Логический элемент НЕ

: Следует отметить, что если элемент выполнен на кремниевом транзисторе n-р-n-структуры, источник смещения E_Б можно не включать, так как и при положительных потенциалах на базе (до 0,6 В) транзистор практически закрыт.

263. Что представляют собой логические элементы типа И. На какой элементной базе их проще всего сделать.

может иметь два (или более) входа и один выход и работать как при потенциальных, так и импульсных сигналах. Аналогом его может служить схема из последовательно включенных контактов реле. Рассмотрим работу элемента И, выполненного на диодах.

Элемент, предназначенный для работы с сигналами в виде напряжений (или импульсов) положительной полярности в положительной логике, показан на рис. 26.3, а. Он имеет три входа и один выход. Элемент реализует операцию И, если сигнал 1 появляется на выходе только тогда, когда одновременно на всех входах присутствует сигнал 1. При этом, если хотя бы на одном входе присутствует сигнал, соответствующий логическому нулю, он должен передаваться через открытый диод на выход и обеспечивать запирание тех диодов, на которые со стороны входа воздействуют сигналы, соответствующие логической 1. Будем считать, что сопротивление открытого диода R_доткр << R, а потенциалы сигнала и источника питания E схемы имеют значения, удовлетворяющие соотношению U⁰ < Е < U¹.

264. Какую функцию реализуют элементы ИЛИ.

может иметь два (и более) входа, один выход и работать как при потенциальных, так и при импульсных сигналах. Аналогом его может служить схема из параллельно включенных реле.

Рассмотрим элемент ИЛИ, выполненный на диодах и предназначенный для работы от сигналов в виде напряжений (импульсов) положительной полярности в положительной логике. Для того чтобы элемент реализовал операцию ИЛИ, необходимо, чтобы сигнал на выходе имел значение 1 только тогда, когда хотя бы на одном из входов действует сигнал 1. При этом сигнал 1 на входе должен обеспечивать запирание всех диодов, на которые со стороны входа воздействует сигнал 0. Соотношение потенциалов источника сигналов низкого U⁰ и высокого U¹ уровней и источника питания Е схемы такое же, как и в схеме элемента И: U⁰ < E < U¹ (если U¹ < E, то диоды будут всегда закрыты и выходное напряжение не будет изменяться). Сопротивление диода в открытом состоянии R_Доткр ≈ 0.

265. Какую функцию реализуют элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Операции ИЛИ - НЕ и И - НЕ образуются путем инверсии результатов, получаемых при выполнении операции ИЛИ и И соответственно:

ИЛИ - НЕ (26.1)

И - НЕ (26.2)

что видно из таблицы истинности для двух входных элементов (табл. 26.2).

266. Что представляет собой таблица истинности.

Таблица 26.2 - таблица истинности для двух входных элементов

Элемент, выполняющий операцию И - НЕ в положительной логике (табл. 26.3), в отрицательной логике выполнит операцию ИЛИ - НЕ (табл. 26.4).

Таблица 26.3 Таблица 26.4

Логические элементы на транзисторах

267. Из чего состоит элемент И-НЕ, сформированный на ДТЛ.

диодного элемента И и транзисторного элемента НЕ

268. Какой сигнал нужно подать на вход И-НЕ элемента на ДТЛ, чтобы на выходе была логическая единица.

Таким образом, на выходе элемента И - НЕ сигналом будет логическая 1, если на входе элемента НЕ присутствует сигнал, соответствующий логическому 0.

269. Из чего состоит элемент И-НЕ, сформированный на ТТЛ.

Он состоит из двух частей: элемента И на многоэмиттерном транзисторе Т₁ и элемента НЕ на транзисторе Т₂.

270. Какой сигнал нужно подать на вход И-НЕ элемента на ТТЛ, чтобы на выходе была логическая единица.

Если на один из входов подано напряжение U⁰, то потенциал базы транзистора T₁ станет выше потенциалов эмиттера и коллектора, поэтому T₁ окажется в режиме насыщения и ток базы замкнется через эмиттерные переходы T₁ и не поступит в его коллектор, а следовательно, и в базу T₂. Поэтому транзистор T₂ будет закрыт, а на его выходе - напряжение высокого уровня (логическая 1).

271. Какой сигнал нужно подать на вход ИЛИ-НЕ элемента на NМОПТЛ, чтобы на выходе была логическая единица

Если на оба входа подать напряжение меньше порогового (соответствующее логическому нулю), то транзисторы T₁ и Т₂ окажутся закрытыми, а ток стока - практически равным нулю. При этом ток стока нагрузочного транзистора Т_K тоже будет равен нулю. Поэтому на выходе установится напряжение, близкое к напряжению источника питания Е_C и соответствующее логической 1.

272. Что представляет собой базовый КМОП вентиль.

Если на оба входа A и B подан высокий уровень, то оба транзистора снизу на схеме открыты, а оба верхних закрыты, то есть выход соединён с землёй.

Если хотя бы на один из входов подать низкий уровень, соответствующий транзистор сверху будет открыт, а снизу закрыт. Таким образом, выход будет соединён с напряжением питания и отсоединён от земли.

273. Каково основное преимущество реализации логики на КМОП структурах

КМОП-схемы обладают более высокой скоростью действия и меньшим энергопотреблением, однако при этом характеризуются более сложным технологическим процессом изготовления и меньшей плотностью упаковки.

В схеме нет никаких нагрузочных сопротивлений, поэтому в статическом состоянии через КМОП-схему протекают только токи утечки через закрытые транзисторы, и энергопотребление очень низкое. При переключениях электрическая энергия тратится в основном на заряд емкостей затворов и проводников, так что потребляемая (и рассеиваемая) мощность пропорциональна частоте этих переключений (например, тактовой частоте процессора).

274. Чем отличаются элементы 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ, сформированные на КМОП структурах.

Схема 2ИЛИ-НЕ (рисунок 27.6) работает следующим образом: когда на оба входа подан низкий уровень, оба транзистора вверху открыты и на выход подаётся высокий уровень. Если на один из входов подать высокий уровень, тогда один из транзисторов снизу будет открыт и выход будет соединён с землёй.

На рисунке с топологией микросхемы 2И-НЕ можно заметить, что в ней используются два двухзатворных полевых транзистора разных конструкций. Верхний двухзатворный полевой транзистор выполняет логическую функцию 2ИЛИ, а нижний двухзатворный полевой транзистор выполняет логическую функцию 2И.