categorii: Articole prezentate » Electronică practică
Număr de vizualizări: 55754
Comentarii la articol: 0

Jetoane logice. Partea 4

 

Jetoane logiceDupă întâlnirea în părți anterioare ale articolului cu cipul K155LA3, haideți să încercăm să descoperim exemple din aplicarea sa practică.

S-ar părea că ce se poate face dintr-un cip? Desigur, nimic de remarcat. Cu toate acestea, ar trebui să încercați să asamblați un nod funcțional bazat pe acesta. Acest lucru va ajuta la înțelegerea vizuală a principiului funcționării și setărilor sale. Unul dintre aceste noduri, destul de des utilizat în practică, este un multivibrator auto-oscilant.

Circuitul multivibrator este prezentat în figura 1a. Acest circuit în aparență este foarte similar cu circuitul multivibrator clasic cu tranzistoare. Numai aici, ca elemente active sunt aplicate elemente logice microcipuri incluse de invertoare. Pentru aceasta, pinii de intrare ai microcircuitului sunt conectați între ei. condensatoare C1 și C2 formează două circuite de feedback pozitive. Un circuit este intrarea elementului DD1.1 - condensatorul C1 - ieșirea elementului DD1.2. Celălalt de la intrarea elementului DD1.2 prin condensatorul C2 la ieșirea elementului DD1.1.

Datorită acestor conexiuni, circuitul este auto-excitat, ceea ce duce la generarea de impulsuri. Perioada de repetare a impulsului depinde de cotele condensatoarelor din circuitele de feedback, precum și de rezistența rezistențelor R1 și R2.

În Fig. 1b, același circuit este desenat astfel încât să fie și mai similar cu versiunea clasică a multivibratorului cu tranzistoare.

Multivibrator auto-oscilant

Fig. 1 Multivibrator auto-oscilant


Impulsurile electrice și caracteristicile acestora

Până acum, când am făcut cunoștință cu microcircuitul, aveam de-a face cu curent continuu, deoarece semnalele de intrare din timpul experimentelor erau furnizate manual folosind un jumper de sârmă. Drept urmare, la ieșirea circuitului a fost obținută o tensiune constantă de nivel scăzut sau înalt. Un astfel de semnal a avut caracter aleatoriu.

În circuitul multivibrator pe care l-am asamblat, tensiunea de ieșire va fi pulsată, adică schimbându-se cu o anumită frecvență în trepte de la un nivel scăzut la unul înalt și invers. Un astfel de semnal în inginerie radio se numește secvență de impulsuri sau pur și simplu secvență de impulsuri. Figura 2 prezintă unele varietăți de impulsuri electrice și parametrii acestora.

Secțiunile secvenței de impulsuri în care tensiunea ocupă un nivel ridicat se numesc impulsuri de nivel înalt, iar tensiunea de nivel scăzut este pauză între impulsurile de nivel înalt. Deși, de fapt, totul este relativ: putem presupune că impulsurile sunt mici, ceea ce va include, de exemplu, orice servomotor. Apoi, o pauză între impulsuri va fi considerată doar un nivel ridicat.

Secvențe de impulsuri

Figura 2. Secvențe de impulsuri.

Unul dintre cazurile speciale ale formei pulsului este meandrul. În acest caz, durata pulsului este egală cu durata pauzei. Pentru a evalua raportul cu durata pulsului, utilizați un parametru numit ciclu de serviciu. Rata de serviciu arată de câte ori perioada de repetare a impulsului este mai lungă decât durata pulsului.

În figura 2, perioada de repetare a pulsului este indicată, ca în altă parte, de litera T, iar durata pulsului și timpul de pauză sunt ti și, respectiv, tp. Sub forma unei formule matematice, ciclul datoriei va fi exprimat după cum urmează: S = T / ti.

Datorită acestui raport, ciclul de funcționare al impulsurilor „meanderului” este egal cu două. Termenul de meandru în acest caz este împrumutat din construcție și arhitectură: aceasta este una dintre metodele de zidărie, modelul de cărămidă seamănă doar cu secvența indicată de impulsuri. Secvența pulsului meandro este prezentată în figura 2a.

Reciproca ciclului de serviciu se numește factorul de umplere și este indicată de litera D din ciclul de taxare engleză. Conform celor de mai sus, D = 1 / S.

Cunoscând perioada de repetare a pulsului, este posibilă determinarea vitezei de repetare, care este calculată după formula F = 1 / T.

Începutul impulsului se numește front, respectiv sfârșitul, declinul. Figura 2b prezintă un impuls pozitiv cu un ciclu de serviciu de 4. Fața sa pornește de la un nivel scăzut și merge la unul înalt. Un astfel de front se numește pozitiv sau ascendent. În consecință, declinul acestui impuls, așa cum se poate vedea în imagine, va fi negativ, scăzând.

Pentru un impuls de nivel scăzut, partea frontală va scădea, iar recesiunea va crește. Această situație este prezentată în figura 2c.

După o pregătire atât de mică teoretică, puteți începe să experimentați. Pentru a asambla multivibratorul prezentat în figura 1, este suficient să lipiți două condensatoare și două rezistențe la microcircuitul instalat deja pe placa de pescuit. Pentru a studia semnalele de ieșire, puteți utiliza doar un voltmetru, de preferință indicator, mai degrabă decât unul digital. Acest lucru a fost deja menționat în partea anterioară a articolului.

Desigur, înainte de a porni circuitul asamblat, trebuie să verificați dacă există circuite scurte și montajul corect în conformitate cu circuitul. Odată cu calificările condensatoarelor și rezistențelor indicate pe diagramă, tensiunea la ieșirea multivibratorului se va schimba de la mic la mare, nu mai mult de treizeci de ori pe minut. Astfel, un ac voltmetru conectat, de exemplu, la ieșirea primului element, va oscila de la zero la aproape cinci volți.

La fel se poate observa dacă conectați un voltmetru la o altă ieșire: amplitudinea și frecvența abaterilor săgeții vor fi aceleași ca în primul caz. Nu degeaba un astfel de multivibrator este adesea numit simetric.

Dacă acum nu sunteți prea leneș și conectați un alt condensator de aceeași capacitate în paralel cu condensatoarele, atunci puteți vedea că săgeata a început să oscileze de două ori mai lent. Frecvența de oscilație a scăzut la jumătate.

Dacă acum, în loc de condensatoare, așa cum este indicat în diagramă, condensatoarele de lipit cu o capacitate mai mică, de exemplu, 100 de microfarad, atunci puteți observa doar o creștere a frecvenței. Săgeata dispozitivului va fluctua mult mai rapid, dar mișcările sale sunt încă destul de vizibile.

Și ce se întâmplă dacă schimbați capacitatea unui singur condensator? De exemplu, lăsați unul dintre condensatori cu o capacitate de 500 microfarad și înlocuiți-l pe celălalt cu 100 microfarad. Creșterea frecvenței va fi vizibilă și, în plus, săgeata dispozitivului va arăta că raportul de timp dintre impulsuri și pauze s-a schimbat. Deși în acest caz, conform schemei, multivibratorul a rămas în continuare simetric.

Acum să încercăm să reducem capacitatea condensatoarelor, de exemplu 1 ... 5 microfaraduri. În acest caz, multivibratorul va genera o frecvență audio de ordinul a 500 ... 1000 Hz. Săgeata dispozitivului nu va putea răspunde la o astfel de frecvență. Acesta va fi pur și simplu undeva la mijlocul scării, arătând nivelul mediu al semnalului.

Pur și simplu nu este clar aici dacă impulsurile cu o frecvență suficient de ridicată merg efectiv sau nivelul „gri” la ieșirea microcircuitului. Pentru a distinge un astfel de semnal, este necesar un osciloscop, pe care nu îl are toată lumea. Prin urmare, pentru a verifica funcționarea circuitului, este posibil să conectați telefoanele cu cap printr-un condensator de 0,1 μF și să auziți acest semnal.

Puteți încerca să înlocuiți oricare dintre rezistențe cu o variabilă de aproximativ aceeași valoare. Apoi, în timpul rotației sale, frecvența va varia în anumite limite, ceea ce face posibilă reglarea acesteia. În unele cazuri, acest lucru este necesar.

Cu toate acestea, contrar celor spuse, se întâmplă ca multivibratorul să fie instabil sau să nu pornească deloc. Motivul acestui fenomen constă în faptul că intrarea emițătorului de microcircuite TTL este foarte critică pentru valorile rezistențelor instalate în circuitul său. Această caracteristică a intrării emițătorului se datorează următoarelor motive.

Rezistența de intrare face parte dintr-unul dintre brațele multivibratorului.Datorită curentului emițător, pe acest rezistor se creează o tensiune care închide tranzistorul. Dacă rezistența acestui rezistor se face în termen de 2 ... 2,5 Kom, căderea de tensiune peste ea va fi atât de mare încât tranzistorul nu mai răspunde la semnalul de intrare.

Dacă, dimpotrivă, luăm rezistența acestui rezistor în termen de 500 ... 700 Ohmi, tranzistorul va fi deschis tot timpul și nu va fi controlat prin semnale de intrare. Prin urmare, aceste rezistențe ar trebui să fie selectate pe baza acestor considerații în intervalul de 800 ... 2200 Ohms. Acesta este singurul mod de a realiza funcționarea stabilă a multivibratorului asamblat conform acestei scheme.

Cu toate acestea, un astfel de multivibrator este afectat de factori precum temperatura, instabilitatea sursei de alimentare și chiar variații ale parametrilor microcircuitelor. Microchipurile de la diverși producători diferă adesea destul de semnificativ. Aceasta se aplică nu numai seriei 155, ci și altora. Prin urmare, un multivibrator asamblat în conformitate cu o astfel de schemă este practic rar utilizat.


Multivibrator cu trei elemente

În figura 3a este prezentat un circuit multivibrator mai stabil. Este format din trei elemente logice, incluse, ca și în precedent, de către invertoare. După cum se poate observa din diagramă, în circuitele emițătorului elementelor logice doar rezistențele menționate nu sunt. Frecvența de oscilație este specificată de un singur lanț RC.

Multivibrator pe trei elemente logice

Figura 3. Multivibrator pe trei elemente logice.

Funcționarea acestei versiuni a multivibratorului poate fi, de asemenea, observată folosind un dispozitiv pointer, dar pentru claritate, este posibilă asamblarea unei cascade indicator pe ledul de pe aceeași placă. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un tranzistor KT315, două rezistențe și un LED. Diagrama indicatorilor este prezentată în figura 3b. Poate fi, de asemenea, lipit pe o placă de panou împreună cu un multivibrator.

După pornirea alimentării, multivibratorul va începe să oscileze, așa cum se arată în blițul LED-ului. Cu valorile lanțului de sincronizare indicate în diagrama, frecvența de oscilație este de aproximativ 1 Hz. Pentru a verifica acest lucru, este suficient să calculăm numărul de oscilații în 1 minut: ar trebui să existe aproximativ șaizeci, ceea ce corespunde cu 1 oscilație pe secundă. Prin definiție, aceasta este exact 1Hz.

Există două moduri de a schimba frecvența unui astfel de multivibrator. Mai întâi, conectați un alt condensator de aceeași capacitate paralel cu condensatorul. LED-urile intermitente au devenit aproximativ jumătate mai rare, ceea ce indică o scădere a frecvenței la jumătate.

Un alt mod de a schimba frecvența este de a schimba rezistența rezistenței. Cel mai simplu mod este să instalați un rezistor variabil cu o valoare nominală de 1,5 ... 1,8 Com în locul său. Când acest rezistor se rotește, frecvența de oscilație va varia între 0,5 ... 20 Hz. Frecvența maximă este obținută în poziția rezistorului variabil atunci când concluziile microcircuitului 1 și 8 sunt închise.

Dacă schimbați condensatorul, de exemplu, cu o capacitate de 1 microfarad, atunci folosind aceeași rezistență variabilă este posibil să reglați frecvența în 300 ... 10 000 Hz. Acestea sunt deja frecvențe ale gamei de sunet, de aceea indicatorul luminează continuu, este imposibil de spus dacă există impulsuri sau nu. Prin urmare, ca în cazul precedent, ar trebui să utilizați telefoanele cu cap conectate la ieșire prin condensatorul de 0,1 μF. Este mai bine dacă telefoanele cu cap au rezistență ridicată.

Pentru a lua în considerare principiul funcționării unui multivibrator cu trei elemente, să revenim la schema sa. După ce puterea este pornită, elementele logice vor lua o anumită stare nu în același timp, lucru care poate fi presupus doar. Presupunem că DD1.2 este primul care se află într-o stare înaltă la ieșire. De la ieșirea sa printr-un condensator neîncărcat C1, o tensiune de nivel înalt este transmisă la intrarea elementului DD1.1, care va fi setat la zero. La intrarea elementului DD1.3 este un nivel ridicat, deci este de asemenea setat la zero.

Dar această stare a dispozitivului este instabilă: condensatorul C1 este încărcat treptat prin ieșirea elementului DD1.3 și rezistența R1, ceea ce duce la o scădere treptată a tensiunii la intrarea DD1.1. Când tensiunea la intrare DD1.1 se apropie de prag, aceasta va comuta la unitate și, în consecință, elementul DD1.2 la zero.

În această stare, condensatorul C1 prin rezistența R1 și ieșirea elementului DD1.2 (în acest moment, ieșirea este scăzută) începe să se reîncarce din ieșirea elementului DD1.3. Imediat ce condensatorul se încarcă, tensiunea la intrarea elementului DD1.1 va depăși nivelul pragului, toate elementele vor trece la stări opuse. Astfel, la ieșirea 8 a elementului DD1.3, care este ieșirea multivibratorului, se formează impulsuri electrice. De asemenea, impulsurile pot fi eliminate din pinul 6 al elementului DD1.2.

După ce ne-am gândit cum să obținem impulsuri într-un multivibrator cu trei elemente, putem încerca să creăm un circuit cu două elemente, care este prezentat în figura 4.

Multivibrator pe două elemente logice

Figura 4. Multivibrator pe două elemente logice.

Pentru a face acest lucru, ieșirea rezistenței R1, chiar pe circuit, este suficientă pentru a se dezvălui de la pinul 8 și de lipit la pinul 1 al elementului DD1.1. ieșirea dispozitivului va fi ieșirea 6 a elementului DD1.2. elementul DD1.3 nu mai este necesar și poate fi dezactivat, de exemplu, pentru utilizare în alte circuite.

Principiul funcționării unui astfel de generator de impuls diferă puțin de ceea ce tocmai a fost considerat. Să presupunem că ieșirea elementului DD1.1 este mare, atunci elementul DD1.2 este în stare zero, ceea ce permite încărcarea condensatorului C1 prin rezistență și ieșirea elementului DD1.2. Pe măsură ce condensatorul se încarcă, tensiunea la intrarea elementului DD1.1 atinge pragul, ambele elemente trec la starea opusă. Acest lucru va permite condensatorului să se reîncarce prin circuitul de ieșire al celui de-al doilea element, rezistența și circuitul de intrare al primului element. Când tensiunea la intrarea primului element este redusă la un prag, ambele elemente vor trece în starea opusă.

Așa cum am menționat mai sus, unele cazuri de microcircuite în circuitele generatoare sunt instabile, care pot depinde nu numai de o anumită instanță, ci chiar de producătorul microcircuitului. Prin urmare, dacă generatorul nu pornește, este posibil să conectați un rezistor cu o rezistență de 1,2 ... 2,0 Com între intrarea primului element și „pământ”. Creează o tensiune de intrare aproape de prag, care facilitează pornirea și funcționarea efectivă a generatorului.

Astfel de variante de generatoare în tehnologia digitală sunt utilizate foarte des. În următoarele părți ale articolului, vor fi luate în considerare dispozitive relativ simple asamblate pe baza generatoarelor considerate. Dar mai întâi, trebuie să se ia în considerare încă o opțiune a unui multivibrator - un singur vibrator sau un alt monovibrator. Cu povestea despre el, începem următoarea parte a articolului.

Boris Aladyshkin

Continuarea articolului: Jetoane logice. Partea a 5-a

Consultați și la i.electricianexp.com:

  • Jetoane logice. Partea 5 - Un vibrator
  • Jetoane logice. Partea 6
  • 555 Programe de timer integrate
  • Circuit RC simplu pentru întârziere în impulsuri dreptunghiulare
  • Jetoane logice. Partea 2 - Porți

  •