Логические элементы
Любые цифровые микросхемы строятся на основе простейших логических элементов "НЕ", "ИЛИ", "И".
Простейшим логическим элементом является инвертор, который работает в соответствии с таблицей, приведённой на рисунке 1. Этот логический элемент просто изменяет значение входного сигнала на прямо противоположное значение.
Рисунок 1. Таблица истинности логического инвертора
В качестве инвертора можно использовать обычный транзисторный усилитель с транзистором, включенном по схеме с общим эмиттером или истоком. Схемы, позволяющие реализовать функцию логического инвертирования, приведены на рисунке 2. На рисунке 2а приведена схема инвертора на обычном биполярном транзисторе, выполняющего функцию инвертирования, а на рисунке 2б приведена схема инвертора, выполненного на комплементарных МОП транзисторах.
Рисунок 2. Схемы, позволяющие реализовать функцию логического инвертирования.
Как видно из этих схем, функцию инвертирования осуществляет транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером (общим истоком). Эти схемы обладают различным временем распространения сигнала и могут работать на различные виды нагрузки. Но независимо от схемы они осуществляют одну и ту же функцию. Для того, чтобы особенности включения транзисторов не затеняли выполняемую функцию, были введены специальные обозначения для цифровых микросхем.
Изображение инвертора на принципиальных схемах не зависит от технологии, по которой изготовлена цифровая микросхема, и приведено на рисунке 2.2. С этого момента схема инвертора в дальнейшем будет приводиться исключительно так, как это показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Изображение логического инвертора на принципиальных схемах.
Часто
Следующим наиболее распространённым элементом в цифровой технике является элемент, реализующий логическую операцию "И", однако чаще всего существуют не отдельные схемы логического "И", а более сложные схемы, выполняющие одновременно логическую функцию "И" и логическую функцию "НЕ".
Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2И-НЕ" приведена на рисунке 4.
Рисунок 4. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "И-НЕ".
Как видно из приведённой таблицы истинности активный сигнал на выходе этого логического элемента появляется только тогда, когда и на входе X и на входе Y будут присутствовать логические единицы. То есть этот логический элемент действительно реализует операцию “И”
Проще всего построить такой элемент на самых обыкновенных ключах, как это показано на рисунке 5. В этой схеме ток будет протекать только тогда, когда оба ключа будут замкнуты, а значит, нулевой уровень на выходе схемы появится только при двух логических единицах на входе. Точно таким же образом выполняется элемент “И-НЕ” и на микросхемах, построенных по КМОП технологии, только в качестве ключа используется МОП транзистор. Схема логического элемента "И-НЕ", выполненного по КМОП технологии приведена на том же рисунке.
Рисунок 5. Принципиальные схемы, реализующие логическую функцию "2И-НЕ" Изображение схемы, выполняющей логическую функцию "2И-НЕ", на принципиальных схемах приведено на рисунке 6, и с этого момента схемы, выполняющие функцию “И” будут приводиться именно в таком виде. Это изображение не зависит от конкретного типа технологии построения цифровой микросхемы.
Точно также как не существует отдельных схем логического "И", выполненных по технологии ТТЛ, не существует отдельных схем логического "ИЛИ". Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2ИЛИ-НЕ" приведена на рисунке 7.
Как и в предыдущем случае воспользуемся для реализации схемы “ИЛИ” ключами. На этот раз соединим ключи параллельно. Схема, реализующая таблицу истинности 7, приведена на рисунке 8. Схема логического элемента "2ИЛИ-НЕ", выполненного по КМОП технологии приведена на этом же рисунке.
Как видно из приведённых схем уровень логического нуля появится на выходе любой из этих схем, как только будет замкнут любой из ключей, то есть приведённые схемы реализуют таблицу истинности, приведённую на рисунке 7.
Так как одна и та же функция может быть реализована различными схемами, то для обозначения этой функции на принципиальных схемах используется специальный символ ‘1’, как это приведено на рисунке 9.
Рисунок 9. Изображение схемы, выполняющей логическую функцию "ИЛИ-НЕ".
[ ] [ ] [ ]
