Spezielle Ausgangstore

Komplementäre Ausgangsgates

Manchmal ist es wünschenswert, ein Logikgatter zu haben, das sowohl invertierte als auch nicht invertierte Ausgänge liefert. Zum Beispiel ein Gate mit einem einzigen Eingang, das sowohl ein Puffer als auch ein Inverter ist, mit einem separaten Ausgangsanschluss für jede Funktion.

Oder ein Gatter mit zwei Eingängen, das sowohl die UND- als auch die NAND-Funktionen in einer einzigen Schaltung bereitstellt. Solche Gatter existieren und sie werden als komplementäre Ausgangsgatter bezeichnet .

Die allgemeine Symbolik für ein solches Tor ist die grundlegende Torfigur mit einem Balken und zwei daraus hervorstehenden Ausgangsleitungen. Ein Array komplementärer Gate-Symbole ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Nutzung von komplementären Gates

Komplementäre Gates sind besonders nützlich in „überfüllten“ Schaltungen, bei denen möglicherweise nicht genügend Platz vorhanden ist, um die zusätzlichen integrierten Schaltungschips zu montieren, die erforderlich sind, um sowohl invertierte als auch nicht invertierte Ausgänge unter Verwendung von Standardgates und zusätzlichen Invertern bereitzustellen. Sie sind auch in Anwendungen nützlich, bei denen ein komplementärer Ausgang von einem Gate erforderlich ist, das Hinzufügen eines Inverters jedoch eine unerwünschte Zeitverzögerung des invertierten Ausgangs relativ zum nicht invertierten Ausgang verursachen würde.

Die interne Schaltung von komplementierten Gattern ist so, dass sowohl invertierte als auch nicht invertierte Ausgänge fast gleichzeitig ihren Zustand ändern:

Tristate-Tore

Eine andere Art von speziellem Gate-Ausgang wird als Tristate bezeichnet, da er drei verschiedene Ausgangsmodi bereitstellen kann:Stromsenken ("low"-Logikpegel), Stromquellen ("high") und Floating ("high-Z" oder .). hochohmig ). Tristate-Ausgänge werden normalerweise als optionale Funktion an Puffergattern gefunden. Solche Gates benötigen einen zusätzlichen Eingangsanschluss, um den „High-Z“-Modus zu steuern, und dieser Eingang wird normalerweise als Enable bezeichnet .

Wenn der Freigabeeingang „high“ (1) gehalten wird, verhält sich der Puffer wie ein gewöhnlicher Puffer mit einer Totempfahl-Ausgangsstufe:Er kann sowohl Strom liefern als auch Strom ziehen. Die Ausgangsklemme schwebt jedoch (geht in den „High-Z“-Modus), wenn der Freigabeeingang jemals geerdet („low“) ist, unabhängig vom Logikpegel des Datensignals.

Mit anderen Worten, wenn der Aktivierungseingangsanschluss auf „low“ (0) gesetzt wird, wird effektiv die Verbindung getrennt das Gate von was auch immer sein Ausgang verdrahtet ist, so dass es keine Wirkung mehr haben kann.

Schematische Darstellung und Wahrheitstabelle der Tristate-Puffer

Tristate-Puffer sind in schematischen Diagrammen durch ein Dreieckszeichen innerhalb des Gate-Symbols wie folgt gekennzeichnet:

Tristate-Pufferbetrieb mit invertierten Freigabeeingängen

Tristate-Puffer werden auch mit invertierten Freigabeeingängen hergestellt. Ein solches Gatter verhält sich normal, wenn der Freigabeeingang „low“ (0) ist und geht in den High-Z-Ausgangsmodus, wenn der Freigabeeingang „high“ (1) ist:

Bilateraler Wechsel

Eine spezielle Art von Tor, bekannt als bilateraler Schalter verwendet Gate-gesteuerte MOSFET-Transistoren, die als Ein-/Aus-Schalter fungieren, um elektrische Signale, analog oder digital, zu schalten. Der „Ein“-Widerstand eines solchen Schalters liegt im Bereich von mehreren hundert Ohm, der „Aus“-Widerstand im Bereich von mehreren hundert Mega-Ohm .

Bilaterale Schalter erscheinen in Schaltplänen als SPST-Schalter (Single-Pole, Single-Throw) in rechteckigen Kästen mit einem Steueranschluss an einer der Längsseiten der Box:

Ein zweiseitiger Schalter kann man sich am besten als Festkörperversion (Halbleiter) eines elektromechanischen Relais vorstellen:ein signalbetätigter Schaltkontakt, der praktisch jede Art von elektrischem Signal leiten kann. Da es sich um einen Festkörperschalter handelt, weist der bilaterale Schalter natürlich keine der unerwünschten Eigenschaften elektromechanischer Relais auf, wie z. B. Kontaktprellen, Lichtbogenbildung, geringe Geschwindigkeit oder Anfälligkeit für mechanische Vibrationen.

Umgekehrt sind sie jedoch in ihrer Stromtragfähigkeit eher eingeschränkt. Außerdem darf das vom „Kontakt“ geleitete Signal die „Schiene“-Spannungen der Stromversorgung, die den bilateralen Schalterstromkreis versorgt, nicht überschreiten.

Im beliebten integrierten Schaltkreis des Modells „4066“ sind vier bilaterale Schalter untergebracht:

RÜCKBLICK:

• Ergänzende Tore liefern sowohl invertierte als auch nicht invertierte Ausgangssignale, so dass keines gegenüber dem anderen verzögert wird.
• Dreistaaten Gates bieten drei verschiedene Ausgangszustände:High, Low und Floating (High-Z). Solche Gates werden von einem separaten Eingangsanschluss namens enable in ihre hochohmigen Ausgangsmodi kommandiert
• Bilaterale Schalter sind MOSFET-Schaltungen, die Ein-/Ausschalten für eine Vielzahl von elektrischen Signaltypen (analog und digital) ermöglichen, die durch Spannungssignale mit Logikpegel gesteuert werden. Im Wesentlichen handelt es sich um Halbleiterrelais mit sehr geringer Strombelastbarkeit.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt zur Booleschen Algebra