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Logikchips. Teil 6

 

LogikchipsIn vorherige Teile des Artikels wurden als die einfachsten Geräte auf den logischen Elementen 2I-NOT angesehen. Dies ist ein selbstoszillierender Multivibrator und One-Shot. Mal sehen, was auf ihrer Basis erstellt werden kann.

Jedes dieser Geräte kann in verschiedenen Ausführungen als Master-Oszillatoren und Impulsformer der erforderlichen Dauer verwendet werden. Angesichts der Tatsache, dass der Artikel nur zur Orientierung dient und keine Beschreibung einer bestimmten komplexen Schaltung enthält, beschränken wir uns auf einige einfache Geräte, die die oben genannten Schemata verwenden.


Einfache Multivibratorschaltungen

Ein Multivibrator ist ein ziemlich vielseitiges Gerät, daher ist seine Verwendung sehr vielfältig. Im vierten Teil des Artikels wurde eine Multivibratorschaltung gezeigt, die auf drei logischen Elementen basiert. Um diesen Teil nicht zu suchen, ist die Schaltung in Abbildung 1 noch einmal dargestellt.

Die Schwingungsfrequenz bei den im Diagramm angegebenen Nennwerten beträgt ca. 1 Hz. Wenn Sie einen solchen Multivibrator mit einer LED-Anzeige ergänzen, erhalten Sie einen einfachen Lichtimpulsgenerator. Wenn der Transistor ausreichend leistungsfähig ist, z. B. KT972, ist es durchaus möglich, eine kleine Girlande für einen kleinen Weihnachtsbaum herzustellen. Wenn Sie eine DEM-4m-Telefonkapsel anstelle einer LED anschließen, können Sie beim Umschalten des Multivibrators Klicks hören. Ein solches Gerät kann als Metronom beim Erlernen des Spielens von Musikinstrumenten verwendet werden.

Drei-Element-Multivibrator

Abbildung 1. Multivibrator mit drei Elementen.

Basierend auf einem Multivibrator ist es sehr einfach, einen Audiofrequenzgenerator herzustellen. Dazu muss der Kondensator 1 μF betragen und einen variablen Widerstand von 1,5 ... 2,2 KΩ als Widerstand R1 verwenden. Ein solcher Generator blockiert natürlich nicht den gesamten Schallbereich, aber innerhalb bestimmter Grenzen kann die Schwingungsfrequenz geändert werden. Wenn Sie einen Generator mit einem größeren Frequenzbereich benötigen, können Sie dazu die Kapazität des Kondensators mit einem Schalter ändern.


Intermittierender Klangerzeuger

Als Beispiel für die Verwendung eines Multivibrators können wir eine Schaltung abrufen, die ein intermittierendes Tonsignal aussendet. Zum Erstellen benötigen Sie bereits zwei Multivibratoren. In diesem Schema Multivibratoren auf zwei logischen Elementen, mit denen Sie einen solchen Generator auf nur einem Chip zusammenbauen können. Die Schaltung ist in Abbildung 2 dargestellt.

Intermittierender Klangerzeuger

Abbildung 2. Intermittierender Pieptongenerator.

Der Generator an den Elementen DD1.3 und DD1.4 erzeugt Schallfrequenzschwingungen, die von der DEM-4m-Telefonkapsel reproduziert werden. Stattdessen können Sie jeden mit einem Wicklungswiderstand von ca. 600 Ohm verwenden. Mit den im Diagramm angegebenen Nennwerten C2 und R2 beträgt die Frequenz der Schallschwingungen etwa 1000 Hz. Der Ton ist jedoch nur zu dem Zeitpunkt zu hören, an dem am Ausgang 6 des Multivibrators an den Elementen DD1.1 und DD1.2 ein hoher Pegel anliegt, der es dem Multivibrator ermöglicht, an den Elementen DD1.3, DD1.4 zu arbeiten. In dem Fall, in dem der Ausgang des ersten Multivibrators mit niedrigem Pegel des zweiten Multivibrators gestoppt wird, ist kein Ton in der Telefonkapsel zu hören.

Um den Betrieb des Klangerzeugers zu überprüfen, kann der 10. Ausgang des DD1.3-Elements vom Ausgang 6 von DD1.2 getrennt werden. In diesem Fall sollte ein kontinuierliches Tonsignal ertönen (vergessen Sie nicht, dass sein Zustand als hoher Pegel angesehen wird, wenn der Eingang des Logikelements nirgendwo angeschlossen ist).

Wenn der 10. Pin mit einem gemeinsamen Kabel verbunden ist, z. B. einem Kabelbrücken, wird der Ton im Telefon gestoppt. (Das gleiche kann gemacht werden, ohne die Verbindung des zehnten Ausgangs zu unterbrechen). Diese Erfahrung legt nahe, dass das Tonsignal nur zu hören ist, wenn der Ausgang 6 des DD1.2-Elements hoch ist. Somit taktet der erste Multivibrator den zweiten. Ein ähnliches Schema kann beispielsweise bei Alarmgeräten angewendet werden.

Im Allgemeinen wird eine Drahtbrücke, die mit einem gemeinsamen Draht verbunden ist, häufig bei der Untersuchung und Reparatur digitaler Schaltungen als Signal mit niedrigem Pegel verwendet. Wir können sagen, dass dies ein Klassiker des Genres ist. Die Befürchtungen, eine solche Methode des „Brennens“ anzuwenden, sind völlig vergebens. Darüber hinaus können nicht nur die Eingänge, sondern auch die Ausgänge digitaler Mikroschaltungen jeder Serie auf den „Boden“ „gepflanzt“ werden. Dies entspricht einem offenen Ausgangstransistor oder einem logischen Nullpegel mit niedrigem Pegel.

Im Gegensatz zu dem, was gerade gesagt wurde, ist es völlig unmöglich, die Mikroschaltungen an die + 5-V-Schaltung anzuschließen: Wenn der Ausgangstransistor zu diesem Zeitpunkt offen ist (die gesamte Spannung der Stromversorgung wird an den Kollektor-Emitter-Abschnitt des offenen Ausgangstransistors angelegt), fällt die Mikroschaltung aus. Wenn man bedenkt, dass nicht alle digitalen Schaltkreise stillstehen, sondern ständig etwas tun und in einem gepulsten Modus arbeiten, muss der Ausgangstransistor nicht lange öffnen.


Eine Sonde zur Reparatur von Funkgeräten

Mit den logischen Elementen 2I-NOT können Sie einen einfachen Generator zum Einstellen und Reparieren von Radios erstellen. An seinem Ausgang ist es möglich, durch HF modulierte Schwingungen von Schallfrequenz (RF) und Hochfrequenz (RF) zu erhalten. Die Generatorschaltung ist in Abbildung 3 dargestellt.

Generator zur Überprüfung von Empfängern

Abbildung 3. Generator zur Überprüfung von Empfängern.

Auf den Elementen DD1.3 und DD1.4 ist der uns bereits bekannte Multivibrator montiert. Mit seiner Hilfe werden Schwingungen der Schallfrequenz erzeugt, die über den Wechselrichter DD2.2 und den Kondensator C5 über den Stecker XA1 zum Testen des Niederfrequenzverstärkers verwendet werden.

Der Hochfrequenzoszillationsgenerator besteht aus den Elementen DD1.1 und DD1.2. Dies ist auch ein bekannter Multivibrator, nur hier erschien ein neues Element - Induktor L1 in Reihe mit den Kondensatoren C1 und C2 geschaltet. Die Frequenz dieses Generators wird hauptsächlich durch die Parameter der Spule L1 bestimmt und kann durch den Kondensator C1 in geringem Maße eingestellt werden.

Auf dem Element DD2.1 ist ein Hochfrequenzmischer montiert, der Eingang 1 und Eingang 2 zugeführt wird. Die Frequenz des Audiobereichs wird angelegt. Hier taktet die Schallfrequenz die Funkfrequenz genauso wie in der intermittierenden Schallsignalschaltung in Abbildung 2: Die Hochfrequenzspannung an Klemme 3 des DD2.1-Elements erscheint in dem Moment, in dem der Ausgangspegel 11 des DD1.4-Elements hoch ist.

Um eine Funkfrequenz im Bereich von 3 ... 7 MHz zu erhalten, kann die L1-Spule auf einen Rahmen mit einem Durchmesser von 8 mm gewickelt werden. Führen Sie in die Spule ein Stück des Stabes einer Magnetantenne aus Ferrit F600NM ein. Die Spule L1 enthält 50 ... 60 Windungen Draht PEV-2 0,2 ​​... 0,3 mm. Das Design der Sonde ist beliebig.

Es ist besser, einen Sondengenerator zur Stromversorgung zu verwenden stabilisierte Spannungsquelleaber du kannst galvanische Batterie.


Einzelvibratoranwendung

Als einfachste Anwendung eines einzelnen Vibrators kann ein Lichtsignalgerät aufgerufen werden. Auf dieser Grundlage können Sie ein Ziel für das Schießen von Tennisbällen erstellen. Die Schaltung des Lichtsignalgeräts ist in Abbildung 4 dargestellt.

Warnlicht

Abbildung 4. Lichtsignalgerät.

Das Ziel selbst kann ziemlich groß sein (Pappe oder Sperrholz), und sein „Apfel“ ist eine Metallplatte mit einem Durchmesser von etwa 80 mm. Im Schaltplan ist dies Kontakt SF1. Bei einem Treffer in der Mitte des Ziels schließen sich die Kontakte sehr kurz, sodass das Blinken der Glühbirne möglicherweise nicht bemerkt wird. Um eine solche Situation zu verhindern, wird in diesem Fall ein Einzelschuss verwendet: Ab einem kurzen Startimpuls geht die Glühbirne mindestens eine Sekunde lang aus. In diesem Fall ist der Triggerimpuls verlängert.

Wenn Sie möchten, dass die Lampe beim Anschlagen nicht erlischt, sondern blinkt, sollten Sie einen KT814-Transistor in der Anzeigeschaltung verwenden, indem Sie die Kollektor- und Emitterausgänge vertauschen. Mit dieser Verbindung können Sie den Widerstand in der Basisschaltung des Transistors weglassen.

Als Einzelpulsgenerator wird bei der Reparatur digitaler Technologien häufig ein Einzelschuss verwendet, um die Leistung sowohl einzelner Mikroschaltungen als auch ganzer Kaskaden zu testen.Dies wird später besprochen. Auch kann kein einziger Schalter oder wie es heißt ein analoger Frequenzmesser ohne einen einzigen Vibrator auskommen.


Einfacher Frequenzmesser

Auf den vier logischen Elementen des K155LA3-Chips können Sie einen einfachen Frequenzmesser zusammenstellen, mit dem Sie Signale mit einer Frequenz von 20 ... 20.000 Hz messen können. Um die Frequenz eines Signals beliebiger Form, beispielsweise einer Sinuskurve, messen zu können, muss es in Rechteckimpulse umgewandelt werden. In der Regel wird diese Transformation mit einem Schmitt-Trigger durchgeführt. Wenn ich so sagen darf, wandelt es die „Impulse“ der Sinuswelle mit sanften Fronten in Rechtecke mit steilen Fronten und Steigungen um. Der Schmitt-Trigger hat eine Triggerschwelle. Wenn das Eingangssignal unter diesem Schwellenwert liegt, gibt es am Ausgang des Triggers keine Impulsfolge.

Die Vertrautheit mit der Arbeit des Schmitt-Triggers kann mit einem einfachen Experiment beginnen. Das Schema seiner Beteiligung ist in Abbildung 5 dargestellt.

Schmitt Trigger und Zeitpläne seiner Arbeit

Abbildung 5. Schmitt-Trigger und Diagramme seiner Arbeit.

Um das sinusförmige Eingangssignal zu simulieren, werden die galvanischen Batterien GB1 und GB2 verwendet: Wenn Sie den Schieberegler für den variablen Widerstand R1 in die obere Position der Schaltung bewegen, wird eine positive Halbwelle einer Sinuswelle simuliert und eine negative nach unten bewegt.

Das Experiment sollte mit der Tatsache beginnen, dass durch Drehen des Motors des variablen Widerstands R1 eine Spannung von Null eingestellt wird, die natürlich mit einem Voltmeter gesteuert wird. In dieser Position ist der Ausgang des Elements DD1.1 ein einzelner Zustand, ein hoher Pegel, und der Ausgang des Elements DD1.2 ist logisch Null. Dies ist der Ausgangszustand ohne Signal.

Schließen Sie ein Voltmeter an den Ausgang des DD1.2-Elements an. Wie oben geschrieben, sehen wir am Ausgang ein niedriges Niveau. Wenn es jetzt ausreicht, den Schieberegler für variablen Widerstand gemäß dem Schema langsam ganz nach oben und dann bis zum Anschlag und zurück am Ausgang DD1.2 nach unten zu drehen, zeigt das Gerät an, wie das Element von niedrig auf hoch und umgekehrt wechselt. Mit anderen Worten enthält der Ausgang DD1.2 Rechteckimpulse positiver Polarität.

Die Funktionsweise eines solchen Schmitt-Triggers ist in der Grafik in Abbildung 5b dargestellt. Eine Sinuswelle am Eingang eines Schmitt-Triggers wird durch Drehen eines variablen Widerstands erhalten. Seine Amplitude beträgt bis zu 3V.

Solange die Spannung der positiven Halbwelle den Schwellenwert (Uпор1) nicht überschreitet, wird am Ausgang des Geräts eine logische Null (Anfangszustand) gespeichert. Wenn die Eingangsspannung durch Drehen des variablen Widerstands zum Zeitpunkt t1 ansteigt, erreicht die Eingangsspannung die Schwellenspannung (etwa 1,7 V).

Beide Elemente schalten in den entgegengesetzten Ausgangszustand: Am Ausgang des Gerätes (Element DD1.2) liegt eine hohe Spannung an. Ein weiterer Anstieg der Eingangsspannung bis zum Amplitudenwert (3V) führt nicht zu einer Änderung des Ausgangszustands des Gerätes.

Drehen wir nun den variablen Widerstand in die entgegengesetzte Richtung. Das Gerät wechselt in den Ausgangszustand, wenn die Eingangsspannung auf die zweite untere Schwellenspannung Uпор2 abfällt, wie in der Grafik dargestellt. Somit wird der Ausgang des Geräts wieder auf logische Null gesetzt.

Eine Besonderheit des Schmitt-Triggers ist das Vorhandensein dieser beiden Schwellenwerte. Sie verursachten die Hysterese des Schmitt-Triggers. Die Breite der Hystereseschleife wird durch Auswahl des Widerstands R3 eingestellt, wenn auch nicht in sehr großen Grenzen.

Eine weitere Drehung des variablen Widerstands entlang der Schaltung bildet eine negative Halbwelle einer Sinuswelle am Eingang der Vorrichtung. Die im Chip installierten Eingangsdioden schließen jedoch einfach die negative Halbwelle des Eingangssignals an einen gemeinsamen Draht kurz. Daher beeinflusst das negative Signal den Betrieb des Geräts nicht.

Frequenzmesserschaltung

Abbildung 6. Frequenzmesserschaltung.

Abbildung 6 zeigt ein Diagramm eines einfachen Frequenzmessers, der auf nur einem K155LA3-Chip erstellt wurde. Auf den Elementen DD1.1 und DD1.2 ist ein Schmitt-Trigger zusammengesetzt, mit dessen Gerät und Betrieb wir uns gerade getroffen haben. Die verbleibenden zwei Elemente der Mikroschaltung werden verwendet, um den Messimpulsformer zu konstruieren.Tatsache ist, dass die Dauer der Rechteckimpulse am Ausgang des Schmitt-Triggers von der Frequenz des gemessenen Signals abhängt. In dieser Form wird alles gemessen, aber nicht die Frequenz.

Zu dem Schmitt-Trigger, den wir bereits kannten, wurden einige weitere Elemente hinzugefügt. Am Eingang ist der Kondensator C1 installiert. Seine Aufgabe ist es, Schallfrequenzschwingungen am Eingang des Frequenzmessers zu überspringen, da der Frequenzmesser so ausgelegt ist, dass er in diesem Bereich arbeitet und den Durchgang der konstanten Komponente des Signals blockiert.

Die Diode VD1 ist so ausgelegt, dass sie den Pegel der positiven Halbwelle auf den Spannungspegel der Stromquelle begrenzt, und VD2 schneidet die negativen Halbwellen des Eingangssignals. Grundsätzlich kann die interne Schutzdiode des Mikroschaltkreises diese Aufgabe durchaus bewältigen, so dass VD2 nicht installiert werden kann. Daher liegt die Eingangsspannung eines solchen Frequenzmessers innerhalb von 3 ... 8 V. Um die Empfindlichkeit des Geräts zu erhöhen, kann am Eingang ein Verstärker installiert werden.

Impulse positiver Polarität, die aus dem Eingangssignal von einem Schmitt-Trigger erzeugt werden, werden dem Eingang des Messimpulsformers zugeführt, der an den Elementen DD1.3 und DD1.4 hergestellt ist.

Wenn am Eingang des Elements DD1.3 eine niedrige Spannung auftritt, wird auf Eins umgeschaltet. Daher wird durch ihn und den Widerstand R4 einer der Kondensatoren C2 ... C4 aufgeladen. In diesem Fall steigt die Spannung am unteren Eingang des DD1.4-Elements an und erreicht am Ende einen hohen Pegel. Trotzdem bleibt das Element DD1.4 im Zustand einer logischen Einheit, da am Ausgang des Schmitt-Triggers an seinem oberen Eingang (DD1.2-Ausgang 6) noch eine logische Null vorhanden ist. Daher fließt ein sehr unbedeutender Strom durch das Messgerät PA1, der Pfeil des Gerätes weicht praktisch nicht ab.

Das Erscheinen einer logischen Einheit am Ausgang des Schmitt-Triggers versetzt das Element DD1.4 in den Zustand der logischen Null. Daher fließt ein durch den Widerstand der Widerstände R5 ... R7 begrenzter Strom durch die Zeigervorrichtung PA1.

Dieselbe Einheit am Ausgang des Schmitt-Triggers schaltet das DD1.3-Element in den Nullzustand. In diesem Fall beginnt sich der Kondensator des Formers zu entladen. Das Reduzieren der Spannung führt dazu, dass das Element DD1.4 wieder in den Zustand einer logischen Einheit versetzt wird, wodurch die Bildung eines Impulses mit niedrigem Pegel beendet wird. Die Position des Messimpulses relativ zum gemessenen Signal ist in Abbildung 5d dargestellt.

Für jede Messgrenze ist die Dauer des Messimpulses über den gesamten Bereich konstant, daher hängt der Abweichungswinkel des Pfeils des Mikroammeters nur von der Wiederholungsrate dieses Messimpulses selbst ab.

Für verschiedene Frequenzen ist die Dauer des Messimpulses unterschiedlich. Bei höheren Frequenzen sollte der Messimpuls kurz und bei niedrigen Frequenzen etwas groß sein. Um Messungen im gesamten Schallfrequenzbereich zu gewährleisten, werden daher drei Zeiteinstellkondensatoren C2 ... C4 verwendet. Mit einer Kondensatorkapazität von 0,2 μF werden Frequenzen von 20 ... 200 Hz, 0,02 μF - 200 ... 2000 Hz und einer Kapazität von 2000 pF 2 ... 20 KHz gemessen.

Die Kalibrierung des Frequenzmessers erfolgt am einfachsten mit einem Schallgenerator ab dem niedrigsten Frequenzbereich. Legen Sie dazu ein Signal mit einer Frequenz von 20 Hz an den Eingang an und markieren Sie die Position des Pfeils auf der Skala.

Legen Sie danach ein Signal mit einer Frequenz von 200 Hz an und drehen Sie den Widerstand R5, um den Pfeil auf die letzte Teilung der Skala zu setzen. Wenn Sie Frequenzen von 30, 40, 50 ... 190 Hz liefern, markieren Sie die Position des Pfeils auf der Skala. In ähnlicher Weise wird die Abstimmung in den verbleibenden Bereichen durchgeführt. Es ist möglich, dass eine genauere Auswahl der Kondensatoren C3 und C4 erforderlich ist, damit der Beginn der Skala mit der 200-Hz-Marke im ersten Bereich übereinstimmt.

Lassen Sie mich zu den Beschreibungen dieser einfachen Konstruktionen diesen Teil des Artikels beenden. Im nächsten Teil werden wir über Trigger und Zähler sprechen, die auf ihnen basieren. Ohne dies wäre die Geschichte über Logikschaltungen unvollständig.

Boris Aladyshkin

Fortsetzung des Artikels: Logikchips. Teil 7. Auslöser. RS - Trigger

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Siehe auch auf i.electricianexp.com:

  • Logikchips. Teil 5 - Ein Vibrator
  • Logikchips. Teil 4
  • Schmitt-Trigger - Gesamtansicht
  • Logikchips. Teil 9. JK-Trigger
  • Logikchips. Teil 8. D - Auslöser

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