Бесплатная техническая библиотека

Логические элементы и их электрические аналоги. Радио - начинающим

Справочник / Радио - начинающим

Комментарии к статье

Логических элементов, работающих как самостоятельные цифровые микросхемы малой степени интеграции и как компоненты микросхем более высокой степени интеграции, можно насчитать несколько десятков. Но здесь мы поговорим лишь о четырех из них - о логических элементах И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ. Элементы И, ИЛИ и НЕ - основные, а И-НЕ является комбинацией элементов И и НЕ.

Что представляют собой эти "кирпичики" цифровой техники, какова логика их действия? Сразу уточним: напряжение от 0 до 0,4 В, т. е. соответствующее уровню логического 0, мы будем называть напряжением низкого уровня, а напряжение более 2,4 В, соответствующее уровню логической 1, - напряжением высокого уровня. Именно такими уровнями напряжения на входе и выходе логических элементов и других микросхем серии К155 принято характеризовать их логические состояния и работу.

Условное графическое обозначение логического элемента И показано на рис. 1,а. Его условным символом служит знак "&", стоящий внутри прямоугольника; этот знак заменяет союз "и"в английском языке. Слева - два (может быть и больше) логических входа - X1 и X2, справа - один выход Y. Логика действия элемента такова: напряжение высокого уровня появляется на выходе лишь тогда, когда сигналы такого же уровня будут поданы на все его входы

Рис 1. Логического элемент

Разобраться в логике действия логического элемента И поможет его электрический аналог (рис. 1, б), составленный из последовательно соединенных источника питания GB1 (например, батареи 3336), кнопочных переключателей SB1, SB2 любой конструкции и лампы накаливания HL1 (МНЗ,5-0,26). Переключатели имитируют электрические сигналы на входе аналога, а нить лампы индицирует уровень сигнала на выходе. Разомкнутое состояние контактов переключателей соответствует напряжению низкого уровня, замкнутое- высокого уровня. Пока контакты кнопок не замкнуты (на обоих входах элемента напряжение низкого уровня), электрическая; цепь аналога разомкнута и лампа, естественно, не светит. Нетрудно сделать другой вывод: лампа накаливания на выходе элемента И включается только после того, как контакты обеих кнопок SB1 и SB2 окажутся замкнутыми В этом и заключается логическая связь между входными и выходными сигналами элемента И.

Теперь взгляните на рис. 1,в. На нем изображены временные диаграммы электрических процессов, дающие достоверное представление о работе логического элемента И. На входе Xi сигнал появляется первым. Как только такой же сигнал будет и на входе Х3, тут же появляется сигнал и на выходе Y, который существует до тех пор, пока на обоих входах имеются сигналы, соответствующие напряжению высокого уровня.

О состоянии и логической связи между входными и выходным сигналами элемента И дает представление так называемая таблица состояний (рис. 1, г), напоминающая таблицу умножения. Глядя на нее, можно сказать, что сигнал высокого уровня на выходе элемента будет только тогда, когда сигналы такого же уровня появятся на обоих его входах. Во всех других случаях на выходе элемента будет напряжение низкого уровня, т. е. соответствующее логическому 0.Условный символ логического элемента ИЛИ - цифра 1 внутри прямоугольника (рис. 2, а). У этого элемента, как и у элемента И, может быть два и больше входов. Сигнал на выходе Y, соответствующий напряжению высокого уровня, появляется при подаче такого же сигнала на вход X1, или на вход Х2, или одновременно на оба входа. Чтобы убедиться в таком действии элемента ИЛИ, проведите опыт с его электрическим аналогом (рис. 2, б).

Рис. 2,3 Логический элемент ИЛИ

Лампа накаливания HL1 на выходе аналога будет включаться всякий раз, когда окажутся замкнутыми контакты или кнопки SB1, или SB2, или одновременно обеих (всех) кнопок Закрепить в памяти электрическое свойство элемента ИЛИ помогут временные диаграммы его работы (рис. 2,в) и таблица состояний (рис. 2,г), определяющая логическую связь между входными и выходным сигналами.

Условный символ логического элемента НЕ - тоже цифра 1 в прямоугольнике (рис. 3,а). Но у него один вход и один. выход. Небольшой кружок, которым начинается линия связи выходного сигнала, символизирует логическое отрицание на выходе элемента На языке цифровой техники НЕ означает, что этот элемент является инвертором- электронным устройством, выходной сигнал которого противоположен входному. Иначе говоря, пока на входе элемента НЕ действует сигнал низкого уровня, на его выходе будет сигнал высокого уровня, и наоборот.

Электрический аналог элемента НЕ можно собрать по схеме, представленной на рис. 3, б. Электромагнитное реле К1, срабатывающее при напряжении батарея GB1, должно быть выбрано с группой замкнутых контактов Пока контакты кнопки SB1 разомкнуты, обмотка реле обесточена, его контакты К1-1 остаются замкнутыми и, следовательно, лампа HL1 светит. При нажатии на кнопку ее контакты замыкаются, имитируя появление входного сигнала высокого уровня, в результате чего реле срабатывает. Его контакты, размыкаясь, разрывают цепь питания лампы HL1-погасая, она символизирует появление на выходе сигнала низкого уровня. Попробуйте начертить самостоятельно временные диаграммы работы элемента НЕ и составить его таблицу состоянии - они должны получиться такими же, как приведенные на рис. 3, в, г.

Как мы уже говорили, логический элемент И-НЕ является комбинацией элементов И и НЕ. Поэтому на его графическом обозначении (рис. 4, а) есть знак "&"и кружок на линии выходного сигнала, символизирующий логическое отрицание. Выход один, а входов два и больше.

Рис. 4 Логический элемент И-НЕ

Разобраться в принципе действия такого логического элемента цифровой техники вам поможет его электрический аналог, собранный по схеме на рис. 4,б. Электромагнитное реле К1, батарея GB1 и лампа накаливания HL1 такие же, как в аналоге элемента НЕ. Последовательно с обмоткой реле включите две кнопки (SB1 и SB2), контакты которых будут имитировать входные сигналы. В исходном состоянии, когда контакты кнопок разомкнуты, лампа светит, символизируя сигнал высокого уровня на выходе. Нажмите на одну из кнопок во входной мели.

Как на это реагирует индикаторная лампа? Она продолжает светить. А если нажать на обе кнопки? В этом случае электрическая цепь, образованная батареей питания обмоткой реле и контактами кнопок, оказывается замкнутой, реле срабатывает и его контакты К1.1, размыкаясь, разрывают вторую Цепь аналога- лампа гаснет.

Эти опыты позволяют сделать вывод: при сигнале низкого уровня на одном или на всех входах элемента И-НЕ (когда контакты входных кнопок аналога разомкнуты) на выходе действует сигнал высокого уровня, который изменяется на сигнал низкого уровня при появлении таких же сигналов на всех входах элемента (контакты кнопок аналога замкнуты). Такой вывод подтверждается диаграммами работы и таблицей состояний, показанными на рис. 4, в, г.

Обратим внимание на следующий факт: если входы элемента И-НЕ соединить вместе и подать на них сигнал высокого уровня, на выходе элемента будет сигнал низкого уровня. И наоборот, при подаче на объединенный вход сигнала низкого уровня на выходе элемента будет сигнал высокого уровня. В этом случае элемент И-НЕ, как, вероятно, вы уже догадались, становится инвертором, т. е. логическим элементом НЕ. Это свойство элемента И-НЕ очень широко используется в приборах и устройствах цифровой техники.

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Создан аккумулятор, способный работать до 400 лет 23.12.2022 Мия Ле Тай, докторант Калифорнийского университета в Ирвине, покрыла золотые нанопроволоки диоксидом марганца и электролитным гелем, похожим на оргстекло. Она сделала это безо всяких далекоидущих замыслов - но результат получился невероятным. Студентка работала состояла в группе исследователей, изучавших конструкцию нанопроводов в батареях. Она знала, что провода имеют свойство ломаться спустя определенное количество циклов зарядки. Обычно, нанопровода аккумуляторов ноутбуков выдерживают около 300−500 циклов. Однако покрыв образец придуманным наспех составом, она с удивлением обнаружила плотную пленку. Будущая ученая провела 10 тыс. циклов зарядки - и не заметила признаков износа на устройстве. Это выглядело многообещающе, поэтому Тай пригласила старших коллег оценить результат. Группа провела 200 тыс. циклов зарядки в течение двух месяцев, и только после этого констатировала, что изобретенное совершенно случайно покрытие начало терять свои свойства. Ученые посчитали, что этого запаса прочности хватит на 400 лет работы аппарата. В будущем они планируют предложить изобретение Тай для коммерческого применения. Ожидается, что гелевые нанопровода можно будет использовать в аккумуляторах смартфонов, ноутбуков и других устройств.

Другие интересные новости:

▪ Платформа Foxconn Banana Pi для мини-ПК и встраиваемых систем

▪ Конфеты, восстанавливающие зубную эмаль

▪ Искусственное зрение

▪ Свет вредит микросхемам

▪ Слуховой аппарат ReSound LiNX Quattro

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электродвигатели. Подборка статей

▪ статья Последний довод королей. Крылатое выражение

▪ статья Почему летом теплей, чем зимой? Подробный ответ

▪ статья Проведение лабораторных и практических работ по биологии. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Самодельный утюг. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простой лабораторный источник питания, 1,3-30 вольт 1,2 ампера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025