Дослідження логічних елементів емітерно-зв’язаної логіки

Міністерство Освіти та Науки України

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Радіофізичний факультет

Кафедра радіоелектроніки

КУРСОВА РОБОТА

З курсу: Цифрова схемотехніка

На тему

Дослідження логічних елементів емітерно-зв’язаної логіки

Виконала: ст. гр. РБ-99-1

Дубіна О. Л.

Перевірив: ст. викл. каф. РЕ

Груздов В. Є.

Дніпропетровськ

2003

Реферат

Курсова робота: 25 стор., 3 табл., 16 рис., 5 літ. джерел.

ЕМІТЕРНО-ЗВ’ЯЗАНА ЛОГІКА, ЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ, ДОСЛІДЖЕННЯ, МАКЕТ, МІКРОСХЕМА.

В даній роботі надано основні теоретичні дані логічних елементів . Згідно з теорією розроблений макет дослідження логічних елементів емітерно-зв’язаної логіки, а саме – дослідження мікросхеми, яка складається з двох логічних елементів 3АБО-НІ, за допомогою якої можна дослідити принцип роботи всіх інших типів логічних елементів. Також надані рекомендації та методичні вказівки щодо роботи зі розробленим макетом.

ЗМІСТ

Вступ  4

1.Основні теоретичні відомості 5

2.Робота приладу 12

3.Постановка задачі 18

4.Вибір схеми 19

5.Конструкція макету 20

6.Завдання для підготовки до роботи 22

7.Порядок виконання роботи 23

Висновки 24

Список використаних джерел 25

ВСТУП

В даний час у зв'язку з бурхливим розвитком науки і техніки широке застосування одержали схемотехнології, які активно застосовуються в інтегральних схемах. У даній роботі розглянута різні мікросхеми на емітерно-зв’язаній логіці, але досліджується саме мікросхема К137ЛЕ3 на логічних елементах.

1.   ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Математичною основою цифрової електроніки й обчислювальної техніки є алгебра чи логіки булева алгебра (по імені англійського математика Джона Буля). У булевой алгебрі незалежні змінні чи аргументи (X) приймають тільки два значення: 0 чи 1. Залежні змінні чи функції (Y) також можуть приймати тільки одне з двох значень: 0 чи 1. Функція алгебри логіки (ФАЛ) представляється у вигляді:

Y = F (X₁; X₂; X₃ ... X_N ).

Дана форма завдання ФАЛ називається алгебраїчної.

 Основними логічними функціями є:

- логічне заперечення (інверсія)

Y = ;

- логічне додавання (диз’юнкція)

Y = X₁ + X₂ чи Y = X₁ V X₂ ;

- логічне множення (конь’юнкція)

Y = X₁ · X₂ чи Y = X₁ L X₂ .

До більш складних функцій алгебри логіки відносяться:

- функція рівнозначності (еквівалентності)

Y = X₁ · X₂ +  чи Y = X₁ ~ X₂ ;

- функція нерівнозначності (додавання по модулі два)

Y = X₁ ·  + · X₂  чи Y = X₁  X₂ ;

- функція Пірса (логічне додавання з запереченням)

Y =  ;

- функція Шеффера (логічне множення з запереченням)

Y =  ;

Логічний елемент – це електронний пристрій, що реалізує одну з логічних операцій. Логічні елементи являють собою електронні пристрої, у яких оброблювана інформація закодована у вигляді двійкових чисел, відображуваних напругою (сигналом) високого і низького рівня. Термін «логічні» прийшов в електроніку з алгебри логіки, що оперує зі змінними величинами і їхніми функціями, що можуть приймати тільки два значення: «істинно» чи «хибно». Для позначення чи істинності хибності висловлень використовують відповідно символи 1 чи 0. Кожна логічна перемінна може приймати тільки одне значення: 1 чи 0. Ці двійкові змінні і функції від них називаються логічними змінними і логічними функціями. Пристрою, що реалізують логічні функції, називаються логічними чи цифровими пристроями.

На рис. 1 - 10 представлені логічні елементи, що реалізують розглянені вище функції. Там же представлені так називані таблиці чи станів таблиці істинності, що описують відповідні логічні функції в двійковому коді у виді станів вхідних і вихідних перемінних. Таблиця істинності є також табличним способом завдання ФАЛ.

На рис.1 представлений елемент “НІ”, що реалізує функцію логічного заперечення Y = .

Рис. 1. Елемент НІ

Елемент “АБО” (рис.2) і елемент “І” (рис.3) реалізують функції логічного додавання і логічного множення відповідно.

Рис. 2. Елемент АБО.

Рис. 3. Елемент І

Функції Пірса і функції Шеффера реалізуються за допомогою елементів “АБО-НІ” і “І-НІ”, представлених на рис.4 і рис. 5 відповідно.

Рис. 4. Елемент АБО-НІ.

Рис. 5. Елемент І-НІ.

Елемент Пірса можна представити у виді послідовного з'єднання елемента “АБО” і елемента “НІ” (рис.6), а елемент Шеффера - у виді послідовного з'єднання елемента “І” і елемента “НІ” (рис.7).

На рисунку 8 і 9 представлені елементи “ Що виключає Або” і “ Що виключає АБО-НІ”, що реалізують функції нерівнозначності і нерівнозначності з запереченням відповідно.

Рис. 8. Елемент, що виключає АБО.

Рис. 9. Елемент, що виключає АБО-НІ.

Логічні елементи, що реалізують операції кон’юнкції, диз’юнкції, функції Пірса і Шеффера, можуть бути, у загальному випадку, n - входові. Так, наприклад, логічний елемент із трьома входами, що реалізує функцію Пірса, має вид, представлений на рис.10.

 

Рис.10

У таблиці істинності (рис.10) є вісім значень вихідних змінних Y. Ця кількість визначається числом можливих комбінацій вхідних змінних N, що, у загальному випадку, дорівнює: N = 2 ⁿ , де n - число вхідних змінних.

Логічні елементи по режиму роботи підрозділяються на статичні і динамічні. Статичні ЛЭ можуть працювати як у статичному, так і динамічному (імпульсному) режимах. Статичні елементи найбільше широко використовуються в сучасних мікросхемах. Динамічні ЛЕ можуть працювати тільки в імпульсному режимі.

Логічні елементи класифікують також за типом транзисторів, які застосовуються. Найбільше поширення одержали ЛЕ на біполярних і МДП - транзисторах і МДП – транзисторах. Крім того, інтенсивно розробляються ЛЕ на арсенід – галієвих МЕП і ГМЕП – транзисторах. Для кожного з перерахованих типів ЛЕ існує число схемотехнічних і конструктивно – технологічних різновидів.

Розглянемо найбільш розповсюджені схемотехнології, які застосовуються в інтегральних схемах:

1.   Транзисторно-транзисторна логіка (ТТЛ).

2.   Емітерно-зв’язана логіка (ЕЗЛ).

3.   Логіка, побудована на основі структури метал-діелетрик-напівпровідник з п-каналом (пМДП).

4.    Логіка, побудована на основі структури метал-діелетрик-напівпровідник із транзисторами різної провідності (КМДП).

Технологія ЕЗЛ.

Технологія ЕЗЛ є так само, як і технологія ТТЛ, біполярною, тобто елементи будуються з використанням біполярних структур. Основою елементів ЕЗЛ є так називаний «перемикач струму», на основі якого будується базовий елемент цієї технології - АБО- -НІ (див. рис. 11); по виходу1 даної схеми реалізується логічна функція АБО-НІ, а по виходу2 - АБО.

Через низький вхідний опір схеми ЕЗЛ мають високу швидкодію і працюють переважно в активному режимі, отже, перешкода, яка попадає на вхід, підсилюється. Для підвищення перешкодостійкості шину колекторного живлення роблять дуже товстої і з'єднують із загальною шиною.

Рис. 11. Базовий елемент ЕЗЛ.

У порівнянні зі схемами ТТЛ схеми ЕЗЛ мають більш високу швидкодію, але пперешкодостійкість у них набагато нижче. Схеми ЕЗЛ займають велику площу на кристалі, споживають велику потужність у статичному стані, тому що вихідні транзистори відкриті і через них протікає великий струм. Схеми, побудовані за даною технологією не сумісні зі схемами, побудованими по інших технологіях, що використовує джерела позитивної напруги.

Будь-який цифровий пристрій призначений для виконання тієї чи іншої логічної функції, отже, такий пристрій можна представити у виді елементарних комірок, таких як НІ, І-НІ, АБО-НІ, які приведені нижче в таблиці 1.

Таблиця 1. Основні логічні функції