Электроника для начинающих (2-е издание)

Вообще говоря, существуют семь типов логических элементов: И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, Исключающее ИЛИ, Исключающее ИЛИ-НЕ, НЕ. Эти названия обычно пишутся заглавными буквами. Из числа первых шести элемент Искл. ИЛИ-НЕ почти не используется.

У всех перечисленных логических элементов два входа и один выход, за исключением элемента НЕ, у которого только один вход и один выход. Его чаще называют инвертором. Если у него высокий вход, то он выдает низкий выход, а если вход низкий, то выход будет высоким.

Символы, которыми изображают семь типов элементов, показаны на рис. 4.86. Обратите внимание на то, что маленькие кружки в нижней части некоторых элементов инвертируют выход. Таким образом, выход элемента И-НЕ является инверсией элемента И.

Рис. 4.86. Символы для шести логических элементов с двумя входами, а также для элемента НЕ

Что я понимаю под словом «инверсия»? Это станет понятным, если вы взгляните на таблицы истинности на рис. 4.87-4.89. В каждой из этих таблиц два входа показаны слева, а выход — справа; красный цвет означает высокое логическое состояние, а синий - низкое. Сравните выходы каждой пары элементов, и вы увидите, как логические комбинации меняются на противоположные.

Рис. 4.87. Состояния входов и выходов для логических элементов И и И-НЕ

Рис. 4.88. Состояния входов и выходов для логических элементов ИЛИ и ИЛИ-НЕ

Рис. 4.89. Состояния входов и выходов для логических элементов Искл. ИЛИ и Искл. ИЛИ-НЕ

Загадочный мир ТТЛ и КМОП

В 60-х годах прошлого века первые логические элементы были созданы на основе транзисторно-транзисторной логики, сокращенно ТТЛ; это означает, что крошечные биполярные транзисторы были вытравлены на единой кремниевой пластине. Вслед за ними появились комплементарные металл-оксидные полупроводниковые приборы, сокращенно КМОП. Микросхема 4026В, которую вы использовали в эксперименте 19, — это старая КМОП-микросхема.

Вы, должно быть, помните, что биполярные транзисторы усиливают ток. Таким образом, ТТЛ-схемам для работы требуется значительная мощность. Однако КМОП-микросхемы очень чувствительны к напряжению, что позволяет им потреблять ничтожно малый ток, пока они ожидают сигнал или пока они находятся в режиме паузы после генерации сигнала.

На рис. 4.90 приведено сравнение свойств двух типов микросхем. Серии КМОП с номерами моделей 4000 и выше обладали низким быстродействием, а также легко повреждались статическим электричеством, но их ценили за малое потребление энергии. Серии ТТЛ с номерами моделей от 7400 и далее потребляли намного больше энергии, но были менее чувствительны и работали очень быстро. Таким образом, если вы хотите собрать компьютер, то выбирайте семейство ТТЛ, но если вам нужно маленькое устройство, которое было бы способно неделями работать от небольшой батареи, то предпочтение следует отдать семейству КМОП.

Постепенно все становится более запутанным, потому что производители КМОП-компонентов стали стремиться захватить долю рынка путем имитирования преимуществ ТТЛ-микросхем. У новых поколений КМОП-микросхем даже изменили обозначение, чтобы оно начиналось с числа «74», подчеркивая взаимное соответствие. Кроме того, изменили цоколевку КМОП-микросхем, чтобы она совпадала с ТТЛ- микросхемами. Требования к напряжению у КМОП-компонентов были также изменены, чтобы соответствовать ТТЛ-версиям.

Сегодня вы еще сможете найти некоторые старые ТТЛ-микросхемы, особенно серии LS (такие модели, как 74LS00 и 74LS08). Тем не менее, они становятся редкостью.

Рис. 4.90. Сравнение свойств КМОП- и ТТЛ-микросхем (характеристики КМОП со знаком вопроса впоследствии сравнялись с характеристиками ТТЛ)

Гораздо чаще можно встретить серию 4000 КМОП-микросхем, например, модель 4026В, которую вы использовали в предыдущем эксперименте. Они до сих пор выпускаются, поскольку их широкий диапазон напряжения источника питания очень удобен.

С годами КМОП-микросхемы стали более быстрыми и менее уязвимыми к статическому электричеству; именно поэтому я добавил знак вопроса к этим свойствам на рис. 4.90. У современных КМОП-микросхем также в основном снижено максимальное напряжение питания до 5 В — вот почему я добавил знак вопроса и в эту категорию тоже.

Ситуацию можно подытожить следующим образом:

• Любые логические микросхемы из старой серии 4000, которые все еще доступны, будут иметь характеристики, перечисленные на рис. 4.90. Вы наверняка найдете применение микросхемам серии 4000.

• Вряд ли вам пригодятся старые ТТЛ-микро- схемы серии 7400, потому что они не имеют значительных преимуществ.