Предложены схемы двухвходовых логических элементов основного назначения с использованием тиристоров. Приведены схемы универсального однотиристорного логического элемента NOR/XOR/NAND и двухтиристорного логического элемента NOR/XOR/NAND, OR/XNOR/AND. Уникальной особенностью этих устройств является «эффект памяти состояния», который можно использовать при создании электронных устройств нового назначения.

В бурный ранний период развития схемотехники рядом отечественных исследователей были предложены несложные схемы тиристорных логических элементов «НЕ» и «ИЛИ-НЕ» [1–4]. В последующие годы это направление полупроводниковой техники развития не получило.

Рассмотрим достаточно простой логический элемент XOR на тиристоре, Рисунок 1. При отсутствии входных сигналов на выходе такого элемента, очевидно, будет присутствовать «лог. 0». Если на один из входов X1 или X2 подать напряжение уровня «лог. 1», на анод тиристора VS1 через резистор R1 поступит напряжение высокого уровня, а на его управляющий электрод через резистор R2 напряжение низкого уровня. Это напряжение не способно открыть тиристор, поскольку равно падению напряжения на одном из прямосмещенных диодов левой половины моста VD1–VD4. В этой связи на аноде тиристора присутствует уровень «лог. 1».

Рисунок 1.	Тиристорный логический элемент XOR.

В случае, если на оба входа будет подано напряжение высокого уровня, диоды левой половины диодного моста VD1–VD4 будут закрыты, на управляющий электрод тиристора поступает отпирающее напряжение, тиристор откроется, напряжение на выходе Y падает до уровня «лог. 0».

При снятии входных сигналов схема возвращается в исходное состояние.

Тиристорные логические элементы NAND и NOR, Рисунки 2 и 3, несколько отличаются от предыдущего: аноды тиристоров через резисторы нагрузок R1 соединены с шиной питания.

Рисунок 2.	Тиристорный логический элемент NAND.

Тиристорный логический элемент NAND, Рисунок 2, в отсутствие входных сигналов имеет на выходе уровень «лог. 1». При подаче на любой из его входов X1 или X2 напряжения высокого уровня открытия тиристора и его переключения не происходит: управляющий переход тиристора зашунтирован одним из диодов левой половины диодного моста VD1–VD4. При подаче на оба входа управляющих сигналов высокого уровня эти диоды запираются. Тиристор VS1 открывается, на выходе Y устанавливается нулевой уровень логического состояния. Этот уровень сохраняется (запоминается) вне зависимости от последующего наличия или отсутствия входных сигналов. Вернуть устройство в начальное состояние возможно лишь при кратковременном отключении питания тиристора.

Тиристорный логический элемент NOR, Рисунок 3, отличается от элемента NAND тем, что левая половина диодного моста отключена. Следовательно, при подаче на вход(ы) этого элемента напряжения высокого уровня тиристор переключится в открытое состояние. Это состояние сохраняется до отключения источника питания.

Рисунок 3.	Тиристорный логический элемент NOR.

Рассмотренные выше тиристорные логические элементы можно объединить в универсальный тиристорный логический элемент NOR/XOR/NAND, Рисунок 4. В зависимости от положения переключателей SA1 и SA2 реализуется та или иная функция логики работы этих элементов.

Рисунок 4.	Универсальный тиристорный логический элемент NOR/XOR/NAND.

Расширить «номенклатуру» тиристорных логических элементов возможно при использовании дополнительного тиристора VS2, Рисунок 5, элементы OR/XNOR/AND. Поочередное переключение тиристоров VS1 и VS2 происходит за счет конденсатора C1, включенного между анодами тиристоров. Для восстановления исходного состояния логического элемента предусмотрена нормально замкнутая кнопка SB1.

Рисунок 5.	Универсальный двухтиристорный логический элемент NOR/XOR/NAND (выход Y1), OR/XNOR/AND (выход Y2).

В Таблице 1 приведена таблица состояний (истинности) тиристорных логических элементов.

Таблица 1.	Таблица истинности тиристорных логических элементов
Входы NOR XOR NAND   NOR** OR XOR** XNOR NAND** AND X1 X2 Y1 Y1 Y1 Y2 Y2 Y2 0 0 1 0 1   0 1 0 0 1 0 1 1 1* 0 0 1 0 0 1 1 1* 0 0 1 1 0* 0 0* 1* 1* 1*

Достоинством и уникальной особенностью рассмотренных выше устройств является «эффект памяти состояния», Таблица 1, характерный для тиристорных схем, питаемых постоянным током. Тиристорные логические элементы, в отличие от их транзисторных аналогов, способны работать в области напряжений от единиц вольт до единиц киловольт при высоких токах нагрузки.

Разумеется, тиристорные логические элементы не лишены и недостатков. В частности, для пассивного элемента XOR/XNOR, питание которого производится по входным цепям X1 и X2, сумма входных токов должна превышать значение тока отпускания тиристора. Кроме того, тиристоры и их аналоги могут работать в области частот не выше единиц-десятков кГц.

Рассмотренные в статье тиристорные логические элементы целесообразно использовать в контрольно-измерительной аппаратуре, системах ручного и автоматического управления энергоемкими потребителями электрической энергии.

1. Машлыкин В.Г., Чернихов Ю.В., Игнатенко А.Д., Либерман В.Л. Логические элементы на тиристорах с питанием от трехфазной сети переменного тока. Приборы и системы управления. 1971. № 4. С. 36–38.
2. Блюмин С.Л., Игнатенко А.Д., Машлыкин В.Г., Чернихов Ю.В. Метод анализа типового логического элемента на тиристоре. Автоматика и телемеханика. 1972. № 4. С. 162–167.
3. А.с. 546247 СССР. МКИ5 H03K 19/20. Тиристорный логический элемент «ИЛИ-НЕ» / А.Д. Игнатенко, Ю.И. Кузовлев, Ю.В. Чернихов. Открытия. Изобретения. 1987. № 6.
4. А.с. 1727196 СССР. МКИ5 H03K 3/286. RS-триггер / Ю.В. Чернихов. Открытия. Изобретения. 1992. № 14.