M2L или диодно-резисторная логика: И, ИЛИ, формирователи импульсов

<100 full reads
153 story viewsUnique page visitors
<100 read the story to the endThat's 54% of the total page views
3,5 minutes — average reading time

В буржуинских учебниках по электронике пару раз встречала обозначение Mickey-Mouse logic (M2L, MML). Сделала себе заметочку, чтобы узнать, что за этим обозначением скрывается, и при чем тут Микки Маус.

Вообще у американцев словосочетание Mickey Mouse прибавляется к чему-то не соответствующему стандартам и некачественному. Видимо, в честь дешевых детских часов с Микки Маусом на циферблате :)

Термин "Mickey-Mouse Logic" впервые появился в книге CMOS Handbook (Справочник по КМОП) Дона Ланкастера, выпущенной в 1977 году.

Относился он к самопальным логическим схемам, собранным из рассыпухи - диодов, резисторов и транзисторов. Понятное дело, такие схемы работают хуже интегральных, да и не имеют большого смысла в современных реалиях.

В основном "осуждалась" диодно-резисторная логика (DRL), к ней чаще всего и применяется шуточное обозначение M2L.

Такая логика использовалась на заре компьютерной техники: например, в калькуляторе IBM608 (1957 год) и в компьютере D-17B системы наведения ракет Minuteman I (1962 год).

На момент разработки D-17 военные решили, транзисторы слишком ненадежны, и постарались сократить их использование в схеме
На момент разработки D-17 военные решили, транзисторы слишком ненадежны, и постарались сократить их использование в схеме
На момент разработки D-17 военные решили, транзисторы слишком ненадежны, и постарались сократить их использование в схеме

Ну, хватит истории, посмотрим на пару схем:

Логическая ИЛИ

Пример элемента 4ИЛИ
Пример элемента 4ИЛИ
Пример элемента 4ИЛИ

Принцип тут суперпрост: пока на входах нет напряжения - на выходе ноль, а если хоть на одном диоде появится напряжение, то он откроется, через него и резистор потечет ток, и на выходе будет логическая единица.

Резистор представляет собой нагрузку, с которой снимается выходное напряжение схемы (без него бы все просто утекло бы в землю).

Логическая И

Пример элемента 4И
Пример элемента 4И
Пример элемента 4И

В этой схеме все наоборот - пока на входы ничего не подано, диоды открыты и ток с источника утекает в землю, на выходе - ноль. А если запереть все диоды, подав на них напряжение не менее (5-0,6 = 4,4 В), току придется идти на выход :)

Инверсию (НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ) получить одними диодами невозможно, нужны транзисторы. Но это уже совсем другая история диодно-транзисторная логика (ДТЛ).

Основная проблема диодно-резисторной логики - падение напряжения на логическом элементе (даже если брать диоды Шоттки или германиевые, 0,3-0,4 В "потеряется"). Последующие диоды могут и не открыться...

Чаще все ограничивались "одноуровневыми" схемами, так как, кроме проблем с падением напряжения на диодах, возникал следующий факап:
при последовательном соединении
И и ИЛИ образуется делитель напряжения, и схема вовсе перестает работать.

Ой, у вас И + ИЛИ сломалось :)
Ой, у вас И + ИЛИ сломалось :)
Ой, у вас И + ИЛИ сломалось :)

Улучшить характеристики M2L можно, добавив к схеме инвертирующий триггер Шмитта, например: 74HC14 (советский аналог: К1564ТЛ2) или CD40106. Другой вопрос, зачем вообще собирать таких монстров Франкенштейна, взяли бы сразу и микруху для И или ИЛИ, ну, да ладно.

Во-первых, триггер Шмитта поможет "восстановить" логический уровень.

Четкие 5 В на выходе, да и схема И + ИЛИ заработала сразу :)
Четкие 5 В на выходе, да и схема И + ИЛИ заработала сразу :)
Четкие 5 В на выходе, да и схема И + ИЛИ заработала сразу :)

Во-вторых, он позволяет инвертировать результат.

Логическое ИЛИ-НЕ
Логическое ИЛИ-НЕ
Логическое ИЛИ-НЕ
Логическое И-НЕ
Логическое И-НЕ
Логическое И-НЕ

В-третьих, увеличивает нагрузочную способность схемы (к его выходу можно подключать несколько схем).

Раз уж начали про триггеры, приведу еще парочку простеньких схем, которые тоже почему-то иногда относят к M2L :)

Формирователь импульса по фронту (укорачивающий формирователь)

M2L или диодно-резисторная логика: И, ИЛИ, формирователи импульсов
100 кОм * 1 нФ = 100 мкс
100 кОм * 1 нФ = 100 мкс
100 кОм * 1 нФ = 100 мкс

С помощью конденсатора производится дифференцирование входного сигнала: во время резкого фронта конденсатор начнет заряжаться и пропустит через себя ток, на входе триггера будет единица, а на выходе - ноль.

Когда конденсатор подзарядится, ток через него снизится и на резисторе будет напряжение меньше 1/3 от питающего, триггер посчитает, что у него на входе ноль, и переключится на единицу.

Время импульса на выходе примерно равно RC.

Формирователь импульса по спаду (укорачивающий формирователь)

M2L или диодно-резисторная логика: И, ИЛИ, формирователи импульсов
100 кОм * 1 нФ = 100 мкс
100 кОм * 1 нФ = 100 мкс
100 кОм * 1 нФ = 100 мкс

Во время резкого спада конденсатор точно также, как и в прошлой схеме, начинает заряжаться, но т.к. полярность другая, и ток течет в другую "сторону", на входе триггера будет ноль, а на выходе - единица.

Когда конденсатор зарядится и напряжение на резисторе повысится до 1/3 от питающего, триггер посчитает, что у него на входе единица, и переключится в ноль.

Время импульса на выходе также, как и в предыдущем случае, примерно равно RC.

Расширитель "положительного" импульса (расширяющий формирователь импульса)

M2L или диодно-резисторная логика: И, ИЛИ, формирователи импульсов
Желтый - импульс на входе, синий - расширенный на выходе, красный - на конденсаторе
Желтый - импульс на входе, синий - расширенный на выходе, красный - на конденсаторе
Желтый - импульс на входе, синий - расширенный на выходе, красный - на конденсаторе

В этой схеме тоже все основано на разряде конденсатора.

В начальный момент через диод на первый триггер попадает единица, он становится нулевым, а следующим за ним триггер выдает уже единицу.

В таком состоянии они будут, пока конденсатор не разрядится через сопротивление, и напряжение на нем не станет меньше 1/3 от питания, и первый триггер переключится в единицу. После этого на выходе схемы будет ноль.

Выходной импульс расширяется примерно на t = RC.

Расширитель "отрицательного" импульса (расширяющий формирователь импульса)

M2L или диодно-резисторная логика: И, ИЛИ, формирователи импульсов
M2L или диодно-резисторная логика: И, ИЛИ, формирователи импульсов

В начальный момент на входе первого триггера будет ноль (т.к. конденсатор разрядится через диод), его выход принимает значение единицы, а следующим за ним триггер выдаст уже ноль.

В таком состоянии они будут, пока конденсатор не зарядится через сопротивление, и напряжение на нем не станет больше 2/3 от питания, и первый триггер переключится в ноль. После этого на выходе схемы появится единица.

Выходной импульс расширяется примерно на t = RC.

Вот такие простенькие схемы со смешным наименованием, надеюсь, было интересно :)

Еще немного статей о диодах на моем канале: