Logikkbrikker. Del 4

Etter å ha møtt i tidligere deler av artikkelen med K155LA3-brikken, la oss prøve å finne ut eksempler på dens praktiske anvendelse.

Det ser ut til at hva kan gjøres fra en brikke? Selvfølgelig ikke noe enestående. Du bør imidlertid prøve å sette sammen en funksjonell node basert på den. Dette vil bidra til å visuelt forstå prinsippet om dets drift og innstillinger. En av disse nodene, ganske ofte brukt i praksis, er en selvsvingende multivibrator.

Multivibratorkretsen er vist på figur 1a. Denne kretsen i utseende er veldig lik den klassiske multivibratorkretsen med transistorer. Bare her som aktive elementer blir brukt logiske elementer mikrochips inkludert av omformere. For dette er inngangsstiftene til mikrokretsen koblet sammen. kondensatorer C1 og C2 danner to positive feedback-kretser. En krets er inngangen til elementet DD1.1 - kondensator C1 - utgangen til elementet DD1.2. Den andre fra inngangen til elementet DD1.2 gjennom kondensatoren C2 til utgangen til elementet DD1.1.

Takket være disse tilkoblingene er kretsen selvopphisset, noe som fører til generering av pulser. Repetisjonsperioden for puls avhenger av klassifiseringen av kondensatorene i tilbakemeldingskretsene, samt motstanden til motstandene R1 og R2.

På fig. 1b er den samme kretsen tegnet på en slik måte at den er enda mer lik den klassiske multivibratorversjonen med transistorer.

Fig. 1 Selvsvingende multivibrator

Elektriske impulser og deres egenskaper

Inntil nå, når vi ble kjent med mikrokretsen, hadde vi å gjøre med likestrøm, fordi inngangssignalene under eksperimentene ble levert manuelt ved hjelp av en trådhopp. Som et resultat ble en konstant spenning på lavt eller høyt nivå oppnådd ved kretsens utgang. Et slikt signal var tilfeldig.

I multivibratorkretsen vi har satt sammen, vil utgangsspenningen bli pulset, det vil si å skifte med en viss frekvens trinnvis fra et lavt nivå til et høyt og omvendt. Et slikt signal innen radioteknikk kalles en pulssekvens eller ganske enkelt en pulssekvens. Figur 2 viser noen varianter av elektriske pulser og deres parametere.

Delene av pulssekvensen som spenningen tar et høyt nivå i, kalles høynivåpulser, og lavnivåspenningen er pausen mellom høynivåpulser. Selv om alt faktisk er relativt: vi kan anta at pulsen er lave, som for eksempel vil omfatte enhver aktuator. Da vil en pause mellom pulsene betraktes som bare et høyt nivå.

Figur 2. Pulssekvenser.

Et av de spesielle tilfellene med pulsformen er slynget. I dette tilfellet er pulslengden lik pausens varighet. For å vurdere forholdet mellom pulsvarighet, bruk en parameter kalt plussyklus. Tullsats viser hvor mange ganger pulsrepetisjonstiden er lengre enn pulsvarigheten.

I figur 2 er pulsrepetisjonstiden indikert, som andre steder, med bokstaven T, og pulsvarigheten og pausetiden er henholdsvis ti og tp. I form av en matematisk formel vil pliktsyklusen bli uttrykt som følger: S = T / ti.

På grunn av dette forholdet er driftssyklusen for "meander" -pulsene lik to. Uttrykket meander i dette tilfellet er lånt fra konstruksjon og arkitektur: dette er en av metodene for tegllegging, teglverkets mønster ligner bare den angitte pulssekvensen. Slyngepulssekvensen er vist i figur 2a.

Gjensidigheten til pliktsyklusen kalles fyllingsfaktoren og indikeres med bokstaven D fra English Duty-syklusen. I henhold til ovenstående er D = 1 / S.

Når du kjenner til repetisjonsperioden for puls, er det mulig å bestemme repetisjonshastigheten, som er beregnet med formelen F = 1 / T.

Begynnelsen på impulsen kalles henholdsvis fronten, og slutten for nedgangen. Figur 2b viser en positiv impuls med en driftssyklus på 4. Fronten starter fra et lavt nivå og går til et høyt nivå. En slik front kalles positiv eller stigende. Følgelig vil tilbakegangen av denne impulsen, som kan sees på bildet, være negativ og falle.

For en lavnivåimpuls vil fronten falle, og lavkonjunkturen øke. Denne situasjonen er vist i figur 2c.

Etter en så liten teoretisk forberedelse kan du begynne å eksperimentere. For å sette sammen multivibratoren vist i figur 1, er det nok å lodde to kondensatorer og to motstander til mikrokretsen som allerede er installert på brødbordet. For å studere utgangssignalene kan du bruke bare et voltmeter, helst en peker, i stedet for en digital. Dette ble allerede nevnt i forrige del av artikkelen.

Før du slår på den monterte kretsen, må du selvfølgelig sjekke om det er noen kortslutninger og riktig montering i samsvar med kretsen. Med klassifiseringene av kondensatorer og motstander som er indikert på diagrammet, vil spenningen ved utgangen til multivibratoren endres fra lav til høy, ikke mer enn tretti ganger per minutt. Dermed vil en voltmeter nål koblet, for eksempel til utgangen fra det første elementet, svinge fra null til nesten fem volt.

Det samme kan sees hvis du kobler et voltmeter til en annen utgang: amplituden og frekvensen av pilavvikene vil være den samme som i første tilfelle. Det er ikke forgjeves at en slik multivibrator ofte kalles symmetrisk.

Hvis du nå ikke er for lat og kobler til en annen kondensator med samme kapasitet parallelt med kondensatorene, kan du se at pilen begynte å svinge to ganger saktere. Svingningsfrekvensen avtok med halvparten.

Hvis nå, i stedet for kondensatorer, som indikert i diagrammet, loddekondensatorer med lavere kapasitet, for eksempel 100 mikrofarader, kan du bare merke en økning i frekvens. Pilen til enheten vil svinge mye raskere, men fremdeles er bevegelsene ganske merkbare.

Og hva skjer hvis du endrer kapasiteten til bare en kondensator? For eksempel, la en av kondensatorene ha en kapasitet på 500 mikrofarader, og erstatte den andre med 100 mikrofarader. Økningen i frekvens vil bli merkbar, og i tillegg vil pilen på enheten vise at tidsforholdet mellom pulser og pauser har endret seg. Selv om multivibratoren i dette tilfellet fortsatt var symmetrisk i henhold til ordningen.

La oss prøve å redusere kapasitansen til kondensatorene, for eksempel 1 ... 5 mikrofarader. I dette tilfellet vil multivibratoren generere en lydfrekvens i størrelsesorden 500 ... 1000 Hz. Pilen til enheten vil ikke kunne svare på en slik frekvens. Det vil ganske enkelt være et sted midt i skalaen, og viser det gjennomsnittlige signalnivået.

Her er det rett og slett ikke klart om pulsen med en tilstrekkelig høy frekvens faktisk går, eller det "grå" nivået ved utgangen fra mikrokretsen. For å skille et slikt signal kreves et oscilloskop, som ikke alle har. For å bekrefte driften av kretsen er det derfor mulig å koble hodetelefonene gjennom en 0,1 μF kondensator og høre dette signalet.

Du kan prøve å erstatte hvilken som helst av motstandene med en variabel på omtrent samme verdi. Under rotasjonen vil frekvensen variere innenfor visse grenser, noe som gjør det mulig å finjustere den. I noen tilfeller er dette nødvendig.

I motsetning til hva som er sagt, hender det imidlertid at multivibratoren er ustabil eller ikke starter i det hele tatt. Årsaken til dette fenomenet ligger i det faktum at emitterinngangen til TTL-mikrokretser er veldig kritisk for verdiene til motstandene som er installert i kretsen. Denne funksjonen i emitterinngangen skyldes følgende årsaker.

Inngangsmotstanden er en del av en av armene til multivibratoren.På grunn av emitterstrømmen opprettes en spenning på denne motstanden som lukker transistoren. Hvis motstanden til denne motstanden blir oppnådd innen 2 ... 2.5 Kom, vil spenningsfallet over den være så stor at transistoren ganske enkelt slutter å svare på inngangssignalet.

Hvis vi tvert imot tar motstanden til denne motstanden innen 500 ... 700 ohm, vil transistoren være åpen hele tiden og vil ikke bli kontrollert av inngangssignaler. Derfor bør disse motstandene velges ut fra disse hensynene i området 800 ... 2200 ohm. Dette er den eneste måten å oppnå stabil drift av multivibratoren montert i henhold til dette skjemaet.

Likevel påvirkes en slik multivibrator av faktorer som temperatur, ustabilitet i strømforsyningen og til og med variasjoner i parametrene til mikrokretser. Mikrochips fra forskjellige produsenter skiller seg ofte ganske betydelig. Dette gjelder ikke bare den 155. serien, men også andre. Derfor brukes praktisk talt sjelden en multivibrator montert i henhold til et slikt skjema.

Tre-element multivibrator

En mer stabil multivibratorkrets er vist i figur 3a. Den består av tre logiske elementer, inkludert, som i den forrige, av invertere. Som det fremgår av diagrammet, er det ikke i emitterkretsene til de logiske elementene som nettopp er nevnt motstander. Svingningsfrekvensen er spesifisert av bare en RC-kjede.

Figur 3. Multivibrator på tre logiske elementer.

Betjeningen av denne versjonen av multivibratoren kan også observeres ved hjelp av en pekerenhet, men for klarhet er det mulig å montere en indikatorkaskade på LED på samme tavle. For å gjøre dette trenger du en KT315-transistor, to motstander og en LED. Indikatorskjemaet er vist på figur 3b. Den kan også loddes på en brødplate sammen med en multivibrator.

Etter å ha slått på strømmen, vil multivibratoren begynne å svinge, noe som fremgår av blinklys på LED. Når verdikjeden er vist på diagrammet, er svingningsfrekvensen omtrent 1 Hz. For å bekrefte dette er det nok å beregne antall svingninger i løpet av 1 minutt: det skal være omtrent seksti, noe som tilsvarer 1 svingning i sekundet. Per definisjon er dette nettopp 1Hz.

Det er to måter å endre frekvensen til en slik multivibrator. Først kobler du en annen kondensator med samme kapasitet parallelt med kondensatoren. LED-blink ble omtrent halvparten så sjeldne, noe som indikerer en reduksjon i frekvens med halvparten.

En annen måte å endre frekvensen er å endre motstandens motstand. Den enkleste måten er å installere en variabel motstand med en pålydende verdi på 1,5 ... 1,8 Com på sin plass. Når denne motstanden roterer, vil svingningsfrekvensen variere innen 0,5 ... 20 Hz. Maksimal frekvens oppnås i stillingen til den variable motstanden når konklusjonene fra mikrokretsløpet 1 og 8 er lukket.

Hvis du bytter kondensator, for eksempel med en kapasitet på 1 mikrofarad, og deretter bruker den samme variabelmotstanden, kan du justere frekvensen innen 300 ... 10 000 Hz. Dette er allerede frekvensene til lydområdet, derfor lyser indikatoren kontinuerlig, det er umulig å si om det er pulser eller ikke. Derfor, som i forrige tilfelle, bør du bruke hodetelefoner koblet til utgangen gjennom 0,1 μF kondensatoren. Det er bedre hvis hodetelefonene har høy motstand.

For å vurdere prinsippet om drift av en multivibrator med tre elementer, la oss gå tilbake til ordningen. Etter at strømmen er slått på, vil logikkelementene ta en viss tilstand ikke på samme tid, noe man bare kan anta. Anta at DD1.2 er den første som er i høyt nivå ved utgangen. Fra utgangen gjennom en uladet kondensator Cl, overføres en høynivåspenning til inngangen til elementet DD1.1, som vil bli satt til null. Ved inngangen til DD1.3-elementet er et høyt nivå, så det er også satt til null.

Men denne tilstanden til enheten er ustabil: kondensator C1 lades gradvis gjennom utgangen fra elementet DD1.3 og motstand R1, noe som fører til en gradvis reduksjon i spenningen ved inngangen DD1.1. Når spenningen ved inngangen DD1.1 nærmer seg terskelen, vil den bytte til enhet, og følgelig elementet DD1.2 til null.

I denne tilstanden begynner kondensatoren Cl gjennom motstanden R1 og utgangen til elementet DD1.2 (på dette tidspunktet er dens utgang lav) å lade fra utgangen til elementet DD1.3. Så snart kondensatoren lader, vil spenningen ved inngangen til elementet DD1.1 overstige terskelnivået, alle elementer vil bytte til motsatte tilstander. Ved utgangen 8 fra elementet DD1.3, som er utgangen fra multivibratoren, dannes således elektriske pulser. Pulser kan også fjernes fra pinne 6 i DD1.2.

Etter at vi har funnet ut hvordan vi kan få pulser i en tre-element multivibrator, kan vi prøve å lage et toelement, kretsen, som er vist i figur 4.

Figur 4. Multivibrator på to logiske elementer.

For å gjøre dette er utgangen fra motstanden R1, rett på kretsen, nok til å lodde fra pinne 8 og lodde til pinne 1 av elementet DD1.1. enhetens utgang vil være utgangen 6 til elementet DD1.2. DD1.3-elementet er ikke lenger nødvendig og kan deaktiveres, for eksempel for bruk i andre kretsløp.

Prinsippet om drift av en slik pulsgenerator skiller seg lite fra det som nettopp er vurdert. Anta at utgangen til elementet DD1.1 er høy, da er elementet DD1.2 i nulltilstand, noe som gjør at kondensatoren C1 kan lades gjennom motstanden og utgangen til elementet DD1.2. Når kondensatoren lader, når spenningen ved inngangen til elementet DD1.1 terskelen, begge elementene bytter til motsatt tilstand. Dette vil tillate kondensatoren å lade gjennom utgangskretsen til det andre elementet, motstanden og inngangskretsen til det første elementet. Når spenningen ved inngangen til det første elementet reduseres til en terskel, vil begge elementene gå i motsatt tilstand.

Som nevnt ovenfor, er noen tilfeller av mikrokretser i generatorkretsene ustabile, noe som ikke bare avhenger av en spesifikk instans, men også produsenten av mikrokretsløpet. Derfor, hvis generatoren ikke starter, er det mulig å koble en motstand med en motstand på 1,2 ... 2,0 Com mellom inngangen til det første elementet og "bakken". Det skaper en inngangsspenning nær terskel, noe som letter oppstarten og den faktiske driften av generatoren.

Slike varianter av generatorer innen digital teknologi brukes veldig ofte. I de følgende deler av artikkelen vil relativt enkle enheter samlet på basis av de betraktede generatorene bli vurdert. Men først bør ett alternativ til en multivibrator vurderes - en enkelt vibrator, eller en monovibrator på en annen måte. Med historien om ham begynner vi neste del av artikkelen.

Boris Aladyshkin

Fortsettelse av artikkelen: Logikkbrikker. Del 5