Электроника:Цифровая электроника/Логические вентили/Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И»

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И»[1]

Изменим нашу базовую схему инвертора с выходом с открытым коллектором, добавив ещё один входной вывод точно такой же, как и первый:

Рис. 1. Видоизменённая схема (добавлен ещё один вход) инвертора с выходом с открытым коллектором.
Рис. 1. Видоизменённая схема (добавлен ещё один вход) инвертора с выходом с открытым коллектором.

Подобная схема часто используются на практике, и было бы логично, её называть «двухвходным инвертором». Сейчас мы проанализируем эту схему, определим, какую именно логическую функцию она выполняет и, соответственно, как её следует обозначать.

Так же, как в случае инвертора и буфера, кластер «управляющих» диодов, помеченный как «Q1», фактически формирует транзистор, даже если он не используется в качестве усилителя. К сожалению, простая NPN-структура транзистора недостаточна для моделирования трёх P-N-переходов, необходимых в этой диодной сети, поэтому требуется другой транзистор (и другой символ для него).

Такой транзистор имеет один коллектор, одну базу и два эмиттера, а в схеме он выглядит так:

Рис. 2. На схеме кластер диодов Q1 переобозначили как единый транзистор (с двумя эмиттерами).
Рис. 2. На схеме кластер диодов Q1 переобозначили как единый транзистор (с двумя эмиттерами).

Если в схеме всего один вход (как в инверторе), то его заземление приводит к «высокому» выходу (1). В случае конфигурации с выходом с открытым коллектором это «высокое» состояние было бы просто «плавающим».

Разрешение входу «плавать» (или другими словами, быть подключённым к VКК) привело бы к тому, что выход стал заземлённым, что соответствует «низкому» (нулевому) состоянию. Таким образом, вход 1 даёт выход 0, и наоборот.

Поскольку эта схема очень похожа на простую схему инвертора, с той лишь разницей, что второй входной вывод подключён таким же образом к базе транзистора Q2, то можно утверждать, что каждый из входов имеет одинаковое влияние на выход.

А именно, если какой-либо из входов заземлён, транзистор Q2 будет принудительно переведён в состояние отсечки, таким образом выключив Q3 и высвобождая выход (выход становится «высоким»). Следующая серия иллюстраций показывает это для трёх возможных входных состояний (00, 01 и 10):

Рис. 3. «Высокий» выход, т.к. оба входа «низкие».
Рис. 3. «Высокий» выход, т.к. оба входа «низкие».
Рис. 4. «Высокий» выход, т.к. один из входов «низкий».
Рис. 4. «Высокий» выход, т.к. один из входов «низкий».
Рис. 5. «Высокий» выход, т.к. один из входов «низкий».
Рис. 5. «Высокий» выход, т.к. один из входов «низкий».

В любом случае, когда есть заземлённый («низкий») вход, выход гарантированно будет «плавающим» (а значит, «высоким»). И наоборот, только в том случае выход будет «низкий», если транзистор Q3 включится, а это возможно, когда транзистор Q2 будет включён (насыщен), что означает, что ни один из входов не может отводить ток R1 от базы Q2.

Единственное условие, удовлетворяющее этому требованию – когда оба входа «высокие» (1):

Рис. 6. «Низкий» выход, т.к. оба входа «высокие».
Рис. 6. «Низкий» выход, т.к. оба входа «высокие».

Вентиль «И-НЕ»

Собрав и сведя эти результаты воедино в таблицу истинности, видим, что этот шаблон соответствует логическому элементу И-НЕ:

Рис. 7. Вентили И-НЕ – это тип вентиля, когда к выходу логического элемента И добавлен инвертор.
Рис. 7. Вентили И-НЕ – это тип вентиля, когда к выходу логического элемента И добавлен инвертор.

В предыдущем разделе, там где мы разбираем «И-НЕ», этот тип вентиля был создан, когда мы взяли логический элемент И и усложнили его, добавив к выходу инвертор (элемент НЕ). Однако, если вникнуть в схему на рисунках 2-6, то увидим, что данная ТТЛ-конструкция – самый простой и естественный аппаратный способ реализовать функцию И-НЕ.

Чтобы реализовать функцию И с использованием ТТЛ-схемы, нужно немного усложнить эту схему, каскадно добавив к выходу инвертор, точно так же, как мы добавляли дополнительный транзисторный каскад в ТТЛ-схему инвертора, когда превращали его в «буфер»:

Рис. 8. Вентиль И с выходом с открытым коллектором.
Рис. 8. Вентиль И с выходом с открытым коллектором.

Вентиль «И»

Таблица истинности и эквивалентная схема (вентиль И-НЕ с инвертированным выходом) показаны здесь:

Рис. 9. Таблица истинности и эквивалентная схема (вентиль И-НЕ с инвертированным выходом).
Рис. 9. Таблица истинности и эквивалентная схема (вентиль И-НЕ с инвертированным выходом).

Само собой, схемы вентилей И-НЕ и ИЛИ можно спроектировать с каскадным выходом типа «тотемный столб», а не с выходом с открытым коллектором. Версии с выходом с открытым коллектором несколько проще, поэтому их я и предпочитаю использовать в качестве примеров.

Итог

См.также

Внешние ссылки