Шаг за шагом. Транзисторы - [109]

В правой части рис. 121 приведена упрощенная схема блока безопасности, которая, по сути дела, производит подобные «рассуждения».

Рис. 121.Логические элементы «и», «или», «не» широко используются в автоматике.

Через этот блок подается питание на двигатель лифта. Первые три верхних (по схеме) выключателя выполняют операцию «и» — цепь будет замкнута только в том случае, если замкнут и первый, и второй, и третий выключатель. Если хотя бы один из них разомкнут, то включение двух других не имеет смысла.

Следующая группа выключателей, связанная с кнопками этажей, тоже участвует в операции «и», но внутри этой группы выполняется операция «или»: цепь будет замкнута, если замкнут или первый, или второй, или третий выключатель этой группы, то есть независимо от того, на какой этаж осуществляется подъем.

Наконец, последний выключатель, предохраняющий двигатель от перегрузки, выполняет операцию «не». По сравнению со всеми остальными выключателями он «действует наоборот».

Если все выключатели для нормальной работы должны быть замкнутыми, то выключатель, выполняющий операцию «не», должен быть разомкнутым. В противном случае он просто замкнет двигатель накоротко, и тот, конечно, работать не будет (что касается автоматики лифта, то это не реальный, надуманный пример, нужный лишь для того, чтобы пояснить работу схемы «не»).

Знакомство со схемой блокировки лифта у некоторых из вас наверняка вызовет недовольство. Стоит ли такие простые схемы и такие простые операции связывать со столь сложным и высоким понятием, как «логические рассуждения»?

Начав подробно разбираться в этом вопросе, мы автоматически включились бы в философскую дискуссию о возможностях мозга и машины, в дискуссию, которая не затихает вот уже лет двадцать. Конечно, было бы интересно поспорить на эту тему, но мы не можем позволить себе подобную роскошь.

Философская дискуссия может отвлечь нас от намеченной цели — от создания переключателя елочных гирлянд. Поэтому вместо подробного общего ответа на поставленный вопрос мы сделаем лишь два коротких конкретных замечания.

Утром, перед тем как уйти в школу, вы также наверняка проделываете логические операции «блокировки». Вы отправляетесь в путь лишь в том случае, если надеты и рубашка, и брюки, и туфли, и носки (как правило, безразлично, какие у вас носки: или синие, или черные, или коричневые), если вложены в портфель и книги, и тетради, и карандаши. Вы уйдете в школу лишь в том случае, если свет не горит, газ не включен и дело происходит не в воскресенье. Как видите, ваши логические рассуждения в этом случае очень напоминают те «рассуждения», которые выполняет блок безопасности рядового лифта. Так почему же в одном случае слово «рассуждения» принято писать в кавычках, а в другом случае — без них?

И второе замечание: элементы «и», «или» и «не» в нашем примере выполняли довольно простую совместную операцию потому, что они входили в довольно простую схему. В сложных схемах такие элементы могут проводить длинные и очень запутанные логические «рассуждения», выполняя для принятия окончательного решения многие тысячи взаимосвязанных логических операций. Даже ненамного усложнив схему блокировки лифта, ненамного увеличив число логических элементов, можно построить такой, например, автомат, который будет играть в известную игру «крестики и нолики». И при этом никогда не будет проигрывать.

Логические элементы могут быть основаны на самых разных физических процессах. Это могут быть и гидравлические системы — трубы с заслонками, и уже знакомые нам выключатели и схемы, состоящие из реле, диодов или транзисторов (рис. 121).

Чтобы получить транзисторную схему «или», нужно запереть транзистор сравнительно небольшим напряжением, чтобы любой попадающий на его вход импульс отпирал триод. Если при этом подавать импульсы от двух источников, то такая схема выполнит с этими импульсами операцию «или». На выходе транзистора — на эмиттерной нагрузке R_н— будет появляться выходной сигнал или под действием входного сигнала U_вх-1 или под действием входного сигнала U_вх-2.

Для получения схемы «и» нужно подать на базу такое запирающее смещение, чтобы один импульс не мог открыть транзистор и чтобы для его отпирания понадобилось совместное действие и напряжения U_вх-1, и напряжения U_вх-2. Наконец, схему «не» можно получить, если включить нагрузку не в эмиттерную цепь, как в двух предыдущих схемах, а в коллекторную. При этом увеличение «минуса» на базе будет приводить к уменьшению «минуса» на коллекторе. То есть, по сути дела, схема в ответ на импульс напряжения будет реагировать понижением напряжения.

Одна из самых важных схем электронной автоматики — это так называемый триггер (рис. 122), который осуществляет деление на два.

Рис. 122.Триггер, переходя из одного устойчивого состояния в другое, может выполнять операцию «деление на два».

Триггер широко используется в вычислительных машинах, и различные сочетания триггеров позволяют производить самые различные математические операции, такие, как сложение, умножение, возведение в степень, извлечение корня, логарифмирование и др.