4-4. СХЕМЫ НА ДИОДАХ

Важным классом элементов, моделирующих функции алгебры логики, являются всевозможные вентильные элементы. В качестве таких элементов в настоящее время наиболее часто употребляются либо электронные лампы, либо германиевые или селеновые выпрямители.

Рассмотрим, например, работу лампового диода (рис. 4-21,а, б). Если на вход такого диода подается напряжение полярности, показанной на рис. 4-21,а, то диод проводит и на выходе схемы низкое напряжение.

Рис. 4-21.

Если же полярность входного напряжения такова, как на рис. 4-21, б, то диод заперт и на выходе схемы высокое напряжение.

Аналогичным образом работают и остальные вентильные элементы. Общее обозначение вентильных элементов дано на рис. 4-21,в и г.

На рис. 4-22 показаны схемы, моделирующие на диодах конъюнкцию от аргументов.

На диодах не удается реализовать полную систему функций, так как с их помощью нельзя реализовать отрицание, импликацию, функции Шеффера и Вебба и т. д.

Непосредственно на диодах возможна реализация лишь конъюнкции (рис. 4-22,а) и дизъюнкции (рис. 4-22, б). Поэтому в дальнейшем будем предполагать, что на вход логической схемы, реализуемой на диодах, вместе с аргументом - всегда поступает и отрицание которое получено на элементах другой природы.

Синтез схем на диодах сводится к нахождению МДНФ или МКНФ реализуемой функции и непосредственному синтезу по ним на основе схем, приведенных на рис. 4-22.

Пример 4-4. Реализовать на диодах функцию

МДНФ для этой функции имеет вид:

Соответствующая схема дана на рис. 4-23.

При синтезе диодной схемы по такому способу схема всегда получается двухкаскадной. В первом каскаде образуются все необходимые конъюнкции, входящие в МДНФ (или дизъюнкции в случае использования МКНФ), а во втором каскаде эти конъюнкции объединяются на схеме типа ИЛИ (для случая МКНФ на схеме типа И). Однако такой

Рис. 4-22

Рис. 4-23.

непосредственный синтез схем на диодах встречает большие практические трудности. При синтезе схем, реализующих функции большого числа аргументов, становится невозможным построение двукаскадной схемы, так как при большом не удается реализовать надежно работающие элементы тппа И и ИЛИ. При переходе к многокаскадным схемам возникают трудности, связанные с физической реализацией каскадного соединения пассивных схем. Для работы схемы в целом необходимо, чтобы входное сопротивление последующего каскада было значительно больше выходного сопротивления предыдущего пассивного каскада. При необходимости последовательного соединения большого количества подобных каскадов возникает неприемлемое с точки зрения практики требование к сопротивлениям источников электропитания и становится практически невозможным снятие выходного сигнала с сопротивления огромной величины, характеризующегося числом порядка где число последовательно соединенных каскадов, входное сопротивление первого каскада схемы.

Рассмотрим метод синтеза вентильных схем, который может быть назван методом диодных сеток.

Сущность этого метода состоит в следующем. Пусть имеется функция записанная в МДНФ (или произвольной ДНФ). Возьмем столько горизонтальных шин, сколько конъюнкций входит в данную МДНФ. Поставим каждой шине во взаимно однозначное соответствие одну из конъюнкций МДНФ.

Возьмем теперь столько вертикальных шин, сколько разных символов считаются при этом разными символами) входит в данную МДНФ, и установим взаимно однозначное соответствие между этими шинами и символами. Если символ входит в конъюнкцию, то соответствующие вертикальная и горизонтальная шины соединяются между собой с помощью диода, проводящего от горизонтальной шины на вертикальную (рис. 4-24,а). На горизонтальные шины подается высокий потенциал, а на все вертикальные шины — напряжения, соответствующие входному набору значений аргументов. Если на данную вертикальную шину поступает высокий потенциал, сопоставляемый единице, то все диоды, связывающие горизонтальные шины с данной вертикальной шиной, не проводят. Если же на

данную вертикальную шину поступил сигнал нуль (низкий потенциал), то высокий потенциал с горизонтальной шины проходит через открытый диод и шунтируется небольшим сопротивлением диода.

Рис. 4-24. (см. скан)

Все горизонтальные шины с помощью диодов образуют дизъюнкцию. Эта дизъюнкция сопоставляется с выходом схемы.

Пример 4-5. Синтезировать с помощью диодной сетки функцию

Для данной функции имеем четыре горизонтальные шины и восемь вертикальных. Соответствующая диодная сетка показана на рис. 4-24,а.

Пример 4-6. Синтезировать с помощью диодной сетки одноразрядную суммирующую схему

Для данной функции необходимо иметь семь горизонтальных шин и шесть вертикальных. Соответствующая схема дана на рис. 4-25,а.

Рис. 4-25. (см. скан)

Схема, реализованная по методу диодных сеток, является взаимно однозначным отображением реализуемой ДНФ для данной функции. Такая схема принципиально не реализует скобочные формы и поэтому может быть не минимальной.

Будем говорить, что конъюнкции А и В подчинены конъюнкции если имеют вид При получении конъюнкций А и В желательно только 1 раз реализовать конъюнкцию а потом использовать ее для получения А и В. Построенные на таком принципе диодные сетки отображают скобочные ДНФ.

Пример 4-7. Реализовать указанным способом функции из примеров 4-5 и 4-6.

Записываем функцию и функции в скобочной форме:

На рис. 4-24,б и 4-25,б приведены соответствующие схемы. Из рассмотрения этих схем вытекает, что при такой реализации уменьшается число сопротивлений и одновременно с уменьшением диодов, требующихся для организации связи между горизонтальными и вертикальными шинами, в схеме появляются новые разделительные диоды. Поэтому пр I переходе от бесскобочной реализации на диодных сетках к скобочной реализации надо каждый раз оценивать целесообразность такого перехода.