определяет НИЗКИЙ уровень, а состояние О определяет ВЫСОКИЙ уровень, то такая логика называется отрицательной.

Отрицательная логика имела большое значение во времена существования только одних РХР-транзисторов. При отрицательном напряжении У на выходе транзисторного каскада получалось отрицательное напряжение. В современной цифровой технике работают преимущественно с положительной логикой. Если к схеме нет соответствукпцего примечания, считается, что она использует положительную логику.

~96 Г б.е и Пример О =" -О,З В = Н 1=-6В=Т. При переходе от положительной логики к отрицательной и наоборот меняется тип логической операции. вор в тн ! ! 1 г ! о~ а о о л г о 0 ~ Г' о ~н-"о о о,' и н г и и и Рис. 6.10. Таблица ис- тинности при положи- тельной логике. Рнс. 6.11. Таблица ис- тинности при отрица- тельной логике. Рис. 6.9.

Схема с рабочей таблицей. Логический элемент НЕ всегда работает как инвертор — и при положительной, и при отрицательной логике (рис. 6.12). Пример Схема работает при положительной логике как элемент И-НЕ. Какую логическую операцию производит схема при отрицательной логике? Таблица истинности элемента И-НЕ представлена на рис.

6.13. Из нее можно определить рабочую таблицу с уровнями Ни А. При положительной логике ВЫСОКИЙ уровень Н определяет логическое состояние 1, а НИЗКИЙ уровень ь — логическое состояние О (рис. 6.14). Работа схемы при отрицательной логике показана в таблице истинности на рис. 6.15. Она получилась из рабочей таблицы, в которой теперь ВЫСОКИЙ уровень Н определяет логическое состояние О, а НИЗКИЙ уровень А — логическое состояние 1. Получается логическая операция ИЛИ-НЕ. Схема, которая при положительной логике выполняет операцию И-НЕ, при отрицательной логике выполняет операцию И!"!И-НЕ.

Отрицательная логика используется сегодня только в специальных схемах из соображений помехоустойчивости. Какие логические операции производит схема на рис. 6.3 при положительной логике, а какие — при отрицательной? Схема и соответствующая рабочая таблица представлены на рис. 6.9. Из рабочей таблицы определяется таблица истинности. При положительной логике ВЫСОКИЙ уровень Н определяет логическое состояние 1, а НИЗКИЙ уровень | — логическое состояние О (рис. 6.10). При положительной логике схема производит логическое сложение ИЛИ.

Прн отрицательной логике ВЫСОКИЙ уровень Н определяет логическое состояние О, а НИЗКИЙ уровень А — логическое состояние 1 (рис. 6.11). Схема производит логическое умножение И. В таблице истинности меняется лишь последовательность вариантов. 1 о.

Зазор ООИОИОуотоачиаОоти Рис. 6.16. Логические уровни для напряжения питания схемы 3 В. Рнс. 6.17. Передаточная характеристика. Если выбрать напряжение питания схемы 3 В, то ВЫСОКИЙ уровень Н равен примерно 3 В. При подключении нагрузки на выход схемы и протекании тока по элементам ВЫСОКИЙ уровень Н падает.