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Elementos lógicos e suas contrapartes elétricas. Rádio - para iniciantes
Diretório / Rádio - para iniciantes Existem várias dezenas de elementos lógicos operando como microcircuitos digitais independentes de baixo grau de integração e como componentes de microcircuitos de maior grau de integração. Mas aqui vamos falar apenas sobre quatro deles - sobre os elementos lógicos AND, OR, NOT, AND-NOT. Os elementos AND, OR e NOT são básicos, e AND-NOT é uma combinação dos elementos AND e NOT. O que são esses “tijolos” da tecnologia digital, qual a lógica de sua ação? Vamos esclarecer de imediato: a tensão de 0 a 0,4 V, ou seja, correspondente ao nível de 0 lógico, chamaremos de tensão de nível baixo e a tensão de mais de 2,4 V, correspondente ao nível de 1 lógico, será chamado a tensão do nível alto. São esses níveis de tensão na entrada e saída de elementos lógicos e outros microcircuitos da série K155 que são comumente usados para caracterizar seus estados lógicos e operação. A designação gráfica condicional do elemento lógico E é mostrada na fig. 1a. Seu símbolo condicional é o sinal "&" dentro do retângulo; este sinal substitui a união "e" em inglês. À esquerda - duas (talvez mais) entradas lógicas - X1 e X2, à direita - uma saída Y. A lógica do elemento é a seguinte: uma tensão de alto nível aparece na saída somente quando sinais do mesmo nível são aplicado a todas as suas entradas
Para entender a lógica de funcionamento do elemento lógico E ajudará seu análogo elétrico (Fig. 1, b), composto por uma fonte de alimentação conectada em série GB1 (por exemplo, uma bateria 3336), botões de pressão SB1, SB2 de qualquer design e uma lâmpada incandescente HL1 (MNZ, 5-0,26 ,1). Os interruptores simulam os sinais elétricos na entrada analógica e o filamento da lâmpada indica o nível do sinal na saída. O estado aberto dos contatos do interruptor corresponde a uma tensão de baixo nível, o estado fechado corresponde a uma tensão de alto nível. Enquanto os contatos dos botões não estiverem fechados (em ambas as entradas do elemento, a tensão é baixa), elétrica; o circuito analógico está aberto e a lâmpada, é claro, não brilha. É fácil tirar outra conclusão: a lâmpada incandescente na saída do elemento AND acende somente após o fechamento dos contatos de ambos os botões SB2 e SBXNUMX. Esta é a conexão lógica entre os sinais de entrada e saída do elemento AND. Agora dê uma olhada na fig. 1, em. Ele mostra diagramas de tempo de processos elétricos que dão uma ideia confiável da operação do elemento lógico E. Na entrada Xi, o sinal aparece primeiro. Assim que o mesmo sinal estiver na entrada X3, um sinal aparece imediatamente na saída Y, que existe enquanto houver sinais correspondentes a uma tensão de alto nível em ambas as entradas. A chamada tabela de estado (Fig. 1, d), semelhante a uma tabuada de multiplicação, dá uma ideia do estado e da conexão lógica entre os sinais de entrada e saída do elemento AND. Olhando para isso, podemos dizer que um sinal de alto nível estará na saída do elemento somente quando sinais do mesmo nível aparecerem em ambas as suas entradas. Em todos os outros casos, a saída do elemento terá uma tensão de baixo nível, ou seja, correspondente ao 0 lógico. O símbolo condicional do elemento lógico OR é o número 1 dentro do retângulo (Fig. 2, a). Este elemento, como o elemento AND, pode ter duas ou mais entradas. O sinal na saída Y, correspondente a uma tensão de alto nível, aparece quando o mesmo sinal é aplicado na entrada X1, ou na entrada X2, ou ambas as entradas simultaneamente. Para verificar esta ação do elemento OR, faça um experimento com sua contraparte elétrica (Fig. 2, b).
A lâmpada incandescente HL1 na saída analógica acenderá sempre que os contatos ou os botões SB1 ou SB2, ou ambos (todos) botões ao mesmo tempo, estiverem fechados. estados (Fig. 2d), que determina a conexão lógica entre a entrada e sinais de saída. O símbolo condicional do elemento lógico NOT também é o número 1 no retângulo (Fig. 3, a). Mas ele tem uma entrada e uma. saída. Um pequeno círculo, que inicia a linha de sinal de saída, simboliza a negação lógica na saída do elemento. Na linguagem da tecnologia digital, isso NÃO significa que este elemento é um dispositivo eletrônico inversor, cujo sinal de saída é oposto à entrada. Em outras palavras, enquanto um sinal de baixo nível NÃO estiver ativo na entrada do elemento, um sinal de alto nível estará em sua saída e vice-versa. O análogo elétrico do elemento NOT pode ser montado de acordo com o circuito mostrado na fig. 3, B. O relé eletromagnético K1, que atua quando a bateria GB1 está energizada, deve ser selecionado com um grupo de contatos fechados. Enquanto os contatos do botão SB1 estiverem abertos, o enrolamento do relé é desenergizado, seus contatos K1-1 permanecem fechados e , portanto, a lâmpada HL1 acende. Quando o botão é pressionado, seus contatos são fechados, simulando a aparência de um sinal de entrada de alto nível, como resultado do acionamento do relé. Seus contatos, abrindo, interrompem o circuito de alimentação da lâmpada HL1-extinguindo, simboliza o aparecimento de um sinal de baixo nível na saída. Tente desenhar seus próprios diagramas de tempo da operação do elemento NOT e compile sua tabela de estados - eles devem ser os mesmos mostrados na Fig. 3, em, g. Como já dissemos, a porta AND-NOT é uma combinação das portas AND e NOT. Portanto, em sua designação gráfica (Fig. 4, a) há um sinal "&" e um círculo na linha do sinal de saída, simbolizando a negação lógica. Há apenas uma saída, mas duas ou mais entradas.
Para entender o princípio de operação de um elemento tão lógico da tecnologia digital, você será ajudado por sua contraparte elétrica, montada de acordo com o diagrama da Fig. 4b. O relé eletromagnético K1, a bateria GB1 e a lâmpada incandescente HL1 são os mesmos da contraparte do elemento NOT. Em série com o enrolamento do relé, ligue dois botões (SB1 e SB2), cujos contatos irão simular os sinais de entrada. No estado inicial, quando os contatos dos botões estão abertos, a lâmpada acende, simbolizando um sinal de alto nível na saída. Clique em um dos botões na vertente de entrada. Como a luz indicadora reage a isso? Ela continua brilhando. E se você pressionar os dois botões? Nesse caso, o circuito elétrico formado pela alimentação da bateria, o enrolamento do relé e os contatos do botão é fechado, o relé é acionado e seus contatos K1.1, abrindo, interrompem o segundo circuito analógico - a lâmpada se apaga. Esses experimentos nos permitem concluir: com um sinal de baixo nível em uma ou em todas as entradas do elemento AND-NOT (quando os contatos dos botões de entrada analógica estão abertos), um sinal de alto nível atua na saída, que muda para um sinal de baixo nível quando os mesmos sinais aparecem em todas as entradas do elemento (os contatos dos botões analógicos são fechados). Esta conclusão é confirmada pelos diagramas de operação e pela tabela de estado mostrada na fig. 4, c, d. Atentemos para o seguinte fato: se as entradas do elemento AND-NOT forem conectadas juntas e um sinal de alto nível for aplicado a elas, a saída do elemento será um sinal de baixo nível. Por outro lado, quando um sinal de baixo nível é aplicado à entrada combinada, o elemento emitirá um sinal de alto nível. Nesse caso, o elemento NAND, como você provavelmente já adivinhou, torna-se um inversor, ou seja, um elemento NÃO lógico. Esta propriedade do elemento NAND é muito utilizada em instrumentos e dispositivos de tecnologia digital.
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