Элемент 2и не: Логический элемент 2и

Содержание

Логический элемент 2и

Сравнив статистику посещения сайта за два месяца ноябрь и декабрь года , в MediaTek выяснили, что число посетителей ресурса из России увеличилось в 10 раз, а из Украины? Таким образом, доля русскоговорящих разработчиков с аккаунтами на labs. Амбициозная цель компании MediaTek — сформировать сообщество разработчиков гаджетов из специалистов по всему миру и помочь им реализовать свои идеи в готовые прототипы. Уже сейчас для этого есть все возможности, от мини-сообществ, в которых можно посмотреть чужие проекты до прямых контактов с настоящими производителями электроники. Начать проектировать гаджеты может любой талантливый разработчик — порог входа очень низкий. Компания Компэл, приглашает вас принять участие в семинаре и тренинге?


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Лекция 6. Практические схемы логических элементов (Знакомство с цифровой электроникой)

Базовые элементы 2и-не и 2или-не


В Булевой алгебре, на которой базируется вся цифровая техника, электронные элементы должны выполнять ряд определённых действий. Это так называемый логический базис. Вот три основных действия:. Примем за основу позитивную логику, где высокий уровень будет «1», а низкий уровень примем за «0». Чтобы можно было более наглядно рассмотреть выполнение логических операций, существуют таблицы истинности для каждой логической функции. На рисунке представлена таблица истинности элемента » И » с двумя входами.

Хорошо видно, что логическая единица появляется на выходе элемента только при наличии единицы на первом входе и на втором. В трёх остальных случаях на выходе будут нули. На зарубежных схемах обозначение элемента «И» имеет другое начертание. Его кратко называют AND. Элемент » ИЛИ » с двумя входами работает несколько по-другому. Достаточно логической единицы на первом входе или на втором как на выходе будет логическая единица. Две единицы так же дадут единицу на выходе.

Он меняет уровень сигнала на противоположный. Низкий потенциал на входе даёт высокий потенциал на выходе и наоборот. В зарубежной документации элемент «НЕ» изображают следующим образом. Сокращённо называют его NOT. Все эти элементы в интегральных микросхемах могут объединяться в различных сочетаниях. Пришло время поговорить и о них. Рассмотрим несколько реальных логических элементов на примере серии транзисторно-транзисторной логики ТТЛ К с малой степенью интеграции.

Кстати, с помощью её можно собрать простейший маячок на микросхеме. Цифра всегда обозначает число входов логического элемента. Инвертируется, это значит «0» превращается в «1», а «1» превращается в «0».

Обратим внимание на кружочек на выходах — это символ инверсии. По сути это упрощённое изображение двух объёдинённых элементов: элемента 2И и элемента НЕ на выходе. В отличие от трёх нулей и одной единицы мы имеем три единицы и ноль. Она содержит в одном корпусе четыре независимых элемента. Таблица истинности так же отличается от схемы «ИЛИ» применением инвертирования выходного сигнала.

Мы имеем только один высокий потенциал на выходе, обусловленный подачей на оба входа одновременно низкого потенциала. Здесь, как и на любых других принципиальных схемах, кружочек на выходе подразумевает инвертирование сигнала. Для отдельного инвертора таблица истинности уже приведена выше. Можно добавить, что количество инверторов в одном корпусе может достигать шести. Высокий потенциал на выходе возникает только в том случае, если входные сигналы не равны.

То есть на одном из входов должна быть единица, а на другом ноль. Высокий потенциал на выходе будет появляться при одинаковых сигналах на обоих входах. Эти логические элементы находят своё применение в сумматорах.

Кроме вышеперечисленных логических элементов, которые выполняют базовые логические функции очень часто, используются элементы, объединённые в различных сочетаниях. Вот, например, КЛР4. Её таблица истинности не приводится, так как микросхема не является базовым логическим элементом. Такие микросхемы выполняют специальные функции и бывают намного сложнее, чем приведённый пример.

Так же в логический базис входят и простые элементы «И» и «ИЛИ». Но они используются гораздо реже. Может возникнуть вопрос, почему эта логика называется транзисторно-транзисторной. Если посмотреть в справочной литературе схему, допустим, элемента 2И — НЕ из микросхемы КЛА3, то там можно увидеть несколько транзисторов и резисторов. На самом деле ни резисторов, ни диодов в этих микросхемах нет.

На кристалл кремния через трафарет напыляются только транзисторы, а функции резисторов и диодов выполняют эмиттерные переходы транзисторов. Кроме того в ТТЛ логике широко используются многоэмиттерные транзисторы. Например, на входе элемента 4И стоит четырёхэмиттерный транзистор. Размеры SMD-резисторов. Таблица типоразмеров. В чём разница?

Ремонт блютуз-колонки JBL Charge 3 реплики. Телевизор не включается. Индикатор мигает. Что делать?


К155ЛИ1, 4 логических элемента «2И» (SN7408N)

Вернуться к оглавлению. Наиболее простой логический элемент получается при помощи диодов. Схема такого элемента приведена на рисунке 1. Рисунок 1. Принципиальная схема логического элемента «2И», выполненного на диодах. В этой схеме при подаче нулевого потенциала на любой из входов или на оба сразу через резистор будет протекать ток и на его сопротивлении возникнет падение напряжения.

Определение. Логическими элементами (ЛЭ), или логическими венти- . аргументов часто обозначают как 2И, 2ИЛИ, 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ. К более.

Логические элементы

Вот о них мы и поговорим сейчас. Логический элемент — это такая схемка, у которой несколько входов и один выход. Каждому состоянию сигналов на входах, соответствует определенный сигнал на выходе. Для того, чтобы понять как он работает, нужно нарисовать таблицу, в которой будут перечислены состояния на выходе при любой комбинации входных сигналов. Таблицы истинности широко применяются в цифровой технике для описания работы логических схем. Поскольку вам придется общаться как с русской, так и с буржуйской тех. Смотрим таблицу истинности, и проясняем в мозгу принцип.

1.2. Логический элемент 2И-НЕ и его характеристики

Это обусловлено тем, что если имеется возможность создать электронное устройство, реализующее любую из этих двух функций, то тогда вследствие функциональной полноты последних на базе созданного устройства можно реализовать любую другую сколь угодно сложную логическую функцию путем соответствующего соединения друг с другом требуемого количества базовых элементов. При этом напряжение на коллекторе транзистора VT2 будет близко к напряжению питания и ток через резистор R2 и открытый переход база-эмиттер приводит к открытию транзистора VT4. В результате напряжение питания будет делиться на выходном делителе, образуемом резистором R3, открытым транзистором VT4, диодом и закрытым транзистором VT3. Тогда переход эмиттер-база транзистора VT1 закрыт, но переход база-коллектор этого транзистора будет открыт в прямом направлении. Это приводит к закрытию транзистора VT4.

Простейшим логическим элементом является инвертор, который просто изменяет входной сигнал на прямо противоположное значение.

Базовые логические элементы

Коэффициент объединения по выходу К об. Сопротивление нагрузки R н — значение активного сопротивления нагрузки, подключаемой к выходу интегральной микросхемы, при котором обеспечивается заданное значение выходного напряжения выходного тока илизаданное усиление. Емкость нагрузки С н — максимальное значение емкости, подключенной к выходу интегральной микросхемы, при котором обеспечиваются заданные частотные и иные параметры. Синхронизация работы отдельных узлов ЭВМ и других устройств цифровой техники осуществляется периодическими последовательностями прямоугольных импульсов напряжения. Импульсом напряжения называют отклонение напряжения от первоначального значения в течение короткого промежутка времени.

логический тестер

В данной статье расскажем что такое логические элементы, рассмотрим самые простые логические элементы. Любое цифровое устройство — персональный компьютер, или современная система автоматики состоит из цифровых интегральных микросхем ИМС , которые выполняют определённые сложные функции. Но для выполнения одной сложной функции необходимо выполнить несколько простейших функций. Эти функциональные узлы состоят из простейших логических элементов, которые, в свою очередь состоят из полупроводниковых транзисторов, диодов и резисторов. Тут и приходят на помощь — логические элементы. При этом, цифровая микросхема может содержать в себе от одного, до нескольких единиц, десятков, …и до нескольких сотен тысяч логических элементов в зависимости от степени интеграции. Для того, чтобы разобраться, что такое логические элементы , мы будем рассматривать самые простейшие из них.

Рассмотрим принципиальную схему логического элемента 2И-НЕ транзисторно-транзисторной логики со сложным инвертором на выходе.

Цифровые логические элементы

Нетрудно заметить см. На рис. Реализация смешивания двух сигналов.

Логические элементы и таблицы истинности

Совокупность этих микросхем называют функциональным рядом. В различных сериях существуют микросхемы одинакового функционального назначения, имеющие одинаковую структурную схему, условное обозначение и схему подключения цоколевку. Однако такие микросхемы имеют отличия в технологии изготовления, различные корпуса и существенные отличия в параметрах. Микросхемы указаны в алфавитном порядке их функциональных буквенных обозначений. Функциональный ряд можно разбить на несколько групп по функциональному назначению: формирователи, генераторы, логические элементы, триггеры, счетчики, ключи и мультиплексоры, регистры, дешифраторы и другие. Рассмотрение таких функциональных групп в справочнике дается от простых групп к сложным, с указанием их условного обозначения, схемы подключения цоколевки и основных параметров, сведенных в отдельные таблицы.

Идеи построения логических элементов рассмотрим на примере простейших цепей рис.

Принципиальная электрическая схема — это самый краткий способ объяснить принципы работы устройства. Ведь описывать словами схемы, во-первых, трудоемко, а во-вторых, описание словами ведет к двоякому восприятию, тогда как любая схема жестко прописывает алгоритм работы. Но с каждым днем количество микропроцессорных блоков релейной защиты растет, что приводит в шок специалистов эксплуатации, так как им приходится разбираться с работой новых устройств защиты. Данная реакция обусловлена в основном новизной и недоверием к блокам, а также необходимостью обучения и понимания работы микропроцессорных блоков релейной защиты. В процессе изучения работы блоков возникает проблема: для того чтобы разобраться, как работает блок, нужно для начала научиться читать логические схемы.

Цель: Ознакомление с принципом построения логических элементов на интегральных микросхемах ИМС и методами исследования их в статике и динамике. Логическими элементами называются устройства для преобразования числовой дискретной информации взаимообусловленности истинных и ложных суждений или высказываний. Простые суждения представляются элементарными функциями, состоящими из двух аргументов, которые могут быть обозначены различными математическими символами.


ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ «2ИЛИ-НЕ». ЭЛЕМЕНТ ПИРСА

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 12


Данный логический элемент является инверсией результата логического сложения и описывается логическим уравнением На рис. 11.6, а и б представлена схема построения элемента, его условное обозначение. При включении любого выключателя происходит шунтирование нагрузки (лампочки), которая в момент включения гаснет. На основании логического уравнения легко доказать, что данный элемент осуществляет логическое отрицание результата логического сложения. Данный элемент носит название элемента Пирса и применяется для построения интегральных триггеров в качестве коммутатора логических сигналов.

Обозначение его на зарубежных схемах NOR.

 

11.7. СЛОЖНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ «2Х2И-2ИЛИ-НЕ»

 

Данный логический элемент является комбинацией простых логических элементов, которыми реализуется сложная логическая функция с 4 входами и одним выходом рис. 11.7.


Реализация сложного логического элемента на простых элементах показана на рис. 11.7 а. Условное обозначение элемента на схемах показано на рис. 11.7, б. Таблица истинности (рис.11.7, в) имеет незаконченный вид для самостоятельной работы. Ее следует заполнить самостоятельно (рис. 11.7, г).

Такой сложный логический элемент описывается следующим логическим уравнением:

Получить таблицу истинности можно, анализируя работу простых элементов описанных выше.

На практике можно встретить и другие комбинации логических элементов, реализующие сложные функции, но приведенные выше логические элементы наиболее часто встречаются в цифровых схемах и являются базовыми для построения сложных логических схем.

 

12. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ТРИГГЕРЫ

 

12.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

 

В вычислительной технике особая роль отводится элементам памяти, т.е. элементам, способным хранить информацию. Для построения схем памяти можно применить простые и сложные логические элементы, которые способны запоминать введенную в них информацию при определенной схеме их включения. Активными логическими уровнями для элемента ИЛИ-НЕ является логическая единица, а для элемента И-НЕ – логический ноль.

Такие логические уровни, которые, действуя на одном из входов элемента, однозначно задают логический уровень, на его выходе независимо от уровней на других входах называются активными логическими уровнями. Уровни, обратные активным, называются пассивными уровнями. Определенная схема включения простых элементов с содержанием обратных связей способна хранить информацию. Такая схема называется триггером.

Триггер (от англ. Trigger ) – спусковой крючок.

Триггеры имеют два выхода, один из которых называется прямым Q, а второй инверсным . Состояние обоих выходов триггера всегда противофазно т.е. если на одном из выходов логический ноль, то на втором выходе единица или наоборот.

Триггеры снабжаются различными типами входов, которые приведены ниже.

R — (от англ. RESET) –раздельный вход установки прямого выхода триггера в состояние 0.

S — (от англ. SET) –раздельный вход установки выхода триггера в состояние 1.

К – вход установки выхода универсального триггера в состояние 0.

J — вход установки универсального выхода триггера в состояние 1

Т — счетный вход.

D — (от англ. DELAY) информационный вход установки выхода триггера в состояние, соответствующее уровню на этом входе.

С — исполнительный управляющий (синхронизирующий) вход.

V — разрешающий, управляющий вход.

По характеру реакции на входные сигналы триггеры делятся на 2 типа:

асинхронные и синхронные.

 

12.2. АСИНХРОННЫЙ RS – ТРИГГЕР С ПРЯМЫМИ ВХОДАМИ

В современной электронике широкое распространение получили интегральные триггеры, особенностью которых является совмещение в одном корпусе интегральной микросхемы нескольких логических элементов рис. 12.1, а.

Рассмотрим работу интегрального триггера, построенного на логических элементах 2ИЛИ-НЕ (рис. 12.1).

 
 

Пусть на входах S и R действуют пассивные для логического элемента ИЛИ-НЕ уровни логического 0, которые не влияют на состояние триггера. Пусть в состоянии нуля находится выход Q и в состоянии единицы выход . При подаче на вход S логической единицы произойдет опрокидывание элемента на противоположное состояние, т.е. в состояние логического нуля, тогда на входах второго элемента окажутся два логических нуля, которые переведут этот триггер в состояние логической единицы. Триггер опрокинется и состояния его выходов окажутся противоположными предыдущему т.е. Q =1 и

Значок «П» означает предыдущее состояние. Значок (´) означает запрещенную комбинацию входных переменных для данного типа триггера. Логическая функция выходного сигнала может быть записана Эта функция описывает элемент памяти, коим и является триггер.

Для записи логического нуля на выход Q необходимо на вход R подать логическую единицу.

При комбинации триггер переходит в неопределенное состояние, и состояние выхода может оказаться произвольным после прекращения одновременной подачи логических единиц на вход триггера.

 

 

12.3. АСИНХРОННЫЙ RS –ТИРГГЕР С ИНВЕРСНЫМИ ВХОДАМИ

 
 

Данный тип триггера строится на базовых логических элементах И-НЕ, активными уровнями которого являются логические нули. Для того, чтобы активными были, как и в предыдущем случае, входные сигналы и , будем считать, что на входы подаются инверсии и . При подаче активного уровня ( ) на выходах первого триггера установиться уровень , на выходе второго элемента =0 и триггер оказывается установленным в состояние логической единицы. При подаче активного уровня ( ) триггер установится в состояние логического нуля, как и в случае триггера с прямыми входами. Одновременная подача активных уровней (логического нуля) на оба входа запрещена из-за непредсказуемости выходного состояния. Диаграмма состояний и таблица истинности приведены ниже на рис. 12.2, г.

В данном триггере активными уровнями являются логические нули, в то время как в предыдущем триггере активными уровнями были логические единицы. Логическая функция выходного сигнала может быть записана Функция имеет признаки элемента памяти, которым и является триггер.

 

12.4. СИНХРОННЫЙ ОДНОТАКТНЫЙ RS–ТРИГГЕР

Синхронным считают такой триггер, запись информации в который производится с разрешения синхроимпульса по входу С (рис. 12.3.) Существуют синхронные RS–триггеры в которых активные уровни – логические единицы, но можно управлять этим триггером и как асинхронным RS–триггером с инверсными входами (рис.12.3, б).

Диаграмма состояний такого триггера изображена на рис 12.3, в.

Шины триггера с инверсными входами (показаны пунктиром на рис 12.3, а).

 
 

Синхронный RS-триггер можно построить по несколько иной схеме. Основной RS-триггер (рис. 12.3, а) построен на элементах 2И-НЕ, но можно установить схему на элементах 2ИЛИ-НЕ, но входные элементы 2И-НЕ следует заменить на элементы 2И. Диаграмма состояний и таблица истинности в обоих схемах одинаковы.

 

12.5. ДВУХТАКТНЫЙ RS – ТРИГГЕР


Надежность и устойчивость работы триггера возможна в том случае, если информация, занесенная в триггер, будет записана дважды, т.е. в два триггера. На рис. 12.4. показана схема двухтактного RS– триггера. Реализовать такой триггер на простых элементах можно, сформировав два RS–триггера. Связь между триггерами осуществляется через прямые и инверсные выходы. Тактовые входы триггеров связаны между собой через инвертор, который позволяет в первый такт записать информацию в первый триггер, а затем перезаписать ее во второй.

Двухтактный триггер строится на двух интегральных синхронных RS–триггерах, схема которых приведена на рис 12.5.

С приходом синхроимпульса на вход С первого триггера информация записывается в первый триггер. При наличии синхроимпульса (логической единицы) на первом входе на выходе логического элемента НЕ — логический ноль, т.е. во второй триггер информация не записывается. При спаде синхроимпульса на первом входе (с логической единицы на логический ноль) на выходе логического элемента НЕ (на синхровходе второго триггера) появляется логическая единица. Выходы первого триггера подключены ко входу второго триггера, поэтому информация с первого триггера перезапишется во второй. Запись информации на входе двухтактного триггера запишется на его выход в два этапа. На рис 12.3, б. представлена диаграмма состояний двухтактного синхронного RS–триггера. Синхровход первого триггера на диаграмме состояний обозначен С1, а прямой выход первого триггера обозначен Q1. Выход первого триггера является входом второго триггера S.

Диаграмма состояний синхровхода второго триггера обозначена С2 и диаграмма состояний прямого выхода второго триггера обозначена Q2.

12.6. D — ТРИГГЕРЫ

D

 

 

D-триггеры применяются для приема информации по одному входу, который называется информационным. D – триггеры осуществляют задержку записи информации на выход триггера (от англ. Delay – задержка) рис. 12.6.

Реализовать функцию задержки записи информации и притом только с одного входа с разрешения синхроимпульса можно с использованием асинхронного RS-триггера рис. 12.6.

D – триггер можно сформировать и на основе синхронного RS–триггера (рис. 12.7.). Для исключения запрещенной комбинации введен инвертор.

Диаграммы состояний обоих D–триггеров выглядят одинаково Вход D является информационным, связанным с входом S синхронного RS–триггера. Инвертор, включенный между входами S и R позволяет избежать запрещенной комбинации .

При подаче на синхровход С логической единицы RS–триггер запишет на выход то, что в данный момент поступает на информационный вход.

При логической единице на информационном входе на выход запишется логическая единица, а при логическом нуле — на вход R поступает логическая единица через инвертор и на выход Q запишется логический ноль.

 

12.7. ДВУХТАКТНЫЙ D -ТРИГГЕР

 


Строится на основе двух D–триггеров, имеющих противофазную связь через элемент НЕ по входам синхронизации (рис. 12.8). Запись информации во второй триггер происходит после окончания синхроимпульса.

 

12.8. DV — ТРИГГЕР

 
 

DV-триггер кроме входа синхронизации имеет вход разрешения синхронизации – V. Схема простейшего варианта DV–триггера представлена на рис.12.9. Логический элемент И разрешает прохождение синхроимпульсов на вход триггера. Внимательное изучение диаграммы состояний позволяет сделать заключение – триггер переключается не только с разрешения синхронизирующего входа, но и работает с разрешения входа V.

12.9. ДВУХТАКТНЫЙ DV — ТРИГГЕР


Схема такого триггера представлена на основе двухтактного синхронного RS–триггера рис. 12.10. Диаграмма состояний этого триггера может быть построена по уже известным диаграммам синхронного триггера — логического элемента И и инвертора НЕ.

 

12.10. СТАИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ТРИГГЕРЫ

Если с приходом синхроимпульса опрокидывание триггера происходит в момент появления фронта, то такой триггер называется динамичсеким. Известно, что активными уровнями синхроимпульса могут быть как логические единицы так и логические нули. Для того, чтобы отличать эти триггеры друг от друга вводятся следующие обозначения рис.12.11.

 

В случае рис. 12.11, б на синхровходе C D–триггера всегда находится логическая единица и момент ее спада является сигналом синхронизации для управления работой D -триггера.

Триггеры, не имеющие на синхровходе наклонной черты, являются статическими и опрокидывание таких триггеров происходит после окончания синхроимпульса.

 

12.11. Т – ТРИГГЕРЫ

 

Т–триггеры называют делителями на 2 или счетными триггерами. Существует несколько схем Т– триггеров. Работу некоторых из них мы рассмотрим.

Т–триггер имеет один вход, называемый счетным. Работа такого триггера основана на перезаписи информации в триггер, которая становится инверсной по отношению к той, которая была записана в предыдущем случае. Рассмотрим работу Т–триггера на основе схемы рис. 12.12, а.

 
 

Пусть на выходе Q находился логический ноль, тогда на инверсном выходе находилась логическая единица, которая передается на вход S и с приходом синхроимпульса триггер опрокинется и запишет на выход Q логическую единицу.

После опрокидывания триггера логическая единица окажется на входе R, который соединен перемычкой с выходом Q. С приходом синхроимпульса триггер опрокинется в состояние инверсное предыдущему. Работа D–триггера в режиме счетного триггера почти не отличается от работы синхронного RS–триггера. Информационный вход D соединен с инверсным выходом Q триггера. Такая коммутация приводит к тому, что информационном входе D–триггера всегда находится состоянии, инверсном выходному состоянию триггера на данный момент времени. Если на прямом выходе триггера логический ноль то на информационном входе логическая единица, взятая с инверсного выхода. С приходом синхроимпульса триггер опрокинется и запишет на прямой выход логический ноль, а на входе D появиться логическая единица для последующей ее записи в триггер. Диаграмма состояний такого триггера показана на рис. 12.15, в.

 

 

12.12. ДВУХТАКТНЫЕ Т – ТРИГГЕРЫ

 
 

Такие триггеры строятся на основе двух однотактных триггеров, в которых запись информации происходит в первый триггер, а затем перезапись информации во второй триггер рис. 12.13.

 

12.13. -ТРИГГЕРЫ

JK-триггер считают универсальным. На его основе можно построить любой из выше перечисленных триггеров. Структура такого триггера приведена на рис. 12.14 из которого следует, что состояние Q, в котором устанавливается триггер, определяется не только уровнями на информационных входах J и K, но и предыдущим состоянием . Это обстоятельство позволяет построить триггер с применением двух RS-триггеров. Один из триггеров хранит предыдущее состояние Q0. Снимаемые с его выхода уровни Q и совместно с информационными сигналами входов J и К используются для формирования состояния Q во втором RS-триггере.

Из рис. 12.14, а видно, что два RS-триггера с элементами И на входе образуют синхронные RS-триггеры. При уровне триггер Т1 не реагирует на входные сигналы входов J и К. На синхронизирующий вход второго триггера подается логическая единица, и триггеру Т2 передается состояние первого триггера. Состояния обоих триггеров совпадают.

При на синхронизирующий вход второго триггера через инвертор подается 0 и логическая связь между триггерами прекращается. На первом триггере остается предыдущее состояние.


Инверсные входы R и S возможны при построении второго асинхронного RS–триггера на элементах И-НЕ.

Универсальный JK-триггер можно построить и на совер шенно иной элементной базе, при этом управление таким триггером будет осуществляться не логическими единицами а логическими нулями, являющимися для данного триггера активными уровнями.

Разнообразие триггеров очень велико. Это могут быть комбинированные триггеры, собранные на базе одной интегральной микросхемы или состоящие из разнотипных триггеров.

Могут быть собраны триггеры и с различным активными уровнями управления – логическими единицами или нулями. JK-триггеры могут быть и двухтактными.

На рис. 12.16 приведены схемы, по которым может быть реализован любой тип триггера на основе универсального JK-триггера. Рассмотрим вариант использования двухтактного JK-триггера в качестве различных типов других триггеров:

а) D-триггер, б) синхронный Т-триггер, в) асинхронный Т-триггер, д) синхронный RS-триггер, г) – асинхронный RS-триггер с инверсными входами. Функцию переходов JK-триггера можно представить в виде логических Булевых функций


Отсюда следует, что JK-триггер не имеет запрещенных комбинаций входа .

При , т.е. при запрещенных комбинациях входных переменных, триггер переходит в состояние противоположное предыдущему.

Многообразие интегральных триггеров позволяет формировать схемы со сложными функциями. Учитывая то, что любой интегральный триггер является элементом памяти, можно построить схемы быстродействующей – оперативной памяти.

Для управления работой объектов регулирования можно построить такие схемы, на основе которых объект будет управляться по заданной программе.

В дальнейшем будет рассмотрен вопрос применения интегральных триггеров в организации различных видов памяти.

В разделе «Интегральные триггеры» мы рассмотрели работу различных простых и комбинированных триггеров. Несмотря на универсальность JK-триггеров они не так популярны как другие триггеры. Наиболее часто применяются D-триггеры, не имеющие запрещенных комбинаций входов. Часто применяются комбинированные интегральные триггеры содержащие D-триггер и асинхронный RS-триггер. Сложность применения JK-триггеров в том, что они имеют много комбинаций входных сигналов. Зачастую не все комбинации этих сигналов можно предусмотреть при работе триггера.

 

©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.

Логический элемент — «И-НЕ» » Паятель.Ру


Если, для того чтобы на выходе логического элемента «ИЛИ-НЕ» была единица нужно чтобы нули были поданы на все его входы, а для получения на выходе нуля нужно чтобы единица была хотя бы на одном из входов, то для «И-НЕ» ситуация обратная: Логический ноль на выходе элемента «И-НЕ» будет только тогда, когда на все его входы будут поданы единицы. А для получения на выходе элемента «И-НЕ» единицы, нужно чтобы хотя бы на один из входов был подан уровень логического нуля.


Рассмотрим в чем это выражается на практике. Для этого нужен модуль конструктора «Логика» с четырьмя элементами «2И-НЕ» (рис. 1). Соберем схему, показанную на рисунке 2. В схеме использован модуль с элементами «2И-НЕ».

S1 и S2 — кнопки, включая кнопку мы на вход элемента подаем логическую единицу. При этом зажигается соответствующий светодиод (HL1, HL2). Состояние выхода показывает светодиод HL3 — горит тогда когда на выходе единица.

Проверим логику «2И-НЕ» -пока кнопки S1 и S2 не нажаты (на входах нули), — на выходе единица (горит HL3). Если нажать любую из кнопок, -состояние не меняется. Чтобы оно изменилось нужно нажать обе кнопки сразу, и тогда на выходе будет ноль.

А теперь посмотрим, как будет работать мультивибратор, собранный на элементах «2И-НЕ» (рис. 3). И работает почти так же. Разница в том, что для того чтобы этот мультивибратор работал (чтобы мигал светодиод HL1) нужно чтобы тумблеры S1 и S2 были включены (а в схеме на «2ИЛИ-НЕ» они должны были быть выключенными).

Если один из этих тумблеров (или оба) выключить, мультивибратор перестанет генерировать. В схеме на «2ИЛИ-НЕ» для того чтобы мультивибратор перестал генерировать тумблеры нужно было включать.

В общем, понятно, — логика обратная. Если в схеме мультивибратора на «2ИЛИ-НЕ», чтобы прекратить генерацию нужно на вход элемента подать единицу, то в схеме на «2И-НЕ» для прекращения генерации на вход нужно подать нуль.

Рис.4
Соберем эту схему, на элементах «2И-НЕ» (рис. 4), и сигнализатор высыхания почвы превратится в сигнализатор затопления подвала, так как его логика действия будет противоположной.

Рассмотрим эту схему. Как и ранее, Это мультивибратор, вырабатывающий импульсы звуковой частоты, на выходе которого подключен пьезоэлектрический звукоизлучатель BF1. Схема управления, как и прежде, состоит из датчика — двух металлических гвоздей или винтов и переменного резистора R2, которым можно регулировать его чувствительность. Винты должны быть, скажем, воткнуты в землю или просто лежат на полу подвала, на некотором расстоянии друг от друга.

Когда в подвале сухо сопротивление среды между винтами значительно больше сопротивления R2. Напряжение на R2 держится на уровне логического нуля и, поэтому, мультивибратор не работает.

Если подвал будет затоплен водой, сопротивление между винтами будет значительно ниже сопротивления R2, и на резисторе R2 напряжение поднимется до уровня логической единицы. Это позволит мультивибратору работать, и из BF1 раздастся звук.

Рис.5
Как же сделать так, чтобы наш индикатор затопления подвала снова превратился в индикатор высыхания почвы? Просто! Нужно всего-то поменять местами датчик и R2, — сделать так, как показано на рис. 5.

Чтобы сигнализатор начал звучать нужно на второй вход верхнего по схеме элемента «2И-НЕ» подать единицу, а чтобы он замолчал, — нуль. Когда в цветочном горшке сухо, сопротивление между винтами (рис. 5) значительно больше сопротивления R2. Значит, на этом входе элемента будет единица, -сигнализатор звучит. Полили почву, — сопротивление между винтами датчика резко снизилось и стало значительно ниже сопротивления R2. Теперь на входе элемента будет ноль, — звучание прекратилось.

Логика работы RS-триггера (рис. 6), сделанного на элементах «2И-НЕ» тоже претерпит значительные изменения. Теперь переключать триггер нужно не логическими единицами, а логическими нулями. Именно поэтому кнопки S1 и S2 подключены по-другому, так чтобы при нажатии кнопки на вход логического элемента поступал низкий уровень (логический 0).

Рис.6

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Более сложные логические элементы

Аннотация: В лекции рассказывается о принципах работы, характеристиках и типовых схемах включения логических элементов, выполняющих сравнительно сложные функции – элементов Исключающее ИЛИ, И-ИЛИ-НЕ, триггеров Шмитта, а также приводятся схемотехнические решения, позволяющие реализовать на их основе часто встречающиеся функции.

Элементы Исключающее ИЛИ

Элементы Исключающее ИЛИ (по-английски — Exclusive-OR) также можно было бы отнести к простейшим элементам, но функция, выполняемая ими, несколько сложнее, чем в случае элемента И или элемента ИЛИ. Все входы элементов Исключающее ИЛИ равноправны, однако ни один из входов не может заблокировать другие входы, установив выходной сигнал в уровень единицы или нуля.

Таблица 4.1. Таблица истинности двухвходовых элементов исключающего ИЛИ
Вход 1 Вход 2 Выход
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Рис. 4.1. Обозначения элементов Исключающее ИЛИ: зарубежные (слева) и отечественные (справа)

Под функцией Исключающее ИЛИ понимается следующее: единица на выходе появляется тогда, когда только на одном входе присутствует единица. Если единиц на входах две или больше, или если на всех входах нули, то на выходе будет нуль. Таблица истинности двухвходового элемента Исключающее ИЛИ приведена в табл. 4.1. Обозначения, принятые в отечественных и зарубежных схемах, показаны на рис. 4.1. Надпись на отечественном обозначении элемента Исключающее ИЛИ «=1» как раз и обозначает, что выделяется ситуация, когда на входах одна и только одна единица.

Элементов Исключающее ИЛИ в стандартных сериях немного. Отечественные серии предлагают микросхемы ЛП5 (четыре двухвходовых элемента с выходом 2С), ЛЛ3 и ЛП12, отличающиеся от ЛП5 выходом ОК. Слишком уж специфическая функция реализуется этими элементами.

С точки зрения математики, элемент Исключающее ИЛИ выполняет операцию так называемого суммирования по модулю 2. Поэтому эти элементы также называются сумматорами по модулю два. Как уже отмечалось в предыдущей лекции, обозначается суммирование по модулю 2 знаком плюса, заключенного в кружок.

Основное применение элементов Исключающее ИЛИ, прямо следующее из таблицы истинности, состоит в сравнении двух входных сигналов. В случае, когда на входы приходят две единицы или два нуля (сигналы совпадают), на выходе формируется нуль (см. табл. 4.1). Обычно при таком применении на один вход элемента подается постоянный уровень, с которым сравнивается изменяющийся во времени сигнал, приходящий на другой вход. Но значительно чаще для сравнения сигналов и кодов применяются специальные микросхемы компараторов кодов, которые будут рассмотрены в следующей лекции.

В качестве сумматора по модулю 2 элемент Исключающее ИЛИ используется также в параллельных и последовательных делителях по модулю 2, служащих для вычисления циклических контрольных сумм. Но подробно эти схемы будут рассмотрены в лекциях 14,15.

Важное применение элементов Исключающее ИЛИ — это управляемый инвертор (рис. 4.2). В этом случае один из входов элемента используется в качестве управляющего, а на другой вход элемента поступает информационный сигнал. Если на управляющем входе единица, то входной сигнал инвертируется, если же нуль — не инвертируется. Чаще всего управляющий сигнал задается постоянным уровнем, определяя режим работы элемента, а информационный сигнал является импульсным. То есть элемент Исключающее ИЛИ может изменять полярность входного сигнала или фронта, а может и не изменять в зависимости от управляющего сигнала.


Рис. 4.2. Элемент Исключающее ИЛИ как управляемый инвертор

В случае, когда имеется два сигнала одинаковой полярности (положительные или отрицательные), и при этом их одновременный приход исключается, элемент Исключающее ИЛИ может быть использован для смешивания этих сигналов (рис. 4.3). При любой полярности входных сигналов выходные сигналы элемента будут положительными. При положительных входных сигналах элемент Исключающее ИЛИ будет работать как элемент 2ИЛИ, а при отрицательных он будет заменять элемент 2И-НЕ. Такие замены могут быть полезны в тех случаях, когда в схеме остаются неиспользованными некоторые элементы Исключающее ИЛИ. Правда, при этом надо учитывать, что задержка распространения сигнала в элементе Исключающее ИЛИ обычно несколько больше (примерно в 1,5 раза), чем задержка в простейших элементах И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.


Рис. 4.3. Применение элемента Исключающее ИЛИ для смешивания двух неодновременных сигналов
Рис. 4.4. Выделение фронтов входного сигнала с помощью элемента Исключающее ИЛИ

Еще одно важнейшее применение элемента Исключающее ИЛИ — формирование коротких импульсов по любому фронту входного сигнала (рис. 4.4). В данном случае не важно, положительный фронт входного сигнала или отрицательный, на выходе все равно формируется положительный импульс. Входной сигнал задерживается с помощью конденсатора или цепочки элементов, а затем исходный сигнал и его задержанная копия поступают на входы элемента Исключающее ИЛИ. В обеих схемах в качестве элементов задержки используются также двувходовые элементы Исключающее ИЛИ в неинвертирующем включении (на неиспользуемый вход подается нуль). В результате такого преобразования можно говорить об удвоении частоты входного сигнала, так как выходные импульсы следуют вдвое чаще, чем входные.

Данную особенность элементов Исключающее ИЛИ надо учитывать в том случае, когда на оба входа элемента поступают изменяющиеся одновременно сигналы. При этом на выходе элемента возможно появление коротких паразитных импульсов по любому из фронтов входных сигналов. Исключить их влияние на дальнейшую схему можно, например, с помощью синхронизации, подобной рассмотренной в предыдущем разделе.

Применение исключающее или. Элементы исключающее или. Приоритет логических операций

В Булевой алгебре, на которой базируется вся цифровая техника, электронные элементы должны выполнять ряд определённых действий. Это так называемый логический базис. Вот три основных действия:

    ИЛИ — логическое сложение (дизъюнкция ) — OR ;

    И — логическое умножение (конъюнкция ) — AND ;

    НЕ — логическое отрицание (инверсия ) — NOT .

Примем за основу позитивную логику, где высокий уровень будет «1», а низкий уровень примем за «0». Чтобы можно было более наглядно рассмотреть выполнение логических операций, существуют таблицы истинности для каждой логической функции. Сразу нетрудно понять, что выполнение логических функций «и» и «или» подразумевают количество входных сигналов не менее двух, но их может быть и больше.

Логический элемент И.

На рисунке представлена таблица истинности элемента «И » с двумя входами. Хорошо видно, что логическая единица появляется на выходе элемента только при наличии единицы на первом входе и на втором. В трёх остальных случаях на выходе будут нули.

Вход X1 Вход X2 Выход Y
0 0 0
1 0 0
0 1 0
1 1 1

На принципиальных схемах логический элемент «И» обозначают так.

На зарубежных схемах обозначение элемента «И» имеет другое начертание. Его кратко называют AND .

Логический элемент ИЛИ.

Элемент «ИЛИ » с двумя входами работает несколько по-другому. Достаточно логической единицы на первом входе или на втором как на выходе будет логическая единица. Две единицы так же дадут единицу на выходе.

Вход X1 Вход X2 Выход Y
0 0 0
1 0 1
0 1 1
1 1 1

На схемах элемент «ИЛИ» изображают так.

На зарубежных схемах его изображают чуть по-другому и называют элементом OR .

Логический элемент НЕ.

Элемент, выполняющий функцию инверсии «НЕ » имеет один вход и один выход. Он меняет уровень сигнала на противоположный. Низкий потенциал на входе даёт высокий потенциал на выходе и наоборот.

Вход X Выход Y
0 1
1 0

Вот таким образом его показывают на схемах.

В зарубежной документации элемент «НЕ» изображают следующим образом. Сокращённо называют его NOT .

Все эти элементы в интегральных микросхемах могут объединяться в различных сочетаниях. Это элементы: И-НЕ, ИЛИ-НЕ, и более сложные конфигурации. Пришло время поговорить и о них.

Логический элемент 2И-НЕ.

Рассмотрим несколько реальных логических элементов на примере серии транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) К155 с малой степенью интеграции. На рисунке когда-то очень популярная микросхема К155ЛА3, которая содержит четыре независимых элемента 2И — НЕ . Кстати, с помощью её можно собрать простейший маячок на микросхеме .

Цифра всегда обозначает число входов логического элемента. В данном случае это двухвходовой элемент «И» выходной сигнал которого инвертируется. Инвертируется, это значит «0» превращается в «1», а «1» превращается в «0». Обратим внимание на кружочек на выходах — это символ инверсии . В той же серии существуют элементы 3И-НЕ, 4И-НЕ, что означает элементы «И» с различным числом входов (3, 4 и т.д.).

Как вы уже поняли, один элемент 2И-НЕ изображается вот так.

По сути это упрощённое изображение двух объёдинённых элементов: элемента 2И и элемента НЕ на выходе.

Зарубежное обозначение элемента И-НЕ (в данном случае 2И-НЕ). Называется NAND .

Таблица истинности для элемента 2И-НЕ.

Вход X1 Вход X2 Выход Y
0 0 1
1 0 1
0 1 1
1 1 0

В таблице истинности элемента 2И — НЕ мы видим, что благодаря инвертору получается картина противоположная элементу «И». В отличие от трёх нулей и одной единицы мы имеем три единицы и ноль. Элемент «И — НЕ» часто называют элементом Шеффера.

Логический элемент 2ИЛИ-НЕ.

Логический элемент 2ИЛИ — НЕ представлен в серии К155 микросхемой 155ЛЕ1. Она содержит в одном корпусе четыре независимых элемента. Таблица истинности так же отличается от схемы «ИЛИ» применением инвертирования выходного сигнала.

Таблица истинности для логического элемента 2ИЛИ-НЕ.

Вход X1 Вход X2 Выход Y
0 0 1
1 0 0
0 1 0
1 1 0

Изображение на схеме.

На зарубежный лад изображается так. Называют как NOR .

Мы имеем только один высокий потенциал на выходе, обусловленный подачей на оба входа одновременно низкого потенциала. Здесь, как и на любых других принципиальных схемах, кружочек на выходе подразумевает инвертирование сигнала. Так как схемы И — НЕ и ИЛИ — НЕ встречаются очень часто, то для каждой функции имеется своё условное обозначение. Функция И — НЕ обозначается значком «& «, а функция ИЛИ — НЕ значком «1 «.

Для отдельного инвертора таблица истинности уже приведена выше. Можно добавить, что количество инверторов в одном корпусе может достигать шести.

Логический элемент «исключающее ИЛИ».

К числу базовых логических элементов принято относить элемент реализующий функцию «исключающее ИЛИ». Иначе эта функция называется «неравнозначность».

Высокий потенциал на выходе возникает только в том случае, если входные сигналы не равны. То есть на одном из входов должна быть единица, а на другом ноль. Если на выходе логического элемента имеется инвертор, то функция выполняется противоположная — «равнозначность». Высокий потенциал на выходе будет появляться при одинаковых сигналах на обоих входах.

Таблица истинности.

Вход X1 Вход X2 Выход Y
0 0 0
1 0 1
0 1 1
1 1 0

Эти логические элементы находят своё применение в сумматорах. «Исключающее ИЛИ» изображается на схемах знаком равенства перед единицей «=1 «.

На зарубежный манер «исключающее ИЛИ» называют XOR и на схемах рисуют вот так.

Кроме вышеперечисленных логических элементов, которые выполняют базовые логические функции очень часто, используются элементы, объединённые в различных сочетаниях. Вот, например, К555ЛР4. Она называется очень серьёзно 2-4И-2ИЛИ-НЕ.

Её таблица истинности не приводится, так как микросхема не является базовым логическим элементом. Такие микросхемы выполняют специальные функции и бывают намного сложнее, чем приведённый пример. Так же в логический базис входят и простые элементы «И» и «ИЛИ». Но они используются гораздо реже. Может возникнуть вопрос, почему эта логика называется транзисторно-транзисторной.

Если посмотреть в справочной литературе схему, допустим, элемента 2И — НЕ из микросхемы К155ЛА3, то там можно увидеть несколько транзисторов и резисторов. На самом деле ни резисторов, ни диодов в этих микросхемах нет. На кристалл кремния через трафарет напыляются только транзисторы, а функции резисторов и диодов выполняют эмиттерные переходы транзисторов. Кроме того в ТТЛ логике широко используются многоэмиттерные транзисторы. Например, на входе элемента 4И стоит четырёхэмиттерный

Электрическая схема, предназначенная для выполнения какой-либо логической операции с входными данными, называется логическим элементом. Входные данные представляются здесь в виде напряжений различных уровней, и результат логической операции на выходе — также получается в виде напряжения определенного уровня.

Операнды в данном случае подаются — на вход логического элемента поступают сигналы в форме напряжения высокого или низкого уровня, которые и служат по сути входными данными. Так, напряжение высокого уровня — это логическая единица 1 — обозначает истинное значение операнда, а напряжение низкого уровня 0 — значение ложное. 1 — ИСТИНА, 0 — ЛОЖЬ.

Логический элемент — элемент, осуществляющий определенные логические зависимость между входными и выходными сигналами. Логические элементы обычно используются для построения логических схем вычислительных машин, дискретных схем автоматического контроля и управления. Для всех видов логических элементов, независимо от их физической природы, характерны дискретные значения входных и выходных сигналов.

Логические элементы имеют один или несколько входов и один или два (обычно инверсных друг другу) выхода. Значения «нулей» и «единиц» выходных сигналов логических элементов определяются логической функцией, которую выполняет элемент, и значениями «нулей» и «единиц» входных сигналов, играющих роль независимых переменных. Существуют элементарные логические функции, из которых можно составить любую сложную логическую функцию.

В зависимости от устройства схемы элемента, от ее электрических параметров, логические уровни (высокие и низкие уровни напряжения) входа и выхода имеют одинаковые значения для высокого и низкого (истинного и ложного) состояний.

Традиционно логические элементы выпускаются в виде специальных радиодеталей — интегральных микросхем. Логические операции, такие как конъюнкция, дизъюнкция, отрицание и сложение по модулю (И, ИЛИ, НЕ, исключающее ИЛИ) — являются основными операциями, выполняемыми на логических элементах основных типов. Далее рассмотрим каждый из этих типов логических элементов более внимательно.

Логический элемент «И» — конъюнкция, логическое умножение, AND


«И» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию конъюнкции или логического умножения. Данный элемент может иметь от 2 до 8 (наиболее распространены в производстве элементы «И» с 2, 3, 4 и 8 входами) входов и один выход.

Условные обозначения логических элементов «И» с разным количеством входов приведены на рисунке. В тексте логический элемент «И» с тем или иным числом входов обозначается как «2И», «4И» и т. д. — элемент «И» с двумя входами, с четырьмя входами и т. д.


Таблица истинности для элемента 2И показывает, что на выходе элемента будет логическая единица лишь в том случае, если логические единицы будут одновременно на первом входе И на втором входе. В остальных трех возможных случаях на выходе будет ноль.

На западных схемах значок элемента «И» имеет прямую черту на входе и закругление на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «&».

Логический элемент «ИЛИ» — дизъюнкция, логическое сложение, OR


«ИЛИ» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию дизъюнкции или логического сложения. Он так же как и элемент «И» выпускается с двумя, тремя, четырьмя и т. д. входами и с одним выходом. Условные обозначения логических элементов «ИЛИ» с различным количеством входов показаны на рисунке. Обозначаются данные элементы так: 2ИЛИ, 3ИЛИ, 4ИЛИ и т. д.


Таблица истинности для элемента «2ИЛИ» показывает, что для появления на выходе логической единицы, достаточно чтобы логическая единица была на первом входе ИЛИ на втором входе. Если логические единицы будут сразу на двух входах, на выходе также будет единица.

На западных схемах значок элемента «ИЛИ» имеет закругление на входе и закругление с заострением на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «1».

Логический элемент «НЕ» — отрицание, инвертор, NOT

«НЕ» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического отрицания. Данный элемент, имеющий один выход и только один вход, называют еще инвертором, поскольку он на самом деле инвертирует (обращает) входной сигнал. На рисунке приведено условное обозначение логического элемента «НЕ».

Таблица истинности для инвертора показывает, что высокий потенциал на входе даёт низкий потенциал на выходе и наоборот.

На западных схемах значок элемента «НЕ» имеет форму треугольника с кружочком на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «1», с кружком на выходе.

Логический элемент «И-НЕ» — конъюнкция (логическое умножение) с отрицанием, NAND

«И-НЕ» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического сложения, и затем операцию логического отрицания, результат подается на выход. Другими словами, это в принципе элемент «И», дополненный элементом «НЕ». На рисунке приведено условное обозначение логического элемента «2И-НЕ».


Таблица истинности для элемента «И-НЕ» противоположна таблице для элемента «И». Вместо трех нулей и единицы — три единицы и ноль. Элемент «И-НЕ» называют еще «элемент Шеффера» в честь математика Генри Мориса Шеффера, впервые отметившего значимость этой в 1913 году. Обозначается как «И», только с кружочком на выходе.

Логический элемент «ИЛИ-НЕ» — дизъюнкция (логическое сложение) с отрицанием, NOR

«ИЛИ-НЕ» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического сложения, и затем операцию логического отрицания, результат подается на выход. Иначе говоря, это элемент «ИЛИ», дополненный элементом «НЕ» — инвертором. На рисунке приведено условное обозначение логического элемента «2ИЛИ-НЕ».


Таблица истинности для элемента «ИЛИ-НЕ» противоположна таблице для элемента «ИЛИ». Высокий потенциал на выходе получается лишь в одном случае — на оба входа подаются одновременно низкие потенциалы. Обозначается как «ИЛИ», только с кружочком на выходе, обозначающим инверсию.

Логический элемент «исключающее ИЛИ» — сложение по модулю 2, XOR

«исключающее ИЛИ» — логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического сложения по модулю 2, имеет два входа и один выход. Часто данные элементы применяют в схемах контроля. На рисунке приведено условное обозначение данного элемента.

Изображение в западных схемах — как у «ИЛИ» с дополнительной изогнутой полоской на стороне входа, в отечественной — как «ИЛИ», только вместо «1» будет написано «=1».


Этот логический элемент еще называют «неравнозначность». Высокий уровень напряжения будет на выходе лишь тогда, когда сигналы на входе не равны (на одном единица, на другом ноль или на одном ноль, а на другом единица) если даже на входе будут одновременно две единицы, на выходе будет ноль — в этом отличие от «ИЛИ». Данные элементы логики широко применяются в сумматорах.

Поведение

Элементы Исключающее ИЛИ, Исключающее ИЛИ-НЕ, Нечётность и Чётность вычисляют соответствующую функцию от значений на входах и выдают результат на выход.

По умолчанию, неподключенные входы игнорируются — то есть, если входы действительно не имеют ничего подключенного к ним — даже провода. Таким образом, вы можете добавить 5-входовый элемент, но подключить только два входа, и он будет работать как 2-входовый элемент; это избавляет вас от необходимости беспокоиться о настройке количества входов каждый раз при создании элемента. (Если все входы не подключены, то на выходе значение ошибки X .) Некоторые пользователи, однако, предпочитают, чтобы Logisim настаивал, чтобы все входы были подключены, поскольку это соответствует реальным элементам. Вы можете включить это поведение, выбрав меню Проект > Параметры…, перейдя на вкладку Моделирование, и выбрав вариант Ошибка для неопределённых входов для Выход элемента при неопределённости.

Двухвходовая таблица истинности для элементов следующая.

x y Исключающее ИЛИ Исключающее ИЛИ-НЕ Нечётность Чётность
0 0 0 1 0 1
0 1 1 0 1 0
1 0 1 0 1 0
1 1 0 1 0 1

Как вы можете видеть, элементы Нечётность и Исключающее ИЛИ ведут себя одинаково в случае двух входов; аналогично, элементы Чётность и Исключающее ИЛИ-НЕ ведут себя одинаково. Но если входов с определённым значением больше двух, то элемент Исключающее ИЛИ будет давать на выходе 1, когда единица строго на одном входе, тогда как элемент Нечётность даст на выходе 1, когда единица на нечётном количестве входов. Элемент Исключающее ИЛИ-НЕ будет давать на выходе 1, когда входов с единицей строго не один, тогда как элемент Чётность даст 1, когда входов с единицей чётное количество. Элементы Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-НЕ имеют атрибут, названный Многовходовое поведение, который позволяет настроить их на использование поведения элементов Нечётность и Чётность.

Если на каких-либо входах значение ошибки (например, если противоречивые значения поступают на один и тот же провод) или плавающее значение, то на выходе будет значение ошибки.

Многобитные версии каждого элемента будут выполнять свои однобитные преобразования над входами поразрядно.

Примечание: многие специалисты утверждают, что поведение фигурного элемента Исключающее ИЛИ должно соответствовать поведению элемента Нечётность, но по этому вопросу нет согласия. Поведение Logisim по умолчанию для элемента Исключающее ИЛИ основано на стандарте IEEE 91. Это также согласуется с интуитивным пониманием термина Исключающее ИЛИ : официант, спрашивающий, хотите вы гарнир из картофельного пюре, моркови, зеленого горошка, или шинкованной капусты, примет только один выбор, а не три, независимо от того, что вам могут сказать некоторые специалисты. (Должен признать, однако, что я не подвергал это заявление серьезным испытаниям.) Вы можете настроить элементы Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-НЕ на использование одного из вариантов, меняя его атрибут Многовходовое поведение.

Контакты (предполагается, что компонент направлен на восток)

Западный край (входы, разрядность соответствует атрибуту Биты данных)

Входы компонента. Их будет столько, сколько указано в атрибуте Количество входов.

Заметьте, что если вы используете фигурные элементы, то западный край элементов Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-НЕ будет искривлён. Тем не менее, входные контакты расположены вряд. Logisim отрисовывает короткие отрезки чтобы показать это; если вы перекроете отрезок, программа будет без предупреждений предполагать, что вы не хотели перекрыть его. При использовании «Вида для печати», эти отрезки не будут отрисованы, если не подключены к проводам.

Восточный край (выход, разрядность соответствует атрибуту Биты данных)

Выход элемента, значение на котором вычисляется на основании текущих значений на входах, как описано выше.

Атрибуты

Когда компонент выбран, или уже добавлен, клавиши от 0 до 9 меняют его атрибут Количество входов, комбинации от Alt-0 до Alt-9 меняют его атрибут Биты данных, а клавиши со стрелками меняют его атрибут Направление.

Направление Направление компонента (его выхода относительно его входов). Биты данных Разрядность входов и выходов компонента. Размер элемента Определяет, следует отрисовывать широкую или узкую версию компонента. Это не влияет на количество входов, которое определяется атрибутом Количество входов; правда, если количество входов превышает 3 (для узкого компонента) или 5 (для широкого), то элемент будет отрисовываться с «крыльями», чтобы вместить запрошенное количество входов. Количество входов Определяет, сколько контактов на западном крае будет иметь компонент. Многовходовое поведение (только для Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-НЕ) Когда входов три или более, то значение на выходе элементов Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-НЕ будет основано или на том, что 1 строго на одном входе (по умолчанию), или на нечётном количестве входов.

Бит — это минимальная единица измерения объёма информации, так как она хранит одно из двух значений — 0 (False) или 1 (True). False и True в переводе на русский ложь и истина соответственно. То есть одна битовая ячейка может находиться одновременно лишь в одном состоянии из возможных двух. Напомню, два возможных состояния битовой ячейки равны — 1 и 0.
Есть определённые операции, для манипуляций с битами. Эти операции называются логическими или булевыми операциями, названные в честь одного из математиков — Джорджа Буля (1815-1864), который способствовал развитию этой области науки.
Все эти операции могут быть применены к любому биту, независимо от того, какое он имеет значение — 0(нуль) или 1(единицу). Ниже приведены основные логические операции и примеры их использования.

Логическая операция И (AND)

Обозначение AND: &

Логическая операция И выполняется с двумя битами, назовем их a и b. Результат выполнения логической операции И будет равен 1, если a и b равны 1, а во всех остальных (других) случаях, результат будет равен 0. Смотрим таблицу истинности логической операции and.

a(бит 1) b(бит 2) a(бит 1) & b(бит 2)
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Логическая операция ИЛИ (OR)

Обозначение OR: |

Логическая операция ИЛИ выполняется с двумя битами (a и b). Результат выполнения логической операции ИЛИ будет равен 0, если a и b равны 0 (нулю), а во всех остальных (других) случаях, результат равен 1 (единице). b(бит 2) 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Логическая операция НЕ (not)

Обозначение NOT: ~
Логическая операция НЕ выполняется с одним битом. Результат выполнения этой логической операции напрямую зависит от состояния бита. Если бит находился в нулевом состоянии, то результат выполнения NOT будет равен единице и наоборот. Смотрим таблицу истинности логической операции НЕ.

a(бит 1) ~a(отрицание бита)
0 1
1 0

Запомните эти 4 логические операции. Используя эти логические операции, мы можем получить любой возможный результат. Подробно об использовании логических операций в С++ читаем .

Элементы Исключающее ИЛИ (по-английски — Exclusive-OR) также можно было бы отнести к простейшим элементам, но функция, выполняемая ими, несколько сложнее, чем в случае элемента И или элемента ИЛИ. Все входы элементов Исключающее ИЛИ равноправны, однако ни один из входов не может заблокировать другие входы, установив выходной сигнал в уровень единицы или нуля.

Рис. 4.1. Обозначения элементов Исключающее ИЛИ: зарубежные (слева) и отечественные (справа)

Под функцией Исключающее ИЛИ понимается следующее: единица на выходе появляется тогда, когда только на одном входе присутствует единица. Если единиц на входах две или больше, или если на всех входах нули, то на выходе будет нуль. Таблица истинности двухвходового элемента Исключающее ИЛИ приведена в табл. 4.1. Обозначения, принятые в отечественных и зарубежных схемах, показаны на рис. 4.1. Надпись на отечественном обозначении элемента Исключающее ИЛИ «=1» как раз и обозначает, что выделяется ситуация, когда на входах одна и только одна единица.

Элементов Исключающее ИЛИ в стандартных сериях немного. Отечественные серии предлагают микросхемы ЛП5 (четыре двухвходовых элемента с выходом 2С), ЛЛ3 и ЛП12, отличающиеся от ЛП5 выходом ОК. Слишком уж специфическая функция реализуется этими элементами.

С точки зрения математики, элемент Исключающее ИЛИ выполняет операцию так называемого суммирования по модулю 2. Поэтому эти элементы также называются сумматорами по модулю два. Как уже отмечалось в предыдущей лекции, обозначается суммирование по модулю 2 знаком плюса, заключенного в кружок.

Основное применение элементов Исключающее ИЛИ, прямо следующее из таблицы истинности, состоит в сравнении двух входных сигналов. В случае, когда на входы приходят две единицы или два нуля (сигналы совпадают), на выходе формируется нуль (см. табл. 4.1). Обычно при таком применении на один вход элемента подается постоянный уровень, с которым сравнивается изменяющийся во времени сигнал, приходящий на другой вход. Но значительно чаще для сравнения сигналов и кодов применяются специальные микросхемы компараторов кодов, которые будут рассмотрены в следующей лекции.

В качестве сумматора по модулю 2 элемент Исключающее ИЛИ используется также в параллельных и последовательных делителях по модулю 2, служащих для вычисления циклических контрольных сумм. Но подробно эти схемы будут рассмотрены в лекциях 14,15.

Важное применение элементов Исключающее ИЛИ — это управляемый инвертор (рис. 4.2). В этом случае один из входов элемента используется в качестве управляющего, а на другой вход элемента поступает информационный сигнал. Если на управляющем входе единица, то входной сигнал инвертируется, если же нуль — не инвертируется. Чаще всего управляющий сигнал задается постоянным уровнем, определяя режим работы элемента, а информационный сигнал является импульсным. То есть элемент Исключающее ИЛИ может изменять полярность входного сигнала или фронта, а может и не изменять в зависимости от управляющего сигнала.

Рис. 4.2. Элемент Исключающее ИЛИ как управляемый инвертор

В случае, когда имеется два сигнала одинаковой полярности (положительные или отрицательные), и при этом их одновременный приход исключается, элемент Исключающее ИЛИ может быть использован для смешивания этих сигналов (рис. 4.3). При любой полярности входных сигналов выходные сигналы элемента будут положительными. При положительных входных сигналах элемент Исключающее ИЛИ будет работать как элемент 2ИЛИ, а при отрицательных он будет заменять элемент 2И-НЕ. Такие замены могут быть полезны в тех случаях, когда в схеме остаются неиспользованными некоторые элементы Исключающее ИЛИ. Правда, при этом надо учитывать, что задержка распространения сигнала в элементе Исключающее ИЛИ обычно несколько больше (примерно в 1,5 раза), чем задержка в простейших элементах И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.

Рис. 4.3. Применение элемента Исключающее ИЛИ для смешивания двух неодновременных сигналов

Рис. 4.4. Выделение фронтов входного сигнала с помощью элемента Исключающее ИЛИ

Еще одно важнейшее применение элемента Исключающее ИЛИ — формирование коротких импульсов по любому фронту входного сигнала (рис. 4.4). В данном случае не важно, положительный фронт входного сигнала или отрицательный, на выходе все равно формируется положительный импульс. Входной сигнал задерживается с помощью конденсатора или цепочки элементов, а затем исходный сигнал и его задержанная копия поступают на входы элемента Исключающее ИЛИ. В обеих схемах в качестве элементов задержки используются также двувходовые элементы Исключающее ИЛИ в неинвертирующем включении (на неиспользуемый вход подается нуль). В результате такого преобразования можно говорить об удвоении частоты входного сигнала, так как выходные импульсы следуют вдвое чаще, чем входные.

Логические элементы

Логические элементы

Логические элементы

Логическим элементом называется электрическая схема, выполняющая какую-либо логическую операцию (операции) над входными данными, заданными в виде уровней напряжения, и возвращающая результат операции в виде выходного уровня напряжения. Так как операнды логических операций задаются в двоичной системе счисления, то логический элемент воспринимает входные данные в виде высокого и низкого уровней напряжения на своих входах. Соответственно, высокий уровень напряжения (напряжение логической 1) символизирует истинное значение операнда, а низкий (напряжение логического 0) — ложное. Значения высокого и низкого уровней напряжения определяются электрическими параметрами схемы логического элемента и одинаковы как для входных, так и для выходных сигналов. Обычно, логические элементы собираются как отдельная интегральная микросхема. К числу логических операций, выполняемых логическими элементами относятся конъюнкция (логическое умножение, И), дизъюнкция (логическое сложение, ИЛИ), отрицание (НЕ) и сложение по модулю 2 (исключающее ИЛИ). Рассмотрим основные типы логических элементов.

Элемент И

Логический элемент И выполняет операцию логического умножения (конъюнкция) над своими входными данными и имеет от 2 до 8 входов и один выход (как правило, выпускаются элементы с двумя, тремя, четырьмя и восемью входами). На рис. 1. изображены условные графические обозначения (УГО) логических элементов И с двумя, тремя и четырьмя входами соответственно. Элементы И обозначаются как NИ, где N — количество входов логического элемента (например, 2И, 3И, 8И и т.д.).

Рис. 1

 

Элемент ИЛИ

Логический элемент ИЛИ выполняет операцию логического сложения (дизъюнкция) над своими входными данными и, также как и логический элемент И, имеет от 2 до 8 входов и один выход. На рис. 2. изображены УГО логических элементов ИЛИ с двумя, тремя и четырьмя входами соответственно. Элементы ИЛИ обозначаются также, как и элементы И (2ИЛИ, 4ИЛИ и т.д.).

Рис. 2

 

Элемент НЕ (инвертор)

Логический элемент НЕ выполняет операцию логического отрицания над своими входными данными и имеет один вход и один выход. Иногда его называют инвертор, так как он инвертирует входной сигнал. На рис. 3 изображено УГО элемента НЕ.

Рис. 3

 

Элемент И-НЕ

Логический элемент И-НЕ выполняет операцию логического умножения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаёт его на выход. Таким образом, можно сказать, что логический элемент И-НЕ — это элемент И с инвертором на выходе. УГО элемента 3И-НЕ приведено на рис. 4.

Рис. 4

 

Элемент ИЛИ-НЕ

Логический элемент ИЛИ-НЕ выполняет операцию логического сложения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаёт его на выход. Таким образом, можно сказать, что логический элемент ИЛИ-НЕ — это элемент ИЛИ с инвертором на выходе. УГО элемента 3ИЛИ-НЕ приведено на рис. 5.

Рис. 5

 

Элемент сложения по модулю 2

Этот логический элемент выполняет логическую операцию сложения по модулю 2 и, как правило, имеет 2 входа и один выход. Такой элемент, в основном, используется в схемах аппаратного контроля. УГО элемента приведено на рис. 6.

Рис. 6

 

Комбинационные логические элементы

Существуют и более сложные логические элементы, выполняющие несколько логических операций над своими входными данными. Например, элемент 2И-ИЛИ, УГО и схема которого приведено на рис. 7, сначала выполняет операцию логического умножения над парами операндов x1, x2 и x3, x4, а затем выполняет операцию логического сложения над полученными результатами, т.е. y = x1x2 + x3x4. Можно придумать и более сложные комбинационные логические элементы, например 3-2И-ИЛИ-НЕ (рис. 8).

Рис. 7

 

Рис. 8

 

Универсальные логические элементы

Универсальные логические элементы могут использоваться для выполнения разнообразных операций над своими входными данными. Конкретная операция зависит от того, какие сигналы поданы на управляющие входы. Чтобы синтезировать такой универсальный логический элемент, обычно пользуются СКНФ или СДНФ, как и в синтезе комбинационных логических схем.

Электрические принципиальные схемы логических элементов

При рассмотрении электрических принципиальных схем логических элементов пользуются термином тип логики. Тип логики определяет элементную базу, на которой собран логический элемент, а также отражает некоторые особенности отдельных элементов этой элементной базы и характеристики самого логического элемента. Наиболее распространены следующие типы логик: ТТЛ, ДТЛ, МОП, КМОП, также существуют типы логик ЭСЛ, РЕТЛ и некоторые другие. Тип логики ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) определяет элементную базу, на которой собран логический элемент, как состоящую преимущественно из транзисторов, причём транзисторы используются и на входе, и на выходе логического элемента (отсюда и название — транзисторно-транзисторная). Тип логики ДТЛ (диодно-транзисторная логика) определяет элементную базу как состоящую преимущественно из транзисторов и диодов (диоды на входе, транзисторы — на выходе). Типы логик МОП (металл-оксид-полупроводник) и КМОП определяет элементную базу как состоящую из транзисторов МДП (металл-диэлектрик-полупроводник), причём микросхемы этого типа имеют очень низкую потребляемую мощность, засчёт особенностей МДП транзисторов оперировать малыми токами и имеющими очень малый ток утечки.

Рассмотрим электрические принципиальные схемы логического элемента И-НЕ с n входами — ДТЛ (рис. 9) и логического элемента И-НЕ с n входами — ТТЛ (рис. 10).

Рис. 9

 

Рис. 10

На рисунках +U обозначает положительный потенциал источника питания, а -U — отрицательный.

Рассмотрим сначала работу схемы на рис. 9. Если к одному из входных диодов приложено напряжение логического 0, то этот диод открыт и на базу транзистора подаётся напряжение логического 0. Транзистор закрывается и на выходе y устанавливается напряжение логической 1. Только когда ко всем входным диодам будет приложено напряжение логической 1 транзистор откроется и на выходе установится напряжение логического 0. Оставшиеся каскады на транзисторах выполняют функцию усиления сигнала и инвертирования. При подаче на вход второго транзистора напряжения логического 0, он закроется, подключив базы транзисторов оконечного каскада через резисторы к плюсу и к минусу источника питания. Один из транзисторов оконечного каскада откроется, а другой — закроется и на выходе установится напряжение логической 1. При подаче на второй транзистор напряжения логической 1, он откроется. Теперь открытый и закрытый транзисторы оконечного каскада поменяются местами и на выходе установится напряжение логического 0.

Теперь рассмотрим работу схемы на рис. 10. Вызывает некоторый интерес необычный транзистор на входе и схема его включения. Такие многоэмиттерные транзисторы всегда используются на входах логических элементов ТТЛ. Сам транзистор выполняет логическую операцию И. При подаче на один из входов напряжения логического нуля, транзистор открывается и, таким образом, на коллекторе устанавливается напряжение логического 0. Напряжение логической 1 будет на коллекторе только тогда, когда на всех входах будет напряжение логической 1. Подобный транзистор можно рассматривать как много n-p переходов, а соответственно, как много диодов. Таким образом такое включение транзистора в цепь эквивалентно диодной сборке на входе логического элемента И на рис. 9.

Применение логических элементов

Логические элементы могут использоваться как самостоятельные части схемы, так и входить в состав более сложной цифровой комбинационной схемы или схемы с памятью. Как самостоятельные части схемы, логические элементы могут применяться в качестве управляющей логики какого-либо устройства, а также в качестве генератора прямоугольных импульсов с подключённой ёмкостью или кварцевым резонатором. В качестве комбинационных схем логические элементы используются в составе микросхем БИС и СБИС, а также в дешифраторах и шифраторах, выполненных в виде отдельных микросхем. Также, логические элементы могут входить в состав схем с памятью (триггеры, регистры, счётчики и т.д.), выполненных в виде отдельной микросхемы или в составе других микросхем.


Сложные логические элементы

Комбинационные микросхемы выполняют более сложные функции, чем простые логические элементы. Их входы объединены в функциональные группы и не являются полностью взаимозаменяемыми. Например, любые два входа логического элемента И-НЕ совершенно спокойно можно поменять местами, от этого выходной сигнал никак не изменится, а для комбинационных микросхем это невозможно, так как у каждого входа — своя особая функция. Объединяет комбинационные микросхемы с логическими элементами то, что они не имеют внутренней памяти. То есть уровни их выходных сигналов всегда однозначно определяются текущими уровнями входных сигналов и никак не связаны с предыдущими значениями входных сигналов. Любое изменение входных сигналов обязательно изменяет состояние выходных сигналов. Именно поэтому логические элементы иногда также называют комбинационными микросхемами, в отличие от последовательных (или последовательностных) микросхем, которые имеют внутреннюю память и управляются не уровнями входных сигналов, а их последовательностями. Строго говоря, все комбинационные микросхемы внутри построены из простейших логических элементов, и эта их внутренняя структура часто приводится в справочниках. Но для разработчика цифровой аппаратуры эта информация обычно лишняя, ему достаточно знать только таблицу истинности, только принцип преобразования входных сигналов в выходные, а также величины задержек между входами и выходами и уровни входных и выходных токов и напряжений. Внутренняя же структура важна для разработчиков микросхем, а также в тех редчайших случаях, когда надо построить новую комбинационную микросхему из микросхем простых логических элементов. Состав набора комбинационных микросхем, входящих в стандартные серии, был определен исходя из наиболее часто встречающихся задач. Требуемые для этого функции реализованы в комбинационных микросхемах наиболее оптимально, с минимальными задержками и минимальным потреблением мощности. Поэтому пытаться повторить эту уже проделанную однажды работу не стоит. Надо просто уметь грамотно применять то, что имеется. Дешифраторы и шифраторы Функции дешифраторов и шифраторов понятны из их названий. Дешифратор преобразует входной двоичный код в номер выходного сигнала (дешифрирует код), а шифратор преобразует номер входного сигнала в выходной двоичный код (шифрует номер входного сигнала). Количество выходных сигналов дешифратора и входных сигналов шифратора равно количеству возможных состояний двоичного кода (входного кода у дешифратора и выходного кода у шифратора), то есть 2n, где n — разрядность двоичного кода (рис. 5.1). Микросхемы дешифраторов обозначаются на схемах буквами DC (от английского Decoder), а микросхемы шифраторов — CD (от английского Coder). Рис. 5.1. Функции дешифратора (слева) и шифратора (справа) На выходе дешифратора всегда присутствует только один сигнал, причем номер этого сигнала однозначно определяется входным кодом. Выходной код шифратора однозначно определяется номером входного сигнала. Рассмотрим подробнее функцию дешифратора. В стандартные серии входят дешифраторы на 4 выхода (2 разряда входного кода), на 8 выходов (3 разряда входного кода) и на 16 выходов (4 разряда входного кода). Они обозначаются соответственно как 2–4, 3–8, 4–16. Различаются микросхемы дешифраторов входами управления (разрешения/запрета выходных сигналов), а также типом выхода: 2С или ОК. Выходные сигналы всех дешифраторов имеют отрицательную полярность. Входы, на которые поступает входной код, называют часто адресными входами. Обозначают эти входы 1, 2, 4, 8, где число соответствует весу двоичного кода (1 — младший разряд, 2 — следующий разряд и т.д.), или А0, А1, А2, А5. В отечественных сериях микросхемы дешифраторов обозначаются буквами ИД. На рис. 5.2 показаны три наиболее типичных микросхемы дешифраторов. Рис. 5.2. Примеры микросхем дешифраторов Код на входах 1, 2, 4, 8 определяет номер активного выхода (вход 1 соответствует младшему разряду кода, вход 8 — старшему разряду кода). Входы разрешения С1, С2, С3 объединены по функции И и имеют указанную на рисунке полярность. Для примера в табл. 5.1 приведена таблица истинности дешифратора ИД7 (3—8). Существуют и дешифраторы 4–10 (например, ИД6), которые обрабатывают не все возможные 16 состояний входного кода, а только первые 10 из них. Первые три строки таблицы соответствуют запрету выходных сигналов. Разрешением выхода будет единица на входе С1 и нули на входах С2 и С5. Символ «Х» обозначает безразличное состояние данного входа (неважно, нуль или единица). Нижние восемь строк соответствуют разрешению выходных сигналов. Номер активного выхода (на котором формируется нулевой сигнал) определяется кодом на входах 1, 2, 4, причем вход 1 соответствует младшему разряду кода, а вход 4 — старшему разряду кода.
Таблица 5.1. Таблица истинности дешифратора 3–8 (ИД7)
Входы Выходы
C1 -C2 -C3
X X X X X
X X X X X
X X X X X

Наиболее типичное применение дешифраторов состоит именно в дешифрировании входных кодов, при этом входы С используются как стробирующие, управляющие сигналы. Номер активного (то есть нулевого) выходного сигнала показывает, какой входной код поступил. Если нужно дешифровать код с большим числом разрядов, то можно объединить несколько микросхем дешифраторов (пример показан на рис. 5.3).


Рис. 5.3. Увеличение количества разрядов дешифратора

При этом старшие разряды кода подаются на основной дешифратор, выходы которого разрешают работу нескольких дополнительных дешифраторов. На объединенные входы этих дополнительных дешифраторов подаются младшие разряды входного кода. Из пяти микросхем дешифраторов 2–4 можно получить дешифратор 4–16, как показано на рисунке (хотя лучше, конечно, взять готовую микросхему). Точно так же из девяти микросхем 3–8 можно получить дешифратор 6–64, а из семнадцати микросхем 4–16 — дешифратор 8–256. Еще одно распространенное применение дешифраторов — селекция (выбор) заданных входных кодов. Появление отрицательного сигнала на выбранном выходе дешифратора будет означать поступление на вход интересующего нас кода. В данном случае увеличивать число разрядов входного селектируемого кода гораздо проще, чем в предыдущем (см. рис. 5.3). Например, две микросхемы 4–16 позволяют селектировать 8-разрядный код (рис. 5.4). В примере на рисунке селектируется 16-ричный код 2А (двоичный код 0010 1010). При этом один дешифратор работа ет с младшими четырьмя разрядами кода, а другой — со старшими четырьмя разрядами. Объединяются дешифраторы так, что один из них разрешает работу другого по входам –С1 и –С2. Применяя механические переключатели выходов дешифраторов (тумблеры, перемычки), можно легко изменять код, селектируемый данной схемой.


Рис. 5.4. Селектирование кода на дешифраторах

Еще одно важное применение дешифраторов состоит в перекоммутации одного входного сигнала на несколько выходов. Или, другими словами, дешифратор в данном случае выступает в качестве демультиплексора входных сигналов, который позволяет разделить входные сигналы, приходящие в разные моменты времени, на одну входную линию (мультиплексированные сигналы). При этом входы 1, 2, 4, 8 дешифратора используются в качестве управляющих, адресных, определяющих, на какой выход переслать пришедший в данный момент входной сигнал (рис. 5.5), а один из входов С выступает в роли входного сигнала, который пересылается на заданный выход. Если у микросхемы имеется несколько стробирующих входов С, то оставшиеся входы С можно использовать в качестве разрешающих работу дешифратора.


Рис. 5.5. Включение дешифратора как демультиплексора

Как и для любых других цифровых микросхем, для дешифраторов наиболее критична ситуация одновременного или почти одновременного изменения входных сигналов. Например, если стробы С постоянно разрешают работу дешифратора, то в момент изменения входного кода на любом выходе дешифратора могут появиться паразитные отрицательные короткие импульсы. Это может быть связано как с неодновременным выставлением разрядов кода (из-за несовершенства микросхем источников кода или из-за разных задержек распространения по линиям связи), так и с внутренними задержками самих микросхем дешифраторов.


Рис. 5.6. Стробирование выходных сигналов дешифратора

Если такие паразитные импульсы нужно исключить, то можно применять синхронизацию с помощью стробирующих сигналов. Используемый для этого сигнал С должен начинаться после текущего изменения кода, а заканчиваться до следующего изменения кода, то есть должен быть реализован вложенный цикл. На рис. 5.6 показано, как будет выглядеть выходной сигнал дешифратора без стробирования и со стробированием.

На втором уровне представления (модель с временными задержками) также надо учитывать, что задержки дешифратора больше задержки простых логических элементов примерно вдвое для входного кода и примерно в полтора раза — для стробирующих входов. То есть если попытаться заменить дешифратор схемой на логических элементах, то такой дешифратор получится медленнее. Точные величины задержек надо смотреть в справочниках.


Рис. 5.7. Позиционная индикация на дешифраторе с выходами ОК

Дешифраторы, имеющие выходы типа ОК (ИД5, ИД10), удобно применять в схемах позиционной индикации на светодиодах. На рис. 5.7 приведен пример такой индикации на микросхеме ИД5, которая представляет собой два дешифратора 2–4 с объединенными входами для подачи кода и стробами, позволяющими легко строить дешифратор 3–8. При этом старший разряд кода выбирает один из дешифраторов 2–4 (нуль соответствует верхнему по схеме дешифратору, а единица — нижнему). То есть в данном случае номер горящего светодиода равен входному коду дешифратора. Такая индикация называется позиционной.


Рис. 5.8. Объединение выходов дешифраторов с ОК

Выходы микросхем дешифраторов с ОК можно объединять между собой для реализации проводного ИЛИ (рис. 5.8). Нуль на объединенном выходе будет тогда, когда хотя бы на одном из выходов вырабатывается нуль. При равномерном пошаговом наращивании входного кода (например, с помощью счетчика) такое решение позволяет формировать довольно сложные последовательности выходных сигналов. Правда, каждый выход дешифратора может использоваться для получения только одного выходного сигнала. Это ограничивает возможности таких схем.

Шифраторы используются гораздо реже, чем дешифраторы. Это связано с более специфической областью их применения. Значительно меньше и выбор микросхем шифраторов в стандартных сериях. В отечественных сериях шифраторы имеют в названии буквы ИВ.

На рис. 5.9 показаны для примера две микросхемы шифраторов ИВ1 и ИВ5. Первая имеет 8 входов и 3 выхода (шифратор 8–3), а вторая — 9 входов и 4 выхода (шифратор 9–4). Все входы шифраторов — инверсные (активные входные сигналы — нулевые). Все выходы тоже инверсные, то есть формируется инверсный код. Микросхема ИВ1, помимо 8 информационных входов и 3 разрядов выходного кода (1, 2, 4), имеет инверсный вход разрешения –ЕI, выход признака прихода любого входного сигнала –GS, а также выход переноса –EO, позволяющий объединять несколько шифраторов для увеличения разрядности.


Рис. 5.9. Микросхемы шифраторов

Таблица истинности шифратора ИВ1 приведена в табл. 5.2.

Таблица 5.2. Таблица истинности шифратора ИВ1
Входы Выходы
-E1 -GS -EO
X X X X X X X X
X X X X X X X
X X X X X X
X X X X X
X X X X
X X X
X X
X

Из таблицы видно, что на выходах кода 1, 2, 4 формируется инверсный двоичный код номера входной линии, на который приходит отрицательный входной сигнал. При одновременном поступлении нескольких входных сигналов формируется выходной код, соответствующий входу с наибольшим номером, то есть старшие входы имеют приоритет перед младшими. Поэтому такой шифратор называется приоритетным. При отсутствии входных сигналов (вторая строчка таблицы) формируется выходной код 111. Единичный сигнал –EI (первая строчка) запрещает работу шифратора (все выходные сигналы устанавливаются в единицу). На выходе –GS вырабатывается нуль при приходе любого входного сигнала, что позволяет, в частности, отличить ситуацию прихода нулевого входного сигнала от ситуации отсутствия любых входных сигналов. Выход -EO становится активным (нулевым) при отсутствии входных сигналов, но разрешении работы шифратора сигналом –EI.

Стандартное применение шифраторов состоит в сокращении количества сигналов. Например, в случае шифратора ИВ1 информация о восьми входных сигналах сворачивается в три выходных сигнала. Это очень удобно, например, при передаче сигналов на большие расстояния. Правда, входные сигналы не должны приходить одновременно. На рис. 5.10 показаны стандартная схема включения шифратора и временные диаграммы его работы.


Рис. 5.10. Стандартное включение шифратора

Инверсия выходного кода приводит к тому, что при приходе нулевого входного сигнала на выходе формируется не нулевой код, а код 111, то есть 7. Точно так же при приходе, например, третьего входного сигнала на выходе образуется код 100, то есть 4, а при приходе пятого выходного сигнала — код 010, то есть 2.

Наличие у шифраторов входов EI и EO позволяет увеличивать количество входов и разрядов шифратора, правда, с помощью дополнительных элементов на выходе. На рис. 5.11 показан пример построения шифратора 16–4 на двух микросхемах шифраторов ИВ1 и трех элементах 2И-НЕ (ЛА3).


Рис. 5.11. Шифратор 16–4 на двух шифраторах 8–3

Одновременное или почти одновременное изменение сигналов на входе шифратора приводит к появлению периодов неопределенности на выходах. Выходной код может на короткое время принимать значение, не соответствующее ни одному из входных сигналов. Поэтому в тех случаях, когда входные сигналы могут приходить одновременно, необходима синхронизация выходного кода, например, с помощью разрешающего сигнала EI, который должен приходить только тогда, когда состояние неопределенности уже закончилось.

Задержка шифратора от входа до выхода кода примерно в полтора раза превышает задержку логического элемента, а задержка до выхода GS — примерно в два раза больше. Точные величины задержек микросхем надо смотреть в справочниках.

Мультиплексоры

Мультиплексоры (английское Multiplexer) предназначены для поочередной передачи на один выход одного из нескольких входных сигналов, то есть для их мультиплексирования. Количество мультиплексируемых входов называется количеством каналов мультиплексора, а количество выходов называется числом разрядов мультиплексора. Например, 2-канальный 4-разрядный мультиплексор имеет 4 выхода, на каждый из которых может передаваться один из двух входных сигналов. А 4-канальный 2-разрядный мультиплексор имеет 2 выхода, на каждый из которых может передаваться один из четырех входных сигналов. Число каналов мультиплексоров, входящих в стандартные серии, составляет от 2 до 16, а число разрядов — от 1 до 4, причем чем больше каналов имеет мультиплексор, тем меньше у него разрядов.

Управление работой мультиплексора (выбор номера канала) осуществляется с помощью входного кода адреса. Например, для 4-канального мультиплексора необходим 2-разрядный управляющий (адресный) код, а для 16-канального — 4-разрядный код. Разряды кода обозначаются 1, 2, 4, 8 или А0, А1, А2, А5. Мультиплексоры бывают с выходом 2С и с выходом 3С. Выходы мультиплексоров бывают прямыми и инверсными. Выход 3С позволяет объединять выходы мультиплексоров с выходами других микросхем, а также получать двунаправленные и мультиплексированные линии. Некоторые микросхемы мультиплексоров имеют вход разрешения/запрета С (другое обозначение — S), который при запрете устанавливает прямой выход в нулевой уровень.

На рис. 5.12 показаны для примера несколько микросхем мультиплексоров из состава стандартных серий. В отечественных сериях мультиплексоры имеют код типа микросхемы КП. На схемах микросхемы мультиплексоров обозначаются буквами MS.


Рис. 5.12. Примеры микросхем мультиплексоров

Таблица 5.3. Таблица истинности 8-канального мультиплексора
Входы Выходы
-EZ Q -Q
X X X Z Z

В табл. 5.3 в качестве примера приведена таблица истинности одноразрядного 8-канального мультиплексора с выходами 3С (КП15).

В таблице сигналы на входах 0…7 обозначены D0…D7, прямой выход — Q, инверсный выход — –Q, Z — третье состояние выхода. При единице на входе –EZ оба выхода находятся в третьем состоянии. При нуле на входе –EZ выходной сигнал на прямом выходе повторяет состояние входного сигнала, номер которого задается входным кодом на входах 1, 2, 4. Сигнал на инверсном выходе противоположен по полярности сигналу на прямом выходе.

На рис. 5.13 приведена временная диаграмма работы 4-канального мультиплексора. В зависимости от входного кода на выход передается один из четырех входных сигналов. При запрещении работы на выходе устанавливается нулевой сигнал вне зависимости от входных сигналов.


Рис. 5.13. Временная диаграмма работы 4-канального мультиплексора с разрешением

Микросхемы мультиплексоров можно объединять для увеличения количества каналов. Например, два 8-канальных мультиплексора легко объединяются в 16-канальный с помощью инвертора на входах разрешения и элемента 2И-НЕ для смешивания выходных сигналов (рис. 5.14). Старший разряд кода будет при этом выбирать один из двух мультиплексоров. Точно так же из двух 16-канальных мультиплексоров можно сделать 32-канальный. Если нужно большее число каналов, то необходимо вместо инвертора включать дешифратор, на который подаются старшие разряды кода. Выходные сигналы дешифратора будут выбирать один из мультиплексоров.


Рис. 5.14. Объединение мультиплексоров для увеличения количества каналов

Состояния неопределенности, сопровождающиеся короткими паразитными импульсами, могут возникать на выходе мультиплексоров при почти одновременном изменении входных сигналов. Здесь возможны две ситуации. Во-первых, управляющий код может переключаться сразу после изменения передаваемого в данный момент на выход входного сигнала или сразу перед изменением входного сигнала, который будет передавать на выход следующий код. Во-вторых, сигналы (разряды) управляющего кода могут переключаться не одновременно, что приведет к кратковременной передаче на выход входного сигнала, не соответствующего ни одному из значений кода. В любом случае, в момент переключения каналов сигнал на выходе мультиплексора не определен (рис. 5.15).

Чтобы избежать состояния неопределенности, лучше всего задавать состояние управляющего кода еще до начала работы схемы (до прихода входных сигналов) и в дальнейшем его не менять. Если же это невозможно, то необходима синхронизация, стробирование выходного сигнала, то есть его разрешение только тогда, когда все переходные процессы, связанные с изменением кода, уже закончились. Правда, обычно применять стробирование довольно непросто, так как мультиплексор, как правило, должен без изменений передавать любой входной сигнал.

Задержки выходного сигнала мультиплексора по входам управляющего (адресного) кода примерно в два раза превышают задержки логических элементов, а по информационным входам — примерно в полтора раза. Точные величины задержек надо смотреть в справочниках.


Рис. 5.15. Неопределенные состояния на выходе мультиплексора

Компараторы кодов

Микросхемы компараторов кодов (английское Comparator) применяются для сравнения двух входных кодов и выдачи на выходы сигналов о результатах этого сравнения (о равенстве или неравенстве кодов). На схемах компараторы кодов обозначаются двумя символами равенства: «= =». Код типа микросхемы компаратора кода в отечественных сериях — СП.

Примером такой микросхемы может служить СП1 — 4-х разрядный компаратор кодов, сравнивающий величины кодов и выдающий информацию о том, какой код больше, или о равенстве кодов (рис. 5.16).

Помимо восьми входов для сравниваемых кодов (два 4-х разрядных кода, обозначаемых А0…А3 и В0…В3), компаратор СП1 имеет три управляющих входа для наращивания разрядности (А>B, A<B, A=B) и три выхода результирующих сигналов (А>B, A<B, A=B). Для удобства на схемах управляющие входы и выходы иногда обозначают просто «>», «<» и «=». Нулевые разряды кодов (А0 и В0) — младшие, третьи разряды (А3 и В3) — старшие.


Рис. 5.16. 4-х разрядный компаратор кодов СП1 (два варианта обозначения)

Таблица истинности компаратора кодов (табл. 5.4) кажется на первый взгляд довольно сложной, но на самом деле все просто.

Если используется одиночная микросхема, то для ее правильной работы достаточно подать единицу на вход A = B, а состояния входов A<B и A>B не важны, на них можно подать как нуль, так и единицу. Назначение выходов понятно из их названия, а полярность выходных сигналов положительная (активный уровень — единица). Если микросхемы компараторов кодов каскадируются (об­ъе­ди­ня­ют­ся) для увеличения числа разрядов сравниваемых кодов, то надо выходные сигналы микросхемы, обрабатывающей младшие разряды кода, подать на одноименные входы микросхемы, обрабатывающей старшие разряды кода (рис. 5.17).

Таблица 5.4. Таблица истинности компаратора СП1
Входы сравниваемых кодов Входы наращивания Выходы
A3,B3 A2,B2 A1,B1 A0,B0 A>B A<B A=B A>B A<B A=B
A3>B3 X X X X X X
A3<B3 X X X X X X
A3=B3 A2>B2 X X X X X
A3=B3 A2<B2 X X X X X
A3=B3 A2=B2 A1>B1 X X X X
A3=B3 A2=B2 A1<B1 X X X X
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0>B0 X X X
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0<B0 X X X
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 X X
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0
A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0

В зарубежные стандартные серии входят также и 8-разрядные компараторы, сравнивающие два кода по величине (то есть имеющие выходы «=», «>» и «<«). Примером может служить микросхема SN74AS885.


Рис. 5.17. Каскадирование компараторов кодов

Одно из основных применений компараторов кодов состоит в селектировании входных кодов. В этом случае достаточно иметь информацию только о совпадении кодов на входах компаратора, а не о соотношении их величин. Интересующий нас код (эталонный) подается на один вход компаратора, а изменяющийся код (входной) — на другой вход. Используется только выход равенства кодов А = В. Для подобных применений выпускаются и специальные компараторы, определяющие только совпадение кодов. Примерами могут служить 8-разрядные микросхемы SN74ALS520, SN74ALS521, DC102A фирмы Dionics (отечественный аналог — КР559СК1), а также 6-разрядная микросхема DM8136 фирмы National Semiconductors (отечественный аналог — КР559СК2).


Рис. 5.18. Селектирование 16-разрядных кодов

На рис. 5.18 показано применение компараторов SN74ALS521 для селектирования 16-разрядных кодов. Инверсный сигнал с выхода первой микросхемы подается на инверсный вход разрешения второй микросхемы, выходной сигнал которой (отрицательный) говорит о совпадении входного и эталонного 16-разрядных кодов.

Неопределенные состояния на выходах компараторов кодов могут возникать при любом изменении любого из двух входных кодов. Это связано с неодновременным изменением разрядов кодов (рис. 5.19). На всех выходах компаратора СП1 могут появляться короткие паразитные импульсы. Чтобы устранить их влияние на дальнейшую часть схемы, применяется синхронизация и стробирование. Но для этого надо точно знать момент изменения входных кодов, что далеко не всегда возможно.


Рис. 5.19. Неопределенные состояния на выходах компаратора при изменении входных кодов

При применении компараторов надо учитывать также, что при каскадировании задержки микросхем суммируются и объединенный компаратор будет во столько раз медленнее одиночного, сколько микросхем в нем используется. Задержки компараторов кодов по входам разрядов кодов примерно вчетверо больше задержек логических элементов, а по входам расширения — примерно втрое. Так что эти микросхемы довольно медленные по сравнению с другими комбинационными микросхемами. Точные значения задержек надо смотреть в справочниках.

Если нам важен только факт равенства или неравенства входных кодов, то увеличить быстродействие при объединении компараторов можно, если подавать их выходные сигналы на элемент И (рис. 5.20). В этом случае суммарная задержка схемы превысит задержку одного компаратора всего лишь на задержку элемента И. При применении компараторов с инверсным выходом (например, SN74ALS521) надо брать элемент ИЛИ с нужным числом входов.


Рис. 5.20. Уменьшение задержки при каскадировании компараторов

При необходимости сравнения кодов не только на совпадение, но еще и по величине, такого простого решения не существует. Однако эта задача встречается гораздо реже.

Атомный номер 2 в периодической таблице

Гелий — это элемент с атомным номером 2 в периодической таблице. Каждый атом гелия имеет 2 протона в атомном ядре. Атомный вес элемента 4,0026. Гелий не образует соединений, поэтому в чистом виде он известен как газ.

Быстрые факты: атомный номер 2

  • Название элемента: Гелий
  • Символ элемента: He
  • Атомный номер: 2
  • Атомный вес: 4,002
  • Классификация: Благородный газ
  • Открыт: Пьер Янссен, Норман Локьер (1868)

Интересные факты об атомном числе 2

  • Элемент назван в честь греческого бога солнца Гелиоса, потому что первоначально он наблюдался в ранее неизвестной желтой спектральной линии во время солнечного затмения 1868 года.Спектральную линию во время этого затмения наблюдали двое ученых: Жюль Янссен (Франция) и Норман Локьер (Великобритания). Астрономы разделяют заслугу в открытии элемента.
  • Прямое наблюдение этого элемента не происходило до 1895 года, когда шведские химики Пер Теодор Клев и Нильс Абрахам Ланглет определили эманации гелия из клевеита, разновидности урановой руды.
  • Типичный атом гелия содержит 2 протона, 2 нейтрона и 2 электрона. Однако атомный номер 2 может существовать без каких-либо электронов, образуя так называемую альфа-частицу.Альфа-частица имеет электрический заряд 2+ и испускается при альфа-распаде.
  • Изотоп, содержащий 2 протона и 2 нейтрона, называется гелий-4. Существует девять изотопов гелия, но стабильны только гелий-3 и гелий-4. В атмосфере на каждый миллион атомов гелия-4 приходится один атом гелия-3. В отличие от большинства элементов, изотопный состав гелия сильно зависит от его источника. Таким образом, средний атомный вес может не относиться к данному образцу. Большая часть обнаруженного сегодня гелия-3 присутствовала во время формирования Земли.
  • При обычной температуре и давлении гелий представляет собой чрезвычайно легкий бесцветный газ.
  • Гелий является одним из благородных или инертных газов, что означает, что он имеет полную электронную валентную оболочку, поэтому он не реактивен. В отличие от газа с атомным номером 1 (водорода), газообразный гелий существует в виде одноатомных частиц. Два газа имеют сравнимую массу (H 2 и He). Отдельные атомы гелия настолько малы, что проходят между многими другими молекулами. Вот почему наполненный гелием воздушный шар со временем сдувается — гелий выходит через крошечные поры в материале.
  • Элемент с атомным номером 2 является вторым по распространенности элементом во Вселенной после водорода. Однако этот элемент редко встречается на Земле (5,2 частей на миллион по объему в атмосфере), потому что нереакционноспособный гелий достаточно легок, чтобы вырваться из-под земного притяжения и потеряться в космосе. Некоторые виды природного газа, например из Техаса и Канзаса, содержат гелий. Основным источником элемента на Земле является сжижение природного газа. Крупнейшим поставщиком газа являются США. Источник гелия — невозобновляемый ресурс, поэтому может наступить время, когда у нас закончится практический источник этого элемента.
  • Атомный номер 2 используется для воздушных шаров для вечеринок, но в основном он используется в криогенной промышленности для охлаждения сверхпроводящих магнитов. Основное коммерческое использование гелия — для сканеров МРТ. Этот элемент также используется в качестве продувочного газа для выращивания кремниевых пластин и других кристаллов, а также в качестве защитного газа при сварке. Гелий используется для исследования сверхпроводимости и поведения материи при температуре, приближающейся к абсолютному нулю.
  • Одним из отличительных свойств атомного номера 2 является то, что этот элемент не может быть заморожен в твердой форме, если он не находится под давлением.Гелий остается жидким вплоть до абсолютного нуля при нормальном давлении, образуя твердое тело при температуре от 1 до 1,5 К и давлении 2,5 МПа. Было замечено, что твердый гелий обладает кристаллической структурой.

Источники

  • Хаммонд, Ч. Р. (2004). Элементы в Справочнике по химии и физике (81-е изд.). пресс CRC. ISBN 978-0-8493-0485-9.
  • Хэмпел, Клиффорд А. (1968). Энциклопедия химических элементов .Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд. стр. 256–268.
  • Мейя, Дж.; и другие. (2016). «Атомные массы элементов 2013 г. (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91.
  • Шуен-Чен Хван, Роберт Д. Лейн, Дэниел А. Морган (2005). «Благородные газы». Энциклопедия химической технологии Кирка Отмера . Уайли. стр. 343–383.
  • Уэст, Роберт (1984). CRC, Справочник по химии и физике .Бока-Ратон, Флорида: Издательство Chemical Rubber Company. стр. E110.

Гелий — информация об элементе, свойства и использование

Стенограмма:

Химия в ее стихии: гелий

(Промо)

Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец рекламного ролика)

Крис Смит

Здравствуйте, на этой неделе мы почти на вершине таблицы Менделеева, потому что мы рассматриваем гелий, который легче воздуха. Но для этого химика шарик, наполненный гелием, на самом деле является источником боли, а не источником удовольствия. Вот Питер Уотерс.

Питер Уотерс

Мы все знакомы с гелием, который легче воздуха, но всякий раз, когда я вижу воздушный шар, парящий на веревке, мне становится немного грустно.Это не потому, что я несчастный старый такой-то, а просто потому, что, в отличие от счастливого ребенка на другом конце провода, я знаю о ценном ресурсе, который вот-вот будет потерян навсегда.

Гелий — второй по распространенности элемент во Вселенной, но здесь, на Земле, он встречается довольно редко. Большинство людей догадываются, что мы добываем гелий из воздуха, но на самом деле мы добываем его из земли. Гелий можно найти в некоторых частях мира, особенно в Техасе, в качестве второстепенного компонента в некоторых источниках природного газа.Интересно то, как этот газ вообще попадает в землю. В отличие практически от любого другого атома вокруг нас, каждый атом гелия был индивидуально сформирован после образования Земли.

Гелий образуется при естественном радиоактивном распаде таких элементов, как уран и торий. Эти тяжелые элементы образовались до Земли, но они нестабильны и очень медленно распадаются. Одним из способов распада урана является испускание альфа-частицы.Эта альфа-частица на самом деле является сердцевиной атома гелия — его ядром. Как только он захватил пару электронов, родился атом гелия.

Этот процесс распада урана невероятно медленный; время, за которое данное количество урана распадается вдвое, так называемый период полураспада, сравнимо с возрастом Земли. Это означает, что гелий непрерывно генерируется с тех пор, как сформировалась Земля. Часть газа может в конечном итоге просочиться сквозь землю и выйти в атмосферу; к счастью, при подходящих условиях некоторые из них остаются в ловушке под землей и могут быть собраны для нашего использования.

В космосе ситуация совсем другая. Солнце состоит примерно из 75% по массе водорода и 24% гелия. Оставшийся один процент составляют все более тяжелые элементы. При высоких температурах Солнца ядра водорода сливаются вместе, в конечном итоге образуя гелий. Этот процесс синтеза, при котором более тяжелые атомы образуются из более легких, высвобождает огромное количество энергии. Воссоздание процесса на Земле может стать ответом на наши энергетические проблемы в будущем.

Поскольку гелий составляет около четверти массы Солнца, неудивительно, что его присутствие было обнаружено там более 100 лет назад.Что, пожалуй, удивительно, так это то, что гелий был обнаружен в космосе за 26 лет до того, как его нашли на Земле.

Уже сотни лет известно, что определенные элементы придают пламени характерные цвета — факт, имеющий решающее значение для цветных фейерверков, которыми мы наслаждаемся. Медь, например, дает зеленый цвет, тогда как натрий дает желтый цвет. На самом деле можно идентифицировать элементы путем тщательного изучения такого цветного пламени. Свет разделяется на спектр с помощью призмы или дифракционной решетки в приборе, называемом спектроскопом.Вместо того, чтобы видеть непрерывную радугу цветов, формируется серия четких цветных линий. Эта серия линий характерна для конкретного элемента и действует как своего рода отпечаток пальца.

В 19 веке ученые направили свои спектроскопы на Солнце и стали обнаруживать там некоторые металлы, в том числе натрий, магний, кальций и железо. В 1868 году два астронома, Янссен и Локьер, независимо друг от друга заметили несколько очень четких линий в солнечном спектре, которые не соответствовали ни одному из известных металлов.В то время как другие астрономы того времени не были уверены, Локьер предположил, что эти неопознанные линии принадлежат новому металлу, который он назвал Гелий в честь греческого олицетворения солнца, Гелиос . В течение более 20 лет на Земле не было обнаружено никаких признаков металлического гелия, и Локьера начали высмеивать за его мифический элемент. Однако в 1895 году химик Уильям Рамзи обнаружил гелий в газе, выделяющемся при обработке радиоактивного минерала урана кислотой. Гелий, образовавшийся в результате радиоактивного распада, был захвачен камнем, но высвободился, когда камень растворился в кислоте.

Наконец, на Земле был открыт элемент Локьера, но это был не металл, а крайне нереакционноспособный газ. По сей день гелий остается единственным неметаллом, название которого заканчивается суффиксом -ium, окончанием, которое в остальном используется исключительно для металлов.

Помимо использования для наполнения воздушных шаров, как для нашего развлечения, так и для более серьезных целей, таких как метеозонды, гелий используется в других целях, которые зависят от его уникальных свойств. Будучи таким легким и при этом совершенно химически инертным, гелий можно смешивать с кислородом, чтобы облегчить дыхание.Эта смесь, известная как гелиокс, может помочь спасти новорожденных детей с проблемами дыхания или помочь подводным ныряльщикам безопасно достичь глубин океана. При температуре минус 269 градусов по Цельсию жидкий гелий имеет самую низкую температуру кипения среди всех веществ. Из-за этого он используется для обеспечения низких температур, необходимых для сверхпроводящих магнитов, таких как те, которые используются в большинстве МРТ-сканеров в больницах.

На многих объектах, где используется гелий, он улавливается и используется повторно. Если это не так, он убегает в воздух.Но он не просто накапливается в атмосфере. Гелий настолько легок, что может избежать гравитационного поля Земли и навсегда покинуть нашу планету. Такова судьба гелия в наших воздушных шарах. В то время как другие элементы, которые мы использовали и выбрасываем, можно восстановить и переработать, когда мы тратим впустую гелий, он теряется навсегда. Через 100 лет люди будут оглядываться назад с недоверием к тому, что мы потратили впустую этот драгоценный, уникальный элемент, надувая воздушные шары для вечеринок.

Крис Смит

Питер Уотерс из Кембриджского университета рассказывает нам историю об элементе номер два, гелии.В следующий раз мы отправимся в Шотландию 18 -го -го века и элемент, который был не того цвета.

Ричард Ван Ноорден

В 1787 году в Эдинбург из свинцовой шахты в небольшой деревне на берегу озера Лох-Сунарт, Аргайл, прибыл загадочный минерал. В то время считалось, что этот материал представляет собой какое-то соединение бария. Другие химики, такие как Томас Хоуп из Эдинбурга, позже приготовили ряд соединений с этим элементом, отметив, что он заставляет пламя свечи гореть красным, а соединения бария дают зеленый цвет.

Крис Смит

И это потому, что это был вовсе не барий, а стронций, и Ричард Ван Норден объяснит, как, среди прочего, он показал нам, что римские гладиаторы не были мясоедами, а были на самом деле вегетарианцы. Это Химия в своей стихии на следующей неделе, и я надеюсь, что вы сможете присоединиться к нам. Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.

(Акция)

(Конец акции)

Рений — информация об элементе, свойства и использование

Стенограмма:

Химия в ее стихии: рений

(Промо)

Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец рекламного ролика)

Мира Сентилингам

На этой неделе один из самых редких элементов на земле, которому нравится изменять законы природы. Эрик Шерри из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе раскрывает тайны рения.

Эрик Шерри

Рений — элемент 75 в периодической таблице и во многом довольно необычный элемент. Это один из самых редких элементов на Земле с содержанием около 1 части на миллион.Это также один из самых плотных элементов после платины, иридия и осмия, и это один из элементов с самой высокой температурой плавления, уступая только вольфраму и углероду.

Рений находится на два места ниже марганца в периодической таблице, и его существование было впервые предсказано Менделеевым, когда он впервые предложил свою периодическую таблицу в 1869 году. На самом деле эта группа необычна тем, что, когда периодическая таблица была впервые опубликована, она обладала только один известный элемент, марганец, по крайней мере с двумя промежутками под ним.Первый пробел в конечном итоге был заполнен элементом 43 технецием, второй пробел был заполнен рением. Но первым был открыт рений.

Впервые он был выделен в 1925 году Вальтером и Идой Ноддак и Отто Бергом в Германии. В ходе добычи невероятных масштабов они переработали около 660 кг рудного молибденита, чтобы получить всего один грамм рения. В настоящее время рений более эффективно извлекают как побочный продукт процессов очистки молибдена и меди, так как рений часто встречается как примесь в рудах этих элементов.

Первооткрыватели назвали свой элемент, рений, в честь латинского названия реки Рейн недалеко от места, где они работали. На самом деле Ноддаки и Берг считали, что они также выделили другой элемент, отсутствующий в группе 7, или элемент 43, который впоследствии стал известен как технеций, но этого не произошло.

Совсем недавно, в начале 21-го века, некоторые исследователи из Бельгии и США повторно проанализировали рентгеновские данные с Ноддаков и утверждали, что они на самом деле выделили элемент 43.Но эти утверждения горячо обсуждались многими радиохимиками и физиками и теперь, наконец, отложены.

Но по странному стечению обстоятельств японский химик Масатака Огава считал, что он выделил элемент 43, и назвал его ниппонием еще в 1908 году. выделил рений задолго до Ноддаков.

До недавнего времени не было найдено ни одного минерала, содержащего рений в сочетании только с неметаллом.Только в 1992 году, когда группа российских ученых обнаружила дисульфид рения в жерле вулкана на одном из островов у восточного побережья России между полуостровом Камчатка и Японскими островами.

Не менее интересна и химия рения. Например, он показывает самый большой диапазон степеней окисления абсолютно любого известного элемента, а именно -1, 0, +1, +2 и так далее вплоть до +7, последняя из которых на самом деле является самой распространенной его степенью окисления.

А вот и еще одна странность.До начала 1960-х годов считалось, что три связи между любыми двумя атомами — это максимум, на что способна природа, как, например, в случае тройной связи азот-азот. Но в 1964 году Альберт Коттон и его коллеги в США обнаружили существование четверной связи металл-металл. Да, как вы уже догадались, это был рений, или, скорее, соединение рения, а именно ион рения, [Re2Cl8]2+ [поправка: это должен быть ион с двумя минусами, а не ион с двумя плюсами] .

Совсем недавно особенно простое соединение рения, дибромид рения, привлекло большое внимание ученых, потому что это одно из самых твердых из всех известных веществ.И в отличие от других сверхтвердых материалов, таких как алмаз, его не нужно изготавливать в условиях высокого давления.

А на что еще годен рений? Какие еще приложения? Ну их много. Большая часть извлеченного рения перерабатывается в суперсплавы, которые используются для изготовления деталей реактивных двигателей. Неудивительно, что для переходного металла рений также является хорошим катализатором. На самом деле комбинация рения и платины представляет собой предпочтительный катализатор в очень важном процессе производства бессвинцового высокооктанового бензина.Рениевые катализаторы особенно устойчивы к химическому воздействию азота, фосфора и серы, что также делает их полезными в реакциях гидрирования в различных промышленных процессах.

И если вернуться к Ноддакам, и в частности к Иде Ноддак, то именно она в 1934 году впервые предположила, что ядерное деление возможно в результате распада ядра на фрагменты, но ее предположение было проигнорировано, и оно пришлось ждать до 1939 года, когда Ган, Штрассман и Мейтнер действительно открыли деление.Почему Ноддак был проигнорирован? Наиболее популярно мнение, что это произошло из-за того, что ее репутация была подорвана тем, что она ложно объявила об открытии 43-го элемента в дополнение к правильному открытию рения.

Мира Сентилингам

Итак, это одно из самых твердых из всех известных веществ, имеет различные степени окисления и обладает способностью образовывать четверные связи, что, безусловно, является нарушением правил. Это был Эрик Шерри из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, раскрывающий секретные свойства рения.На следующей неделе красочный светящийся элемент.

Louise Natrajan

Тербий в состоянии +3 излучает эстетически приятный светящийся зеленый цвет, когда для возбуждения атомов используется энергия с правильной длиной волны. Это связано с тем, что ионы тербия 3+ сильно люминесцентны, фактически настолько сильны, что их люминесценцию часто можно увидеть невооруженным глазом. Человеческий глаз особенно чувствителен к зеленому цвету, и даже небольшие количества в правильном соединении легко обнаруживаются глазом. .Этот яркий цвет делает соединения тербия особенно полезными в качестве цветных люминофоров в осветительных приборах. в люминесцентных лампах, где это желтый цвет, и, как и в случае с европием (III), который имеет красный цвет, обеспечивает один из основных цветов на экранах телевизоров; кто же знал, что Турбиум может быть в вашем телеке!

Мира Сентилингам

А Луиза Натраджан из Манчестерского университета расскажет нам красочную историю о тербии в выпуске «Химия в ее стихии» на следующей неделе.А пока я Мира Сентилингам, и спасибо, что выслушали.

(Акция)

(Конец акции)

следующий | Документация Cypress

Получить сразу следующего брата каждого элемента DOM в наборе DOM элементы.

Поведение запроса этой команды точно соответствует тому, как .next() работает в jQuery.

Синтаксис

  .следующий()
.следующий(селектор)
.следующий(варианты)
.next(селектор, параметры)
  

Использование

Правильное использование

  cy.get('навигация:первый').следующий()
  

Неправильное использование

  cy.следующий()
cy.getCookies().следующий()
  

Аргументы

селектор (селектор строки)

Селектор, используемый для фильтрации соответствующих элементов DOM.

опции (Объект)

Передайте объект параметров, чтобы изменить поведение по умолчанию.следующий() .

Выход

  • .следующий() возвращает новый элемент (элементы) DOM, который он нашел.

Примеры

Нет аргументов

Найти элемент рядом с
.second
  <ул>
  
  • яблоки
  • апельсины
  • бананы
  • Проверка списка данных
      
    <список данных>
      
      
      
    
      
      г.в.получить('#фруктовый вариант')
      .первый()
      .should('иметь.текст', 'Яблоко')
      .следующий()
      .should('иметь.текст', 'Банан')
      .следующий()
      .should('иметь.текст', 'дыня')
      

    Селектор

    Найдите ближайший родственник каждого li. Оставьте только те, у которых выбран класс
      <ул>
      
  • яблоки
  • апельсины
  • бананы
  • ананасы
  •  
    cy.get('ли').следующий('.выбрано')
      

    Правила

    Требования

    • .следующий() требует привязки к команде, которая дает DOM элемент(ы).

    Утверждения

    • .следующий() будет автоматически повторить попытку пока элемент(ы) существуют в DOM
    • .следующий() будет автоматически повторить попытку пока все цепные утверждения прошли

    Время ожидания

    • .следующий() может истечь время ожидания элемента(ов) для существуют в DOM .
    • .следующий() может истечь время ожидания прохождения утверждений, которые вы добавили.

    Журнал команд

    Найдите элемент рядом с .active li

      cy.get('.left-nav').find('li.active').next()
      

    Приведенные выше команды будут отображаться в журнале команд как:

    При нажатии на следующий в журнале команд консоль выводит далее:

    См. также

    экв | Документация Cypress

    Получить элемент DOM по определенному индексу в массиве элементов.

    Поведение запроса этой команды точно соответствует тому, как .eq() работает в jQuery.

    Синтаксис

      .экв(индекс)
    .eq(indexFromEnd)
    .eq(индекс, параметры)
    .eq(indexFromEnd, параметры)
      

    Использование

    Правильное использование

      cy.get('tbody>tr').eq(0)
    cy.get('ul>li').eq(4)
      

    Неправильное использование

      cy.eq(0)
    cy.getCookies().eq(4)
      

    Аргументы

    индекс (Номер)

    Число, указывающее индекс для поиска элемента в массиве элементы.Начинается с 0.

    indexFromEnd (Номер)

    Отрицательное число, указывающее позицию индекса с конца для поиска элемента в пределах массива элементов.

    опции (Объект)

    Передайте объект параметров, чтобы изменить поведение по умолчанию .eq() .

    Выход

    • .eq() возвращает новый элемент (элементы) DOM, который он нашел.

    Примеры

    Индекс

    Найти 2-й элемент среди элементов
      <ул>
      
  • полосатый
  • сиамский
  • персидский
  • сфинкс
  • бирманский
  •   cy.get('li').eq(1).should('содержать', 'сиамский')
      
    Сделать утверждение для 3-й строки таблицы
      <таблица>
      
        Порода
        Происхождение
      
      
        Сиамский
        Таиланд
      
      
        Сфинкс
        Канада
      
      
        Персидский
        Иран
      
    
      
      г.в.get('tr').eq(2).should('contain', 'Канада')
      
    Индекс

    С конца

    Найти 2-й от последнего элемента среди элементов
      <ул>
      
  • полосатый
  • сиамский
  • персидский
  • сфинкс
  • бирманский
  •   cy.get('li').eq(-2).should('содержать', 'сфинкс')
      

    Правила

    Требования

    • .экв() требует привязки к команде, которая дает DOM элемент(ы).

    Утверждения

    • .eq() будет автоматически повторить попытку пока элемент(ы) существуют в DOM
    • .eq() будет автоматически повторить попытку пока все цепные утверждения прошли

    Время ожидания

    • .eq() может истечь время ожидания элемента(ов) для существуют в DOM .
    • .eq() может истечь время ожидания прохождения утверждений, которые вы добавили.

    Журнал команд

    Найти 4-й

  • в навигации

      cy.get('.left-nav.nav').find('>li').eq(3)
      

    Приведенные выше команды будут отображаться в журнале команд как:

    При нажатии на команду eq в журнале команд консоль выводит следующее:

    См. также

    Периодическая таблица элементов | Живая наука

    Периодическая таблица, также называемая периодической таблицей элементов, представляет собой упорядоченное расположение 118 известных химических элементов.Химические элементы расположены слева направо и сверху вниз в порядке возрастания атомного номера или числа протонов в ядре атома , что обычно совпадает с увеличением атомной массы.

    Горизонтальные строки в периодической таблице называются периодами, где каждый номер периода указывает количество орбиталей для элементов в этой строке, согласно Лос-Аламосской национальной лаборатории (открывается в новой вкладке). (Атомы имеют протоны и нейтроны в своем ядре, а вокруг него электроны расположены на орбиталях, где атомная орбиталь — это математический термин, описывающий местоположение электрона, а также его волнообразное поведение.)

    Например, период 1 включает элементы, которые имеют одну атомную орбиталь, на которой вращаются электроны; период 2 имеет две атомные орбитали, период 3 имеет три и так далее до периода 7. Столбцы или группы периодической таблицы представляют собой атомные элементы, которые имеют одинаковое количество валентных электронов, или те электроны, которые находятся на самой внешней орбитальной оболочке. . Например, все элементы группы 8A (или VIIIA) имеют полный набор из восьми электронов на орбитали с самой высокой энергией, согласно химику Уильяму Ройшу на его веб-странице в Мичиганском государственном университете (opens in new tab).Элементы, которые занимают один и тот же столбец в периодической таблице (называемые «группой»), имеют идентичные конфигурации валентных электронов и, следовательно, химически ведут себя одинаково. Например, все элементы группы 18 являются инертными газами, то есть они не реагируют ни с какими другими элементами.

    Родственный: Как сгруппированы элементы?

    Кто создал периодическую таблицу?

    Дмитрий Менделеев, русский химик и изобретатель, по мнению Королевского химического общества, считается «отцом» периодической таблицы (opens in new tab).В 1860-х годах Менделеев был популярным лектором в университете в Санкт-Петербурге, Россия. В то время не существовало современных учебников органической химии на русском языке, поэтому Менделеев решил написать один. По словам Академии Хана, работая над этой книгой под названием «Принципы химии» (два тома, 1868–1870 гг.), Он одновременно занимался проблемой неупорядоченных элементов (opens in new tab).

    (Изображение предоставлено: Oxford Science Archive/Print Collector/Getty Images)

    Расположить элементы в любом порядке оказалось бы довольно сложно.В то время было известно 63 химических элемента, атомный вес каждого из которых был рассчитан с использованием гипотезы Авогадро, согласно которой равные объемы газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое число молекул.

    В то время существовало всего две стратегии классификации этих элементов: разделение их на металлы и неметаллы или группировка по количеству валентных электронов элемента (или тех электронов, которые находятся на самой внешней оболочке). Первый раздел книги Менделеева касался только восьми известных элементов — углерода, водорода, кислорода, азота, хлора, фтора, брома и йода — и, по словам Майкла Д.Гордин в своей книге «Хорошо упорядоченная вещь: Дмитрий Менделеев и тень таблицы Менделеева» (Princeton University Press, Revised Edition 2018). Но их было недостаточно, чтобы с пользой отсортировать 55 дополнительных химических элементов, известных в то время.

    Итак, согласно Королевскому химическому обществу, Менделеев записал свойства каждого элемента на карточках, а затем начал упорядочивать их по возрастанию атомного веса. Именно тогда он заметил регулярное появление определенных типов элементов и заметил корреляцию между атомным весом и химическими свойствами.

    Но точно Эврика! Момент, который привел Менделеева к стратегии сортировки, позволившей создать его полную периодическую таблицу, окутан тайной. «Чрезвычайно трудно реконструировать процесс, посредством которого Менделеев пришел к своей периодической организации элементов по их атомному весу», — писал Гордин о полной периодической таблице. «Проблема с точки зрения историка заключается в том, что, хотя Менделеев хранил почти все документы и черновики, попадавшие ему в руки после того, как он верил, что станет знаменитостью, он не делал этого до того, как сформулировал периодический закон.

    Первая Периодическая таблица элементов Менделеева показана здесь. (Изображение предоставлено: Photo12/Universal Images Group через Getty Images) (открывается в новой вкладке)

    Гордин продолжил: признание важности атомного веса как хорошего классификационного инструмента для проекта периодической системы: либо он выписывал элементы в порядке их атомного веса в ряды и замечал периодическое повторение, либо он собирал несколько «естественных групп» элементов, таких как галогены и щелочные металлы, и заметил закономерность увеличения веса.Оказывается, единственное известное высказывание Менделеева, относящееся к его методу, относится к апрелю 1869 года; он писал, что «собрал тела с наименьшими атомными весами и расположил их в порядке возрастания их атомных весов», согласно методу Гордина. книга

    Каким бы ни был его ход мыслей, Менделеев в конечном счете расположил элементы в соответствии как с атомным весом, так и с валентными электронами.Он не только оставил место для еще не открытых элементов, но и предсказал свойства пяти из этих элементов и их соединений.В марте 1869 года он представил находки Русскому химическому обществу. Позже в том же году его новая периодическая система была опубликована в виде реферата в немецком периодическом издании по химии Zeitschrift fϋr Chemie (opens in new tab) (Journal of Chemistry), согласно University of California, San Diego (opens in new tab). вкладку).

    Чтение периодической таблицы

    Периодическая таблица содержит огромное количество информации: 

    Атомный номер: Количество протонов в ядре атома называется атомным номером этого элемента.Количество протонов определяет, какой это элемент, а также определяет химическое поведение элемента. Например, атомов углерода всегда имеют шесть протонов; атомов водорода всегда имеют один; а атомов кислорода всегда имеют восемь. Различные версии одного и того же элемента, называемые изотопами, могут иметь разное количество нейтронов; также элемент может приобретать или терять электроны, чтобы стать заряженными, и в этом случае они называются ионами.

    Атомный символ: Атомный символ (или символ элемента) представляет собой аббревиатуру, выбранную для обозначения элемента («C» для углерода, «H» для водорода и «O» для кислорода и т. д.).). Эти символы используются на международном уровне и иногда являются неожиданными. Например, символ вольфрама — «W», потому что другое название этого элемента — вольфрам. Кроме того, атомный символ золота — «Au», потому что слово «золото» на латыни — «aurum».

    Атомная масса: Стандартная атомная масса элемента – это средняя масса элемента, выраженная в атомных единицах массы (а.е.м.). Несмотря на то, что каждый атом имеет примерно целое число атомных единиц массы, вы заметите, что атомная масса в периодической таблице является десятичной; это потому, что это число представляет собой средневзвешенное значение различных встречающихся в природе изотопов элемента на основе их распространенности.Изотоп — это разновидность элемента с другим числом нейтронов в ядре. (Чтобы рассчитать среднее количество нейтронов в элементе, вычтите количество протонов (атомный номер) из атомной массы.)

    Например, вот как можно рассчитать атомную массу углерода, который состоит из двух изотопа:

    Умножьте распространенность изотопа на его атомную массу:

    Углерод-12: 0,9889 x 12,0000 = 11,8668

    Углерод-13: 0,0111 x 13,0034 = 0,1443

    Затем сложите результаты:8668 + 0,1443 = 12,0111 = атомный вес углерода

    Атомная масса элементов 93-118: обилие, Лос-Аламосская национальная лаборатория (LANL) отметила . Для этих элементов атомный вес самого долгоживущего изотопа указан в периодической таблице, согласно Международному союзу теоретической и прикладной химии (IUPAC) — мировому авторитету в области химической номенклатуры и терминологии.Эти атомные веса следует считать предварительными, поскольку в будущем может быть получен новый изотоп с более длительным периодом полураспада (сколько времени требуется для разложения 50% этого элемента), согласно LANL

    Сверхтяжелые элементы, или те, у которых атомные номера выше 104, также попадают в эту неестественную категорию. Чем больше ядро ​​атома — которое увеличивается с увеличением количества протонов внутри — тем обычно более нестабилен этот элемент. Таким образом, согласно ИЮПАК, эти негабаритные элементы мимолетны, длятся всего миллисекунды, прежде чем распасться на более легкие элементы.Например, сверхтяжелые элементы 113, 115, 117 и 118 были проверены IUPAC в декабре 2015 года, заполнив седьмую строку или точку в таблице. Несколько разных лабораторий производили сверхтяжелые элементы. Атомные номера, временные названия и официальные названия:

    Как устроена Периодическая таблица?

    Водород делит свой единственный валентный электрон с одним из валентных электронов кислорода; когда два атома водорода образуют эти ковалентные связи с одним атомом кислорода, в результате получается h3O или вода.(Изображение предоставлено Encyclopaedia Britannica/UIG Via Getty Images) (открывается в новой вкладке)

    Периодическая таблица организована по атомному весу и валентным электронам. Эти переменные позволили Менделееву разместить каждый элемент в определенной строке (называемой периодом) и столбце (называемой группой). Таблица состоит из семи строк и 18 столбцов. Каждый элемент в одной строке имеет такое же количество атомных орбиталей (пространств, где существуют электроны), что и другие элементы в этой строке или периоде. Это означает, что все элементы третьего периода — натрий, магний, алюминий, кремний, фосфор, сера, хлор и аргон — имеют три атомные орбитали, на которых находятся их электроны.Между тем столбец или группа означает количество электронов в самой внешней оболочке атома; они называются валентными электронами, и это электроны, которые могут химически связываться с валентными электронами других элементов. Валентные электроны могут быть либо разделены с другим элементом, типом ковалентной связи, либо обменены в виде ионной связи, в соответствии с Lumen Learning (открывается в новой вкладке).

    Например, все элементы во втором столбце имеют два валентных электрона; в третьем столбце у них три валентных электрона.Есть некоторые исключения из этого правила для переходных элементов, которые заполняют более короткие столбцы в центре периодической таблицы. Эти переходные элементы

    Давайте рассмотрим пример: мы можем выбрать селена , который имеет атомный номер 34, что означает, что в нейтральном атоме селена всего 34 электрона. Этот неметалл находится в периоде 4, группе 6А. Это означает, что селен удерживает свои электроны на четырех атомных орбиталях и имеет шесть валентных электронов или шесть электронов на самой внешней орбитали.Вы также можете выяснить, сколько электронов находится на его первой, второй и третьей орбиталях: первая орбиталь может содержать максимум два электрона, а вторая имеет четыре суборбитали и, таким образом, может содержать в общей сложности восемь электронов. Третья оболочка атома, состоящая из девяти суборбиталей, может содержать максимум 18 электронов, согласно факультета химии и биохимии Университета штата Флорида (opens in new tab). Это означает, что селен имеет 2, 8, 18 и 6 электронов на первой, второй, третьей и четвертой атомной орбитали соответственно.

    Как сегодня используется периодическая таблица?

    Зная, что некоторые элементы, собранные вместе на столе, обладают определенными характеристиками и поведением, ученые могут выяснить, какие из них лучше всего подходят для определенных отраслей и процессов. Например, инженеры используют различные комбинации элементов в группах III и V таблицы для создания новых полупроводниковых сплавов, таких как нитрид галлия (GaN) и нитрид индия (InN), согласно Национального института стандартов и технологий (открывает в новой вкладке) (NIST).

    В общем, химики и другие ученые могут использовать таблицу, чтобы предсказать, как определенные элементы будут реагировать друг с другом. Щелочные металлы, например, находятся в первой колонке или группе таблицы и, как правило, имеют один валентный электрон и поэтому несут заряд +1. Этот заряд означает, что они «энергично реагируют с водой и легко сочетаются с неметаллами», — написала химик Энн Мари Хелменстайн на ThoughtCo. (opens in new tab) Магний, который находится в той же группе в таблице, что и кальций, становится полезным в составе сплавов для костных имплантатов, сообщает NIST.Поскольку эти сплавы являются биоразлагаемыми, они служат каркасом, а затем исчезают после того, как на структурах нарастает естественная кость.

    Дополнительный отчет Трейси Педерсен, автора Live Science

    Что такое матрица?

    Этот урок знакомит с матрицей — прямоугольным массивом, лежащим в основе матричная алгебра. Матричная алгебра довольно часто используется в расширенной статистике, в основном потому что это дает два преимущества.

    • Эффективные методы манипулирования наборами данных и решения наборов уравнения.

    Определение матрицы

    Матрица представляет собой прямоугольный массив чисел, расположенных в строки и столбцы. Массив чисел ниже является примером матрицы.

    Число строк и столбцов матрицы называется ее размер или его порядок . Условно, строки перечислены первыми; и столбцы, во-вторых. Таким образом, мы бы сказали, что размер (или порядок) приведенной выше матрицы равен 3 x 4, что означает, что она имеет 3 строки и 4 столбца.

    Числа, которые появляются в строках и столбцах матрицы, называются элементов матрицы.В приведенной выше матрице элемент в первом столбце первой строки — 21; элемент во втором столбец первой строки равен 62; и так далее.

    Матричное обозначение

    Статистики используют символы для идентификации матричных элементов и матриц.

    • Элементы матрицы. Рассмотрим матрицу ниже, в котором матричные элементы полностью представлены символами.

      По соглашению первый нижний индекс относится к номер строки; и второй нижний индекс, к номеру столбца.Таким образом, первый элемент в первой строке представлен А 1 1 . Второй элемент в первой строке равен представленный А 1 2 . И так далее, пока не дойдем до четвертого элемента во второй строке, которая представлена А 2 4 .
    • Матрицы. Существует несколько способов представления матрица символически. Простейший использовать жирный шрифт, например A , B , или С .Таким образом, A может представлять собой Матрица 2 x 4, как показано ниже.

      Другой подход к представлению матрицы A :

      A = [ A i j ] где i = 1, 2 и j = 1, 2, 3, 4 9000 — это матрица с 2 строками и 4 колонки. Фактические элементы массива не отображаются; они есть представлен символом A i j .

    Другие матричные обозначения будут вводиться по мере необходимости.Для описания всех матричных обозначений, используемых в этом руководстве, см. см. Приложение «Матричная нотация».

    Равенство матриц

    Чтобы понять матричную алгебру, нам нужно понять матричную равенство. Две матрицы равны, если все три из следующих условий встречаются:

    • Каждая матрица имеет одинаковое количество строк.
    • Каждая матрица имеет одинаковое количество столбцов.
    • Соответствующие элементы в каждой матрице равны.

    Рассмотрим три матрицы, показанные ниже.


    Если A = B , мы знаем, что x = 222 и у = 333; поскольку соответствующие элементы равных матриц также равны. И мы знаем, что матрица C не равно A или B , потому что C имеет больше столбцов, чем A или Б .

    Проверьте свои знания

    Задача 1

    Приведенные ниже обозначения описывают две матрицы — матрица A и матрица B .

    A = [ A i j ]

    где i = 1, 2, 3 и j = 1, 2 B верны?

    I.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.