Logikchips. Del 4

Efter mötet i tidigare delar av artikeln med K155LA3-chipet, låt oss försöka ta reda på exempel på dess praktiska tillämpning.

Det verkar som om vad som kan göras från ett chip? Naturligtvis inget utestående. Du bör dock försöka montera en viss funktionell nod baserad på den. Detta kommer att hjälpa till att förstå principen för dess drift och inställningar visuellt. En av dessa noder, som ofta används i praktiken, är en självsvängande multivibrator.

Multivibratorkretsen visas i figur la. Denna krets i utseende liknar mycket den klassiska multivibratorkretsen med transistorer. Endast här som aktiva element används logiska element mikrochips ingår av inverterare. För detta är mikrokretsens ingångsstift anslutna. kondensatorer C1 och C2 bildar två positiva återkopplingskretsar. En krets är ingången till elementet DD1.1 - kondensator C1 - utgången från elementet DD1.2. Den andra från ingången till elementet DD1.2 genom kondensatorn C2 till utgången från elementet DD1.1.

Tack vare dessa anslutningar är kretsen själv upphetsad, vilket leder till generering av pulser. Pulsrepetitionsperioden beror på värdena på kondensatorerna i återkopplingskretsarna, såväl som motståndet hos motstånden R1 och R2.

I fig. Ib är samma krets ritad på ett sådant sätt att den är ännu mer lik den klassiska multivibratorversionen med transistorer.

Fig. 1 Självsvängande multivibrator

Elektriska impulser och deras egenskaper

Fram till nu, när vi blev bekanta med mikrokretsen, har vi att göra med likström, eftersom insignalerna under experimenten levererades manuellt med en trådhoppare. Som ett resultat erhölls en konstant spänning med låg eller hög nivå vid kretsens utgång. En sådan signal var slumpmässig.

I den multivibratorkrets som vi har satt ihop kommer utspänningen att pulsas, det vill säga förändras med en viss frekvens stegvis från en låg nivå till en hög och vice versa. En sådan signal inom radioteknik kallas en pulssekvens eller helt enkelt en pulssekvens. Figur 2 visar några olika elektriska pulser och deras parametrar.

Avsnitten i pulssekvensen i vilken spänningen tar en hög nivå kallas högnivåpulser, och lågnivåspänningen är pausen mellan högnivåpulser. Även om allt faktiskt är relativt: vi kan anta att pulserna är låga, vilket till exempel kommer att omfatta alla ställdon. Då kommer en paus mellan pulser att betraktas som en hög nivå.

Figur 2. Pulssekvenser.

Ett av de speciella fallen med pulsformen är slingrare. I detta fall är pulslängden lika med pausens varaktighet. För att bedöma förhållandet mellan pulslängden använder du en parameter som kallas arbetscykel. Duty rate visar hur många gånger pulsrepetitionsperioden är längre än pulslängden.

I figur 2 indikeras pulsrepetitionsperioden, som någon annanstans, av bokstaven T, och pulsvaraktigheten och paustiden är ti respektive tp. I form av en matematisk formel kommer arbetscykeln att uttryckas på följande sätt: S = T / ti.

På grund av detta förhållande är arbetscykeln för ”slingrande” pulser lika med två. Begreppet slingrande i detta fall är lånat från konstruktion och arkitektur: detta är en av metoderna för tegelsten, murverket liknar bara den angivna pulssekvensen. Slingringspulssekvensen visas i figur 2a.

Det ömsesidiga för tullcykeln kallas fyllfaktorn och indikeras med bokstaven D från engelska tullcykeln. Enligt ovanstående är D = 1 / S.

Genom att känna till pulsupprepningsperioden är det möjligt att bestämma repetitionsfrekvensen, som beräknas med formeln F = 1 / T.

Början av impulsen kallas fronten respektive slutet nedgången. Figur 2b visar en positiv impuls med en arbetscykel på 4. Fronten börjar från en låg nivå och går till en hög. En sådan front kallas positiv eller stigande. Följaktligen kommer nedgången av denna impuls, som framgår av bilden, att vara negativ och falla.

För en låg nivåimpuls kommer fronten att falla och lågkonjunkturen ökar. Denna situation visas i figur 2c.

Efter en så liten teoretisk förberedelse kan du börja experimentera. För att montera multivibratorn som visas i figur 1 räcker det att löda två kondensatorer och två motstånd till den mikrokrets som redan är installerad på brädskivan. För att studera utsignalerna kan du bara använda en voltmeter, helst en pekare, snarare än en digital. Detta nämndes redan i den föregående delen av artikeln.

Innan du sätter på den monterade kretsen måste du naturligtvis kontrollera om det finns några kortslutningar och rätt enhet i enlighet med kretsen. Med de värden på kondensatorer och motstånd som anges på diagrammet kommer spänningen vid multivibratorns utgång att ändras från låg till hög högst trettio gånger per minut. Således kommer en voltmeternål som är ansluten till exempel till utgången från det första elementet att svänga från noll till nästan fem volt.

Detsamma kan ses om du ansluter en voltmeter till en annan utgång: amplitud och frekvens för pilavvikelserna kommer att vara desamma som i första fallet. Det är inte förgäves att en sådan multivibrator ofta kallas symmetrisk.

Om du nu inte är för lat och ansluter en annan kondensator med samma kapacitet parallellt med kondensatorerna, kan du se att pilen började svänga två gånger långsammare. Svängningsfrekvensen minskade med hälften.

Om nu, istället för kondensatorer, som anges i diagrammet, lodkondensatorer med lägre kapacitet, till exempel 100 mikrofarad, så kan du märka bara en ökning av frekvensen. Enhetens pil kommer att variera mycket snabbare, men fortfarande är dess rörelser fortfarande ganska märkbara.

Och vad händer om du bara ändrar kapaciteten för en kondensator? Låt till exempel en av kondensatorerna ha en kapacitet på 500 mikrofarader och ersätt den andra med 100 mikrofarader. Ökningen i frekvens kommer att märkas, och dessutom kommer pilens enhet att visa att tidsförhållandet mellan pulser och pauser har förändrats. Även om multivibratorn i detta fall enligt schemat fortfarande förblev symmetrisk.

Låt oss nu försöka minska kondensatorernas kapacitet, till exempel 1 ... 5 mikrofarad. I detta fall genererar multivibratorn en ljudfrekvens i storleksordningen 500 ... 1000 Hz. Enhetens pil kommer inte att kunna svara på en sådan frekvens. Det kommer helt enkelt att vara någonstans mitt i skalan och visar den genomsnittliga signalnivån.

Det är helt enkelt inte klart här om pulserna med en tillräckligt hög frekvens verkligen går eller om den "grå" nivån vid utgången från mikrokretsen. För att särskilja en sådan signal krävs ett oscilloskop, som inte alla har. För att verifiera kretsens funktion är det därför möjligt att ansluta hörlurarna via en 0,1 μF kondensator och höra denna signal.

Du kan försöka ersätta någon av motstånden med en variabel med ungefär samma värde. Sedan varierar frekvensen under dess rotation inom vissa gränser, vilket gör det möjligt att finjustera den. I vissa fall är detta nödvändigt.

Till skillnad från vad som har sagts händer det dock att multivibratorn är instabil eller inte startar alls. Anledningen till detta fenomen ligger i det faktum att emitteringången för TTL-mikrokretsar är mycket kritisk för värdena på de motstånd som är installerade i dess krets. Denna funktion av emitteringången beror på följande skäl.

Ingångsmotståndet är en del av en av multivibratorns armar.På grund av emitterströmmen skapas en spänning på detta motstånd som stänger transistorn. Om motståndet för detta motstånd görs inom 2 ... 2.5 Kom, kommer spänningsfallet över det att vara så stort att transistorn helt enkelt slutar svara på insignalen.

Om vi ​​tvärtom tar motståndet hos detta motstånd inom 500 ... 700 ohm, kommer transistorn att vara öppen hela tiden och kommer inte att kontrolleras av insignaler. Därför bör dessa motstånd väljas utifrån dessa överväganden i intervallet 800 ... 2200 ohm. Detta är det enda sättet att uppnå en stabil drift av multivibratorn monterad enligt detta schema.

Ändå påverkas en sådan multivibrator av faktorer som temperatur, instabilitet i strömförsörjningen och till och med variationer i parametrarna för mikrokretsar. Mikrochips från olika tillverkare skiljer sig ofta ganska markant. Detta gäller inte bara för den 155: e serien, utan också för andra. Därför används praktisk talt sällan en multivibrator monterad enligt ett sådant schema.

Tre-element multivibrator

En mer stabil multivibratorkrets visas i figur 3a. Det består av tre logiska element, inkluderade, som i det föregående, av inverterare. Som framgår av diagrammet är det inte i emitterkretsarna för de logikelement som just nämnts motstånd. Svängningsfrekvensen specificeras endast av en RC-kedja.

Bild 3. Multivibrator på tre logiska element.

Funktionen av denna version av multivibratorn kan också observeras med hjälp av en pekarenhet, men för tydlighetens skull är det möjligt att montera en indikatorkaskad på LED på samma kort. För att göra detta behöver du en KT315-transistor, två motstånd och en LED. Indikatordiagrammet visas i figur 3b. Det kan också lödas på en brädskiva tillsammans med en multivibrator.

Efter att ha slagit på strömmen kommer multivibratorn att börja svänga, vilket framgår av LED-blixt. Med värdena på tidskedjan som visas på diagrammet är svängningsfrekvensen cirka 1 Hz. För att verifiera detta räcker det med att beräkna antalet svängningar på 1 minut: det bör vara ungefär sextio, vilket motsvarar 1 svängning per sekund. Per definition är detta exakt 1Hz.

Det finns två sätt att ändra frekvensen för en sådan multivibrator. Anslut först en annan kondensator med samma kapacitet parallellt med kondensatorn. LED-blixtar blev ungefär hälften så sällsynta, vilket indikerar en minskning i frekvens med hälften.

Ett annat sätt att ändra frekvensen är att ändra motståndets motstånd. Det enklaste sättet är att installera ett variabelt motstånd med ett nominellt värde på 1,5 ... 1,8 Com på sin plats. När detta motstånd roterar varierar svängningsfrekvensen inom 0,5 ... 20 Hz. Den maximala frekvensen erhålls i läget för det variabla motståndet när slutsatserna från mikrokretsen 1 och 8 är stängda.

Om du ändrar kondensatorn till exempel med en kapacitet på 1 mikrofarad och sedan använder samma variabla motstånd kan du justera frekvensen inom 300 ... 10 000 Hz. Dessa är redan frekvenserna för ljudområdet, därför lyser indikatorn kontinuerligt, det är omöjligt att säga om det finns pulser eller inte. Därför bör du, som i föregående fall, använda hörlurarna som är anslutna till utgången via 0,1 μF kondensatorn. Det är bättre om huvudtelefonerna är höga motståndskraftiga.

För att överväga driften av en multivibrator med tre element, låt oss återgå till dess schema. Efter att strömmen är påslagen kommer logikelementen att ta något tillstånd inte samtidigt, vilket man bara kan antaga. Antag att DD1.2 är den första som är i hög nivå vid utgången. Från sin utgång genom en oladdad kondensator Cl, överförs en högnivåspänning till ingången till elementet DD1.1, som kommer att ställas in på noll. Vid ingången till DD1.3-elementet är en hög nivå, så det är också inställd på noll.

Men anordningens tillstånd är instabilt: kondensatorn C1 laddas gradvis genom utgången från elementet DD1.3 och motståndet R1, vilket leder till en gradvis minskning av spänningen vid ingången DD1.1. När spänningen vid ingången DD1.1 närmar sig tröskeln kommer den att växla till enhet, och följaktligen, elementet DD1.2 till noll.

I detta tillstånd börjar kondensatorn Cl genom motståndet R1 och utgången från elementet DD1.2 (vid denna tidpunkt är dess utgång låg) laddas från utgången från elementet DD1.3. Så snart kondensatorn laddas kommer spänningen vid ingången till elementet DD1.1 att överskrida tröskelnivån, alla element växlar till motsatta tillstånd. Således bildas elektriska pulser vid utgången 8 från elementet DD1.3, som är multivibratorns utgång. Dessutom kan pulser tas bort från stift 6 i DD1.2.

Efter att vi har kommit fram till hur vi får pulser i en tre-element multivibrator kan vi försöka skapa ett tvåelement, kretsen, som visas i figur 4.

Bild 4. Multivibrator på två logiska element.

För att göra detta räcker utgången från motståndet R1, precis på kretsen, för att lossna från stift 8 och lod till stift 1 i elementet DD1.1. enhetens utgång är utgången 6 från elementet DD1.2. DD1.3-elementet behövs inte längre och kan till exempel inaktiveras för användning i andra kretsar.

Funktionsprincipen för en sådan pulsgenerator skiljer sig lite från vad som just har beaktats. Anta att utgången från elementet DD1.1 är hög, då är elementet DD1.2 i nolltillstånd, vilket gör att kondensatorn C1 laddas genom motståndet och utgången från elementet DD1.2. När kondensatorn laddas når spänningen vid ingången till elementet DD1.1 tröskeln, båda elementen växlar till motsatt tillstånd. Detta tillåter kondensatorn att ladda igenom utgångskretsen för det andra elementet, motståndet och ingångskretsen för det första elementet. När spänningen vid ingången till det första elementet reduceras till en tröskel kommer båda elementen att gå i motsatt tillstånd.

Som nämnts ovan är vissa fall av mikrokretsar i generatorkretsarna instabila, vilket beror inte bara på en specifik instans utan även av tillverkaren av mikrokretsen. Om generatorn inte startar är det därför möjligt att ansluta ett motstånd med ett motstånd på 1,2 ... 2,0 Com mellan ingången till det första elementet och "marken". Det skapar en ingångsspänning nära tröskeln, vilket underlättar uppstart och den faktiska driften av generatorn.

Sådana varianter av generatorer inom digital teknik används mycket ofta. I följande delar av artikeln kommer relativt enkla anordningar monterade på basis av de betraktade generatorerna att beaktas. Men först bör ytterligare ett alternativ till en multivibrator övervägas - en enda vibrator eller en monovibrator på ett annat sätt. Med berättelsen om honom börjar vi nästa del av artikeln.

Boris Aladyshkin

Fortsättning av artikeln: Logikchips. Del 5