انواع الخرج في البوابات المنطقية
هو شكل الدائرة التى تعطي البوابة القدرة على إخراج القيم (0 , 1) ؛وهذا الشكل
للدائرة ليس شكلا واحد ولكنه مختلف من بوابة لأخرى؛ومن المهم معرفة شكل الدائرة
حتى يمكننا توقع الخرج للبوابة؛ينقسم الخرج للبوابات المنطقية إلى قسمين خرج
لعائلة TTL وخرج لعائلة COMS.
هناك ثلاث انواع لخرج عائلة TTL
هو عبارة عن 2 ترانزستور ودايود وهو نوع الخرج المعتاد لأغلب البوابات والتي يعطيها القدرة على إخراج كلا من القيم(0,1).
وللتوضيح اكثر لو نظرنا إلى الشكل السابق نجد أن الخرج تم التعبير عنه ب Y حتي يكون الخرج يساوي (0) يأخذها من الارضيGround ولذلك لابد أن يكون الترانزستور Q3 في حالة ON بينما الترانزستور Q4 يكون في حالة OFF ويكون مصدر التيار من الخارج إلى الأرضي ويجب أن يكون هذا التيار عند الحد الذي يسمح به الترانزستورQ3 حتى لا يتلف عند مرور تيار أعلى من قدرته ويطلق عليها I OL ؛وحتى يكون الخرج Y يساوي (1) يأخذها من VCC الذي يمر عبر المقاومة ثم إلى الترانزستور Q4 الذي يكون في حالة ON بينما الترانزستور Q3 يكون في حالة OFF ويكون مصدر التيار من VCC إلى الخرج ويطلق عليها I OH ولابد أن يكون التيار عند الخرج موصل بحمل لديه القدرة على العمل عند هذا التيار لأن لو كان الحمل قادر على سحب تيار أعلى من الممكن أن يعرض الترانزستور للتلف (يحترق) .
ماذا يحدث عند وصل خرجين من نوع Totem Pole ؟
نفترض أن لديك أربع بوابات لكل واحدة خرج موصلين معا ومن المفترض أن يرسلوا لنفس الخط (السلك) حتي يتم إرساله إلى منطقة أخرى؛وإذا كانت بوابتين كان الخرج لهما (1) واحد البوابات الاخرى كان الخرج لها (0) وبالتالى الخرج (1) يساوي 5 فولت هيجد سلك للأرضي (هو خرج البوابة 0) فبالتالى يحدث Short circuit للدائرة.
وللتوضيح اكثر نفترض أن لدينا بوابتين هما GATE A يكون الخرج لها يساوي (1) وبوابة GATE B يكون الخرج لها يساوي (0)؛يكون مصدر التيار في البوابة GATE A من المصدر VCC ويمر عبر مقاومة صغيرة وترنزستور ثم دايود ثم إلى الخرج Y A ليجده موصل بالأرضي وبهذا نكون قد عملنا مرور تيار عالي إتلاف البوابة إحدى البوابتين أو من الممكن إتلاف البوابتين معا.
عيوب ومميزات الخرج من نوع Totem Pole
أولا:انواع الخرج في عائلة TTL
هناك ثلاث انواع لخرج عائلة TTL
- النوع الأول Totem Pole
- النوع الثاني Open Collector
- النوع الثالث Tri State
الخرج من نوع Totem Pole
 |
| الخرج من نوع Totem Pole |
هو عبارة عن 2 ترانزستور ودايود وهو نوع الخرج المعتاد لأغلب البوابات والتي يعطيها القدرة على إخراج كلا من القيم(0,1).
وللتوضيح اكثر لو نظرنا إلى الشكل السابق نجد أن الخرج تم التعبير عنه ب Y حتي يكون الخرج يساوي (0) يأخذها من الارضيGround ولذلك لابد أن يكون الترانزستور Q3 في حالة ON بينما الترانزستور Q4 يكون في حالة OFF ويكون مصدر التيار من الخارج إلى الأرضي ويجب أن يكون هذا التيار عند الحد الذي يسمح به الترانزستورQ3 حتى لا يتلف عند مرور تيار أعلى من قدرته ويطلق عليها I OL ؛وحتى يكون الخرج Y يساوي (1) يأخذها من VCC الذي يمر عبر المقاومة ثم إلى الترانزستور Q4 الذي يكون في حالة ON بينما الترانزستور Q3 يكون في حالة OFF ويكون مصدر التيار من VCC إلى الخرج ويطلق عليها I OH ولابد أن يكون التيار عند الخرج موصل بحمل لديه القدرة على العمل عند هذا التيار لأن لو كان الحمل قادر على سحب تيار أعلى من الممكن أن يعرض الترانزستور للتلف (يحترق) .
ماذا يحدث عند وصل خرجين من نوع Totem Pole ؟
 |
| ماذا يحدث عند وصل خرجين من نوع Totem Pole ؟ |
نفترض أن لديك أربع بوابات لكل واحدة خرج موصلين معا ومن المفترض أن يرسلوا لنفس الخط (السلك) حتي يتم إرساله إلى منطقة أخرى؛وإذا كانت بوابتين كان الخرج لهما (1) واحد البوابات الاخرى كان الخرج لها (0) وبالتالى الخرج (1) يساوي 5 فولت هيجد سلك للأرضي (هو خرج البوابة 0) فبالتالى يحدث Short circuit للدائرة.
وللتوضيح اكثر نفترض أن لدينا بوابتين هما GATE A يكون الخرج لها يساوي (1) وبوابة GATE B يكون الخرج لها يساوي (0)؛يكون مصدر التيار في البوابة GATE A من المصدر VCC ويمر عبر مقاومة صغيرة وترنزستور ثم دايود ثم إلى الخرج Y A ليجده موصل بالأرضي وبهذا نكون قد عملنا مرور تيار عالي إتلاف البوابة إحدى البوابتين أو من الممكن إتلاف البوابتين معا.
عيوب ومميزات الخرج من نوع Totem Pole
يعطي تيار مناسب للخرج في الاحتمالين (0 ,1) مما يسمح لنا بتشغيل أحمال في الاحتمالين بدون مشاكل.
له سرعة عالية في الخرج والتحول من ON إلى OFF .
ولكن يعيبه مرور تيار عالى يعمل على إتلاف البوابة عند إيصال خرجين من نوع Totem Pole(متعارضين في الخرج).
الخرج من نوع Open Collector
 |
| الخرج من نوع Open Collector |
هو نوع قادر على إعطاء القيمة (0) فقط للخرج ولا يستطيع ان يكون الخرج (1)؛وهو عبارة عن ترانزستور Q3 موصل بالأرضي ولذلك يكون الخرج (0) فقط ؛وبناء على ذلك يكون الخرج Y يساوي (0) عند عمل الترانزستور أما عند عدم عمل الترانزستور تصبح Y ليس لها قيمة ولا 0 ولا 1 Floating ويتم وصف الخرج Y بأنه بينه وبين دائرة البوابة Open circuit وهو بذلك يعطي مقاومة عالية في حالة عدم إعطائه القيمة (0).
حتي يمكنك الحصول على قيمة خرج تساوي (1) يجب وصل الخرج بمقاومة (Pull up resistor) تعمل هذه المقاومة على رفع الجهد قليلا حتى يصبح قريب ل 5 فولت وبالتالي نحصل على خرج يساوي (1).
هل يمكن وصل اكثر من بوابة بخرج من نوع Open Collector مع بعض ؟
 |
| وصل اكثر من بوابة بخرج من نوع Open Collector مع بعض |
بالطبع يمكن وصل اكثر من بوابة بخرج من نوع Open Collector مع بعض حيث انه في حالة أن كان خرج البوابتين 0 سوف يكون الخرج Y يساوي 0 وفي حالة ان البوابتين Open circuit سوف يكون الخرج Y يساوي 1 ويحصل عليه من VCC و المقاومة (Pull up resistor)؛بينما لو تعارض قيمة الخرج للبوابتين كانت أحدهما قيمة الخرج لها0 والاخرى Open circuit تكون قيمة الخرج Y تساوي 0 حيث أن التعارض لا يؤثر على قيمة الخرج.
مميزات الخرج من نوع Open Collector
يمكن ان يشغل أحمال بتيارات أعلى من المعتاد مثل الريلاي الذي يعمل عند 12 فولت يمكن الحصول عليه من VCC واستبدال المقاومة (Pull up resistor) ب ريلاي ولكن حتى يعمل الريلاي يجب ان يكون الطرف الاخر موصل بالأرضي ولذلك تكون البوابة الخرج لها تساوي 0 موصلة بالأرضي.
يمكن أن تحصل على جهود أكبر من 5 فولت في حالة أن الخرج للبوابة لا يساوي 0 حيث انها تكون في هذه الحالة Open circuit.
ملاحظة
هناك بعض البوابات التي يكون الخرج لها من النوع Open Collector في التركيب الداخلي لها دائرة موصلة ب VCC ثم دايود مما يجعلها عند التطبيق العملي لها ليست Open Collector كامل فنجد مثلا عند توصيل الخرج بمجموعة من الليدات تعمل في كلا الاحتمالين عندما يكون الخرج يساوي (0) وأيضا عندما يكون الخرج غير معروف Open circuit.
الخرج من نوع Tri State
 |
| الخرج من نوع Tri State |
وهو نوع قادر على إعطاء 0 أو Open circuit أو 1 حسب الطلب (التمكين من عدمه)؛نجد ان كلمة Tri تعني ثلاثي فنجد أن هذا النوع من البوابات له ثلاث أطراف Input وOutput و Enable ويعمل الطرف Enable في حالتين إذا كان يساوي 1 يكون زي مفتاح مغلق closed switch وهذا معناه عمل البوابة كالمعتاد لها يكون الخرج إما 1 أو 0 دون التأثير عليها؛أما إذا كان الطرف Enable يساوي 0 يكون زي مفتاح مغلق open switch هذا معناه أن البوابة تكون في حالة Open circuit ويكون الخرج غير معروف.
هل يمكن وصل اكثر من بوابة بخرج من نوع Tri State مع بعض ؟
 |
| وصل اكثر من بوابة بخرج من نوع Tri State مع بعض |
يمكن وصل اكثر من بوابة بخرج من نوع Tri State مع بعض ولكن يجب الحصول على الخرج من كل بوابة على التوالي مع البوابات الأخرى وبعد الحصول على الخرج نعمل للبوابة عدم التمكين (Enable=0) حتى نحافظ على جميع البوابات.
ثانيا:انواع الخرج في عائلة COMS
 |
| انواع الخرج في البوابات المنطقية لعائلة COMS |
هناك نوع واحد من الخرج في عائلة COMS يشبه نوع الخرج Totem Pole حيث أننا نجده مكون من تراستورين من نوع موسفت عندما يعمل الترانزستور Q1 في حالة ON بينما الترانزستور Q2 يكون في حالة OFF وبالتالي يكون الخرج يساوي (1)؛بينما عندما يكون الترانزستور Q2 في حالة ON بينما الترانزستور Q1 يكون في حالة OFF يكون الخرج يساوي (0).
المصادر
الالكترونيات الرقمية:انواع الخرج في البوابات المنطقية
دورة الالكترونيات الرقمية للمهندس وليد عيسى.