Uvod u digitalna elektronicka kola

Logička kola• čime se bavi digitalna elektronika• osnovna logička kola• tehnologije logičkih kola• kombinaciona logička kola• univerzalni logički elementi

Čime se bavi digitalna elektronika?Digitalna elektronika se bavi digitalnim sistemima i digitalnim kolima. Digitalni sistem i digitalna kola obrađuju digitalne signale. Digitalni signali nose informaciju o diskretizovanoj veličini.

Analogni signali( Umin ÷Umax; fmin÷fmax )Za signal koji je kontinualan po amplitudi u vremenu kaže se da je analogni signal.Nosi informaciju o kontinualnoj veličini koja u nekom trenutku može imati bilo koju vrednost iz opsega.

Impulsni signaliImpulsni signal je po teorijskoj definiciji signal koji ima trenutnu promenu

Digitalni signaliDigitalni binarni signal je impulsni signal koji u nekom vremenskom trenutku-intervalu predstavlja informaciju koja ima jednu od dve diskretne vrednosti.

Prednosti digitalnih signala

Imunost informacije na smetnje; Laka realizacija kola za obradu i prenos digitalnih signala; Laka realizacija kola za čuvanje (memorisanje) informacija predstavljenih digitalnim signalima; Mogućnost regenerisanja digitalnih signala i informacija predstavljenih digitalnim signalima.

Osnovna logička kolaLogički nivoi

Osnovna karakteristika digitalnih elektronskih kola su logički nivoi signala koji se pojavljuju na njihovim ulazima i izlazima. Binarna logika podrazumeva dva stanja koja se nazivaju logičkom jedinicom i logičkom nulom. U električnom smislu, to znači da se na ulazu/izlazu kola mogu pojaviti samo dva signala, odnosno dva naponska nivoa. Naponski nivo koji odgovara logičkoj nuli naziva se nizak naponski nivo VL, a onaj koji odgovara logičkoj jedinici visok naponski nivo VH.

Impulsna pobuda kola

Prednja i zadnja ivica

tr je vreme porasta prednje ivice tf je vreme opadanja zadnje ivice

Realni impuls

Povorka periodičnih impulsa

Povorka neperiodičnih impulsa

InvertorTablica istinitosti i logička funkcija

Prenosna karakteristika

Margine šuma određuju granice tolerancije invertora na promene nivoa ulaznog signala, što znači da je:VOL – Napon koji definiše stanje logičke nule na izlazu;VOH – Napon koji definiše stanje logičke jedinice na izlazu;VIL – Najviši napon za koji je ulaz u stanju logičke nule;VIH – Najniži napon za koji je ulaz u stanju logičke jedinice.

Prenosna karakteristika idealnog invertora je:

Propagaciono kašnjenje

Disipacija snage

Predstavlja proizvod između vrednosti napona napajanja VDD i srednje vrednosti struje koja protiče kroz kolo:

pri čemu su IDL i IDH struje kada se izlaz invertora nalazi u stanju logičke nule i jedinice, respektivno.Proizvod između propagacionog kašnjenja i disipacije snage SPP (speed-power product) određuje performanse logičkog kola:

I i NI kolo

ILI i NILI kolo

Isključivo ILI i isključivo NILI kolo

Tehnologije logičkih kola

CMOS i TTL kola CMOS logička kola TTL logička kola

• CMOS (Complementary MOS)• DTL (Diode-Transistor Logic)• TTL (Transistor-Transistor Logic)• STTL (Schottky TTL)• ECL (Emitter-Coupled Logic)• BiCMOS (Bipolar-CMOS)

CMOS i TTL kola

CMOS logička kola se proizvode u verzijama sa sledećimnaponima napajanja: 5V 3.3V 2.5V 1.2V

Logički nivoi 5V CMOS kola: Logički nivoi 3.3V CMOS kola:

Logički nivoi TTL kola: Margine šuma

Zavisnost disipacije snage od učestanosti:

Fan-outBroj opteretnih kola koja se mogu vezati na izlaz pobudnog kola bez narušavanja njegovih performansi

Opterećenje CMOS logičkih kola

Opterećenje TTL logičkih kola:

CMOS logička kola

CMOS invertor CMOS NI kolo

CMOS NILI kolo

TTL logička kola

DTL NI kolo

Kada su viA i viB na nivou logičke nule, diode DA i DB su direktno polarisane preko otpornika R1 i izvora VCC. Ako je viA = viB =0.1V, tada je v1 =0.8V. Diode D1 i D2 ne vode jer, da bi vodile, napon vB treba da bude -0.6V, što nije moguće u kolu. Pošto je vB = 0, tranzistor Q0 je zakočen, pa je na izlazu logička jedinica, tj. napon VCC.

Kada su viA i viB na nivou jedinice (VCC), diode DA i DB ne vode.Diode D1 i D2 su direktno polarisane preko otpornika R1 i izvoraVCC. Tranzistor Q0 je u zasićenju (što se podešava otpornikomRC), pa je na izlazu logička nula, tj. napon VCE(sat).

Otpornik RB naziva se pull-down otpornik i služi da ubrzaprelazak tranzistora iz zasićenja u zakočenje, odvođenjemnagomilanih manjinskih nosilaca iz baze. Ovaj otpornikobezbeđuje provodni put za inverznu struju baze. Nedostatak ješto, kada tranzistor vodi, ovaj otpornik smanjuje struju baze.

TTL invertor

Kada je ulaz na nivou logičke jedinice, spoj BE tranzistora Q1 je inverzno polarisan, a spoj BC je direktno polarisan. Struja teče preko otpornika R1 i spoja BC tranzistora Q1 u bazu tranzistora Q2, vodeći ga u zasićenje. Time je uključen tranzistor Q3, pa je na izlazu logička nula. U isto vreme, napon na kolektoru tranzistora Q2 je dovoljno nizak da tranzistor Q4 bude u zakočenju.

Dioda D1 služi da spreči pojavu naponskih premašenja prilikom promena napona na ulazu i time štiti tranzistor Q1. Dioda D2 obezbeđuje da tranzistor Q4 bude isključen.

Kada je ulaz na nivou logičke nule, spoj BE tranzistora Q1 jedirektno polarisan, a spoj BC je inverzno polarisan. Struja teče preko otpornika R1 i spoja BE tranzistora Q1 prema ulazu, tako da je tranzistor Q2 zakočen. Time je zakočen i tranzistor Q3.Napon na kolektoru tranzistora Q2 je dovoljno visok datranzistor Q4 bude u zasićenju, pa je na izlazu logička jedinica.

Kombinaciona logička kolaOsnovna kombinaciona logička kolaI-ILI kolaDirektna implementacija SOP (Sum Of Products) izraza

I-ILI-Invertovana kolaImplementacija POS (Product Of Sum) izraza

Isključivo ILI kola

Isključivo NILI kola

Univerzalni logički elementiNI kolo kao univerzalni logički element

NILI kolo kao univerzalni logički element

NI logika

NI logika sa dualnim simbolimaSvi logički dijagrami u NI logici treba da budu nacrtani tako da je svako kolo predstavljeno ili NI simbolom ili ekvivalentnim negativnim ILI simbolom.

NILI logika

NILI logika sa dualnim simbolimaSvi logički dijagrami u NILI logici treba da budu nacrtani tako da je svako kolo predstavljeno ili NILI simbolom ili ekvivalentnim negativnim I simbolom.