Устройство и принцип действия элемента «И-НЕ»

Логический элемент И-НЕ. Условное обозначение логического элемента И-НЕ показано на рис.2.8,а. Ему эквивалентна структурная схема, показанная на рис.2.8,б. Логической «1» на всех информационных входах соответствует логический «0» на выходе элемента. При логическом «0» на одном из входов создается логическая «1» на выходе. Для двухвходового элемента И-НЕ сказанное отражено в таблице истинности на рис.2.8,в. Логическая функция элемента И-НЕ при n входах отвечает выражению

(2.4)

На рис.2.9,а приведена схема логического элемента И-НЕ ДТЛ. Принцип действия элемента иллюстрируют временные диаграммы рис.2.9б. При логических «1» на обоих входах диоды Д₁, Д₂ закрыты. В схеме образуется цепь + Е_И — R_G — Д¹— Д”, которая обеспечивает протекание тока базы E_H/R₆ транзистора. Транзистор открыт и насыщен, F=0.

Рис.2.8. Условное обозначение логического элемента И-НЕ (а), его функциональный эквивалент (б) и таблица истинности (в)

При логическом «0» на одном из входов (например, x₁) открывается диод этого входа (Д₁). Образуется цепь, в которой ток резистора R_б (рис.2.9,а) протекает через открытый диод (Д₁) и источник сигнала логического «0» (x₁). При этом цепь Д' — Д" — эмиттерный переход транзистора — оказывается шунтированной цепью с проводящим диодом. Ток базы транзистора равен нулю, транзистор закрыт, F=1.

Поскольку напряжение на открытом диоде входной цепи, а также напряжение входа логического «0» реально больше нуля, точка у на рис.2.9,а имеет некоторый положительный потенциал относительно эмиттера транзистора. В отсутствие диодов Д', Д" это могло бы привести к отпиранию транзистора. При их введении напряжение между точкой у и эмиттером транзистора будет приложено к диодам, а напряжение U_бэ транзистора близко к нулю.

На рис.2.10 приведена другая схема элемента И-НЕ, реализованная на транзисторах Схемы такого типа образуют класс элементов так называемой транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

Основой этого класса элементов является использование многоэмиттерного транзистора Т_м. Функция многоэмиттерного транзистора сводится к замене диодной части схемы элемента И-НЕ (см. рис.2.9,а). Подобная замена технологически выгодна, поскольку изготовление многоэмиттерного транзистора в микросхемах не намного сложнее, чем изготовление обычного транзистора, а площадь, занимаемая многоэмиттерным транзистором в кристалле полупроводника, меньше диодной части элемента И-НЕ ДТЛ. От обычного транзистора многоэмиттерный транзистор отличается наличием нескольких (например, трех) эмиттерных областей с общими для всего транзистора базовым и коллекторным слоями,