1.5.1.1 Логические элементы и и и-не (Позитивная логика)

Схема логического элемента И, построенного на полупроводниковых диодах и резисторе, приведена на рис.10а).

Рис.10. Схема логического элемента И

По схеме логического элемента видно, что выходное напряжение U_f , будет иметь малую величину, равную напряжению на полупроводниковом диоде (примерно 0,5 В), если хотя бы одно напряжение на входах U₁,...,U_n будет равно нулю. Для двухвходового варианта логического элемента на рис.10б) приведена таблица истинности для физических уровней выходного напряжения этой схемы (L(ow) - низкий уровень напряжения, H(igh) - высокий уровень).

В, так называемой, позитивной логике низкому уровню напряжения соответствует логический 0 (лог.0), высокому уровню - логическая единица (лог.1). В этом случае описание логического элемента таблицей истинности соответствует описанию конъюнктора.

В, так называемой, негативной логике низкому уровню напряжения соответствует логическая 1 (лог.1), высокому уровню - логический нуль (лог.0). В этом случае описание логического элемента таблицей истинности соответствует описанию дизъюнктора.

Техническая простота и низкая стоимость диодно-резисторной схемы логического элемента И способствует её широкому применению на практике. Существенным недостатком этой схемы является невозможность последовательного включения этих элементов. Выходное напряжение лог.0 (для позитивной логики) при нулевых входных напряжениях не равно нулю, а равно падению напряжения на одном открытом полупроводниковом диоде. При подаче выходного напряжения на вход следующей логической схемы, низкое выходное напряжения второго логического элемента, которое должно соответствовать логическому нулю, будет равно сумме напряжений на открытых диодах. Таким образом, с увеличением количества последовательно включенных логических элементов, теряется различие между уровнями лог.0 и лог.1 и вся схема становится неработоспособной. Этот недостаток ликвидируется включением на выходе каждого диодно-резисторного логического элемента нормирующего усилителя, обычно с использованием транзисторов, включаемых по схеме с «общим эмиттером» или с «общим истоком» и работающих в ключевом режиме. Такие нормирующие усилители инвертируют свой входной сигнал, то есть являются логическими элементами НЕ.

Схема логического диодно-резисторного элемента И-НЕ (элемента Шеффера) приведена на рис.11. При последовательном (каскадном) соединении этих логических элементов входные и выходные напряжения логических элементов всегда имеют одинаковые уровни лог.0 и лог.1, что позволяет последовательно включать неограниченное количество логических элементов этого типа.

Рис.11. Схема логического элемента И-НЕ