Kombinasyonel Mantık Devreleri / Combinational Logic Circuits

Sayısal devreler, günümüzde kendilerine özgün gerilim seviyeleri kullanan devrelere denmektedir. Bu devreleri analiz ederken bildiğimiz gibi boole cebrini sıkça kullanmaktayız. Bu sebepten ötürü önceki serilerimizde boole cebrini detaylı işledik. Yani kısacası bu konuya başlamadan önce o serimize de göz atmanızı önermekteyiz. Bu sayede kombinasyonlu mantık devrelerini işlerken de bir zorluk çekmeyeceksinizdir.

Kombinasyonel mantık devrelerinin çıkışları, herhangi bir zamanda mevcut giriş durumlarının mantıksal durumu olan mantık “0” veya mantık “1” ile belirlenmektedir.

Sonuç olarak kombinasyonel mantık devrelerinin geri bildirimi yoktur. Girişlerine uygulanan sinyallerdeki herhangi bir değişiklik çıkışta hemen bir etkiye sahip olacaktır. Başka bir deyişle bir Kombinasyonel mantık devresinde, çıkış her zaman girişlerinin kombinasyonuna bağlıdır. Yani buradan anlıyoruz ki kombinasyonel mantık devreleri hafızasızdır.

Kombinasyonel Mantık Devreleri / Combinational Logic Circuits

Kombinasyonel Mantık Devreleri
Kombinasyonel Mantık Devreleri

Kombinasyonel mantık devreleri, daha karmaşık anahtarlama devreleri üretmek için “birleştirilen” veya birbirine bağlanan temel mantık NAND, NOR, NOT kapılarından oluşmaktadır. Bu mantık kapıları, kombinasyonel mantık devrelerinin yapı taşlarıdır. Kombinasyon devresinin bir örneği, girişinde bulunan ikili kod verilerini, çıkışında eşdeğer bir ondalık kod üreten bir dizi farklı çıkış hattına dönüştüren bir kod çözücüdür.

Kombinasyonel mantık devreleri çok basit veya çok karmaşık olabilmektedir. Herhangi bir kombinasyonel devre, “evrensel” kapılar olarak sınıflandıran NAND ve NOR kapıları ile kolayca oluşturulabilmektedir,

Bir kombinasyonel mantık devresinin işlevini belirtmenin üç ana yolu şunlardır:

  1. Boole cebri – Her bir giriş değişkeni için mantık devresinin çalışmasını gösteren cebirsel ifadeyi oluşturmaktadır. Bu da mantık “1” çıkışı ile sonuçlanan doğru veya yanlıştır.
  2. Doğruluk tablosu – Doğruluk tablosu, bir mantık kapısının işlevini, kapının her olası giriş kombinasyonu için tüm çıkış durumlarını tablo biçiminde gösteren kısa bir liste sağlayarak tanımlamaktadır.
  3. Mantık diyagramı – Mantık devresini uygulayan belirli bir grafik sembolle temsil edilen her bir mantık kapısının kablolarını ve bağlantılarını gösteren bir mantık devresinin grafiksel bir temsilidir.

Mantık devresi temsillerinin üçü de aşağıda gösterilmiştir.

Kombinasyonel Mantık Devreleri
Mantık devresi temsilleri

Kombinasyonel mantık devreleri, tek tek lojik kapılardan oluşur. İstenen bir uygulamayı gerçekleştiren bireysel mantık kapılarından oluşan ortak kombinasyon devreleri arasında Çoklayıcılar, kodlayıcılar, kod çözücüler, tam ve yarım toplayıcılar vb. bulunmaktadır.

Kombinasyonel Mantığın Sınıflandırılması

Kombinasyonel mantığın en yaygın kullanımlarından birkaçı Çoklayıcı ve Demultiplexer tipi devrelerdir. Ortak bir sinyal hattına birden fazla giriş veya çıkış bağlanır. Tek bir veri giriş veya çıkış anahtarını seçmek için mantık kapıları kullanılır.

Bir Çoklayıcı iki ayrı bileşenden, bir mantık kod çözücüsünden ve katı hal anahtarlardan oluşmaktadır, Ancak çoklayıcıları, kod çözücüleri daha ayrıntılı olarak tartışmadan önce bu cihazların “katı hal anahtarlarını” tasarımlarda nasıl kullandıklarını anlamamız gerekmektedir.

Katı Hal Anahtarlar

Transistörlerden oluşan standart TTL mantık cihazları, sinyal akımlarını sadece bir yönde geçirebilir. Bu da onları “tek yönlü” cihazlar ve geleneksel elektro-mekanik anahtarların veya rölelerin zayıf taklitleri haline getirir. Bununla birlikte, FET’lerden oluşan bazı CMOS anahtarlama cihazları, katı hal anahtarları olarak kullanım için ideal hale gelen mükemmel “çift yönlü” anahtarlar olarak işlev görmektedir.

Katı hal anahtarları çeşitli tip ve derecelerde karşımıza çıkmaktadırlar. Katı hal anahtarlarını kullanmak için birçok farklı uygulama vardır. Temel olarak anahtarlama uygulamaları için 3 farklı ana gruba ayrılabilmektedirler. Bu kombinasyonel mantık bölümünde sadece analog anahtar tipine bakacağız.

Katı Hal Anahtarı Uygulamaları

  • Analog anahtarlar – Veri anahtarlama ve iletişim, Video ve ses sinyali anahtarlama, enstrümantasyon ve proses kontrol devrelerinde kullanılmaktadır.
  • Dijital anahtarlar – Yüksek hızlı veri iletimi, anahtarlama ve sinyal yönlendirme, Ethernet, LAN, USB ve seri yayınlar vb. alanlarda kullanılmaktadır.
  • Güç anahtarları – Güç Kaynakları ve genel” bekleme gücü ” anahtarlama uygulamaları, daha büyük voltaj ve akımların değiştirilmesi vb. alanlarda kullanılmaktadır.

Analog Çift Taraflı Anahtarlar

Analog anahtarlar, açık “durumdayken veri veya sinyal akımlarını değiştirmek ve” kapalı ” durumdayken bunları engellemek için kullanılan türlerdir. “Açık” ve “kapalı” durumu arasındaki hızlı geçiş genellikle anahtarın kontrol kapısına uygulanan bir dijital sinyal ile kontrol edilir. İdeal bir analog anahtar, “açık” (veya kapalı) olduğunda sıfır dirence ve “kapalı” (veya açık) olduğunda sonsuz dirence sahiptir.

Katı Hal Analog Anahtarı

Kombinasyonel Mantık Devreleri
Katı Hal Analog Anahtarı

Bir N-kanallı MOSFET’İ bir P-kanallı MOSFET ile paralel olarak bağlayarak, sinyallerin her iki yönde de geçmesine izin verir. Bu da onu “çift yönlü” bir anahtar haline getirmektedir. N-kanallı veya P-kanallı cihazın daha fazla sinyal akımı taşıyıp taşımadığı, giriş ile çıkış voltajı arasındaki orana bağlı olacaktır. İki MOSFET, iki dahili ters çevirmeyen ve ters çevirmeyen amplifikatör tarafından “açık” veya “kapalı” olarak değiştirilir.