שערים לוגיים במעגלים חשמליים

אלמנטים לוגיים הם מכשירים שיוצרים חיבור מסוים בין ערכי קלט ופלט. לאלמנט לוגי אלמנטרי יש שתי כניסות ופלט אחד. האותות אליהם הם בדידים, כלומר, הם לוקחים אחד משני ערכים אפשריים - 1 או 0. נוכחות המתח נלקחת לפעמים כאחד, והעדרו נלקח לפעמים כאפס. פעולתם של מכשירים כאלה מנותחת באמצעות מושגי האלגברה הבוליאנית - אלגברה של לוגיקה.

התקנים הפועלים עם אותות בדידים נקראים דיסקרטיים. פעולתם של מכשירים כאלה מנותחת באמצעות מושגי האלגברה הבוליאנית - אלגברה של לוגיקה.

יסודות האלגברה של ההיגיון

משתנה לוגי הוא ערך קלט שיכול לקבל רק שני ערכים מנוגדים: x = 1 או x = 0. פונקציה לוגית היא התלות של ערך המוצא בקלט ובאות המוצא עצמו, שיכול גם לקבל רק שני ערכים : y = 1 או y = 0. פעולה לוגית היא פעולה המבוצעת על ידי אלמנט לוגי בעל משתנים לוגיים לפי פונקציה לוגית.הערכים 1 ו-0 מנוגדים זה לזה (הפוכים): 1 = 0, 0 = 1. המקף פירושו שלילה (היפוך).

ההנחה היא ש-0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

כאשר משנים את הנוסחאות של אלגברה לוגית, מבוצעות תחילה פעולות היפוך, לאחר מכן כפל, חיבור ולאחר מכן כל האחרות.

ראה גם בנושא זה: חוקי המגע של מעגל אלגברה

פעולות לוגיות בסיסיות נדונות כאן: מכשירים לוגיים

אלמנטים לוגיים בצורת מעגלי ממסר-מגע

האלמנטים הלוגיים יכולים להיות מיוצגים בצורה של מעגל ממסר-מגע (איור 1).

אורז. 1. אלמנטים לוגיים בסיסיים (א) ושווי ערך למגע ממסר (ב)

אם נניח שמגעים סגורים מתאימים לאות אחד ומגעים פתוחים תואמים לאפס, אזי ניתן לייצג את אלמנט A כמגעים מחוברים x1 ו-x2 וממסר y. אם שני המגעים סגורים, זרם יזרום דרך הסליל, הממסר יפעל והמגעים שלו ייסגרו.

ניתן לייצג את אלמנט ה-OR כשני מגעי NO המחוברים במקביל. כאשר הראשון או השני מהם סגורים, הממסר מופעל וסוגר את המגעים שלו שדרכם יעבור האות.

אלמנט NOT יכול להיות מיוצג כמגע NO אחד x ומגע NC אחד y. אם לא מופעל אות לכניסה (x = 0), אז הממסר לא עובד והמגעים של y נשארים סגורים, זרם זורם דרכם. אם תסגור את המגעים x, הממסר יפעל ויפתח את המגעים שלו, ואז אות המוצא יהיה אפס.

באיור. 2 מציג מעגל שמבצע את פעולת OR — NOT.אם לא יופעל אות על אף אחת מהכניסות, אז הטרנזיסטור יישאר סגור, שום זרם לא יזרום דרכו, ומתח המוצא יהיה שווה למקור emf Uy = Uc, כלומר. y = 1.

אורז. 2. סכימה של אלמנט לוגי OR - NOT, ביצוע פעולות לוגיות

אם מתח מופעל לפחות על אחת מהכניסות, אזי ההתנגדות של הטרנזיסטור תרד מ-∞ ל-0 והזרם יזרום דרך מעגל הקולט-הפולט. ירידת המתח על פני הטרנזיסטור תהיה אפס (Uy = 0). משמעות הדבר היא שאין אות במוצא, כלומר, y = 0. לפעולה רגילה של האלמנט, יש צורך ליצור תזוזה של פוטנציאל הבסיס ביחס לנקודה המשותפת, זה מושג על ידי מקור מיוחד Ucm ונגד Rcm. הנגד R6 מגביל את זרם פולט הבסיס.

האלמנטים הלוגיים הבנויים על ממסרים אלקטרומגנטיים, טרנזיסטורים, ליבות מגנטיות, מנורה אלקטרונית, ממסרים פנאומטיים גדולים מדי, ולכן כיום משתמשים במעגלים משולבים.פעולות לוגיות בהם מתבצעות ברמת הגביש.

דוגמאות לשימוש בשערים לוגיים במעגלים

בואו נסתכל על כמה מכלולי מעגלים חשמליים שנמצאים לרוב בכונן חשמלי. באיור. 3a מציגה את יחידת האספקה ​​של סליל המגע K.

אורז. 3. צמתי מעגל עם אלמנטים לוגיים: 1 - 8 - מספרי קלט ופלט

כאשר כפתור KNP נלחץ, זרם זורם דרך הקו והמגע מופעל. המגעים העיקריים שלו (לא מוצגים בתרשים) מחברים את המנוע לרשת, ומגעי K, נסגרים, עוקפים את כפתור KNP. זרם יזרום כעת דרך אנשי הקשר הללו וניתן לשחרר את כפתור KNP.תחת פעולת הקפיץ, הוא פותח את המגעים שלו, אך הסליל ימשיך להיות מופעל דרך המגעים K. כאשר כפתור KnS נלחץ, הקו נקטע והמגע משוחרר.

צומת זה יכול להתבצע על אלמנטים לוגיים. המעגל כולל את סליל המגע K, הכפתורים KNP ו-KNS, שני אלמנטים לוגיים OR - NOT ומגבר. המצב ההתחלתי הוא x1 = 0 ו-x2 = 0, ואז בפלט של אלמנט 1 נקבל y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. בפלט של אלמנט 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .is הסליל כבוי, הממסר לא עובד.

אם תלחץ על KnP, אז y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. במוצא של אלמנט 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. זרם זורם דרך הסליל והמגע מופעל. האות y2 מופעל על הכניסה x2 אך y1 לא משתנה על ידי זה מכיוון ש-y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. כך סליל המגע מופעל.

אם תלחץ על כפתור KNS, אות x4 = 1 יופעל על הקלט של האלמנט השני, ואז y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 והמגע ישתחרר.

המעגל הנדון מסוגל "לשנן" פקודות: האות y2 נשאר ללא שינוי גם אם הכפתור משוחרר.

ניתן להשיג את אותה פונקציית זיכרון עם כפכף. אם אות x1 = 1 מוחל על הקלט, אז האות y = 1 יופיע במוצא ויישאר ללא שינוי עד שנלחץ על כפתור KnS. לאחר מכן מעבירים את הכפכף ומופיע במוצא האות y = 0. הוא יישאר ללא שינוי עד שנלחץ שוב על כפתור KNP.

באיור. 3, b מציג בלוק לחסימה חשמלית של שני ממסרים PB (קדימה) ו-PH (הפוך), אשר אינו כולל את פעולתם בו זמנית, שכן הדבר יוביל לקצר חשמלי.ואכן, כאשר כפתור KnV נלחץ, ממסר PB מופעל, ומגעי העזר שלו נפתחים, ולא ניתן להפעיל את סליל ה-PH גם אם כפתור KnN נלחץ. שימו לב שאין כאן תמרון של מגעי הסגירה של הכפתורים, כלומר אין מודול זיכרון.

במעגל עם אלמנטים לוגיים, כאשר אנו לוחצים על כפתור KNV באלמנט הראשון, נקבל x1 = 1, y2 = x1 = 0. באלמנט השני, y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

הממסר PB מופעל והאות y7 מופעל על הכניסה של אלמנט 4 (y7 - x8 = 1). אין אות בכניסה של אלמנט 3 (x2 = 0), אז y4 = x2 = 1. באלמנט הרביעי: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, כלומר ממסר ה-PH לא יכול לעבוד , גם אם כפתור KnN נלחץ. אז נקבל את אותה תוצאה: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

באיור. 3, c מציג את ממסר השחרור במקרה של לחיצה על הכפתור KnS או פתיחת המגעים של מתג הגבול VK. במעגל עם אלמנטים לוגיים במיקום ההתחלתי y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, כלומר, סליל הממסר מופעל. כאשר אתה לוחץ על כפתור KnS, נקבל y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 והממסר משוחרר.

באיור. 3, ד מציג את המכשיר להפעלת הממסר במקרה של לחיצה על כפתור KNP כאשר מגע VK סגור. במעגל עם אלמנטים לוגיים במצב הרגיל של המגעים, נקבל y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. אם רק כפתור KNP נלחץ, אז y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. אם רק קשר VK סגור אז y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 כאשר KNP סגור ו-VK נקבל y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. זה אומר שהממסר מופעל.

באיור. 3, e מציג מעגל בקרה עבור שני ממסרים P1 ו-P2.כאשר מתח מופעל על המעגל, ממסר הזמן PB מופעל, המגעים שלו בקו 3 נפתחים מיד. המעגל מוכן לפעולה. כאשר כפתור KNP נלחץ, ממסר P1 מופעל, המגעים שלו נסגרים תוך עקיפת הכפתור. אנשי קשר אחרים בקו 2 נפתחים ובקו 3 נסגרים. ממסר PB משתחרר והמגעים שלו נסגרים בהשהיית זמן, ממסר P2 מופעל. לפיכך, לאחר לחיצה על כפתור KNP, ממסר P1 מופעל מיד, ו-P2 - לאחר זמן מה.

במעגל עם אלמנטים לוגיים, צומת ה"זיכרון" בנוי על כפכף. שלא יהיה אות במוצא (y3 = 0), ממסרים P1 ו-P2 מובטלים. לחץ על כפתור KNP, אות מופיע ביציאת ההדק.ממסר P1 מופעל ואלמנט ה-EV מתחיל להסתנכרן.

כאשר האות y5 = 1 מתרחש, ממסר P2 מופעל. כאשר אתה לוחץ על כפתור KnS, ההדק מוחלף ואז y3 = 0. ממסרים P1 ו-P2 משתחררים.

מכלולים אופייניים עם אלמנטים לוגיים נמצאים בשימוש נרחב במעגלים מורכבים יותר, ומעגלים כאלה הם הרבה יותר פשוטים ממעגלי ציוד ממסר מגע.