Logički čipovi. 4. dio

Nakon sastanka u prethodni dijelovi članka s čipom K155LA3, pokušajmo otkriti primjere njegove praktične primjene.

Čini se da se što može učiniti iz jednog čipa? Naravno, ništa izvanredno. No trebali biste pokušati sastaviti neki funkcionalni čvor na temelju njega. To će vam pomoći da vizualno shvatite princip rada i postavke. Jedan od tih čvorova, koji se često koristi u praksi, je samo-oscilirajući multivibrator.

Multivibratorski krug prikazan je na slici 1a. Ovaj je krug u izgledu vrlo sličan klasičnom multivibratornom krugu s tranzistorima. Samo ovdje se primjenjuju aktivni elementi logički elementi mikročipovi uključeni od pretvarača. Za to su ulazni pinovi mikro kruga spojeni zajedno. kondenzatori C1 i C2 tvore dva kruga pozitivnih povratnih informacija. Jedan krug je ulaz elementa DD1.1 - kondenzator C1 - izlaz elementa DD1.2. Drugi od ulaza elementa DD1.2 kroz kondenzator C2 na izlaz elementa DD1.1.

Zahvaljujući tim vezama, krug se sam pobudi, što dovodi do stvaranja impulsa. Period ponavljanja impulsa ovisi o ocjeni kondenzatora u povratnim krugovima, kao i o otpornosti otpornika R1 i R2.

Na slici 1b nacrtan je isti krug na način da je još sličniji klasičnoj verziji multivibatora s tranzistorima.

Sl. 1 samo-oscilirajući multivibrator

Električni impulsi i njihove karakteristike

Do sada, kad smo se upoznali s mikro krugom, bavili smo se istosmjernom strujom, jer su se ulazni signali tijekom pokusa dostavljali ručno pomoću žičane skakačice. Kao rezultat toga, na izlazu kruga dobiven je konstantni napon niskog ili visokog nivoa. Takav je signal bio slučajne prirode.

U multivibratornom krugu koji smo sklopili izlazni napon će biti impulziran, tj. Mijenjajući se s određenom frekvencijom korak stepeno s niske na visoku i obrnuto. Takav se signal u radio inženjerstvu naziva impulsna sekvenca ili jednostavno slijed impulsa. Na slici 2 prikazane su neke vrste električnih impulsa i njihovi parametri.

Dijelovi nizova impulsa u kojima napon poprima visoku razinu nazivaju se impulsi visoke razine, a napon niske razine pauza između impulsa visoke razine. Iako je u stvari sve relativno: možemo pretpostaviti da su impulsi niski, što će uključiti, primjerice, bilo koji aktuator. Pauza između impulsa smatrat će se samo visokom razinom.

Slika 2. Pulsne sekvence.

Jedan od posebnih slučajeva oblika pulsa je meander. U ovom je slučaju trajanje pulsa jednako trajanju pauze. Za procjenu odnosa trajanja impulsa koristite parametar koji se naziva radni ciklus. Brzina rada prikazuje koliko je puta ponavljanje impulsa duže od trajanja impulsa.

Na slici 2, razdoblje ponavljanja impulsa označeno je, kao i drugdje, slovom T, a trajanje impulsa i vrijeme pauze su ti i tp. U obliku matematičke formule radni ciklus će biti izražen na sljedeći način: S = T / ti.

Zbog ovog omjera, radni ciklus impulsa "meander" jednak je dva. Izraz meander u ovom je slučaju posuđen iz graditeljstva i arhitekture: ovo je jedna od metoda zidanja zidova, obrazac zidarske opeke samo podsjeća na naznačeni slijed impulsa. Slijed impulsa meandera prikazan je na slici 2a.

Uzajamni radni ciklus naziva se faktorom punjenja, a označen je slovom D iz engleskog ciklusa rada. Prema navedenom, D = 1 / S.

Znajući razdoblje ponavljanja pulsa, moguće je odrediti stopu ponavljanja, koja se izračunava formulom F = 1 / T.

Početak impulsa naziva se prednji, a kraj, odnosno pad. Na slici 2b prikazan je pozitivan impuls s radnim ciklusom od 4. Prednja strana počinje od niske razine i prelazi u visoku. Takva se prednja strana naziva pozitivna ili uzlazna. Prema tome, pad ovog impulsa, kao što se može vidjeti na slici, bit će negativan, padajući.

Za impuls niske razine, prednji će dio padati, a recesija će se povećavati. Ova situacija je prikazana na slici 2c.

Nakon tako malo teorijske pripreme, možete početi eksperimentirati. Da biste spojili multivibrator prikazan na slici 1, dovoljno je lemljenje dva kondenzatora i dva otpornika na mikro krug već instaliran na ploči. Za proučavanje izlaznih signala možete upotrijebiti samo voltmetar, po mogućnosti pokazivač, a ne digitalni. To je već spomenuto u prethodnom dijelu članka.

Prije nego što uključite sklopljeni krug, morate provjeriti postoje li kratki spojevi i ispravna sklopka u skladu s krugom. S ocjenama kondenzatora i otpornika navedenih na dijagramu, napon na izlazu multivibatora će se mijenjati od niskog do visokog ne više od trideset puta u minuti. Tako će igla voltmetra spojena, na primjer, na izlaz prvog elementa, oscilirati od nule do gotovo pet volti.

Isto se može vidjeti ako spojite voltmetar na drugi izlaz: amplituda i učestalost odstupanja strelice bit će iste kao u prvom slučaju. Nije uzalud takav multivibrator često nazvan simetričnim.

Ako sada niste previše lijeni i spojite drugi kondenzator istog kapaciteta paralelno s kondenzatorima, tada možete vidjeti da je strelica počela oscilirati dvostruko sporije. Učestalost oscilacija smanjila se za pola.

Ako sada, umjesto kondenzatora, kako je naznačeno na dijagramu, lemite kondenzatore manjeg kapaciteta, na primjer, 100 mikrofarada, tada možete primijetiti samo povećanje frekvencije. Strelica uređaja kretat će se mnogo brže, no ipak su njegovi pokreti i dalje prilično uočljivi.

A što se događa ako promijenite kapacitet samo jednog kondenzatora? Na primjer, ostavite jedan od kondenzatora kapaciteta 500 mikrofaradi, a drugi zamijenite sa 100 mikrofaradada. Povećanje frekvencije bit će primjetno, a osim toga, strelica uređaja pokazat će da se vremenski omjer impulsa i stanke promijenio. Iako je u ovom slučaju, prema shemi, multivibrator je i dalje ostao simetričan.

Pokušajmo sada smanjiti kapacitet kondenzatora, na primjer 1 ... 5 mikrofaradi. U tom će slučaju multivibrator stvoriti audio frekvenciju veličine 500 ... 1000 Hz. Strelica uređaja neće moći odgovoriti na takvu frekvenciju. Jednostavno će biti negdje na sredini ljestvice, pokazujući prosječnu razinu signala.

Ovdje jednostavno nije jasno da li impulsi dovoljno visoke frekvencije zapravo idu ili je siva razina na izlazu mikro kruga. Za razlikovanje takvog signala potreban je osciloskop, kojeg nemaju svi. Stoga je za provjeru rada kruga moguće slušalice spojiti preko kondenzatora od 0,1 µF i čuti ovaj signal.

Možete pokušati zamijeniti bilo koji otpornik promjenom približno iste vrijednosti. Zatim će se tijekom rotacije frekvencija mijenjati u određenim granicama, što omogućuje precizno podešavanje. U nekim je slučajevima to potrebno.

Međutim, suprotno onome što je rečeno, događa se da je multivibrator nestabilan ili se uopće ne pokreće. Razlog ovog fenomena leži u činjenici da je ulazni napon TTL mikrociklova vrlo kritičan za vrijednosti otpornika instaliranih u njegovom krugu. Ova značajka ulaza za emitiranje proizlazi iz sljedećih razloga.

Ulazni otpornik dio je jednog od krakova multivibatora.Zbog struje odašiljača, stvara se napon na ovom otporniku koji zatvara tranzistor. Ako se otpor ovog otpornika napravi unutar 2 ... 2,5 Kom, pad napona preko njega bit će toliko velik da tranzistor jednostavno prestaje reagirati na ulazni signal.

Ako, naprotiv, uzmemo otpor ovog otpornika unutar 500 ... 700 Ohma, tranzistor će biti otvoren cijelo vrijeme i neće biti kontroliran ulaznim signalima. Stoga bi se ovi otpornici trebali odabrati na temelju tih razmatranja u rasponu od 800 ... 2200 Ohma. To je jedini način da se postigne stabilan rad multivibatora sastavljenog prema ovoj shemi.

Unatoč tome, na takav multivibrator utječu čimbenici kao što su temperatura, nestabilnost napajanja, pa čak i varijacije u parametrima mikrokontrole. Mikročipovi različitih proizvođača često se značajno razlikuju. To se odnosi ne samo na 155. seriju, već i na ostale. Stoga se multivibrator sastavljen prema takvoj shemi praktički rijetko koristi.

Trodijelni multivibrator

Stabilniji multivibratorski krug prikazan je na slici 3a. Sastoji se od tri logička elementa, kao i u prethodnoj, uključenih pretvarača. Kao što se vidi iz dijagrama, u emitičkim krugovima logičkih elemenata spomenuti otpornici nisu. Frekvencija oscilacija određuje samo jedan RC lanac.

Slika 3. Multivibrator na tri logička elementa.

Rad ove verzije multivibatora može se promatrati i pomoću pokazivačkog uređaja, ali zbog jasnoće možete na istoj ploči sastaviti indikatorsku kaskadu na LED. Da biste to učinili, potreban vam je jedan tranzistor KT315, dva otpornika i jedan LED. Indikatorski dijagram prikazan je na slici 3b. Također se može lemiti na dasci zajedno s multivibratorom.

Nakon uključivanja napajanja, multivibrator će početi oscilirati, o čemu svjedoči bljesak LED-a. S vrijednostima vremenskog lanca naznačenim na dijagramu, frekvencija oscilacija iznosi oko 1 Hz. Da biste to potvrdili, dovoljno je izračunati broj oscilacija u 1 minuti: trebalo bi biti oko šezdeset, što odgovara 1 oscilaciji u sekundi. Po definiciji, to je točno 1Hz.

Postoje dva načina promjene frekvencije takvog multivibatora. Prvo spojite drugi kondenzator istog kapaciteta paralelno s kondenzatorom. LED bljeskovi postaju otprilike upola rjeđi, što ukazuje na smanjenje frekvencije za pola.

Drugi način promjene frekvencije je promjena otpora otpornika. Najlakši način je da na njegovo mjesto instalirate varijabilni otpornik nominalne vrijednosti 1,5 ... 1,8 Com. Kada se ovaj otpor okreće, frekvencija oscilacija će se mijenjati u granicama od 0,5 ... 20 Hz. Maksimalna frekvencija dobiva se u položaju varijabilnog otpornika kada su zaključci mikro kruga 1 i 8 zatvoreni.

Ako promijenite kondenzator, na primjer, kapaciteta 1 mikrofarad, tada je pomoću istog promjenjivog otpora moguće podesiti frekvenciju unutar 300 ... 10 000 Hz. To su već frekvencije raspona zvuka, pa indikator neprekidno svijetli, nemoguće je reći ima li impulsa ili ne. Stoga, kao i u prethodnom slučaju, trebali biste koristiti naglavne telefone povezane na izlaz preko kondenzatora od 0,1 µF. Bolje ako su slušalice velike otpornosti.

Da bismo razmotrili princip rada multivibrator s tri elementa, vratimo se njegovoj shemi. Nakon uključivanja napajanja logički elementi će istovremeno uzeti neko stanje, za koje se može samo pretpostaviti. Pretpostavimo da je element DD1.2 bio prvi na izlazu u stanje visoke razine. Iz njegovog izlaza kroz neispunjeni kondenzator C1 prenosi se napon visoke razine na ulaz elementa DD1.1, koji će biti postavljen na nulu. Na ulazu DD1.3 elementa je visoka razina, pa je također postavljena na nulu.

Ali ovo stanje uređaja je nestabilno: kondenzator C1 postupno se puni kroz izlaz elementa DD1.3 i otpornika R1, što dovodi do postupnog smanjenja napona na ulazu DD1.1. Kad se napon na ulazu DD1.1 približi pragu, on će se prebaciti na jedinicu, a samim tim i element DD1.2 na nulu.

U tom stanju kondenzator C1 kroz otpornik R1 i izlaz elementa DD1.2 (u ovom trenutku izlaz je nizak) počinje se puniti s izlaza elementa DD1.3. Čim se kondenzator napuni, napon na ulazu elementa DD1.1 prelazi graničnu razinu, svi će se elementi prebaciti u suprotna stanja. Tako se na izlazu 8 elementa DD1.3, koji je izlaz multivibatora, stvaraju električni impulsi. Također, impulsi se mogu ukloniti s pin 6 DD1.2.

Nakon što smo shvatili kako dobiti impulse u troelementnom multivibratoru, možemo pokušati napraviti sklop s dva elementa, što je prikazano na slici 4.

Slika 4. Multivibrator na dva logička elementa.

Da biste to učinili, izlaz otpornika R1, koji je upravo u krugu, dovoljan je za odmotavanje s igle 8 i lemljenje za pin 1 elementa DD1.1. izlaz uređaja će biti izlaz 6 elementa DD1.2. DD1.3 element više nije potreban i može se onesposobiti, primjerice, za upotrebu u drugim krugovima.

Načelo rada takvog generatora impulsa malo se razlikuje od onoga što je upravo razmatrano. Pretpostavimo da je izlaz elementa DD1.1 visok, tada je element DD1.2 u nultom stanju, što omogućuje da se kondenzator C1 napuni kroz otpornik i izlaz elementa DD1.2. Kako se kondenzator napuni, napon na ulazu elementa DD1.1 dosegne prag, oba elementa prelaze u suprotno stanje. To će omogućiti da se kondenzator ponovno napuni kroz izlazni krug drugog elementa, otpornika i ulaznog kruga prvog elementa. Kada se napon na ulazu prvog elementa smanji na prag, oba će elementa preći u suprotno stanje.

Kao što je gore spomenuto, neki slučajevi mikrokontrole u krugovima generatora su nestabilni, što može ovisiti ne samo o konkretnoj instanci, već čak i o proizvođaču mikrokontrole. Stoga, ako se generator ne pokrene, između ulaza prvog elementa i "zemlje" moguće je spojiti otpornik s otporom 1,2 ... 2,0 Com. Stvara ulazni napon blizu praga, što olakšava pokretanje i stvarni rad generatora.

Takve se varijante generatora u digitalnoj tehnologiji koriste vrlo često. U sljedećim dijelovima članka razmotrit će se relativno jednostavni uređaji sastavljeni na temelju razmatranih generatora. Ali prvo, treba razmotriti još jednu mogućnost multivibatora - jedan vibrator ili monovibrator na drugi način. S pričom o njemu započinjemo sljedeći dio članka.

Boris Aladyskin

Nastavak članka: Logički čipovi. 5. dio