Cip logik. Bahagian 4

Selepas bermesyuarat bahagian artikel sebelumnya dengan cip K155LA3, mari kita cuba memikirkan contoh aplikasi praktikalnya.

Nampaknya apa yang boleh dilakukan dari satu cip? Sudah tentu, tidak ada yang luar biasa. Walau bagaimanapun, anda perlu cuba memasang beberapa nod berfungsi berdasarkannya. Ini akan membantu memahami secara visual prinsip operasi dan tetapannya. Salah satu daripada nod ini, yang sering digunakan dalam amalan, adalah multivibrator diri berayun.

Litar multivibrator ditunjukkan dalam Rajah 1a. Litar ini dalam rupa sangat mirip dengan litar multivibrator klasik dengan transistor. Hanya di sini sebagai elemen aktif digunakan unsur-unsur logik microchip yang disertakan oleh penyongsang. Untuk ini, pin input dari mikrosirkuit disambungkan bersama-sama. Kapasitor C1 dan C2 membentuk dua litar balas positif. Satu litar adalah input elemen DD1.1 - kapasitor C1 - output unsur DD1.2. Yang lain dari masukan elemen DD1.2 melalui kapasitor C2 ke output elemen DD1.1.

Terima kasih kepada sambungan ini, litar itu sendiri teruja, yang membawa kepada penjanaan denyutan. Tempoh pengulangan nadi bergantung kepada penarafan kapasitor dalam litar suapan, dan juga rintangan resistor R1 dan R2.

Dalam Rajah 1b, litar yang sama ditarik sedemikian rupa sehingga ia lebih serupa dengan versi multivibrator klasik dengan transistor.

Rajah. 1 Multivibrator sendiri berayun

Impuls elektrik dan ciri-ciri mereka

Sehingga kini, apabila kita mengenali microcircuit, kita berhadapan dengan arus terus, kerana isyarat masukan semasa eksperimen dibekalkan secara manual menggunakan jumper dawai. Akibatnya, voltan malar tahap rendah atau tinggi diperolehi pada output litar. Isyarat sedemikian adalah bersifat rawak.

Dalam litar multivibrator yang telah kami kumpul, voltan keluaran akan menjadi berdenyut, iaitu, berubah dengan kekerapan langkah demi langkah dari tahap rendah ke yang tinggi dan sebaliknya. Isyarat sedemikian dalam kejuruteraan radio dipanggil urutan denyut atau hanya urutan denyutan. Rajah 2 menunjukkan beberapa jenis denyutan elektrik dan parameternya.

Bahagian-bahagian urutan denyut di mana voltan mengambil tahap yang tinggi dipanggil denyut aras tinggi, dan voltan peringkat rendah adalah jeda antara denyut aras tinggi. Walaupun pada hakikatnya, semuanya adalah relatif: kita boleh mengandaikan bahawa denyutannya adalah rendah, yang akan termasuk, sebagai contoh, mana-mana penggerak. Kemudian jeda antara denyutan akan dianggap sebagai tahap yang tinggi.

Rajah 2. Urutan nadi.

Salah satu kes khas bentuk denyut adalah jentik. Dalam kes ini, tempoh denyutan adalah sama dengan tempoh jeda. Untuk menilai nisbah tempoh nadi, gunakan parameter yang dipanggil kitaran tugas. Kadar duti menunjukkan berapa kali masa pengulangan nadi lebih panjang daripada tempoh denyutan.

Dalam Rajah 2, tempoh pengulangan nadi ditunjukkan, seperti di tempat lain, dengan huruf T, dan tempoh nadi dan masa jeda masing-masing adalah ti dan tp. Dalam bentuk formula matematik, kitaran tugas akan dinyatakan seperti berikut: S = T / ti.

Oleh kerana nisbah ini, kitar tugas "duri" denyut adalah sama dengan dua. Istilah meander dalam hal ini dipinjam dari pembinaan dan seni bina: ini adalah salah satu metode penghitungan batu bata, corak kerja bata hanya menyerupai urutan denyut yang ditunjukkan. Urutan denyut nadi ditunjukkan dalam Rajah 2a.

Keseimbangan kitaran tugas dipanggil faktor isi dan ditunjukkan oleh huruf D dari kitaran Duty Bahasa Inggeris. Menurut yang tersebut di atas, D = 1 / S.

Mengetahui masa pengulangan nadi, adalah mungkin untuk menentukan kadar pengulangan, yang dikira oleh formula F = 1 / T.

Permulaan dorongan dipanggil depan, dan akhir, masing-masing, penurunan. Rajah 2b menunjukkan dorongan positif dengan kitaran tugas 4. Depannya bermula dari tahap yang rendah dan pergi ke yang tinggi. Depan itu dipanggil positif atau menaik. Oleh itu, penurunan impuls ini, seperti yang dapat dilihat dalam gambar, akan menjadi negatif, jatuh.

Untuk impuls tahap rendah, depan akan jatuh, dan kemelesetan akan meningkat. Keadaan ini ditunjukkan dalam Rajah 2c.

Selepas persiapan teoretikal sedemikian, anda boleh mula mencuba. Untuk memasang multivibrator yang ditunjukkan dalam Rajah 1, sudah cukup untuk solder dua kapasitor dan dua perintang kepada mikrosecuit yang telah dipasang pada papan roti. Untuk mengkaji isyarat keluaran, anda boleh menggunakan hanya voltmeter, lebih baik penuding, bukan digital. Ini sudah disebutkan dalam bahagian artikel sebelumnya.

Sudah tentu, sebelum anda menghidupkan litar yang dipasang, anda perlu menyemak sama ada terdapat sebarang litar pintas dan pemasangan yang betul mengikut litar. Dengan penarafan kapasitor dan perintang yang ditunjukkan pada gambar rajah, voltan pada output multivibrator akan berubah dari rendah ke tinggi tidak lebih daripada tiga puluh kali seminit. Oleh itu, jarum voltmeter yang disambung, sebagai contoh, kepada output elemen pertama, akan berayun dari sifar hingga hampir lima volt.

Perkara yang sama dapat dilihat jika anda menyambungkan voltmeter ke output lain: amplitud dan kekerapan sisihan anak panah akan sama seperti dalam kes pertama. Ia tidak sia-sia bahawa multivibrator seperti ini sering dipanggil simetri.

Jika sekarang anda tidak terlalu malas dan sambungkan kapasitor lain keupayaan yang sama selari dengan kapasitor, maka anda dapat melihat bahawa anak panah mula berayun dua kali perlahan. Kekerapan ayunan turun sebanyak separuh.

Jika sekarang, bukannya kapasitor, seperti yang ditunjukkan dalam gambar rajah, kapasitor pateri kapasiti yang lebih rendah, sebagai contoh, 100 mikrofarad, maka anda dapat melihat hanya peningkatan kekerapan. Anak panah peranti akan turun naik lebih cepat, tetapi masih pergerakannya masih agak ketara.

Dan apa yang berlaku jika anda menukar kapasiti hanya satu kapasitor? Sebagai contoh, biarkan salah satu kapasitor mempunyai kapasiti 500 mikrofarad, dan menggantikan yang lain dengan 100 mikrofarad. Peningkatan kekerapan akan ketara, dan, sebagai tambahan, anak panah peranti akan menunjukkan bahawa nisbah masa denyutan dan jeda telah berubah. Walaupun dalam hal ini, menurut skema, multivibrator masih tetap simetris.

Sekarang mari kita cuba untuk mengurangkan kapasitansi kapasitor, contohnya 1 ... 5 mikrofarad. Dalam kes ini, multivibrator akan menjana frekuensi audio pesanan 500 ... 1000 Hz. Anak panah peranti tidak dapat bertindak balas terhadap kekerapan seperti itu. Ia hanya akan berada di tengah-tengah skala, menunjukkan tahap isyarat purata.

Ia tidak jelas di sini sama ada denyut frekuensi yang cukup tinggi sebenarnya pergi, atau tahap "kelabu" pada output mikrosirkuit itu. Untuk membezakan isyarat sedemikian, osiloskop diperlukan, yang tidak semua orang mempunyai. Oleh itu, untuk mengesahkan operasi litar, adalah mungkin untuk menyambungkan kepala telefon melalui kapasitor 0.1 μF dan mendengar isyarat ini.

Anda boleh cuba untuk menggantikan mana-mana perintang dengan pemboleh ubah kira-kira nilai yang sama. Kemudian, semasa putarannya, kekerapan akan berbeza-beza dalam had tertentu, yang memungkinkan untuk menyempurnakannya. Dalam sesetengah kes, ini diperlukan.

Walau bagaimanapun, bertentangan dengan apa yang telah dikatakan, ia berlaku bahawa multivibrator tidak stabil atau tidak bermula sama sekali. Alasan fenomena ini terletak pada fakta bahawa input pemancar TTL mikrosirkuit sangat kritikal terhadap nilai-nilai perintang dipasang di litarnya. Ciri input emitter ini disebabkan oleh sebab-sebab berikut.

Perintang input adalah sebahagian daripada satu tangan dari multivibrator.Oleh kerana semasa pemancar, voltan dicipta pada perintang ini yang menutup transistor. Sekiranya rintangan perintang ini dibuat dalam 2 ... 2.5 Kom, kejatuhan voltan merentasi itu akan menjadi sangat besar bahawa transistor hanya berhenti bertindak balas kepada isyarat masukan.

Jika, sebaliknya, kami mengambil rintangan perintang ini dalam 500 ... 700 Ohms, transistor akan dibuka sepanjang masa dan tidak akan dikawal oleh isyarat masukan. Oleh itu, perintang ini harus dipilih berdasarkan pertimbangan ini dalam julat 800 ... 2200 Ohms. Ini adalah satu-satunya cara untuk mencapai operasi yang stabil bagi multivibrator yang dipasang mengikut skim ini.

Walau bagaimanapun, multivibrator seperti itu dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti suhu, ketidakstabilan bekalan kuasa, dan juga variasi dalam parameter-parameter mikrosirkuit. Microchips dari pengeluar yang berbeza sering berbeza agak ketara. Ini terpakai bukan sahaja kepada seri ke-155, tetapi juga kepada orang lain. Oleh itu, multivibrator yang dipasang mengikut skema sedemikian jarang digunakan.

Multivibrator tiga elemen

Litar multivibrator yang lebih stabil ditunjukkan dalam Rajah 3a. Ia terdiri daripada tiga elemen logik, termasuk, seperti sebelumnya, oleh penyongsang. Seperti yang dapat dilihat dari rajah, dalam litar pemancar unsur-unsur logik, perintang yang disebut tadi tidak. Kekerapan ayunan ditentukan oleh hanya satu rantai RC.

Rajah 3. Multivibrator pada tiga elemen logik.

Operasi versi multivibrator ini juga boleh diperhatikan menggunakan peranti penunjuk, tetapi untuk kejelasan, anda boleh memasang litar penunjuk pada LED pada papan yang sama. Untuk melakukan ini, anda memerlukan satu transistor KT315, dua perintang dan satu LED. Rajah rajah ditunjukkan dalam Rajah 3b. Ia juga boleh dipateri di papan roti bersama-sama dengan multivibrator.

Selepas menghidupkan kuasa, multivibrator akan mula berayun, seperti yang dibuktikan oleh kilauan LED. Dengan nilai rantaian masa yang ditunjukkan pada rajah, kekerapan ayunan adalah kira-kira 1 Hz. Untuk mengesahkan ini, sudah cukup untuk mengira bilangan ayunan dalam 1 minit: perlu ada kira-kira enam puluh, yang sepadan dengan 1 ayunan sesaat. Secara definisi, ini adalah tepat 1Hz.

Terdapat dua cara untuk menukar kekerapan multivibrator tersebut. Pertama, sambungkan kapasitor yang sama kapasiti yang sama selari dengan kapasitor. Berkedip-kedip LED menjadi kira-kira setengah langka, yang menunjukkan penurunan kekerapan sebanyak separuh.

Cara lain untuk menukar kekerapan ialah menukar rintangan perintang. Cara termudah ialah memasang perintang variabel dengan nilai nominal 1.5 ... 1.8 Com di tempatnya. Apabila resistor ini berputar, kekerapan ayunan akan berubah dalam 0.5 ... 20 Hz. Kekerapan maksimum diperolehi dalam kedudukan perintang berubah apabila kesimpulan mikrokitar 1 dan 8 ditutup.

Jika anda menukar kapasitor, sebagai contoh, dengan kapasiti 1 microfarad, kemudian menggunakan perintang pembolehubah yang sama adalah mungkin untuk menyesuaikan frekuensi dalam 300 ... 10 000 Hz. Ini sudah pun kekerapan jarak bunyi, oleh itu penunjuk berterbangan berterusan, adalah mustahil untuk mengatakan jika terdapat denyutan atau tidak. Oleh itu, seperti dalam kes sebelumnya, anda perlu menggunakan kepala telefon yang disambungkan ke output melalui kapasitor 0.1 μF. Lebih baik jika telefon kepala adalah rintangan yang tinggi.

Untuk mempertimbangkan prinsip operasi multivibrator dengan tiga elemen, marilah kita kembali kepada skema. Setelah kuasa dihidupkan, unsur-unsur logik akan mengambil beberapa keadaan tidak pada masa yang sama, yang mana satu hanya boleh diandaikan. Anggapkan bahawa DD1.2 adalah yang pertama berada dalam keadaan peringkat tinggi pada output. Dari outputnya melalui kapasitor yang tidak dikenakan C1, voltan paras tinggi dihantar ke input unsur DD1.1, yang akan ditetapkan kepada sifar. Pada input unsur DD1.3 adalah tahap yang tinggi, maka ia juga ditetapkan kepada sifar.

Tetapi keadaan peranti ini tidak stabil: kapasitor C1 secara beransur-ansur dikenakan melalui output unsur DD1.3 dan perintang R1, yang menyebabkan penurunan secara beransur-ansur dalam voltan pada input DD1.1. Apabila voltan pada input DD1.1 mendekati ambang, ia akan beralih kepada perpaduan, dan dengan itu, unsur DD1.2 menjadi sifar.

Dalam keadaan ini, kapasitor C1 melalui resistor R1 dan output unsur DD1.2 (pada masa ini keluaran rendah) mula mengecas semula daripada output unsur DD1.3. Sebaik sahaja kapasitor sedang mengecas, voltan pada input elemen DD1.1 akan melebihi tahap ambang, semua elemen akan bertukar ke keadaan bertentangan. Oleh itu, pada output 8 elemen DD1.3, yang merupakan output multivibrator, denyutan elektrik dibentuk. Juga, denyutan boleh dikeluarkan dari pin 6 DD1.2.

Selepas kita mengetahui cara mendapatkan denyutan dalam multivibrator tiga elemen, kita boleh cuba membuat dua elemen, litar, yang ditunjukkan dalam Rajah 4.

Rajah 4. Multivibrator pada dua unsur logik.

Untuk melakukan ini, keluaran resistor R1, tepat pada litar, sudah cukup untuk unsolder dari pin 8 dan solder ke pin 1 elemen DD1.1. output peranti akan output 6 elemen DD1.2. elemen DD1.3 tidak lagi diperlukan dan boleh dilumpuhkan, contohnya, untuk digunakan dalam litar lain.

Prinsip operasi seperti penjana denyut berbeza sedikit daripada apa yang baru saja dipertimbangkan. Katakan bahawa output unsur DD1.1 tinggi, maka unsur DD1.2 berada dalam keadaan sifar, yang membolehkan kapasitor C1 dikenakan melalui perintang dan output unsur DD1.2. Sebagai caj kapasitor, voltan pada masukan unsur DD1.1 mencapai ambang, kedua-dua elemen beralih ke keadaan bertentangan. Ini akan membolehkan kapasitor untuk mengisi semula melalui litar output elemen kedua, perintang dan litar masukan elemen pertama. Apabila voltan pada input elemen pertama dikurangkan ke ambang, kedua-dua unsur akan masuk ke keadaan bertentangan.

Seperti yang disebutkan di atas, beberapa keadaan mikrosirkuit dalam litar penjana adalah tidak stabil, yang mungkin bergantung bukan sahaja pada contoh tertentu, tetapi juga pada pengeluar mikrosirkuit. Oleh itu, jika penjana tidak bermula, ada kemungkinan untuk menyambung perintang dengan rintangan 1.2 ... 2.0 Com antara input unsur pertama dan "tanah". Ia mewujudkan voltan input yang hampir kepada ambang, yang memudahkan operasi dan operasi sebenar penjana.

Varian penjana dalam teknologi digital ini sering digunakan. Di bahagian artikel berikut, peranti yang agak mudah dipasang berdasarkan penjana yang dianggap akan dipertimbangkan. Tetapi pertama, satu lagi pilihan multivibrator perlu dipertimbangkan - penggetar tunggal, atau monovibrator dengan cara lain. Dengan kisah tentang dia, kita memulakan bahagian seterusnya artikel itu.

Boris Aladyshkin

Penerusan artikel: Cip logik. Bahagian 5