Всім доброго часу доби! Як будинок будують з цегли, так і цифрові пристрої складаються з простих елементів - цифрових мікросхем. Найбільш прості з них - логічні елементи (або вентилі, gates). В одній мікросхемі може міститися тільки строго певну кількість логічних елементів, їх може бути або 1, або 2, або 3, або 4, або 8 в одній мікросхемі. Відповідно кожен логічний елемент може мати від 1 до 12 входів і 1 вихід. При цьому зв'язок між входами і виходом відповідає таблиці істинності. Логічні елементи відносяться до так званим комбінаційною мікросхем. і у них відсутня будь-яка внутрішня пам'ять.
Перевагою логічних вентилів є висока швидкодія і невелика споживана потужність, але на їх основі досить важко реалізувати складну функціональність, тому найчастіше вони використовуються в якості доповнення до більш складним цифровим мікросхем або мікроконтролерів.
Логічний елемент НЕ (Hex Inverters)
Почнемо з найбільш простого з логічних елементів - логічного елемента НЕ (INV) або як його ще називають інвертора. Як зрозуміло з назви інвертор застосовується для інвертування, тобто зміни рівня сигналу (наприклад, на вхід надходить логічна «1», а на виході отримуємо логічний «0»). Як найпростіший з логічних елементів інвертор містить всього один вхід і один вихід. Інвертори можуть бути з трьома типами виходів: 2С, ОК або з Z - станом. Як вказувалося в цій статті логічний елемент НЕ має наступну таблицю істинності:
Таблиця істинності логічного елемента НЕ
На принципових схемах логічні елементи НЕ (інвертори) мають таке позначення
Позначення логічних елементів НЕ (Hex Inverters): ANSI (зліва) і DIN (праворуч).
Мікросхеми інверторів містять зазвичай шість логічних елементів НЕ (INV) і позначаються префіксом ЛН (наприклад, К155ЛН1, К561ЛН2). Як говорилося раніше, для ТТЛ мікросхем з виходом ОК необхідний вихідний навантажувальний резистор (pull-up). Величина якого розраховується дуже просто: R> U / IOL. де U - напруга джерела живлення, до якого підключається резистор.
застосування інверторів
Зазвичай, елементи НЕ застосовуються для перетворення рівнів сигналу (з високого в низький або з низького в високий рівень). Друге призначення - збільшення навантажувальної здатності (буферизації) з інвертування виходів більш складних мікросхем. Наприклад, коли сигнал з виходу мікросхеми необхідно подати на кілька інших, а вихідний струм недостатній.
Але існує і кілька нестандартних застосувань інверторів: побудова генераторів і в разі, коли необхідно створити затримку сигналу.
Схема генератора на логічних елементах НЕ
Схеми генераторів є звичайні RC-генератори. але характеристики можна розрахувати тільки приблизно, так як вона залежить від напруги живлення і типу застосованої мікросхеми. Частота генератора буде дорівнює
Генератори даного типу можна застосовувати там, де не важлива стабільність частоти, а важливий лише факт генерації імпульсів. Більш стабільні по частоті генератори виходять, якщо замість конденсатора застосувати кварцовий резонатор.
Схема кварцового генератора на логічних елементах НЕ
Досить часто в цифрових схемах необхідно отримає деяку затримку сигналу. в цьому випадку інвертори можуть стати в нагоді, на велику затримку розраховувати не доводиться (приблизно до 100 нс). Для отримання затримки сигналу інвертори з'єднують послідовно.
Схема для створення затримки сигналу на інверторах
Величину затримки можна розрахувати приблизно за сумою затримок вхідного і вихідного сигналів (tPLH і tPHL) для даної мікросхеми. Наприклад, для чотирьох інверторів величину затримки можна оцінити за формулою
але необхідно враховувати, що значення реальних затримок сильно відрізняються від тих що дані в довіднику (в довіднику дані максимальні величини, а реальні можуть обличаться більш, ніж в 2 рази).
Більш значні величини затримки сигналу можна отримати, використовуючи інтегрують RC-ланцюга, але і тут не можна точно говорити про величину затримки, тому що різні типи цифрових мікросхем спрацьовують при різному рівні сигналу і різних напругах живлення.
Схема для створення затримки сигналу c інтегрує ланцюгом
Нижче наведена таблиця деяких сімейств мікросхем, які мають в своєму складі інвертори