Логичко коло

Логичко коло или логичка врата – електронски склоп составен од прекинувачки елементи кој има барем еден влез и барем еден излез. Овие кола се користат за вршење пресметки во Буловата алгебра. Логичките кола можат да се конструираат од релеи, диоди или оптички елементи. Никола Тесла прв побарал патент за електромеханичко И (''AND'') логичко коло во 1899 година. Клод Шенон во 1937 година го вовел користењето на Буловата алгебра во анализата и дизајнот на прекинувачките кола. Валтер Боте, пронаоѓачот на т.н. „совпаѓачко коло“ добил дел од Нобеловата награда за физика во 1954 година, за првото електрично И коло направено во 1924 година.
1 Прекинувачки кола
Електронските прекинувачки кола се практични реализации на апстрактните Булови идеи.
Прв чекор во разбирањето на практичното коло е воспоставување врска меѓу апстрактните концепти „1“ и „0“ (или кое било име дадено за овие две состојби) и како се прикажани во реално аналогно коло. Вообичаено истите се претставени со различни напони иако понекогаш се претставуваат и сос различни јачини на струјата.
Референтната точка за напонот мора да биде одредена однапред, најчесто тоа е заземјувањето иако во некои случаи се користи и разликата во напон. Во случај кога како референтна точка се зема заземјувањето, распоните на дозволените напони мора однапред да се знаат. На пример во стандардот RS232, овие распони се од -15 до -3 V за логичка „1“ и од +3 до +15 V за логичка „0“.
Исто така мора да се одреди т.н. „логички поларитет“. На пример, најчесто при толкувањето на значењето прифатена е позитивната логика при која најголемиот напон ѝ е придружен на логичката единица. Транзисторско-транзисторската логика ја користи оваа позитивна логика. Од друга страна, претходно споменатиот стандард RS232 користи т.н. „негативна логика“.
2 Реализација на логичките кола
Логичките кола можат да се конструираат од релеи и прекинувачи. Иако полуспроводничката електронска логика е присутна во најголемиот број на примени, релеите и прекинувачите сè уште се користат во некои индустриски примени и во наставни цели. Во статијава, различните типови логички кола се илустрирани со цртежи на нивните релејни и прекинувачки конструкции, но треба да се има предвид дека електрично гледано тие се поинакви од нивните полуспроводнички еквиваленти.
Три основни типа логички кола реализираат три основни логички функции, а тоа се И (''AND''), ИЛИ (''OR'') и НЕ (''NOT'') коло. Со овие кола можно е да се конструираат други логички функции како што се НИ (''NAND''), НИЛИ (''NOR''), ЕКСИЛИ (''XOR'') и НЕКСИЛИ (''XNOR''). Овие кола не изгледаат логичен избор, но заради едноставната конструкција на сложени логички изрази некои од нив често се користат. НИ колото е наједноставно за реализација, со тоа коло се конструираат логички склопови кои содржат најмалку транзистори, а со самото тоа површините на полуспроводничките плочки од силициум се најмали. Со помош на НИ колото можно е да се конструира НЕ коло, па и И коло, а со примена на Де Моргановите правила и ИЛИ коло. Значи сите сложени логички кола (логички изрази) може да се реализираат со примена на само едно, НИ основно коло (основна функција). Таквиот начин обезбедува униформност и едноставност на логичкото проектирање, а програмибилните логички полиња (PLA) се реализирани баш така.
2.1 И коло
Прв пример е И колото, кое ја реализира логичката функција на „таблицата на вистинитоста“ прикажана на десната страна.
ВЛЕЗ, ИЗЛЕЗ
A, B, ''A'' И ''B''
0, 0, 0
1, 0, 0
0, 1, 0
1, 1, 1
Буловата И функција може да се имплементира со два редно врзани прекинувачи, ''A'' и ''B'', како што е прикажано на сликата лево. За колото да спроведува струја, двата прекинувачи (''A'' и ''B'') мора да бидат „вклучени“.
2.2 ИЛИ коло
Следно важно коло е ИЛИ колото кое ја реализира логичката функција на „таблицата на вистинитоста“ прикажана на десната страна.
ВЛЕЗ, ИЗЛЕЗ
A, B, ''A'' ИЛИ ''B''
0, 0, 0
1, 0, 1
0, 1, 1
1, 1, 1
ИЛИ колото е реализирано со два прекинувачи кои се во паралелна врска така што спроводливоста се обезбедува ако макар еден од прекинувачите ''A'' или ''B'' е вклучен.
3 Табела на логички операции
* Разни логички операции со еден или два влеза се прикажани во табелата.
4 Поврзано
* И врата
* ИЛИ врата
* НИ врата
* НИЛИ врата
* ЕКСИЛИ врата
* ЕКСНИЛИ врата
* НЕ врата