論理要素とそれに対応する電気要素。スキーム、説明

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論理要素とその電気的対応物。ラジオ - 初心者向け

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集積度の低い独立したデジタルマイクロ回路として動作する論理要素と、集積度の高いマイクロ回路のコンポーネントとして動作する論理要素は、数十個数えることができます。ただし、ここでは、論理要素 AND、OR、NOT、AND-NOT の XNUMX つについてのみ説明します。 AND、OR、NOT は基本要素であり、AND-NOT は AND 要素と NOT 要素の組み合わせです。

デジタルテクノロジーのこれらの「レンガ」とは何ですか?その動作のロジックは何ですか? すぐに明確にしましょう。0 から 0,4 V の電圧、つまり論理 0 のレベルに対応する電圧をローレベルの電圧と呼び、論理 2,4 のレベルに対応する 1 V を超える電圧をハイレベルの電圧と呼びます。 K155 シリーズの論理素子およびその他のマイクロ回路の入力および出力におけるこれらの電圧レベルは、論理状態および動作を特徴付けるために一般的に使用されます。

論理要素 AND の条件付きグラフィック指定を図に示します。 1a. その条件記号は、四角形内の「&」記号です。この記号は、英語の結合「and」を置き換えます。左側 - 1 つ (おそらくそれ以上) の論理入力 - X2 と XXNUMX、右側 - XNUMX つの出力 Y。要素のロジックは次のとおりです。同じレベルの信号がすべての入力に適用された場合にのみ、出力に高レベルの電圧が表示されます。

論理要素とそれに対応する電気要素
図1.論理要素

論理要素ANDの動作の論理を理解するには、直列接続された電源GB1（たとえば、1バッテリー）で構成される電気的アナログ（図3336、b）、任意の押しボタンスイッチSB1、SB2が役立ちますデザインと白熱灯HL1（MNZ、5-0,26、1）。スイッチはアナログ入力で電気信号をシミュレートし、ランプフィラメントは出力での信号レベルを示します。スイッチ接点の開状態は低レベル電圧に対応し、閉状態は高レベル電圧に対応します。ボタンの接点が閉じていない間（要素の両方の入力で電圧が低い）、電気的です。アナログ回路が開いており、もちろんランプは点灯していません。別の結論を引き出すのは簡単です: AND 要素の出力の白熱灯は、ボタン SB2 と SBXNUMX の両方の接点が閉じた後にのみオンになります. これは、AND 要素の入力信号と出力信号の間の論理接続です.

次に図を見てください。 1、インチ。これは、論理要素 AND の動作の信頼できるアイデアを与える電気プロセスのタイミング図を示しており、入力 Xi で信号が最初に表示されます。同じ信号が入力 X3 に入力されるとすぐに、出力 Y に信号が即座に現れます。この信号は、両方の入力に高レベル電圧に対応する信号がある限り存在します。

いわゆる状態テーブル（図1、d）は乗算表に似ており、AND要素の入力信号と出力信号の間の状態と論理接続のアイデアを与えます。これを見ると、同じレベルの信号が両方の入力に現れた場合にのみ、高レベルの信号が素子の出力に現れると言えます。他のすべての場合、要素の出力は低レベルの電圧、つまり論理 0 に対応します。論理要素 OR の条件記号は、長方形内の数字 1 です (図 2、a)。この要素は、AND 要素と同様に、1 つ以上の入力を持つことができます。同じ信号が入力 X2、入力 X2、または両方の入力に同時に印加されると、高レベル電圧に対応する出力 Y の信号が現れます。 OR 要素のこの動作を検証するには、電気的に対応する要素を使用して実験を実行します (図 XNUMX、b)。

論理要素とそれに対応する電気要素
米。 2,3 OR ゲート

アナログ出力の HL1 白熱灯は、接点または SB1 または SB2 ボタン、または両方 (すべて) のボタンが同時に閉じられるとオンになります (図 2d)。これにより、入力間の論理接続が決定されます。および出力信号。

NOT 論理要素の条件記号も、長方形内の番号 1 です (図 3、a)。しかし、彼にはXNUMXつの入り口とXNUMXつの入り口があります。出口。出力信号ラインを開始する小さな円は、要素の出力での論理否定を象徴します. デジタル技術の言語では、この要素がインバーター電子デバイスであることを意味するものではありません, その出力信号は反対です入力に。言い換えれば、低レベルの信号は要素の入力でアクティブではありませんが、高レベルの信号はその出力でアクティブになり、その逆も同様です。

NOTエレメントの電気的アナログは、図3に示す回路に従って組み立てることができます。 1、b。バッテリーGB1がオンのときに動作する電磁リレーK1は、閉じた接点のグループで選択する必要があります。SB1ボタンの接点が開いている間、リレー巻線はオフになり、接点K1-1は閉じたままになります。したがって、HL1ランプが点灯します。ボタンを押すと接点が閉じ、高レベルの入力信号の出現をシミュレートし、その結果、リレーがアクティブになります。その接点、開放、ランプHL3の電源回路の遮断-消火、それは出力での低レベル信号の出現を象徴しています。 NOT要素の操作の独自の時間図を作成し、その状態テーブルをコンパイルしてみてください。これらは、図に示されているものと同じになるはずです。 XNUMX、c、d。

すでに述べたように、AND-NOT ゲートは AND ゲートと NOT ゲートの組み合わせです。したがって、そのグラフィック表示 (図 4、a) には、論理否定を表す「&」記号と出力信号線上の円があります。出口は一つですが、入り口は二つ以上あります。

論理要素とそれに対応する電気要素
米。 4NANDゲート

このようなデジタル技術の論理要素の動作原理を理解するには、図の図に従って組み立てられた電気的な対応物が役立ちます。 4b. 電磁リレーＫ１、電池ＧＢ１、白熱灯ＨＬ１は、ＮＯＴ素子のアナログと同じである。リレー巻線と直列に、1 つのボタン (SB1 と SB1) をオンにします。その接点は入力信号をシミュレートします。初期状態では、ボタンの接点が開いていると、ランプが光り、出力での高レベル信号を象徴しています。入口ストランドのボタンの 1 つをクリックします。

表示灯はこれにどのように反応しますか? 彼女は輝き続けます。両方のボタンを押したらどうなるでしょうか？この場合、バッテリー電源、リレー巻線、ボタン接点によって形成される電気回路が閉じ、リレーが作動し、その接点K1.1が開き、XNUMX番目のアナログ回路が遮断され、ランプが消えます。

これらの実験により、次の結論が得られます。AND-NOT 要素の 4 つまたはすべての入力にローレベル信号がある場合 (アナログ入力ボタンの接点が開いているとき)、ハイレベル信号が出力に作用し、同じ信号が要素のすべての入力に現れると (アナログボタンの接点が閉じているとき)、ローレベル信号に変化します。この結論は、図 XNUMX に示す動作図と状態表によって確認されます。 XNUMX、c、d。

次の事実に注意してください。AND-NOT 要素の入力が互いに接続され、ハイレベルの信号が入力されると、要素の出力はローレベルの信号になります。逆に、ローレベル信号が結合された入力に印加されると、素子はハイレベル信号を出力します。この場合、すでにご想像のとおり、NAND 要素はインバータ、つまり NOT 論理要素になります。 NAND 素子のこの特性は、デジタル技術の機器やデバイスで非常に広く使用されています。

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