Что такое логический элемент?
Логический элемент (логический вентиль) — это электронная схема, выполняющая некоторую простейшую логическую операцию. На рис. 3.23 приведены примеры условных графических обозначений некоторых логических элементов.
Логические элементы используются в устройствах цифровой электроники (логических устройствах) для выполнения простого преобразования логических сигналов.
Рассмотрим наиболее широко используемую исторически сложившуюся классификацию. Она построена и с учетом того, какие электронные приборы являются основными в соответствующих интегральных схемах, и с учетом особенностей использованных схемотехнических решений.
Классы логических элементов
Выделяются следующие классы логических элементов (так называемые логики):
- резисторно-транзисторная логика (РТЛ);
- диодно-транзисторная логика (ДТЛ);
- транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ);
- эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ);
- транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ);
- логика на основе МОП-транзисторов с каналами типа p(p-МДП);
- логика на основе МОП-транзисторов с каналами типа n(n-МДП);
- логика на основе комплементарных ключей на МДП-транзисторах (КМДП, КМОП);
- интегральная инжекционная логика И2Л;
- логика на основе полупроводника из арсенида галлия GaAs;
В настоящее время наиболее широко используются следующие логики: ТТЛ, ТТЛШ, КМОП, ЭСЛ. Устарела и практически не используется РТЛ. Для разрабатываемых в настоящее время устройств можно рекомендовать использовать КМОП-логику, а также логику на основе GaAs.
Приведенная классификация охватывает не только собственно логические элементы, но и другие цифровые устройства, в том числе микропроцессорные. Однако здесь следует учитывать, что при производстве сложных цифровых устройств некоторые логики не использовались и не используются.
Промышленные серии логики
Каждая серия микросхем, несмотря на то, что она обычно содержит самые разнообразные цифровые устройства, характеризуется некоторым набором параметров, дающих достаточно подробное представление об этой серии. При определении этих параметров ориентируются именно на логические элементы — простейшие устройства серии микросхем. В соответствии с этим говорят о параметрах не серии микросхем, а о параметрах логических элементов данной серии.
Параметры логических элементов
Быстродействие характеризуют временем задержки распространения сигнала tзр и максимальной рабочей частотой Fмaкс. Обратимся к идеализированным временным диаграммам, соответствующим элементу НЕ (инвертору) (рис. 3.24). 
Через Uвхl и Uвыxl обозначены уровни входного и выходного напряжений, соответствующие логической единице, а через Uвх0 и Uвыx0 — соответствующие логическому нулю. Различают время задержки tзр10 распространения при переключении из состояния 1 в состояние 0 и при переключении из состояния 0 в состояние 1 — tзр01, а также среднее время задержки распространения tзр , причем
tзр = 0,5 · ( tзр10 + tзр01)
Нагрузочная способность характеризуется коэффициентом объединения по входу K оби коэффициентом разветвления по выходу Kраз (иногда используют термин «коэффициент объединения по выходу»). Величина K об — это число логических входов, величина K раз — максимальное число однотипных логических элементов, которые могут быть подключены к выходу данного логического элемента. Типичные значения их таковы:
Kоб= 2…8, K раз = 4…10. Для элементов с повышенной нагрузочной способностью K раз = 20…30.
Помехоустойчивость в статическом режиме характеризуют напряжением Uпст, которое называют статической помехоустойчивостью. Это такое максимально допустимое напряжение статической помехи на входе, при котором еще не происходит изменение выходных уровней логического элемента.
Важными являются также следующие параметры:
- напряжение питания;
- входные пороговые напряжения высокого и низкого уровня Uвх1.порог и Uвх.0порог, соответствующие изменению состояния логического элемента;
- выходные напряжения высокого и низкого уровней Uвых1 и Uвых0.
Используются и другие параметры.
