Λογικές μάρκες. Μέρος 4

Μετά από συνάντηση στο προηγούμενα μέρη του άρθρου με το τσιπ K155LA3, ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε παραδείγματα της πρακτικής εφαρμογής του.

Φαίνεται ότι τι μπορεί να γίνει από ένα τσιπ; Φυσικά, τίποτα δεν εκκρεμεί. Ωστόσο, θα πρέπει να προσπαθήσετε να συγκεντρώσετε κάποιο λειτουργικό κόμβο βασισμένο σε αυτό. Αυτό θα βοηθήσει στην οπτική κατανόηση της αρχής της λειτουργίας και των ρυθμίσεων. Ένας από αυτούς τους κόμβους, πολύ συχνά χρησιμοποιούμενος στην πράξη, είναι ένας αυτο-παλλόμενος πολυβιβαστής.

Το κύκλωμα πολλαπλών βημάτων εμφανίζεται στο σχήμα 1α. Αυτό το κύκλωμα στην εμφάνιση είναι πολύ παρόμοιο με το κλασικό κύκλωμα πολλαπλών βημάτων με τρανζίστορ. Μόνο εδώ ισχύουν ενεργά στοιχεία λογικά στοιχεία μικροτσίπ που περιλαμβάνονται από μετατροπείς. Για αυτό, οι ακροδέκτες εισόδου του μικροκυκλώματος συνδέονται μεταξύ τους. Πυκνωτές Τα C1 και C2 σχηματίζουν δύο κυκλώματα θετικής ανάδρασης. Ένα κύκλωμα είναι η είσοδος του στοιχείου DD1.1 - πυκνωτής C1 - η έξοδος του στοιχείου DD1.2. Το άλλο από την είσοδο του στοιχείου DD1.2 μέσω του πυκνωτή C2 στην έξοδο του στοιχείου DD1.1.

Χάρη σε αυτές τις συνδέσεις, το κύκλωμα είναι αυτο-ενθουσιασμένο, γεγονός που οδηγεί στην παραγωγή παλμών. Η περίοδος επανάληψης παλμών εξαρτάται από τις τιμές των πυκνωτών στα κυκλώματα ανατροφοδότησης, καθώς και από την αντίσταση των αντιστάσεων R1 και R2.

Στο Σχήμα 1b, το ίδιο κύκλωμα σχεδιάζεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να είναι ακόμη πιο παρόμοιο με την κλασική έκδοση multivibrator με τρανζίστορ.

Το Σχ. 1 Αυτόματος ταλαντευόμενος πολυβιβαστής

Ηλεκτρικές παλμώσεις και τα χαρακτηριστικά τους

Μέχρι τώρα, όταν εξοικειωθήκαμε με τον μικροκυκλώνα, ασχολούμαστε με το συνεχές ρεύμα, διότι τα σήματα εισόδου κατά τη διάρκεια των πειραμάτων παρέχονταν με το χέρι χρησιμοποιώντας ένα καλώδιο. Ως αποτέλεσμα, αποκτήθηκε σταθερή τάση χαμηλού ή υψηλού επιπέδου στην έξοδο του κυκλώματος. Ένα τέτοιο σήμα ήταν τυχαίο.

Στο κύκλωμα πολλαπλών βημάτων που έχουμε συναρμολογήσει, η τάση εξόδου θα είναι παλμική, δηλαδή, αλλάζει με μια συγκεκριμένη συχνότητα από ένα χαμηλό επίπεδο σε ένα υψηλό και αντίστροφα. Ένα τέτοιο σήμα στην ραδιομηχανική ονομάζεται ακολουθία παλμών ή απλά μια ακολουθία παλμών. Το σχήμα 2 δείχνει ορισμένες ποικιλίες ηλεκτρικών παλμών και τις παραμέτρους τους.

Τα τμήματα της ακολουθίας παλμών στα οποία η τάση παίρνει ένα υψηλό επίπεδο ονομάζονται παλμοί υψηλού επιπέδου και η τάση χαμηλού επιπέδου είναι η παύση μεταξύ παλμών υψηλού επιπέδου. Αν και στην πραγματικότητα όλα είναι σχετικά: μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι παλμοί είναι χαμηλοί, που θα περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, οποιοδήποτε ενεργοποιητή. Στη συνέχεια, μια παύση μεταξύ παλμών θα θεωρείται μόνο ένα υψηλό επίπεδο.

Σχήμα 2. Σειρές παλμών.

Μια από τις ειδικές περιπτώσεις του σφυγμού είναι το μαιάνδρος. Σε αυτή την περίπτωση, η διάρκεια παλμού είναι ίση με τη διάρκεια παύσης. Για να αξιολογήσετε την αναλογία της διάρκειας παλμού, χρησιμοποιήστε μια παράμετρο που ονομάζεται κύκλος λειτουργίας. Ο συντελεστής χρέωσης δείχνει πόσες φορές η περίοδος επανάληψης παλμών είναι μεγαλύτερη από τη διάρκεια του παλμού.

Στο σχήμα 2, η περίοδος επανάληψης παλμών υποδεικνύεται, όπως και αλλού, από το γράμμα Τ, και η διάρκεια παλμού και ο χρόνος παύσης είναι ti και tp, αντίστοιχα. Με τη μορφή μαθηματικού τύπου, ο κύκλος εργασίας θα εκφράζεται ως εξής: S = T / ti.

Λόγω αυτής της αναλογίας, ο κύκλος λειτουργίας των παλμών "meander" είναι ίσος με δύο. Ο όρος μαιάνδρος σε αυτή την περίπτωση δανείζεται από την κατασκευή και την αρχιτεκτονική: αυτή είναι μία από τις μεθόδους της τοιχοποιίας, το πρότυπο της τοιχοποιίας μοιάζει ακριβώς με την υποδεικνυόμενη σειρά παλμών. Η ακολουθία παλμών μαιάνδρου παρουσιάζεται στο σχήμα 2α.

Ο αμοιβαίος κύκλος λειτουργίας ονομάζεται συντελεστής πληρώσεως και υποδεικνύεται με το γράμμα D από τον αγγλικό κύκλο εργασιών. Σύμφωνα με τα παραπάνω, D = 1 / S.

Γνωρίζοντας την περίοδο επανάληψης παλμών, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί ο ρυθμός επανάληψης, ο οποίος υπολογίζεται από τον τύπο F = 1 / T.

Η αρχή της ώθησης ονομάζεται εμπρός, και το τέλος, αντίστοιχα, η πτώση. Το σχήμα 2β δείχνει ένα θετικό παλμό με κύκλο λειτουργίας 4. Το μέτωπό του ξεκινά από ένα χαμηλό επίπεδο και πηγαίνει σε ένα υψηλό. Ένα τέτοιο μέτωπο ονομάζεται θετικό ή ανερχόμενο. Συνεπώς, η μείωση αυτής της παρόρμησης, όπως φαίνεται στην εικόνα, θα είναι αρνητική, πτώση.

Για μια ώθηση χαμηλού επιπέδου, το μέτωπο θα πέσει και η ύφεση θα αυξηθεί. Αυτή η κατάσταση φαίνεται στο σχήμα 2γ.

Μετά από μια τέτοια μικρή θεωρητική προετοιμασία, μπορείτε να αρχίσετε να πειραματίζεται. Προκειμένου να συναρμολογηθεί ο πολυβυθρωτής που φαίνεται στο σχήμα 1, αρκεί η συγκόλληση δύο πυκνωτών και δύο αντιστάσεων στο μίνι κύκλωμα που είναι ήδη εγκατεστημένο στο πιρούνι. Για να μελετήσετε τα σήματα εξόδου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μόνο ένα βολτόμετρο, κατά προτίμηση έναν δείκτη, αντί για ένα ψηφιακό. Αυτό είχε ήδη αναφερθεί στο προηγούμενο μέρος του άρθρου.

Φυσικά, πριν ενεργοποιήσετε το συναρμολογημένο κύκλωμα, πρέπει να ελέγξετε αν υπάρχουν βραχυκύκλωμα και σωστή συναρμολόγηση σύμφωνα με το κύκλωμα. Με τις ονομαστικές τιμές των πυκνωτών και των αντιστάσεων που υποδεικνύονται στο διάγραμμα, η τάση στην έξοδο του multivibrator θα αλλάξει από χαμηλή σε υψηλή όχι περισσότερο από τριάντα φορές ανά λεπτό. Έτσι, μία βελόνα βολτόμετρου συνδεδεμένη, για παράδειγμα, με την έξοδο του πρώτου στοιχείου, θα ταλαντεύεται από το μηδέν έως σχεδόν τα πέντε βολτ.

Το ίδιο μπορεί να διαπιστωθεί αν συνδέσετε ένα βολτόμετρο σε άλλη έξοδο: το πλάτος και η συχνότητα των αποκλίσεων βέλους θα είναι οι ίδιες όπως στην πρώτη περίπτωση. Δεν είναι μάταιο ότι ένας τέτοιος πολυβιβαστής συχνά ονομάζεται συμμετρικός.

Αν τώρα δεν είστε πολύ τεμπέλης και συνδέσετε έναν άλλο πυκνωτή της ίδιας χωρητικότητας παράλληλα με τους πυκνωτές, τότε μπορείτε να δείτε ότι το βέλος άρχισε να ταλαντεύεται δύο φορές πιο αργά. Η συχνότητα ταλάντωσης μειώθηκε κατά το ήμισυ.

Αν τώρα, αντί των πυκνωτών, όπως φαίνεται στο διάγραμμα, πυκνωτές συγκόλλησης μικρότερης χωρητικότητας, για παράδειγμα, 100 microfarads, τότε μπορείτε να παρατηρήσετε μόνο μια αύξηση της συχνότητας. Το βέλος της συσκευής θα κυμαίνεται πολύ ταχύτερα, αλλά οι κινήσεις της εξακολουθούν να είναι αρκετά αισθητές.

Και τι συμβαίνει εάν αλλάξετε την χωρητικότητα μόνο ενός πυκνωτή; Για παράδειγμα, αφήστε έναν από τους πυκνωτές χωρητικότητας 500 microfarads και αντικαταστήστε τον άλλο με 100 microfarads. Η αύξηση της συχνότητας θα είναι αισθητή και, επιπλέον, το βέλος της συσκευής θα δείξει ότι η χρονική αναλογία παλμών και παύσεων έχει αλλάξει. Αν και σε αυτή την περίπτωση, σύμφωνα με το σχήμα, ο πολυβυθρωτής παρέμεινε συμμετρικός.

Τώρα ας προσπαθήσουμε να μειώσουμε την χωρητικότητα των πυκνωτών, για παράδειγμα 1 ... 5 microfarads. Σε αυτή την περίπτωση, ο πολυβιβαστής θα παράγει μια ακουστική συχνότητα της τάξης των 500 ... 1000 Hz. Το βέλος της συσκευής δεν θα είναι σε θέση να ανταποκριθεί σε μια τέτοια συχνότητα. Θα είναι απλά κάπου στη μέση της κλίμακας, δείχνοντας το μέσο επίπεδο σήματος.

Απλώς δεν είναι ξεκάθαρο αν πράγματι πηγαίνουν οι παλμοί μιας αρκετά υψηλής συχνότητας ή το "γκρίζο" επίπεδο στην έξοδο του μικροκυκλώματος. Για να γίνει διάκριση ενός τέτοιου σήματος απαιτείται ένας παλμογράφος, ο οποίος δεν έχει όλοι. Επομένως, προκειμένου να επαληθευτεί η λειτουργία του κυκλώματος, είναι δυνατή η σύνδεση των τηλεφώνων κεφαλής μέσω ενός πυκνωτή 0,1 μF και η ακρόαση αυτού του σήματος.

Μπορείτε να προσπαθήσετε να αντικαταστήσετε οποιαδήποτε από τις αντιστάσεις με μια μεταβλητή περίπου της ίδιας τιμής. Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια της περιστροφής του, η συχνότητα θα ποικίλει εντός ορισμένων ορίων, γεγονός που καθιστά δυνατή την τελειοποίηση του. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτό είναι απαραίτητο.

Ωστόσο, σε αντίθεση με ό, τι έχει ειπωθεί, συμβαίνει ότι ο πολυβιβαστής είναι ασταθής ή δεν ξεκινά καθόλου. Ο λόγος για αυτό το φαινόμενο έγκειται στο γεγονός ότι η είσοδος του πομπού των μικροκυκλωμάτων TTL είναι πολύ κρίσιμη για τις τιμές των αντιστάσεων που είναι εγκατεστημένες στο κύκλωμα του. Αυτή η λειτουργία της εισόδου του πομπού οφείλεται στους ακόλουθους λόγους.

Η αντίσταση εισόδου είναι μέρος ενός από τους βραχίονες του πολυβιβαστή.Λόγω του ρεύματος του εκπομπού, δημιουργείται μια τάση σε αυτήν την αντίσταση που κλείνει το τρανζίστορ. Εάν η αντίσταση αυτής της αντιστάσεως γίνει εντός 2 ... 2,5 Kom, η πτώση τάσης απέναντι αυτής θα είναι τόσο μεγάλη ώστε το τρανζίστορ απλά να σταματήσει να ανταποκρίνεται στο σήμα εισόδου.

Εάν αντίθετα λάβουμε την αντίσταση αυτής της αντίστασης μέσα σε 500 ... 700 Ohms, το τρανζίστορ θα είναι ανοιχτό όλη την ώρα και δεν θα ελέγχεται από σήματα εισόδου. Επομένως, αυτές οι αντιστάσεις θα πρέπει να επιλέγονται με βάση αυτές τις εκτιμήσεις στην περιοχή από 800 ... 2200 Ohms. Αυτός είναι ο μόνος τρόπος για να επιτευχθεί η σταθερή λειτουργία του πολυβιβαστή που συναρμολογείται σύμφωνα με αυτό το σχήμα.

Παρόλα αυτά, ένας τέτοιος πολυβιβαστής επηρεάζεται από παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η αστάθεια της παροχής ρεύματος και ακόμη και οι παραλλαγές των παραμέτρων των μικροκυκλωμάτων. Οι μικροτσίπτες από διαφορετικούς κατασκευαστές διαφέρουν συχνά αρκετά σημαντικά. Αυτό ισχύει όχι μόνο για την 155η σειρά, αλλά και για τους άλλους. Επομένως, ένας πολυβιβαστής που συναρμολογείται σύμφωνα με ένα τέτοιο σχήμα χρησιμοποιείται σχεδόν σπάνια.

Τρισέστατο πολυβιβαστή

Ένα πιο σταθερό κύκλωμα πολλαπλών βημάτων εμφανίζεται στο σχήμα 3α. Αποτελείται από τρία λογικά στοιχεία, που περιλαμβάνονται, όπως και στο προηγούμενο, από μετατροπείς. Όπως μπορεί να φανεί από το διάγραμμα, στα κυκλώματα εκπομπής των λογικών στοιχείων που μόλις αναφέρθηκαν αντιστάσεις δεν είναι. Η συχνότητα ταλάντωσης καθορίζεται από μία μόνο αλυσίδα RC.

Εικόνα 3. Πολλαπλασιαστής σε τρία λογικά στοιχεία.

Η λειτουργία αυτής της έκδοσης του πολυβιβαστή μπορεί επίσης να παρατηρηθεί χρησιμοποιώντας μια συσκευή δείκτη, αλλά για λόγους σαφήνειας, μπορείτε να συναρμολογήσετε τον καταρράκτη δείκτη στο LED στην ίδια πλακέτα. Για να γίνει αυτό, χρειάζεστε ένα τρανζίστορ KT315, δύο αντιστάσεις και ένα LED. Το διάγραμμα δείκτη φαίνεται στο σχήμα 3β. Μπορεί επίσης να συγκολληθεί σε αλουμινόχαρτο μαζί με έναν multivibrator.

Αφού ενεργοποιήσετε την τροφοδοσία, ο πολυβυθρωτής θα αρχίσει να ταλαντεύεται, όπως αποδεικνύεται από το φλας της λυχνίας LED. Με τις τιμές της αλυσίδας χρονισμού που υποδεικνύεται στο διάγραμμα, η συχνότητα ταλάντωσης είναι περίπου 1 Hz. Για να το επιβεβαιώσουμε, αρκεί να υπολογίσουμε τον αριθμό των ταλαντώσεων σε 1 λεπτό: πρέπει να υπάρχουν περίπου εξήντα, που αντιστοιχεί σε 1 ταλάντωση ανά δευτερόλεπτο. Εξ ορισμού, αυτό είναι ακριβώς 1Hz.

Υπάρχουν δύο τρόποι για να αλλάξετε τη συχνότητα ενός τέτοιου multivibrator. Αρχικά, συνδέστε έναν άλλο πυκνωτή της ίδιας χωρητικότητας παράλληλα με τον πυκνωτή. Οι φωτεινές ενδείξεις LED έγιναν περίπου μισές σπάνιες, γεγονός που υποδηλώνει μείωση της συχνότητας κατά το ήμισυ.

Ένας άλλος τρόπος για να αλλάξετε τη συχνότητα είναι να αλλάξετε την αντίσταση της αντίστασης. Ο ευκολότερος τρόπος είναι να εγκαταστήσετε μια μεταβλητή αντίσταση με ονομαστική τιμή 1,5 ... 1,8 Com στη θέση του. Όταν η αντίσταση αυτή περιστρέφεται, η συχνότητα ταλάντωσης κυμαίνεται μεταξύ 0,5 και 20 Hz. Η μέγιστη συχνότητα λαμβάνεται στη θέση της μεταβλητής αντιστάσεως όταν τα συμπεράσματα του μικροκυκλώματος 1 και 8 είναι κλειστά.

Αν αλλάξετε τον πυκνωτή, για παράδειγμα, με χωρητικότητα 1 microfarad, τότε χρησιμοποιώντας την ίδια μεταβλητή αντίσταση, είναι δυνατή η ρύθμιση της συχνότητας σε 300 ... 10 000 Hz. Αυτές είναι ήδη οι συχνότητες του εύρους ήχου, επομένως ο δείκτης ανάβει συνεχώς, είναι αδύνατο να πούμε εάν υπάρχουν παλμοί ή όχι. Επομένως, όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε τα τηλεφωνήματα κεφαλής που είναι συνδεδεμένα στην έξοδο μέσω του πυκνωτή 0,1 μF. Είναι καλύτερα αν τα τηλεφωνήματα κεφαλής είναι υψηλής αντοχής.

Για να εξετάσουμε την αρχή της λειτουργίας ενός πολυβιβαστή με τρία στοιχεία, ας επιστρέψουμε στο σχέδιό του. Μετά την ενεργοποίηση της τροφοδοσίας, τα λογικά στοιχεία θα πάρουν κάποια κατάσταση όχι ταυτόχρονα, κάτι που μπορεί να θεωρηθεί μόνο. Ας υποθέσουμε ότι ο DD1.2 είναι ο πρώτος που βρίσκεται σε κατάσταση υψηλού επιπέδου στην έξοδο. Από την έξοδό του μέσω ενός μη φορτισμένου πυκνωτή C1, μια υψηλή στάθμη τάσης μεταδίδεται στην είσοδο του στοιχείου DD1.1, η οποία θα ρυθμιστεί στο μηδέν. Στην είσοδο του στοιχείου DD1.3 υπάρχει ένα υψηλό επίπεδο, επομένως είναι επίσης μηδενικό.

Αλλά αυτή η κατάσταση της συσκευής είναι ασταθής: ο πυκνωτής C1 φορτίζεται σταδιακά μέσω της εξόδου του στοιχείου DD1.3 και της αντίστασης R1, πράγμα που οδηγεί σε σταδιακή μείωση της τάσης στην είσοδο DD1.1. Όταν η τάση στην είσοδο DD1.1 πλησιάζει το κατώφλι, θα αλλάξει στην ενότητα και συνεπώς το στοιχείο DD1.2 στο μηδέν.

Στην κατάσταση αυτή, ο πυκνωτής C1 μέσω της αντίστασης R1 και η έξοδος του στοιχείου DD1.2 (προς το παρόν η έξοδος είναι χαμηλή) αρχίζει να επαναφορτίζεται από την έξοδο του στοιχείου DD1.3. Μόλις φορτιστεί ο πυκνωτής, η τάση στην είσοδο του στοιχείου DD1.1 θα υπερβεί το επίπεδο κατωφλίου, όλα τα στοιχεία θα αλλάξουν σε αντίθετες καταστάσεις. Έτσι, στην έξοδο 8 του στοιχείου DD1.3, που είναι η έξοδος του πολυβιβράτη, σχηματίζονται ηλεκτρικοί παλμοί. Επίσης, οι παλμοί μπορούν να αφαιρεθούν από τον ακροδέκτη 6 του στοιχείου DD1.2.

Αφού καταλάβουμε πώς μπορούμε να βρούμε παλμούς σε έναν πολυβιβαστή τριών στοιχείων, μπορούμε να προσπαθήσουμε να φτιάξουμε ένα στοιχείο δύο στοιχείων, το κύκλωμα, το οποίο φαίνεται στο σχήμα 4.

Εικόνα 4. Πολλαπλασιαστής σε δύο λογικά στοιχεία.

Για να γίνει αυτό, η έξοδος της αντίστασης R1, ακριβώς επάνω στο κύκλωμα, είναι αρκετή για να αποσυνδεθεί από τον ακροδέκτη 8 και να κολλήσει στην ακίδα 1 του στοιχείου DD1.1. η έξοδος της συσκευής θα είναι η έξοδος 6 του στοιχείου DD1.2. το στοιχείο DD1.3 δεν χρειάζεται πλέον και μπορεί να απενεργοποιηθεί, για παράδειγμα, για χρήση σε άλλα κυκλώματα.

Η αρχή της λειτουργίας μιας τέτοιας γεννήτριας παλμών δεν διαφέρει πολύ από αυτό που μόλις εξετάστηκε. Ας υποθέσουμε ότι η έξοδος του στοιχείου DD1.1 είναι υψηλή, τότε το στοιχείο DD1.2 είναι στη μηδενική κατάσταση, που επιτρέπει στον φορτιστή C1 να φορτιστεί μέσω της αντίστασης και της εξόδου του στοιχείου DD1.2. Καθώς ο πυκνωτής φορτίζει, η τάση στην είσοδο του στοιχείου DD1.1 φτάνει στο κατώφλι, και τα δύο στοιχεία αλλάζουν προς την αντίθετη κατάσταση. Αυτό θα επιτρέψει στον πυκνωτή να επαναφορτίσει μέσω του κυκλώματος εξόδου του δεύτερου στοιχείου, της αντίστασης και του κυκλώματος εισόδου του πρώτου στοιχείου. Όταν η τάση στην είσοδο του πρώτου στοιχείου μειωθεί σε ένα κατώφλι, και τα δύο στοιχεία θα πάνε στην αντίθετη κατάσταση.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, μερικές περιπτώσεις μικροκυκλωμάτων στα κυκλώματα της γεννήτριας είναι ασταθείς, οι οποίες μπορεί να εξαρτώνται όχι μόνο από μια συγκεκριμένη περίπτωση, αλλά και από τον κατασκευαστή του μικροκυκλώματος. Συνεπώς, εάν η γεννήτρια δεν ξεκινήσει, είναι δυνατή η σύνδεση αντιστάτη με αντίσταση 1,2 ... 2,0 Com μεταξύ της εισόδου του πρώτου στοιχείου και της "γείωσης". Δημιουργεί μια τάση εισόδου κοντά στο κατώφλι, γεγονός που διευκολύνει την εκκίνηση και την πραγματική λειτουργία της γεννήτριας.

Τέτοιες παραλλαγές γεννητριών στην ψηφιακή τεχνολογία χρησιμοποιούνται πολύ συχνά. Στα επόμενα μέρη του αντικειμένου, θα ληφθούν υπόψη σχετικά απλές συσκευές συναρμολογημένες με βάση τις εξεταζόμενες γεννήτριες. Αλλά πρώτα, θα πρέπει να εξεταστεί μία άλλη επιλογή ενός πολυβιβαστή - ένας δονητής ή ένας μονοβάθμιος με άλλο τρόπο. Με την ιστορία γι 'αυτόν, ξεκινάμε το επόμενο μέρος του άρθρου.

Μπόρις Αλαντίσκιν

Συνέχεια του άρθρου: Λογικές μάρκες. Μέρος 5