Download Digital Logic Gates

Digital Logic Gates
Standard commercially available Digital Logic Gates are available in two basic forms, TTL
which stands for Transistor-Transistor Logic such as the 7400 series, and CMOS which
stands for Complementary Metal-Oxide-Silicon which is the 4000 series of chips. Generally
speaking, this refers to the logic technology used to manufacture the Integrated Circuit, (IC)
or "chip" as it is commonly called. Generally speaking, TTL IC's use NPN type Bipolar
Junction Transistor while CMOS IC's use Field Effect Transistor or FET's for both their input
and output circuitry. As well as TTL and CMOS technology, simple digital logic gates can
also be made by connecting together diodes and resistors to produce RTL, Resistor-Transistor
Logic circuits but these are now less common.
All digital electronic circuits and microprocessor based systems contain hardware elements
called Digital Logic Gates that perform the logical operations of AND, OR and NOT on
binary numbers. In digital logic only two voltage levels or states are allowed and these states
are generally referred to as Logic "1" or Logic "0", High or Low, True or False and which are
represented in Boolean Algebra and Truth Tables by the numbers "1" and "0" respectively.
A good example of a digital logic level is a simple light as it is "ON" or "OFF".
Most logic systems use "Positive logic", in which a logic "0" or "LOW" is represented by a
zero voltage, 0v or ground and a logic "1" or "HIGH" is represented by a higher voltage such
as +5 volts, with the switching from one voltage level to the other, from either a "0" to "1" or
"1" to "0" being made as quickly as possible to prevent any faulty operation of the logic
circuit. There is also a complementary "Negative Logic" system in which the values and the
rules of a logic "0" and a logic "1" are reversed but in this tutorial we shall only refer to the
Positive Logic convention as it is the most common.
TTL NAND Gate
As the gate contains a single stage inverting NPN transistor
circuit (TR2) an output Logic level "1" at Q is only present
when Both the emitters of TR1 are connected to Logic level
"0" or ground allowing base current to pass through the
emitter and not the collector, thus producing a NAND gate
function. In standard TTL logic gates, the transistors operate
either completely in the "cut off" region, or else completely
in the saturated region, Transistor as a switch type
operation.
Slovíčka
digital
7400 series
complementary
Metal-Oxide-Silicon
IC (Integrated Circuit)
junction
Field Effect Transistor
circuitry
TTL technology
binary numbers
voltage level
truth table
on/off
positive logic
faulty operation
single stage
inverting
base current
cut off
saturated
switch type operation
digitální, číslicový
řada 7400
komplementární, doplňkový
kov-oxid-křemík
IO (integrovaný obvod)
přechod
tranzistor řízený elektrickým polem
obvody
technika TTL
binární čísla
úroveň napětí
pravdivostní tabulka
zapunto/vypnuto
kladná/pozitivní logika
chybná funkce
jednostupňový
invertující
proud báze
vypnutý stav
v saturaci, sepnutý (tranzistor)
spínací režim
Logická hradla
Standardně vyráběná logická hradla existují ve dvou provedeních: TTL, což je zkratka pro
Transistor- Tranzistor- Logic, jako je řada 7400 a CMOS, což je zkratka pro Complementary
Metal-Oxide-Silicon, jako je řada 4000. Obecně řečeno, těmito pojmy se označuje
technologie výroby číslicových integrovaných obvodů, IO nebo také „čipů“, jak jsou běžně
nazývány. Technika TTL využívá bipolárních NPN tranzistorů, zatímco CMOS obvody
využívají tranzistorů řízených polem neboli FET pro vstupní i výstupní obvody. Stejně jako
technikou TTL a CMOS mohou být jednoduchá logická hradla vyrobena zapojováním diod a
rezistorů v technice RTL (Resistor-Transistor Logic). Tyto obvody jsou ale méně rozšířené.
Všechny elektronické číslicové obvody a mikroprocesorové systémy obsahují hardwarové
prvky nazývané logická hradla, která realizují logické operace AND, OR a NOT s binárními
čísly.V digitálních logických obvodech jsou povolené pouze dvě úrovně napětí nebo stavy,
které se obecně označují jako logická „1“ nebo logická „0“, H nebo L, Pravda nebo Nepravda.
Ty jsou reprezentovány v Booleově algebře a pravdivostních tabulkách číslicemi „1“ a „0“.
Dobrým příkladem logické úrovně je obyčejné světlo, které „svítí“ nebo „nesvítí“.
Většina logických obvodů používá „kladnou logiku“, kde logická „0“ neboli L představuje
nulové napětí, 0 V nebo uzemnění a logická „1“ neboli H představuje vyšší napětí jako např.
+5 V. Přepínání z jedné úrovně napětí do druhé, buď z „0“ do „1“ nebo naopak, probíhá co
nejrychleji, aby nedocházelo k chybné funkci logických obvodů. Také existuje doplňková
„záporná logika“, kde hodnoty a pravidla pro logickou „0“ a logickou „1“ jsou opačná, ale
v tomto výukovém materiálu se budeme zabývat pouze kladnou logikou, protože je
nejběžnější.
Hradlo NAND TTL
Protože hradlo obsahuje jednostupňový tranzistorový
invertor NPN (TR2), je na výstupu Q logická „1“ pouze
když jsou oba emitory tranzistoru TR1 v úrovni logická „0“,
tj. na potenciálu země, kdy proud báze prochází emitorem a
nikoliv do kolektoru. Tím je realizována funkce NAND.
U standardních hradel logiky TTL tranzistor pracuje ve
spínacím režimu – buďto úplně vypnuto nebo úplně
zapnuto (saturace).