Применение логических элементов (НЕ, И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ, исключающее ИЛИ) в схемотехнике.

Несмотря на простоту реализуемой логической функции способов создания инверторов немного (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схемы реализации инверсии на различных элементах: а – инверторе; б – ИЛИ-НЕ; в – И-НЕ; г – импликаторе; д– равнозначности; е – запрета; ж – исключающее ИЛИ

Собственно инвертор и элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ не требуют наличия дополнительных опорных напряжений. Импликатор и элемент равнозначности нуждаются в нулевом логическом уровне, а элементы запрета и исключающее ИЛИ – в уровне единицы.

Способов реализации дизъюнкции (рис. 2.3) значительно меньше по сравнению с ранее рассмотренными заменами.

Отметим, что проще всего заменить дизъюнкторы элементами ИЛИ-НЕ и импликаторами, которые включают в себя операцию дизъюнкции в качестве одной из основных. В этом случае для замены требуется всего два элемента (рис. 2.3 б, в). В случае же использования элементов И-НЕ и запрета для замены дизъюнктора необходимо иметь три элемента (рис. 2.3 г,д).

По составу и структуре схемы конъюнкторов (рис. 2.4) похожи на схемы, показанные на рис. 2.3, только здесь операция дизъюнкции заменена на конъюнкцию, и наоборот.

Рис. 2.3. Схемы реализации дизъюнкции на различных элементах: а – дизъюнкторе; б – импликаторах; в – ИЛИ-НЕ; г – И-НЕ; д – запрета

Рис. 2.4. Схемы реализации конъюнкции на различных элементах: а – конъюнкторе; б – запрета; в – И-НЕ; г – ИЛИ-НЕ; д– импликаторах

Для импликаторов вариантов замены еще меньше (рис.2.5), чем для конъюнкторов. Примечательно то, что даже операция дизъюнкции в элементе ИЛИ-НЕ «не выручает», поскольку они требуются в количестве трех штук.

В схемотехнике ТТЛ очень часто используются сложные логические элементы И-ИЛИ и И-ИЛИ-НЕ, которые позволяют реализовывать логические функции, представленные в прямой и (или) инверсной дизъюнктивных нормальных формах. Показанный на рис. 2.6 а логический элемент 2-4-2-3И - 4ИЛИ - НЕ способен производить следующую логическую операцию:

Рис. 2.5. Схемы реализации импликации на различных элементах: а – импликаторе; б – ИЛИ-НЕ; в – И-НЕ; г – запрета

Рис. 2.6. Варианты логических элементов И-ИЛИ и И-ИЛИ-НЕ: а – 2-4-2-3И – 4ИЛИ – НЕ; б- 2-2-2-2И – 4ИЛИ/2-2-2-2И – 4ИЛИ-НЕ с возможностью расширения по ИЛИ; в – два четырехвходовых логических расширителя по ИЛИ

В других микросхемах, представляющих собой комбинированные элементы, используются не только расширители по ИЛИ, но и прямые и инверсные выходы одновременно (рис. 2.6 б). Микросхемы, являющиеся расширителями по ИЛИ (рис. 2.6 в), имеют дополнительные выходы коллектора (К) и эмиттера (Э), подключаемые к соответствующим клеммам основного элемента И-ИЛИ/И-ИЛИ-НЕ (см. рис. 2.6 б).

Показанные на рис. 2.6 варианты не исчерпывают список логических элементов И-ИЛИ и И-ИЛИ-НЕ, выпускаемых промышленностью. Их разновидности приведены в соответствующих справочниках.

Рассмотренные элементы позволяют получать устройства различной сложности и реализовывать функции, представленные в дизъюнктивной нормальной или инвертированной форме, что согласуется с операцией минимизации по нулям.

Широко применяются эти элементы с более простыми интегральными микросхемами: инверторами, элементами И-НЕ и др.

В качестве примера рассмотрим схемы реализации функций равнозначности и неравнозначности на основе элементов И-ИЛИ-НЕ и инверторов (рис.2.7). Логика построения этих схем следует из взаимной инверсности функций равнозначности и неравнозначности.

Рис. 2.7. Схемы устройств, исключающее ИЛИ (а) и равнозначности (б) на основе инверторов и элементов И-ИЛИ-НЕ

Представляет интерес и вариант реализации функции равнозначности с применением элемента И-НЕ (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Схема устройства равнозначности на основе элементов И-НЕ и И-ИЛИ-НЕ

Обоснование этой схемы следует из преобразований основной формулы равнозначности с помощью формул Моргана