Цифровые микросхемы. Логический элемент НЕ (INV) | HomeElectronics

ElectronicsBlog

Обучающие статьи по электронике

Цифровые микросхемы. Логический элемент НЕ (INV)

Всем доброго времени суток! Как дом строят из кирпичей, так и цифровые устройства состоят из простых элементов – цифровых микросхем. Наиболее простые из них – логические элементы (или вентили, gates). В одной микросхеме может содержаться только строго определённое количество логических элементов, их может быть или 1, или 2, или 3, или 4, или 8 в одной микросхеме. Соответственно каждый логический элемент может иметь от 1 до 12 входов и 1 выход. При этом связь между входами и выходом соответствует таблице истинности. Логические элементы относятся к так называемым комбинационным микросхемам, и у них отсутствует какая-либо внутренняя память.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Достоинством логических вентилей является высокое быстродействие и небольшая потребляемая мощность, но на их основе довольно трудно реализовать сложную функциональность, поэтому чаще всего они используются в качестве дополнения к более сложным цифровым микросхемам или микроконтроллерам.

Логический элемент НЕ (Hex Inverters)

Начнём с наиболее простого из логических элементов – логического элемента НЕ (INV) или как его ещё называют инвертора. Как понятно из названия инвертор применяется для инвертирования, то есть изменения уровня сигнала (например, на вход поступает логическая «1», а на выходе получаем логический «0»). Как самый простой из логических элементов инвертор содержит всего один вход и один выход. Инверторы могут быть с тремя типами выходов: 2С, ОК или с Z – состоянием. Как указывалось в этой статье логический элемент НЕ имеет следующую таблицу истинности:


Таблица истинности логического элемента НЕ

ВходВыход
01
10

На принципиальных схемах логические элементы НЕ (инверторы) имеют следующее обозначение


Обозначения элемента НЕ
Обозначения логических элементов НЕ (Hex Inverters): ANSI (слева) и DIN (справа).

Микросхемы инверторов содержат обычно шесть логических элементов НЕ (INV) и обозначаются префиксом ЛН (например, К155ЛН1, К561ЛН2). Как говорилось ранее, для ТТЛ микросхем с выходом ОК необходим выходной нагрузочный резистор (pull-up). Величина которого рассчитывается очень просто: R > U/IOL, где U – напряжение источника питания, к которому подключается резистор.

Применение инверторов

Обычно, элементы НЕ применяются для преобразования уровней сигнала (из высокого в низкий или из низкого в высокий уровень). Второе предназначение – увеличения нагрузочной способности (буферизации) с инвертирование выходов более сложных микросхем. Например, когда сигнал с выхода микросхемы необходимо подать на несколько других, а выходной ток недостаточен.

Но существует и несколько нестандартных применений инверторов: построение генераторов и в случае, когда необходимо создать задержку сигнала.


RC - генератор
Схема генератора на логических элементах НЕ

Схемы генераторов представляют собой обыкновенные RC-генераторы, но характеристики можно рассчитать только приблизительно, так как она зависит от напряжения питания и типа применённой микросхемы. Частота генератора будет равна

[math]f \approx \frac{1}{2RC}[/math]

Генераторы данного типа можно применять там, где не важна стабильность частоты, а важен лишь факт генерации импульсов. Более стабильные по частоте генераторы получаются, если вместо конденсатора применить кварцевый резонатор.


Кварцевый генератор
Схема кварцевого генератора на логических элементах НЕ

Довольно часто в цифровых схемах необходимо получит некоторую задержку сигнала, в этом случае инверторы могут пригодиться, на большую задержку рассчитывать не приходится (примерно до 100 нс). Для получения задержки сигнала инверторы соединяют последовательно.


Задержка сигнала на логических элементах НЕ
Схема для создания задержки сигнала на инверторах

Величину задержки можно рассчитать приблизительно по сумме задержек входного и выходного сигналов (tPLH и tPHL) для данной микросхемы. Например, для четырёх инверторов величину задержки можно оценить по формуле

[math]t_{З} = 2t_{PLH} + 2t_{PHL}[/math]

но необходимо учитывать, что значения реальных задержек сильно отличаются от тех что даны в справочнике (в справочнике даны максимальные величины, а реальные могут обличаться более, чем в 2 раза).

Более значительные величины задержки сигнала можно получить, используя интегрирующие RC-цепи, но и здесь нельзя точно говорить о величине задержки, потому что разные типы цифровых микросхем срабатывают при разном уровне сигнала и разных напряжениях питания.


Задержка сигнала на логических элементах НЕ и интегрирующей цепочкой
Схема для создания задержки сигнала c интегрирующей цепью

Ниже приведена таблица некоторых семейств микросхем, которые имеют в своём составе инверторы

СерияНомер микросхемы
ЛН1ЛН2ЛН3ЛН5ЛН6ЛН7ЛН8ЛН10
К1556НЕ6НЕ(ОК)6НЕ(ОК)6НЕ(ОК)6НЕ(Z)6НЕ(Z)
К5556НЕ6НЕ(ОК)6НЕ(Z)
КР15336НЕ6НЕ(ОК)6НЕ(Z)6НЕ6НЕ(ОК)
К5616НЕ(Z)6НЕ6НЕ(Z)
КР15546НЕ
КР15646НЕ6НЕ(Z)

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code