Юный радиолюбитель [7-изд]

У радиолюбителей, интересующихся цифровой техникой, наибольшей популярностью пользуются микросхемы серии К155, являющиеся основой для построения современных ЭВМ. Составной частью многих из них, и не только микросхем этой серии, служит логический элемент И-НЕ, графическое изображение которого ты видишь на рис. 303, а. Его условным символом является знак «&» внутри прямоугольника (заменяющий союз «И»).

У такого логического элемента может быть два и больше входов, обозначаемых слева, и один выход — справа. Небольшой кружок, которым начинается выходная линия связи, символизирует логическое отрицание «НЕ» на выходе элемента. На языке цифровой техники «НЕ» означает, что логический элемент И-НЕ является инвертором, т. е. электронным устройством, уровень выходного сигнала которого противоположен входному.

Рис. 303.

Логический элемент 2И-НЕ (а) и микросхема 155ЛАЗ (б)

Электрическое состояние логического элемента И-НЕ характеризуют электрическими сигналами на его входах и выходе. В соответствии с двоичной системой счисления, принятой в цифровой технике, сигнал небольшого (или нулевого) уровня, напряжение которого не превышает 0,3–0,4 В, называют логическим нулем (0), а сигнал более высокого уровня (по сравнению с логическим 0), уровень которого может быть 2,5–3,5 В — логической единицей (1). Если, например, говорят, что на выходе элемента логическая 1 (на входе, следовательно, логический 0), это значит, что в данном случае на выходе элемента действует сигнал, напряжение которого соответствует уровню логической 1.

Действие такого элемента как инвертора можно сравнить с работой кремниевого n-р-n транзистора в режиме переключения. Если его базу соединить с эмиттером или подавать на нее положительное напряжение смещения, не превышающее 0,3–0,4 В, транзистор будет находиться в открытом состоянии и напряжение на его коллекторе будет близко к напряжению питания. При таком состоянии транзистора входное напряжение низкого уровня можно принять за логический 0, а выходное напряжение более высокого уровня — за логическую 1. Если затем на базу подать такое положительное напряжение смещения, при котором транзистор откроется, то напряжение на его коллекторе упадет почти до нуля. Такое состояние транзистора будет в нашем примере соответствовать выходному напряжению низкого уровня и входному высокого уровня. При подаче на базу пульсирующего напряжения транзистор с частотой и полярностью следования импульсов будет переключаться из открытого состояния в закрытое и, наоборот, из закрытого состояния в открытое, имитируя работу инвертора.

Но у элемента 2И-НЕ (рис. 303, а), с которого я начал знакомить тебя с логическими микросхемами, два входа. Поэтому и принцип его действия несколько отличается от свойств одного транзистора, работающего в режиме переключения. Сущность действия такого элемента заключается в том, что при подаче на один из его входов напряжения низкого уровня, а на второй вход напряжения высокого уровня, на выходе появляется напряжение высокого уровня, которое исчезает при подаче на оба входа сигналов, соответствующих напряжению высокого уровня. В этом и заключается логика элемента 2И-НЕ.

Если все входы такого элемента соединить вместе, т. е. сделать его одновходовым, он будет работать как инвертор. Напряжение на входе логического элемента, при котором он переходит из одного устойчивого состояния в другое, т. е. переключается из открытого состояния в закрытое, называют пороговым.

Для микросхем серии К155 пороговое напряжение составляет примерно 1,15 В.

Для твоих опытных конструкций потребуется, прежде всего, микросхема K155ЛA3, условное обозначение которой показано на рис. 303, б. Конструктивно она выглядит так же, как микросхемы серии К118, но в ее корпусе четыре логических элемента 2И-НЕ. Каждый из них имеет свои входы и выход и работает как самостоятельный элемент. Источник постоянного тока напряжением не более 5 В, питающий все элементы микросхемы, подключают к ее выводам 7 (—5 В) и 14 (+5 В). Но эти выводы не принято указывать на условных изображениях цифровых микросхем, потому что на принципиальных электрических схемах тех или иных устройств элементы, составляющие микросхемы, в подавляющем большинстве случаев чертят раздельно.

Схема первого опытного устройства на цифровой микросхеме, которую я предлагаю тебе для закрепления в памяти принципа работы логического элемента 2И-НЕ, показана на рис. 304. Из четырех элементов микросхемы K455ЛA3 в нем работают только два (любых) а два других не используются.

В целом это устройство представляет собой генератор световых импульсов, который можно использовать, например, для модели маяка.

Рис. 304.Схема генератора световых импульсов с использованием логических элементов 2И-НЕ