Circuite Logice Simple

A.GENERALITĂŢI

Calculatorul electronic modern este alcatuit dintr-un numar foarte mare de componente electronice.Totusi, toate tipurile de circuite de baza pe care le contine sunt putine.In prezent, teoria proiectarii calculatoarelor prevede utilizarea acestora,astfel, se mareste siguranta in functionare si se simplifica mult depanarea sau inlaturarea defectiunilor.Prin utilizarea unui numar redus de tipuri de circuite bine cunoscute, controlate si verificate, intretinerea blocurilor de calcul devine simpla si rapida.Circuitele care compun aceste blocuri sunt in principiu destul de simple, de fapt, mult mai simple decat majoritatea circuitelor utilizate in radio si televiziune.Exista trei tipuri principale :

-circuite care realizeaza operatii logice ;

-circuite cu functii de memorie(secventionale)

-circuite accesorii(circuite de alimentare, amplificare, refacere a semnalului, generatoare de impuls etc.)

Circuitele logice realizeaza doua functii de baza :

-memorarea sau stocarea semnalului(informatie);

-efectuarea unei functii logice cu semnalele(infomatiile) de intrare;

Se poate spune deci ca circuitele logice sunt circuitele care pot efectua operatii logice si deci, pot realiza functii bootere.

Un circuit a carui iesire poate lua numai doua stari(inchis sau deschis) se numeste circuit logic.Aceste circuite logice utilizeaza relee, tuburi electronice, dispozitive semiconductoare, iar in ultimul timp, circuite integrate sau monolitice.

Exista trei limitari principale ale circuitelor logice, si anume:

-timpul de propagare, sau intervalul de timp dintre aplicarea semnalului la intrarea circuitului si aparitia lui la iesire (timpul de propagare sau intervalul de timp dintre aplicarea semnalului la intarea circuitului si aparitia lui la iesire ;timpul de propagare trebuie sa fie mic in comparatie cu timpul necesar pentru realizarea oricarei operatii)

-numarul de intrari si de iesiri care este practic limitata de performantele circuitului ;

-atenuarea si distorsionarea semnalului, cea ce face ca identificarea starii binare sa fie imprecisa.

Ultimele doua probleme se rezolva prin introducerea unor circuite suplimentare (circuite accesorii) care din punct de vedere logic nu au nici un rol, doar redau forma initiala a semnalului.Astfel de circuite sunt amplificatoarele, circuitele de comanda si generatoarele de nivel (sau circuitele de esantionare).

1.Reprezentarea semnelor :

Starile binare ale semnelor in circuitele logice pot fi reprezentate fie prin doua nivele de tensiune sau curent, fie prin impulsuri (fronturile acestora)

La reprezentarea prin nivele de tensiune, cele doua tensiuni utilizate se numesc nivelul pozitiv, respectiv nivelul negativ (nivelul superior, respectiv nivelul inferior).

Datorita celor doua nivele de tensiune care reprezinta valorile binare 1 si 0, cat si a existentei tranzistoarelor PNP si NPN, se vor distinge doua tipuri de logica, si anume logica pozitiva, respectiv logica negativa.

Logica pozitiva este logica pentru care valoarea logica 1 corespunde nivelului de tensiune cel mai pozitiv, iar valoarea logica 0 corespunde nivelului de tensiune cel mai negativ.

Exemple de logica pozitiva :

Valoarea logica 0 1

Nivel de tensiune 0V +6V

-6V 0V

-6V +6V

Logica negativa este logica pentru care valoarea logica 1 este reprezentata prin nivelul de tensiune cel mai negativ, iar valoarea logica 0 corespunde nivelului de tensiune cel mai pozitiv

OBSERVATIE : Prin « pozitiv » si « negativ » se inteleg nivelele relative; ca valoare reala, cele doua nivele pot fi orice valori discrete de tensiune, atat timp cat nivelul pozitiv se afla deasupra nivelului negativ.

Exemple de logica negativa :

Valoarea logica 0 1

Nivel de tensiune 0V -6V

+6V 0V

+6V -6V

Din cele de mai sus reiese ca, pentru a analiza functiile logice realizate de un circuit, este absolut necesara cunoasterea tipului de logica (pozitiva sau negativa) folosita la circuitul respectiv.

Datorita celor doua feluri de logici rezulta circuitele complementare

Un circuit complementar cu un altul este acel circuit care realizaeaza in logica pozitiva aceeasi functie pe care celalalt o realizeaza in logica negativa sau viceversa.

Exista patru perechi principale de circuite logice complementare, si anume :

-SI – SAU AB si A+B

-(SI-NU)-NICI non(A*B) si nonA+nonB

-SAU EXCLUSIV – COINCIDENTA non(AB) +nonAB si AB + non(AB)

-INHIBARE – IMPLICARE A*nonB si A +nonB

B.CIRCUITE LOGICE DE BAZĂ

Circuitele logice de baza sunt acele circuite realizate pentru a efectua operatii logice elementare : ele se utilizeaza in calculatoarele electronice pentru realizarea operatiilor logice si aritmetice.In tabelul 5.1 sunt enumerate majoritatea circuitelor logice care se vor descrie :

Operatia logica Terminologia Explicarea operatiei

nonA NU complementului lui A

AB SI A si B

A+B SAU(sau SAU INCLUSIV) (A si B) sau (A si B)

A B(nonA B)

COINCIDENTA (A si B) sau ( A si B)

AB (=A+B) SI-NU complementul lui A si B

A+B (=AB) NICI complementul lui (A sau B)

AnonB INHIBARE A si (complementul lui B)

A+nonB IMPLICARE A sau (complementul lui B)

Unele circuite logice de baza sunt denumite porti si anume circuitele pe iesirea carora apare semnalul cand exista o anumita combinatie de semnale la intrarea lor.De exemplu, o poarta SI produce un semnal de iesire cand pe toate intrarile exista semnale de 1 logic simultan O poarta de inhibare produce un semnal de 1 logic la iesire cand exista semnal pe intrarea ei de inhibare.

1.Poarta SI :

Atat in calculatoare, cat si in instalatiile de automatizre apare foarte des o situatie in care un anumit proces nu poate fi declansat decat in cazul indeplinirii simultane a unui anumit numar de conditii.Aceasta functie de simultaneitatate, denumita adesea si de coincidenta, este realizata de circuite logice, numite porti SI.

Poarta SI se caracterizeaza prin aceea ca semnalul de iesire ia valoarea 1 logic numai deca pe toate intrarile portii se aplica simultan semnale ce reprezinta 1 logic.

1.a Poarta SI cu diode :

Dioda semiconductoare este un dispozitiv cu doua terminale caracteristica sau=f(1) sau cu alte cuvinte , acest dispozitiv prezinta o rezistenta foarte mica, fiind polarizata in sensul conductiei , si una foarte mare, in cazul polarizarii inverse.Acest dispozitiv semiconductor este de asemenea, un dispozitiv de comutatie carcteristica , ce reiese din proprietatea acesteia de neliniaritate.

Diodele semiconductore sunt utilizate in realizarea functiilor logice, fiind unele dintre primele dispozitive neliniare utilizate in acest scop Ele poseda dimensiuni reduse, caracteristici bune de comutatie (viteza de comutatie mare si lucreaza cu tensiuni mici).Totusi, dioda semiconductoare are un mare dezavantaj, si anume acela ca nu amplifica semnalul.Din aceasta cauza, circuitele logice care o folosesc sunt circuite logice care realizeaza functii bootere simple.