Микросхемы с логическими элементами

2.2. Классификация микросхем и их условные обозначения

Промышленностью выпускается широкая номенклатура интегральных микросхем различной степени интеграции. Кроме деления ИМС в зависимости от технологии изготовления (пленочные, гибридные, монолитные), ИМС делят на цифровые и аналоговые. Цифровые ИМС оперируют с напряжениями, принимающими только два возможных значения – логического нуля и логической единицы. Аналоговые ИМС могут работать с напряжениями, непрерывными по времени и значению. В зависимости от степени интеграции цифровые ИМС либо выполняют отдельные логические операции(например, И-НЕ или ИЛИ-НЕ), либо образуют целые узлы цифровых устройств (счетчики, регистры, микросхемы памяти, процессоры и т.д.). Аналоговые ИМС (операционные усилители, компараторы напряжений, таймеры, стабилизаторы постоянного напряжения) выполняют разнообразные функции: усиление сигналов, генерирование колебаний различной формы, модуляцию и демодуляцию сигналов и много других преобразований. Микросхемы, предназначенные для цифроаналогового (ЦАП) и аналого-цифрового преобразования сигналов (АЦП), относят к числу аналоговых.

На функциональной схеме цифрового электронного термометра (диапазон температур от 0 до 400оС) к аналоговой части устройства относятся усилитель постоянного тока (УПТ) и 12-разрядный АЦП, к цифровой – преобразователь двоичного кода в двоично-десятичный (X/Y) и дешифратор DC, преобразующий этот код в код управления четырьмя цифровыми семисегментными индикаторами (рис. 2.2).

Стандартами установлена система условных обозначений микросхем. Большинство ИМС объединено в серии, которые включают ряд различных ИМС, согласованных по напряжению источников питания, уровням входных и выходных сигналов, входным и выходным сопротивлениям и конструктивно-технологическим особенностям. Серию стремятся разрабатывать так, чтобы из микросхем, входящих в нее, можно было создать законченные электронные устройства, хотя допускается использование в одном устройстве ИМС различных серий.

В принятой системе обозначений выпускаемые отечественной промышленностью ИМС делятся по конструктивно-технологическому исполнению на три группы:

а) 1, 5, 6, 7 – полупроводниковые (монолитные);

б) 2, 4, 8 – гибридные;

в) 3 – прочие (пленочные, керамические и др.).

Условное обозначение серии ИМС состоит из двух элементов: первый – цифра, обозначающая конструктивно-технологическую группу; второй – двух- или трехзначное число, указывающее порядковый номер серии. Например, серия, обозначенная числом 1533, принадлежит к полупроводниковым ИМС с порядковым номером серии 533.

По характеру выполняемых функций ИМС подразделяют на подгруппы: генераторы, усилители, триггеры, модуляторы и т.д. В свою очередь подгруппы делятся на виды. Например, подгруппа «Схемы цифровых устройств» включает в себя следующие виды ИМС: регистры, сумматоры, счетчики импульсов, дешифраторы и др. Обозначения подгрупп и видов стандартизованы. Например, буквы ИР в условном обозначении ИМС будут обозначать, что эта ИМС из подгруппы «Схемы цифровых устройств» относится к виду «регистры». В табл. 2.1 приведена неполная классификация видов ИМС.

Условное обозначение микросхемы состоит из трех- или четырехзначного обозначения серии микросхем, двух букв, означающих подгруппу и вид микросхемы, и порядкового номера разработки микросхемы.

Буквы (необязательные) К, КМ, КН, КР, и КА, стоящие в начале условного обозначения микросхемы, характеризуют условия ее приемки на заводе-изготовителе, причем буква К означает микросхемы широкого применения.

Для характеристики материала и типа корпуса перед цифровым обозначением серии могут быть добавлены следующие буквы:

Р – пластмассовый корпус типа ДИП (корпус с прямоугольными выводами, перпендикулярными плоскости основания корпуса и выходящими за пределы проекции тела корпуса на плоскость основания);

Таблица 2.1

Условные обозначения микросхем

Подгруппа и вид ИМС

по функциональному

назначению

Обозначение

Подгруппа и вид ИМС

по функциональному

назначению

Обозначение

Формирователи:

импульсов прямоугольной

формы

прочие

Схемы вычислительных

средств:

контроллеры

микропроцессоры

специализированные

Генераторы:

прямоугольных сигналов

гармонических сигналов

Детекторы:

амплитудные

фазовые

прочие

Схемы источников

вторичного электропитания:

выпрямители

стабилизаторы напряжения

импульсные

стабилизаторы напряжения

непрерывные

Схемы цифровых устройств:

АЛУ

шифраторы

дешифраторы

счетчики

комбинированные

полусумматоры

сумматоры

прочие

регистры

Коммутаторы и ключи:

напряжения

прочие

АГ

АП

ВВ

ВМ

ВЖ

ГГ

ГС

ДА

ДФ

ДП

ЕВ

ЕК

ЕН

ИА

ИВ

ИД

ИЕ

ИК

ИЛ

ИМ

ИП

ИР

КН

КП

Логические элементы:

И–НЕ

И–НЕ/ИЛИ–НЕ

расширители

ИЛИ–НЕ

И

Модуляторы:

амплитудные

прочие

Преобразователи:

цифроаналоговые

аналого-цифровые

код-код

Схемы запоминающих

устройств:

ПЗУ (масочные)

ОЗУ

ПЗУ с УФ-стиранием

Схемы сравнения:

по напряжению

Триггеры

типа JK (универсальные)

типа D (с задержкой)

типа RS

типа Т (счетные)

Усилители:

операционные

импульсных сигналов

низкой частоты

высокой частоты

Многофункциональные схемы:

аналоговые

цифровые

комбинированные

прочие

ЛА

ЛБ

ЛД

ЛЕ

ЛИ

МА

МП

ПА

ПВ

ПР

РЕ

РУ

РФ

СА

ТВ

ТМ

ТР

ТТ

УД

УИ

УН

УВ

ХА

ХЛ

ХК

ХП

А – пластмассовый планарный корпус (прямоугольный корпус с выводами, расположенными параллельно плоскости основания и выходящими за пределы проекции его тела на плоскость основания);

М – металлокерамический корпус типа ДИП;

Е – металлополимерный корпус типа ДИП;

С – стеклокерамический корпус типа ДИП;

И – стеклокерамический планарный корпус;

Н – керамический «безвыводной» корпус.

В условных обозначениях микросхем, выпускаемых в бескорпусном варианте, перед номером серии добавляют букву Б. Таким образом, бескорпусные аналоги обычной серии 155 обозначаются Б155.

Пример расшифровки обозначения микросхемы КР1533ТМ2 показан на рис. 2.3.

Если принципиальные схемы электронных устройств, использующих ИМС, выполнять, полностью отображая их внутреннюю структуру с помощью условных графических обозначений (УГО) составляющих компонентов, то схема получится очень громоздкой и не наглядной. Отображение на принципиальной схеме внутренней структуры ИМС становится своего рода избыточной информацией, затрудняющей составление и чтение схем. Разработчику электронной аппаратуры важно знать, из каких функциональных узлов можно создать то или иное устройство, а внутренняя структура узла зачастую его просто не интересует. Этим объясняется тот факт, что при составлении принципиальных схем цифровых и аналоговых устройств пользуются только обобщенными символами функциональных узлов.

УГО элементов (узлов) аналоговой и цифровой техники строят на основе прямоугольника. В самом общем виде УГО может содержать основное и два дополнительных поля, расположенных по обе стороны от основного (рис.2.4). Размер прямоугольника по ширине зависит от наличия дополнительных полей и числа помещенных в них знаков, по высоте – от числа выводов, интервалов между ними и числа строк информации в основном и дополнительных полях. В основном поле указывают функциональное назначение элемента, а в дополнительных – метки, обозначающие функции или назначение выводов. В местах присоединения линий-выводов изображают специальные знаки (указатели), характеризующие их особые свойства (инверсные, динамические и т.д.). Группы выводов могут быть разделены увеличенным интервалом или помещены в обособленную зону. Согласно стандарту, ширина основного поля должна быть не менее 10 мм, дополнительных – не менее 5 мм, расстояние между выводами – 5 мм.

Выводы элементов схемы делятся на входы, выходы, двунаправленные выводы (служат как для ввода, так и для вывода информации) и выводы, не несущие информации (например, для подключения питания, внешних RC-цепей и т.п.).Входы изображают слева, выходы –справа, остальные выводы – с любой стороны УГО.При необходимости разрешается поворачивать обозначение на угол 90 по часовой стрелке, т.е. располагать входы сверху, а выходыснизу.

Функциональное назначение элемента указывают в верхней части основного поля УГО. Его составляют из прописных букв латинского алфавита, арабских цифр и специальных знаков, записываемых без пробелов. Примеры обозначений основных функций приведены в табл. 2.2.Сложные функции образуют из простых, располагая их в последовательности обработки сигнала.

Назначение выводов указывают метками, помещаемыми напротив них в дополнительных полях. Как и обозначения функций элементов, они могут состоять из букв латинского алфавита, арабских цифр и специальных знаков. Например, вывод установки ИМС в состояние «1» обозначается как S (Set), а сброс схемы в нулевое состояние – как R (Reset).

Таблица 2.2

Примеры функциональных обозначений ИС

Функция

Обозначение

Память

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)

Логическое И

Регистр:

общее обозначение

со сдвигом слева направо

с реверсивным сдвигом

RG →

RG ↔

Счетчик двоичный

Счетчик десятичный

Триггер:

общее обозначение

двухступенчатый

Набор резисторов

R

Генератор

Компаратор (сравнение)

= =

Усилитель

Преобразователь цифро-аналоговый

  

Преобразователь аналого-цифровой

  

Выводы ИМС могут быть помечены указателями, определяющими их статические и динамические свойства. Указатели проставляют на линии контура УГО или на линии связи около линии контура УГО со стороны линии вывода. Прямые статические выводы изображают линиями, присоединенными к основному или дополнительным полям УГО без каких-либо знаков, инверсные – в виде кружка на конце. Отличительный признак динамического вывода – указатель в виде косой черточки, стрелки или треугольника. Выводы, не несущие логической информации, выделяют крестиком, который наносят либо в месте присоединения к УГО (рис. 2.4), либо в непосредственной близости от него.

По функциональному назначению в цифровых ИМС выделяют следующие устройства.

Логические элементы– это ИМС, реализующие базовые логические функции НЕ, И, ИЛИ и их комбинации И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ. Часть ЛЭ, помимо логических операций, выполняет функции усилителей мощности.

Драйверы.Драйверами принято считать ИМС с повышенной нагрузочной способностью, основным назначением которых является организация связи с периферийными устройствами.

Шифраторы.Назначение шифратора – преобразование входногоунитарногокода в натуральный двоичный.

Дешифраторы выполняют функции обратные шифраторам, т.е. преобразуют двоичный код в унитарный. К специальным дешифраторам относятся преобразователи двоичного кода в коды управления знакосинтезирующими индикаторами.

Мультиплексоры направляют один из m входных сигналов на один выход.

Демультиплексорырешают обратную задачу – направляютодинвходной сигнал в один изmвыходных каналов.

Арифметическими устройствамиявляютсясумматорыдвоичных чисел,умножителидвоичных чисел,АЛУ– арифметическо-логические устройства, схемыконтроля четности,преобразователидвоичных кодов,цифровые компараторы (устройства сравнения двоичных чисел).

Триггеры– устройства, служащие длязапоминаниялогических состояний.

Регистры.Регистром называется триггерная линейка, служащая для записи, хранения, сдвига и вывода информации.

Счетчикичисла импульсов – суммирующие, вычитающие, реверсивные. Счетчики могут выполнять роль программируемыхделителейчастоты.

Релаксационныеустройства – типа мультивибраторов и одновибраторов.

Запоминающие устройства предназначены для записи, хранения и выдачи информации.

Степень интеграции (показатель сложности) ИС оценивается числом элементов, размещенных на одном кристалле или подложке:

малая интегральная схема (МИС) –…………………………. до 100;

средняя интегральная схема (СИС) –…………………….. 101 –1000;

большая интегральная схема(БИС) – ………………….1001 – 10000;

сверхбольшая интегральная схема (СБИС) – ………..свыше 100000.

Все цифровые устройства можно отнести к одному из двух основных классов: комбинационные (без памяти) и последовательностные (с памятью). Комбинационныминазывают устройства, состояние выходов которых в любой момент времени однозначно определяется значениями входных переменных в тот же момент времени. Это логические элементы, преобразователи кодов (в том числе шифраторы и дешифраторы), распределители кодов (мультиплексоры и демультиплексоры), компараторы кодов, арифметико-логические устройства (сумматоры, вычитатели, умножители, собственно АЛУ), постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), программируемые логические матрицы (ПЛМ).

Выходное состояние последовательностного цифрового устройства (конечного автомата) в данный момент времени определяется не только логическими переменными на его входах, но еще зависит и от порядка (последовательности) их поступления в предыдущие моменты времени. Иными словами, конечные автоматы должны обязательно содержать элементы памяти, отражающие всю предысторию поступления логических сигналов, и выполняются на триггерах, в то время как комбинационные цифровые устройства могут быть целиком построены только на логических элементах. К числу цифровых устройств последовательностного типа относят триггеры, регистры, счетчики, оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), микропроцессорные устройства (микропроцессоры и микроконтроллеры).

Пример 2.1. В приведенном списке ИМС указать:

а) цифровые интегральные микросхемы комбинационного типа;

б) микросхемы, выполненные по гибридной технологии;

в) цифровые интегральные микросхемы последовательностного типа.

К1533ИЕ6

К155КП7

К555ИР1

К556РТ5

К140УД6

К561ТМ2

К252ПА1

К564 ИМ3

301НР1А

К537РУ8

К142 ЕН5

К133ЛА3

Решение.К числу комбинационных ИМС в приведенном списке относятся логический элемент К133ЛА3, мультиплексор К155КП7, сумматор К564 ИМ3, постоянное запоминающее устройство К556РТ5. По гибридной технологии выполнена микросхема цифроаналогового преобразователя К252ПА1, номер серии которой начинается с цифры 2. К числу последовательностных ИМС относятся триггер К561ТМ2, регистр К555ИР1, счетчик К1533ИЕ6, оперативное запоминающее устройство К537РУ8. Кроме перечисленных микросхем в данном списке приведены операционный усилитель К140УД6, стабилизатор напряжения К142ЕН5, набор резисторов 301НР1А, которые относятся к аналоговым ИМС, причем последняя микросхема выполнена по пленочной технологии (номер серии начинается с цифры 3).

>Условные графические обозначения цифровых микросхем

Классификация и система обозначений цифровых микросхем

Логические элементы ЭВТ

Цифровые микросхемы предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по законам дискретной функции. Они применяются для построения ЦВМ, а также цифровых узлов измерительных приборов, аппаратуры автоматического управления, связи и т. д.

По конструктивно-технологическому исполнению все цифровые ИС делятся на группы. По характеру выполняемых функций в аппаратуре ИС подразделяются на подгруппы (например, логические элементы, триггеры и т.д.) и виды внутри подгрупп (например, триггеры с задержкой, триггеры универсальные и т.д.). Разделение цифровых ИС на подгруппы и виды по функциональному назначению приведены в таблице 1.3.1.1.

Таблица 1.3.1.1. Подгруппы и виды ЦИС

Подгруппа и вид ИС Обозначение
Схемы арифметических и дискретных устройств: ИА
шифраторы ИВ
дешифраторы ИД
счетчики ИЕ
комбинированные ИК
полусумматоры ИЛ
сумматоры ИМ
прочие ИП
регистры ИР
Логические элементы
И-НЕ ЛА
И-НЕ/ИЛИ-НЕ ЛБ
расширители ЛД
ИЛИ-НЕ ЛЕ
И ЛИ
И-ИЛИ-НЕ/И-ИЛИ ЛК
ИЛИ ЛЛ
ИЛИ-НЕ/ИЛИ ЛМ
НЕ ЛН
прочие ЛП
И-ИЛИ-НЕ ЛР
И-ИЛИ ЛС
Схемы запоминающих устройств (ЗУ)
ассоциативные ЗУ РА
матрицы постоянных ЗУ РВ
матрицы оперативных ЗУ РМ
постоянные ЗУ (масочные) РЕ
прочие РП
постоянные ЗУ с возможностью многократного электрического перепрограммирования РТ
оперативные ЗУ РУ
постоянные ЗУ с ультрафиолетовым стиранием и электрической записью информации РФ
Триггеры
универсальные (типа JK) ТВ
динамические ТД
комбинированные ТК
Шмитта ТЛ
с задержкой (типа D) ТМ
прочие ТП
с раздельным запуском (типа RS) ТР
счетные (типа Т) ТТ

Сведения о подгруппе и виде микросхемы содержатся в ее условном обозначении.

В соответствии с ГОСТ 17021 — 75 обозначение цифровых ИС должно состоять из четырех элементов. Первый из них — цифра (1, 5, 7), обозначающая группу ИС. Она определяется конструктивно-технологическим исполнением ИС. Второй элемент — две или три цифры (от 00 до 99 либо от 000 до 999), указывающие порядковый номер разработки серии ИС. Третий элемент — две буквы, обозначающие подгруппу и вид микросхемы, определяющие основные функциональные назначения ИС (таблица). Четвертый элемент — число, обозначающее порядковый номер разработки ИС по функциональному признаку в данной серии.

Два первых элемента обозначают серию ИС. Под серией понимают совокупность типов ИС, которые могут выполнять различные функции, имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного приме нения.

Пример условного обозначения интегральной полупроводниковой логической микросхемы К155ЛА3, представляющей логичесий элемент И-НЕ с порядковым номером разработки серии — 55, порядковым номером разработки данной схемы в серии по функциональному признаку — 3 приведен ниже (рисунок 1.3.1.1.)

Рисунок 1.3.1.1.

При необходимости разработчик ИС имеет право после порядкового номера разработки ИС по функциональному признаку в данной серии дополнительно поместить букву (от А до Я), обозначающую отличие электрических параметров ИС одного типа (например, 531ЛА1П). Конечная буква при маркировке может быть заменена точкой. Цвет ее указывается в технических условиях (ТУ) на ИС конкретных типов. Для микросхем, используемых в устройствах широкого применения, в начале обозначения добавляется буква К.(например, К1533ЛАЗ). Как правило, ИС с буквой К отличаются от микросхем, не имеющих ее, условиями приемки на заводе-изготовителе, т. е. отличаются не только диапазоном температур, при которых они могут быть использованы, но и численными значениями некоторых параметров.

В последнее время для некоторых ИС после буквы К ставится дополнительная буква, указывающая особенность конструктивного исполнения (например, КР, КМ, КФ).

Для бескорпусных ИС перед цифровым обозначением серии добавляют букву Б, а после обозначения порядкового номера разработки ИС по функциональному признаку в данной серии (или после дополнительного буквенного обозначения) через дефис указывают цифру, характеризующую модификацию конструктивного исполнения (например, Б133ЛА3-1). В таблице приведены обозначения конструктивного исполнения для различных модификаций бескорпусных ИС.

Модификация конструктивного исполнения бескорпусных интегральных мікросхем (таблица 1.3.1.2)

Таблица 1.3.1.2.

Характеристика конструктивного исполнения микросхем (модификация) Обозначение конструктивного исполнения
С гибкими выводами С ленточными (паучковыми) выводами С жесткими выводами На обшей пластине (нераздельные) Раздельные без потери ориентировки С контактными площадками без выводов (кристалл)

Согласно ГОСТ 2.743-82 условное графическое обозначение (УГО) элемента цифровой логики имеет форму прямоугольника, к которому подводят линии выводов. УГО элементов может содержать три поля: основное и два дополнительных. Дополнительные поля располагают слева и справа от основного. Допускается дополнительные поля разделять на зоны, которые отделяют горизонтальной чертой. В первой строке основного поля помещают обозначение функции, выполняемой элементом. В дополнительных полях помещают информацию о функциональных назначениях выводов. Линии выводов характеризуются меткой и указателем. Метка – это наименование вывода. Указатель характеризует свойства вывода. Входы элемента изображают с левой стороны УГО, выходы – с правой стороны.

Размеры УГО определяются по высоте:

— количеством линий выводов;

— количеством интервалов;

— количеством строк информации в основном и дополительных полях;

— размером шрифта;

по ширине:

— наличием дополнительных полей;

— количеством знаков, помещаемых в одной строке внутри УГО;

— размером шрифта.

Расстояние между линиями выводов должно быть не менее и кратным величине «С» (минимальное «С» = 5 мм).

Расстояние между горизонтальной стороной УГО, границей зоны и линией вывода должно быть не менее и кратным «С/2» (рисунок 1.3.2.1.)

Рисунок 1.3.2.1.

Начертание и размеры условных графических обозначений (далее для краткости — УГО) элементов должны быть такими, как указано в стандартах.

Составляя схему устройства, следует придерживаться общепринятого правила вход — слева, выход — справа

УГО наиболее часто встречающихся в схемах элементов и их размеры в масштабе 1:1 приведены на рисунке. Возле каждого элемента (желательно сверху или справа) должно быть указано его позиционное обозначение (R1, R2.. , С1, С2 и г д.). Нумеровать элементы необходимо слева направо — сверху вниз, например, так:

R1 R4 R7 R9

R2 R5

R3 R6 R8 R10

Для упрощения схем нередко используют слияние линий электрической связи в одну так называемую групповую линию связи, которую изображают утолщенной линией. В непосредственной близости от мест входа в групповую линии обычно нумеруют. Вместо номеров можно использовать буквенные обозначения сигналов, иногда это упрощает чтение схемы. Минимальное расстояние между соседними линиями, отходящими от групповой в разные стороны, должно быть не менее 2 мм (в масштабе 1:1). Линии, выходящие из конца линии групповой связи, изображают линиями нормальной толщины.

УГО микросхем цифровой и аналоговой техники построены на основе прямоугольников, называемых полями. УГО простейших устройств (например, логических элементов) состоят только из основного поля, в более сложных к нему добавляют одно или два дополнительных, располагаемых слева и справа. В основном поле помещают надписи и знаки, обозначающие функциональное назначение элемента или микросхемы, в дополнительных – так называемые метки, поясняющие назначение выводов. Ширина полей определяется числом знаков (с учетом пробелов) Минимальная ширина основного поля – 10, дополнительных – 5 мм. Расстояние между выводами, а также между выводом и горизонтальной стороной УГО или границей зоны, отделяющей одни выводы от других, – 5 мм (все размеры в масштабе 1:1).

В местах присоединения линий-выводов изображают специальные знаки (указатели), характеризующие их особые свойства, небольшой кружок (инверсия), наклонную черточку («/» – прямой, «\» – инверсный динамический вход), крестик (вывод, не несущий логической информации, например, вывод питания).

В правом поле УГО цифровых микросхем иногда помещают знаки, построенные на основе ромбика. Если он снабжен черточкой сверху, это означает, что данный вывод соединен с коллектором р-п-р транзистора, эмиттером n-p-п транзистора, стоком полевого с р-каналом или истоком транзистора с n-каналом. Если же названные электроды принадлежат транзисторам противоположной структуры или приборам с каналом противоположного типа, черточку помещают снизу. Ромбиком с черточкой внутри обозначают вывод с так называемым состоянием высокого выходного сопротивления (Z-состоянием)

Чтобы не загромождать схему цепями питания цифровых микросхем, соответствующие выводы в их УГО обычно не изображают, а чтобы было ясно, к каким выводам подводится питание, в местах, откуда оно поступает (выход источника питания, цепь, к которой подключается внешний источник), помещают стрелки с адресами, например, «К выв. 14 DD1, DD2, выв 10 DD3, DD4, выв. 16 DD5, DD6»

И, наконец, – об УГО используемых в структурных и функциональных схемах. Их основа – квадрат, в котором указывается функциональное назначение устройства. В частности, символ генератора помимо буквы G, может содержать область частот (одна синусоида – низкие частоты, две – звуковые, три – высокие), конкретное значение частоты (например, 500 кГц), форму колебаний в виде упрощенной осциллограммы, наличие стабилизации частоты и т. д.

Два или три символа синусоиды используют также для указания назначения фильтров, но здесь они обозначают полосы частот. Например, в УГО фильтров верхних (ФВЧ) и нижних частот (ФНЧ) две синусоиды символизируют колебания частот, лежащих выше и ниже частоты раздела (в первом случае зачеркнута нижняя синусоида, следовательно, устройство пропускает сигналы с частотой выше частоты среза, во втором — верхняя, что говорит о пропускании сигналов ниже этой частоты). В УГО полосового и режекторного фильтров — три синусоиды. Как и в предыдущем случае, пропускаются полосы частот, обозначенные не зачеркнутыми синусоидами: если зачеркнуты верхняя и нижняя, — фильтр полосовой, а если средняя, — режекторный.

Усилители обозначают либо квадратом с треугольником — символом усиления — внутри, либо равносторонним треугольником (вершина с выводом выхода — направление передачи сигнала). Предпочтительно второе УГО: оно более наглядно и к тому же позволяет указать в нем, например, число каскадов устройства (его вписывают в треугольник).

УГО линий задержки вместо символов сосредоточенных и распределенных параметров могут содержать численное значение времени задержки, а также знаки, обозначающие способ преобразования: пьезоэлектрический (в виде символа кварцевого резонатора), маг-нитострикционный (две горизонтально расположенные полуокружности) (рисунок 1.3.2.2.)

Рисунок 1.3.2.2.

Базовые логические элементы

Базовые логические элементы – это схемы, содержащие элек­тронные ключи и выполняющие основные логические операции. Базовые логические элементы составляют основу для проектирования сложных цифровых устройств, выполняющих различные логические функции. Из алгебры логики известно, что сложные логические функ­ции можно выразить через совокупность конечного числа базисных логических функций. Такие совокупности образуют: базисные логиче­ские функции НЕ (инверсию), И (конъюнкцию), ИЛИ (дизъюнкцию); логические функции НЕ, И; логические функции НЕ, ИЛИ и др. Ука­занные логические функции реализуются в базовых логических элементах.

Базовые логические элементы могут изготавливаться в виде отдельных интегральных микросхем. Условные обозначения и таблицы истинности (таблицы состояний) наиболее часто используемых базовых элементов НЕ, И, ИЛИ приведены в табл. 4.1.

В зависимости от применяемых элементов и схемотехники различают транзисторно-транзисторные логические элементы (ТТЛ), эмиттерно-связанную логику (ЭСЛ) и элементы на комплементарных МДП-транзисторах (КМДП-логика).

Транзисторно-транзисторные базовые элементы

Транзисторно-транзисторные базовые элементы выполняются с использованием биполярных транзисторов. Функция НЕ реализуется с помощью рассмотренного в предыдущем параграфе электронного ключа (см. рис. 4.3). Кроме элемента НЕ на практике наиболее часто используется базовый логический элемент И-НЕ (штрих Шеффера), электрическая схема которого приведена на рис. 4.7.

Таблица 4.1

Условные обозначения и таблицы истинности базовых элементов НЕ, И, ИЛИ

Базовый элемент

Условное

Обозначение

Таблиц истинности

НЕ

И

ИЛИ

Особенностью схемы (рис. 4.6) является использова­ние многоэмиттерного транзистора V1. С помощью этого транзистора реализуется требуемая логическая функция базового элемента. В многоэмиттерном транзисторе (рис. 4.7) к базовой области транзистора примыкают две эмиттерные области. Инжекция носителей заряда в коллекторный пе­реход может производиться как из одного, так и из другого эмиттера. Ток базы может ответвляться в каждый открытый эмиттерный пере­ход транзистора, В транзисторно-транзисторные логических элементах используются многоэмиттерные транзисторы с тремя, четырьмя и более эмиттерами.

Работа схемы ТТЛ-элемента

Рассмотрим работу схемы ТТЛ-элемента при подаче различных логических сигналов. При этом для простоты уровню логической еди­ницы будем приписывать напряжение, равное напряжению питания, а уровню логического нул
я – нулевое напряжение.

Случай 1. На оба входа элемента И-НЕ подаются логические единицы: UХ1 = UХ2 = ЕП. Из анализа схемы (см. рис. 4.6) следует, что оба эмиттерных перехода многоэмиттерного транзистора будут закрыты. Наобо­рот, коллекторный переход транзистора V1 будет открыт. В этом слу­чае транзистор V1 работает в необычном, инверсном режиме. Возникающий базовый ток протекает через прямо смещенный коллек­торный переход и открывает транзистор V2.

Сопротивление между коллектором и эмиттером этого транзистора становится малым (ключ замкнут). В транзисторе протекают большие токи эмиттера и коллек­тора. Сопротивления резисторов RК и RЭ подобраны так, что транзи­стор V4 открывается, а транзистор V3 – закрывается. На выходе эле­мента получаем логический нуль. Диод D предназначен для повышения потенциала эмиттера транзистора V3 и, следовательно, для надежного удержания этого транзистора в закрытом состоянии.

Случай 2. На оба входа ТТЛ-элемента подаются логические нули: UХ1 = UХ2 = 0. В этом случае открываются эмиттерные переходы многоэмиттерного транзистора. Сопротивление между коллектором и эмиттерами открытого многоэмиттерного транзистора становится ма­лым (ключ замкнут). Следовательно, становится малым напряжение на базовом выводе транзистора V2, и этот транзистор закрывается. При этом открывается транзистор V3 и закрывается транзистор V4. На выходе элемента получаем логическую единицу. Дополнительный резистор RД предназначен для ограничения выходного тока логического элемента.

Случай 3. Нулевое напряжение подается на один из входов элемента и будет соответствовать второму случаю. Действительно, при подаче нулевого напряжения на один вход элемента многоэмиттерный транзистор будет открываться так же, как при подаче нулевых напряжений на оба входа схемы. На выходе базового элемента и в этом, третьем, случае будет формироваться логическая единица.

Таблица истинности логического элемента И-НЕ имеет вид (рис. 4.8). Известно, что, комбинируя соединения таких схем, можно построить любую по сложности логическую функцию. Из анализа таблицы истинности схемы следует, что ее можно получить при последовательном соединении элементов И и НЕ.

КМДП-логика

КМДП-логика выполняется с использованием комплементарных полевых транзисторов с изолированными затворами и с индуцирован­ными каналами. Операция отрицания (функция НЕ) реализуется с по­мощью двух электронных ключей, каждый из которых является на­грузкой другого (рис. 4.9). Причем для правильной работы схемы транзисторы должны иметь разный тип проводимости канала. При указанном положительном напряжении питания полевой транзистор V1 должен иметь р-канал, а полевой транзистор V2 – n-канал.

Тран­зистор V1 открывается при подаче нулевого напряжения на затвор, так как в этом случае относительно истока на затворе возникает отрицательное напряжение, и в приповерхностный слой под затвором из n-подложки подтягиваются дырки, создающие проводящий канал. Транзистор V2 открывается при подаче на затвор положительного на­пряжения. В этом случае в приповерхностный слой под затвором транзистора подтягиваются электроны проводимости.

При подаче на вход схемы (рис. 4.9) логической единицы (большого поло­жительного напряжения) транзистор VI закрывается, а транзистор V2 открывается. При этом на выходе элемента получаемм логический нуль. Если на вход схемы подается логический нуль, то закрывается транзистор V2 и открывается транзистор V1 – на выходе получаем логическую единицу.

Основное преимущество КМДП-логики – небольшая потребляемая мощность. У МДП-транзистора имеется очень маленький, практически нулевой ток затвора, и следовательно, на управление полевым транзистором расходуется незначительная мощность. В быстродействующих схемах с полевыми транзисторами наибольшая мощность затрачивается на заряд и разряд входной емкости полевого транзистора, а не на создание постоянного управляющего тока затвора.

В схемах КМДП-элементов отсутствуют резисторы, на нагрев которых обычно расходуется значительная доля энергии. При уменьшении геометрических размеров полевых транзисторов легко получить существенное увеличение быстродействия из-за уменьшения площади затвора и уменьшения емкостей между затвором и ист

Логические элементы

Субтитры

Итак, мы знаем, что в компьютере есть носитель информации, например, жесткий диск, однако я уверен, что вы обращали внимание, что в Windows диски называются логическими и у вас могут отображаться два, три и более логических дисков, например, C, D и E, хотя физически жесткий диск один. Это как раз и есть то, с чем мы сейчас будем разбираться — с логической или, проще говоря, программной структурой носителя информации. И здесь можно провести аналогию с книгами, ведь книга тоже является носителем информации. Современные жесткие диск имеют очень внушительные объемы и могут хранить колоссальные массивы данных. Что сделает автор книги, если его работа станет чрезмерно объемной? Правильно, он разделит ее на тома, возможно, сгруппирует информацию в томах по определенному содержимому. Именно это и предполагает логическая структура диска. То есть мы можем взять весь представленный нам объем жесткого диска и разделить его на тома или логические диски. При этом в компьютерной терминологии также применяется слово «том», то есть «логический диск» и «том» — это одно и тоже понятие. Итак, мы можем разделять или разбивать пространство жесткого диска на тома или логические диски и ключевое слов здесь — «можем». Это абсолютно необязательная операция и делается она ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО для удобства пользования информацией или для более простого обслуживания компьютера. У очень многих начинающих пользователей на компьютере доступен только один локальный диск С. Вполне возможно работать только с одним логическим диском, однако при работе в Windows имеет смысл разбить диск на несколько томов и здесь можно привести следующую аналогию. Операционная система = Письменный стол (КАРТИНКА) Ведь после загрузки компьютера мы с вами видим элемент операционной системы, который так и называется — Рабочий стол. По сути это поверхность реального рабочего стола, на котором мы располагаем те документы и инструменты, с которыми работаем в конкретный момент. Также у письменного стола есть тумба с ящиками, в которые мы по определенному принципу складываем наши вещи и документы. Безусловно, можно обойтись без тумбы и хранить все в одном ящике. Например, можно разложить документы по папкам и затем поместить их в общую кучу. Однако намного удобнее иметь три-четыре ящичка и с помощью них структурировать документы и личные вещи. На компьютере мы имеем один в один тоже самое. Количество дисков обуславливается исключительно удобством работы и определяется пользователем, исходя из его потребностей, но желательно иметь как минимум два логических диска. Связано это вот с чем. На первый диск, обычно это диск С, мы установим операционную систему и все программы. Этот диск так и можно назвать — Системный. На нем не должны храниться файлы пользователя, ведь именно они представляют наибольшую ценность — это ваши фотографии, подборка музыки или фильмов, документы, над которыми вы могли работать не один день. Все это лучше хранить на втором логическом диске или даже разложить по нескольким тематическим томам. Связан такой подход к хранению данных с тем, что очень часто компьютерные проблемы приходится решать переустановкой операционной системы и при этой операции вся информация с локального диска удаляется, в том числе и все пользовательские файлы. Если же все наши файлы находятся не на системном диске, то мы можем смело переустанавливать Windows, не боясь удалить другую важную для нас информацию. Безусловно, почти всегда можно «вытащить» важную для пользователя информацию и с системного диска, но для этого потребуются дополнительные манипуляции и всегда есть риск что-то забыть перенести, поэтому лучше изначально организовать систему хранения информации на компьютере и в дальнейшем не испытывать никаких затруднений и не тратить время. Чтобы лучше понять суть процесса разделения диска, нужно немного углубиться в теорию. Сейчас существует две схемы логического разбиения дисков, то есть два принципа разделения диска на тома. Первая схема — на основе главной загрузочной записи — MBR (Master Boot Record). Она широко использовалась на протяжении очень долгого времени, но у нее есть одно существенное ограничение, к которому мы уже подошли — данную схему разбиения можно использовать с носителями информации объемом до 2Тб. Связано это именно с возрастом функции MBR — применяется она с 1983 года. В то время объем в 2Тб казался чем-то фантастическим. Сейчас подобную схему разбиения вполне можно использовать на современных носителях информации объемом до 2Тб, но более современной считается схема, основанная на GPT (GUID Partition Table), которая теоретически поддерживает фантастический на настоящий момент раздел диска размером в 9,4 ЗБ (зеттабайт, 1021). Сразу скажу, что рядовому пользователю нет никакого смысла разбираться в структуре и принципах организации каждой схемы. Как только вы начнете с этим разбираться, объем аббревиатур и новой информации будет на вас сваливаться в геометрической прогрессии и очень быстро вы просто запутаетесь. Да в знании этих принципов нет ничего особо полезного и применимого в повседневной работе. Я считаю, что нам, как пользователям, важно знать главные отличия и преимущества и именно на этом я и буду делать акцент. На данном этапе достаточно знать, что схема с MBR ограничена размером диска, а GPT нет. Итак, мы с вами обладаем всей необходимой информацией, чтобы переходить к практике.

This entry was posted in Ремонт. Bookmark the <a href="https://kabel-house.ru/remont/mikroshemy-s-logicheskimi-elementami/" title="Permalink to Микросхемы с логическими элементами" rel="bookmark">permalink</a>.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *