Электричество и магнетизм Когда электрический ток течёт через проводник, он генерирует магнитное поле, окружающее проводник. Если проводник намотан в катушку, магнитное поле выстраивается вдоль оси катушки. Чем сильнее ток, тем сильнее поле, прочее равное. Катушки индуктивности и магнитные поля Ка

В идеальном сценарии механический коммутатор должен замыкаться мгновенно, создавая непрерывный электрический путь сразу при встрече контактов. В реальности масса движущегося контакта и врождённая упругость механизма вызывают кратковременный «дребезг» при первом соприкосновении. Эта осцилляция может

В процессной автоматизации «нормальное» положение коммутатора — состояние, когда на него не действует внешняя сила — положение на полке, готовое к работе. Контакты коммутаторов спроектированы чтобы либо замыкаться (создавать непрерывность), либо размыкаться (прерывать непрерывность) при актуировании

Основная функция коммутатора — надёжно замыкать и размыкать два проводника по команде. Элементы, создающие и прерывающие этот электрический путь, называются контактами. Хотя принцип может быть простым — рычаг, сжимающий две медные проволоки, — действительно надёжный дизайн требует тщательного выбора

Хотя коммутаторы фундаментальны для электрических систем, глубокое понимание их типов необходимо для последующих глав, изучающих механическую коммутаторную цифровую логику более ранних технологий. Изучение коммутаторно-управляемых схем вместе с твердотельной логикой упрощает оба понятия и закладывае

Цифровые логические элементы изготавливаются как интегральные схемы — транзисторы и резисторы, вытравленные на едином полупроводнике. Для инженеров, техников и энтузиастов, нуждающихся в малом числе элементов, двухрядный корпус (DIP) остаётся самым доступным и экономичным решением. DIP микросхемы им

Входные напряжения для логических элементов Логические схемы рассчитаны на два дискретных уровня напряжения, представляющих бинарные значения: «высокий» (логика 1) близкий к напряжению питания и «низкий» (логика 0) близкий к земле. В идеальном мире эти уровни бы точно на шинах питания, но реальные т

NAND и NOR — единственные стандартные логические семейства, которые сами по себе, при достаточноном количестве, могут реализовать любую другую логическую операцию. Это универсальное свойство лежит в основе многих систем цифрового управления, полагающихся исключительно на один из этих типов элементов

Элементы с комплементарными выходами Во многих проектах инженерам нужен элемент, выдающий одновременно инвертированный и неинвертированный выходы из одного логического блока. Классический пример — одновходовый буфер, также выступающий инвертором, с отдельными выводами для каждой функции. Также досту

До этого момента анализ транзисторных логических схем ограничивался парадигмой TTL: биполярные транзисторы, стратегия висячих входов = «высокий» (подключение к Vcc), допуск open-collector выходов. Это не единственный способ строить логические элементы. Полевые транзисторы Полевые транзисторы, особе

Анализ TTL схемы Разберём классический TTL NOR и превратим его в OR. Схема ниже иллюстрирует ключевые компоненты: Транзисторы Q1 и Q2 служат двухдиодными управляющими сетями, как в других TTL дизайнах. Замена их явными диодами проясняет работу: Когда вход A висит или прижат к Vcc, базовый ток течё

Добавив второй вход к стандартному open-collector TTL-инвертору, получаем схему, естественно реализующую функцию NAND. В статье разбираем анализ, объясняем транзисторное поведение и показываем, как простой инвертор превращается в AND добавлением ещё одной инверторной стадии. От инвертора к двухвход

Применение логических элементов Инверторы и буферы покрывают весь спектр одновходовых операций. Для добавления функциональной глубины увеличиваем число входов, расширяя возможные входные состояния и позволяя более сложную логику. С одним входом всего два состояния: высокий (1) или низкий (0). Двухвх

При каскадировании двух инверторов — выход первого на вход второго — две инверсии компенсируются, давая неинвертирующий путь. Казалось бы избыточно, но это критично: усиление слабых сигналов. В TTL каждый элемент — усилитель сигнала. Слабый источник, не способный источать или приёмкать достаточный

Однотранзисторный инвертор, хоть и нагляден, не обладает характеристиками для реальной цифровой логики. Практические NOT-элементы используют несколько транзисторов для высокого напряженного усиления, гарантируя чистую работу выходного транзистора в полном отсечке или насыщении, и включают защитные э

Хотя двоичная система счисления — увлекательная математическая конструкция, её истинная сила проявляется в электронике. Эта глава показывает, как двоичные биты превращаются в реальное поведение схем. Сила двоичной нумерации в простоте: бит может принимать только два значения — 0 или 1. Любая физичес

Освоение двоичной системы счисления необходимо всем, кто проектирует, строит или отлаживает цифровые схемы. Двоичный язык — всего два значения — напрямую отображается на два состояния транзистора: насыщение (вкл) и отсечка (выкл). Это естественное соответствие делает двоичную системой по умолчанию д

При работе со знаковыми двоичными числами сложение или вычитание могут выйти за пределы модуля, который может представить фиксированное число бит. Это явление — переполнение — возникает, потому что позиция знакового бита фиксирована до начала вычислений. В примере ниже пять бит под модуль и шестой (

Двоичное вычитание можно выполнять классическим заимствованием бит, но проще — через арифметику двухкратного дополнения. Преобразуя вычитаемое в отрицательную двоичную форму и складывая, операция сводится к одному двоичному сложению. Дважды дополнительный код позволяет кодировать отрицательные числа

Вычитание можно превратить в сложение, рассматривая вычитаемое как отрицательное: 7 − 5 становится 7 + (−5). Освоив представление положительных чисел, следующим шагом кодируем отрицательные, чтобы вычитание выполнялось той же процедурой сложения. В десятичной системе знак минус ставится перед старши