Układ logiczny (wejście stan S1, wyjście stan LED1) działający zgodnie ze schematem realizuje funkcję
A. negacji.
B. sumy logicznej.
C. dysjunkcji.
D. koniunkcji.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2020 (arkusz EE.13-SG-20.06).
W tym układzie logicznym mamy do czynienia z funkcją negacji, czyli odwracania sygnału. Gdy przycisk S1 jest rozwarty (czyli nie wciśnięty), obwód dla prądu płynącego przez LED1 oraz R1 jest zamknięty i dioda świeci – to jest logiczna jedynka na wyjściu (LED1). Natomiast jeśli S1 zostanie wciśnięty, zwarcie powoduje, że prąd płynie inną drogą, z pominięciem diody LED1, więc ta gaśnie – na wyjściu pojawia się logiczne zero. Tak właśnie działa bramka NOT, inaczej negator – zamienia wejście na przeciwny sygnał na wyjściu. Praktyczne zastosowanie takiego układu można spotkać nawet w prostych alarmach, gdzie np. otwarcie drzwi (przerwanie obwodu) uruchamia sygnał dźwiękowy lub świetlny. W branży automatyki, sterowania, czy nawet w prostych zastosowaniach domowych, używanie negacji pozwala logicznie sterować urządzeniami w sposób bardzo intuicyjny. Warto też zauważyć, że poprawne dobranie rezystora szeregowego, jak tutaj – 1kΩ – chroni diodę przed uszkodzeniem. Często początkujący mylą ten układ z koniunkcją lub sumą logiczną, tymczasem kluczowa jest tu właśnie zasada odwracania stanu wejścia. Moim zdaniem ten przykład świetnie obrazuje praktyczny sens negacji w elektronice.
Rozważając funkcję logiczną realizowaną przez przedstawiony układ, łatwo dojść do błędnych wniosków, zwłaszcza gdy nie odróżnia się zachowania poszczególnych elementów obwodu w różnych stanach logicznych. Przede wszystkim dysjunkcja oraz suma logiczna odnoszą się do operacji OR, a koniunkcja do operacji AND. W przypadku OR, aby na wyjściu uzyskać stan wysoki, którykolwiek z wejść powinien być w stanie wysokim. W przypadku AND oba wejścia muszą być jednocześnie aktywne, by uzyskać „1” na wyjściu. Tymczasem w tym układzie mamy jedno wejście (przycisk S1) i jedno wyjście (LED1), więc nie sposób mówić tu o klasycznym OR czy AND, bo nie ma tu wielu wejść, których kombinacja wpływałaby na wynik. Typowy błąd polega na utożsamianiu świecącej diody ze stanem wysokim bez uwzględniania, co się dzieje ze stanem wejściowym. W rzeczywistości, jeśli naciśniemy S1, to LED1 gaśnie – czyli na wejściu „1”, na wyjściu „0”. Jeżeli S1 jest puszczony, LED1 świeci – na wejściu „0”, na wyjściu „1”. To klasyczna negacja, logiczne odwrócenie sygnału, a nie suma czy iloczyn logiczny. Z mojego doświadczenia często spotyka się wśród uczniów tendencję do przypisywania funkcji OR układom z przyciskiem, bo kojarzy się to z prostą aktywacją, jednak prawidłowa diagnoza wymaga dokładnego prześledzenia przepływu prądu w każdym stanie. Warto pamiętać o tym, bo poprawne rozumienie funkcji podstawowych bramek logicznych jest fundamentem sprawnego projektowania każdego, nawet najprostszego układu cyfrowego czy automatyki sterującej.