Логический элемент И - НЕ

Условное обозначение логического элемента И - НЕ показано на рисунке 2.9,а. Ему эквивалентна структурная схема, показанная на рисунке 2.9,б.

Рисунок 2.9 - Условное обозначение логического элемента И - НЕ (а), его функциональный эквивалент (б) и таблица истинности (в)

Логической «1» на всех информационных входах соответствует логический «0» на выходе элемента. При логическом «0» на одном из входов создается логическая «1» на выходе. Для двухвходового элемента И - НЕ сказанное отражено в таблице истинности на рисунке 2.9,в. Логическая функция элемента И – НЕ при п входах отвечает выражению

(2.5)

Рисунок 2.10 - Схема логического элемента И - НЕ ДТЛ (а) и его временные диаграммы (б)

На рисунке 2.10,а приведена схема логического элемента И - НЕ ДТЛ. Принцип действия элемента иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на рисунке 2.10,б. При логических «1» на обоих входах диоды Д₁, Д₂ закрыты. В схеме образуется цепь: +Е_к — R_б — Д' — Д", которая обеспечивает протекание тока базы I_б ≈ E_к/R_б транзистора. Транзистор открыт и насыщен, F = 0.

При логическом «0» на одном из входов (например, х₁) открывается диод этого входа (Д₁). Образуется цепь, в которой ток резистора R_б (рисунок 2.10, а) протекает через открытый диод (Д₁) и источник сигнала логического «0» (x₁). При этом цепь Д' - Д" - эмиттерный переход транзистора — оказывается шунтированной цепью с проводящим диодом. Ток базы транзистора равен нулю, транзистор закрыт, F = 1.

Поскольку напряжение на открытом диоде входной цепи, а также напряжение входа логического «0» реально больше нуля, точка у на рисунке 2.10, а имеет некоторый положительный потенциал относительно эмиттера транзистора. В отсутствие диодов Д', Д" это могло бы привести к приоткрыванию транзистора. При их введении напряжение между точкой у и эмиттером транзистора будет приложено к диодам, а напряжение U_бэ транзистора близко к нулю.

На рисунке 2.11 приведена другая схема элемента И - НЕ, реализованная на транзисторах. Схемы такого типа образуют класс элементов так называемой транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

Рисунок 2.11 - Схема логического элемента И - НЕ ТТЛ

Основой этого класса элементов является использование многоэмит-терного транзистора Т_м. Функция многоэмиттерного транзистора сводится к замене диодной части схемы элемента И - НЕ (см. рис. 2.10, а). Подобная замена технологически выгодна, поскольку изготовление многоэмиттерного транзистора в микросхемах не намного сложнее, чем изготовление обычного транзистора, а площадь, занимаемая многоэмиттерным транзистором в кристалле полупроводника, меньше диодной части элемента И - НЕ ДТЛ. От обычного транзистора многоэмиттерный транзистор отличается наличием нескольких (например, трех) эмиттерных областей с общими для всего транзистора базовым и коллекторным слоями.

При комбинации входных сигналов, когда на одном из входов (например, x₁)действует нулевое напряжение (x₁ = 0), ток через резистор R замыкается по цепи эмиттера этого входа. В базу транзистора Т₁, ток эмиттера I_э1м не ответвляется, так как для направления тока I_км (указано на рисунке 2.11 пунктирной стрелкой) сопротивление база - эмиттер транзистора T₁ довольно велико. Транзистор Т₁ закрыт. Сигнал на выходе F = 1. Так будет и при нулевых входных сигналах на большем числе входов элемента.

При наличии на всех входах логической «1» (напряжений, близких к + Е_к) все эмиттерные переходы транзистора Т_м будут находиться под обратным напряжением, а коллекторный переход — под прямым. Ток I_бм будет обусловливать ток I_км, направление которого показано на рисунке 2.11 сплошной стрелкой. Транзистор Т₁, будет открыт, его сигнал F = 0. Таким образом, схема (рисунок 2.11) выполняет логическую операцию И - НЕ.

Наличие усилительного элемента, транзистора, в логических микросхемах ИЛИ - НЕ и И - НЕ классов ДТЛ и ТТЛ определяет такое их важное преимущество, как сохранение неизменного уровня напряжения, соответствующего логической «1», в процессе передачи сигнала при их последовательном соединении. В связи с этим указанные элементы, а также элемент НЕ являются базовыми в интегральной схемотехнике. В одном корпусе выпускаемых микросхем обычно содержится несколько элементов одного типа.