Osnovi elektronike

11. Digitalna elektronska kola
Digitalna elektronska kola predstavljaju najčešće korišćena kola u savremenoj elektronici
jer se koriste ne samo u računarima već i u uređajima za komunikacije, upravljanje, u
instrumentaciji, pa i u uređajima za domaćinstvo. Na njihovu rasprostranjenost najviše je uticala
mogućnost realizacije vrlo složenih kola u integrisanoj tehnologiji što je dovelo do velikog
snižavanja cene uređaja. Za proteklih četrdeset godina, broj komponenata u jednom digitalnom
integrisanom kolu se udvostručavao svake godine, tako da najsloženija savremena digitalna kola
imaju nekoliko desetina miliona tranzistora. Istovremeno se povećavala i radna učestanost
tranzistora, tako da najbrža savremena digitalna kola rade na taktu od nekoliko GHz. Ovaj trend
povećanja broja komponenata u integrisanom kolu i povećanja radne učestanosti se nastavlja i
sigurno će trajati narednih desetak godina. Da bi se mogao pratiti ovaj brzi razvoj, potrebno je
imati osnovno razumevanje funkcionisanja kola savremene digitalne elektronike, bez obzira na
to da li će se neko baviti samim projektovanjem kola ili projektovanjem složenih tehnoloških
sistema. Zbog toga će u narednom izlaganju biti napravljen uvod u digitalna kola i njihovu
primenu, sa posebnim naglaskom na MOSFET realizacije.
11.1 Analogni i digitalni signali i kola
Uobičajeni termin za signal koji je kontinualan u vremenu i po amplitudi je analogni
signal. Kola koja operišu sa analognim električnim signalima kao što su pojačavači, sinusoidalni
oscilatori, aktivni filtri, ... , su analogna kola.
Jednu važnu klasu analognih signala predstavljaju impulsni signali. Naime, brzina
promene analognih signala teorijski nije ograničena. Impulsni signali imaju osobinu da se mogu
naglo menjati. U idealnom slučaju ta promena može biti obavljena u beskonačno kratkom
vremenskom intervalu. U praksi, brzina promene ograničena je brzinom prelaznih procesa kod
komponenata kola. Dakle, impulsni signali su kontinualni u vremenu, ali im se amplituda može
naglo menjati, pa signal u nekim slučajevima ne može imati bilo koju amplitudu iz dozvoljenog
intervala. Primeri impulsnih signala su periodične ili aperiodične povorke pravougaonih,
testerastih ili trougaonih impulsa, razne stepenaste funkcije, itd. Kola koja generišu ili obrađuju
impulsne signale su impulsna kola. Najvažnije klase impulsnih kola su multivibratori (generatori
impulsa i povorki impulsa), flipflopovi, komparatori, tajmeri, generatori linearnih napona i
struja, itd.
Digitalni signali su jedna uža klasa impulsnih signala koji imaju mali broj dozvoljenih
amplitudskih nivoa. Najčešće se koriste binarni digitalni signali, gde su definisana samo dva
različita naponska nivoa. Šta više, zbog neizbežnih tolerancija komponenata i napona napajanja,
obično se umesto naponskih nivoa definišu naponski opsezi koji se interpretiraju kao logička
jedinica i logička nula kao na slici 11.1. Naponski opsezi koji definišu logičku nulu i logičku
jedinicu razdvojeni su prelaznom zonom u kojoj se nalaze signali koji ne predstavljaju ni logičku
nulu ni logičku jedinicu, pa prema tome nisu dozvoljeni u normalnom radu digitalnog kola.
Na slici 11.1 nivo (opseg) logičke jedinice viši je od nivoa logičke nule. Takav sistem se
naziva pozitivna logika. Naravno, moguće je logičkom jedinicom označiti niži nivo, a logičkom
nulom viši nivo, čime se dobija negativna logika. Danas je sistem pozitivne logike dominantan u
praktičnoj upotrebi.
96