Ответы на экзаменационные вопросы, страница 3

Существуют простейшие логические элементы, которые определены непосредственно в булевой алгебре: &. |, V, …

Существует понятие функционально полного набора логических элементов: минимальный набор логических элементов, с помощью которых может быть реализована любая логическая функция.

1. И, ИЛИ, НЕ

2. И, НЕ

3. ИЛИ, НЕ

4. И–НЕ (штрих Шеффера)

5. ИЛИ–НЕ (стрелка Пирса)

30.Построение комбинационных схем по заданным логическим функциям.

а) Если непосредственно в лоб, то:

• 4 конъюнктора (3-х входовые)

• 3 инвертора

• 1 дизъюнктор (4-х входовый)

б) – тупиковая ДНФ.

«+» – уменьшение числа ЛЭ (уменьшение массогабаритных параметров, стоимости, уменьшение потребляемой мощности). Элементы имеют меньшее число входов, следовательно улучшаются параметры самих элементов (быстродействие, помехоустойчивость, потребляемая мощность). Уменьшается время задержки. Уменьшается вероятность гонок или состязаний сигналов.

31.Функциональные параметры логических элементов.

Параметры логических элементов можно разделить на:

1. функциональные

2. измеряемые

3. режимные

4. технико-экономические

Функциональные параметры определяют логические возможности элементов.

1. К раз (N - нагрузочная способность) коэффициент разветвления – максимальное количество ЛЭ, которое можно подключить к выходу данного ЛЭ без потери работоспособности этого ЛЭ.

С увеличением числа элементов, подключаемых к выходу ЛЭ, ухудшается быстродействие, снижается помехоустойчивость, увеличивается потребляемая мощность.

В ряде случаев к выходу ЛЭ требуется подключать достаточное количество входных элементов. Для увеличения Краз на выходе ЛЭ ставится мощный буферный каскад. (Краз = 20-30)

1. Коб.вх. (коэффициент объединения по входу) – максимально возможное число входов ЛЭ, по которым выполняется заданная логическая функция.

П ри минимальном количестве входов ЛЭ имеют наилучшие параметры.

Для увеличения Коб.вх. к специальным входам ЛЭ подключается схема – расширитель, которая позволяет увеличить число входов.

1. Коб.вых. (коэф. объединения по выходу) – максимально возможное число ЛЭ, объединенных по выходу, при котором выполняется логическая функция ИЛИ.

П одобное соединение никак не повлияет на параметры схемы.

1. Помехоустойчивость:

   • статическая

   • динамическая

Динамическая помехоустойчивость ЛЭ зависит от многих параметров помехи: от формы сигнала, от длительности импульса, амплитуды. Определяется экспериментально.

Статическая помехоустойчивость – устойчивость к воздействию уровня статической помехи. Под статической помехоустойчивостью понимают обычно максимально допустимый уровень помехи, при котором еще не происходит изменение состояния ЛЭ. Определяют по передаточной характеристике.

+ положительная помеха

– отрицательная помеха

На практике уровни логических «0» и «1» находятся в определенных диапазонах.

– максимальное значение входного напряжения, при котором на выходе инвертора еще существует состояние, когда присутствует логическая «1»

– минимальное значение входного напряжения, при котором на выходе ЛЭ еще существует состояние логического «0»

Диапазон от до соответствует неопределенному состоянию ЛЭ. Здесь ЛЭ находится в переходном режиме.

32.Динамические параметры логических элементов.

Параметры логических элементов можно разделить на:

1. функциональные

2. измеряемые

3. режимные

4. технико-экономические

Измеряемые параметры в свою очередь делятся на статические и динамические.

Рассмотрим динамические параметры ЛЭ на примере инвертора:

– время включения; – время выключения

– время задержки; – время задержки распространения

– работа переключения.

– считаем, что логическая «1» начинает появляться на ЛЭ.

– ЛЭ начинает реагировать на логическую «1», поданную на вход.

1. – время задержки при переходе 1 –> 0

– задержка включения элемента

1. – время задержки при переходе 0 –> 1

1. – время включения ЛЭ ( = времени перехода 1 –> 0)

1. – время выключения ЛЭ ( = времени перехода 0 –> 1)

1. – время задержки распространения при включении ЛЭ

1. – время задержки распространения при выключении ЛЭ

1. – среднее время задержки распространения (приводится в справочнике)

33 Базовый элемент ТТЛ-логики

Б азовым элементом считается И-НЕ со сложным инвертором.

БЭ исп. Много эмиттерный транзистор: имеет 1 базу, 1 коллектор и , как правило от 3 до 8 эмиттеров, которые электрически развязаны и действуют независимо друг от друга.

R1, МЭТ, VD1, VD2, VD3 реализуют схему И, остальная часть схемы – сложный инвертор.

Фазоинверсный каскад VТ1, R1, R2

Остальная часть – эмиттерный повторитель.

Чтобы сделать круче передаточную характеристику:

R3=0,56 кОм, R5=0,84 кОм

Быстрый открыватель и запиратель VT3=>сделать более крутой пер.характер

МЭТ в данной схеме работает только в 2-х режимах: ИАР и РН

Случаи:

1. На все входы подается «1»

Все эмиттерные переходы МЭТ оказываются закрытыми, поскольку потенциал базы при этом выше, чем у коллектора то в МЭТ течет ток Iк от Б к К=>МЭТ в ИАР

VT1 отпирается, эмиттерный ток VT1создает напряжение на R3, что приводит к отпиранию VT3, т.о VT3 переходит в состояние насыщения. Из-за того, что VT1 и VT3 открыты, потенциал К VT1 уменьшается, что приводит к запиранию VT2(VT2 находится в НАР, с очень малым коллекторным током)

Т.о Uвых=Uкэ.vt3.нас

Uкэнас=0.04-0.45В

Предположим, что Uкэ.vt3.нас=0.3В, что можно условно чситать напряжением «0»

1. Х1= «0», Х2 и Х3= «1»

Эм. переход МЭТ открывается, когда на вход подается «0». Потенциал базы падает и коллекторный ток определённой величиной Iко, т.о Iк меняет свое направление(Iко~0A)=> VT1 запирается, МЭТ работает в ИАР, т.о VT3 тоже запирается (т.к ток эм.VT1~0)

Потенциал коллектора VT1 становится высоким, что приводит к отпиранию VT2(насыщение), тогда потенциал коллектора VT3 становится близким к напряжению источника питания

U(1)=Еип – U(R2)(=0) – Uбэ.vt2.нас – Uvd4

U(*)=U бэ.vt.нас=Uvd

U(1)=5-0.7-0.7=3.6В

Назначение некоторых элементов в схеме:

VD1, VD2, VD3 – диоды антизвонные, которые уменьшают действие отрицательной помехи на логический элемент.

VD4 – диод, обеспечивает запирание VT2 в том случае, когда открыт VT3, иначе VT2 был бы всё время открыт.

R4 уменьшает логический перепад, т.е увеличивает помехоустойчивость схемы

Существует момент времени, когда VT2 и VT3 открыты.

R4 ограничивает ток в цепи R3-r2-R4-VT3 в момент изменения состояния схемы, т.е предохраняет VT2 и VT3 от перегрузки.

Выводы К и Э сделаны в схеме для подключения расширителя, чтобы увеличить коэф-т подключения по входу.

Помехоустойчивость:

По + помехе Uп(+)=0.8В По - помехе Uп(-)=2.3В

Рпотребл=15-20мВт

Быстродействие: tзд.р.ср=10-20нс

ТТЛ относится к логике, которая предполагает малую степень интеграции.

ТТЛ логика имеет среднее быстродействие и помехоустойчивость.

В ТТЛ-логике базовый элемент является типовым.

Объединение по выходу

Для реализации таких БЭ коэффициент по выходу используют элемент с 3-мя состояниями.

34. Базовый элемент ТТЛ-логики с 3-мя состояниями

Под 3-им состоянием понимается бесконечно большое сопротивление на выходе схемы. Это означает, если выходное сопротивление стремится к бесконечности, то ТТЛ элементы можно соединить по выходу.

Работа элемента:

Если на входе Ez образуется состояние логического «0», то логические элементы работают как обычные элементы И-НЕ в соответствии с комбинациями сигналов на входах Х1, Х2, Х3.

Если на входе Ez подается «1», то тогда независимо от состояния информационных входов Х1, Х2, Х3 на выходе ЛЭ реализуется бесконечно большое сопротивление.

3-е состояние обеспечивают: Ez, Z. VT4

Если на вход Ez подается «0», то VT4 закрыт и никак не влияет на работу схемы.

Если на вход Ez подается «1» то VT4 открывается и переходит в состояние насыщения, тогда из-за низкого напряжения на коллекторе VT4 транзисторы VT1 и VT2 оказываются в запертом состоянии, поэтому VT3 тоже заперт, таким образом на выходе получается бесконечно большое сопротивление.

Динамические параметры ТТЛ

Определяются паразитными емкостями переходов, а также теми сопротивлениями, которые присутствуют в базе (для МЭТ)

35. Базовый элемент ЭСЛ-логики

ЭСЛ (ПТТЛ – переключатели тока)

Переключатели тока на биполярных транзисторах

Представляют собой 2 симметричных плеча, стараются подобрать транзисторы с одинаковыми электрическими параметрами. Отличие этой схемы от работы БЭ ТТЛ в том, что транзисторы в схеме работают в НАР, причем в классе усиления А ~min линейные искажения, наличие тока покоя (это делается для повышения быстродействия) всегда ( вне зависимости от входного сигнала)