Loginiai lustai. 4 dalis

Po susitikimo ankstesnės straipsnio dalys naudodamiesi K155LA3 lustu, pabandykime išsiaiškinti jo praktinio taikymo pavyzdžius.

Atrodytų, ką galima padaryti iš vieno lusto? Žinoma, nieko išskirtinio. Tačiau turėtumėte pabandyti surinkti tam tikrą funkcinį mazgą, remdamiesi juo. Tai padės vizualiai suprasti jo veikimo principą ir parametrus. Vienas iš šių mazgų, gana dažnai naudojamas praktikoje, yra savaime besisukantis multivibratorius.

Multivibratoriaus grandinė parodyta 1a paveiksle. Ši išvaizda yra labai panaši į klasikinę daugiafunkcinę grandinę su tranzistoriais. Taikomi tik aktyvūs elementai logikos elementai mikroschemos, įtrauktos į keitiklius. Tam reikia sujungti mikro grandinės įvesties kaiščius. Kondensatoriai C1 ir C2 sudaro dvi teigiamo grįžtamojo ryšio grandines. Viena grandinė yra elemento DD1.1 įėjimas - kondensatorius C1 - elemento DD1.2 išėjimas. Kitas - nuo elemento DD1.2 įėjimo per kondensatorių C2 iki elemento DD1.1 išėjimo.

Šių jungčių dėka grandinė savaime sužadinama, o tai lemia impulsų generavimą. Impulsų pasikartojimo laikotarpis priklauso nuo grįžtamojo ryšio grandinėse esančių kondensatorių vardų, taip pat nuo rezistorių R1 ir R2 varžos.

1b paveiksle ta pati grandinė nubraižyta taip, kad ji dar labiau panaši į klasikinę multivibratoriaus versiją su tranzistoriais.

Fig. 1 Savarankiškai besisukantis multivibratorius

Elektriniai impulsai ir jų charakteristikos

Iki šiol, kai mes susipažinome su mikroschemomis, mes dirbome su nuolatinėmis srovėmis, nes eksperimentų metu įvesties signalai buvo tiekiami rankiniu būdu, naudojant vielos trumpiklį. Dėl to grandinės išvestyje buvo gaunama pastovi žemo ar aukšto lygio įtampa. Toks signalas buvo atsitiktinio pobūdžio.

Mūsų surinktoje multivibratoriaus grandinėje išėjimo įtampa bus impulsinė, tai yra, keičiantis tam tikru dažniu laipsniškai nuo žemo lygio iki aukšto ir atvirkščiai. Toks signalas radijo inžinerijoje vadinamas impulsų seka arba tiesiog impulsų seka. 2 paveiksle parodyti kai kurie elektrinių impulsų variantai ir jų parametrai.

Impulsų sekos dalys, kuriose įtampa įgauna aukštą lygį, vadinamos aukšto lygio impulsais, o žemo lygio įtampa yra pauzė tarp aukšto lygio impulsų. Nors iš tikrųjų viskas yra santykinai: mes galime manyti, kad impulsai yra žemi, kuriuose bus, pavyzdžiui, bet kokia pavara. Tuomet pauzė tarp impulsų bus laikoma aukšta.

2 pav. Impulsų sekos.

Vienas iš ypatingų impulsų formos atvejų yra meandrai. Tokiu atveju impulso trukmė yra lygi pauzės trukmei. Norėdami įvertinti impulsų trukmės santykį, naudokite parametrą, vadinamą darbo ciklu. Darbinis greitis parodo, kiek kartų impulsų pasikartojimo laikotarpis yra ilgesnis nei impulsų trukmė.

2 paveiksle, kaip ir kitur, impulso pasikartojimo laikotarpis nurodomas raide T, o impulso trukmė ir pauzės laikas yra atitinkamai ti ir tp. Matematinės formulės metu darbo ciklas bus išreiškiamas taip: S = T / ti.

Dėl šio santykio „vingiuotojo“ impulsų veikimo ciklas yra lygus dviem. Terminas „meandras“ šiuo atveju yra pasiskolintas iš statybos ir architektūros: tai yra vienas iš mūrijimo būdų, mūrinis raštas tik primena nurodytą impulsų seką. Vidutinio impulso seka parodyta 2a paveiksle.

Darbinio ciklo abipusis ryšys vadinamas užpildymo koeficientu ir nurodomas D raide iš angliškojo muitų ciklo. Pagal tai, kas išdėstyta aukščiau, D = 1 / S.

Žinant impulsų pasikartojimo periodą, galima nustatyti pasikartojimo greitį, kuris apskaičiuojamas pagal formulę F = 1 / T.

Impulso pradžia vadinama atitinkamai priekine, o pabaiga - nuosmukiu. 2b paveiksle parodytas teigiamas impulsas, kurio darbo ciklas yra 4. Jo priekis prasideda nuo žemo lygio ir eina į aukštą. Toks frontas vadinamas teigiamu arba kylančiu. Atitinkamai, šio impulso nuosmukis, kaip matyti paveikslėlyje, bus neigiamas, kris.

Dėl žemo lygio impulso priekis kris, o nuosmukis didės. Tokia padėtis parodyta 2c paveiksle.

Po tokio šiek tiek teorinio pasiruošimo galite pradėti eksperimentuoti. Norint surinkti multivibratorių, parodytą 1 paveiksle, pakanka sulieti du kondensatorius ir du rezistorius prie jau sumontuotos duonkepės mikroschemos. Norėdami ištirti išėjimo signalus, galite naudoti tik voltmetrą, geriau rodyklę, o ne skaitmeninį. Tai jau buvo paminėta ankstesnėje straipsnio dalyje.

Žinoma, prieš įjungdami surinktą grandinę, turite patikrinti, ar nėra kokių nors trumpųjų jungimų ir ar teisingas surinkimas atitinka grandinę. Esant diagramoje nurodytiems kondensatorių ir varžų parametrams, įtampa multivibratoriaus išvestyje pasikeis nuo žemos iki aukštos ne daugiau kaip trisdešimt kartų per minutę. Taigi voltmetro adata, prijungta, pavyzdžiui, prie pirmojo elemento išėjimo, virps nuo nulio iki beveik penkių voltų.

Tą patį galima pastebėti, jei prie kito išėjimo prijungiate voltmetrą: rodyklės nuokrypių amplitudė ir dažnis bus tokie patys kaip ir pirmuoju atveju. Ne veltui toks multivibratorius dažnai vadinamas simetriniu.

Jei dabar nesate per daug tingus ir lygiagrečiai su kondensatoriais prijungiate kitą tokios pačios talpos kondensatorių, tuomet galite pamatyti, kad rodyklė pradėjo virpėti du kartus lėčiau. Virpesių dažnis sumažėjo perpus.

Jei dabar vietoj kondensatorių, kaip parodyta diagramoje, lydmetalio kondensatoriai, kurių talpa mažesnė, pavyzdžiui, 100 mikrofaradų, tada galite pastebėti tik padidėjusį dažnį. Prietaiso rodyklė svyruos daug greičiau, tačiau vis tiek jo judesiai vis dar yra gana pastebimi.

O kas nutiks, jei pakeisite tik vieno kondensatoriaus talpą? Pvz., Palikite vieną iš kondensatorių, kurių talpa yra 500 mikrofaradų, o kitą pakeiskite 100 mikrofaradų. Bus pastebimas dažnio padidėjimas, be to, prietaiso rodyklė parodys, kad impulsų ir pauzių laiko santykis pasikeitė. Nors šiuo atveju pagal schemą multivibratorius vis tiek išliko simetriškas.

Dabar pabandykime sumažinti kondensatorių, pavyzdžiui, 1 ... 5 mikrofaradų, talpą. Tokiu atveju multivibratorius sugeneruos 500 ... 1000 Hz garso dažnį. Įrenginio rodyklė negalės reaguoti į tokį dažnį. Tai tiesiog bus kažkur skalės viduryje, parodydamas vidutinį signalo lygį.

Čia tiesiog neaišku, ar iš tikrųjų eina pakankamai aukšto dažnio impulsai, ar „pilkasis“ lygis išėjimo grandinėje. Norint atskirti tokį signalą, reikalingas osciloskopas, kurį ne visi turi. Todėl norint patikrinti grandinės veikimą, galima prijungti telefono galvutes per 0,1 μF kondensatorių ir išgirsti šį signalą.

Galite pabandyti pakeisti bet kurį iš rezistorių maždaug tokios pačios vertės kintamuoju. Tada sukimosi metu dažnis kinta tam tikrose ribose, o tai leidžia jį tiksliai sureguliuoti. Kai kuriais atvejais tai yra būtina.

Tačiau, priešingai, nei buvo teigiama, taip atsitinka, kad multivibratorius yra nestabilus arba jo visai nepradeda. Šio reiškinio priežastis yra ta, kad TTL mikroschemų emiterio įėjimas yra labai svarbus jo grandinėje sumontuotų rezistorių vertėms. Ši emiterio įvesties ypatybė yra dėl šių priežasčių.

Įvesties rezistorius yra vienos iš multivibratoriaus atramų dalis.Dėl emiterio srovės šiame rezistoriuje sukuriama įtampa, kuri uždaro tranzistorių. Jei šio rezistoriaus varža bus padaryta per 2 ... 2,5 Kom, įtampos kritimas per ją bus toks didelis, kad tranzistorius tiesiog nustos reaguoti į įvesties signalą.

Jei, priešingai, šio rezistoriaus pasipriešinimą imsime per 500 ... 700 omų, tranzistorius visą laiką bus atidarytas ir nebus valdomas įvesties signalais. Todėl šie rezistoriai turėtų būti parinkti atsižvelgiant į šias aplinkybes esant 800 ... 2200 omų diapazonui. Tai yra vienintelis būdas pasiekti stabilų multivibratoriaus, surenkamo pagal šią schemą, veikimą.

Nepaisant to, tokiam multivibratoriui turi įtakos tokie faktoriai kaip temperatūra, maitinimo šaltinio nestabilumas ir net mikroschemų parametrų kitimai. Skirtingų gamintojų mikroschemos dažnai gana smarkiai skiriasi. Tai taikoma ne tik 155-ajai serijai, bet ir kitoms. Todėl multivibratorius, surinktas pagal tokią schemą, yra praktiškai retai naudojamas.

Trijų elementų multivibratorius

Stabilesnė multivibratoriaus grandinė parodyta 3a paveiksle. Jį sudaro trys loginiai elementai, įtraukti, kaip ir ankstesniame, keitikliai. Kaip matyti iš diagramos, ką tik paminėtų loginių elementų spinduolių grandinėse nėra. Virpesių dažnį nurodo tik viena RC grandinė.

3 pav. Trijų loginių elementų multivibratorius.

Šios multivibratoriaus versijos veikimą taip pat galima stebėti naudojant rodyklės įtaisą, tačiau aiškumo dėlei toje pačioje plokštėje galima sumontuoti indikatorių kaskadą ant šviesos diodo. Norėdami tai padaryti, jums reikia vieno tranzistoriaus KT315, dviejų rezistorių ir vieno šviesos diodo. Indikatoriaus schema parodyta 3b paveiksle. Jis taip pat gali būti lituojamas ant duonos lentos kartu su multivibratoriumi.

Įjungus maitinimą, multivibratorius pradės svyruoti, tai patvirtina šviesos diodo blykstė. Diagramoje nurodytomis laiko grandinės reikšmėmis virpesių dažnis yra apie 1 Hz. Norėdami tai patikrinti, pakanka apskaičiuoti virpesių skaičių per 1 minutę: turėtų būti apie šešiasdešimt, o tai atitinka 1 virpesį per sekundę. Pagal apibrėžimą tai tiksliai 1Hz.

Yra du būdai, kaip pakeisti tokio multivibratoriaus dažnį. Pirmiausia lygiagrečiai su kondensatoriumi prijunkite kitą tokios pačios talpos kondensatorių. LED blykstės tapo maždaug perpus retesnės, tai rodo dažnio sumažėjimą perpus.

Kitas būdas pakeisti dažnį yra pakeisti rezistoriaus varžą. Lengviausias būdas yra įdiegti kintamą rezistorių, kurio nominali vertė yra 1,5 ... 1,8 Com. Kai šis rezistorius sukasi, virpesių dažnis kinta nuo 0,5 ... 20 Hz. Didžiausias dažnis gaunamas kintamojo rezistoriaus padėtyje, kai uždaromos 1 ir 8 mikroschemų išvados.

Pavyzdžiui, jei keisite kondensatorių, pavyzdžiui, su 1 mikrofarado talpa, tada naudodami tą patį kintamąjį rezistorių, galite sureguliuoti dažnį per 300 ... 10 000 Hz. Tai jau yra garso diapazono dažniai, todėl indikatorius šviečia nuolat, neįmanoma pasakyti, ar yra impulsai, ar nėra. Todėl, kaip ir ankstesniu atveju, turėtumėte naudoti ausinius, prijungtus prie išvesties per 0,1 μF kondensatorių. Geriau, jei galvos apdangalai yra labai atsparūs.

Apsvarstykime multivibratoriaus, turinčio tris elementus, veikimo principą, grįžkime prie jo schemos. Įjungus maitinimą, loginiai elementai užims tam tikrą būseną tuo pačiu metu, kurią galima tik numanyti. Tarkime, kad DD1.2 yra pirmasis, kurio išvestis yra aukšto lygio. Iš jo išėjimo per neįkrautą kondensatorių C1 aukšto lygio įtampa perduodama į elemento DD1.1 įvestį, kuri bus nustatyta iki nulio. DD1.3 elemento įvestyje yra aukštas lygis, todėl jis taip pat nustatytas į nulį.

Bet ši prietaiso būklė yra nestabili: kondensatorius C1 palaipsniui įkraunamas per elemento DD1.3 ir rezistoriaus R1 išvestį, o tai lemia laipsnišką įtampos sumažėjimą įvesties DD1.1 metu. Kai įtampa DD1.1 artės prie slenksčio, ji pereis į vienovę ir atitinkamai elementą DD1.2 iki nulio.

Esant tokiai būsenai, kondensatorius C1 per rezistorių R1 ir elemento DD1.2 išvestis (šiuo metu išvestis yra maža) pradeda įkrauti iš elemento DD1.3 išėjimo. Kai tik kondensatorius įkraunamas, elemento DD1.1 įėjimo įtampa viršys slenksčio lygį, visi elementai pereis į priešingas būsenas. Taigi, elemento DD1.3 išvestyje 8, kuri yra multivibratoriaus išėjimas, suformuojami elektriniai impulsai. Taip pat impulsus galima pašalinti iš DD1.2 6 kaiščio.

Kai mes sugalvojome, kaip gauti impulsus trijų elementų multivibratoriuje, galime pabandyti padaryti dviejų elementų grandinę, parodytą 4 paveiksle.

4 pav. Dviejų loginių elementų multivibratorius.

Norint tai padaryti, pakanka rezistoriaus R1 išėjimo, tiesiai ant grandinės, kad jis būtų išskleistas iš 8 kaiščio, o lydmetalis - į DD1.1 elemento 1 kaištį. prietaiso išvestis bus DD1.2 elemento 6 išvestis. DD1.3 elemento nebereikia ir jis gali būti išjungtas, pavyzdžiui, naudoti kitose grandinėse.

Tokio impulsų generatoriaus veikimo principas mažai skiriasi nuo to, kas ką tik buvo svarstoma. Tarkime, kad elemento DD1.1 išėjimas yra didelis, tada elemento DD1.2 būklė yra nulinė, o tai leidžia įkrauti kondensatorių C1 per rezistorių ir išvesti elementą DD1.2. Kai kondensatorius įkraunamas, įtampa elemento DD1.1 įvestyje pasiekia ribą, abu elementai pereina į priešingą būseną. Tai leis kondensatoriui įkrauti per antrojo elemento išėjimo grandinę, rezistorių ir pirmojo elemento įėjimo grandinę. Kai įtampa pirmojo elemento įvestyje sumažinama iki slenksčio, abu elementai pereis į priešingą būseną.

Kaip minėta aukščiau, kai kurie generatorių grandinių mikroschemų pavyzdžiai yra nestabilūs, o tai gali priklausyti ne tik nuo konkretaus egzemplioriaus, bet netgi nuo mikroschemų gamintojo. Todėl, jei generatorius neprasideda, tarp pirmojo elemento įėjimo ir "žemės" galima prijungti rezistorių, kurio varža 1,2 ... 2,0 Com. Tai sukuria įėjimo įtampą, artimą slenksčiui, kuri palengvina generatoriaus paleidimą ir realų darbą.

Tokie generatorių variantai skaitmeninėje technologijoje naudojami labai dažnai. Tolesnėse straipsnio dalyse bus nagrinėjami palyginti paprasti įtaisai, surinkti remiantis svarstomais generatoriais. Bet pirmiausia reikėtų apsvarstyti dar vieną multivibratoriaus variantą - vieną vibratorių arba kitokiu būdu monovibratorių. Su pasakojimu apie jį pradedame kitą straipsnio dalį.

Borisas Aladyshkinas

Straipsnio tęsinys: Loginiai lustai. 5 dalis