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

Содержание

Теория

Практика

Проверка знаний

Рецепты

Эксперименты

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

Перевод: Макаров В. (valemak)

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И»

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.

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).

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 V_КК) 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. 4. «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».

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.

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.

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).

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

• Вентиль И-НЕ можно создать, взяв ТТЛ-схему инвертора и добавив ещё один вход.
• Вентиль И можно создать, каскадно добавив инвертор к выходу в ТТЛ-схему вентиля И-НЕ.