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Logikelemente und ihre elektrischen Gegenstücke. Radio – für Einsteiger
Verzeichnis / Radio - für Anfänger Es gibt mehrere Dutzend Logikelemente, die als unabhängige digitale Mikroschaltungen mit niedrigem Integrationsgrad und als Komponenten von Mikroschaltungen mit höherem Integrationsgrad arbeiten. Aber hier werden wir nur über vier davon sprechen - über die logischen Elemente AND, OR, NOT, AND-NOT. Die Elemente AND, OR und NOT sind grundlegend, und AND-NOT ist eine Kombination aus AND- und NOT-Elementen. Was sind diese „Bausteine“ der digitalen Technologie, was ist die Logik ihres Handelns? Lassen Sie uns gleich klarstellen: Die Spannung von 0 bis 0,4 V, also entsprechend dem Pegel der logischen 0, nennen wir die Spannung des niedrigen Pegels, und die Spannung von mehr als 2,4 V, entsprechend dem Pegel der logischen 1, wird als Spannung des hohen Pegels bezeichnet. Es sind diese Spannungspegel am Ein- und Ausgang von Logikelementen und anderen Mikroschaltungen der K155-Serie, die üblicherweise zur Charakterisierung ihrer logischen Zustände und ihres Betriebs verwendet werden. Die bedingte grafische Bezeichnung des logischen Elements UND ist in Abb. dargestellt. 1a. Sein bedingtes Symbol ist das „&“-Zeichen innerhalb des Rechtecks; Dieses Zeichen ersetzt die Vereinigung „und“ im Englischen. Links - zwei (vielleicht mehr) logische Eingänge - X1 und X2, rechts - ein Ausgang Y. Die Logik des Elements ist wie folgt: Am Ausgang erscheint nur dann eine Spannung mit hohem Pegel, wenn Signale gleichen Pegels vorhanden sind auf alle seine Eingänge angewendet
Um die Betriebslogik des logischen Elements AND zu verstehen, hilft sein elektrisches Analogon (Abb. 1, b), das aus einer in Reihe geschalteten Stromquelle GB1 (z. B. einer 3336-Batterie) und Drucktastenschaltern SB1, SB2 besteht Design und eine Glühlampe HL1 (MNZ, 5-0,26 ,1). Die Schalter simulieren die elektrischen Signale am analogen Eingang und der Lampenfaden zeigt den Signalpegel am Ausgang an. Der offene Zustand der Schaltkontakte entspricht einer Spannung mit niedrigem Pegel, der geschlossene Zustand entspricht einer Spannung mit hohem Pegel. Während die Kontakte der Tasten nicht geschlossen sind (an beiden Eingängen des Elements ist die Spannung niedrig), elektrisch; Der analoge Stromkreis ist offen und die Lampe leuchtet natürlich nicht. Eine andere Schlussfolgerung lässt sich leicht ziehen: Die Glühlampe am Ausgang des UND-Gliedes schaltet sich erst ein, wenn die Kontakte der beiden Taster SB2 und SBXNUMX geschlossen sind.Dies ist die logische Verbindung zwischen den Eingangs- und Ausgangssignalen des UND-Gliedes. Schauen Sie sich nun Abb. an. 1 in. Es zeigt Zeitdiagramme elektrischer Vorgänge, die eine zuverlässige Vorstellung von der Funktionsweise des Logikelements AND geben. Am Eingang Xi erscheint zuerst das Signal. Sobald das gleiche Signal am Eingang Die sogenannte Zustandstabelle (Abb. 1, d), die einem Einmaleins ähnelt, gibt einen Überblick über den Zustand und den logischen Zusammenhang zwischen den Ein- und Ausgangssignalen des UND-Elements. Wenn wir es betrachten, können wir sagen, dass am Ausgang des Elements nur dann ein Signal mit hohem Pegel anliegt, wenn an beiden Eingängen Signale mit demselben Pegel auftreten. In allen anderen Fällen weist der Ausgang des Elements eine Spannung mit niedrigem Pegel auf, die einer logischen 0 entspricht. Das bedingte Symbol des logischen Elements ODER ist die Zahl 1 innerhalb des Rechtecks (Abb. 2, a). Dieses Element kann wie das AND-Element zwei oder mehr Eingänge haben. Das Signal am Ausgang Y, das einer Spannung mit hohem Pegel entspricht, erscheint, wenn das gleiche Signal am Eingang X1 oder am Eingang X2 oder an beiden Eingängen gleichzeitig angelegt wird. Um diese Wirkung des OR-Elements zu überprüfen, führen Sie ein Experiment mit seinem elektrischen Gegenstück durch (Abb. 2, b).
Die HL1-Glühlampe am analogen Ausgang schaltet sich ein, wenn die Kontakte oder die Tasten SB1 oder SB2 oder beide (alle) Tasten gleichzeitig geschlossen sind (Abb. 2d), was die logische Verbindung zwischen den Eingängen bestimmt und Ausgangssignale. Das Bedingungssymbol des logischen Elements NOT ist ebenfalls die Zahl 1 im Rechteck (Abb. 3, a). Aber er hat einen Eingang und einen. Ausfahrt. Ein kleiner Kreis, der die Ausgangssignalleitung beginnt, stellt die logische Negation am Ausgang des Elements dar. In der Sprache der Digitaltechnik bedeutet dies NICHT, dass es sich bei diesem Element um eine Wechselrichter-Elektronik handelt, deren Ausgangssignal entgegengesetzt ist zum Eingang. Mit anderen Worten, während ein Signal mit niedrigem Pegel am Eingang des Elements NICHT aktiv ist, liegt an seinem Ausgang ein Signal mit hohem Pegel an und umgekehrt. Das elektrische Analogon des NOT-Elements kann gemäß der in Abb. 3 gezeigten Schaltung zusammengesetzt werden. 1, b. Das elektromagnetische Relais K1, das arbeitet, wenn die Batterie GB1 mit Strom versorgt wird, muss mit einer Gruppe geschlossener Kontakte ausgewählt werden.Während die Kontakte der Taste SB1 geöffnet sind, ist die Relaiswicklung stromlos, ihre Kontakte K1-1 bleiben geschlossen und , daher leuchtet die Lampe HL1. Wenn die Taste gedrückt wird, werden ihre Kontakte geschlossen, wodurch das Auftreten eines Eingangssignals mit hohem Pegel simuliert wird, wodurch das Relais aktiviert wird. Seine Kontakte, die sich öffnen, unterbrechen den Stromversorgungskreis der Lampe HL3-Löschen, es symbolisiert das Auftreten eines Signals mit niedrigem Pegel am Ausgang. Versuchen Sie, Ihre eigenen Zeitdiagramme der Operation des NOT-Elements zu zeichnen und seine Zustandstabelle zusammenzustellen - sie sollten die gleichen sein wie die in Abb. XNUMX, in, g. Wie wir bereits gesagt haben, ist das UND-NICHT-Gatter eine Kombination aus UND- und NICHT-Gattern. Daher befindet sich auf seiner grafischen Bezeichnung (Abb. 4, a) ein "&" -Zeichen und ein Kreis auf der Ausgangssignalleitung, was die logische Negation symbolisiert. Es gibt nur einen Ausgang, aber zwei oder mehr Eingänge.
Um das Funktionsprinzip eines solchen logischen Elements der Digitaltechnik zu verstehen, hilft Ihnen sein elektrisches Gegenstück, das gemäß dem Diagramm in Abb. 4b. Das elektromagnetische Relais K1, die Batterie GB1 und die Glühlampe HL1 sind die gleichen wie beim Gegenstück des NOT-Elements. Schalten Sie in Reihe mit der Relaiswicklung zwei Tasten (SB1 und SB2) ein, deren Kontakte die Eingangssignale simulieren. Im Ausgangszustand, wenn die Kontakte der Taster geöffnet sind, leuchtet die Lampe und symbolisiert ein High-Pegel-Signal am Ausgang. Klicken Sie auf einen der Buttons im Eingangsstrang. Wie reagiert die Kontrollleuchte darauf? Sie strahlt weiterhin. Was passiert, wenn Sie beide Tasten drücken? In diesem Fall wird der aus der Batterieversorgung, der Relaiswicklung und den Tastenkontakten gebildete Stromkreis geschlossen, das Relais wird aktiviert und seine Kontakte K1.1 öffnen beim Öffnen den zweiten Analogkreis – die Lampe erlischt. Diese Experimente lassen den Schluss zu: Bei einem Low-Pegel-Signal an einem oder an allen Eingängen des AND-NOT-Elements (bei geöffneten Kontakten der analogen Eingangstasten) wirkt am Ausgang ein High-Pegel-Signal, das sich ändert auf ein Low-Level-Signal, wenn an allen Eingängen des Elements die gleichen Signale auftreten (Kontakte der Analogtasten sind geschlossen). Diese Schlussfolgerung wird durch die Betriebsdiagramme und die Zustandstabelle in Abb. bestätigt. 4, c, d. Beachten wir folgende Tatsache: Wenn die Eingänge des AND-NOT-Elements miteinander verbunden sind und ein Signal mit hohem Pegel an sie angelegt wird, ist der Ausgang des Elements ein Signal mit niedrigem Pegel. Wenn umgekehrt ein Signal mit niedrigem Pegel an den kombinierten Eingang angelegt wird, gibt das Element ein Signal mit hohem Pegel aus. In diesem Fall wird das NAND-Element, wie Sie wahrscheinlich bereits vermutet haben, zu einem Inverter, also zu einem NICHT-logischen Element. Diese Eigenschaft des NAND-Elements wird sehr häufig in Instrumenten und Geräten der Digitaltechnik genutzt.
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