Б3В Классификация системы логических элементов, типовые схемы, параметры и характеристики

Основные понятия Высказывание – одно из основных понятий логики – относительно высказывания можно утверждать, что оно имеет истинный или ложный смысл. В булевой алгебре отвлекаются от содержания высказывания, обозначения сами высказывания буквами Х, Y и другие. Истинность высказывания 1, а ложность – 0. Высказывание, представленное в таком виде, является переменной алгебры логики или булевыми переменными. Операции, выполняемые над булевыми переменными, называются логическими операциями. Функция y=f(x1, x2, …, xn) называется булевой, если она, как и её переменные, принимает значение 1 или 0. Для задания булевых функций используют: табличный способ (с помощью таблиц истинности, в которой приводятся все наборы аргументов и каждому набору ставится в соответствие значении функции; Число наборов, которые можно получить из n-аргументов, равно 2n) аналитический способ (представляет функцию в виде выражения, составленному из булевых переменных и знаком операций). ЛЭ называется электронное устройство, выполняющее логическую операцию над булевыми переменными, представленными в виде электрических сигналов. В современных ЛЭ использует потенциальное кодирование булевых переменных, при котором они представляются низким и высоким уровнями напряжения. Если низкий уровень – 0, а высокий – 1, то такой способ кодирования называют положительной логикой. Если наоборот, то отрицательной логикой. В дальнейшем будет использовать положительную логику. Классификация ЛЭ по выполняемым логическими операциям Элемент НЕ (инвертор). Выполняет операцию НЕ (логическое отрицание, инверсию), которая изменяет значение булевой переменной на противоположное. Для обозначения этой операции используют горизонтальную черту над переменной (догадайся, как обозначается).

Закон двойного отрицания: Элемент ИЛИ (дизъюнктор). Выполняет операцию ИЛИ (логическое сложение, дизъюнкция). x1Vx2. Значение функции y=x1Vx2V…Vxn равно 0 только тогда, когда x1=…=xn=0. В остальных случаях y=1.

Тождества:

xV0=x; xV1=1; xVx=x; xV=1

Элемент И (конъюнктор). Выполняет операцию И (логическое умножение, конъюнкция). x1&x2, x1x2, x1x2. Значение функции y=x1х2…xn равно 1 только тогда, когда x1=…=xn=1. В остальных случаях y=0.

Тождества: x&0=0; x&1=x; x&x=x; x&=0 Элемент ИЛИ-НЕ. Выполняет операцию ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса). х1↓х2 или (читается «или с отрицанием»). Значение функции y= =1 только при x1=…=xn=0. В остальных случаях y=0.

Правила Де Моргана: или Элемент И-НЕ. Выполняет операцию И-НЕ (штрих Шеффера). x1|x2 или (читается «и с отрицанием»). Значение функции y= =0 только при x1=…=xn=1. В остальных случаях y=1.

Так же можно применить правило Де Моргана: или В состав некоторых серий ЦИС входят все рассмотренные типа ЛЭ, но в большинстве серий базовыми являются И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Это объяснятся их универсальностью, позволяющее создавать любые цифровые устройства только на элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ. В состав серий ЦИС имеются так же комбинированные логические элементы, выполняющие операции И-ИЛИ, И-ИЛИ-НЕ и так далее В условных буквенно-цифровых обозначениях ЦИС функциональное назначение логическое элементов кодируется двумя буквами.

Примеры обозначения: 133ЛН1, К155ЛЛ1, 533ЛЛЕ4, 555ЛИ6, 530ЛА2, 1533ЛР11

1.3.Классификация ЛЭ по используемым транзисторным структурам ЛЭ на БТ и ЛЭ на МДП. На БТ. Как правило, применяют транзисторы n-p-n, которые характеризуются более высоким быстродействием, чем p-n-p, благодаря большей подвижностью электронов по сравнению с дырками. Кроме того технология изготовления БТ n-p-n проще. Наиболее распространенными ЛЭ на БТ являются элементы ТТЛ (транзисторно-транзисторной логика), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ). Особой разновидностью БТ являются транзисторы с инжекционным питанием, на основе которых создаются И2Л (интегральная инжекционная логика). На МДП. Чаще с индуцированным каналом. Среди них на n-канальных (nМОПТЛ) и на p-канальных (pМОПТЛ). Так же есть на комплементарных парах транзисторов (КМПОПТЛ).

Вопрос 2. Характеристики и параметры ЛЭ делятся на статические и динамические. Статические характеристики и параметры соответствуют установившемуся режиму работы ЛЭ, а динамические – переходному режиму работы ЛЭ. Основной статической является передаточная характеристика. Передаточная характеристика Uвых=f(Uвх).

Передаточная характеристика инвертирующего логического элемента, по которой можно определить его статические параметры. Статические параметры ЛЭ: Напряжение питания Uп. Входное и выходное напряжение низкого и высокого уровня U0 и U1. Логический перепад ∆Uл=U1- U0. Среднее пороговое напряжение Uпор = 0,5(Uпор0+ Uпор1). Ток, потребляемый от источника питания Iпот. Входной и выходной токи низкого и высокого уровней Iвх0, Iвых0, Iвх1, Iвых1 Средняя потребляемая мощность Pпот ср = 0,5(Pпот0 + Рпот1) (Потребляемая мощность в состоянии логического нуля и логической единицы). Коэффициент разветвления по выходу Kраз равен числу входов ЛЭ, которые можно подключить к выходу данного элемента. Параметр характеризует нагрузочную способность ЛЭ. Напряжение и статические помехи Uпом = min(Uпом0,Uпом1) наибольший уровень статической помехи не нарушающий нормальную работу логического элемента, где Uпом0 = Uпор0 - U0 помехоустойчивость при низком уровне входного сигнала (допустимое включающее помехи), а Uпом1 = Uпор1 - U1 при высоком уровне входного сигнала (допустимая выключающая помеха)

Динамические параметры – характеризуют свойства ЛЭ в режиме переключения и определяются путем сравнения по времени входного и выходного сигналов.

Время задержки распространения при включении tзд.р1,0 Время задержки распространения при выключении tзд.р0,1 Среднее время задержки распространения tзд.р.ср = 0,5(tзд.р1,0 + tзд.р0,1) На ряду с понятием статической помехоустойчивости используют понятие динамической помехоустойчивости, характеризующее способность ЛЭ противостоять действию импульсных помех, длительность которых соизмерима с временем переключения логических элементов. Чем выше быстродействие ЛЭ, тем ниже его динамическая помехоустойчивость. Характеристика динамической помехоустойчивости – это зависимость допустимой амплитуды импульсной помехи Uдоп от его длительности tпом. Для сравнительной оценки различных типов ЛЭ, в том числе изготовленных по разным технологиям, используют обобщенный параметр, называемый средней работой переключения Aср=Pпот.ср *tзд.р.ср, который одновременно учитывает и потребляемую мощность и быстродействие. Чем меньше значение этого параметра, тем совершеннее технология и схемотехника ЛЭ.