Логички чипови. Део 4

Након састанка у претходни делови чланка са чипом К155ЛА3, покушајмо да пронађемо примере његове практичне примене.

Чини се да шта се може урадити из једног чипа? Наравно, ништа изванредно. Међутим, покушајте саставити неки функционални чвор на основу њега. Ово ће вам помоћи да визуелно схватите принцип рада и подешавања. Један од ових чворова, који се прилично често користи у пракси, је само-осцилирајући мултивибратор.

Мултивибраторски круг приказан је на слици 1а. Овај круг је по изгледу врло сличан класичном мултивибраторном кругу са транзисторима. Само овде се примењују активни елементи логички елементи микрочипови укључени од претварача. За то су улазни игле микроцирке спојене заједно. Кондензатори Ц1 и Ц2 формирају два позитивна повратна круга. Један круг је улаз елемента ДД1.1 - кондензатор Ц1 - излаз елемента ДД1.2. Други од улаза елемента ДД1.2 кроз кондензатор Ц2 до излаза елемента ДД1.1.

Захваљујући овим везама, склоп се самопобуђује, што доводи до стварања импулса. Период понављања импулса зависи од снаге кондензатора у повратним круговима, као и од отпорности отпорника Р1 и Р2.

На Слици 1б, исти круг је нацртан на такав начин да је још сличнији класичној мултивибраторној верзији са транзисторима.

Сл. 1 Самоосцилирајући мултивибратор

Електрични импулси и њихове карактеристике

До сада, када смо се упознали са микро кругом, бавили смо се једносмерном струјом, јер су се улазни сигнали током експеримената добављали ручно помоћу жичане скакачице. Као резултат тога, на излазу кола је добијен константан напон ниског или високог нивоа. Такав сигнал је био по природи случајни.

У мултивибраторном кругу који смо саставили, излазни напон ће бити пулсиран, то јест, мењајући се са одређеном фреквенцијом корак степено од ниског до високог и обрнуто. Такав сигнал у радио-инжењерингу назива се импулсна секвенца или једноставно низ импулса. На слици 2 приказане су неке врсте електричних импулса и њихови параметри.

Одсеци секвенце импулса у којима напон поприма високи ниво називају се високонапонски импулси, а напон ниског нивоа пауза између импулса високог нивоа. Иако је у ствари све релативно: можемо претпоставити да су импулси ниски, што ће укључити, на пример, било који актуатор. Тада ће се пауза између импулса сматрати само високим нивоом.

Слика 2. Пулсне секвенце.

Један од посебних случајева облика пулса је меандер. У овом случају, трајање пулса је једнако трајању паузе. Да бисте проценили однос трајања импулса, користите параметар који се назива радни циклус. Стопа дужине показује колико је пута понављање импулса дуже од трајања пулса.

На слици 2, период понављања импулса означен је, као и другде, словом Т, а трајање импулса и време паузе су ти и тп, респективно. У облику математичке формуле радни циклус ће бити изражен на следећи начин: С = Т / ти.

Због овог односа, радни циклус импулса "меандер" је једнак два. Израз меандер у овом случају је посуђен из грађевине и архитектуре: ово је једна од метода зидања зидова, узорак цигле управо подсећа на назначени низ импулса. Низ импулса меандера приказан је на слици 2а.

Узајамност радног циклуса назива се фактор испуњавања и означава се словом Д из енглеског циклуса рада. Према горе наведеном, Д = 1 / С.

Познавајући период понављања пулса, могуће је одредити стопу понављања, која се израчунава формулом Ф = 1 / Т.

Почетак импулса назива се предњи, а крај, односно пад. На слици 2б приказан је позитиван импулс са радним циклусом од 4. Предња страна почиње од ниског нивоа и прелази у високи. Такав фронт се назива позитивним или узлазним. Према томе, пад овог импулса, као што се види на слици, биће негативан, падајући.

За импулс ниског нивоа, предњи део ће опадати, а рецесија ће се повећавати. Ова ситуација је приказана на слици 2ц.

Након тако мало теоријске припреме, можете почети експериментирати. Да бисте саставили мултивибратор приказан на слици 1, довољно је лемљење два кондензатора и два отпорника на микро круг који је већ постављен на плочи. Да бисте проучили излазне сигнале, можете користити само волтметар, по могућности показивач, а не дигитални. То је већ поменуто у претходном делу чланка.

Прије него што укључите склопљени круг, морате провјерити да ли има кратких спојева и исправног склопа у складу с кругом. Са називима кондензатора и отпорника наведених на дијаграму, напон на излазу мултивибатора ће се мењати од ниског до високог не више од тридесет пута у минути. Тако ће игла волтметра спојена, на пример, на излаз првог елемента, осцилирати од нуле до скоро пет волти.

Исто се може видети ако спојите волтметар на други излаз: амплитуда и фреквенција одступања стрелице ће бити исте као у првом случају. Није узалуд такав мултивибратор често назван симетричним.

Ако сада нисте превише лени и повежете други кондензатор истог капацитета паралелно са кондензаторима, можете видети да је стрелица почела да осцилира два пута спорије. Фреквенција осцилација се смањила за половину.

Ако сада, уместо кондензатора, као што је назначено на дијаграму, лемите кондензаторе мањег капацитета, на пример, 100 микрофарада, тада можете приметити само пораст фреквенције. Стрелица уређаја ће флуктуирати много брже, али и даље су њени покрети и даље прилично уочљиви.

И шта се дешава ако промените капацитет само једног кондензатора? На пример, оставите један од кондензатора капацитета 500 микрофарада, а други замените са 100 микрофарадада. Повећање фреквенције ће бити приметно, а осим тога, стрелица уређаја ће показати да се временски однос импулса и пауза променио. Иако је у овом случају, према шеми, мултивибратор и даље остао симетричан.

Покушајмо сада смањити капацитет кондензатора, на пример 1 ... 5 микрофаради. У овом случају, мултивибратор ће генерисати аудио фреквенцију величине од 500 ... 1000 Хз. Стрелица уређаја неће моћи да одговори на такву фреквенцију. Једноставно ће бити негде на средини скале, показаће просечан ниво сигнала.

Овде једноставно није јасно да ли импулси довољно високе фреквенције заправо иду или је „сиви“ ниво на излазу микро круга. Да бисте разликовали такав сигнал, потребан је осцилоскоп, који немају сви. Стога, да би се верификовао рад круга, могуће је прикључити слушалице преко кондензатора од 0,1 µФ и чути овај сигнал.

Можете покушати да замените било који отпорник са променљивом приближно исте вредности. Затим ће се током ротације фреквенција мењати у одређеним границама, што омогућава прецизно подешавање. У неким случајевима је то неопходно.

Међутим, супротно ономе што је речено, догађа се да је мултивибратор нестабилан или се уопште не покреће. Разлог за ову појаву лежи у чињеници да је улаз емитера ТТЛ микроциклова врло критичан за вредности отпорника инсталираних у његовом кругу. Ова карактеристика улаза емитера је последица следећих разлога.

Улазни отпорник је дио једног од кракова мултивибатора.Због емитерске струје ствара се напон на овом отпорнику који затвара транзистор. Ако се отпор овог отпорника направи унутар 2 ... 2,5 Ком, пад напона преко њега биће толико велик да транзистор једноставно престаје реагирати на улазни сигнал.

Ако, напротив, узмемо отпор овог отпорника унутар 500 ... 700 Охма, транзистор ће бити отворен увек и неће бити контролисан улазним сигналима. Стога би се ови отпорници требали бирати на основу тих разматрања у распону од 800 ... 2200 Охма. Ово је једини начин да се постигне стабилан рад мултивибатора састављеног у складу са овом шемом.

Без обзира на то, на такав мултивибратор утичу фактори као што су температура, нестабилност напајања, па чак и варијације у параметрима микро-склопова. Микрочипови различитих произвођача често се значајно разликују. Ово се не односи само на 155. серију, већ и на остале. Стога се мултивибратор састављен по таквој шеми практично користи ретко.

Троелементни мултивибратор

Стабилнији мултивибраторски круг приказан је на слици 3а. Састоји се од три логичка елемента, као и у претходној, укључених претварача. Као што се види из дијаграма, у емитерским круговима логички елементи управо споменути отпорници нису. Фреквенција осцилација одређује само један РЦ ланац.

Слика 3. Мултивибратор на три логичка елемента.

Рад ове верзије мултивибатора може се посматрати и помоћу показивачког уређаја, али за јасноћу је могуће на истој плочи саставити индикаторску каскаду на ЛЕД. Да бисте то учинили, потребни су вам један транзистор КТ315, два отпорника и један ЛЕД. Дијаграм индикатора приказан је на слици 3б. Такође се може лемити на плочи заједно са мултивибраторима.

Након укључивања напајања, мултивибратор ће почети да осцилира, о чему сведочи блиц ЛЕД-а. Са вриједностима временског ланца назначеним на дијаграму, фреквенција осцилација износи око 1 Хз. Да бисте то проверили, довољно је израчунати број осцилација у једној минути: требало би бити око шездесет, што одговара 1 осцилацији у секунди. По дефиницији, ово је тачно 1Хз.

Постоје два начина за промену фреквенције таквог мултивибатора. Прво повежите други кондензатор истог капацитета паралелно са кондензатором. ЛЕД бљескови су постали отприлике упола мањи, што указује на смањење фреквенције за половину.

Други начин за промену фреквенције је промена отпора отпорника. Најлакши начин је да на његово место поставите променљиви отпорник номиналне вредности 1,5 ... 1,8 Цом. Када се овај отпор окреће, фреквенција осцилације ће се кретати унутар 0,5 ... 20 Хз. Максимална фреквенција се добија у положају променљивог отпорника када су закључци микро-склопа 1 и 8 затворени.

Ако промените кондензатор, на пример, капацитета 1 микрофарада, а затим помоћу истог променљивог отпорника можете подесити фреквенцију унутар 300 ... 10 000 Хз. То су већ фреквенције распона звука, па индикатор непрекидно светли, немогуће је рећи да ли постоје импулси или не. Стога, као и у претходном случају, требали бисте користити и телефонске слушалице повезане на излаз преко кондензатора од 0,1 µФ. Боље је ако су слушалице високог отпора.

Да бисмо размотрили принцип рада мултивибатора са три елемента, вратимо се његовој шеми. Након укључивања напајања, логички елементи ће истовремено узети неко стање, за које се може само претпоставити. Претпоставимо да је ДД1.2 први на излазу у стање високог нивоа. Из његовог излаза кроз неисправан кондензатор Ц1 преноси се напон високог нивоа на улаз елемента ДД1.1, који ће бити постављен на нулу. На улазу ДД1.3 елемента је висок ниво, тако да је такође постављен на нулу.

Али ово стање уређаја је нестабилно: кондензатор Ц1 се постепено набија кроз излаз елемента ДД1.3 и отпорника Р1, што доводи до постепеног смањења напона на улазу ДД1.1. Кад се напон на улазу ДД1.1 приближи прагу, он ће се пребацити на јединицу, и сходно томе, елемент ДД1.2 на нулу.

У том стању се кондензатор Ц1 кроз отпорник Р1 и излаз елемента ДД1.2 (у овом тренутку његов излаз је низак) почиње пунити са излаза елемента ДД1.3. Чим се кондензатор напуни, напон на улазу елемента ДД1.1 премаши ниво прага, сви елементи ће прећи у супротна стања. Тако се на излазу 8 елемента ДД1.3, који је излаз мултивибатора, формирају електрични импулси. Такође, импулси се могу уклонити са игле 6 ДД1.2.

Након што смо смислили како да добијемо импулсе у троелементном мултивибратору, можемо покушати да направимо двоелементни склоп, што је приказано на слици 4.

Слика 4. Мултивибратор на два логичка елемента.

Да бисте то учинили, излаз отпорника Р1, тачно у кругу, довољан је за одмотавање са игле 8 и лемљење за пин 1 елемента ДД1.1. излаз уређаја ће бити излаз 6 елемента ДД1.2. ДД1.3 елемент више није потребан и може га се онемогућити, на примјер, за употребу у другим круговима.

Принцип рада таквог генератора импулса мало се разликује од оног што је управо разматрано. Претпоставимо да је излаз елемента ДД1.1 висок, онда је елемент ДД1.2 у нултом стању, што омогућава да се кондензатор Ц1 напуни кроз отпорник и излаз елемента ДД1.2. Како се кондензатор напуни, напон на улазу елемента ДД1.1 достигне праг, оба елемента прелазе у супротно стање. То ће омогућити да се кондензатор поново напуни кроз излазни круг другог елемента, отпорника и улазног круга првог елемента. Када се напон на улазу првог елемента смањи на праг, оба елемента прећи у супротно стање.

Као што је горе поменуто, неки примери микро кругова у круговима генератора су нестабилни, што може зависити не само од конкретне инстанце, већ чак и од произвођача микроструког кола. Стога, ако се генератор не покрене, могуће је спојити отпорник са отпором 1,2 ... 2,0 Цом између улаза првог елемента и "земље". То ствара улазни напон близу прага, што олакшава покретање и стварни рад генератора.

Такве варијанте генератора у дигиталној технологији се користе веома често. У следећим деловима чланка биће размотрени релативно једноставни уређаји састављени на основу разматраних генератора. Али прво, треба размотрити још једну опцију мултивибатора - појединачни вибратор или моновибратор на други начин. Са причом о њему започињемо следећи део чланка.

Борис Аладисхкин

Наставак чланка: Логички чипови. Део 5