Vad är Digital Circuit: Design och dess tillämpningar

Digitala kretsar eller digital elektronik är en gren av elektronik som hanterar digitala signaler för att utföra de olika uppgifterna för att möta olika krav. Ingångssignalen till dessa kretsar är av digital form, som representeras i 0: s och 1: s binära språkformat. Dessa kretsar är designade med hjälp av logiska grindar som AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR-grindar som utför logiska operationer. Denna representation hjälper kretsen att växla från ett tillstånd till ett annat för att ge exakt utgång. Digitala kretssystem är huvudsakligen utformade för att övervinna nackdelen med analoga system som är långsammare och utdata som erhålls kan innehålla ett fel.

Vad är en digital krets?

Definition : En digital krets är utformad med hjälp av ett antal logiska grindar på en enda integrerad krets - IC. Ingången till vilken digital krets som helst är i binär form '0's' och '1's'. Resultatet som erhålls vid bearbetning av rå digital data har ett exakt värde. Dessa kretsar kan representeras på två sätt antingen på ett kombinerat sätt eller ett sekventiellt sätt.

Grunderna för digital krets

Digital kretsdesign startades först med en design av reläer, senare vakuumrör, TTL Transistor-Transistor Logic , Emitter coupled logic, och CMOS-logik. Dessa konstruktioner använder ett stort antal logiska grindar som AND, OR, NOT, etc integrerade på en enda IC. Inmatningen och utmatningen av digitala data representeras i logisk sanningstabell och tidsdiagram.

Logisk nivå

Digital data representeras i ett logiskt format, det vill säga i “0” och “1” format. Där logik 0 representerar att signalen är låg eller 'GND' och logik1 representerar är signalen hög eller ansluten till 'VCC' -matning som visas nedan

Logisk nivå

Logisk sanningstabell

En logisk sanningstabell är en matematisk representation av prestanda för digital signal när den passeras genom den digitala kretsen. Tabellen består av tre kolumner, de är klockkolumnen, inmatningskolumnen och utgångskolumnen. Till exempel representeras INTE grindlogiktabellen enligt följande

Timing Diagram

Digital signalbeteende representeras i tidsdomänformat, till exempel om vi INTE anser att logisk grind sanningstabell visas tidsdiagrammet enligt följande när klockan är hög, ingången är låg då utgången blir hög. På samma sätt, när ingången är hög då blir utgången låg.

Timing Diagram

Gates

En logisk grind är en elektronisk komponent som implementeras med en boolesk funktion. Portar implementeras vanligtvis med hjälp av dioder, transistorer och reläer. Det finns olika typer av logiska grindar de är, OCH, ELLER, INTE, NANAD, NOR, XOR. Bland vilka AND, ELLER, INTE är basportar och NAND och NOR är universalporten. Låt oss betrakta OCH grindrepresentation som nedan, som har 2 ingångar och en utgång.

OCH Gate

Sanningstabellen för AND gate

Tidsdiagram för AND Gate

Det finns många sätt att konstruera en digital krets som antingen använder logiska grindar genom att skapa kombinationslogik, en sekventiell logisk krets eller genom en programmerbar logisk enhet som använder uppslagstabeller eller genom att använda en kombination av många IC, etc. Vanligtvis använder de är utformade med kombinations- och sekventiell kretsformat enligt nedan

Kombinationslogisk krets

Det är en kombination av olika logiska grindar som AND, OR, NOT. Utformningen av kombinationslogik görs på ett sådant sätt att utgången beror på nuvarande inmatning och logiken är oberoende av tiden. Kombinationella logiska kretsar klassificeras i tre typer, de är

Kombinationslogisk krets

• Aritmetiska och logiska funktioner: Adders, Subtraktorer , Jämförare , PLD: er
• Dataöverföringar: Multiplexers, Demultiplexers , Kodare, avkodare
• Kodomvandlare: Binär , BCD , 7-segment.

Sekventiell krets

Designen av sekventiell krets skiljer sig från kombinationskretsen. I en sekventiell krets beror utgångslogiken på både nuvarande och tidigare ingångsvärden. Den består också av ett minneselement som lagrar bearbetning och bearbetad data. Sekventiella kretsar klassificeras i två typer de är,

• Synkron krets
• Asynkron krets

Några av exemplen på sekventiella kretsar är flip flops, klockor , räknare , etc.

Sekventiellt kretsschema

Digital kretsdesign

Digitala kretsar kan utformas på följande sätt som de är

• Använda sekventiell systemrepresentation och kombinationssystemrepresentation
• Använda de matematiska metoderna genom att minska logiska redundansalgoritmer som K-Map , Boolesk algebra , QM-algoritm, binära beslutsdiagram etc.
• Använda dataflödesmaskiner som består av register och bussar eller tråd. Data kommuniceras mellan olika komponenter med bussar och register. Dessa maskiner är utformade med hjälp av hårdvarubeskrivningsspråk som VHDL eller Verilog .
• En dator är en allmänt ändamålslogikmaskin för registeröverföring som är utformad med hjälp av en mikroprogram och microsequencer-processor.

Digitala kretsdesignproblem

Eftersom de digitala kretsarna är uppbyggda med analoga komponenter som motstånd, reläer, transistorer, dioder, flip-flops etc. Det är nödvändigt att notera att dessa komponenter inte påverkar signalens eller datas beteende under digital kretsdrift. Följande är designproblem som vanligtvis observeras att de är,

• Problem som fel kan uppstå på grund av olämplig design av systemet
• En korrekt synkronisering av en annan klocksignal leder till metastabilitet i kretsen
• Digitala kretsar beräknar mer upprepade gånger på grund av hög ljudimmunitet.

Exempel på digitala kretsar

Följande är exempel på digitala kretsar

• Mobiltelefoner
• Radios
• Miniräknare etc.

Fördelar

Följande är fördelarna

• Noggrannhet och programmerbarhet är hög
• Lätt att spara digitala data
• Immun mot buller
• Många digitala kretsar kan integreras på en enda IC
• Mycket flexibel
• Hög tillförlitlighet
• En hög överföringshastighet
• Mycket säker.

Nackdelar

Följande är nackdelarna

• De fungerar endast på digitala signaler
• Förbrukar mer energi än analoga kretsar
• Värmeavledning är mer
• Hög kostnad.

Applikationer

Följande är applikationerna

• ADC - Analog till digital omvandlare
• DAC - Digital till analog omvandlare
• Signalgenerator
• CRO
• TILL smart kort , etc.

Vanliga frågor

1). Vad används digitala kretsar till?

Digitala kretsar används för att utföra booleska logiska operationer.

2). Hur fungerar digital krets?

Digital krets fungerar med diskreta signaler, som representeras i binär form av 0 och 1.

3). Vilka är de grundläggande komponenterna i den digitala kretsen?

De grundläggande komponenterna i de digitala kretsarna är flip-flops, dioder, transistorer, grindar etc.

4). Vad är en krets gjord av?

En elektronisk krets består av ett antal passiva och aktiva komponenter som är anslutna med ledande ledningar.

5). Nämn några exempel på aktiva och passiva komponenter?

• Exempel på aktiva komponenter är dioder, IC, triodvakuumrör etc.
• Exempel på passiva komponenter är motstånd, kondensator, induktor, transformator etc.

6). Varför använder vi ett motstånd i kretsar?

Vi använder ett motstånd i kretsen för att kontrollera strömflödet.

En elektronisk krets består av ett antal passiva och aktiva komponenter som är anslutna med ledande ledningar. De är två typer av kretsar de är analoga kretsar och digitala kretsar. Ingången till en analog krets är en kontinuerlig variabel signal som ger signalinformation som ström, spänning etc. Den digitala kretsingångssignalen är i ett diskret tidsdomänformat, vilket representeras i '0's' och '1's'. Den ger signalstyrka, brusförhållande, dämpning, etc. egenskaper hos en digital signal. Den största fördelen med att använda digitala kretsar är att de är lätta att implementera och förstå.