Видео: YouTube
Речь пойдет об объединениях транзисторов в простейшие схемы, позволяющие выполнять ряд важных функций цифровой электроники. Самой простой функцией является инверсия. Или отрицание.
Вентиль NOT
Функция изменяет логический уровень входного сигнала на противоположный. Если на вход поступил ноль, то на выходе окажется один. И наоборот, если на входе один, то на выходе ноль.
Функция в цифровой технике имеет несколько форм записи. Одна из них называется уравнением Булевой логики, также популярна запись в виде так называемой таблицы истинности. В ней описывается соответствие между входами и выходами функции. На схемах цифровых устройств функции могут быть изображены по одному из нескольких стандартов. Один из них разработан американским национальным институтом стандартов (сокращенно ANSI). Другой разработан европейской электротехнической комиссией. Сокращенно IEC.
Функция инверсии при помощи транзисторов строится следующим образом.
Пара транзисторов pmos и nmos, называемая комплементарной, своими затворами соединяются со входом. Так как открытие транзисторов происходит от разных логических напряжений, то в один момент времени на выход схемы подключено или напряжение питания (уровень 1)
или напряжение земли (уровень 0).
Разумеется транзисторы подключены так, чтобы направлять на выход уровень, противоположный входному.
Вентиль NAND
Следующей важной функцией цифровой схемотехники является (И-НЕ). Также она имеет название Штрих Шеффера.
Логику работы данной функции легко запомнить. Она выдает ноль только в одном случае, это когда на входах функции все единицы. В остальных случаях функция выдает один. Устройство этой функции немного сложнее. Чтобы выполнять все действия по таблице истинности, необходимо соединить транзисторы следующим образом.
Тогда на выход схемы пойдет напряжение логической единицы при появлении логического нуля на любом из входов. Напротив, чтобы на выходе схемы появился ноль, необходимо чтобы открылся каждый из nmos транзисторов, а это произойдет при появлении на входе всех единиц одновременно.
Математически доказано, что вот такая схема соединения транзисторов достаточна чтобы из них собирать сколь угодно более сложные схемы. При таком свойстве схемы говорят о ее базисности. Это кирпичик, из которого строится все что угодно. Стандартизация и унификация привели к тому, что эта функция и ей подобные упаковывались в 14 контактные пластиковые корпуса с расстоянием между ножками одна десятая дюйма или 2,54 милиметра.
Количество контактов позволяет увеличить количество функций в одной микросхеме, в этом конкретном случае до четырех.
Вентиль AND
Если выход рассмотренной функции отрицать еще раз, то получится еще одна функция, называемая конъюнкцией. Выход конъюнкции равен единице тогда и только тогда, когда на входах появятся все единицы.
Вентиль NOR
Следующей важной функцией является стрелка Пирса.
Таблица истинности данной функции содержит одну единицу, которая возникает только в том случае, если на всех входах функции логические нули. Данная функция еще называется (ИЛИ-НЕ). Функция строится из следующего соединения транзисторов.
Поскольку pmos транзисторы подключены последовательно в цепочку, то подключение напряжения питания на выход схемы возможно лишь одновременного наличия нулей на всех входах. В любом другом случае единица на входе подключит на выход схемы логический ноль.
Такая функция также является базисной.
Вентиль OR
Если на выход стрелки пирса добавить инвертор, то получится функция дизъюнкции, иначе называемая функцией — ИЛИ. На выходе этой функции появится логическая единица в случае появления единицы на любом из входов.
В следующий раз познакомимся с более крупными объединениями транзисторов. Продолжение следует...
