Серия – это комплект из несколькихтипов интегральных схем, имею- щих единое конструктивно-технологическоеисполнение и предназначен- ных для совместного применения в аппаратуре.Интегральные схемы, входя- щие в серию, имеют единые эксплутационные показателии используются как совместимые наборы деталей, пригодные для созданияэлектронной ап- паратуры любой степени сложности.
Серии интегральных схем, совместимые другс другом по логическим
уровням, условиям эксплуатации и конструктивнымпоказателям, могут образовывать семейства серий интегральных схем.
2. ЛОГИЧЕСКИЕЭЛЕМЕНТЫ
Логические изапоминающие элементы составляют основу устройств цифровой обработки информации– вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и устройствавтоматики. Логические элементы выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией: преобразуют по определеннымправилам входную информацию в выход-ную. Операции, используемые при обработкецифровой информации, осно-ваны на двоичной системе счисления, представляющейинформацию в виде слов – комбинаций символов 1 и 0.
Обработка цифровойинформации логическими элементами произво-дится по законам и правилам алгебрылогики, разработанной в XIX веке английским ученымДж. Булем.
Логическиепреобразования двоичных сигналов включают три элементарные операции:
1. логическое сложение (дизъюнкцию) или операциюИЛИ
F=x1+x2+…+xn
2. логическое умножение (конъюкцию) или операцию И
F= x1 · x2·…·xn
2. логическое отрицание (инверсию) или операцию НЕ
F= x
Определение этих операций дается с помощью таблиц истинности, содержащихперечисление всех возможных сочетаний (наборов) входных переменных (входныхслов).
Каждая простая логическая функция может быть технически реализо- вана простымиэлементами, к которым относятся элементы И, ИЛИ, НЕ и их комбинации.
Нарис. 3 приведены условные обозначения логических элементов и таблицыистинности.
Из простых элементов можно составить сколь угодно сложныелоги-ческие устройства, например, счетчики импульсов, регистры, сумматоры,блоки памяти и т.п.
На практике применяют комбинированные элементы,реализующие две логические операции, например, элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Ониназы-ваются функционально полными, т.к. позволяют реализовать любую логи-ческуюфункцию. Например, имея набор элементов И-НЕ можно построить схему ИЛИ.
| Наименование функции | Условное графи- ческое обозначение | Выражение функции | Таблицы истинности | ||||
| x1 | 0 | 0 | 1 | 1 | |||
| x2 | 0 | 1 | 0 | 1 | |||
| ИЛИ | y= x1+x2 | y | 0 | 1 | 1 | 1 | |
| И | y= x1 ·x2 | y | 0 | 0 | 0 | 1 | |
| НЕ | _ y= x1 | y | 1 | 1 | 1 | 0 | |
| ИЛИ-НЕ | ___ y= x1+x2 | y | 1 | 0 | 0 | 0 | |
| И-НЕ | ____ y= x1 ·x2 | y | 1 | 1 | 1 | 0 | |
Рис. 3
Элемент И-НЕ (штрих Щеффера)выполняет операцию
___________
F= x1 · x2 · x3 ·…· xn
Элемент ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса) выполняетоперацию
_____________
F=x1+x2+ x3+…+xn
Примеры использования функционально полных элементов сведены в таблице 2, гдепоказано, как набором элементов И/-НЕ можно реализовы- вать функции И, ИЛИ, НЕ.
Таблица 2
| Элемент | Логические операции | ||
| НЕ | И | ИЛИ | |
| И-НЕ | y1=x=x ·x т. к. x ·x ·x ·…=x | y2=x1 ·x2= x1 ·x2 т. к. x= x | y3= x1 +x2= x1 · x2 т. к. x1 ·x2= x1 +x2 - теорема де Моргана |
Реализация логическихустройств на базе комбинированных элементов упрощает компановку и ремонтустройств.
3. СХЕМНЫЕ РЕАЛИЗАЦИИ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Основой дляпостроения узлов импульсной и цифровой техники служат полупроводниковыеключевые схемы. Ключевая схема (ключ) позволяет подключать нагрузку к источникуили отключать ее и таким образом коммутировать ток в нагрузке. В качествеэлектронных ключей применяют диоды, транзисторы, тиристоры и некоторые другиеэлектронные приборы.
3.1. Ключевой режимработы биполярного транзистора
Простейшийтранзисторный ключ – каскад на биполярном транзисто-ре, включенный по схеме собщим эмиттером, представлен на рис. 4. Выход-
ное сопротивление транзисторапо постоянному току со стороны электродов коллектор-эмиттер может изменяться вшироких пределах в зависимости от положения рабочей точки на вольт-ампернойхарактеристике (рис. 5).
Рис. 4
Рис. 5
Точка 1 на рис. 5 соответствует режиму отсечки (состояние''выключе-но''), в котором падение напряжения на транзисторе V'КЭ близко к напряже-нию источника питания EК. Точки IК и IБ при этомминимальны и равны обратному току коллекторного перехода IКО.
Точка 2 (состояние''включено'') соответствует режиму насыщения. При этом через транзисторпротекает максимально возможный при данных EК и RК ток, практически равный ЕК/RК, т.е. определяемый величинойнагрузочного сопротивления. Падение напряжения на транзисторе VКЭ'' в этом случаеминимально.
Для переключениятранзистора из режима отсечки в режим насыще-ния необходимо обеспечитьопределенный ток базы IБ'', для чего на эмит-терный переходтребуется подать соответствующее этому току напряжение VБЭ.
Важнейшимпоказателем работы электронных ключей является их быстродействие, котороеопределяется скоростью протекания переходных процессов при переключении.Мгновенное переключение транзисторного ключа невозможно из-за инерционностисвойств транзисторов, а также наличия паразитных реактивных элементовсхемы и проводников.
Рис. 6
Переход транзистораиз одного стационарного состояния в другое происходит с задержками времени tВКЛ и tВЫКЛ (рис.6). Длительность фронта включения tВКЛ зависит от времени распространенияносителей от эмиттера через базу к коллектору и значения коллекторной емкости.Это время уменьшается при увеличении тока базы.
Задержка выключения tВЫКЛ связанас тем, что под действием выклю-чающего сигнала происходит рассасывание заряда, накопившегося в базе
при насыщении транзистора.
Таким образом,быстродействие транзисторного ключа зависит от частотных свойств используемоготранзистора и параметров импульса базового тока. Порядок величин задержексоставляет от долей единицы до микросекунд.
Ключевые схемышироко используются в устройствах, оперирующих с информацией, представленной вцифровой форме. В частности, их применяют в элементах, выполняющихпростейшие логические операции. Переключение основной схемы из одного состоянияв другое производится с помощью управляющих сигналов, подаваемых на ее вход.Эти сигналы могут быть представлены в виде ступенчатого или импульсногонапряже-ния.