Logiska kretsar

För ett par måndagar sedan (på Helsingborgs Linux User Groups pubkväll) försökte jag mig på att förklara hur en logisk krets eller ”grind” fungerar egentligen. Jag känner att jag inte lyckades helt bra eftersom jag inte kände mig själv 100 % säker i ämnet. Jag har gjort det enda raka (jag har ju läst en del elektronik och bör ju kunna förklara åtminstone det grundläggande) och tänkte försöka presentera en hyggligt sammanhängande redovisning av hur det hela fungerar. Känner jag mig själv rätt kommer jag misslyckas med sammanhängandet.

En logisk krets är en krets som kan utföra enkla logiska operationen och svara sant eller falskt, typiska logikkretsar är och (and), eller (or) och inte (not). And-kretsen tar i dess enklaste form två in-signaler som kan anta nivåerna sant och falskt, utsignalen antar värdet sant ifall dess båda in-signaler är sanna (”In1 = sann” och ”In2 = sann” ger ”Ut = sann”). Dessa kan sedan kopplas ihop i kedjor, staplar och krumelurer för att bilda mer komplexa logiska strukturer som till exempel en digitalklocka (vår tids största statussymbol).

I elektriska kretsar representeras värdena sant och falskt rent elektriskt av spänning och brist på spänning, ett sant värde har en spänning över x Volt och ett falskt värde har en spänning under x Volt*.

Transistorer är smått magiska ting. De är magiska för att de är fantastiskt användningsbara och fruktansvärt smart konstruerade. En transistor är en halvledare med tre sidor, bas, kollektor och emitter och kan leda från kollektorn till emittern endast ifall det ligger en signal på basen, vilket innebär att de kan fungera som en brytare.

Med hjälp av transistorn kan en enkel logisk krets kopplas upp enligt figuren nedan.

En förenklad representation av en and-grind

I bilden ovan** krävs det att både A och B skall ha en signal (sann nivå) för att de båda transistorerna skall öppnas och ge en sann ut-signal. Ifall någon av de båda transistorerna är stängda kommer spänningen på utgången dras ned*** till 0 V (falskt).

I moderna kretsar används mer avancerade konstruktioner, men principen stämmer. Engelska Wikipedia har har en del bra artiklar i ämnet, till exempel deras artikel på CMOS-kretsar och TTL-kretsar (TTL = transistor-transistor-logic).

* Detta är inte riktigt sant i de flesta fall har en hysteres lagts in så att spänningen måste exempelvis stiga över 4 Volt för att anta värdet sant och sedan för att återgå till värdet falskt måste spänningen falla under 1 Volt

** Bilden är något förenklad eftersom den transistor som används (en BJT-transistor av typen NPN) kräver en ström på basen för att öppna och inte en spänning.

*** Dras ned innebär att när resultatet skall vara falskt kommer resistansen genom transistorerna vara oändlig (eller jättestor i alla fall) och den spänning som ligger vid utgången kommer då vara oändligt (eller jätte) nära jordnivån 0 V. Ifall resistansen inte fanns där skulle utsignalen inte kunna anta något annat värde än 0 V eftersom utgången då skulle vara kopplad till jorden och det enda som skulle ske när transistorerna öppnar är att minst en av transistorerna skulle säga *Poff* och ryka lite oroväckande.

Etiketter:

2 svar to “Logiska kretsar”

  1. Maria Says:

    *hehe*

    ”Ifall någon av de båda transistorerna är stängda kommer spänningen på utgången dras ned*** till 0 V (falskt).”

    Det är väl inte falskt? Jag tycker det verkar sant jag. ;)

  2. akeinexile Says:

    men det är väl också sant att 0 = falskt är sant…

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s


%d bloggare gillar detta: