Понятие о переключательных схемах и технической реализации переключательных функций

 

Исторически первое практическое применение теория переключательных функций нашла в так называемых переключательных схемах (ПС, контактных схемах). Такие схемы построены на механических переключателях и реле (дистанционных переключателях), содержащих контакты двух типов: замыкающие, обозначаемые: .

и размыкающие, обозначаемые: .

При этом параллельное соединение контактов соответствует дизъюнкции, а последовательное – конъюнкции.

Например, переключательная схема, реализующая импликацию х₁®х₂ имеет вид рис. 29.

Такая схема приводит ток, если х₂ замкнут (сработал), или х₁ замкнут (не сработал).

Рис. 29. Переключательная схема, реализующая импликацию х₁®х₂

 

Переключательная реализация функции  имеет вид рис. 30.

Рис. 30. Переключательная реализация

 

Предполагается, что контакты срабатывают, когда подается напряжение на обмотки соответствующих реле, не изображенных на рис. 29-30 или нажимаются соответствующие кнопки, включаются соответствующие тумблеры и т.д.

Иногда с целью упрощения переключательные схемы изображают в виде только символов контактов (рис. 31).

Рис. 31. Упрощенная переключательная схема эквиваленции х₁«х₂

 

Таким образом, каждой такой последовательно-параллельной схеме можно поставить в соответствие некоторую логическую функцию (формулу логики).

Переключательная схема – схема из замыкающих, размыкающих и переключающих контактов показана на рис. 32.

Рис. 32. Переключательная схема

 

Последовательно-параллельная контактная схема соответствует конкретной ПФ.

Упрощенная ПС изображается в символах переменных (рис. 33).

Рис. 33. Упрощенная переключательная схема

 

Применяя равносильные преобразования ПФ, которые рассматриваются далее, можно упрощать ПС, уменьшая число контактов.

Возможна реализация ПФ схемами из функциональных элементов, программно. Техническая реализация базисных логических функций может быть основана на использовании различных физических явлений, например, базисы И-НЕ, ИЛИ-НЕ – явлений в полупроводниках, импликация – магнитных явлений.

В ряде случаев используются пневматическая реализация (струйные элементы), гидравлическая реализация, оптическая реализация.

Переключательные (логические) элементы изображают в виде прямоугольников, в которых инверсные входы и выходы изображают в виде кружков, а символы логических операций указывают в верхней части прямоугольника. Это условное графическое обозначение логических элементов (рис. 34).

Рис. 34. Условное графическое обозначение логических элементов

по стандарту РФ

Путем соединения логических элементов получают схему, реализующую требуемую логическую функцию в виде суперпозиции базисных функций, каждая из которых реализуется определенным логическим элементом.

В электронных приборах конъюнкция и дизъюнкция реализуются соответственно последовательным и параллельным соединением ключевых полупроводниковых элементов, отрицание – включением нагрузки в коллекторную цепь транзистора [9]. Так, переключательная функция  реализуется, как показано на рис. 35.

Рис. 35. Реализация ПФ транзисторной схемой

 

Здесь кружки – это транзисторы, то есть элементарные бесконтактные переключатели (ключи), прямоугольники – это резисторы. На один из полюсов схемы подается напряжение питания, на другой «ноль вольт».

Реализация импликации может быть основана на использовании магнитных процессов. Представление функции  в виде суперпозиции операций ® выглядит следующим образом:

Переключательные схемы и схемы из функциональных элементов реализуют так называемые конечные автоматы, о которых речь будет идти в дальнейшем.