Logische chips. Deel 6

de vorige delen van het artikel werden beschouwd als de eenvoudigste apparaten op de logische elementen 2I-NOT. Dit is een zelf-oscillerende multivibrator en one-shot. Laten we eens kijken wat er op basis daarvan kan worden gemaakt.

Elk van deze apparaten kan worden gebruikt in verschillende ontwerpen als master-oscillatoren en pulsvormers van de vereiste duur. Gezien het feit dat het artikel alleen als richtlijn dient, en niet een beschrijving van een specifiek complex circuit, beperken we ons tot enkele eenvoudige apparaten die de bovenstaande schema's gebruiken.

Eenvoudige multivibratorcircuits

Een multivibrator is een redelijk veelzijdig apparaat, dus het gebruik ervan is zeer divers. In het vierde deel van het artikel werd een multivibratorcircuit op basis van drie logische elementen getoond. Om niet naar dit onderdeel te zoeken, wordt het circuit opnieuw weergegeven in figuur 1.

De oscillatiefrequentie bij de waarden aangegeven in het diagram zal ongeveer 1 Hz zijn. Door een dergelijke multivibrator aan te vullen met een LED-indicator, kunt u een eenvoudige lichtpulsgenerator krijgen. Als de transistor voldoende krachtig wordt genomen, bijvoorbeeld KT972, is het heel goed mogelijk om een ​​kleine slinger te maken voor een kleine kerstboom. Door de DEM-4m-telefooncapsule in plaats van de LED aan te sluiten, kunt u klikken horen wanneer u de multivibrator schakelt. Een dergelijk apparaat kan worden gebruikt als een metronoom bij het leren spelen van muziekinstrumenten.

Figuur 1. Multivibrator met drie elementen.

Op basis van een multivibrator is het heel eenvoudig om een ​​audiofrequentiegenerator te maken. Om dit te doen, is het noodzakelijk dat de condensator 1 μF is en een variabele weerstand van 1,5 ... 2,2 KΩ als weerstand R1 gebruikt. Een dergelijke generator zal natuurlijk niet het gehele geluidsbereik blokkeren, maar binnen bepaalde grenzen kan de oscillatiefrequentie worden gewijzigd. Als u een generator met een groter frequentiebereik nodig hebt, kunt u dit doen door de capaciteit van de condensator te wijzigen met een schakelaar.

Intermitterende geluidsgenerator

Als voorbeeld van het gebruik van een multivibrator, kunnen we een circuit oproepen dat een intermitterend geluidssignaal uitzendt. Om het te maken, hebt u al twee multivibrators nodig. In dit schema, multivibrators op twee logische elementen, waarmee u een dergelijke generator op slechts één chip kunt assembleren. Het circuit is weergegeven in figuur 2.

Figuur 2. Intermitterende piepgenerator.

De generator op de elementen DD1.3 en DD1.4 genereert geluidsfrequentieoscillaties die worden gereproduceerd door de DEM-4m-telefooncapsule. In plaats daarvan kunt u elke met een wikkelweerstand van ongeveer 600 ohm gebruiken. Met de classificaties C2 en R2 aangegeven in het diagram, is de frequentie van geluidstrillingen ongeveer 1000 Hz. Maar het geluid is alleen te horen op het moment dat aan de uitgang 6 van de multivibrator op de elementen DD1.1 en DD1.2 een hoog niveau is waardoor de multivibrator op de elementen DD1.3, DD1.4 kan werken. In het geval dat de uitvoer van het lage niveau van de eerste multivibrator van de tweede multivibrator wordt gestopt, is er geen geluid in de telefooncapsule.

Om de werking van de geluidsgenerator te controleren, kan de 10e uitgang van het DD1.3-element worden losgekoppeld van de uitgang 6 van DD1.2. In dit geval zou een continu geluidssignaal moeten klinken (vergeet niet dat als de invoer van het logische element nergens is verbonden, de status ervan als een hoog niveau wordt beschouwd).

Als de 10e pin is aangesloten op een gemeenschappelijke draad, bijvoorbeeld een draadbrug, stopt het geluid in de telefoon. (Hetzelfde kan worden gedaan zonder de verbinding van de tiende uitgang te verbreken). Deze ervaring suggereert dat het geluidssignaal alleen te horen is als uitgang 6 van het DD1.2-element hoog is. Aldus klokt de eerste multivibrator de tweede. Een soortgelijk schema kan bijvoorbeeld worden toegepast in alarmapparaten.

Over het algemeen wordt een draadverbindingsdraad verbonden met een gemeenschappelijke draad veel gebruikt bij de studie en reparatie van digitale schakelingen als een signaal van laag niveau. We kunnen zeggen dat dit een klassieker van het genre is. Angst voor het gebruik van een dergelijke methode van "branden" is volledig tevergeefs. Bovendien kunnen niet alleen de ingangen, maar ook de uitgangen van digitale microschakelingen van elke serie op de "grond" worden "geplant". Dit komt overeen met een open uitgangstransistor of logisch nulniveau, laag niveau.

In tegenstelling tot wat zojuist is gezegd, IS HET VOLLEDIG ONMOGELIJK DE MICROCIRCUITS AAN TE SLUITEN OP HET + 5V-CIRCUIT: als de uitgangstransistor op dit moment open is (alle spanning van de voeding wordt op de collector - emittersectie van de open uitgangstransistor gezet), zal de microschakeling defect raken. Aangezien alle digitale circuits niet stilstaan, maar altijd iets doen, in een gepulseerde modus werken, hoeft de uitgangstransistor niet lang te worden geopend.

Een sonde voor het repareren van radioapparatuur

Met behulp van de logische elementen 2I-NOT kunt u een eenvoudige generator maken voor het afstemmen en repareren van radio's. Aan de uitgang ervan is het mogelijk om oscillaties van de geluidsfrequentie (RF) en de radiofrequentie (RF) oscillaties te verkrijgen die door de RF worden gemoduleerd. Het generatorcircuit is weergegeven in figuur 3.

Figuur 3. Generator voor het controleren van ontvangers.

Op de elementen DD1.3 en DD1.4 is een reeds bekende multivibrator samengesteld. Met zijn hulp worden trillingen van de geluidsfrequentie gegenereerd, die via de omvormer DD2.2 en condensator C5 via connector XA1 worden gebruikt om de laagfrequente versterker te testen.

De hoogfrequente oscillatie-generator is gemaakt op de elementen DD1.1 en DD1.2. Dit is ook een bekende multivibrator, alleen hier verscheen een nieuw element - inductor L1 in serie geschakeld met condensatoren C1 en C2. de frequentie van deze generator wordt hoofdzakelijk bepaald door de parameters van de spoel L1 en kan in geringe mate worden aangepast door condensator C1.

Op het element DD2.1 is een radiofrequentiemixer gemonteerd die wordt ingevoerd naar ingang 1 en naar ingang 2 wordt de frequentie van het audiobereik toegepast. Hier klokt de geluidsfrequentie de radiofrequentie op precies dezelfde manier als in het intermitterende geluidssignaalcircuit in figuur 2: de radiofrequentiespanning op aansluiting 3 van het DD2.1-element verschijnt op het moment dat het uitgangsniveau 11 van het DD1.4-element hoog is.

Om een ​​radiofrequentie in het bereik van 3 ... 7 MHz te verkrijgen, kan de L1-spoel worden gewikkeld op een frame met een diameter van 8 mm. Steek in de spoel een stuk van de staaf van een magnetische antenne van ferrietkwaliteit F600NM. Spoel L1 bevat 50 ... 60 draadwindingen PEV-2 0,2 ​​... 0,3 mm. Het ontwerp van de sonde is willekeurig.

Het is beter om een ​​sondegenerator te gebruiken om te voeden gestabiliseerde spanningsbronmaar je kunt galvanische batterij.

Enkele vibrator applicatie

Als de eenvoudigste toepassing van een enkele vibrator kan een lichtsignaalapparaat worden genoemd. Op basis hiervan kunt u een doelwit maken voor het schieten van tennisballen. Het circuit van de lichtsignaalinrichting is weergegeven in figuur 4.

Figuur 4. Lichtsignaalinrichting.

Het doel zelf kan behoorlijk groot zijn (karton of triplex) en de "appel" is een metalen plaat met een diameter van ongeveer 80 mm. In het schakelschema is dit contact SF1. Wanneer ze in het midden van het doel worden geraakt, sluiten de contacten heel kort, zodat het knipperen van de lamp mogelijk niet wordt opgemerkt. Om een ​​dergelijke situatie te voorkomen, wordt in dit geval een enkele opname gebruikt: vanaf een korte startpuls gaat de lamp minimaal een seconde uit. In dit geval is de triggerpuls langwerpig.

Als u wilt dat de lamp niet dooft wanneer deze toeslaat, maar eerder knippert, moet u een KT814-transistor in het indicatorcircuit gebruiken door de collector- en emitteruitgangen te verwisselen. Met deze aansluiting kunt u de weerstand in het basiscircuit van de transistor weglaten.

Als een enkele pulsgenerator wordt vaak een enkele opname gebruikt bij de reparatie van digitale technologie om de prestaties van zowel afzonderlijke microschakelingen als hele cascades te testen.Dit zal later worden besproken. Ook kan geen enkele schakelaar, of zoals het wordt genoemd, een analoge frequentiemeter, zonder een enkele vibrator.

Eenvoudige frequentiemeter

Op de vier logische elementen van de K155LA3-chip kunt u een eenvoudige frequentiemeter samenstellen waarmee u signalen kunt meten met een frequentie van 20 ... 20.000 Hz. Om de frequentie van een signaal van elke vorm, bijvoorbeeld een sinusoïde, te kunnen meten, moet het worden omgezet in rechthoekige pulsen. Meestal gebeurt deze transformatie met een Schmitt-trigger. Als ik het mag zeggen, zet het de "pulsen" van de sinusgolf met zachte fronten om in rechthoeken met steile fronten en hellingen. Schmitt-trigger heeft een triggerdrempel. Als het ingangssignaal onder deze drempel ligt, is er geen pulssequentie aan de uitgang van de trigger.

Bekendheid met het werk van de Schmitt-trigger kan met een eenvoudig experiment beginnen. Het schema van zijn bedrijf is weergegeven in figuur 5.

Figuur 5. Schmitt-trigger en grafieken van zijn werk.

Om het ingangssinusvormige signaal te simuleren, worden galvanische batterijen GB1 en GB2 gebruikt: het verplaatsen van de schuifregelaar R1 met variabele weerstand naar de bovenste positie in het circuit simuleert een positieve halve golf van een sinusgolf en naar beneden bewegen negatief.

Het experiment moet beginnen met het feit dat door de motor van de variabele weerstand R1 te roteren, er nul spanning op wordt gezet, en natuurlijk wordt geregeld met een voltmeter. In deze positie is de uitgang van het element DD1.1 een enkele toestand, een hoog niveau, en de uitgang van het element DD1.2 is logisch nul. Dit is de begintoestand zonder signaal.

Sluit een voltmeter aan op de uitgang van het DD1.2-element. Zoals hierboven geschreven, zullen we bij de uitgang een laag niveau zien. Als het nu voldoende is om de schuifregelaar van de variabele weerstand langzaam helemaal omhoog te draaien volgens het schema, en vervolgens helemaal naar beneden tot aan de stop en terug bij de uitgang DD1.2, toont het apparaat het element dat van laag naar hoog niveau schakelt en vice versa. Met andere woorden, de uitgang DD1.2 bevat rechthoekige pulsen met positieve polariteit.

De werking van een dergelijke Schmitt-trigger wordt geïllustreerd door de grafiek in figuur 5b. Een sinusgolf aan de ingang van een Schmitt-trigger wordt verkregen door een variabele weerstand te roteren. De amplitude is maximaal 3V.

Zolang de spanning van de positieve halve golf de drempelwaarde (Uпор1) niet overschrijdt, wordt een logische nul (begintoestand) opgeslagen aan de uitgang van het apparaat. Wanneer de ingangsspanning toeneemt door de variabele weerstand op tijdstip t1 te draaien, bereikt de ingangsspanning de drempelspanning (ongeveer 1,7 V).

Beide elementen schakelen naar de tegenovergestelde uitgangstoestand: aan de uitgang van het apparaat (element DD1.2) zal er een hoogspanningsniveau zijn. Een verdere toename van de ingangsspanning tot de amplitudewaarde (3V) leidt niet tot een verandering in de uitgangstoestand van het apparaat.

Laten we nu de variabele weerstand in de tegenovergestelde richting draaien. Het apparaat schakelt naar de begintoestand wanneer de ingangsspanning daalt naar de tweede, lagere, drempelspanning Uпор2, zoals weergegeven in de grafiek. De uitvoer van het apparaat wordt dus opnieuw ingesteld op logische nul.

Een onderscheidend kenmerk van de Schmitt-trigger is de aanwezigheid van deze twee drempelniveaus. Ze veroorzaakten de hysterese van de Schmitt-trigger. De breedte van de hysteresislus wordt ingesteld door de selectie van de weerstand R3, hoewel niet binnen zeer grote grenzen.

Verdere rotatie van de variabele weerstand langs het circuit vormt een negatieve halve golf van een sinusgolf aan de ingang van het apparaat. De invoerdiodes die in de chip zijn geïnstalleerd, kortsluiten echter gewoon de negatieve halve golf van het invoersignaal naar een gemeenschappelijke draad. Daarom heeft het negatieve signaal geen invloed op de werking van het apparaat.

Figuur 6. Frequentiemetercircuit.

Afbeelding 6 toont een diagram van een eenvoudige frequentiemeter, gemaakt op slechts één K155LA3-chip. Op de elementen DD1.1 en DD1.2 wordt een Schmitt-trigger geassembleerd, met het apparaat en de werking waarvan we net hebben ontmoet. De resterende twee elementen van de microschakeling worden gebruikt om de meetpulsvormer te construeren.Het feit is dat de duur van de rechthoekige pulsen aan de uitgang van de Schmitt-trigger afhankelijk is van de frequentie van het gemeten signaal. In deze vorm wordt alles gemeten, maar niet de frequentie.

Aan de Schmitt-trigger die we al kenden, werden nog een paar elementen toegevoegd. Aan de ingang is condensator C1 geïnstalleerd. De taak is om geluidsfrequentieoscillaties aan de ingang van de frequentiemeter over te slaan, omdat de frequentiemeter is ontworpen om in dit bereik te werken en de doorgang van de constante component van het signaal te blokkeren.

De diode VD1 is ontworpen om het niveau van de positieve halve golf te beperken tot het spanningsniveau van de stroombron, en VD2 snijdt de negatieve halve golven van het ingangssignaal. In principe kan de interne beschermingsdiode van de microschakeling deze taak vrij aan, dus VD2 kan niet worden geïnstalleerd. Daarom is de ingangsspanning van een dergelijke frequentiemeter binnen 3 ... 8 V. Om de gevoeligheid van het apparaat te vergroten, kan een versterker aan de ingang worden geïnstalleerd.

Pulsen met positieve polariteit gegenereerd door het ingangssignaal door een Schmitt-trigger worden toegevoerd aan de ingang van de meetpulsvormer op de elementen DD1.3 en DD1.4.

Wanneer een lage spanning verschijnt aan de ingang van element DD1.3, schakelt deze over naar eenheid. Daarom zal hierdoor en de weerstand R4 een van de condensatoren C2 ... C4 worden opgeladen. In dit geval zal de spanning op de onderste ingang van het DD1.4-element toenemen en uiteindelijk een hoog niveau bereiken. Desondanks blijft het element DD1.4 in de status van een logische eenheid, omdat er nog steeds een logische nul is van de uitgang van de Schmitt-trigger op de bovenste ingang (DD1.2-uitgang 6). Daarom stroomt een zeer onbeduidende stroom door het meetapparaat PA1, de pijl van het apparaat wijkt praktisch niet af.

Het uiterlijk van een logische eenheid aan de uitgang van de Schmitt-trigger schakelt het element DD1.4 naar de status van logische nul. Daarom stroomt een stroom beperkt door de weerstand van weerstanden R5 ... R7 door de aanwijzerinrichting PA1.

Dezelfde eenheid aan de uitgang van de Schmitt-trigger schakelt het DD1.3-element naar de nulstatus. In dit geval begint de condensator van de shaper te ontladen. Het verminderen van de spanning erop zal ertoe leiden dat het element DD1.4 opnieuw wordt ingesteld op de status van een logische eenheid, waardoor de vorming van een puls van laag niveau wordt beëindigd. De positie van de meetpuls ten opzichte van het gemeten signaal is weergegeven in figuur 5d.

Voor elke meetlimiet is de duur van de meetpuls constant over het gehele bereik, daarom hangt de afwijkingshoek van de pijl van de microammeter alleen af ​​van de herhalingssnelheid van deze meetpuls zelf.

Voor verschillende frequenties is de duur van de meetpuls verschillend. Voor hogere frequenties moet de meetpuls kort zijn en voor lage frequenties een beetje groot. Daarom worden, om metingen in het gehele bereik van geluidsfrequenties te garanderen, drie tijdinstellende condensatoren C2 ... C4 gebruikt. Met een condensatorcapaciteit van 0,2 μF worden frequenties van 20 ... 200 Hz gemeten, 0,02 μF - 200 ... 2000 Hz en met een capaciteit van 2000 pF 2 ... 20 KHz.

Kalibratie van de frequentiemeter wordt het gemakkelijkst gedaan met behulp van een geluidsgenerator, beginnend bij het laagste frequentiebereik. Breng hiervoor een signaal met een frequentie van 20 Hz op de ingang aan en markeer de positie van de pijl op de schaal.

Geef daarna een signaal met een frequentie van 200 Hz en draai de weerstand R5 om de pijl in te stellen op de laatste verdeling van de schaal. Markeer bij het leveren van frequenties van 30, 40, 50 ... 190 Hz de positie van de pijl op de schaal. Op dezelfde manier wordt afstemming uitgevoerd in de resterende bereiken. Het is mogelijk dat een meer nauwkeurige selectie van condensatoren C3 en C4 nodig is, zodat het begin van de schaal samenvalt met de 200 Hz-markering in het eerste bereik.

Laat me dit deel van het artikel afwerken met de beschrijvingen van deze eenvoudige constructies. In het volgende deel zullen we het hebben over triggers en tellers op basis daarvan. Zonder dit zou het verhaal over logische circuits onvolledig zijn.

Boris Aladyshkin

Vervolg van het artikel: Logische chips. Deel 7. Triggers. RS - trigger

E-boek -Beginnershandleiding voor AVR-microcontrollers