Л.р.№ 1 Логічні елементи

Лабораторна робота № 1

ВИВЧЕННЯ ЛОГІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

ЗАВДАННЯ: вивчити будову та принцип дії базових логічних елементів діодної, транзисторної та діодно-транзисторної логіки.

3.Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC.Том 2. Моделирование элементов телекоммуникационных и цыфровых систем. 6-е изд., перераб. и доп. –

М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2006. – 640 с.: ил.

4.Кузин А.В. Микропроцессорная техника: Учебник для сред. проф. образования / А.В. Кузин, М.А. Жаворонков.

– М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 304 с.

ОБЛАДНАННЯ: 1. Персональний комп’ютер

2. Програмний засіб Electronics Workbench

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Елементами в комп’ютерній схемотехніці називають найменші неподільні мікроелектронні схеми (вироби), призначенні для виконання логічних операцій. Елементи будуються на основі двохпозиційних перемикачів, що досить зручно реалізувати технічно (високий і низький рівень напруги).

В комп’ютерній схемотехніці в основному використовують потенціальну систему елементів наведемо особливості потенціальної

системи елементів:

на входах і виходах логічних елементів діють тільки потенціальні сигнали;

з виходу одного елемента на вхід іншого передаються як перехідні так і встановлені значення сигналів;

на шляху потенціального сигналу не дозволяється вмикати конденсатори, обмотки трансформаторів, оскільки тривалість потенціального сигналу взагалі необмежена;

відсутність конденсаторів і трансформаторів у колах зв'язку сприяє спрощенню технології виготовлення мікросхем;

2

 реалізується обмежений набір булевих функцій (НЕ, АБО, І, НЕ-АБО, НЕ-І, НЕ-І-АБО, виключаюче АБО).

Потенціальні елементи розрізняють по схемотехнічній ознаці – способом з’єднання транзисторів, діодів та резисторів між собою в межах однієї схеми типового логічного елемента. Розрізняють такі види логіки

потенціальних елементів:

діодну (ДЛ) і діодно-транзисторну логіку (ДТЛ);

транзисторну логіку (ТЛ), у якій виділяють схеми з безпосередніми зв'язками (ТЛБЗ), з резисторними зв'язками (ТЛРЗ) і резисторноконденсаторними зв'язками (ТЛРКЗ);

інтегральну інжекційну логіку (ІІЛ);

транзисторно-транзисторну логіку (ТТЛ) та її модифікацію з діодами Шотки (ТТЛШ);

емітерно-звязану логіку (ЕЗЛ);

МОН-транзисторну логіку (р-МОН, n-МОН, КМОН);

логіку на основі арсеніду галію (AsGa).

Діодні логічні елементи є історично першими і не можуть реалізувати

логічну операцію заперечення. З їх використанням реалізують лише операції логічного добутку, суми та їх комбінації.

Логічний елемент АБО. Схема логічного елемента АБО, що реалізує логічну операцію диз'юнкції на два входи, умовне позначення та часові діаграми подано нарис. 1.

Високий рівень напруги на виході діодного елемента АБО встановлюється при подачі на один або на обидва входи високого рівня напруги, при яких відкриваються кремнієві діоди VD1 або VD2, чи обидва діоди разом. При подачі на обидва діоди низьких рівнів напруги (менше 0,4 В), діоди закриті, струм в колі не протікає і вихідна напруга майже рівна

4

Транзистор VT1 може перебувати в трьох основних режимах: відсікання колекторного струму (закритий стан), насичення (відкритий стан) та активної роботи (підсилення). В режимі відсікання колекторний і базовий переходи закриті (на вхід поданий низький рівень напруги), в колі колектора протікає дуже малий зворотній струм колекторного переходу і на колекторі транзистора встановлюється високий рівень напруги.

Врежимі насичення (на вхід поданий високий рівень напруги) на кремнієвому переході база-емітер пряме падіння напруги рівне 0,8 В, через колектор протікає максимально можливий струм, котрий називається струмом насичення колектора. Напруга на колекторі насиченого транзистора встановлюється менша 0,4 В.

Влогічних елементах діодно-транзисторної логіки (І-НЕ, АБО-НЕ, тощо) операції диз’юнкції та кон’юнкції реалізують за допомогою діодних схем, а операцію заперечення виконує інвертор на основі транзисторного ключа.

Елементи транзисторної логіки будують шляхом паралельного підключення колекторів транзисторів до спільного резистора колекторного навантаження. Вихідні напруги знімаються з об’єднаних колекторів. Якщо на один із входів подається високий рівень напруги, то відповідний транзистор відкривається і на виході встановлюється низький рівень напруги. Високий рівень напруги на виході формується лише у випадку подачі на всі входи низьких рівнів сигналу.

Схема логічних елементів АБО-НЕ транзисторної логіки подана на рис. 4. В елементах ТЛБЗ вхідні сигнали подаються безпосередньо на бази транзисторів VT1 і VT 2 (рис. 4, а). В схемі ТЛРЗ в коло транзисторів включені

5

резистори RБ (рис. 4, б). В схемі ТЛРКЗ для прискорення перехідних процесів резистори RБ шпунтуються конденсаторами CБ (рис. 4, в).

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1.Ознайомитися з теоретичними відомостями, вивчити будову та принцип дії базових логічних елементів.

2.Складіть схеми базових логічних елементів (“І”, “АБО”, “НЕ”) на два входи та перевірте їх таблиці істинності. Одержані результати занести в таблицю.

3.Складіть схеми трьовходових елементів “І” та “АБО”. Перевірте їх роботу.

4.Складіть схеми комбінаційних логічних елементів стрілка Пірса та штрих Шеффера. Перевірте їх таблиці істинності.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Що таке логічний елемент?

2.Наведіть характеристику логічних елементів.

3.Яка логіка називається потенціальною?

4.Поясніть будову та принцип дії логічного елемента АБО.

5.Поясніть будову та принцип дії логічного елемента І.

6.Поясніть будову та принцип дії логічного елемента НЕ.

7.Наведіть схему логічних елементів діодно-транзисторної логіки.