Изучение принципа работы
                   логических элементов
                          И-НЕ


             


   В этой статье будут рассмотрены вопросы  подхода  обьяснения  детям
принципов работы логических элементов, конструкций на логических  эле-
ментах,рассмотрены электронные конструкции разрабатываемые и  собирае-
мые в кружке на базе логических элементов  И-НЕ,  приведены  некоторые
принципиальные схемы.
 Как известно, в электронных устройствах собираемых из  отдельных  ра-
диоэлементов, основными активными компонентами  являются  транзисторы,
число которых определяет степень сложности схемы, а в  устройствах  на
интегральных микросхемах эту роль выполняют логические элементы (ЛЭ ).
Вот почему нами были выбраны при изучении детьми цифровой  техники  на
первом этапе конструкции на ЛЭ - это во-первых , во вторых -  они  яв-
ляются наиболее распространненными и доступны любому кружку и еще  не-
маловажный фактор - их дешевизна.
  Почему некоторые элементы электроники получили название  -  логичес-
кие, да потому, что с их помощью моделируются правила  так  называемой
формальной логики. В ней устанавливается истинность или ложность слож-
ного высказывания в зависимости от истинности  или  ложности  исходных
предположений, которые называются посылками. Например, в такой  фразе,
как " Лампа горит , если есть источник тока и цепь замкнута"  ,  слож-
ным высказыванием является " лампа горит "  ,  а  исходными  посылками
служат высказывания " есть источник тока " и " цепь замкнута" ,  кото-
рые связаны союзом И. Он показывет ,что для выполнения или  истинности
сложного высказывания нужно, чтобы выполнялись или были истинными  оба
простых высказывания. Кроме логической связки И  может  использоваться
логические связки "ИЛИ", " НЕ " или в различных комбинациях между  со-
бой.
  И, все же ,что такое логический элемент - элемент представляющий со-
бой электронное устройство, на входе и выходах которого  сигнал  может
быть иметь только один из двух дискретных уровней напряжения, низкий и
высокий т.е. логический ноль или логическую единицу.  Для  того  чтобы
разобраться в логике действия логического элемента нами учащимся пред-
лагается его небезизвестный, используемый в литературе логический ана-
лог в виде электрической цепи.

    
  Аналог для логического  элемента  И  представляет  собой  последова-
тельно соединенные источник питания, кнопочные переключатели SB1,  SB2
, лампу накаливания HL1. Переключатели иммитируют электрические сигна-
лы на входе аналога, а нить лампы индицирует уровень сигнала на  выхо-
де. Разомкнутое состояние контактов переключателей соответствует  нап-
ряжению низкого уровня ( логический ноль ), замкнутое - высокому уров-
ню (логическая единица ). Если лампа светит, то на  выходе  логическая
единица, если не светит , то логический ноль. О состоянии  и  логичес-
кой связи между входными и выходными сигналами элемента И  дает  пред-
ставление так называемая таблица состояний.


     

   Принцип действия логического элемента ИЛИ расматривается  аналогич-
но выше приведенному примеру.

  Логический элемент НЕ.
  На языке цифровой техники НЕ означает, что этот элемент является ин-
вертором - электронным устройством, выходной сигнал которого  противо-
положен входному.


                                                       
  При рассмотрении логического элемента НЕ в электрическую цепь  вклю-
чается реле. Пока кнопка SB1 разомкнута, обмотка реле обесточена,  его
контакты К1.1 остаются замкнутыми и следовательно  лампа  HL1  светит.
При нажатии на кнопку  S1  контакты  замыкаются,  иммитируя  появление
входного сигнала высокого уровня, в результате реле срабатывает,  кон-
такты размыкаются, нить лампы гаснет, тем самым иммитируя появление на
выходе сигнала низкого уровня.

   Логический элемент И-НЕ

  Данный элемент является комбинацией  элементов  И-НЕ.  Принцип  дей-
ствия такого логического элемента можно рассмотреть на следующей элек-
трической эквивалентной схеме.
    
 Учащимся после наглядного усвоения работы логических элементов  пред-
лагается самостоятельно составить различные цепочки логики.
 Для наглядности работы логических элементов можно рассмотреть следую-
щую схему электронного переключателя.

    

Этим электронным переключателем управление  осуществляется  с  помощью
двух входных сигналов А и Б. Всего использовано шесть ЛЭ И-НЕ , из них
ДД5 и ДД6 работают как инвертора, а остальные по  прямому  назначению.
Электронный коммутатор вырабатывает на выходах последовательность сиг-
налов, определяемую комбинацией входных сигналов.  Таблица  истинности
для данной схемы будет иметь следующий вид.



  -----------T-----------T----------------------
  ¦  A    B  ¦  A/    B/ ¦  X1   X2   X3   X4   ¦
  +----------+-----------+----------------------¦
  ¦  1   1   ¦  0    0   ¦  0    1    1    1    ¦
  ¦  0   1   ¦  1    0   ¦  1    0    1    1    ¦
  ¦  1   0   ¦  0    1   ¦  1    1    0    1    ¦
  ¦  0   0   ¦  1    1   ¦  1    1    1    0    ¦
  ¦          ¦           ¦                      ¦
  L----------+-----------+-----------------------

   Следующая полезная схема для  усвоения  работы  логических  схем  -
электронный распределитель.
  Он позволяет переключать один сигнал на разные выходы. В этой  схеме
используются четыре ЛЭ И-НЕ по прямому назначению. Сигнал подается  на
вход  А,  а  переключение  обеспечивается  сигналами  B1,B2,B3,B4.

                           

   В дальнейшем мы  предлагаем  детям  усовершенствовать  предложенные
схемы, сформировать другого рода коммутаторы , выявить их места приме-
нения в бытовой технике, в чем  уделяется  большее  внимание  развитию
творческого решения задачи.
   Еще одна схема на логических элементах  -  Мультивибратор  на  двух
элементах 2И-НЕ. Мультивибратор представляет собой электронной устрой-
ство, которое характеризуется наличием двух временно  устойчивых  сос-
тояний, чередующихся за счет периодичности заряда и разряда  конденса-
тора через резистор. Мультивибратор генерирует импульсы по форме близ-
кие к прямоугольным , с частотой определяемой время  задающими  компо-
нентами - конденсатором и резистором.

    

  Период генерируемых импульсов приближенно может быть определен исхо-
*дя из следующего Т  2.3 RC. Выбор сопротивления ограничивается  усло-
вием 240 ом R 470 ом.
   Далее уже могут ставиться задачи  по  разработке  электронных  кон-
струкций с использованием элементов логики, к примеру - устройство для
создания световых эффектов,кодовый замок, реализация логических игр на
интегральных микросхемах - к примеру ( волк,коза, капуста) и т.д.
  При таком расмотренном подходе изучения у учащихся развивается повы-
шенный интерес к цифровой технике и развивает их творческие способнос-
ти.
  Для изучения работы логических элементов и сборки расмотренных  кон-
струкций может использована микросхема К155ЛА3. Структурно данная мик-
росхема состоит из 4-х  логических  элементов  2И-НЕ,  или  микросхема
К176ЛА7, К561ЛА7.

          условное   обозначение  микросхем

 Рассмотренный подход к изучению работы логики  электронных  элементов
позволяет учащимся быстро усвоить разбираемый  материал  и  полученные
знания применять не механическим переносом, а с творческим подходом  в
других технических устройствах.


               

..............................

.............................