Логические элементы в виде релейно-контактных схем

Практическое занятие № 9. Логические элементы в электрических схемах

 

Логические элементы — устройства, осуществляющие определенную связь между входными и выходными величинами. Элементарный логический элемент имеет два входа и один выход. Сигналы на них дискретны, т. е. принимают одно из двух возможных значений — 1 или 0. За единицу иногда принимают наличие напряжения, а за нуль — отсутствие его. Работа таких устройств анализируется с помощью понятий булевой алгебры — алгебры логики.

Устройства, оперирующие дискретными сигналами, называют дискретными. Работа таких устройств анализируется с помощью понятий булевой алгебры — алгебры логики.

Основные положения алгебры логики

Логической переменной называют входную величину, которая может принимать только два противоположных значения: х = 1 или х = 0. Логической функцией называют зависимость выходной величины от входных, и сам выходной сигнал, который тоже может принимать только два значения: у = 1 или у = 0. Логическая операция — это действие, которое совершает логический элемент с логическими переменными в соответствии с логической функцией. Значения 1 и 0 взаимно противоположны (инверсны): 1 = 0, 0 = 1. Черточкой обозначается отрицание (инверсия).

Принимается, что

0 • 0 = 0,    0 + 0 = 0,    1 - 0 = 0,    1 + 0 = 1,    1 • 1 = 1,    1 + 1 = 1.

При преобразовании формул алгебры логики сначала выполняют операции инверсии, затем умножения, сложения и затем все остальные.

Логические элементы в виде релейно-контактных схем

Логические элементы могут быть представлены в виде релейно-контактной схемы (рис. 1).

Рис. 1. Основные логические элементы (а) и релейно-контактный эквивалент (б)

Если считать, что замкнутые контакты соответствуют единичному сигналу, а разомкнутые — нулевому, то элемент И можно представить соединенных контакта х₁ и х₂ и реле у. Если оба контакта замкнуты, то по катушке пойдет ток, реле сработает и его контакты замкнутся.

Элемент ИЛИ можно представить как два замыкающих контакта, соединенных параллельно. При замыкании или первого или второго из них реле срабатывает и замыкает свои контакты, через которые пойдет сигнал.

Элемент НЕ можно представить как один замыкающий контакт х и один размыкающий у. Если сигнал на вход не подавать (х = 0), то реле не срабатывает и контакты у остаются замкнутыми, ток через них проходит. Если же замкнуть контакты х, реле сработает и разомкнет свои контакты, тогда сигнал на выходе будет равен нулю.

На рис. 2 изображена схема, выполняющая операцию ИЛИ — НЕ. Если ни на один из входов не подавать сигнал, то транзистор останется закрытым, ток через него не потечет, а напряжение на выходе будет равно ЭДС источника Uy = Uc, т. е. у= 1.

Рис. 2. Схема логического элемента ИЛИ — НЕ, выполняющего логические операции

 

Если хотя бы на один из входов подать напряжение, то сопротивление транзистора упадет от ∞ до 0 и по цепи эмиттер — коллектор потечет ток. Падение напряжения на транзисторе станет равным нулю (Uy = 0). Это означает, что сигнала на выходе нет, т. е. у = 0. Для нормальной работы элемента необходимо создавать смещение потенциала базы относительно общей точки, это достигается специальным источником Uсм и резистором Rсм. Резистор R6 ограничивает ток база — эмиттер.

Логические элементы, построенные на электромагнитных реле, транзисторах, магнитных сердечниках, электронной лампе, пневматических реле, имеют слишком большие размеры, поэтому сейчас применяют интегральные микросхемы. Логические операции в них происходят на уровне кристаллов.