Mantiqiy funksiyalar va elementlar

Mantiqiy funksiyalar va elementlar
Reja:

1. 
   Asosiy mantiqiy elementlar.
   
2. 
   Mantiqiy element tizimlari.
   
3. 
   Bazaviy integral element sxemalar.
   

Tayanch iboralar: mantiqiy element, invertor, kon’yunktor, diz’yunktor, mantiqiy elementlar tizimi, birlashish koeffitsienti, tarmoqlanish koeffitsienti, xalaqitga bardoshlik, tranzistor-tranzistor mantiq ( ), emitter bog’lanishli mantiq ( ).

1. Ikkili o’zgaruvchilar ustida elementar mantiqiy amallar mantiqiy elementlar deb ataluvchi sxemalarda amalga oshiriladi.

5.1-rasmda potentsial signallar uchun inkor ( ) mantiqiy funktsiyasini [ ] amalga oshiruvchi invertor sxemasi va uning shartli belgilanishi keltirilgan. Agar invertorning kirish yo’liga birlik musbat signal berilsa tranzistor ochiladi va to’yinish rejimiga o’tadi. Invertorning chiqish yo’lida tranzistor emitteri potentsialiga yaqin mantiqiy "0" signali hosil bo’ladi. Agar invertorning kirish yo’liga nollik signal berilsa tranzistor ochilmaydi va invertorning chiqish yo’lida kollektor ta’minot manbaidagi potentsialga yaqin «1» signali hosil bo’ladi.

5.1-rasm. elementi (a) va uning shartli belgilanishi (b).

5.2- rasmda kon’yunktsiya ( ) funktsiyasini amalga oshiruvchi kon’yunktor [ ] sxemasi va uning shartli belgilanishi keltirilgan. Agar bunday sxemaning hech bo’lmaganida bitta kirish yo’lida birlik signali bo’lmasa (ya’ni bu kirish yo’lida nollik signal) sxemaning chiqish yo’lida mantiqiy nolga mos keluvchi past sathli signal hosil bo’ladi. Kon’yunktorning kirish yo’llariga faqat birlik signali (yuqori sathli musbat signal) berilsa manbadan rezistor va diodlar orqali tok oqish zanjiri berk bo’ladi, sxemaning chiqish yo’lida mantiqiy birga mos keluvchi manbaning yuqori potentsiali hosil bo’ladi.

5.3-rasmda diz’yunktsiya ) funktsiyasini amalga oshiruvchi diz’yunktor [ ] sxemasi va uning shartli belgilanishi keltirilgan.

5.2-rasm. elementi (a) va uning shartli belgilanishi (b).
Sxemaning biror-bir kirish yo’liga birlik signali berilsa kirish yo’li diodi va rezistor orqali tok oqadi va rezistordagi musbat kuchlanish chiqish yo’liga uzatiladi. Chiqish yo’lida birlik signalga mos yuqori sathli signal paydo bo’ladi. Bir vaqtning o’zida sxemaning barcha kirish yo’llariga faqat nollik signal berilganida sxemaning chiqish yo’lida nollik signalga mos past sathli signal bo’ladi.

5.3-rasm. elementi (a) va uning shartli belgilanishi (b).
2. Kompyuter mantiqiy elementlari tizimi (majmuasi yoki rusumi) deb raqamli qurilmalarni qurishga mo’ljallangan, axborotni ifodalashning bir xil usulidan va bir xil elementlararo bog’lanishdan foydalanuvchi, elektrik, konstruktiv va texnologik parametrlari umumiy bo’lgan funktsional to’liq mantiqiy elementlar naboriga aytiladi.
Elementlar tizimi mantiqiy amallarni bajaruvchi, signallarni kuchaytiruvchi, tiklovchi hamda signallarning standart shakllarini shakllantiruvchi elementlarni o’z ichiga oladi.
Hozirda asosan axborotni potentsial usulda ifodalashdan foydalanuvchi elementlar ("mantiqiy elementlarning potentsial tizimi") ishlatiladi. Aksariyat zamonaviy tizimlarda (rusumlarda) mantiqiy amallarni bajaruvchi , , va h. elementlar, triggerlar hamda kompyuter uzellari hisoblanuvchi murakkab funktsional elementlar namunaviy elementlar sifatida ishlatiladi.
Mantiqiy elementlar tizimining asosiy parametrlari - ta’minlovchi kuchlanish va mantiqiy 0 va 1 ni ifodalovchi signallar; va kirish yo’llari bo’yicha birlashish koeffitsienti; yuklama qobiliyati (chiqish yo’li bo’yicha tarmoqlanish koeffitsienti); xalaqitlarga bardoshligi; sochiluvchi energiya; tezkorligi.
Ta’minlovchi kuchlanish va signallar. Elementlar tizimi ishlatiluvchi ta’minlovchi kuchlanishlar soni va ularning nominal qiymatlari orqali xarakterlanadi. Mantiqiy elementlar uchun kirish yo’li va chiqish yo’li signallarining qutblari va sathlari ko’rsatiladi.
Kirish yo’li bo’yicha birlashish koeffitsienti mantiqiy elementdagi bo’lishi mumkin bo’lgan kirish yo’llari sonini belgilaydi. Kirish yo’li sonining oshishi elementning boshqa parametrlarining, xususan xalaqitlarga bardoshligining, tezkorligining va h. susayishiga olib keladi.
Chiqish yo’li bo’yicha tarmoqlanish koeffitsienti bir vaqtning o’zida elementning qancha mantiqiy chiqish yo’li yuklanishi mumkinligini ko’rsatadi.
Xalaqitlarga bardoshlik xalaqitlar mavjudligida elementning to’g’ri ishlash qobiliyati bo’lib, ishlashda adashishlarga olib kelmaydigan xalaqitlarning maksimal joiz kuchlanish orqali aniqlanadi.
Mantiqiy elementlarning tezkorligi eng muhim parametrlardan biri hisoblanadi va signal tarqalishi kechikishining o’rtacha vaqti orqali xarakterlanadi , ya’ni

Bu erda va - mos holda chiqish yo’li signalining fronti va pasayishiga nisbatan kechikishi (5.4-rasm).
Asosiy, ko’pincha ishlatiladigan integral elementlar quyidagilar: tranzistor-tranzistor mantiqning ( ) potentsial elementlari, emitter bog’lanishli tranzistor mantiqning potentsial elementlari ( ) va -tranzistordagi elementlar.
3. Tranzistor-tranzistor mantiqning ( ) potentsial elementlari. 5.5-rasmda bazaviy elementining sxemasi keltirilgan. elementining asosiy xususiyati - mantiqiy elementlarning integral qurilishiga xos ko’p emitterli tranzistorning ( ) ishlatilishi.
Agar ko’p emitterli tranzistorning barcha kirish yo’llariga yuqori sathli musbat kuchlanish («1» signali) berilsa tok rezistor orqali tranzistorning bazasiga oqadi, so’ngra kuchaytirilgan tok tranzistorning emitteridan invertirlovchi tranzistor ning bazasiga keladi va uni ochadi. Bunda va tranzistorlar berkiladi. Element chiqish yo’lida "0" signali (taxminan tranzistor emitteri potentsialiga teng) paydo bo’ladi.

5.4-rasm. Mantiqiy elementda signalning kirish yo’lidan chiqish yo’liga uzatilishida kechikish ( -signalning farqi).
Agar ko’p emitterli tranzistorning kirish yo’llaridan birida past sathli signal ("0" signali) paydo bo’lsa tranzistor berkiladi. Bu esa o’z navbatida tranzistorning berkilishiga olib keladi. tranzistor emitter takrorlagich sifatida ishlaydi, uning bazasiga rezistor orqali ta’minot manbai dan yuqori sath kuchlanish beriladi va tranzistor ochiladi. Element chiqish yo’lida yuqori sathli signal (mantiqiy «1» signali) paydo bo’ladi.

a) b)
5.5-rasm. ( ) elementining sxemasi (a) va sxemaning shartli belgilanishi (b).
tranzistor tranzistor uchun qarshiligi o’zgaruvchan kollektor rezistori vazifasini o’taydi. rezistorning qarshiligi katta emas va u chiqish yo’li tokini chegaralashga xizmat qiladi.
sxemasining yuklanish qobiliyati uning chiqish yo’liga o’ntagacha mantiqiy elementlarni ulashga imkon beradi. elementida signal kechikish vaqti 10...30 ns ni tashkil etadi.
Emitter bog’lanishli tranzistor mantiqniig potentsial elementlari ( ). 5.6-rasmda ( ) elementlar tizimidagi namunaviy sxema keltirilgan.
Sxema kirish yo’li tomoni umumiy kollektorli va umumiy emitterli – tranzistorlardan, chiqish yo’li tomoni tranzistordan tashkil topgan.
Agar elementning barcha kirish yo’llarida mantiqiy "0"ga mos kuchlanish sathi bo’lsa – tranzistorlar berkiladi. tranzistor esa ochiladi. Elementning biror kirish yo’lida mantiqiy "0" ga mos kuchlanish sathi paydo bo’lsa – tranzistor berkiladi va undan oqgan tok ochilgan kirish yo’li tranzistori orqali oqa boshlaydi.

5.6-rasm. Uch kirish yo’lli elementining sxemasi.
Chiqish yo’li signallari kirish yo’li va chiqish yo’li signallar sathining tengligi shartini ta’minlovchi emitter takrorlagichlardan olinadi. Emitter takrorlagichlar elementning yuqori yuklama qobiliyatini ta’minlaydi, unga 15 tacha mantiqiy elementlar ulanishi mumkin.
elementida signalning kechikish vaqti odatda 1÷10 ns ni tashkil etadi.
-tranzistorlar asosida qurilgan integral elementlar yoki elementlarga nisbatan sekin ishlaydi. Ammo bu elementlar kam energiya iste’mol qiladi, yuklanish qobiliyati va xalaqitlarga bardoshligi yuqori. Eng muhimi, bu elementlar integral sxema yuzasida kam joyni egallaydi. -tranzistordagi elementlar texnologiyasi murakkab emas va demak ular arzon.
-tranzistorlarning " " va " "-xillari mavjud. 5.7-rasm "a" va -xildagi -tranzistor asosida qurilgan invertor sxemasi keltirilgan. Zatvorga (sxema kirish yo’liga) yuqori sathli signal berilganida istok va stok orasidagi qarshilik kamayadi va chiqish yo’lida kuchlanishning past sathi o’rnatiladi. Zatvorga past sathli signal berilganida istok va stok orasidagi qarshilik juda katta bo’ladi va chiqish yo’lida kuchlanishning yuqori sathi o’rnatiladi. -tranzistorlar asosidagi sxemalarda yuklama rezistor sifatida -tranzistorning ishlatilishi texnologiya nuqtai nazaridan qulay hisoblanadi va bu tranzistorni ochish rejimiga o’rnatish uchun uning zatvoriga kuchlanish beriladi (5.7-rasm "b").

5.7-rasm. -xildagi -tranzistor asosida qurilgan element sxemalari.
-xildagi -tranzistorlar ishlatilganida manba va boshqarish manfiy kuchlanish orqali amalga oshiriladi." " va " "-xilli tranzistorlarda (to’ldiruvchi tranzistorlarda) qurilgan invertor sxemasi 5.7-rasm "v" da keltirilgan. Bunda sxema kirish yo’liga yuqori sathli kuchlanish berilganida pastki tranzistor ochiladi, yuqoridagisi esa berkiladi. Aksincha, sxema kirish yo’liga past sathli kuchlanish berilsa yuqori tranzistor ochiladi, pastdagisi esa berkiladi.

5.8-rasm. Kombinatsion - sxemalar: a) - yuklama tranzistorli elementi; b) - yuklama tranzistorli elementi; v) - to’ldiruvchi tranzistorli sxemasi; g) - to’ldiruvchi tranzistorli sxemasi.

To’ldiruvchi tranzistorli sxemalar kam energiya iste’mol qiladi va yuqori tezkorlikka ega, chunki sxemaning parazit sig’imining zaryadlanish va razryadlanish zanjirida ochiq tranzistorlarning kichik qarshiligi ulangan bo’ladi.

va funktsiyalarni amalga oshiruvchi sxemalar -tranzistorlarni, mos holda, ketma-ket va parallel ulash orqali quriladi. Bunda odatda sxemaning chiqish yo’lida va inversli funktsiyasi, ya’ni va olinadi. -tranzistorlar asosida qurilgan mantiqiy elementlarning ishlash printsipini 5.8-rasmda keltirilgan sxemalar orqali tushunish qiyin emas.