Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
параллельной цепочки сумматоров, как показано на рис. 13.13, где одно 4-
разрядное число А4А3А2А1 суммируется с другим числом B4B}B2BV в каждом
случае Ах и Вх представляют собой младшие значащие разряды (коэффициенты
при 2°). Параллельное суммирование просто означает, что все цифры
представлены одновременно, а не в виде последовательности импульсов.
Последний вариант называется последовательным суммированием, и он намного
медленнее, чем параллельное суммирование. В схеме на рис. 13.13 во всех
разрядах, за исключением младшего, должны быть полные сумматоры, для того
чтобы учитывать бит переноса из предыдущего разряда. Заметим также, что
бит переноса из старшего разряда сумматора становится старшим разрядом
результата (S5).
376 Цифровые логические схемы
Входы Выходы
А в Перенос Перенос S
0 0 I) 0 0
1 0 0 О t
0 1 0 0 1
1 1 о 1 0
0 0 1 0 1
1 0 1 1 0
0 1 I 1 0
1 1 1 1
Рис.13.12. Таблица истинности полного сумматора.
Рис. 13.13. Параллельный сумматор двух 4-разрядных двоичных чисел.
Двоичная арифметика более полно обсуждается в следующей главе в качестве
вступления перед рассмотрением микроЭВМ.
13.9 Интегральные логические схемы
13.9.1 Введение
Каждому вполне под силу построить полный сумматор из показаных на рис.
13.4 логических элементов, собранных на дискретных компонентах, и
читатель может сделать это сам. Однако перспектива создания, скажем, 4-
раз-
Интегральные логические схемы 377
рядного сумматора из дискретных компонентов выглядит несколько
устрашающей. Хотя мы можем сохранить ощущение перспективы, вспомнив что
первый электронный цифровой компьютер, такой как "Colossus", был построен
в Англии во время Второй мировой войны с использованием электронных ламп
для реализации логических элементов. Помимо большого объема такой машины,
существовала серьезная проблема, связанная с рассеянием тепла от тысяч
ламп. К счастью, ИС обеспечивают нас дешевыми компактными логическими
схемами, дополнительным достоинством которых является чрезвычайно высокое
быстродействие.
13.9.2 Схемы ТТЛ
Первые логические ИС широкого применения появились с развитием устаревших
логических элементов ДТЛ (рис. 13.4(c)). Диоды на входе были изготовлены
в виде специального многоэмитгерного транзистора, давшего схеме ее
название - транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ); эта схема и сегодня
все еще используется в различных формах. На рис. 13.14 показана
принципиальная схема одного логического элемента И-НЕ микросхемы 7400
(аналог 155ЛАЗ - Прим. перев.). Хотя выходной каскад здесь немного
сложнее, чем у схемы на рис. 13.4(c), транзистор Тх можно рассматривать
как замену диодов /),, Dv Dy Многоэмитгерный транзистор применен здесь не
ради удобства производства, его использование разительно улучшает
свойства схемы. Когда сигнал на любом из входов становится равным
логическо-
Рис. 13.14. Логический элемент И-НЕ в ТТЛ-исполнении.
378 Цифровые логические схемы
му 0 (вход заземляется), большой коллекторный ток транзистора Тх
немедленно отводится на землю, в результате чего происходит быстрое
рассасывание заряда, накопленного в базе транзистора Тг Таким образом,
транзистор Тг быстро запирается, обеспечивая быстрое срабатывание
логического элемента за время около 10 не.
Упоминание о скорости срабатывания транзисторов на этом этапе нашего
обсуждения сначала может показаться немного не относящимся к делу,
поскольку в наших предыдущих примерах время их переключения казалось
бесконечно малым. Однако в сегодняшних системах обработки данных уровень
сложности очень быстро растет, и число переключений логических элементов,
необходимых для получения ответа или сортировки данных, составляет
миллионы или даже миллионы миллионов, так что скорость срабатывания
(время прохождения сигнала через логический элемент) становится
существенным критерием для разработчиков.
Для всех TTJI-схем обычным является напряжение источника питания +5 В.
Для правильной работы схемы эта величину должна оставаться в пределах
между 4,75 В и 5,25 В и ни при каких обстоятельствах не должна превышать
напряжения порядка 7 В, иначе происходит лавинообразный пробой некоторых
р-п переходов, смещенных в обратном направлении, по ним течет большой ток
и кристалл разрушается.
Выходной каскад TTJI-схем образован двумя транзисторами Тъ и Т4 в
конфигурации "выходной двухтранзисторный каскад" (в оригинале такая схема
выходного каскада называется "totem pole", "тотемный столб" - Прим.
перев.). Транзистор Т4 осуществляет активное подтягивание (pull up)
потенциала выхода к уровню напряжения питания, когда значение сигнала на
выходе становится равным логической 1, и, таким образом, значительно
уменьшает время переключения благодаря быстрому заряду емкости,
подключенной к выходу.
Каждый вход "стандартной" ТТЛ-схемы потребляет ток 40 мкА, когда на его
входе поддерживается логическая 1 и отдает ток 1,6 мА при значении
входного сигнала, равном логическому 0. Каждый выход "стандартного"
