Logische chips. Deel 4

Na ontmoeting in vorige delen van het artikel Laten we met de K155LA3-chip proberen voorbeelden te vinden van de praktische toepassing.

Het lijkt erop dat wat met één chip kan worden gedaan? Natuurlijk niets bijzonders. U moet echter proberen een functioneel knooppunt op basis hiervan samen te stellen. Dit zal helpen om het principe van de werking en instellingen visueel te begrijpen. Een van deze knooppunten, die in de praktijk vaak wordt gebruikt, is een zelfoscillerende multivibrator.

Het multivibratorcircuit wordt getoond in figuur la. Dit circuit lijkt qua uiterlijk sterk op het klassieke multivibratorcircuit met transistoren. Alleen hier als actieve elementen worden toegepast logische elementen microchips opgenomen door omvormers. Hiervoor zijn de invoerpennen van de microschakeling met elkaar verbonden. condensatoren C1 en C2 vormen twee positieve feedbackcircuits. Eén circuit is de ingang van het element DD1.1 - condensator C1 - de uitgang van het element DD1.2. De andere van de ingang van het element DD1.2 via de condensator C2 naar de uitgang van het element DD1.1.

Dankzij deze verbindingen is het circuit zelf opgewonden, wat leidt tot het genereren van pulsen. De pulsherhalingsperiode hangt af van de nominale waarden van de condensatoren in de terugkoppelschakelingen, evenals de weerstand van de weerstanden R1 en R2.

In figuur 1b is hetzelfde circuit zo getekend dat het nog meer lijkt op de klassieke multivibratorversie met transistoren.

Fig. 1 Zelfoscillerende multivibrator

Elektrische impulsen en hun kenmerken

Tot nu toe, toen we kennis maakten met de microschakeling, hadden we te maken met gelijkstroom, omdat de ingangssignalen in de loop van de experimenten handmatig werden geleverd met behulp van een draadbrug. Als resultaat werd een constante spanning van laag of hoog niveau verkregen aan de uitgang van het circuit. Een dergelijk signaal was willekeurig van aard.

In het multivibratorcircuit dat we hebben samengesteld, wordt de uitgangsspanning gepulseerd, dat wil zeggen met een bepaalde frequentie stapsgewijs van een laag niveau naar een hoog niveau en vice versa. Een dergelijk signaal in radiotechniek wordt een pulsreeks of eenvoudig een reeks pulsen genoemd. Figuur 2 toont enkele soorten elektrische pulsen en hun parameters.

De delen van de pulssequentie waarin de spanning een hoog niveau aanneemt, worden hoog-niveau pulsen genoemd, en de laag-niveau spanning is de pauze tussen hoog-niveau pulsen. Hoewel in feite alles relatief is: we kunnen aannemen dat de pulsen laag zijn, wat bijvoorbeeld elke actuator zal omvatten. Dan wordt een pauze tussen pulsen als een hoog niveau beschouwd.

Figuur 2. Pulssequenties.

Een van de speciale gevallen van de pulsvorm is de meander. In dit geval is de pulsduur gelijk aan de pauzeduur. Gebruik de parameter duty cycle om de verhouding van de pulsduur te bepalen. Duty rate geeft aan hoe vaak de pulsherhalingsperiode langer is dan de pulsduur.

In figuur 2 wordt de pulsherhalingsperiode aangegeven, zoals elders, door de letter T en zijn de pulsduur en pauzetijd respectievelijk ti en tp. In de vorm van een wiskundige formule wordt de taakcyclus als volgt uitgedrukt: S = T / ti.

Vanwege deze verhouding is de duty cycle van de "meander" pulsen gelijk aan twee. De term meander is in dit geval ontleend aan constructie en architectuur: dit is een van de methoden van metselen, het patroon van het metselwerk lijkt precies op de aangegeven reeks pulsen. De meanderpulssequentie wordt getoond in figuur 2a.

Het omgekeerde van de duty cycle wordt de vulfactor genoemd en wordt aangegeven door de letter D uit de Engelse duty cycle. Volgens het bovenstaande is D = 1 / S.

Als u de pulsherhalingsperiode kent, is het mogelijk om de herhalingssnelheid te bepalen, die wordt berekend met de formule F = 1 / T.

Het begin van de impuls wordt respectievelijk de voorkant en het einde de achteruitgang genoemd. Figuur 2b toont een positieve impuls met een inschakelduur van 4. De voorkant begint vanaf een laag niveau en gaat naar een hoog niveau. Zo'n front wordt positief of oplopend genoemd. Dienovereenkomstig zal de daling van deze impuls, zoals op de foto te zien is, negatief zijn en vallen.

Voor een lage impuls zal de voorkant vallen en zal de recessie toenemen. Deze situatie wordt getoond in figuur 2c.

Na zo'n kleine theoretische voorbereiding kun je beginnen met experimenteren. Om de in figuur 1 getoonde multivibrator te assembleren, is het voldoende om twee condensatoren en twee weerstanden aan de reeds op het breadboard geïnstalleerde microschakeling te solderen. Om de uitgangssignalen te bestuderen, kunt u alleen een voltmeter gebruiken, bij voorkeur een wijzer, in plaats van een digitale. Dit werd al vermeld in het vorige deel van het artikel.

Voordat u het geassembleerde circuit inschakelt, moet u natuurlijk controleren of er kortsluiting is en of de juiste montage in overeenstemming is met het circuit. Met de nominale waarden van condensatoren en weerstanden aangegeven in het diagram, zal de spanning aan de uitgang van de multivibrator niet meer dan dertig keer per minuut van laag naar hoog veranderen. Aldus zal een voltmeternaald die bijvoorbeeld is verbonden met de uitgang van het eerste element oscilleren van nul tot bijna vijf volt.

Hetzelfde kan worden gezien als u een voltmeter op een andere uitgang aansluit: de amplitude en frequentie van de pijlafwijkingen zijn hetzelfde als in het eerste geval. Het is niet tevergeefs dat een dergelijke multivibrator vaak symmetrisch wordt genoemd.

Als je nu niet te lui bent en een andere condensator met dezelfde capaciteit parallel aan de condensatoren aansluit, kun je zien dat de pijl twee keer langzamer begon te oscilleren. De oscillatiefrequentie nam met de helft af.

Als nu, in plaats van condensatoren, zoals aangegeven in het diagram, condensatoren met een lagere capaciteit solderen, bijvoorbeeld 100 microfarads, kunt u alleen een toename van de frequentie opmerken. De pijl van het apparaat fluctueert veel sneller, maar de bewegingen zijn nog steeds behoorlijk merkbaar.

En wat gebeurt er als u de capaciteit van slechts één condensator verandert? Laat bijvoorbeeld een van de condensatoren met een capaciteit van 500 microfarads over en vervang de andere door 100 microfarads. De toename van de frequentie zal merkbaar zijn en bovendien zal de pijl van het apparaat aangeven dat de tijdverhouding van pulsen en pauzes is veranderd. Hoewel in dit geval de multivibrator volgens het schema nog steeds symmetrisch bleef.

Laten we nu proberen de capaciteit van de condensatoren te verminderen, bijvoorbeeld 1 ... 5 microfarads. In dit geval genereert de multivibrator een audiofrequentie in de orde van 500 ... 1000 Hz. De pijl van het apparaat kan niet reageren op een dergelijke frequentie. Het zal gewoon ergens in het midden van de schaal zijn en het gemiddelde signaalniveau weergeven.

Het is eenvoudigweg niet duidelijk of de pulsen van een voldoende hoge frequentie daadwerkelijk gaan, of het "grijze" niveau aan de uitgang van de microschakeling. Om een ​​dergelijk signaal te onderscheiden, is een oscilloscoop vereist, die niet iedereen heeft. Om de werking van het circuit te verifiëren, is het daarom mogelijk om de hoofdtelefoons aan te sluiten via een 0,1 μF-condensator en dit signaal te horen.

Je kunt proberen alle weerstanden te vervangen door een variabele van ongeveer dezelfde waarde. Tijdens de rotatie zal de frequentie binnen bepaalde grenzen variëren, waardoor het mogelijk is om het af te stellen. In sommige gevallen is dit noodzakelijk.

In tegenstelling tot wat is gezegd, gebeurt het echter dat de multivibrator onstabiel is of helemaal niet start. De reden voor dit fenomeen ligt in het feit dat de emitteringang van TTL-microschakelingen zeer kritisch is voor de waarden van de weerstanden die in het circuit zijn geïnstalleerd. Dit kenmerk van de emitteringang is te wijten aan de volgende redenen.

De ingangsweerstand maakt deel uit van een van de armen van de multivibrator.Vanwege de emitterstroom wordt op deze weerstand een spanning gecreëerd die de transistor sluit. Als de weerstand van deze weerstand binnen 2 ... 2,5 Kom wordt gemaakt, zal de spanningsval erover zo groot zijn dat de transistor gewoon niet meer reageert op het ingangssignaal.

Als we daarentegen de weerstand van deze weerstand binnen 500 ... 700 Ohm nemen, zal de transistor altijd open zijn en niet worden bestuurd door ingangssignalen. Daarom moeten deze weerstanden worden geselecteerd op basis van deze overwegingen in het bereik van 800 ... 2200 Ohm. Dit is de enige manier om de stabiele werking van de multivibrator volgens dit schema te bereiken.

Niettemin wordt een dergelijke multivibrator beïnvloed door factoren zoals temperatuur, instabiliteit van de voeding en zelfs variaties in de parameters van microschakelingen. Microchips van verschillende fabrikanten verschillen vaak behoorlijk aanzienlijk. Dit geldt niet alleen voor de 155e serie, maar ook voor anderen. Daarom wordt een multivibrator die is samengesteld volgens een dergelijk schema praktisch zelden gebruikt.

Multivibrator met drie elementen

Een stabieler multivibratorcircuit wordt getoond in figuur 3a. Het bestaat uit drie logische elementen, zoals in de vorige opgenomen door omvormers. Zoals te zien is in het diagram, zijn in de emittercircuits van de logische elementen die zojuist zijn genoemd, weerstanden dat niet. De oscillatiefrequentie wordt opgegeven door slechts één RC-ketting.

Figuur 3. Multivibrator op drie logische elementen.

De werking van deze versie van de multivibrator kan ook worden waargenomen met behulp van een aanwijsapparaat, maar voor de duidelijkheid kunt u de indicatorcascade op de LED op hetzelfde bord monteren. Om dit te doen, hebt u één KT315-transistor, twee weerstanden en één LED nodig. Het indicatordiagram is weergegeven in figuur 3b. Het kan ook worden gesoldeerd op een breadboard samen met een multivibrator.

Nadat de stroom is ingeschakeld, begint de multivibrator te oscilleren, zoals blijkt uit de flits van de LED. Met de waarden van de timingketen aangegeven in het diagram, is de oscillatiefrequentie ongeveer 1 Hz. Om dit te verifiëren, volstaat het om het aantal oscillaties in 1 minuut te berekenen: er moeten er ongeveer zestig zijn, wat overeenkomt met 1 oscillatie per seconde. Per definitie is dit precies 1 Hz.

Er zijn twee manieren om de frequentie van een dergelijke multivibrator te wijzigen. Sluit eerst een andere condensator met dezelfde capaciteit parallel aan de condensator aan. LED-flitsen werden ongeveer half zo zeldzaam, wat duidt op een afname van de frequentie met de helft.

Een andere manier om de frequentie te veranderen, is door de weerstand van de weerstand te veranderen. De eenvoudigste manier is om een ​​variabele weerstand met een nominale waarde van 1,5 ... 1,8 Com te installeren. Wanneer deze weerstand roteert, varieert de oscillatiefrequentie binnen 0,5 ... 20 Hz. De maximale frequentie wordt verkregen in de positie van de variabele weerstand wanneer de conclusies van de microschakeling 1 en 8 worden gesloten.

Als u de condensator bijvoorbeeld wijzigt met een capaciteit van 1 microfarad, kunt u met dezelfde variabele weerstand de frequentie aanpassen binnen 300 ... 10.000 Hz. Dit zijn al frequenties van het geluidsbereik, daarom licht de indicator continu op, het is onmogelijk om te zeggen of er pulsen zijn of niet. Gebruik daarom, net als in het vorige geval, de hoofdtelefoons die via de 0,1 μF-condensator op de uitgang zijn aangesloten. Het is beter als de hoofdtelefoons een hoge weerstand hebben.

Laten we, om het werkingsprincipe van een multivibrator met drie elementen te beschouwen, teruggaan naar zijn schema. Nadat de stroom is ingeschakeld, zullen de logische elementen niet tegelijkertijd enige toestand aannemen, waarvan alleen kan worden aangenomen. Neem aan dat DD1.2 de eerste is die zich aan de uitgang op een hoog niveau bevindt. Van zijn uitgang via een ongeladen condensator C1 wordt een hoogspanningsniveau overgedragen naar de ingang van het element DD1.1, die op nul zal worden ingesteld. Aan de ingang van het DD1.3-element bevindt zich een hoog niveau, dus het is ook ingesteld op nul.

Maar deze toestand van het apparaat is onstabiel: condensator C1 wordt geleidelijk geladen via de uitgang van het element DD1.3 en weerstand R1, wat leidt tot een geleidelijke afname van de spanning op de ingang DD1.1. Wanneer de spanning op de ingang DD1.1 de drempel nadert, zal deze naar eenheid schakelen en dienovereenkomstig het element DD1.2 naar nul.

In deze toestand begint de condensator Cl via de weerstand R1 en de uitgang van het element DD1.2 (op dit moment is de uitgang laag) op te laden vanaf de uitgang van het element DD1.3. Zodra de condensator wordt opgeladen, zal de spanning aan de ingang van het element DD1.1 het drempelniveau overschrijden, alle elementen schakelen naar tegengestelde toestanden. Aan de uitgang 8 van het element DD1.3, dat de uitgang van de multivibrator is, worden dus elektrische pulsen gevormd. Ook kunnen pulsen worden verwijderd van pen 6 van het DD1.2-element.

Nadat we hebben uitgezocht hoe we pulsen kunnen verkrijgen in een multivibrator met drie elementen, kunnen we proberen een circuit met twee elementen te maken, het circuit, dat wordt weergegeven in figuur 4.

Figuur 4. Multivibrator op twee logische elementen.

Om dit te doen, is de uitgang van de weerstand R1, direct op het circuit, voldoende om van pin 8 en soldeer aan pin 1 van element DD1.1 te solderen. de uitgang van het apparaat is uitgang 6 van het element DD1.2. het DD1.3-element is niet langer nodig en kan worden uitgeschakeld, bijvoorbeeld voor gebruik in andere circuits.

Het werkingsprincipe van een dergelijke pulsgenerator verschilt weinig van wat zojuist is overwogen. Stel dat de uitgang van het element DD1.1 hoog is, dan bevindt het element DD1.2 zich in de nulstatus, waardoor de condensator C1 kan worden opgeladen via de weerstand en de uitgang van het element DD1.2. Terwijl de condensator oplaadt, bereikt de spanning aan de ingang van het element DD1.1 de drempel, beide elementen schakelen naar de tegenovergestelde toestand. Hierdoor kan de condensator opladen via het uitgangscircuit van het tweede element, de weerstand en het ingangscircuit van het eerste element. Wanneer de spanning aan de ingang van het eerste element tot een drempel wordt verlaagd, zullen beide elementen in de tegenovergestelde toestand gaan.

Zoals hierboven vermeld, zijn sommige gevallen van microschakelingen in de generatorcircuits onstabiel, wat niet alleen afhankelijk kan zijn van een specifiek geval, maar zelfs van de fabrikant van de microschakeling. Daarom, als de generator niet start, is het mogelijk om een ​​weerstand met een weerstand van 1,2 ... 2,0 Com aan te sluiten tussen de ingang van het eerste element en de "aarde". Het creëert een ingangsspanning dicht bij de drempel, waardoor het starten en de daadwerkelijke werking van de generator gemakkelijker worden.

Dergelijke varianten van generatoren in digitale technologie worden heel vaak gebruikt. In de volgende delen van het artikel zullen relatief eenvoudige apparaten worden overwogen die zijn samengesteld op basis van de beschouwde generatoren. Maar eerst moet nog een optie van een multivibrator worden overwogen - een enkele vibrator of een monovibrator op een andere manier. Met het verhaal over hem beginnen we aan het volgende deel van het artikel.

Boris Aladyshkin

Vervolg van het artikel: Logische chips. Deel 5