Circuite Logice Simple

Click here to load reader

  • date post

    03-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    481
  • download

    10

Embed Size (px)

Transcript of Circuite Logice Simple

Grupul Scolar Industrial 1 Mai, Ploiesti

Lucrare de specialitate pentru examenul de calificare a competentelor Nivel III

Tema : Circuite logice simple An scolar : 2010/2011 Profesor indrumator : Ing. Manolache Rodica

Elev : Serban Mirela Clasa : XIII-B Seral

2

Cuprins :A.Generalitati.. 3 1.Reprezentarea semnelor 3 B.Circuite logice de baza. 4 1.Poarta SI .. 5 2.Poarta SAU (OR GATE).. 8 3.Circuite logice cu diode cu doua nivele 10 4.Circuite logice complexe 12 5.Functia SAU-EXCLUSIV 20 6.Functia de inhibare. 23 7.Poarta SI-SAU cu decizie majoritara 24 8. Bibliografie 25

3

A.GENERALITI Calculatorul electronic modern este alcatuit dintr-un numar foarte mare de componente electronice.Totusi, toate tipurile de circuite de baza pe care le contine sunt putine.In prezent, teoria proiectarii calculatoarelor prevede utilizarea acestora,astfel, se mareste siguranta in functionare si se simplifica mult depanarea sau inlaturarea defectiunilor.Prin utilizarea unui numar redus de tipuri de circuite bine cunoscute, controlate si verificate, intretinerea blocurilor de calcul devine simpla si rapida.Circuitele care compun aceste blocuri sunt in principiu destul de simple, de fapt, mult mai simple decat majoritatea circuitelor utilizate in radio si televiziune.Exista trei tipuri principale : -circuite care realizeaza operatii logice ; -circuite cu functii de memorie(secventionale) -circuite accesorii(circuite de alimentare, amplificare, refacere a semnalului, generatoare de impuls etc.) Circuitele logice realizeaza doua functii de baza : -memorarea sau stocarea semnalului(informatie); -efectuarea unei functii logice cu semnalele(infomatiile) de intrare; Se poate spune deci ca circuitele logice sunt circuitele care pot efectua operatii logice si deci, pot realiza functii bootere. Un circuit a carui iesire poate lua numai doua stari(inchis sau deschis) se numeste circuit logic.Aceste circuite logice utilizeaza relee, tuburi electronice, dispozitive semiconductoare, iar in ultimul timp, circuite integrate sau monolitice. Exista trei limitari principale ale circuitelor logice, si anume: -timpul de propagare, sau intervalul de timp dintre aplicarea semnalului la intrarea circuitului si aparitia lui la iesire (timpul de propagare sau intervalul de timp dintre aplicarea semnalului la intarea circuitului si aparitia lui la iesire ;timpul de propagare trebuie sa fie mic in comparatie cu timpul necesar pentru realizarea oricarei operatii) -numarul de intrari si de iesiri care este practic limitata de performantele circuitului ; -atenuarea si distorsionarea semnalului, cea ce face ca identificarea starii binare sa fie imprecisa. Ultimele doua probleme se rezolva prin introducerea unor circuite suplimentare (circuite accesorii) care din punct de vedere logic nu au nici un rol, doar redau forma initiala a semnalului.Astfel de circuite sunt amplificatoarele, circuitele de comanda si generatoarele de nivel (sau circuitele de esantionare). 1.Reprezentarea semnelor : Starile binare ale semnelor in circuitele logice pot fi reprezentate fie prin doua nivele de tensiune sau curent, fie prin impulsuri (fronturile acestora) La reprezentarea prin nivele de tensiune, cele doua tensiuni utilizate se numesc nivelul pozitiv, respectiv nivelul negativ (nivelul superior, respectiv nivelul inferior). Datorita celor doua nivele de tensiune care reprezinta valorile binare 1 si 0, cat si a existentei tranzistoarelor PNP si NPN, se vor distinge doua tipuri de logica, si anume logica pozitiva, respectiv logica negativa. Logica pozitiva este logica pentru care valoarea logica 1 corespunde nivelului de tensiune cel mai pozitiv, iar valoarea logica 0 corespunde nivelului de tensiune cel mai negativ.

4

Exemple de logica pozitiva : Valoarea logica Nivel de tensiune 0 0V -6V -6V 1 +6V 0V +6V

Logica negativa este logica pentru care valoarea logica 1 este reprezentata prin nivelul de tensiune cel mai negativ, iar valoarea logica 0 corespunde nivelului de tensiune cel mai pozitiv OBSERVATIE : Prin pozitiv si negativ se inteleg nivelele relative; ca valoare reala, cele doua nivele pot fi orice valori discrete de tensiune, atat timp cat nivelul pozitiv se afla deasupra nivelului negativ. Exemple de logica negativa : Valoarea logica Nivel de tensiune 0 0V +6V +6V 1 -6V 0V -6V

Din cele de mai sus reiese ca, pentru a analiza functiile logice realizate de un circuit, este absolut necesara cunoasterea tipului de logica (pozitiva sau negativa) folosita la circuitul respectiv. Datorita celor doua feluri de logici rezulta circuitele complementare Un circuit complementar cu un altul este acel circuit care realizaeaza in logica pozitiva aceeasi functie pe care celalalt o realizeaza in logica negativa sau viceversa. Exista patru perechi principale de circuite logice complementare, si anume : -SI SAU AB si A+B -(SI-NU)-NICI non(A*B) si nonA+nonB -SAU EXCLUSIV COINCIDENTA non(AB) +nonAB si AB + non(AB) -INHIBARE IMPLICARE A*nonB si A +nonB B.CIRCUITE LOGICE DE BAZ Circuitele logice de baza sunt acele circuite realizate pentru a efectua operatii logice elementare : ele se utilizeaza in calculatoarele electronice pentru realizarea operatiilor logice si aritmetice.In tabelul 5.1 sunt enumerate majoritatea circuitelor logice care se vor descrie : Operatia logica nonA AB A+B A B(nonA AB (=A+B) A+B (=AB) AnonB A+nonB B) Terminologia NU SI SAU(sau SAU INCLUSIV) COINCIDENTA SI-NU NICI INHIBARE IMPLICARE Explicarea operatiei complementului lui A A si B (A si B) sau (A si B) (A si B) sau ( A si B) complementul lui A si B complementul lui (A sau B) A si (complementul lui B) A sau (complementul lui B)

5

Unele circuite logice de baza sunt denumite porti si anume circuitele pe iesirea carora apare semnalul cand exista o anumita combinatie de semnale la intrarea lor.De exemplu, o poarta SI produce un semnal de iesire cand pe toate intrarile exista semnale de 1 logic simultan .O poarta de inhibare produce un semnal de 1 logic la iesire cand exista semnal pe intrarea ei de inhibare. 1.Poarta SI : Atat in calculatoare, cat si in instalatiile de automatizre apare foarte des o situatie in care un anumit proces nu poate fi declansat decat in cazul indeplinirii simultane a unui anumit numar de conditii.Aceasta functie de simultaneitatate, denumita adesea si de coincidenta, este realizata de circuite logice, numite porti SI. Poarta SI se caracterizeaza prin aceea ca semnalul de iesire ia valoarea 1 logic numai deca pe toate intrarile portii se aplica simultan semnale ce reprezinta 1 logic. 1.a Poarta SI cu diode : Dioda semiconductoare este un dispozitiv cu doua terminale caracteristica sau=f(1) sau cu alte cuvinte , acest dispozitiv prezinta o rezistenta foarte mica, fiind polarizata in sensul conductiei , si una foarte mare, in cazul polarizarii inverse.Acest dispozitiv semiconductor este de asemenea, un dispozitiv de comutatie carcteristica , ce reiese din proprietatea acesteia de neliniaritate. Diodele semiconductore sunt utilizate in realizarea functiilor logice, fiind unele dintre primele dispozitive neliniare utilizate in acest scop .Ele poseda dimensiuni reduse, caracteristici bune de comutatie (viteza de comutatie mare si lucreaza cu tensiuni mici).Totusi, dioda semiconductoare are un mare dezavantaj, si anume acela ca nu amplifica semnalul.Din aceasta cauza, circuitele logice care o folosesc sunt circuite logice care realizeaza functii bootere simple.

6

A 0[0V] 0[0V] 0[0V] 0[0V] 1[+10V] 1[+10V] 1[+10V] 1[+10V]

B 0[0V] 0[0V] 1[+10V] 1[+10V] 0[0V] 0[0V] 1[+10V] 1[+10V]

C 0[0V] 1[+10V] 0[0V] 1[+10V] 0[0V] 1[+10V] 0[0V] 1[+10V]

D 0[0V] 0[0V] 0[0V] 0[0V] 0[0V] 0[0V] 0[0V] 1[+10V]

CFig 1 Poarta SI in logica pozitiva a-blocata ;b-deschisa sau validata ;c-tabel de adevar d-simbolul portii e-alt simbol pentru poarta SI Cea mai simpla poarta SI este poarta cu diode in logica pozitiva (AND GATE) reprezentata in figurile 1 a si b.In fig 1 c se da tabelul de adevar pentru functionarea acestui circuit, iar in figurile 1 d si e-simbolurile de reprezentare.Deoarece din cunostintele anilor precedenti de stie de principiul de functionare al acestei parti, el se va reaminti pe scurt : Stim ca o dioda conduce sau este polarizata in sens direct, in cazul aplicarii pe nodul sau a unei tensiunimai pozitive decat cea existenta pe catod (fig 2 a) Astfel, in cazul nostru pentru aplicarea pe o singura intrare a unei tensiuni de 0V(0 logic), dioda respectiva conduce si tensiunea de la intrarea sa, se transmite la iesire, deoarece in coductie dioda prezinta o rezistenta interna foarte mica.

Fig 2 Principiul de functionare al portii Si a- dioda conduce ,tensiunea la iesire este egala cu +Va(1 logic) b- dioda este blocata, tensiunea la iesire este egala cu +Va(1 logic) Dimpotriva, in cazul aplicarii simultane pe toate intrarile portii respective (A,B si C) (Vezi fig 1) a unor nivele de tensiune egale cu +Va(+10V), diodele vor fi blocate, deoarece intre anodul si catodul lor nu exista diferenta de potential necesara conductiei.Astfel D1 D2 si D3 vor fi blocate. Neexistand nici un curent (IR =0), nu exista nici cadere de tensiune pe R , toata tensiunea de alimentare Va(+10V) se transmite la iesire si astfel V0=(1 logic).Functia booteana realizata de circuit este : D=A*B*C

7

Poarta SI figurata mai sus poseda un numar de diode egal cu numarul de intrari ale portii SI.Catozii diodelor sunt legati intr-un punct comun la extremitatea unei rezistente.In acest punct este conectata si conexiunea de iesire a circuitului. OBSERVATIE : Caderea de tensiune pe o dioda, polarizata in direct este cuprina intre : -diode ci siliciu -0,7....1V -diode cu germaniu 0,2....0,5 V In concluzie,pentru realizarea functiei logice SI de catre un circuit cu diode este necesar ca toate diodele sa fie blocate sau, cu alte cuvinte, pe anozii diodelor sa se aplice acelasi nivel de tensiune existent pe catozii lor. 1.b Poarta SI cu tranzistoare : Exista si alte moduri sau circuite care pot realiza functia logica SI..Unul dintre ele este circuitul din fig 3, schema respectiva cuprinde doua (maximum trei) tranzistoare montate in serie cu un colector comun. Functionarea circuitului :Se vede imediat ca pentru a obtine la iesire valorea logica 1(tensiunea de alimentare) este necesar ca atat tranzistorul Q1, cat si tranzistorul Q2 sa conduca.Pentru conductia acestora, pe baza lor se va aplica simultan, o tensiune al carei nivel sa corespunda nivelului 1 logic, nivel pe care emitatorul tranzistotului respectiv il va produce la iesire.

a

b

Fig 3 Poarta si realizata cu tranzistoare montate in paralel O alta poarta SI in logica pozitiva cu tranzistoare este data in fig 3. In aceasta schema, fiecare intrare este prevazuta cu un tranzistor montat in colector comun(repetor de emitator), semnalele aplicate in intrarile A, B si C nu pot lua decat doua valori: +5V si 0V, reprezentand 1 si respectiv 0 logic.Dat fiind ca iesirea este comuna(toti emitatorii legati in acelasi punct), este suficient ca pe una singura dintre intrari sa se aplica 0V, pentru ca aceasta tensiune sa se

8

transmita din baza in emitator si sa se fixeze tensiunea D la 0V, indiferent de tensiunile aplicate pe celelalte doua intrari. Numai in cazul in care la toate intrarile se aplica simultan +5V sau 1 logic, in iesire apare 1 logic. In concluzie, montajul functioneaza ca o poarta SI. Caracteristic pentru circuitul respectiv este ca tranzistoarele nu lucreaza in saturatie, cunoscute fiind caracteristicile sepetorului pe emitor. 1.c Poarta SI cu doua intrari sau SI de impulsuri : In fig 4. a, b se da schema unei porti SI foarte des utilizata in schemele de automatizare sau calculatoare. Caracteristica acestei porti este aceea ca ea nu autorizeaza sau valideaza trecerea unui impuls spre alt circuit in cazul in care intr-un anumit punct al schemei nivelul de tensiune este corespunzator celui 1 logic.Circuitul din figura 4 indeplineste aceasta functie. Functionarea circuitului : Dioda constituie una din intrari in timp ce cealalta este rezistenta, care reprezinta, de fapt, pentru orice poarta SI. rezistenta de sarcina.

Fig 4 Poarta SI cu rezistenta si dioda a-poarta invalidata sau deschisa prin conductia diodei b-poarta inchisa sau validata prin deschiderea diodei Se poate vedea foarte bine ca impulsul aplicat in A nu va fi transmis la iesire dect in cazul in care potentialul punctului C (a doua extremitate a rezistentei) este egal cu cel aplicat in B (de fapt-cazul diodei blocate).In caz contrar, Va=0V, potential pozitiv trecand prin B in C, dioda este polarizata in sens direct si la iesire nu se va transmite un impuls. 2. Poarta SAU (OR GATE) : Daca o anumita actiune poate fi declansata prin aparitita unuei informtii diverse, pentru care nu exista necesitatea de coincidenta, ne gasim in prezenta functiei SAU. Poarta SAU se caracterizeaza prin accea ca orice semnal ce reprezinta 1 logic aplicat pe oricare din intrari va fi regasit in iesire, tot sub forma de semnal ce reprezinta 1 logic. 2.a Poarta SAU cu diode : Poarta SAU poate fi realizata cel mai simplu cu diode, schema acesteia fiind prezentata in fig 5, a impreuna cu tabelul de adevar (fig 5 b) si simbolurile de reprezentare (fig 5 c, d) Exista o poarta SAU in logica pozitiva.La fel ca si poarta SI, ea contine atatea diode cate intrari poseda poarta.Catozii diodelor sunt conectati intr-un punct comun cu rezistenta de sarcina, punct de unde se culege si tensiunea sau semnalul de iesire.Anozii diodelor respective constituie intrarile portii. Dupa cum reiese din figura, la aplicarea nivelului 0(0V) pe ambele intrari, diodele sunt blocate, nefiind polarizate nici in direct, nici in invers, si iesirea va fi 0 logic.

9

Daca insa, pe una din intrari se aplica nivelul de tensiune corespunzator valorii logice 1(+6V), dioda respectiva este polarizata in direct, anodul este mai pozitiv decat catodul, si nivelul respectiv se transmite la iesire.

aA 0(0V) 0(0V) 1(6V) 1(6V) B 0(0V) 1(6V) 0(0V) 1(6V) C 0(0V) 1(6V) 1(6V) 1(6V)

Fig 5 Poarta SAU cu diode a- circuitul , b-tabel de adevar , c,d simboluri de reprezentare OBSERVATIE : Nivelul de iesire va fi de aproximativ 5.3 V fata de 6 V aplicati la intrare, din cauza caderii de tensiune pe dioda polarizata in direct.Cei 5,3 V ce apar la iesire nu se scurg la masa din cauza rezistentei R de valoare relativ mare. 2.b Porta SAU cu tranzistoare : Functia SAU poate fi realizata si cu tranzistoare.Se vor de mai jos doua circuite echipate cu tranzistoare care indeplinesc aceasta functie in logica pozitiva.(fig 6) Se observa ca tranziostoarele sunt montate in emitator comun.Pentru conductie exista deci o conditie, si anume aceea ca jonctiunea emitor-baza sa fie polarizata in direct.In acest caz, emitorul va urmari baza, si tensiunea aplicata pe aceasta va fi regasita in emiotor, care este, de fapt, si iesirea circuitului. Exemplu : In A se aplica + 6 V.Emitorul lui Q1, fiind legat la masa prin R va fi mai negativ decat baza sa ca si in C se vor regasi cu aproximatie cei +6V aplicati la baza.Nivelul tensiunii de iesire va avea valoarea corespunzatoare valorii 0 logic numai in cazul in care pe nici una dintre baze (A sau B) nu se aplica nivlul de 1 logic.

10

Fig 6. Functia SAU cu tranzistoare

3.Circuite logice cu diode cu doua nivele : 3.a Poarta SI-SAU In cazul in care functiile logice sunt realizate cu ajutorul schemelor ce contin porti SI si SAU echipate cu diode, numarul de astfel de porti montate in cascada este limitat.ceasta limitare se datoreaza limitarii vitezei de operare si nivelelor de tensiune ce reprezinta 1 si 0 logic 0=0V 1=+10V C=A*B

Fig 7 Poarta SI in logica pozitiva Se vor utiliza spre exemplificare doua porti : o poara SI in logica pozitiva (fig 7) si o poarta SAU, tot in logica pozitiva (fig 8).In continuare se considera schema in care in iesirea portii SI se conecteaza una dintre intrarile portii SAU (fig 9) In cazul in care A si B sunt 0(0V), tensiunea in C este +VD sau caderea de tensiune pe o dioda polarizta in direct.Daca D=1 logic(+10V), iesirea E ar trebui sa fie egala cu +10V- VD, sau aproximativ +10 V. Se va studia cazul in care atat A cat si B sunt 1 logic(A =+10V si B =+10V).Ambele diode ale portii SI sunt blocate, iar tensiunea in C ar trebui sa fie +10V.Aceasta se intampla numai in cazul in care iesirea portii SI ar fi in gol.Tensiunea in C nu se ridica la +10V, deoarece poarta SAU are o impedanta de intrare finita, care scurtcircuiteaza tensiunea din C.Fig. 8 Poarta SAU in logica pozitiva

Schema respectiva nu mai contine diodele portii SI, deoarece acestea sunt blocate, astfel incat putem redesena circuitul SI-SAU conform fig 9 :

11

Fig 9 Poarta SI-SAU cu doua nivele in logica pozitiva

Fig 10 Circuit pentru explicarea functionalitatii portii Se presupune ca pe dioda conectata intre C si E nu exista cadere de tensiune in direct.Tensiunile in punctele C si E sunt determinate de divizorul rezistiv, format de rezistentele R1 si R2 conectate la +10 V si respectiv 10V.In exemplul nostru, rezistentele R1 si R2 sunt R1 = R2 =1K., iar tensiunea VC este egala cu VE conform presupunerii de mai sus, fiind :

Dar 0V este nivelul de tensiune ce corespunde lui 0 logic.Iata cum pentru doua intrari pe 1 ale unei porti SI carora ar fi trebuit sa le corespunda in iesire tot un 1 logic, apare in realitate un 0 logic.Dupa cum se vede, poarta nu functioneaza normal.Se poate face o imbunatatire prin marirea valorii lui R2 fata de cea a lui R1 .In cazul in care R2 este de 10 ori mai mare decat R1, diferenta de tensiune intre C si E va fi :

Aceasta este intr-adevar o tensiune destul de buna pentru a corespunde nivelului de 1 logic. 4.Circuite logice complexe :

12

4.a Circuite SI-NU si SAU NU (NICI) : Pana aici s-au studiat separat poarta SI, poarta SAU si circuitul de inversare sau complementare.Aceste circuite pot fi combinte astfel incat sa se obtina materializarea functiilor logice date in tabel. In general, in practica, atat poarta SAU cat si poarta SI, realizate cu diode, au marele dezavantaj de a scurtcircuita sursa, dupa cum am vazut mai sus. .In plus, numarul de circuite comandat de astfel de porti este limitat din aceleasi motive (rezistente in paralel intre sursa de comanda, adica iesirea portii respective la masa.).In concluzie, pentru o functionare corecta, in practica este necesara atat o amplificare cat si o adaptare a sarcinii, ceea ce duce automat la utilizarea unui tranzistor in montaj, emitator comun, deci, a unui inversor, in iesirea fiecarei porti logice realizate cu diode. In continuare vom studia combinatia dintre o poarta SI si un inversor, circuit care, luat ca un singur bloc, va forma o poarta SI-NU(NAND) Tot un singur bloc poate fi realizat si din combinatia unei porti SAU cu un inversor, in care caz, circuitul logic realizat se va numi NICI sau SAU-NU (NOR)

Fig 11 Circuit sau poarta SI-SAU in logica pozitiva

13

Fig 12 Circuit sau poarta SAU-NU (nici) in logica pozitiva Cicuitele pot fi formate conectand in iesirea portilor SI resectiv SAU a unor inversoare (fig 11 si 12)-cu ajutorul acestor doua circuite logice de baza se pot materializa toate functiile logice principale. Se observa ca poarta logica din fig 11, realizata cu diode, este o poarta SI in logica pozitiva, functia completa realizata de intregul circuit este o inversare a functiei SI initiale sau, cu alte cuvinte, functia SI-NU(NAND).Pentru logica negativa acelasi circuit ar realiza inversarea functiei SAU,ori, cu alte cuvinte, functia NICI sau SAU-NU(NOR)

Fig 13 Poarta SI-NU cu valori pentru componente In fig 13 este reprezentata o poarta logica cu iversare, echipata cu tranzistori NPN. Circuitul din figura 13 in logica pozitiva poseda un tabel de adevar, din care valoarea functiei (iesirea) este 1 pentru urmatoarea conditie:

14

Din teoremele lui Morgan se stie insa ca : Pentru logica negativa (fig 12) iesirea devine 1 pentru conditia:

In fig 14 se dau tabelele de adevar pentru tensiuni (a), pentru logica pozitiva(b), si pentru logica negativa(c), iar in figura 14 d si e se dau simboluri le utilizate pentru poarta SINU(fig 14 e) A INTRAREA LUI A B-INTRAREA LUI B C-INTRAREA LUI C 0V 0V +10V 0V +10V +10V +10V 0V +10V +10V +10V 0V

aA 0 0 1 1 B 0 1 0 1 C 1 1 1 0

bA 1 1 0 0 B 1 0 1 0 C 0 0 0 1

c

Fig 14 Tabele de adevar pentru circuitul din figura 19 si simbolurile partilor a-pentru tensiuni,b-logica pozitiva, c-logica negativa, d-simbolul portii SI-NU e-simbolul portii SAU-NU(NICI)

15

S-a studiat materializarea functiilor logice SI-NU si NICI prin circuite combinate din porti cu diode in iesirea carora s-a conectat un circuit de inversare.Prin urmare, se poate trece acum la studierea mai aprofundata a functionarii circuitului din punct de vedere electronic. Analiza aceasta poate fi impartita in doua cazuri distincte si anume : -caz I conditiile de intrare necesare pentru tranzistor in saturatie -caz II - conditiile de intrare necesare pentru tranzistor complet blocat.

Fig 15 Curentii si tensiunile unui circuit SI-NU in cazul portii deschise(diode blocate).Tranzistor saturat Ne vom referi, in special, la curentii si tensiunile din tranzistor, pentru a verifica efectiv daca intr-adevar, in primul caz, tranzistorul este complet saturat, iar in cel de-al doilea, tranzistorul este complet blocat. Se considera cicrcuitul din fig 15, care reprezinta schema unei porti SI-NU, in logica pozitiva, echipat cu un tranzistor NPN(pentru circuitul echipat cu tranzistoare PNP se utilizeaza acelasi componente, schimbandu-se numai polaritatile tensiunilor si conectarea diodelor) CAZUL I : Conditii pentru tranzistor complet saturat(fig 15).Pe toate intrarile portii SI se aplica tensiunea +Vi=+Va=+Vcc=V.Trebuie sa se verifice daca in aceasta situatie valoarea curentului de baza I3 este suficienta pentru ca tranzistorul sa functioneze in regim de saturatie. Expresiile generale pentru IC si IB sunt :

16

Pentru saturatie este necesar ca raportul dintre IC si IB (de fapt factorul de amplificare ) sa fie mai mare decat amplificarea reala in curent a tranzistiorului sau hfe :

Pentru a se putea verifica conditia impusa mai sus, se dau in continuare cateva valori tipice ale componentelor circuitului.Astfel : -R1 = 10 K V=Vcc=Va=Vi=+10V -R2 = 10 K Vcesat=0,2V -R3 = 10 K VBE =+0,5 V -Rc = 10 K hFE =20 Pentru aceste valori, curentul de baza este 980A Conditia de saturatie se verifica, si in concluzie, pentru cazul I in care pe toate intrarile se aplica +V(1 logic), tranzistorul este complet saturat, iar tensiunea sa de colector, sau tensiunea de iesire(Vc=V0) va fi practic egala cu 0. CAZUL II : Tranzistor complet blocat.In acest caz este necesar ca in cazul aplicarii tensiunii +V numai pe una din intrarile portii SI, tranzistorul sa fie complet blocat si la iesire tensiunea sa fie V0 =Vc=+Vcc sau, cu alte cuvinte, este necesar ca numai una din intrari sa fie la masa pentru ca tranzistorul sa nu mai conduca.

Fig 16 Curentii si tensiunile unui circuit SI NU in cazul portii SI invalidate sau blocate (dioda in conductie)tranzistor blocat

17

Se da circuitul din fig 16.Se observa ca pe una din intrari VI=0V.Dioda respectiva(D2) este polarizata in direct si, in acest caz caderea de tensiune Vd la bornele ei este foarte mica(+7V).Tensiunea aplicata pe baza tranzistorului care de altfel comanda inchiderea sau deschiderea acestuia, este determinata de divizorul de tensiune format din R2 si R3 . Considerand VL = 0V, se va ajunge la configuratia din fig. 17.

Fig 17 Circuitul partial de intrare pe baza in cazul tranzistorului blocat Notand VBebloc tensiunea aplicata jonctiunii emitor-baza necesara si suficienta pentru blocarea tranzistorului, se va obtine : Daca se vor utiliza valorile date pentru conditia de saturatie, se obtine VBebloc =-0,91 V Valoarea de -0,91 V arata ca jonctiunea emitor-baza este polarizata invers si, prin urmare, fiind blocata si tranzistorul va fi blocat, deoarece pentru deschiderea acestei diode este necesara o tensiune aplicata pe baza cu cel putin 0,7 V mai pozitiva decat cea a emitorului (caderea de tensiune in direct pe jonctiunea EB).Orice tensiune aplicata pe baza care este mai negativa decat +0,5 V nu va provaca intrarea in conductie a tranzistorului. Desi tranzistorul este blocat, totusi prin RC circula curentul rezidual Ico.Caderea de tensiune provocata de trecerea acestui curent prin RC este mica, astfel incat, in cazul tranzistorului blocat, se poate considera ca tensiunea de iesire V0 =+Vcc O alta variabila a portii SI-NU in logica pozitiva este data in figura 18. Pentru a se intelege functionarea sa, se presupune ca se inlocuiesc tranzistoarele cu doua

18

comutatoare.Tensiunea la iesirea circuitului va corespunde nivelului 0 logic (0V), numai in cazul in care ambele relee sunt inchise (adica corespunzatoare lui 1 logic).Deci numai in cazul aplicarii nivelului de 1 logic pe ambele baze simultan, tensiunea de iesire va fi corespunzatoare lui 0 logic (prctic 0V). Daca insa numai pe una din intrari nivelul este de 0V, atunci, din cele doua intrerupatoare legate in serie unul va fi deschis, circuitul fiind intrerupt tensiunea de iesire este cea corespunzatoare lui 1 logic, practic egala cu +Vcc.

Fig 18 Poarta SI-NU realizata cu doua tranzistoare in serie, montate in emitor comun

19

4.b Poarta NICI: In cazul in care la iesirea unei parti SAU se conecteaza un circuit de inversare sau complementare, se obtine, dupa cum s-a mentionat mai sus, o poarta NICI sau SAUNU(NOR).Circuitul de principiu este dat in fig 19 :

Fig 19 Poarta SAU-NU(NICI) a-schema cu diode; b-schema cu rezistente; c-schema cu tranzistoare

20

Functionarea circuitului: Tranzistorul ramane tot timpul blocat pana in momentul in care una din intrari se conecteza la -Va.Deci in iesire nivelul va fi corespunzator lui 1 logic in cazul in care NICI A, NICI B, NICI C nu se aplica la nivelul lui 1 logic. Se poate observa ca montajul respectiv se poate simplifica prin inlocuitrea diodelor cu rezistente, inlocuire ce duce la schema din fig 19 b.In acest caz este bine sa se verifice mai intai ca valoarea sumei curentilor ce parcurg rezistentele de intrare sa nu depaseasca valoarea maxima admisa pentru curentul de baza al tranzistorului utilizat. O alta configuratie a circuitului NICI este data in fig 19 c, in care pe o rezistenta comuna de colector, Rc sunt montate in paralel mai multe tranzistoare, a caror rezistenta de baza este de fapt, intrarea in poarta.Poarta NICI cu tranzistoare din fig 19 c este rar utilizata in schemele cu componente discrete, insa aproape general folosita in circuitele monolitice sau integrate. Circuitul NICI este un circuit foarte important, poate chiar cel mai important, deoarece vom vedea in continuare, are posibilitatea prin diverse combinatii de a realiza si a inlocui toate functiile logice. Printr-o combinare adecvata a mai multor porti NICI se pot realiza practic toate functiile logice.Anumite firme constructoare de circuite logice isi bazeaza toata logica montajelor fabricate pe functia NICI. De exemplu, sa presupunem ca dispunem de o poarta NICI cu doua intrari : -Conectand cele doua intrari impreuna vom obtine un circuit de inversare sau complementare. -2 circuite NICI conectate ca inversoare si legate in cascada vor realiza functia DA (dubla inversare), regenerand astfel semnalul initial. 5.Functia SAU-EXCLUSIV: Functia SAU-EXCLUSIV este mult mai rar intalnita fata de circuitele logice studiate anterior.Ele se utilizeaza in unele ansambluri ca materializeaza functii logice, dar mai ales in blocurile aritmetice, blocuri in care se realizeaza operatia de adunare Se va analiza intai ce anume realizeaza aceasta functie.In primul rand, circuitul poseda numai doua intrari si o singura iesire.Functia pe care o indeplineste este urmatoarea :nivelul de tensiune ce reprezinta 1 logic apare la bornele de iesire numai in cazul in care pe una sau pe cealalta din intrari se aplica 1 logic, dar niciodata pe ambele.Cu alte cuvinte, in iesire apare 1, daca pe A sau pe B se aplica 1, dar nu si pe A si pe B simultan. Funtia logica este : Din enunturile date mai sus se deduce usor ca circuitul SAU-EXCLUSIV (exclusive OR-GATE) poate fi realizat cu ajutorul a 2 porti care comanda cele doua intrari ale unei porti SAU.Fiecare intrare a portii SAU va primi rezultatul combinatiei SI diintre prima variabila adevarata(A) si complementul celeilalte (B).

A 0 0 1 1

B 0 1 0 1 Fig 20 Circuitul SAU-EXCLUSIV a,b-simboluri de reprezentare, c-tabel de adevar

C 0 1 1 0

21

Functionarea circuitului :Semnalele de intrare sunt utilizate fie direct, fie complementate.In intrarile portii SI (diodele D1 si D2) sunt prezentate a si non-B, rezultat prin inversarea sa de catre montajul lui Q2, montat in emitor comun.

Fig 21

Fig 22 Schema logica a functiei SAU-EXCLUIV In intrarile portii SI2 (diodele D3 si D4)sunt prezente non-A, rezultat prin inversarea sa de catre Q1(emitor comun si B) Iesirile celor doua porti SI formeaza intrarile portii SAU (diodele D5 si D6 )care in iesire va realiza functia SU-EXCLUSIV. In concluzie : -iesirea portii SI1 este A*nonB -iesirea portii SI2 este nonA*B -iesirea portii SAU este A*nonB+nonA*B Deci iesirea portii SI1 va fi pe 1 numai daca pe ambele intrari se aplica 1 si acest lucru se poate realiza numai daca pe intrarea(baza) lui Q2 se aplica 0 pentru a-l bloca. Acelasi rationament se aplica si pentru SI2 si tranzistorul Q1, in asa fel incat iesirea portii SAU va fi pe 1 numai pentru semnele de intrare complementare.

22

Circuitul SAU-EXCLUSIV se mai numeste si circuit semisumator sau circuit sumo modulo 2. Alte denumiri ale acestei porti : - comparator de inegalitate, deoarece poarta are in iesire nivelul 1 numai atunci cand cele doua semnale aplicate la intrare sunt complementare. - circuit detector, deoarece, dupa cum se vede din tabelul de adevar(fig20 c) C=1 numai daca bitul A nu este egal cu bitul B.In mod echivalent, daca A=B=0 sau A=B=1, iesirea C=0.Acest locru se poate scrie : C=non(A*B+ nonA*nonB) Circuitul sumator complet : Se stie ca functia de semisumator este tocmai functia boleeana realizata de circuitul SAU-EXCLUSIV. Pentru a realiza operatia de adumare, este necesar un circuit in plus care sa ouna in evidenta transportul sau cifra rezultata din adunare si care depaseste pozitia cifrelor initiale. Se stie ca : - 0+0=0 - 0+1=1 - 1+0=1 - 1+1=0 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 C 0 0 0 1

Fig 23 Schema logica a unui sumator complet pentru 2 biti

23

6.Functia de inhibare : Un circuit NU(de complementare sau inversare) care precede unu dintre intrarile unei porti si se numeste circuit de inhibare.

Fig 24 Simbolul portii de inhibare(a) si (b)

Fig 25 Circuitul pentru functia de inhibare

24

Cu alte cuvinte, iesirea portii SI va fi pe 1 logic numai in cazul in care intrarea pe baza tranzistorului ce formeaza circuitul de inversare este pe nivelul corespunzator lui 0 logic, astfel incat la iesirea circuitului inversare sa existe 1 logic. Conform figurii 24 a , daca A=1, B=1, C=1, atunci M(iesirea)=1, numai daca N=0.Daca, totusi, N=1, atunci A*B*C*N este inhibata si M=0.Un astfel de circuit este denumit si circuit de anticoincidenta.Functia logica este: M=A*B*C*nonN M=A+B+C+..+G+nonN 7.Poarta SI-SAU cu decizie majoritara : Acest circuit nu este un circuit logic propriuzis, ci mai mult o asociere de circuite. Intr-un calculator electronic sau intr-o instalatie de automatizare exista multe situatii in care masina sa poata lua unele decizii, chiar in lipsa unui program bine definit, in functie de informatiile primite. Circuitul SI-SAU cu decizie majoritara poate materializa ideea propusa mai sus, si anume aceea de a lua o anumita decizie. Nivelul de iesire al acestui circuit va fi de 1 logic numai in cazul in care cel putin jumatate plus unu din informatiile pprimite la intrare vor fi de 1 logic. Figura 26 prezinta schema bloc a unui astfel de circuit ca poseda 4 intrari (A,B,C,D).Semnalul de iesire va fi de logic numai in cazul in care cel putin 3 din cele 4 intrari vor fi pe 1 logic.

Fig 26 Poarta SI-SAU cu decizie majoritara Circuitul este compus din 4 porti SI, fiecare prevazuta cu trei intrari si o poarta SAU prevazuta cu 4 intrari.Functionarea circuitului este foarte simpla :fiecare dintre portile SI cu 3 intrari reprezinta una din cele 4 combinatii posibile avand trei intrari shi 4 variabile. Deci, daca 3 din cele 4 intrari vor fi pe 1, inseamna cu una din cele patru porti SI va fi pe 0 si deci cel putin una din cele 4 intrari ale portii SAU va fi pe 1 si deci cel putin una din cele patru intrari ale portii SAU va fi pe unu, ceea ce atrage dupa sine nivelul 1 in iesirea acestei porti.

25

BIBLIOGRAFIE :

1. tefan Gheorghe Circuite integrate digitale, Editura Denix, Bucureti 1993 2. Gheorghe Toace i Dan Nicula Circuite integrate digitale, Limbajul de descriere nand - VHDL 3. tefan Gheorghe Funcie i structur n sistemele digitale, Editura Academiei Romne, Bucureti 1991 4. Gheorghe Toace Introducere n microprocesoare, Editura tiinific i Enciclopedic, Bucureti 1986 5. Simovici D. Introducere algebric n informatic, Editura Junimea, Iai 1993 6. Gheorghe Toace Electronic industrial i automatizri, 7. Irina Lazaroiu, Ioan Sandu Lazaroiu, Calculatoare electronice, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1982

26