Loogiset sirut. Osa 4

Kokouksen jälkeen artikkelin edelliset osat Yritetään selvittää esimerkkejä K155LA3-sirulla sen käytännöllisestä käytöstä.

Vaikuttaa siltä, ​​että mitä voidaan tehdä yhdestä sirusta? Tietysti mitään merkittävää. Sinun tulisi kuitenkin yrittää koota jokin toiminnallinen solmu sen perusteella. Tämä auttaa ymmärtämään visuaalisesti sen toimintaperiaatetta ja asetuksia. Yksi näistä solmuista, jota käytetään melko usein käytännössä, on itsensä värähtelevä multivibraattori.

Monivibraattoripiiri on esitetty kuvassa 1a. Tämä piirin ulkoasu on hyvin samanlainen kuin transistorien klassinen monivibraattoripiiri. Vain tässä käytetään aktiivisia elementtejä logiikkaelementit invertterien mukana olevat mikrosirut. Tätä varten mikrosirun tulotapit on kytketty toisiinsa. kondensaattorit C1 ja C2 muodostavat kaksi positiivista takaisinkytkentäpiiriä. Yksi piiri on elementin DD1.1 tulo - kondensaattori C1 - elementin DD1.2 lähtö. Toinen elementin DD1.2 tulosta kondensaattorin C2 kautta elementin DD1.1 ulostuloon.

Näiden yhteyksien ansiosta piiri on itsensä kiihtynyt, mikä johtaa pulssien generointiin. Pulssin toistoaika riippuu takaisinkytkentäpiireissä olevien kondensaattorien nimellisarvoista sekä vastuksien R1 ja R2 resistanssista.

Kuvassa 1b sama piiri piirretään siten, että se on vielä samankaltainen kuin transistorien kanssa varustettu klassinen multivibraattoriversio.

Kuva 1 Itsesärkyvä monivibraattori

Sähköiset impulssit ja niiden ominaisuudet

Tähän saakka, kun tutustuimme mikropiiriin, olimme tekemisissä tasavirran kanssa, koska kokeiden aikana tulosignaalit syötettiin manuaalisesti johdinhyppylaitteella. Seurauksena oli, että piirin ulostulossa saatiin vakio matala tai korkea jännite. Tällainen signaali oli luonteeltaan satunnainen.

Kokoonpanemassamme monivibraattoripiirissä lähtöjännite pulssitetaan, ts. Muuttuu tietyllä taajuudella asteittain matalalta korkealta ja päinvastoin. Tällaista radiotekniikan signaalia kutsutaan pulssisekvenssiksi tai yksinkertaisesti pulssisekvenssiksi. Kuvio 2 esittää eräitä sähköpulssimuotoja ja niiden parametreja.

Pulssisekvenssin niitä osia, joissa jännite saa korkean tason, kutsutaan korkean tason pulsseiksi, ja matalan tason jännite on tauko korkean tason pulssien välillä. Vaikka tosiasiassa kaikki on suhteellista: voidaan olettaa, että pulssit ovat alhaiset, mikä sisältää esimerkiksi minkä tahansa toimilaitteen. Sitten pulssien välistä taukoa pidetään vain korkeana.

Kuva 2. Pulssisekvenssit.

Yksi pulssin muodon erityistapauksista on mutkikkaita. Tässä tapauksessa pulssin kesto on yhtä suuri kuin tauon kesto. Pulssin keston suhteen arvioimiseksi käytetään parametria, jota kutsutaan työjaksona. Käyttöaste näyttää kuinka monta kertaa pulssin toistoaika on pidempi kuin pulssin kesto.

Kuviossa 2 pulssin toistoaika osoitetaan, kuten muuallakin, kirjaimella T, ja pulssin kesto ja taukoaika ovat vastaavasti ti ja tp. Matemaattisen kaavan muodossa työsykli ilmaistaan ​​seuraavasti: S = T / ti.

Tästä suhteesta johtuen ”mutkikkaan” pulssin työsykli on yhtä suuri kuin kaksi. Termi mutkikkaat on tässä tapauksessa lainattu rakentamisesta ja arkkitehtuurista: tämä on yksi muurausmenetelmistä, tiilen malli muistuttaa vain ilmoitettua pulssisarjaa. Kiertävä pulssisekvenssi on esitetty kuvassa 2a.

Työsyklin vastavuoroisuutta kutsutaan täyttökertoimeksi ja sitä merkitään kirjaimella D, joka on englannin työsyklin mukainen. Edellä esitetyn mukaan D = 1 / S.

Tietäen pulssin toistojakson, on mahdollista määrittää toistumisnopeus, joka lasketaan kaavalla F = 1 / T.

Impulssin alkua kutsutaan etuosaksi ja loppua vastaavasti laskuksi. Kuvio 2b esittää positiivisen impulssin, jonka työsykli on 4. Sen etuosa alkaa matalalta tasolta ja menee korkealle. Sellaista rintamaa kutsutaan positiiviseksi tai nousevaksi. Tämän mukaisesti tämän impulssin lasku, kuten kuvasta voidaan nähdä, on negatiivinen, laskussa.

Matalan tason impulssilla etuosa putoaa ja taantuma kasvaa. Tämä tilanne on esitetty kuvassa 2c.

Tällaisen pienen teoreettisen valmistelun jälkeen voit alkaa kokeilla. Kuvassa 1 esitetyn monivibraattorin kokoamiseksi riittää, että juotetaan kaksi kondensaattoria ja kaksi vastusta jo leipälevylle asennetulle mikropiirille. Voit tutkia lähtösignaaleja käyttämällä vain volttimittaria, mieluummin osoitinta kuin digitaalista. Tämä mainittiin jo artikkelin edellisessä osassa.

Tietenkin, ennen kuin kytket kytketyn virtapiirin päälle, sinun on tarkistettava, onko oikosulkuja ja että oikea kokoonpano on piirin mukainen. Kaaviossa ilmoitettujen kondensaattorien ja vastuksien nimellisarvoilla multivibraattorin lähdön jännite muuttuu matalasta korkeaan korkeintaan kolmekymmentä kertaa minuutissa. Siten esimerkiksi ensimmäisen elementin ulostuloon kytketty voltimetrineula värähtelee nollasta melkein viiteen volttia.

Sama voidaan nähdä, jos liität volttimittarin toiseen ulostuloon: nuolen poikkeamien amplitudi ja taajuus ovat samat kuin ensimmäisessä tapauksessa. Ei ole turhaa, että tällaista multivibraattoria kutsutaan usein symmetriseksi.

Jos et nyt ole liian laiska ja kytke toinen kondensaattori, jolla on sama kapasiteetti samanaikaisesti kondensaattorien kanssa, voit nähdä, että nuoli alkoi heilahtaa kaksi kertaa hitaammin. Värähtelytaajuus laski puoleen.

Jos nyt kaavion osoittamien kondensaattoreiden sijasta juotoskondensaattoreita, joiden kapasiteetti on pienempi, esimerkiksi 100 mikrofaradia, voit huomata vain taajuuden kasvun. Laitteen nuoli värähtelee paljon nopeammin, mutta silti sen liikkeet ovat edelleen melko havaittavissa.

Ja mitä tapahtuu, jos vaihdat vain yhden kondensaattorin kapasiteettia? Jätä esimerkiksi yksi kondensaattoreista, joiden kapasiteetti on 500 mikrofaradia, ja korvata toinen kondensaattoreista 100 mikrofaradilla. Taajuuden kasvu on havaittavissa, ja lisäksi laitteen nuoli osoittaa, että pulssien ja taukojen aikasuhde on muuttunut. Vaikka tässä tapauksessa järjestelmän mukaan monivibraattori pysyi edelleen symmetrisenä.

Yritetään nyt vähentää kondensaattoreiden kapasitanssia, esimerkiksi 1 ... 5 mikrofaradia. Tässä tapauksessa monivibraattori tuottaa äänen taajuuden, joka on luokkaa 500 ... 1000 Hz. Laitteen nuoli ei pysty vastaamaan tällaiseen taajuuteen. Se on yksinkertaisesti jossain asteikon keskellä ja näyttää keskimääräisen signaalitason.

Tässä ei yksinkertaisesti ole selvää, kulkevatko riittävän korkean taajuuden pulssit vai "harmaa" taso mikropiirin ulostulossa. Tällaisen signaalin erottamiseksi vaaditaan oskilloskooppi, jota kaikilla ei ole. Siksi piirin toiminnan todentamiseksi on mahdollista kytkeä kuulokkeet 0,1 μF: n kondensaattorin kautta ja kuulla tämä signaali.

Voit yrittää korvata minkä tahansa vastuksen muuttujalla, joka on suunnilleen sama. Sitten, taajuus vaihtelee pyörimisensä aikana tietyissä rajoissa, mikä tekee mahdolliseksi sen hienosäätö. Joissakin tapauksissa tämä on välttämätöntä.

Vastoin sanottua tapahtuu kuitenkin, että monivibraattori on epävakaa tai ei käynnisty ollenkaan. Syynä tähän ilmiöön on se, että TTL-mikrosirien emitteritulo on erittäin kriittinen sen piiriin asennettujen vastusten arvoille. Tämä emitteritulon ominaisuus johtuu seuraavista syistä.

Tulojännite on osa yhtä monivibraattorin varsista.Emitterivirran vuoksi tälle vastukselle syntyy jännite, joka sulkee transistorin. Jos tämän vastuksen resistanssi tehdään 2 ... 2,5 Kom: n sisällä, jännitteen pudotus sen yli on niin suuri, että transistori lakkaa vastaamasta tulosignaaliin.

Jos päinvastoin, otamme tämän vastuksen vastus 500 ... 700 ohmin sisällä, transistori on auki koko ajan eikä sitä ohjata tulosignaaleilla. Siksi nämä vastukset tulisi valita näiden huomioiden perusteella alueella 800 ... 2200 ohmia. Tämä on ainoa tapa saavuttaa tämän järjestelmän mukaisesti kootun monivibraattorin vakaa toiminta.

Siitä huolimatta sellaiseen monivibraattoriin vaikuttavat sellaiset tekijät kuin lämpötila, tehonsyötön epävakaus ja jopa mikropiirien parametrien vaihtelut. Eri valmistajien mikrosirut eroavat usein melko huomattavasti. Tämä ei koske vain 155. sarjaa, vaan myös muita. Siksi tällaisen kaavion mukaisesti koottua monivibraattoria käytetään käytännössä harvoin.

Kolmen elementin monivibraattori

Vakaampi multivibraattoripiiri on esitetty kuvassa 3a. Se koostuu kolmesta logiikkaelementistä, joihin invertterit sisällyttävät, kuten edellisessäkin. Kuten kaaviosta voidaan nähdä, juuri mainittujen loogisten elementtien emitteripiireissä ei ole. Värähtelytaajuuden määrittelee vain yksi RC-ketju.

Kuva 3. Kolmen loogisen elementin monivibraattori.

Tämän monivibraattoriversion toimintaa voidaan tarkkailla myös osoitinlaitteella, mutta selvyyden vuoksi voit koota indikaattorikaskadin saman levyn LEDiin. Tätä varten tarvitset yhden transistorityypin KT315, kaksi vastuksia ja yhden LEDin. Indikaattorikaavio on esitetty kuvassa 3b. Se voidaan juottaa myös leipälevylle yhdessä monivibraattorin kanssa.

Virran kytkemisen jälkeen monivibraattori alkaa heilahtaa, kuten LEDin välähdykset osoittavat. Ajoitusketjun arvoilla, jotka on esitetty kaaviossa, värähtelytaajuus on noin 1 Hz. Tämän todentamiseksi riittää, kun lasketaan värähtelyjen lukumäärä minuutissa: siellä pitäisi olla noin kuusikymmentä, mikä vastaa yhtä värähtelyä sekunnissa. Määritelmän mukaan tämä on tarkalleen 1 Hz.

On kaksi tapaa muuttaa tällaisen monivibraattorin taajuutta. Kytke ensin toinen saman kapasiteetin kondensaattori samansuuntaisesti kondensaattorin kanssa. LED-välähdyksistä tuli noin puoli harvinaisia, mikä osoittaa taajuuden laskun puoleen.

Toinen tapa muuttaa taajuutta on muuttaa vastuksen vastusta. Helpoin tapa on asentaa muuttuva vastus nimellisarvoltaan 1,5 ... 1,8 Com paikoilleen. Kun tämä vastus pyörii, värähtelytaajuus vaihtelee välillä 0,5 ... 20 Hz. Maksimitaajuus saadaan muuttuvan vastuksen asennossa, kun mikropiirien 1 ja 8 päätelmät suljetaan.

Jos vaihdat kondensaattorin, esimerkiksi, 1 mikrofaradin kapasiteetilla, käyttämällä samaa muuttuvaa vastusta on mahdollista säätää taajuus 300 ... 10 000 Hz: n sisällä. Tämä on jo äänialueen taajuusalue, joten ilmaisin palaa jatkuvasti, on mahdotonta sanoa, onko pulsseja. Siksi, kuten edellisessä tapauksessa, sinun tulisi käyttää kuulokepuhelimia, jotka on kytketty ulostuloon 0,1 μF: n kondensaattorin kautta. On parempi, jos kannettavien puhelimien vastuskyky on korkea.

Palataanpa sen järjestelmään tarkastellaksesi kolmen elementin monivibraattorin toimintaperiaatetta. Kun virta on kytketty päälle, loogiset elementit vievät jonkin tilan, ei samanaikaisesti, minkä voidaan vain olettaa. Oletetaan, että DD1.2 on ensimmäinen ulostulossa korkean tason tilassa. Korkean tason jännite siirretään sen lähdöstä lataamattoman kondensaattorin C1 kautta elementin DD1.1 tuloon, joka asetetaan nollaan. DD1.3-elementin tulossa on korkea taso, joten se on myös asetettu nollaan.

Mutta laitteen tämä tila on epävakaa: kondensaattori C1 latautuu vähitellen elementin DD1.3 ja vastuksen R1 lähdön kautta, mikä johtaa jännitteen asteittaiseen laskuun tulossa DD1.1. Kun tulon DD1.1 jännite lähestyy kynnysarvoa, se kytkeytyy yhtenäisyyteen ja vastaavasti elementti DD1.2 nollaan.

Tässä tilassa kondensaattori C1 vastuksen R1 läpi ja elementin DD1.2 lähtö (tällä hetkellä lähtö on pieni) alkaa latautua elementin DD1.3 ulostulosta. Heti kun kondensaattori on latautunut, elementin DD1.1 tulossa oleva jännite ylittää kynnystason, kaikki elementit vaihtavat vastakkaisiin tiloihin. Siten elementin DD1.3 ulostulossa 8, joka on monivibraattorin lähtö, muodostuu sähköisiä pulsseja. Pulssit voidaan myös poistaa DD1.2-elementin tapista 6.

Kun olemme keksineet, kuinka saada pulsseja kolmiosaisesta monivibraattorista, voimme yrittää tehdä kaksielementin, piirin, joka on esitetty kuvassa 4.

Kuva 4. Kahden logiikkaelementin monivibraattori.

Tätä varten vastuksen R1 lähtö, aivan piirissä, riittää irrottautumaan nasta 8 ja juottaminen elementin DD1.1 napaan 1. laitteen lähtö on elementin DD1.2 lähtö 6. DD1.3-elementtiä ei enää tarvita ja se voidaan poistaa käytöstä esimerkiksi muissa piireissä käytettäväksi.

Tällaisen pulssigeneraattorin toimintaperiaate eroaa juurikaan harkitusta. Oletetaan, että elementin DD1.1 lähtö on suuri, sitten elementti DD1.2 on nolla-tilassa, mikä sallii kondensaattorin C1 lataamisen vastuksen kautta ja elementin DD1.2 ulostulon. Kun kondensaattori latautuu, jännite elementin DD1.1 tulossa saavuttaa kynnyksen, molemmat elementit vaihtavat vastakkaiseen tilaan. Tämän avulla kondensaattori voi latautua toisen elementin, vastuksen ja ensimmäisen elementin tulopiirin kautta. Kun jännite ensimmäisen elementin tulossa laskee kynnykseen, molemmat elementit siirtyvät vastakkaiseen tilaan.

Kuten edellä mainittiin, jotkut mikropiireiden esiintymät generaattoripiireissä ovat epävakaita, mikä voi riippua paitsi tietystä tapauksesta, mutta jopa mikropiirin valmistajasta. Siksi, jos generaattori ei käynnisty, on mahdollista kytkeä vastus, jonka resistanssi on 1,2 ... 2,0 Com ensimmäisen elementin tulon ja "maan" väliin. Se luo tulojännitteen lähellä kynnystä, mikä helpottaa generaattorin käynnistystä ja varsinaista toimintaa.

Sellaisia ​​digitaalitekniikan generaattoreiden variantteja käytetään hyvin usein. Artikkelin seuraavissa osissa tarkastellaan suhteellisen yksinkertaisia ​​laitteita, jotka on koottu harkittujen generaattoreiden perusteella. Mutta ensin tulisi harkita vielä yhtä monivibraattorivaihtoehtoa - yksi tärinää tai monivibraattori jollain muulla tavalla. Häntä koskevasta tarinasta aloitamme artikkelin seuraavan osan.

Boris Aladyshkin

Artikkelin jatko: Loogiset sirut. Osa 5