Fichas lógicas. Parte 6

En partes anteriores del artículo fueron considerados los dispositivos más simples en los elementos lógicos 2I-NOT. Este es un multivibrador auto-oscilante y one-shot. Veamos qué se puede crear sobre su base.

Cada uno de estos dispositivos se puede utilizar en varios diseños como osciladores maestros y formadores de pulso de la duración requerida. Dado que el artículo es solo orientativo y no una descripción de ningún circuito complejo específico, nos limitamos a algunos dispositivos simples que utilizan los esquemas anteriores.

Circuitos multivibradores simples

Un multivibrador es un dispositivo bastante versátil, por lo que su uso es muy diverso. En la cuarta parte del artículo, se mostró un circuito multivibrador basado en tres elementos lógicos. Para no buscar esta parte, el circuito se muestra nuevamente en la Figura 1.

La frecuencia de oscilación en las clasificaciones indicadas en el diagrama será de aproximadamente 1 Hz. Al complementar dicho multivibrador con un indicador LED, puede obtener un generador de pulso de luz simple. Si el transistor se toma lo suficientemente potente, por ejemplo, KT972, es muy posible hacer una pequeña guirnalda para un pequeño árbol de Navidad. Al conectar la cápsula telefónica DEM-4m en lugar del LED, puede escuchar clics al cambiar el multivibrador. Tal dispositivo se puede usar como un metrónomo cuando se aprende a tocar instrumentos musicales.

Figura 1. Multivibrador con tres elementos.

Basado en un multivibrador, es muy simple hacer un generador de frecuencia de audio. Para hacer esto, es necesario que el capacitor sea de 1 μF y use una resistencia variable de 1.5 ... 2.2 KΩ como resistencia R1. Tal generador, por supuesto, no bloqueará todo el rango de sonido, pero dentro de ciertos límites se puede cambiar la frecuencia de oscilación. Si necesita un generador con un rango de frecuencia más amplio, esto se puede hacer cambiando la capacitancia del capacitor usando un interruptor.

Generador de sonido intermitente

Como ejemplo de uso de un multivibrador, podemos recordar un circuito que emite una señal de sonido intermitente. Para crearlo, ya necesitará dos multivibradores. En este esquema, los multivibradores en dos elementos lógicos, lo que le permite ensamblar dicho generador en un solo chip. Su circuito se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Generador de pitidos intermitentes.

El generador en los elementos DD1.3 y DD1.4 genera oscilaciones de frecuencia de sonido que son reproducidas por la cápsula telefónica DEM-4m. En cambio, puede usar cualquiera con una resistencia de bobinado de aproximadamente 600 ohmios. Con las clasificaciones C2 y R2 indicadas en el diagrama, la frecuencia de las vibraciones del sonido es de aproximadamente 1000 Hz. Pero el sonido se escuchará solo en el momento en que en la salida 6 del multivibrador en los elementos DD1.1 y DD1.2 habrá un nivel alto que permitirá que el multivibrador funcione en los elementos DD1.3, DD1.4. En el caso de que se detenga la salida del primer multivibrador de bajo nivel del segundo multivibrador, no hay sonido en la cápsula del teléfono.

Para verificar el funcionamiento del generador de sonido, la décima salida del elemento DD1.3 se puede desconectar de la salida 6 de DD1.2. En este caso, debe sonar una señal de sonido continua (no olvide que si la entrada del elemento lógico no está conectada a ningún lado, entonces su estado se considera como un nivel alto).

Si el décimo pin está conectado a un cable común, por ejemplo, un puente de cable, entonces el sonido en el teléfono se detendrá. (Lo mismo se puede hacer sin romper la conexión de la décima salida). Esta experiencia sugiere que la señal de sonido se escucha solo cuando la salida 6 del elemento DD1.2 es alta. Por lo tanto, el primer multivibrador registra el segundo. Se puede aplicar un esquema similar, por ejemplo, en dispositivos de alarma.

En general, un puente de cable conectado a un cable común se usa ampliamente en el estudio y reparación de circuitos digitales como señal de bajo nivel. Podemos decir que este es un clásico del género. Los temores de usar tal método de "quemar" son completamente en vano. Además, no solo las entradas, sino también las salidas de microcircuitos digitales de cualquier serie se pueden "plantar" en el "suelo". Esto es equivalente a un transistor de salida abierto o nivel cero lógico, nivel bajo.

En contraste con lo que se acaba de decir, ES COMPLETAMENTE IMPOSIBLE CONECTAR LOS MICROCIRCUITOS AL CIRCUITO DE + 5V: si el transistor de salida está abierto en este momento (todo el voltaje de la fuente de alimentación se aplicará a la sección colector - emisor del transistor de salida abierto), el microcircuito fallará. Dado que todos los circuitos digitales no se detienen, sino que hacen algo todo el tiempo, funcionan en modo pulsado, el transistor de salida no tendrá que esperar un estado abierto.

Una sonda para reparar equipos de radio.

Usando los elementos lógicos 2I-NOT, puede crear un generador simple para sintonizar y reparar radios. En su salida, es posible obtener oscilaciones de la frecuencia de sonido (RF) y las oscilaciones de radiofrecuencia (RF) moduladas por la RF. El circuito generador se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Generador para verificar receptores.

En los elementos DD1.3 y DD1.4 se ensambla un multivibrador que ya nos es familiar. Con su ayuda, se generan oscilaciones de la frecuencia del sonido, que se utilizan a través del inversor DD2.2 y el condensador C5 a través del conector XA1 para probar el amplificador de baja frecuencia.

El generador de oscilación de alta frecuencia está hecho en los elementos DD1.1 y DD1.2. Este también es un multivibrador familiar, solo que aquí apareció un nuevo elemento: inductor L1 conectado en serie con condensadores C1 y C2. La frecuencia de este generador está determinada principalmente por los parámetros de la bobina L1 y puede ser ajustada en pequeña medida por el condensador C1.

En el elemento DD2.1 se ensambló un mezclador de radiofrecuencia, que se alimenta a la entrada 1, y a la entrada 2 se aplica la frecuencia del rango de audio. Aquí, la frecuencia de sonido registra la frecuencia de radio exactamente de la misma manera que en el circuito de señal de sonido intermitente en la Figura 2: el voltaje de frecuencia de radio en el terminal 3 del elemento DD2.1 aparece en el momento en que el nivel de salida 11 del elemento DD1.4 es alto.

Para obtener una frecuencia de radio en el rango de 3 ... 7 MHz, la bobina L1 puede enrollarse en un marco con un diámetro de 8 mm. Dentro de la bobina, inserte una pieza de la varilla desde una antena magnética hecha de ferrita grado F600NM. La bobina L1 contiene 50 ... 60 vueltas de cable PEV-2 0.2 ... 0.3 mm. El diseño de la sonda es arbitrario.

Es mejor usar un generador de sonda para alimentar fuente de voltaje estabilizadopero tu puedes batería galvánica.

Aplicación de vibrador individual

Como la aplicación más simple de un solo vibrador, se puede llamar un dispositivo de señalización luminosa. Sobre esta base, puede crear un objetivo para disparar pelotas de tenis. El circuito del dispositivo de señalización luminosa se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Dispositivo de señalización luminosa.

El objetivo en sí puede ser bastante grande (cartón o madera contrachapada), y su "manzana" es una placa de metal con un diámetro de aproximadamente 80 mm. En el diagrama del circuito, este es el contacto SF1. Cuando se golpea en el centro del objetivo, los contactos se cierran muy brevemente, por lo que es posible que no se note el parpadeo del foco. Para evitar tal situación, se usa un solo disparo en este caso: desde un pulso de arranque corto, la bombilla se apaga durante al menos un segundo. En este caso, el pulso de activación es alargado.

Si desea que la lámpara no se apague cuando se golpee, sino que parpadee, debe usar un transistor KT814 en el circuito indicador intercambiando las salidas del colector y del emisor. Con esta conexión, puede omitir la resistencia en el circuito base del transistor.

Como generador de pulso único, a menudo se usa un disparo único en la reparación de la tecnología digital para probar el rendimiento de microcircuitos individuales y cascadas enteras.Esto se discutirá más adelante. Además, ni un solo interruptor, o como se le llama, un medidor de frecuencia analógico, puede funcionar sin un solo vibrador.

Medidor de frecuencia simple

En los cuatro elementos lógicos del chip K155LA3, puede ensamblar un medidor de frecuencia simple que le permite medir señales con una frecuencia de 20 ... 20,000 Hz. Para poder medir la frecuencia de una señal de cualquier forma, por ejemplo, una sinusoide, debe convertirse en pulsos rectangulares. Típicamente, esta transformación se realiza usando un disparador Schmitt. Si puedo decirlo, convierte los "pulsos" de la onda sinusoidal con frentes suaves en rectángulos con frentes y pendientes pronunciadas. El disparador Schmitt tiene un umbral de disparo. Si la señal de entrada está por debajo de este umbral, no habrá secuencia de pulso en la salida del disparador.

La familiaridad con el trabajo del disparador Schmitt puede comenzar con un experimento simple. El esquema de su tenencia se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Gatillo de Schmitt y gráficos de su trabajo.

Para simular la señal sinusoidal de entrada, se utilizan las baterías galvánicas GB1 y GB2: mover el control deslizante de la resistencia variable R1 a la posición superior en el circuito simula una media onda positiva de una sinusoide y mover hacia abajo negativo.

El experimento debe comenzar con el hecho de que al girar el motor de la resistencia variable R1, establezca un voltaje cero en él, controlando naturalmente con un voltímetro. En esta posición, la salida del elemento DD1.1 es un solo estado, un nivel alto, y la salida del elemento DD1.2 es cero lógico. Este es el estado inicial en ausencia de una señal.

Conecte un voltímetro a la salida del elemento DD1.2. Como se escribió anteriormente, a la salida veremos un nivel bajo. Si ahora es suficiente girar lentamente el control deslizante de la resistencia variable hacia arriba de acuerdo con el esquema, y ​​luego hacia abajo hasta el tope y volver a la salida DD1.2, el dispositivo mostrará el elemento cambiando de bajo a alto y viceversa. En otras palabras, la salida DD1.2 contiene pulsos rectangulares de polaridad positiva.

El gráfico de la Figura 5b ilustra el funcionamiento de dicho disparador Schmitt. Una onda sinusoidal en la entrada de un disparador Schmitt se obtiene girando una resistencia variable. Su amplitud es de hasta 3V.

Mientras el voltaje de la media onda positiva no exceda el umbral (Uпор1), se almacena un cero lógico (estado inicial) en la salida del dispositivo. Cuando el voltaje de entrada aumenta girando la resistencia variable en el tiempo t1, el voltaje de entrada alcanza el voltaje de umbral (aproximadamente 1.7 V).

Ambos elementos cambiarán al estado inicial opuesto: en la salida del dispositivo (elemento DD1.2) habrá un voltaje de alto nivel. Un aumento adicional en el voltaje de entrada, hasta el valor de amplitud (3V), no conduce a un cambio en el estado de salida del dispositivo.

Ahora rotemos la resistencia variable en la dirección opuesta. El dispositivo cambiará al estado inicial cuando el voltaje de entrada caiga al segundo voltaje de umbral inferior, U2, como se muestra en el gráfico. Por lo tanto, la salida del dispositivo se establece nuevamente en cero lógico.

Una característica distintiva del disparador Schmitt es la presencia de estos dos niveles de umbral. Causaron la histéresis del gatillo de Schmitt. El ancho del circuito de histéresis se establece mediante la selección de la resistencia R3, aunque no en límites muy grandes.

La rotación adicional de la resistencia variable hacia abajo del circuito forma una media onda negativa de una onda sinusoidal en la entrada del dispositivo. Sin embargo, los diodos de entrada instalados dentro del microcircuito simplemente acortan la media onda negativa de la señal de entrada a un cable común. Por lo tanto, la señal negativa no afecta el funcionamiento del dispositivo.

Figura 6. Circuito del medidor de frecuencia.

La Figura 6 muestra un diagrama de un medidor de frecuencia simple hecho en un solo chip K155LA3. En los elementos DD1.1 y DD1.2, se ensambla un disparador Schmitt, con el dispositivo y la operación que acabamos de conocer. Los dos elementos restantes del microcircuito se utilizan para construir el moldeador de pulsos de medición.El hecho es que la duración de los pulsos rectangulares en la salida del disparador Schmitt depende de la frecuencia de la señal medida. De esta forma, se medirá cualquier cosa, pero no la frecuencia.

Al disparador de Schmitt que ya conocíamos, se agregaron algunos elementos más. En la entrada, el condensador C1 está instalado. Su tarea es omitir las oscilaciones de frecuencia de sonido en la entrada del medidor de frecuencia, porque el medidor de frecuencia está diseñado para funcionar en este rango y para bloquear el paso del componente constante de la señal.

El diodo VD1 está diseñado para limitar el nivel de la media onda positiva al nivel de voltaje de la fuente de alimentación, y VD2 corta las medias ondas negativas de la señal de entrada. En principio, el diodo protector interno del microcircuito puede hacer frente a esta tarea, por lo que no se puede instalar VD2. Por lo tanto, el voltaje de entrada de dicho medidor de frecuencia está dentro de 3 ... 8 V. Para aumentar la sensibilidad del dispositivo, se puede instalar un amplificador en la entrada.

Los pulsos de polaridad positiva generados a partir de la señal de entrada por un disparador Schmitt se alimentan a la entrada del modelador de pulsos de medición realizado en los elementos DD1.3 y DD1.4.

Cuando aparece bajo voltaje en la entrada del elemento DD1.3, cambiará a la unidad. Por lo tanto, a través de él y la resistencia R4 se cargará uno de los condensadores C2 ... C4. En este caso, el voltaje en la entrada inferior del elemento DD1.4 aumentará y, al final, alcanzará un nivel alto. Pero, a pesar de esto, el elemento DD1.4 permanece en el estado de una unidad lógica, ya que todavía hay un cero lógico desde la salida del disparador Schmitt en su entrada superior (salida DD1.2 6). Por lo tanto, una corriente muy insignificante fluye a través del dispositivo de medición PA1, la flecha del dispositivo prácticamente no se desvía.

La aparición de una unidad lógica en la salida del disparador Schmitt cambiará el elemento DD1.4 al estado de cero lógico. Por lo tanto, una corriente limitada por la resistencia de las resistencias R5 ... R7 fluye a través del dispositivo indicador PA1.

La misma unidad en la salida del disparador Schmitt cambiará el elemento DD1.3 al estado cero. En este caso, el condensador del moldeador comienza a descargarse. La reducción del voltaje en él conducirá al hecho de que el elemento DD1.4 nuevamente se establece en el estado de una unidad lógica, terminando así la formación de un pulso de bajo nivel. La posición del pulso de medición con respecto a la señal medida se muestra en la Figura 5d.

Para cada límite de medición, la duración del pulso de medición es constante en todo el rango, por lo tanto, el ángulo de desviación de la flecha del microamperímetro depende solo de la frecuencia de repetición de este pulso de medición.

Para diferentes frecuencias, la duración del pulso de medición es diferente. Para frecuencias más altas, el pulso de medición debe ser corto, y para frecuencias bajas, un poco grande. Por lo tanto, para garantizar mediciones en todo el rango de frecuencias de sonido, se utilizan tres condensadores de ajuste de tiempo C2 ... C4. Con un condensador de 0.2 μF, se miden frecuencias de 20 ... 200 Hz, 0.02 μF - 200 ... 2000 Hz, y con una capacitancia de 2000 pF 2 ... 20 KHz.

La calibración del medidor de frecuencia se realiza más fácilmente utilizando un generador de sonido, comenzando desde el rango de frecuencia más bajo. Para hacer esto, aplique una señal con una frecuencia de 20 Hz a la entrada y marque la posición de la flecha en la escala.

Después de eso, aplique una señal con una frecuencia de 200 Hz y gire la resistencia R5 para establecer la flecha en la última división de la escala. Al suministrar frecuencias de 30, 40, 50 ... 190 Hz, marque la posición de la flecha en la escala. Del mismo modo, la sintonización se realiza en los rangos restantes. Es posible que se necesite una selección más precisa de los condensadores C3 y C4 para que el comienzo de la escala coincida con la marca de 200 Hz en el primer rango.

En las descripciones de estas construcciones simples, permítanme terminar esta parte del artículo. En la siguiente parte, hablaremos sobre disparadores y contadores basados ​​en ellos. Sin esto, la historia sobre los circuitos lógicos estaría incompleta.

Boris Aladyshkin

Continuación del artículo: Fichas lógicas. Parte 7. Disparadores. RS - disparador

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