Hoạt động của các cổng Logic

Môn học kỹ thuật điện tử số cho ta hiểu được các mạch số cơ bản và phương pháp thiết kế một mạch số đơn giản. Vì vậy môn kỹ thuật số là môn cơ sở để cho ta tiến tới các môn học khác như là vi điều khiển, mạch điện tử....Hôm nay tôi sẽ trình bày cơ bản về các cổng Logic mà ta thường hay dùng nhưng cổng này trong mạch điện tử hay được sử dụng! Có 7 loại hàm trong mạch số :NOT, AND, OR, NOR, NAND , XOR , NXOR....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hoạt động của các cổng Logic Hoạt động của các cổng LogicMôn học kỹ thuật điện tử số cho ta hiểu được các mạch số cơ bản và phương pháp thiếtkế một mạch số đơn giản. Vì vậy môn kỹ thuật số là môn cơ sở để cho ta tiến tới các mônhọc khác như là vi điều khiển, mạch điện tử....Hôm nay tôi sẽ trình bày cơ bản về cáccổng Logic mà ta thường hay dùng nhưng cổng này trong mạch điện tử hay được sửdụng! Có 7 loại hàm trong mạch số :NOT, AND, OR, NOR, NAND , XOR , NXOR.Chú ý : Chúng ta không thể mua được 1 cổng logic ví dụ như AND ngoài thị trường đượcmà chúng ta phải mua từ 4 con cổng AND đóng trong cùng 1 vỏ IC. Tại sao lại như vậythì họ tính giá thành theo cách đóng vỏ IC.Một số quy định về mức 0 và mức 1 :+ Nếu IC của TTL thì điện áp vào là 5V khi đó mức 1 = 5V và mức 0 là = 0V.+ Nếu IC của CMOS thì điện áp đầu vào Vdd = 3V - 18V nên mức 1 = Vdd và mức 0 =0V.1) Cổng NOTKí hiệu và bảng chân lý IO được thể hiện ở hình a và b. Nguyên tắc hoạt động của nó dựavào hiện tượng phân cực của BJT!Cái hàm này không cần phải bàn nhiều. Nó chỉ có 1 đầu vào và 1 đầu ra. Đầu vào 0 chođầu ra bằng 1 và ngược lại2) Cổng AND.Hình vẽ và cấu tạo của cổng AND .Ký hiệu của cổng AND được thể hiện trên hình vẽ hình (a) và nó được đọc A && B và kíhiệu của nó trong các mạch điện như trên hình (a). Để xét đến cổng AND này nó hoạtđộng thế nào bây giờ ta nhìn sơ đồ cấu trúc bên trong của con AND này. Cổng AND cóhai đầu vào A,B và 1 đầu ra là tích số của A và B (Y = A.B)Cấu tạo của nó gồm 2 con Diode và 1 con điện trở và sơ đồ cấu tạo của nó được lắp nhưtrên hình (b).Nguyên lý hoạt động của nó như sau : Nhìn trên hình (b) ta thấy được là nếu đầu vào Avà B mà là ở mức 1 (5V) khi đó hai D1 và D2 được phân cực nghịch nên không có dòngchạy qua hai diode này nên ở A.B sẽ có điện áp bằng điện áp 5V (Mức 1). Nếu A ở mức1 và B ở mức 0 lúc này D1 được phân cực nghịch và B được phân cực thuận nên dòng từđiện trở qua D2 làm cho ở A.B ko có dòng điện ==> A.B = 0 (0V). Tiếp tục nếu A mà ở0V còn B ở mức 1 thì lúc này D1 được phân cực thuận và D2 được phân cực nghịch,dòng điện sẽ từ điện trở qua D1 cũng làm cho A.B ko có dòng điện ==>A.B = 0 (0V).Trường hợp cuối cả hai đầu A và B đều ở mức 0 (0V) thì cả hai diode D1 và D2 đều phâncực thuận nên dẫn dòng từ điện trở qua 2 diode làm cho đầu A.B ko có dòng điện ==>A.B = 0 (0V).Bảng chân lý giá trị IO của cổng AND được thể hiện như hình (c).Hình (d) là giản đồ xung đầu vào và giản đồ xung đầu ra của cổng AND.Qua đó cho ta nhận thấy rằng là chỉ có đầu vào A = B = 1 thì cho đầu ra mức 1 và cáctrường hợp còn cho ta ở mức 0.3 ) Cổng ORHình vẽ và cấu tạo của cổng OR.Kí hiệu của cổng OR được thể hiện trên hình vẽ (a) và nó được đọc là a|| b. Và nó cũngcó hai tín hiệu đầu vào và 1 tín hiệu đầu ra (Y = A+ B)Để xem con cổng OR này hoạt động như thế nào ta phải xem xét đến cấu trúc mạch bêntrong của con cổng OR này. Sơ đồ cấu tạo bên trong của nó thể hiện như trên hình (b).Nó cấu tạo khá là đơn giản như mạch cổng AND nhưng cách lắp linh kiện có hơi ngượcso với AND cũng chỉ gồm 1 con điện trở và 2 con diode. Một đầu điện trở được nối với (-) và một đầu được nối với đầu ra với chung (K) với hai diode.Nguyên lý hoạt động như sau : Nếu cả hai đầu vào A và B đều ở mức 1 thì lúc này 2diode được phân cực thuận và dòng điện sẽ qua diode khi đó tại đầu ra A và B sẽ ở mức 1(5V) . Dòng điện không đi xuống GND vì điện trở ở đây có trở kháng lớn.Nếu Đầu A ởmức 1 và B ở mức 0 thì D1 được phân cực thuận và D2 được phân cực nghịch. Khi đó códòng chạy qua D1 mà không qua D2 nên A+B vẫn ở mức 1. Còn nếu A ở mức 0 và B ởmức 1 lúc đó có dòng điện chạy qua D2 mà ko có dòng chạy qua D1 nên A + B vẫn ởmức 1. Trong trường hợp cuối thì A và B đều ở mức 0 và đầu ra A+ B ở mức 0 bởi vìkhi đó 2 diode phân cực nghịch không cho dòng chạy qua diode nên A+ B không có dòngđiện.Hình (c) là bảng chân lý giá trị vào ra của cổng ORHình (d) là giản đồ xung và giản đồ xung đầu ra của cổng OR.Qua đó ta cũng có 1 nhận xét chỉ có A = B = 0 thì mới cho A+B = 0 còn các các trườnghợp còn lại đều cho 1.4 ) Cổng NOR.Hình vẽ và cấu tạo của NOR.Tôi kí hiệu phủ định của NOR của A+B là 1/A+BHình a thể hiện kí hiệu của cổng Logic với cũng hai đầu vào A ,B và 1 đầu ra bằng phủđịnh của A+B (Y = 1/A+B). Hiểu ngầm ở đây nó là hàm phủ định của hàm OR.Con NOR nó cấu tạo hơi khác so với OR và AND là ở chỗ là nó có thêm 1 con BJT. Vàtín hiệu được lấy ra tại chân Colector của BJT. Cấu tạo của nó gồm : 3 điện trở, 2 diode ,1 BJT và BJT ở đây là BJT kênh N. Kiểu lắp mạch nó được lắp theo hình b. Nhìn vàohình vẽ ta có thể hiểu được nguyên lý hoạt động như thế nào:Nếu A = 0 và B = 0 thì hai hai diode không được phân cực không dẫn dòng nên tại cựcBazo của BJT cũng không được phân cực vì là 0V (Điều kiện để phân cực thuận cho BJTlà Ube>0V) khi đó BJT ở trạng thái khóa nên tại đầu ra của Bazo 1/A+B là ở mức 1. Còncác trường hợp còn lại ...