Funktorami nazywamy elementy: sumy logicznej, iloczynu logicznego, negacji, NOR i NAND.

Realizacja techniczna funktorów zależy od tego, jaką przyjmiemy konwencję sygnałów. Konwencja sygnałów dwójkowych może być dodatnia lub ujemna. Każda z tych konwencji odpowiada tzw. „logice” dodatniej lub ujemnej.

W konwencji dodatniej jedynce odpowiada napięcie dodatnie o wartości wyższej od napięcia odpowiadającego zeru, np. sygnałowi 1 przypisujemy napięcie 5 V, a sygnałowi 0 — 0 V.

W konwencji ujemnej niższy poziom napięcia odpowiada jedynce, a wyższy zeru, np. — 5 V przypisujemy sygnałowi 1, a 0 V sygnałowi 0.

Do realizacji negatorów w konwencji dodatniej stosujemy tranzystory NPN, natomiast w ujemnej – tranzystory PNP. Przy zmianie konwencji funktor sumy z konwencji dodatniej staje się funktorem iloczynu w konwencji ujemnej, natomiast funktor iloczynu z konwencji dodatniej staje się funktorem sumy w konwencji ujemnej. Podobnie się dzieje z funktorami konwencji ujemnej przy zastosowaniu ich w konwencji dodatniej.

Działanie sumy, iloczynu i negacji wyjaśniono na przykładzie elementów stykowych (rys. 15.2).

W stykowych układach logicznych połączeniu równoległemu zestyków zwiernych przekaźników odpowiada suma logiczna, połączeniu szeregowemu zestyków zwiernych odpowiada iloczyn logiczny, a zestykowi rozwiernemu odpowiada negacja.

Stan przekaźnika wyjściowego P zależy od stanu przekaźników wejściowych A i B, a ściślej biorąc, od stanu tych przekaźników i od sposobu połączenia ich zestyków. W układzie sumy logicznej przekaźnik P zostanie pobudzony po zadziałaniu któregokolwiek z przekaźników wejściowych, natomiast w układzie iloczynu do zadziałania przekaźnika P potrzebne jest zwarcie obu zestyków szeregowych, a więc muszą zadziałać jednocześnie przekaźniki A i B.

Negację stykową uzyskuje się najprościej na jednym zestyku rozwiernym a przekaźnika A.

Mimo tego, że przekaźniki przeznaczone do sterowania logicznego mają po kilka zestyków zwiernych i rozwiernych, to w skomplikowanych układach stykowych może zabraknąć zestyków któregoś przekaźnika. W takim przypadku, dla zwielokrotnienia zestyków tego przekaźnika. Zestyk zwiemy a pierwszego przekaźnika A pobudza cewkę drugiego przekaźnika C i w rezultacie tego następuje zwielokrotnienie liczby zestyków a oraz a. Zestyków tych mamy wówczas prawie dwukrotnie więcej niż przy jednym przekaźniku A.

W wielu złożonych układach logicznych można zaoszczędzić pewną liczbę zestyków przez użycie diod półprzewodnikowych.

Układy stykowe mają kilka wad:

  • dużą masę,
  • duży pobór energii,
  • małą niezawodność działania,
  • małą szybkość działania.

Z tych powodów układy stykowe są zastępowane układami bezstykowymi — półprzewodnikowymi.

Funktory iloczynu logicznego mają właściwości bramkujące . Polegają one na tym, że impulsy wprowadzane na wejście b iloczynu przejdą na wyjście tylko wtedy, kiedy na wejściu a pojawi się jedynka. Mówimy, że jedynka na wejściu a otwiera bramkę dla impulsów doprowadzanych do wejścia b.

Na wyjście bramki przedostają się tylko te impulsy b, które nadchodzą w czasie trwania jedynki na wejściu a. Zero na wejściu a zamyka bramkę przed impulsami b.

Moc pobierana przez układ – wykonany technologią CMOS — w stanie spoczynkowym jest znikomo mała (rzędu nanowatów), natomiast moc wydzielana w czasie przełączania jest większa — ma ona znaczenie przy dużej częstotliwości przełączania negatora.

Z powodu małej obciążalności układów sum i iloczynów logicznych zbudowanych na elementach diodowych oraz wysokich kosztów analogicznych elementów tranzystorowych buduje się układy diodowo-tranzystorowe (tzw. układy DTL). W układach tych do każdego elementu diodowego jest dodany negator tranzystorowy, który uniezależnia działanie elementu od zmian obciążenia. W ten sposób powstają elementy logiczne NOR i NAND .

Znacznie sprawniejsze i tańsze są funktory NAND i NOR wykonane techniką CMOS . Ich działanie nie wymaga wyjaśnień poza zwróceniem uwagi na fakt, że cechą charakterystyczną elementu typu NAND jest to, że x = 1, jeśli na chociaż jednym wejściu pojawi się zero, natomiast NOR ma x = 0, jeżeli na chociaż jednym wejściu jest jedynka.

Z elementów NAND i NOR można łatwo uzyskać negator przez zwarcie wszystkich wejść, lecz jest to sposób zły ze względu na zbytnie obciążanie poprzedzającego elementu wszystkimi wejściami takiego negatora. Dlatego należy wykorzystywać tylko jedno wejście, pozostałe łącząc z zerem lub jedynką .

 

Artykuł napisany przez eksperta z portalu http://www.falowniki.pl