Logikai chipek. 4. rész

A a cikk korábbi részei próbáljuk meg kitalálni a K155LA3 chippel a gyakorlati alkalmazásának példáit.

Úgy tűnik, hogy mit lehet csinálni egy chipen? Természetesen semmi kiemelkedő. Meg kell próbálnia valamilyen funkcionális csomópont összeállítását annak alapján. Ez elősegíti a működés és a beállítások elméleti megértését. Az egyik csomópont, amelyet gyakran használnak a gyakorlatban, egy ön-oszcilláló multivibrátor.

A multivibrátor áramkört az 1a. Ábra mutatja. Ez az áramkör megjelenésében nagyon hasonló a tranzisztorokkal ellátott klasszikus multivibrator áramkörhöz. Csak itt aktív elemekként alkalmazzák logikai elemek inverterek mikrochipjei. Ehhez a mikroáramkör bemeneti csapjai össze vannak kötve. kondenzátorok A C1 és C2 két pozitív visszacsatoló áramkört képeznek. Az egyik áramkör a DD1.1 elem bemenete - C1 kondenzátor - a DD1.2 elem kimenete. A másik a DD1.2 elem bemenetétől a C2 kondenzátoron keresztül a DD1.1 elem kimenetéig.

Ezeknek a kapcsolatoknak köszönhetően az áramkör öngerjesztődik, ami impulzusok előállításához vezet. Az impulzus ismétlési periódus a visszacsatoló áramkörök kondenzátorainak névleges értékétől, valamint az R1 és R2 ellenállások ellenállásától függ.

Az 1b. Ábrán ugyanazt az áramkört rajzoljuk, amely még inkább hasonlít a tranzisztorokkal ellátott klasszikus multivibrator változathoz.

Ábra. 1 Önarcoló multivibrátor

Elektromos impulzusok és jellemzőik

Mostanáig, amikor megismerkedtünk a mikroáramkörrel, egyenárammal foglalkoztunk, mivel a kísérletek során a bemeneti jeleket manuálisan továbbítottuk huzal-áthidalóval. Ennek eredményeként állandó vagy alacsony vagy magas feszültséget értünk el az áramkör kimenetén. Egy ilyen jel véletlenszerű jellegű volt.

Az általunk összeállított multivibrátor áramkörben a kimeneti feszültség impulzusra kerül, vagyis egy bizonyos frekvenciával fokozatosan változik az alacsony szintről egy magasra és fordítva. Az ilyen jelet a rádiótechnikában impulzussorozatnak vagy egyszerűen impulzus sorozatnak nevezzük. A 2. ábra az elektromos impulzusok néhány változatát és azok paramétereit mutatja.

Az impulzussor azon részeit, amelyekben a feszültség magas szintre veszi, magas szintű impulzusoknak nevezzük, és az alacsony szintű feszültséget a szünet a magas szintű impulzusok között. Bár valójában minden viszonylagos: feltételezhetjük, hogy az impulzusok alacsonyak, beleértve például bármely működtetőt. Ezután az impulzusok közötti szünet csak magas szintnek tekinthető.

2. ábra: Impulzus-szekvenciák.

Az impulzus alak egyik speciális esete a kanyargás. Ebben az esetben az impulzus időtartama megegyezik a szünet időtartamával. Az impulzus időtartamának arányának becsléséhez használjon paramétert, az úgynevezett munkaciklusot. A működési sebesség azt mutatja, hogy az impulzus ismétlési periódus hányszor hosszabb, mint az impulzus időtartama.

A 2. ábrán az impulzus ismétlési periódust, mint másutt, a T betű jelzi, az impulzus időtartama és a szünet ideje pedig ti és tp. Matematikai képlet formájában a működési ciklust az alábbiak szerint kell kifejezni: S = T / ti.

Ennek az aránynak köszönhetően a „kanyargó” impulzusok ciklusa kettővel egyenlő. A meander kifejezés ebben az esetben az építkezésből és az építészetből származik: ez a falazás egyik módszere, a téglafal mintája csak a jelzett impulzusok sorozatára hasonlít. A kanyargó impulzus sorozatot a 2a. Ábra mutatja.

A működési ciklus viszonosságát kitöltési tényezőnek nevezzük, és az angol vámciklus D betűje jelzi. A fentiek szerint D = 1 / S.

Az impulzus ismétlési periódus ismeretében meghatározható az ismétlési sebesség, amelyet az F = 1 / T képlettel számítunk ki.

Az impulzus kezdetét frontnak, a végét pedig csökkenésnek nevezzük. A 2b. Ábra pozitív impulzust mutat, 4 teljesülési ciklusával. Első része alacsony szintből indul, és magasra megy. Egy ilyen frontot pozitívnak vagy emelkedőnek hívják. Ennek megfelelően ennek az impulzusnak a csökkenése, amint a képen látható, negatív lesz, csökken.

Alacsony szintű impulzus esetén a homlokzat leesik, és a recesszió növekszik. Ezt a helyzetet a 2c. Ábra mutatja.

Egy ilyen kicsi elméleti előkészítés után elkezdheti kísérletezni. Az 1. ábrán bemutatott multivibrátor összeszereléséhez elegendő két kondenzátort és két ellenállást felforrasztani a kenyérlemezre már beépített mikroáramkörre. A kimeneti jelek tanulmányozásához digitális volt helyett csak voltmérőt, lehetőleg mutatót használhat. Erről már szó volt a cikk előző részében.

Természetesen, mielőtt bekapcsolja az összeszerelt áramkört, ellenőriznie kell, nincs-e rövidzárlat, és hogy az áramkörnek megfelelő-e az összeszerelés. Az ábrán feltüntetett kondenzátorok és ellenállások névleges besorolása alapján a multivibrátor kimeneti feszültsége alacsony értékről nagyra változik, legfeljebb harmincszor percenként. Így egy voltmérő tű, például az első elem kimenetéhez csatlakoztatva, nulláról majdnem öt voltra oszlik.

Ugyanez látható, ha egy voltmérőt egy másik kimenetre csatlakoztat: a nyíl eltéréseinek amplitúdója és frekvenciája megegyezik az első esettel. Nem hiába, hogy egy ilyen multivibrátort gyakran szimmetrikusnak hívnak.

Ha most nem vagy túl lusta, és csatlakoztat egy másik, azonos kapacitású kondenzátort párhuzamosan a kondenzátorokkal, akkor láthatja, hogy a nyíl kétszer lassabban oszcillált. Az oszcillációs frekvencia felére csökkent.

Ha most az ábrán látható kondenzátorok helyett alacsonyabb kapacitású forrasztókondenzátorok, például 100 mikrofarad, akkor csak a frekvencia növekedését észlelheti. A készülék nyílja sokkal gyorsabban ingadozik, de mozgása még mindig megfigyelhető.

És mi történik, ha csak egy kondenzátor kapacitását változtatja meg? Például hagyja az egyik kondenzátort 500 mikrotávú kapacitással, és cserélje ki a másik 100 mikrotávra. A frekvencia növekedése észrevehető, emellett a készülék nyílja azt mutatja, hogy az impulzusok és a szünetek időaránya megváltozott. Bár ebben az esetben a séma szerint a multivibrátor továbbra is szimmetrikus maradt.

Most próbáljuk csökkenteni a kondenzátorok kapacitását, például 1 ... 5 mikrofaradat. Ebben az esetben a multivibrátor 500 ... 1000 Hz nagyságrendű hangfrekvenciát generál. A készülék nyílja nem fog reagálni ilyen frekvenciára. Ez egyszerűen a skála közepén lesz, és az átlagos jelszintet mutatja.

Itt egyszerűen nem világos, hogy a kellően magas frekvenciájú impulzusok ténylegesen megy-e, vagy a mikro-áramkör kimenete „szürke” szintje. Az ilyen jel megkülönböztetéséhez oszcilloszkópra van szükség, amely nem mindenki rendelkezik. Ezért az áramkör működésének ellenőrzése érdekében a fejtelefonokat egy 0,1 μF kondenzátoron keresztül csatlakoztathatjuk és hallhatjuk ezt a jelet.

Megpróbálhatja az ellenállások bármelyikét kicserélni nagyjából azonos értékű változóval. Ezután a forgás közben a frekvencia bizonyos határokon belül változik, ami lehetővé teszi a finomhangolást. Bizonyos esetekben ez szükséges.

A mondattal ellentétben előfordul, hogy a multivibrátor instabil vagy egyáltalán nem indul el. Ennek a jelenségnek az a oka, hogy a TTL mikroáramkörök emitterbemenete nagyon kritikus az áramkörebe beépített ellenállások értékére. Az emitter bemenetének ez a tulajdonsága a következő okokból származik.

A bemeneti ellenállás a multivibrátor egyik karjának része.Az emitteráram miatt feszültség jön létre ezen az ellenálláson, amely bezárja a tranzisztort. Ha ennek az ellenállásnak az ellenállása 2 ... 2,5 Kom-on belül van, akkor a feszültségcsökkenés olyan nagy lesz, hogy a tranzisztor egyszerűen nem reagál a bemeneti jelre.

Ha éppen ellenkezőleg, ennek az ellenállásnak az ellenállását 500 ... 700 Ohm-on vesszük, akkor a tranzisztor állandóan nyitva van, és a bemeneti jelek nem vezérelik. Ezért ezeket az ellenállásokat ezen megfontolások alapján kell kiválasztani a 800 ... 2200 ohm tartományban. Ez az egyetlen módja az e séma szerint összeszerelt multivibrátor stabil működésének.

Ennek ellenére az ilyen multivibrátorokat olyan tényezők befolyásolják, mint például a hőmérséklet, a tápegység instabilitása és a mikroáramkörök paramétereinek változása. A különböző gyártók mikrochipjei gyakran jelentősen különböznek egymástól. Ez nemcsak a 155. sorozatra vonatkozik, hanem másokra is. Ezért egy ilyen séma szerint összeállított multivibrátort gyakorlatilag ritkán használnak.

Három elemű multivibrátor

Egy stabilabb multivibrátor áramkört a 3a. Ábra mutat. Három logikai elemből áll, amelyeket az előzőhöz hasonlóan inverterek is tartalmaznak. Amint az a diagramból látható, a logikai elemek emitter áramköreiben az éppen említett ellenállások nem vannak. Az oszcillációs frekvenciát csak egy RC lánc határozza meg.

3. ábra. Több logisztika három logikai elemről.

A multivibrátor ezen verziójának működését mutatóeszköz segítségével is megfigyelhetjük, de az érthetőség kedvéért indikátor-kaszkádot szerelhetünk fel ugyanazon a táblán a LED-en. Ehhez szüksége van egy KT315 tranzisztorra, két ellenállásra és egy LED-re. Az indikátor diagramot a 3b ábra mutatja. Forrasztható kenyérlemezre és egy multivibrátorral együtt.

A tápfeszültség bekapcsolása után a multivibrátorok oszcillálni kezdenek, amint ezt a LED villanása jelzi. A diagramban feltüntetett időzítési lánc értékeivel az oszcillációs frekvencia körülbelül 1 Hz. Ennek igazolásához elegendő az 1 perc alatt kiszámítani az oszcillációk számát: körülbelül hatvannak kell lennie, ami másodpercenként 1 rezgésnek felel meg. Meghatározása szerint ez pontosan 1 Hz.

Kétféle módon lehet megváltoztatni egy ilyen multivibrátor gyakoriságát. Először csatlakoztasson egy másik, azonos kapacitású kondenzátort a kondenzátorral párhuzamosan. A LED-ek villogása körülbelül a fele ritka lett, ami a frekvencia felére történő csökkenését jelzi.

A frekvencia megváltoztatásának másik módja az ellenállás ellenállásának megváltoztatása. A legegyszerűbb módszer 1,5 ... 1,8 Com névleges értékű változó ellenállás beszerelése a helyére. Amikor ez az ellenállás forog, az oszcillációs frekvencia 0,5 ... 20 Hz-en belül változhat. A maximális frekvenciát a változó ellenállás helyzetében kapjuk, amikor az 1. és a 8. mikroáramkör következtetései zárva vannak.

Ha például a kondenzátort 1 mikrofarad kapacitással cseréli, akkor ugyanazon változó ellenállás használatával a frekvencia 300 ... 10 000 Hz-en belül beállítható. Ezek már a hangtartomány frekvenciái, ezért az indikátor folyamatosan világít, lehetetlen megmondani, vannak-e impulzusok vagy sem. Ezért, mint az előző esetben, a 0,1 μF-os kondenzátoron keresztül a kimenethez csatlakoztatott fejhallgatókat kell használni. Jobb, ha a fejtelefonok nagy ellenállásúak.

A három elemből álló multivibrátor működésének elvét megvizsgálva térjünk vissza a rendszeréhez. A tápellátás bekapcsolása után a logikai elemek nem egyszerre vesznek állapotot, melyet csak feltételezni lehet. Tegyük fel, hogy a DD1.2 az első, amely a kimeneten magas szintű állapotban van. Kimenetétől egy nem feltöltött C1 kondenzátoron keresztül magas szintű feszültséget továbbítanak a DD1.1 elem bemenetére, amelyet nullára állítanak. A DD1.3 elem bemenetekor az elem magas szintű, tehát nullára is állítja.

A készülék ez az állapota azonban instabil: a C1 kondenzátort fokozatosan tölti a DD1.3 elem és az R1 ellenállás kimenete, ami a DD1.1 bemenet feszültségének fokozatos csökkenéséhez vezet. Amikor a DD1.1 bemenet feszültsége megközelíti a küszöböt, akkor az egységre vált, és ennek megfelelően a DD1.2 elem nullára áll.

Ebben az állapotban a C1 kondenzátor az R1 ellenálláson keresztül és a DD1.2 elem kimenete (ebben az időben a kimenet alacsony) a DD1.3 elem kimenetéből kezd feltölteni. Amint a kondenzátor töltődik, a DD1.1 elem bemeneti feszültsége meghaladja a küszöbértéket, és az összes elem ellentétes állapotokra vált. Így a DD1.3 elem 8. kimenetén, amely a multivibrátor kimenete, elektromos impulzusok alakulnak ki. Az impulzusok eltávolíthatók a DD1.2 elem 6. érintkezőjéről is.

Miután kitaláltuk, hogyan lehet impulzusokat szerezni egy három elemből álló multivibrátorban, megpróbálhatunk egy két elemből álló áramkört készíteni, amelyet a 4. ábra mutat.

4. ábra. Multivibrátor két logikai elemnél.

Ehhez elegendő az R1 ellenállás kimenete, közvetlenül az áramkörön, hogy oldódjon a DD1.1 elem 8. érintkezőjéből és a forrasztás az 1. érintkezőből. az eszköz kimenete a DD1.2 elem 6. kimenete lesz. a DD1.3 elemre már nincs szükség, és például más áramkörökben letiltható.

Egy ilyen impulzusgenerátor működési elve alig különbözik attól, amit most gondoltak. Tegyük fel, hogy a DD1.1 elem kimenete magas, akkor a DD1.2 elem nulla állapotban van, ami lehetővé teszi a C1 kondenzátor töltését az ellenálláson keresztül és a DD1.2 elem kimenetét. A kondenzátor töltésekor a DD1.1 elem bemeneti feszültsége eléri a küszöböt, mindkét elem ellentétes állapotba vált. Ez lehetővé teszi a kondenzátor újratöltését a második elem kimeneti áramkörén, az ellenálláson és az első elem bemeneti áramkörén keresztül. Ha az első elem bemeneti feszültségét küszöbértékre csökkentjük, akkor mindkét elem ellentétes állapotba kerül.

Mint fentebb említettük, a generátoráramkörökben a mikroáramkörök néhány példája instabil, ami nemcsak egy adott példánytól, hanem a mikroáramkör gyártójától is függhet. Ezért, ha a generátor nem indul el, akkor az 1,2 ... 2,0 Com ellenállású ellenállást csatlakoztathatjuk az első elem bemenete és a "föld" közé. A bemeneti feszültséget a küszöbérték közelében hozza létre, amely megkönnyíti a generátor beindítását és a tényleges működését.

A generátorok ilyen változatait a digitális technológiában nagyon gyakran használják. A cikk következő részeiben megvizsgáljuk a viszonylag egyszerű eszközöket, amelyeket a vizsgált generátorok alapján összeállítottak. Először azonban meg kell fontolni a multivibrátorok még egy lehetőségét - egyetlen vibrátor, vagy más módon monovibrátor. A róla szóló történettel kezdjük a cikk következő részét.

Boris Aladyshkin

A cikk folytatása: Logikai chipek. 5. rész