Wykorzystując oporniki I diody można realizować funkcję sumy I iloczynu.
- Suma logiczna nazywana często elementami LUB (OR). Zapisana w postaci: y = x1+x2+x3+… przy czy sygnał wyjściowy y oraz sygnały wejściowe x1, x2, x3 przyjmują wartości zero lub jeden. Funkcja sumy jest równa 1 jeżeli przynajmniej jeden z sygnałów wejściowych ma wartość 1
- iloczyn logiczny zwany elementami I (AND) zapisany w postaci y = x1x2x3… funkcja ta ma wartość 1 tylko wtedy , kiedy wszystkie sygnały wejściowe są równe jeden.
Wykorzystując tranzystory I oporniki można realizować funkcje logiczne:
- elementy NAND którego nazwa pochodzi od NOT AND realizuje zależność:
y=x1x2x3…. Jest to negacja iloczynu, sygnał wyjściowy y ma wartość 0 tylko wtedy gdy iloczyn sygnałów wejściowych jest równy 1 gdy wszystkie sygnały wejściowe x1, x2, x3 są równe 1.
- element NOR nazwa pochodzi od NOT OR realizuje zależność y=x1+x2+x3+… jest to negacja sumy. Sygnał wyjściowy y jest równy 1 tylko wtedy, gdy suma sygnałów wejściowych jest równa 0. Zarówno funkcja NOR jak I NAND pozwalają zrealizować każdą funkcję przełączającą.
Które oporniki I jak wpływają na funkcję NOT?
- negacja logiczna jeśli sygnał na wejściu jest równy „0” , baza tranzystora jest spolaryzowana napięciem dodatnim, więc tranzystor jest zatkany - nie przewodzi prądu I na wyjściu negatora jest ujemny potencjał względem masy. Napięcie zasilające powinno być bliskie wartości napięcia odpowiadającej jedynce, wówczas przy całkowitym zatkaniu tranzystora na wyjściu otrzymujemy „1”.
- Zwiększenie rezystora Ra powoduje zmniejszenie wysterowania tranzystora I przesunięcie progu przełączenia w kierunku wyższych wartości napięcia.
- Zwiększenie rezystora Rb powoduje zwiększenie wysterowania tranzystora I przesunięcie progu przełączenia w kierunku niższych wartości napięcia.
Zwiększenie Rc powoduje obniżenie poziomu napięcia na wyjściu, zmniejszenie obciążalności bramki.
Jak się dobiera oporności w funktorach typu OR I AND?
Za kryterium doboru zwykle dobiera się największą spodziewaną rozbieżność w działaniu układu, która wystąpi dla krańcowych wartości oporności. Po wykonaniu pomiarów określa się wartość oporności, która jest optymalna dla danego układu:
- dla funkcji OR bardziej odpowiednim będzie rezystor przy którym stany wejść będą zbliżone do stanu wyjść (napięcie wejściowe będzie w nieznacznym stopniu odbiegało od napięcia wyjściowego) wówczas dzięki małym stratom w układzie będzie można podłączyć do niego więcej elementów zachowując stany logiczne.
- funktorach AND dość trudno na podstawie stanów wyjść określić, który z oporników jest odpowiedniejszy I aby to zrobić należy przeprowadzić analizę pośrednią I uwzględniającą warunki jakie występują w układzie w stanie 1;1 którą to wybieramy oporność dla której prąd przepływający przez diody będzie mniejszy. Co wydatnie wpłynie na sprawność działania diod. Wówczas występują mniejsze straty energii oraz źródło zasilane będzie mniej obciążone.
Jak oporniki wpływają na pracę?
Ra - rezystor sterujący prądem wpływający do bazy tranzystora, ponieważ jest szeregowo włączony do złącza baza-emiter, to zwiększenie jego oporu powoduje zmniejszenie prądu wpływającego do bazy, a zatem wolniejsze nasycenie się tranzystora. W rezultacie zwiększenie oporności Ra powoduje opóźnienie przejścia tranzystora w stan przewodzenia i co za ty idzie przesunięcie badanej ch-ki w prawo.
Rb - podobnie wpływa na układ jak Ra. Jest włączony równolegle w złącze baza - emiter, zwiększenie oporności przynosi odwrotne skutki - zwiększenie prądu wpływającego do bazy. Aby opóźnić zatem nasycenie tranzystora należy zmniejszyć wartość rezystancji Rb.
Rc - rezystor włączony na wyjściu, zmniejszenie jego wartości pozytywnie wpływa na możliwość połączenia go w układ - nie będzie on przy połączeniach powodował wysokich spadków napięć, z drugiej strony zmniejszenie jego oporności źle wpływa na przebieg ch-ki funktora. Obszar przejścia ze strony 1do 0 . Zajmuje większy przedział niż Rc o większej oporności. Możliwość włączenia funktora w układ jest jednak sprawą nadrzędną więc wskazane jest stosowanie oporników o małej rezystancji.
Jednoczesne zmniejszenie Rb I Rc powoduje otrzymanie ch-ki zbliżonej do idealnej I przesunięcie wykresu w prawo.
Czy istnieją ograniczenia na liczbę wejść I wyjść dla funktora NOR?
Ograniczenia w NOR na liczbę wejść I wyjść istnieją. Gdyż wyjście każdej bramki jest odbiornikiem prądu, zaś wejście do którego bramki te są podłączone ma skończoną wydajność prądową. Podłączenie równolegle zbyt dużej ilości wejść spowoduje, że napięcie wyjścia w stanie wysokim zmniejszy się do poziomu, w którym podłączone bramki stan wysoki zaczną interpretować jako stan niski co spowoduje wadliwą pracę układu.
Czyli aby zapewnić prawidłowe działanie bramki NOR trzeba tak dobrać wartości rezystancji, aby przy wyłączonej bramce , tranzystory sterowane przez bramkę znajdowały się w stanie włączonym. Jest to warunek obciążalności czyli ograniczenia liczby tranzystorów, które mogą być sterowane z jednej bramki. Czyli dla danej bramki o danej wartości napięcia I rezystancji, maksymalna liczba układów, które mogą być sterowane przez tę bramkę, ograniczona jest wymaganiem, aby w stanie włączonym bramki wszystkie sterowane tranzystory znajdowały się w stanie włączonym I pracowały w nasyceniu.
Czy można AND I OR zbudować tylko za pomocą rezystorów.
Nie nie można …. . gdyż tylko za ich pomocą nie jest możliwe uzyskanie iloczynu logicznego. Możliwe jest zbudowanie bramki OR która jako pojedynczy element będzie działać poprawnie, lecz z połączenia z innymi takimi bramkami należy liczyć się z możliwością że układ taki nie będzie poprawnie działać, gdyż będzie to tylko kombinacja rezystorów, które nie zapewnią prawidłowej pracy funktora.
Czy istnieją ograniczenia na liczbę wejść I wyjść dla funktora NAND?
Tak istnieją. Wzmacniające działanie tranzystorów łagodzi ograniczenia dotyczące obciążalności (dopuszcza się 5-6) I struktury połączeń między elementami, Do zwiększenia liczby wejść do 8 a obczążalność do 10 stosuje się układy TTL(elem. NAND ze wzmacniaczem wyjściowym).
Inaczej każde wejście jest tranzystorem, każdy tranzystor trzeba odpowiednio wysterować, na każdym złączu każdego tranzystora jest spadek 0,7V. jeżeli będzie zbyt dużo tranzystorów to ostatnie tranzystory nie będą wysterowane I wejścia nie będzie działało poprawnie. Na wyjściu zaś - jeśli jest zbyt duże obciążenie w postaci bramek, występuje zbyt duży spadek napięcia.