Импульсные устройства. Основные понятия и определения импульсной техники. Электронные ключи. Интегральные логические схемы, страница 19

3. Интегральные логические схемы

3.1. Общие сведения об интегральных логических схемах

Интегральные логические схемы (ИЛС) представляют собой обширный класс электронных схем, входящих в элементную базу практически всех видов цифровых устройств. ИЛС изготавливаются по микроэлектронной технологии, поэтому они называются интегральными. Назначение ИЛС состоит в выполнении логических операций над электрическими сигналами, представляющими двоичные цифровые переменные: логическую единицу и логический ноль. Содержание логических операций описывается правилами булевой алгебры и будет подробно рассмотрено при изучении цифровых устройств. С точки зрения схемотехники импульсных устройств ИЛС представляют ключевые каскады, переходящие из состояния закрытого в открытое. Изменяющиеся при этом напряжения или токи сопоставляются с логическими  единицей и нолем. Для изучения ИЛС потребуется знание основных логических операций. К ним относятся три следующие операции.

Инверсия преобразует логическую единицу в ноль или наоборот. В булевой алгебре инверсия обозначается чертой над переменной:. Читается:  равно НЕ . Схемотехнически инверсия реализуется транзистором в ключевом режиме (рис.3.1).

Рис. 3.1

Дизъюнкция, или логическое сложение, определяется для двух или более входных переменных  как функция, приобретающая единичное значение, если хотя бы  одна из входных переменных приобретает единичное значение. Операция дизъюнкции записывается как . Схема на рис.3.2 демонстрирует выполнение над входными переменными , операции дизъюнкции, совмещённой с инверсией . Читается :  ИЛИ  НЕ. Из рис.3.2 следует, что выходная переменная  принимает минимальное значение (логический ноль), если хотя бы одна входная переменная переводит соответствующий транзистор в режим насыщения. ИЛС типа рис.3.2 называются схемами резисторно-транзисторной логики  (РТЛ).

Рис. 3.2

Конъюнкция, или логическое умножение, определяется для двух или более входных переменных  как функция, приобретающая единичное значение тогда и только тогда, когда обе (все) входные переменные приобретают единичное значение. Операция записывается как , читается:  И . Схема на рис.3.3 демонстрирует выполнение операции И над входными переменными  , совмещённое с инверсией: . В этой схеме, если хотя бы  одна из входных переменных  имеет нулевое значение, соответствующий диод  открывается, ток от источника  через резистор  утекает в этот диод и транзистор  находится в отсечке. Тогда, и только тогда, когда все входные переменные приобретают единичное значение,  все диоды  закрываются и ток через резистор  переключается в базу транзистора  и переводит его в состояние насыщения. Для улучшения помехоустойчивости в закрытом состоянии в базу танзистора включён дополнительный диод . Схема рис.3.3 называется ИЛС диодно-транзисторной логики (ДТЛ). Схемы ДТЛ по принципу действия подобны и  исторически предшествовали широко распространённым  ИЛС транзисторно – транзистоной логики  (ТТЛ), которые будут подробно рассматриваться.

Рис. 3.3

3.2. Основные технические показатели ИЛС

Перечислим  наиболее важные технические показатели ИЛС, которые будут обсуждаться в последующем изложении.

-Тип технологии. Этот показатель относится к схемотехническим решениям, использованным в ИЛС. Уже упоминались ИЛС типа РТЛ, ДТЛ, ТТЛ. Будут рассмотрены и другие типы технологий.

-Функциональные возможности ИЛС.  В цифровых устройствах ИЛС используются в достаточно сложных схемотехнических комбинациях. При этом число входных переменных  определяет число входов ИЛС, которое называется коэффициентом объединения по входу и обозначается  буквой .

К выходу каждой ИЛС может быть присоединено по одному из    входов от нескольких ИЛС, другие входы которых  соединены с другими схемами. Максимально возможное число ИЛС – нагрузок, входы которых могут быть присоединены к выходу данной ИЛС, называют нагрузочной способностью, или коэффициентом разветвления по выходу и обозначают буквой .

-Уровни логических сигналов. Уровни напряжений ИЛС задаются как неравенства: - условие, когда напряжение на транзисторе в ключевом режиме может считаться напряжением логической единицы и в отношении логического нуля. Разность  называют величиной логического перепада.