Mạch cổng logic (Các họ logic khác nhau)

Mục tiêu: Tìm hiểu hoạt động cổng cơ bản của các họ logic sau:

  1. Logic điện trở đi-ốt (DRL)
  2. Logic điốt-bóng bán dẫn (DTL)
  3. Logic bóng bán dẫn-bóng bán dẫn (TTL)

Tổng quan:

Trạng thái logic kỹ thuật số

Tất cả các mạch điện tử kỹ thuật số và hệ thống dựa trên bộ vi xử lý đều chứa các phần tử phần cứng được gọi là Cổng logic kỹ thuật số thực hiện các phép toán logic AND, OR và NOT trên các số nhị phân. Trong logic kỹ thuật số, chỉ cho phép hai mức điện áp hoặc trạng thái và các trạng thái này thường được gọi là Logic “1” hoặc Logic “0”, Cao hoặc Thấp, Đúng hoặc Sai và được biểu thị trong Bảng chân lý và Đại số Boolean bằng các số ” lần lượt là 1″ và “0”. Một ví dụ điển hình về mức logic kỹ thuật số là một đèn đơn giản ở trạng thái “BẬT” hoặc “TẮT”.

Các hoạt động logic có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bất kỳ thiết bị phi tuyến tính nào có ít nhất hai vùng hoạt động riêng biệt. Những lựa chọn hiển nhiên dành cho kỹ sư điện là diode bán dẫn và bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực. Các mức điện áp cụ thể được gán cho các mức logic 0 và 1.

Mặc dù có thể thực hiện nhiều phép gán mức điện áp nhưng một phép gán phổ biến là:

logic 1 (CAO)—- ~ 5 V

logic 0 (THẤP) —- ~ 0 V.

Đây được gọi là hệ thống “Logic tích cực”. Ngoài ra còn có một hệ thống “Logic âm” bổ sung trong đó các giá trị và quy tắc của logic “0” và logic “1” bị đảo ngược. Tuy nhiên, trừ khi có quy định khác, chúng ta sẽ chỉ đề cập đến quy ước Logic Tích cực cho tất cả các thử nghiệm. Điều quan trọng cần lưu ý là nhiễu, dao động nguồn điện, tải do các mạch khác và các yếu tố khác sẽ khiến điện áp mức logic thay đổi trong một phạm vi nào đó.

Cổng logic kỹ thuật số cơ bản đơn giản

Các cổng logic kỹ thuật số đơn giản có thể được tạo ra bằng cách kết hợp các bóng bán dẫn, điốt và điện trở thành các thành phần riêng biệt. Chúng ta hãy điều tra một số mạch như vậy bằng cách sử dụng Logic Điốt-Điện trở (DRL), Logic Điốt-Bóng bán dẫn (DTL) và Logic Bóng bán dẫn-Bóng bán dẫn (TTL) như được mô tả dưới đây.

1. Logic điện trở đi-ốt (DRL)

Cổng logic điốt sử dụng điốt để thực hiện các chức năng logic OR và AND như trong sơ đồ mạch. Việc kết nối đèn LED ở đầu ra là tùy chọn, nó chỉ hiển thị trạng thái logic của đầu ra, tức là trạng thái logic của đầu ra là 0 hoặc 1, nếu đèn LED tắt hoặc bật tương ứng. Điốt có đặc tính dễ dàng truyền dòng điện theo một hướng chứ không phải hướng khác. Vì vậy, điốt có thể hoạt động như một công tắc logic. Cổng logic điốt rất đơn giản, rẻ tiền và có thể được sử dụng hiệu quả trong không gian hạn chế. Tuy nhiên, chúng không thể được sử dụng rộng rãi do sự thay đổi mức logic rõ ràng khi các cổng được kết nối nối tiếp. Ngoài ra, chúng không thể thực hiện chức năng NOT nên tính hữu dụng của chúng khá hạn chế. Loại mạch logic này hiếm khi được tìm thấy ở dạng tích hợp.

Linh kiện/Thiết bị trong mạch:

  1. Điện trở (1KΩ, 3 con; 10KΩ, 1 con)
  2. Điốt 1N914 hoặc tương đương (2 con)
  3. Công tắc nhúng gắn trên bề mặt
  4. Nguồn DC 5V
  5. 1 Led đỏ hoặc xanh.
  6. Dây kết nối.
  7. Breadboard

Sơ đồ mạch

image 77
Logic DRL cổng OR
image 78
Logic DRL cổng AND

Các bước xây dựng:

  1. Lắp ráp mạch trên breadboard của bạn để tạo cổng logic OR/AND.
  2. Bật nguồn cho mạch thử nghiệm của bạn.
  3. Áp dụng tất cả bốn tổ hợp đầu vào có thể có ở A và B từ nguồn điện bằng cách sử dụng công tắc nhúng
  4. Đối với mỗi tổ hợp đầu vào, hãy lưu ý trạng thái logic của đầu ra, Q, như được biểu thị bằng đèn LED (BẬT = 1; TẮT = 0) và ghi kết quả đó vào bảng.
  5. So sánh kết quả của bạn với bảng chân lý của phép toán logic “OR”/ “AND”.
  6. Khi quan sát xong, hãy tắt nguồn mạch thí nghiệm.

Bảng sự thật:

image 79
Hoạt động của Logic OR
image 80
Hoạt động của logic AND

2. Logic điốt-transistor (DTL)

Cổng Điốt-Điện trở 2 đầu vào đơn giản có thể được chuyển đổi thành cổng phổ quát NAND/NOR bằng cách bổ sung một giai đoạn đảo ngược bóng bán dẫn (NOT) duy nhất sử dụng DTL. DiodeTransistor Logic, hay DTL, đề cập đến công nghệ thiết kế và chế tạo các mạch kỹ thuật số trong đó các cổng logic sử dụng điốt ở giai đoạn đầu vào và bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực ở giai đoạn đầu ra. BJT đầu ra chuyển đổi giữa vùng giới hạn và vùng bão hòa để tạo logic 1 và 0 tương ứng. Vấn đề dịch chuyển mức logic của cổng DRL không xuất hiện trong cổng DTL và TTL nên các cổng có thể được kết nối nối tiếp vô thời hạn. Nếu một cổng điều khiển một số cổng tương tự song song thì các vấn đề có thể xảy ra: số lượng cổng tối đa có thể được điều khiển song song được xác định là “fanout” của một cổng. DTL có biên độ nhiễu tốt hơn và lượng fanout lớn hơn RTL (Logic điện trở-bóng bán dẫn), nhưng có tốc độ thấp, đặc biệt là khi so sánh với TTL. Điốt chiếm ít diện tích hơn nhiều so với điện trở và có thể được chế tạo dễ dàng. Ngoài ra, điện trở trong của diode nhỏ khi diode được phân cực thuận, do đó cho phép thực hiện chuyển mạch nhanh hơn. Kết quả là, các cổng được chế tạo bằng điốt thay cho hầu hết các điện trở có thể hoạt động ở tần số cao hơn. Do đó logic diode-bóng bán dẫn (DTL) này nhanh chóng thay thế RTL trong hầu hết các ứng dụng kỹ thuật số.

Mạch biến tần DTL

Biến tần DTL sử dụng một bóng bán dẫn và một điện trở tải cực B như trong sơ đồ mạch. Đầu vào được kết nối thông qua một cặp điốt nối tiếp với đế của bóng bán dẫn. Điốt được kết nối trực tiếp với đế bóng bán dẫn có tác dụng tăng điện áp đầu vào cần thiết để bật bóng bán dẫn lên khoảng 1,3 đến 1,4 volt. Bất kỳ điện áp đầu vào nào dưới ngưỡng này sẽ khiến bóng bán dẫn tắt. Điện trở cơ sở cũng được kết nối, đủ để bật và tắt bóng bán dẫn một cách nhanh chóng, do đó cho phép tốc độ chuyển mạch cao hơn.

Linh kiện/thiết bị trong mạch:

  1. Điện trở 1K 2 con, 4K7 1 con.
  2. 1N914 hoặc 1N4148 2 con.
  3. Transistor NPN 2N4124 hoặc transistor số tương đương.
  4. Công tắc nhấn.
  5. Nguồn 5VDC
  6. 1 đèn LED xanh hoặc đỏ.
  7. Dây kết nối.
  8. Breadboard.

Sơ đồ mạch điện:

image 81
Sơ đồ mạch biến tần DTL

Mạch logic DTL NAND

Cổng DTL NAND kết hợp biến tần DTL với cổng AND Điện trở Điốt (DRL) đơn giản như trong sơ đồ mạch của nó. Vì vậy, bất kỳ số lượng đầu vào nào cũng có thể được thêm vào một cách đơn giản bằng cách thêm các điốt đầu vào vào mạch. Vấn đề suy giảm tín hiệu do Diode Logic gây ra được khắc phục bằng bóng bán dẫn, giúp khuếch đại tín hiệu trong khi đảo ngược nó. Điều này có nghĩa là các cổng DTL có thể được xếp tầng ở bất kỳ mức độ cần thiết nào mà không làm mất tín hiệu số.

Linh kiện trong mạch:

  1. Tất cả linh kiện từ mạch biến tần DTL.
  2. 1 con điốt 1N914 hoặc 1N4148 (và thêm 2 con từ mạch trước đó)

Sơ đồ mạch điện:

image 82
Mạch logic DTL NAND

Mạch logic DTL NOR

Tương tự như mạch DTL NAND, người ta có thể xây dựng cổng NOR bằng cách sử dụng cổng DRL OR theo sau là bộ biến tần bóng bán dẫn, như trong sơ đồ mạch (1). Người ta cũng có thể xây dựng DTL NOR một cách trang nhã hơn bằng cách kết hợp nhiều bộ biến tần DTL với một đầu ra chung như trong sơ đồ nguyên lý (2). Bất kỳ số lượng bộ biến tần nào cũng có thể được kết hợp theo kiểu này để cho phép số lượng đầu vào cần thiết vào cổng NOR. (Bạn nên thử cả hai mạch!)

Linh kiện cần thiết cho mạch

  1. Tất cả các thành phần từ mạch Biến tần DTL, ngoại trừ nguồn điện và điện trở 4,7 K
  2. 1 điốt silicon 1N914/1N4148 và hai loại ở mạch trước

Hoặc

  1. Tất cả các thành phần từ mạch Biến tần DTL.
  2. 2 điốt silicon 1N914/1N4148 (và 2 con trước đó)
  3. 1 transistor NPN 2N4124 hoặc tương đương (và 1 con ở mạch trước đó)

Sơ đồ mạch điện:

image 83
1
image 84
2

Các bước xây dựng:

  1. Lắp ráp mạch trên bảng mạch của bạn để vận hành NOT/NAND/NOR. Đầu tiên, bắt đầu với mạch biến tần. Giữ nguyên mạch này sau khi kết thúc thử nghiệm biến tần. Hai mạch còn lại có thể được xây dựng bằng cách thêm các thành phần bổ sung vào mạch biến tần.
  2. Bật nguồn cho mạch thử nghiệm của bạn.
  3. Áp dụng tất cả bốn tổ hợp đầu vào có thể có ở A và B từ nguồn điện bằng cách sử dụng công tắc nhúng.
  4. Đối với mỗi tổ hợp đầu vào, lưu ý trạng thái logic của đầu ra, Q, như được biểu thị bằng đèn LED (BẬT = 1; TẮT = 0) và ghi kết quả đó vào bảng
  5. So sánh kết quả của bạn với bảng sự thật của phép toán logic NOT/NAND/NOR.
  6. Khi bạn đã hoàn thành việc quan sát của mình, hãy tắt nguồn điện.

Bảng sự thật:

image 85
Hoạt động của logic NOT
image 86
Hoạt động của logic NOR
image 87
Hoạt động của logic NAND

3. Transistor-transistor logic (TTL)

Logic bóng bán dẫn-bóng bán dẫn sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực ở giai đoạn đầu vào và đầu ra. TTL thường được tìm thấy trong các ứng dụng tốc độ tương đối thấp. Vì vậy, trước khi sử dụng IC thương mại sử dụng TTL, trước tiên chúng ta hãy hiểu mạch ở dạng rời rạc.

Mạch biến tần TTL

Nhìn vào mạch biến tần DTL, người ta có thể nhận thấy rằng hai điốt ngược chiều nhau. Nghĩa là, các cực dương loại P của chúng được kết nối với nhau và với điện trở kéo lên, trong khi một cực âm là đầu vào tín hiệu và cực âm còn lại được kết nối với đế của bóng bán dẫn. Vì vậy, người ta có thể thay thế hai điốt này bằng một bóng bán dẫn NPN duy nhất như trong sơ đồ mạch. Điều này rất có ý nghĩa vì thực tế là lượng không gian cần thiết cho một bóng bán dẫn trong IC về cơ bản giống với không gian cần thiết cho một diode và bằng cách loại bỏ không gian cần thiết cho một diode cùng một lúc.

Các linh kiện trong mạch:

  1. 2 con transistor NPN 2N4124
  2. Điện trở 1K 2 con, 4K7 1 con.
  3. Nút nhấn chân cắm.
  4. Nguồn DC 5V.
  5. Led xanh hoặc đỏ.
  6. Dây kết nối
  7. Breadboard.

Sơ đồ mạch điện:

image 88
Sơ đồ mạch biến tần TTL

Mạch TTL NOR

Mạch tích hợp TTL cung cấp nhiều đầu vào cho cổng NAND bằng cách thiết kế các bóng bán dẫn có nhiều bộ phát trên chip. Thật không may, chúng tôi không thể mô phỏng tốt điều đó trên ổ cắm bảng mạch. Tuy nhiên, cổng NOR có thể được thiết kế bằng cách sử dụng thêm một bóng bán dẫn biến tần giống như trong trường hợp cổng DTL NOR.

Linh kiện cần thiết:

  1. Tất cả linh kiện trên mạch biến tần TTL.
  2. Transistor NPN 2N4124 1 con (thêm 2 con ở mạch trên).
  3. Điện trở 4K7 1 con

Sơ đồ mạch điện:

image 89
Mạch logic TTL NOR

Các bước xây dựng:

  1. Lắp ráp mạch trên bảng mạch của bạn để vận hành TTL NOT/NOR. Đầu tiên, bắt đầu với mạch biến tần. Giữ nguyên mạch này để sử dụng thêm trong mạch NOR
  2. Bật nguồn cho mạch thử nghiệm của bạn. Áp dụng tất cả bốn tổ hợp đầu vào có thể có ở A và B từ nguồn điện bằng cách sử dụng công tắc nhúng.
  3. Đối với mỗi tổ hợp đầu vào, hãy lưu ý trạng thái logic của đầu ra, Q, như được biểu thị bằng đèn LED (BẬT = 1; TẮT = 0) và ghi kết quả đó vào bảng.
  4. So sánh kết quả của bạn với bảng chân lý của phép toán logic NOT/NOR.
  5. Khi bạn đã hoàn thành việc quan sát của mình, hãy tắt nguồn điện.

Bảng chân lý:

image 90
logic NOT
image 91
logic NOR

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Vui lòng bỏ chặn quảng cáo!

Chúng tôi đã phát hiện ra rằng bạn đang sử dụng tiện ích mở rộng để chặn quảng cáo.  Hãy ủng hộ chúng tôi bằng cách vô hiệu hóa các trình chặn quảng cáo này.

Powered By
Best Wordpress Adblock Detecting Plugin | CHP Adblock
Chat Zalo

0914969904

error: Đừng cố copy bạn ơiiii :((