Базовые логические элементы

Что такое логический элемент 

Этот электронный чип обеспечивает определенную взаимосвязь между сигналами входа и выхода.

Где применяются логические элементы

Логические элементы могут служить автономными частями схемы и составными частями более сложной схемы. В качестве самостоятельного элемента микросхему используют для управления устройством. Также чип с логической опцией имеет назначение генератора импульсов в радиодеталях.

В комбинационных цифровых схемах рассматриваемые элементы составляют часть больших и сверхбольших интегральных схем, шифраторов и дешифраторов. В триггерах, регистрах, счетчиках и других схемах с памятью также применяют микросхемы с функцией логических действий.

Классификация логических элементов

В зависимости от вида используемых сигналов микросхемы с логическим действием бывают:

1. Потенциальные: данные на входе представляют собой напряжения различных уровней. Высокое напряжение — это логическая единица, означающая истину. Низкое напряжение называется логическим нулем и считается ложным значением. В зависимости от подачи напряжения на входе и выполненной операции на выходе получается истина или ложь.
2. Импульсные: отсутствие импульсов = логический ноль, наличие импульса = логическая единица.
3. Импульсно-потенциальные: Наличие положительного импульса заданной амплитуды означает логическую единицу, его отсутствие — логический ноль.

В зависимости от типа используемых материалов выделяют следующие разновидности микросхем:

1. Диодно-резисторная логика. Использование схем, разработанных по этой технологии, возможно только с полупроводниковыми триодами. Для самостоятельного применения этих элементов характерны большие потери.
2. Диодно-транзисторная логика. Операции при этой технологии реализуются посредством диодных цепей, а усиление и инверсия сигнала происходят благодаря транзистору.
3. Резисторно-транзисторная логика. Данный класс чипов базируется на резисторах и биполярных транзисторах.
4. Транзисторно-транзисторная логика. За триодом, выполняющим логическую операцию, подключают выходной инвертор для четкости сигнала на выходе.

Примеры основных логических элементов

На чипах с логической функцией выполняют основные операции:

• конъюнкция — умножение;
• дизъюнкция — сложение;
• инверсия — отрицание;
• сложение по модулю 2.

Логический элемент «И»

Микросхема «И» выполняет конъюнкцию над входной информацией. Элемент «И» имеет 2-8 входов и один выход.

 

Логический элемент «ИЛИ»

Действие сложения над входными данными выполняет элемент «ИЛИ». У этого устройства может быть 2 и более входов и лишь один выход.

Логический элемент «НЕ»

Операцию отрицания осуществляет элемент «НЕ». Поскольку он имеет по одному входу и выходу, его называют инвертором.

Для элемента «НЕ» характерно обращение входной информации. При подаче на вход логической единицы выйдет логический ноль, и наоборот, при подаче нуля выйдет единица.

Логический элемент «И-НЕ»

«И-НЕ» выполняет функцию отрицания результата конъюнкции. Название следует из принципа работы элемента: «И-НЕ» представляет собой элемент «И», который дополнен элементом «НЕ». Следовательно, «И-НЕ» осуществляет операцию, обратную для элемента «И».

Логический элемент «ИЛИ-НЕ»

Комбинация «ИЛИ-НЕ» выполняет операцию отрицания дизъюнкции. Данный элемент является противоположным элементу «ИЛИ», соответственно, значения входа и выхода для этих элементов тоже будут обратными друг другу.

Логический элемент «исключающий ИЛИ»

Элемент с функцией сложения по модулю 2 называется «исключающем ИЛИ», другое его название — «неравнозначность». Данная микросхема имеет два входа и один выход.

Истинное значение будет в случае разных сигналов на входах. Если на обоих входах будет высокий потенциал, на выходе получится низкий. При одновременной подаче низкого уровня сигнала на каждый вход на выходе также будет низкий уровень.

Обозначения логических элементов на схеме

Устройство «И» имеет разное условное обозначение в зависимости от числа входов на устройстве: 2И — чип с двумя входами, «3И» — микросхема с тремя входами и т.д. На схеме это выглядит так:

Элемент «ИЛИ» обозначается подобно интегральной схеме с функцией умножения: «2ИЛИ» = 2 входа, «3ИЛИ» = 3 входа и т.д.:

Чип, осуществляющий отрицание, обозначается схематически так:

На чертеже изображен пример обозначения «2И-НЕ»:

Условное обозначение «2ИЛИ-НЕ» выглядит следующим образом:

«Исключающее ИЛИ» принято изображать так: