Spre deosebire de circuitele logice secvențiale ale căror ieșiri depind atât de intrările lor prezente, cât și de starea lor de ieșire anterioară, dându-le o formă de memorie, ieșirile circuitelor logice combinaționale sunt determinate numai de funcția logică a stării lor actuale de intrare,"0" logic sau "1" logic, la orice moment dat în timp.

Rezultatul este că circuitele logice combinaționale nu au feedback, iar orice schimbare a semnalelor care se aplică intrărilor lor va avea imediat un efect la ieșire. Cu alte cuvinte, într-un circuit logic combinațional, ieșirea este dependentă în orice moment de combinația intrărilor sale. Deci, dacă o condiție a intrărilor sale se schimbă de la 0 la 1 sau 1 la 0 , ieșirea rezultată va fi la fel, deoarece, implicit, circuitele logice combinaționale nu au "memorie", "timing" sau "bucle de feedback" în cadrul schemei lor.

Logică combinațională

Circuitele logice combinaționale sunt alcătuite din porți logice de bază NAND, NOR sau NOT care sunt "combinate" sau conectate împreună pentru a produce circuite de comutare mai complicate. Aceste porți logice sunt elementele de bază ale circuitelor logice combinaționale. Un exemplu de circuit combinațional este un decodor, care convertește date de cod binar prezente la intrarea sa într-un număr de linii de ieșire diferite, câte una producând un cod zecimal echivalent la ieșirea sa.

Circuitele logice combinaționale pot fi foarte simple sau foarte complicate și orice circuit combinațional poate fi implementat numai cu porți NAND și NOR, deoarece acestea sunt clasificate ca porți "universale".

Cele trei moduri principale de specificare a funcției unui circuit logic combinațional sunt:

1. Algebra booleană - Aceasta formează expresia algebrică care arată funcționarea circuitului logic pentru fiecare variabilă de intrare Adevărată sau Falsă, care rezultă într-o ieșire "1" logic.

2. Tabelul de adevăr - Un tabel de adevăr definește funcția unei porți logice prin furnizarea unei liste concise care arată toate stările de ieșire în formă tabelară pentru fiecare combinație posibilă a variabilei de intrare pe care poarta ar putea să o întâlnească.

3. Diagrama logică - Aceasta este o reprezentare grafică a unui circuit logic care arată legăturile și conexiunile fiecărei porți logice individuale, reprezentată printr-un simbol grafic specific, care implementează circuitul logic.

și toate cele trei reprezentări ale circuitelor logice sunt arătate mai jos.

Deoarece circuitele logice combinaționale sunt alcătuite numai din porți logice individuale, ele pot fi considerate drept "circuite de luare a deciziilor" și logica combinațională este de a combina porțile logice împreună pentru a procesa două sau mai multe semnale pentru a produce cel puțin un semnal de ieșire, conform funcției logice a fiecărei porți logice. Circuitele combinaționale obișnuite, alcătuite din porți logice individuale care realizează o aplicație dorită, includ Multiplexoare, Demultiplexoare, Encodere, Decodoare, Full și Half Adders etc.

Clasificarea logicii combinaționale

Una dintre cele mai comune utilizări ale logicii combinaționale este în circuitele de tip Multiplexor și Demultiplexor. Aici sunt conectate mai multe intrări sau ieșiri la o linie comună de semnal, iar porțile logice sunt utilizate pentru a decoda o adresă pentru a selecta un singur switch de intrare sau ieșire de date.

Un multiplexor constă din două componente separate, un decodor logic și unele comutatoare solid-state, dar înainte de a putea discuta mai multe detalii despre multiplexoare, decodoare și demultiplexoare, trebuie să înțelegem, în primul rând, modul în care aceste dispozitive folosesc aceste "comutatoare solid-state".

Comutatoare solid-state

Dispozitivele logice TTL standard alcătuite din tranzistoare pot transmite curenți de semnal într-o singură direcție, făcându-le doar dispozitive "uni-direcționale" și imitații slabe ale comutatoarelor sau releelor ​​convenționale electro-mecanice. Dar, unele dispozitive de comutare CMOS formate din FET acționează ca niște switch-uri aproape perfect "bidirecționale", făcându-le ideale pentru a fi utilizate ca comutatoare solid-state.

Comutatoarele solid-state se găsesc într-o varietate de tipuri și valori nominale diferite și există multe aplicații pentru utilizarea comutatoarelor solid-state. Ele pot fi împărțite în 3 grupuri principale diferite pentru aplicații de comutare și în această secțiune vom examina doar tipul de comutator analogic, dar principiul este același pentru toate tipurile, inclusiv digital.

Aplicații pentru switch-urile solid-state

• Comutatoare analogice - utilizate în circuite de comutare și comunicații de date, comutare semnale video și audio, instrumentație și controlul proceselor ... etc.

• Comutatoare digitale - Transmisie de date de mare viteză, comutare și rutare semnal, transmisii Ethernet, LAN, USB și seriale ... etc.

• Comutatoare de putere - surse de alimentare și aplicații generale de comutare "putere standby", comutarea tensiunilor și curenților mai mari ... etc.

  • Comutatoare bilaterale analogice

Comutatoarele analogice sunt acele tipuri care sunt folosite pentru a comuta date sau semnale de curenți atunci când sunt în starea "ON" și le blochează atunci când sunt în starea "OFF". Comutarea rapidă între starea "ON" și "OFF" este de obicei controlată de un semnal digital aplicat la poarta de comandă a comutatorului. Un comutator analogic ideal are rezistență zero atunci când este "ON" (sau închis), și rezistența infinită când este "OFF" (sau deschis) și comutatoare cu valori RON mai mici de 1Ω sunt uzual disponibile.

Comutator analogic solid-state

Prin conectarea unui MOSFET canal-N în paralel cu un MOSFET canal-P se permite semnalelor să treacă în ambele direcții, făcându-l un comutator bidirecțional, și dacă dispozitivul canal-N sau canal-P are mai mult curent de semnal, va depinde de raportul dintre tensiunea de intrare și de ieșire. Cele două MOSFET-uri sunt comutate "ON" sau "OFF" de două amplificatoare interne, neinversor și inversor.

Tipuri de contacte

La fel cu comutatoarele mecanice, comutatoarele analogice vin într-o varietate de forme sau tipuri de contacte, în funcție de numărul de "poli" și de throws (opțiuni) pe care le oferă. Astfel, termeni precum "SPST" și "SPDT" (Single-Pole Double-Throw - opțiune dublă cu un singur pol) se aplică și comutatoarelor analogice solid-state cu configurații disponibile "make-before-break" și "break-before-make" (MBM - care pentru o clipă conectează ambele circuite și BBM - care întrerupe un circuit înaintea închiderii altuia.

Tipuri de switch-uri analogice

Comutatoarele analogice individuale pot fi grupate împreună în pachete IC standard pentru a forma dispozitive cu mai multe configurații de comutare SPST (single-pole single throw) și SPDT (single-pole double-throw), precum și multiplexoare cu mai multe canale.

Cel mai obișnuit și mai simplu comutator analog într-un singur pachet IC este 74HC4066 care are 4 comutatoare independente bidirecționale "ON/OFF", dar cele mai utilizate variante de comutator analogic CMOS sunt cele descrise ca "Multi-way Bilateral Switches", altfel cunoscute sub numele de IC "Multiplexor" și "Demultiplexor" și acestea sunt discutate în tutorialul următor.

Rezumat Logica combinațională

Circuitele logice combinaționale constau din intrări, două sau mai multe porți logice de bază și ieșiri. Porțile logice sunt combinate astfel încât starea de ieșire depinde în întregime de stările de intrare. Circuitele logice combinaționale nu au "memorie", "timing" sau "bucle de feedback", operarea este instantanee. Un circuit logic combinațional realizează o operație atribuită logic de o expresie booleană sau un tabel de adevăr.

Exemple de circuite logice combinaționale obișnuite includ: half adders, full adders, multiplexoare, demultiplexoare, codificatoare și decodoare, despre care vom analiza în următoarele câteva tutoriale.