Logikkbrikker. Del 6

den tidligere deler av artikkelen ble ansett som de enkleste enhetene på de logiske elementene 2I-NOT. Dette er en selvsvingende multivibrator og one-shot. La oss se hva som kan skapes på deres grunnlag.

Hver av disse enhetene kan brukes i forskjellige utførelser som masteroscillatorer og pulsformere av ønsket varighet. Gitt det faktum at artikkelen kun er til veiledning, og ikke en beskrivelse av noen spesifikk kompleks krets, begrenser vi oss til noen få enkle enheter som bruker de ovennevnte ordningene.

Enkle multivibratorkretser

En multivibrator er en ganske allsidig enhet, så bruken av den er veldig mangfoldig. I den fjerde delen av artikkelen ble det vist en multivibratorkrets basert på tre logiske elementer. For ikke å lete etter denne delen, vises kretsen igjen i figur 1.

Svingningsfrekvensen ved klassifiseringene angitt på diagrammet vil være omtrent 1 Hz. Ved å supplere en slik multivibrator med en LED-indikator, kan du få en enkel lyspulsgenerator. Hvis transistoren blir tatt tilstrekkelig kraftig, for eksempel KT972, er det fullt mulig å lage en liten krans til et lite juletre. Ved å koble til DEM-4m telefonkapsel i stedet for LED, kan du høre klikk når du bytter multivibrator. Et slikt apparat kan brukes som metronom når du lærer å spille musikkinstrumenter.

Figur 1. Multivibrator med tre elementer.

Basert på en multivibrator er det veldig enkelt å lage en lydfrekvensgenerator. For å gjøre dette, er det nødvendig at kondensatoren er 1 μF, og bruker en variabel motstand på 1,5 ... 2,2 KΩ som motstand R1. En slik generator vil selvfølgelig ikke blokkere hele lydområdet, men innen visse grenser kan svingningsfrekvensen endres. Hvis du trenger en generator med et bredere frekvensområde, kan dette gjøres ved å endre kondensatoren til kondensatoren ved hjelp av en bryter.

Intermittent lydgenerator

Som et eksempel på bruk av en multivibrator kan vi huske en krets som avgir et intermitterende lydsignal. For å lage det, trenger du to multivibratorer allerede. I dette skjemaet multivibratorer på to logiske elementer, som lar deg montere en slik generator på bare en brikke. Kretsen er vist på figur 2.

Figur 2. Periodisk pipegenerator.

Generatoren på elementene DD1.3 og DD1.4 genererer lydfrekvenssvingninger som er gjengitt av DEM-4m telefonkapsel. I stedet kan du bruke hvilken som helst med en viklingsmotstand på omtrent 600 ohm. Med karakterene C2 og R2 angitt på diagrammet, er frekvensen for lydvibrasjoner omtrent 1000 Hz. Men lyden vil bare bli hørt på det tidspunktet når utgangen 6 fra multivibratoren på elementene DD1.1 og DD1.2 vil være et høyt nivå som gjør at multivibratoren kan arbeide med elementene DD1.3, DD1.4. I tilfelle når utgangen fra den første multivibratorens lave nivå av den andre multivibratoren er stoppet, er det ingen lyd i telefonkapslen.

For å kontrollere driften av lydgeneratoren, kan den 10. utgangen fra DD1.3-elementet kobles fra utgangen 6 fra DD1.2. I dette tilfellet skal et kontinuerlig lydsignal høres (ikke glem at hvis inngangen til det logiske elementet ikke er koblet noe sted, så anses tilstanden som et høyt nivå).

Hvis den 10. utgangen er koblet til en vanlig ledning, for eksempel en trådhopper, stopper lyden i telefonen. (Det samme kan gjøres uten å bryte forbindelsen til den tiende utgangen). Denne erfaringen antyder at lydsignalet bare blir hørt når utgangen 6 til DD1.2-elementet er høy. Dermed klokker den første multivibratoren den andre. En lignende ordning kan for eksempel brukes på alarmenheter.

Generelt er en trådhopper koblet til en vanlig ledning mye brukt i studiet og reparasjonen av digitale kretsløp som et lavt nivå signal. Vi kan si at dette er en klassiker av sjangeren. Frykten for å bruke en slik "brennende metode" er helt forgjeves. Dessuten kan ikke bare inngangene, men også utgangene til digitale mikrokretser i alle serier "plantes" på "bakken". Dette tilsvarer en åpen utgangstransistor eller et logisk nullnivå, lavt nivå.

I motsetning til det som nettopp er blitt sagt, er det helt umulig å koble mikrokretsene til + 5V-kretsløpet: Hvis utgangstransistoren er åpen på dette tidspunktet (all spenning i strømforsyningen tilføres kollektor-emitter-delen av den åpne utgangstransistoren), vil mikrokretsløpet mislykkes. Tatt i betraktning at alle digitale kretser ikke står stille, men gjør noe hele tiden, fungerer i pulserende modus, vil ikke utgangstransistoren måtte åpne på lenge.

En sonde for reparasjon av radioutstyr

Ved hjelp av de logiske elementene 2I-NOT kan du lage en enkel generator for innstilling og reparasjon av radioer. Ved utgangen er det mulig å oppnå svingninger av lydfrekvensen (RF) og radiofrekvens (RF) svingningene modulert av RF. Generatorkretsen er vist på figur 3.

Figur 3. Generator for kontroll av mottakere.

På elementene DD1.3 og DD1.4 er en multivibrator allerede kjent for oss satt sammen. Med sin hjelp genereres vibrasjoner av lydfrekvensen, som brukes gjennom omformeren DD2.2 og kondensatoren C5 gjennom kontakten XA1 for å teste lavfrekvensforsterkeren.

Høyfrekvente svingningsgenerator er laget på elementene DD1.1 og DD1.2. Dette er også en kjent multivibrator, bare her dukket et nytt element opp - spole L1 koblet i serie med kondensatorer C1 og C2. frekvensen til denne generatoren bestemmes hovedsakelig av parametrene til spolen L1 og kan i liten grad justeres av kondensator Cl.

På elementet DD2.1 satt sammen en radiofrekvensblander, som mates til inngang 1, og til inngang 2 brukes frekvensen til lydområdet. Her klokker lydfrekvensen radiofrekvensen på nøyaktig samme måte som i den intermitterende lydsignalkretsen i figur 2: radiofrekvensspenningen ved terminal 3 til DD2.1-elementet vises i det øyeblikket når utgangsnivået 11 til DD1.4-elementet er høyt.

For å oppnå en radiofrekvens i området 3 ... 7 MHz, kan L1-spolen vikles på en ramme med en diameter på 8 mm. Inni spolen, sett inn et stykke av stangen fra en magnetisk antenne laget av ferritt F600NM. Spole L1 inneholder 50 ... 60 ledninger av ledning PEV-2 0,2 ​​... 0,3 mm. Utformingen av sonden er vilkårlig.

Det er bedre å bruke en sondegenerator til strøm stabilisert spenningskildemen du kan galvanisk batteri.

Enkeltvibratorapplikasjon

Som den enkleste bruken av en enkelt vibrator, kan en lyssignalanordning kalles. På grunnlag av dette kan du lage et mål for å skyte tennisballer. Kretsen til lyssignalanordningen er vist i figur 4.

Figur 4. Lyssignalapparat.

Selve målet kan være ganske stort (papp eller kryssfiner), og "epleet" er en metallplate med en diameter på omtrent 80 mm. I kretsdiagrammet er dette kontakt SF1. Når du blir truffet i midten av målet, lukker kontaktene veldig kort, så blinkingen av pæren kan ikke bli lagt merke til. For å forhindre en slik situasjon, brukes et enkelt skudd i dette tilfellet: fra en kort startpuls slukker pæren i minst et sekund. I dette tilfellet er triggerpulsen langstrakt.

Hvis du vil at lampen ikke skal slukke når den treffer, men heller skal blinke, bør du bruke en KT814-transistor i indikatorkretsen ved å bytte ut samler- og emitterutgangene. Med denne forbindelsen kan du utelate motstanden i basiskretsen til transistoren.

Som en enkeltpulsgenerator brukes ofte et enkelt skudd i reparasjon av digital teknologi for å teste ytelsen til både individuelle mikrokretser og hele kaskader.Dette vil bli diskutert senere. Ikke en eneste bryter, eller som det kalles, en analog frekvensmåler, kan klare seg uten en eneste vibrator.

Enkel frekvensmåler

På de fire logiske elementene i K155LA3-brikken kan du sette sammen en enkel frekvensmåler som lar deg måle signaler med en frekvens på 20 ... 20.000 Hz. For å kunne måle frekvensen til et signal av en hvilken som helst form, for eksempel en sinus, må det konverteres til rektangulære pulser. Vanligvis gjøres denne transformasjonen ved hjelp av en Schmitt-trigger. Hvis jeg kan si det, konverterer den “pulsen” i sinusbølgen med milde fronter til rektangler med bratte fronter og skråninger. Schmitt trigger har en triggergrense. Hvis inngangssignalet er under denne terskelen, vil det ikke være noen pulssekvens ved utgangen fra utløseren.

Kjennskap til arbeidet med Schmitt-triggeren kan begynne med et enkelt eksperiment. Skjemaet for dens eierandel er vist på figur 5.

Figur 5. Schmitt trigger og grafer av arbeidet hans.

For å simulere sinusformet inngangssignal brukes galvaniske batterier GB1 og GB2: å flytte glidebryteren for variabel motstand R1 til topposisjonen i kretsen simulerer en positiv halvbølge av sinusbølgen og bevege seg nedover negativ.

Eksperimentet skulle begynne med det faktum at ved å rotere motoren til den variable motstanden R1, sett null spenning på den, naturlig kontroller den med et voltmeter. I denne posisjonen er utgangen fra elementet DD1.1 en enkelt tilstand, et høyt nivå, og utgangen til elementet DD1.2 er logisk null. Dette er den opprinnelige tilstanden i mangel av et signal.

Koble et voltmeter til utgangen til DD1.2-elementet. Som det ble skrevet over, ved utkjørselen vil vi se et lavt nivå. Hvis det nå er nok å sakte vri den variable motstandsskyveren helt opp i henhold til skjemaet, og deretter helt ned til stoppet og tilbake ved utgangen DD1.2, vil enheten vise elementet som skifter fra lavt til høyt nivå og omvendt. Med andre ord inneholder utgangen DD1.2 rektangulære pulser med positiv polaritet.

Driften av en slik Schmitt-trigger er illustrert av grafen i figur 5b. En sinusbølge ved inngangen til en Schmitt-trigger oppnås ved å rotere en variabel motstand. Dets amplitude er opptil 3V.

Så lenge spenningen til den positive halvbølgen ikke overskrider terskelen (Uпор1), lagres en logisk null (starttilstand) ved utgangen fra enheten. Når inngangsspenningen øker ved å rotere den variable motstanden på tidspunktet t1, når inngangsspenningen terskelspenningen (ca. 1,7 V).

Begge elementene vil bytte til motsatt starttilstand: ved utgangen fra enheten (element DD1.2) vil det være en høy nivå spenning. En ytterligere økning i inngangsspenningen, opp til amplitudeverdien (3V), fører ikke til endring i enhetens utgangsstatus.

La oss nå rotere den variable motstanden i motsatt retning. Enheten vil bytte til starttilstanden når inngangsspenningen faller til den andre, nedre, terskelspenningen Uпор2, som vist i grafen. Dermed blir utgangen fra enheten igjen satt til logisk null.

Et særtrekk ved Schmitt-utløseren er tilstedeværelsen av disse to terskelnivåene. De forårsaket hysteresen av Schmitt-triggeren. Bredden på hysteresesløyfen er satt av valg av motstand R3, selv om det ikke er i veldig store grenser.

Ytterligere rotasjon av den variable motstanden nedover i kretsen danner en negativ halvbølge av sinusbølgen ved inngangen til enheten. Imidlertid kortere inngangsdiodene som er installert inne i brikken, den negative halvbølgen til inngangssignalet til en vanlig ledning. Derfor påvirker ikke det negative signalet driften av enheten.

Figur 6. Frekvensmåler krets.

Figur 6 viser et diagram av en enkel frekvensmåler, laget på bare en K155LA3-brikke. På elementene DD1.1 og DD1.2 er en Schmitt-trigger montert, med enheten og driften vi nettopp møtte. De resterende to elementene i mikrokretsen brukes til å konstruere målepulsformeren.Fakta er at varigheten av de rektangulære pulser ved utgangen fra Schmitt-avtrekkeren avhenger av frekvensen til det målte signalet. I denne formen vil alt bli målt, men ikke frekvensen.

Til Schmitt-utløseren vi allerede visste, ble noen flere elementer lagt til. Ved inngangen er kondensator C1 installert. Dens oppgave er å hoppe over lydfrekvenssvingninger ved inngangen til frekvensmåleren, fordi frekvensmåleren er designet for å arbeide i dette området, og for å blokkere passasjen til signalets konstante komponent.

Dioden VD1 er designet for å begrense nivået av den positive halvbølgen til spenningsnivået til strømkilden, og VD2 kutter de negative halvbølgene til inngangssignalet. I prinsippet kan den indre beskyttelsesdioden til mikrokretsen ganske takle denne oppgaven, så VD2 kan ikke installeres. Derfor er inngangsspenningen til en slik frekvensmåler innen 3 ... 8 V. For å øke enhetens følsomhet kan en forsterker installeres ved inngangen.

Pulser med positiv polaritet generert fra inngangssignalet av en Schmitt-avtrekker føres til inngangen til målepulsformeren laget på elementene DD1.3 og DD1.4.

Når lavspenning vises ved inngangen til elementet DD1.3, vil den bytte til enhet. Derfor vil det gjennom motstanden og motstanden R4 lades en av kondensatorene C2 ... C4. I dette tilfellet vil spenningen ved den nedre inngangen til DD1.4-elementet øke og til slutt nå et høyt nivå. Men til tross for dette, forblir elementet DD1.4 i tilstanden til en logisk enhet, siden det fremdeles er en logisk null fra utgangen fra Schmitt-utløseren på den øvre inngangen (DD1.2-utgang 6). Derfor strømmer en veldig ubetydelig strøm gjennom måleinnretningen PA1, pilens innretning avviker praktisk talt ikke.

Utseendet til en logisk enhet ved utgangen fra Schmitt-utløseren vil bytte elementet DD1.4 til tilstanden til logisk null. Derfor strømmer en strøm begrenset av motstanden til motstandene R5 ... R7 gjennom pekerenheten PA1.

Den samme enheten ved utgangen fra Schmitt-utløseren vil bytte DD1.3-elementet til nulltilstand. I dette tilfellet begynner kondensatoren til formeren å tømme. Å redusere spenningen på den vil føre til at elementet DD1.4 igjen er innstilt på tilstanden til en logisk enhet, og derved avslutte dannelsen av en lavnivåpuls. Målepulsens posisjon i forhold til det målte signalet er vist i figur 5d.

For hver målegrense er målepulsens varighet konstant over hele området, derfor avhenger avviksvinkelen til pilen til mikroammeteren bare av repetisjonshastigheten til denne målepulsen selv.

For forskjellige frekvenser er målepulsens varighet forskjellig. For høyere frekvenser skal målepulsen være kort, og for lave frekvenser litt stor. Derfor brukes tre tidsinnstillende kondensatorer C2 ... C4 for å sikre målinger i hele lydfrekvensområdet. Med en kondensator på 0,2 μF måles frekvenser på 20 ... 200 Hz, 0,02 μF - 200 ... 2000 Hz, og med en kapasitans på 2000 pF 2 ... 20 KHz.

Kalibrering av frekvensmåleren gjøres enklest ved hjelp av en lydgenerator, fra det laveste frekvensområdet. For å gjøre dette bruker du et signal med en frekvens på 20 Hz på inngangen og markerer pilens plassering på skalaen.

Bruk deretter et signal med en frekvens på 200 Hz, og vri motstanden R5 for å stille pilen til den siste delingen av skalaen. Når du leverer frekvenser på 30, 40, 50 ... 190 Hz, merk pilens plassering på skalaen. Tilsvarende utføres tuning i de resterende områdene. Det er mulig at et mer nøyaktig utvalg av kondensatorer C3 og C4 er nødvendig, slik at begynnelsen av skalaen sammenfaller med 200 Hz-merket i det første området.

La meg gjøre ferdig denne delen av artikkelen på beskrivelsene av disse enkle konstruksjonene. I neste del vil vi snakke om triggere og tellere basert på dem. Uten dette ville historien om logiske kretsløp være ufullstendig.

Boris Aladyshkin

Fortsettelse av artikkelen: Logikkbrikker. Del 7. Utløsere. RS - trigger

E-bok -Nybegynnerguide for AVR-mikrokontrollere