Цифрова схемотехника - пищов

[Mozo]

ВЪПРОС 1
1. ЛОГИЧЕСКИ ЕЛЕМЕНТИ
Обект на цифровата схемотехника са схеми и системи, в които ка-то правило могат да се определят само две възможни състояния. Обикновено тези състояния се представят чрез две различни стойности на напрежение, условно наречени Н и L.
1.1. Логически нива
На двете състояния в цифровата схемотехника се присвояват логи-чески нива — 0 и 1 и цялостното им поведение се описва от законите на двоичната логика. Когато на високото ниво е съпоставена логичес-ка 1, а на ниското — логическа 0, логиката се определя като положителна. Когато на ниското ниво е съпоставена логическа 1, а на високото — логическа 0, логиката се определя като отрицателна (фиг. 1.1).

Фиг. 1.1. Логически нива.
В цифровата схемотехника се използуват и двете логики, но положителната е по-често използувана.
На практика всяко от двете логически нива представлява някаква област (зона) от стойности на напрежението. Логическата 1 се предс-
тавя от всяко напрежение, намиращо се между определени минимална и максимална стойности. По същия начин логическата 0 се представя от всяко напрежение, намиращо се между други определени минимална и максимална стойности.

Фиг. 1.2. Области на логическите нива.
Областта между U°max и U1mjn e неопреде-лена област. Всяко напрежение от тази област може да се възпри-еме като 0 или /, без да е сигурно кое ще се случи..
1.4. Логически вентили
Логическите вентили (Gate) ca основните логически елементи, с които се изграждат схемите в цифровата електроника.
Инверторът, вентил HE (NOT), реализира основната логическа функция инверсия или допълнение. Инверторът сменя постъпващото на входа му логическо ниво в противоположното. Логическите симво-ли на инвертора са показани на фиг. 1.9.

Фиг. 1.9. Логически символи на инвер-тор.
Вентилите И (AND) и ИЛИ (OR) реализират съответно логическо умножение и събиране между няколко входни величини.


Фиг. 1.10. Двувходови логически вентили: а) — И; б) — ИЛИ.
С допълнителен инвертор вентилите И и ИЛИ се превръщат в
най-популярните вентили И-НЕ (NAND) и ИЛИ-НЕ (NOR).


Фиг. 1.11. Двувходови вентили: а) — И-НЕ (НЕ-ИЛИ); б) — ИЛИ-НЕ (НЕ-И).
на практика като самостоятелно изграждани вентили се срещат още само логическите вентили ИЗКЛЮЧВАЩО ИЛИ (XOR) и ИЗК-ЛЮЧВАЩО ИЛИ-НЕ (XNOR).


Фиг. 1.12. Двувходови логически вентили
От таблицата на истинност на вентила XOR могат да се видят не-говите три основни приложения:
— Реализиране на логическата функция СУМА ПО МОДУЛ 2;
— Индициране на равенство. Ако входните величини са еднакви Y = 0, а ако са различни Y = 1;
— Реализиране на управляемо инвертиране. Ако Х2 се разглежда
като управляващ сигнал, при Х2 = 0 следва Y = X1, а ако Х2 = 1 то Y = X1, т.е вентилът инвертира или не сигнала на единия вход, спо-ред състоянието на другия.

Фиг. 1.13. Закъснение при разпространя-ването на цифров сигнал.
Най-важният параметър на логическите вентили е времето на закъснение при разпространява-нето на сигнала през него (Propagation delay time). Специ-фицират се две времена на закъс-нение: tp^ — време на закъсне-ние на сигнала при спадащ пре-ход в изхода на вентила; tpcfff — време на закъснение на сигнала при нарастващ преход в изхода на вентила. Тези две времена се измерват спрямо 50%-ните стой-ности на входните и изходните импулси
Честотните свойства на логическите схеми се характе-ризират с усреднен параметър — т.нар. време на превключване:

Друг параметър за логическите вентили е консумираната мощност (Power dissipation) от захранващия източник. Трети параметър представлява коефициентът на разклонение на логическия вентил (Fan-out).
2.1. Транзисторен ключ, резисторно-транзисторна логика — RTL и транзисторно-резисторна логика — TRL

Фиг. 2.1. Електронен ключ с биполярен транзистор.
Най-простият логически еле-мент, реализиращ функцията HE е транзисторният инвертор (фиг. 2.1). Транзисторът е свързан в схема с общ емитер и работи в ключов режим. При високо ниво на входа, транзисторът е наситен и нивото в изхода е ниско (за си-лициеви транзистори < 0,1 V). При ниско ниво на входа, тран-зисторът е запушен и в изхода се установява високо ниво.
Основното закъснение при превключване се определя от вре-мето на разсейване на неоснов-ните токоносители в базата на транзистора при излизането му от насищане.
Разновидност на транзистор-ния ключ е резисторно-транзис-торната логика (RTL), чийто ос-новен елемент е показан на фиг.

Фиг. 2.3. Биполярни транзисторни логики: а) — транзисторно-резисторна логика — TRL;
2.2. Диодна логика и диодно-транзисторна логика — DTL.

Целият материал: