Logic chips. Bahagi 4

Pagkatapos ng pagpupulong sa nakaraang mga bahagi ng artikulo gamit ang K155LA3 chip, subukang malaman ang mga halimbawa ng praktikal na aplikasyon nito.

Ito ay tila na kung ano ang maaaring gawin mula sa isang maliit na tilad? Siyempre, walang natitirang. Gayunpaman, dapat mong subukang mag-ipon ng ilang functional node batay dito. Makakatulong ito upang malinaw na maunawaan ang prinsipyo ng operasyon at mga setting nito. Ang isa sa mga node na ito, na madalas na ginagamit sa pagsasanay, ay isang self-oscillating multivibrator.

Ang circuit ng multivibrator ay ipinapakita sa Figure 1a. Ang circuit na ito sa hitsura ay halos kapareho sa klasikong circuit ng multivibrator na may mga transistors. Narito lamang bilang mga aktibong elemento ang inilalapat mga elemento ng logic mga microchip na kasama ng mga inverters. Para sa mga ito, ang mga pin ng input ng microcircuit ay magkasama na konektado. Mga capacitors Ang C1 at C2 ay bumubuo ng dalawang positibong circuit circuit ng feedback. Ang isang circuit ay ang pag-input ng elemento DD1.1 - capacitor C1 - ang output ng elemento DD1.2. Ang iba pang mula sa pag-input ng elemento DD1.2 sa pamamagitan ng kapasitor C2 hanggang sa output ng elemento DD1.1.

Salamat sa mga koneksyon na ito, ang circuit ay natutuwa sa sarili, na humahantong sa henerasyon ng mga pulses. Ang panahon ng pag-uulit ng pulso ay nakasalalay sa mga rating ng mga capacitor sa mga feedback circuit, pati na rin ang paglaban ng mga resistors na R1 at R2.

Sa Figure 1b, ang parehong circuit ay iginuhit sa paraang ito ay mas katulad sa klasikong bersyon ng multivibrator na may mga transistor.

Fig. 1 Self-oscillating multivibrator

Mga impormasyong elektrikal at ang kanilang mga katangian

Hanggang ngayon, nang nakilala namin ang microcircuit, nakikipag-usap kami sa direktang kasalukuyang, dahil ang mga senyas ng pag-input sa kurso ng mga eksperimento ay manu-manong binigay gamit ang isang wire jumper. Bilang isang resulta, ang isang palaging boltahe ng mababa o mataas na antas ay nakuha sa output ng circuit. Ang nasabing signal ay random sa kalikasan.

Sa circuit ng multivibrator na nakatipon namin, ang boltahe ng output ay mapusok, iyon ay, pagbabago ng isang tiyak na dalas na hakbang mula sa isang mababang antas hanggang sa isang mataas at kabaligtaran. Ang gayong senyas sa engineering ng radyo ay tinatawag na pagkakasunud-sunod ng pulso o isang sunud-sunod na mga pulso. Ipinapakita ng Figure 2 ang ilang mga uri ng mga de-koryenteng pulso at ang kanilang mga parameter.

Ang mga bahagi ng pagkakasunud-sunod ng pulso kung saan ang boltahe ay tumatagal ng isang mataas na antas ay tinatawag na high-level pulses, at ang mababang antas ng boltahe ay ang pag-pause sa pagitan ng mga antas ng mataas na antas. Bagaman, sa katunayan, ang lahat ay kamag-anak: maaari nating ipalagay na ang mga pulses ay mababa, na isasama, halimbawa, ang anumang actuator. Pagkatapos lamang ng isang mataas na antas ay isasaalang-alang ng isang pag-pause sa pagitan ng mga pulses.

Larawan 2. Mga pagkakasunud-sunod ng pulso.

Ang isa sa mga espesyal na kaso ng hugis ng pulso ay ang meander. Sa kasong ito, ang tagal ng pulso ay katumbas ng tagal ng pag-pause. Upang masuri ang ratio ng tagal ng pulso, gumamit ng isang parameter na tinatawag na duty cycle. Ipinapakita ng rate ng tungkulin kung gaano karaming beses ang panahon ng pag-uulit ng pulso ay mas mahaba kaysa sa tagal ng pulso.

Sa Figure 2, ang panahon ng pag-uulit ng pulso ay ipinahiwatig, tulad ng sa ibang lugar, sa pamamagitan ng letrang T, at ang tagal ng pulso at oras ng pag-pause ay ayon sa pagkakabanggit. Sa anyo ng isang pormula sa matematika, ang pag-ikot ng tungkulin ay ipapahayag tulad ng sumusunod: S = T / ti.

Dahil sa ratio na ito, ang duty cycle ng "meander" pulses ay katumbas ng dalawa. Ang terminong meander sa kasong ito ay hiniram mula sa konstruksiyon at arkitektura: ito ay isa sa mga pamamaraan ng paggawa ng ladrilyo, ang pattern ng gawa sa ladrilyo ay kahawig ng ipinahiwatig na pagkakasunod-sunod ng mga pulses. Ang pagkakasunud-sunod ng pulso ng meander ay ipinapakita sa Figure 2a.

Ang katumbas ng cycle ng tungkulin ay tinatawag na punong kadahilanan at ipinahiwatig ng titik D mula sa siklo ng Ingles na Tungkulin. Ayon sa nabanggit, D = 1 / S.

Alam ang panahon ng pag-uulit ng pulso, posible upang matukoy ang rate ng pag-uulit, na kinakalkula ng formula F = 1 / T.

Ang simula ng salpok ay tinatawag na harap, at ang pagtatapos, ayon sa pagkakabanggit, ang pagtanggi. Ang Figure 2b ay nagpapakita ng isang positibong salpok na may isang cycle ng tungkulin na 4. Ang harap nito ay nagsisimula mula sa isang mababang antas at papunta sa isang mataas. Ang nasabing harapan ay tinatawag na positibo o pataas. Alinsunod dito, ang pagtanggi ng salpok na ito, tulad ng makikita sa larawan, ay magiging negatibo, bumabagsak.

Para sa isang mababang antas ng salpok, ang harap ay mahuhulog, at tataas ang pag-urong. Ang sitwasyong ito ay ipinapakita sa Figure 2c.

Matapos ang tulad ng isang maliit na teoretikal na paghahanda, maaari kang magsimulang mag-eksperimento. Upang maipon ang multivibrator na ipinakita sa Figure 1, sapat na sa panghinang ng dalawang capacitor at dalawang resistors sa microcircuit na na-install sa breadboard. Upang pag-aralan ang mga signal signal, maaari kang gumamit lamang ng isang voltmeter, mas mabuti ang isang pointer, kaysa isang digital. Nabanggit na ito sa nakaraang bahagi ng artikulo.

Siyempre, bago mo i-on ang naka-circuit na circuit, kailangan mong suriin kung mayroong anumang mga maikling circuit at tamang pagpupulong alinsunod sa circuit. Sa mga rating ng mga capacitor at resistors na ipinahiwatig sa diagram, ang boltahe sa output ng multivibrator ay magbabago mula mababa hanggang mataas nang hindi hihigit sa tatlumpung beses bawat minuto. Kaya, ang isang voltmeter karayom ​​na konektado, halimbawa, sa output ng unang elemento, ay mag-oscillate mula sa zero hanggang sa halos limang volts.

Ang parehong ay makikita kung kumonekta ka ng isang voltmeter sa isa pang output: ang amplitude at dalas ng mga paglihis ng arrow ay magiging katulad ng sa unang kaso. Hindi walang kabuluhan na ang naturang multivibrator ay madalas na tinatawag na simetriko.

Kung ngayon hindi ka masyadong tamad at kumonekta ng isa pang kapasitor ng parehong kapasidad na kahanay sa mga capacitor, pagkatapos ay makikita mo na ang arrow ay nagsimulang mag-oscillate ng dalawang beses na mas mabagal. Ang dalas ng oscillation ay nabawasan ng kalahati.

Kung ngayon, sa halip na mga capacitor, tulad ng ipinahiwatig sa diagram, ang mga nagbebenta ng mga capacitor na mas mababang kapasidad, halimbawa, 100 microfarads, pagkatapos ay mapapansin mo lamang ang isang pagtaas sa dalas. Ang arrow ng aparato ay magbabago mas mabilis, ngunit pa rin ang mga paggalaw nito ay pa rin napapansin.

At ano ang mangyayari kung binago mo ang kapasidad ng isang kapasitor lamang? Halimbawa, mag-iwan ng isa sa mga capacitor na may kapasidad na 500 microfarads, at palitan ang iba pa ng 100 microfarads. Ang pagtaas ng dalas ay kapansin-pansin, at, bilang karagdagan, ang arrow ng aparato ay magpapakita na ang ratio ng oras ng mga pulses at pag-pause ay nagbago. Bagaman sa kasong ito, ayon sa pamamaraan, ang multivibrator ay nanatiling simetriko.

Ngayon subukang bawasan ang kapasidad ng mga capacitor, halimbawa 1 ... 5 microfarads. Sa kasong ito, ang multivibrator ay bubuo ng isang dalas ng audio ng pagkakasunud-sunod ng 500 ... 1000 Hz. Ang arrow ng aparato ay hindi magagawang tumugon sa naturang dalas. Ito ay magiging isang lugar lamang sa gitna ng scale, na nagpapakita ng average na antas ng signal.

Hindi lamang malinaw dito kung ang mga pulso ng isang sapat na mataas na dalas ay talagang napupunta, o ang "grey" na antas sa output ng microcircuit. Upang makilala ang tulad ng isang senyas, kinakailangan ang isang oscilloscope, na hindi lahat ay mayroon. Samakatuwid, upang mapatunayan ang pagpapatakbo ng circuit, posible na ikonekta ang mga head phone sa pamamagitan ng isang 0.1 μF kapasitor at pakinggan ang signal na ito.

Maaari mong subukang palitan ang alinman sa mga resistors na may variable na humigit-kumulang sa parehong halaga. Pagkatapos, sa panahon ng pag-ikot nito, ang dalas ay mag-iiba sa loob ng ilang mga limitasyon, na ginagawang posible upang maayos ang pag-tune nito. Sa ilang mga kaso, kinakailangan ito.

Gayunpaman, taliwas sa sinabi, nangyayari na ang multivibrator ay hindi matatag o hindi nagsisimula. Ang dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay namamalagi sa katotohanan na ang emitter input ng TTL microcircuits ay napaka kritikal sa mga halaga ng mga resistors na naka-install sa circuit nito. Ang tampok na ito ng input ng emitter ay dahil sa mga sumusunod na kadahilanan.

Ang input risistor ay bahagi ng isa sa mga bisig ng multivibrator.Dahil sa kasalukuyang emitter, isang boltahe ay nilikha sa risistor na ito na nagsasara ng transistor. Kung ang paglaban ng resistor na ito ay ginawa sa loob ng 2 ... 2.5 Kom, ang pagbagsak ng boltahe sa kabuuan nito ay magiging napakalaki na ang transistor ay tumitigil lamang sa pagtugon sa signal ng pag-input.

Kung, sa kabaligtaran, kinukuha namin ang paglaban ng resistor na ito sa loob ng 500 ... 700 Ohms, ang transistor ay bubuksan sa lahat ng oras at hindi makokontrol ng mga signal ng pag-input. Samakatuwid, ang mga resistors na ito ay dapat mapili batay sa mga pagsasaalang-alang na ito sa saklaw ng 800 ... 2200 Ohms. Ito ang tanging paraan upang makamit ang matatag na operasyon ng multivibrator na natipon ayon sa pamamaraan na ito.

Gayunpaman, tulad ng isang multivibrator ay apektado ng mga kadahilanan tulad ng temperatura, kawalan ng katatagan ng power supply, at kahit na mga pagkakaiba-iba sa mga parameter ng microcircuits. Ang mga Microchips mula sa iba't ibang mga tagagawa ay madalas na naiiba. Nalalapat ito hindi lamang sa ika-155 serye, kundi pati na rin sa iba. Samakatuwid, ang isang multivibrator na nagtipon ayon sa naturang pamamaraan ay halos bihirang ginagamit.

Tatlong elemento na multivibrator

Ang isang mas matatag na circuit ng multivibrator ay ipinapakita sa Figure 3a. Binubuo ito ng tatlong mga elemento ng lohika, kasama, tulad ng nauna, sa pamamagitan ng mga inverters. Tulad ng makikita mula sa diagram, sa mga circuits ng emitter ng mga elemento ng logic na nabanggit lamang na mga resistors. Ang dalas ng oscillation ay tinukoy ng isang RC chain lamang.

Larawan 3. Multivibrator sa tatlong mga lohikal na elemento.

Ang pagpapatakbo ng bersyon na ito ng multivibrator ay maaari ring sundin gamit ang isang aparato ng pointer, ngunit para sa kaliwanagan, posible na mag-ipon ng isang indigay na kaskad sa LED sa parehong board. Upang gawin ito, kailangan mo ng isang KT315 transistor, dalawang resistors at isang LED. Ang diagram ng tagapagpahiwatig ay ipinapakita sa Figure 3b. Maaari rin itong soldered sa isang breadboard kasama ang isang multivibrator.

Matapos i-on ang kapangyarihan, ang multivibrator ay magsisimulang mag-oscillate, tulad ng ebidensya ng flash ng LED. Sa mga halaga ng kadena ng tiyempo na ipinahiwatig sa diagram, ang dalas ng pag-oscillation ay halos 1 Hz. Upang mapatunayan ito, sapat na upang makalkula ang bilang ng mga pag-oscillation sa loob ng 1 minuto: dapat mayroong mga animnapung, na tumutugma sa 1 oscillation bawat segundo. Sa pamamagitan ng kahulugan, ito ay tiyak na 1Hz.

Mayroong dalawang mga paraan upang baguhin ang dalas ng tulad ng isang multivibrator. Una, ikonekta ang isa pang kapasitor ng parehong kapasidad na kahanay sa kapasitor. Ang mga LED flashes ay naging halos kalahati bilang bihirang, na nagpapahiwatig ng pagbaba sa dalas ng kalahati.

Ang isa pang paraan upang baguhin ang dalas ay upang baguhin ang paglaban ng risistor. Ang pinakamadaling paraan ay ang pag-install ng isang variable na risistor na may isang nominal na halaga ng 1.5 ... 1.8 Com sa lugar nito. Kapag ang risistor na ito ay umiikot, ang dalas ng pag-oscillation ay magkakaiba sa loob ng 0.5 ... 20 Hz. Ang maximum na dalas ay nakuha sa posisyon ng variable risistor kapag ang mga konklusyon ng microcircuit 1 at 8 ay sarado.

Kung binago mo ang kapasitor, halimbawa, na may isang kapasidad ng 1 microfarad, pagkatapos ay gamit ang parehong variable risistor posible upang ayusin ang dalas sa loob ng 300 ... 10 000 Hz. Ito ay mga frequency ng tunog range, samakatuwid ang tagapagpahiwatig ay patuloy na dumadaloy, imposible na sabihin kung mayroong mga pulses o hindi. Samakatuwid, tulad ng sa nakaraang kaso, dapat mong gamitin ang mga head phone na konektado sa output sa pamamagitan ng 0.1 μF capacitor. Ito ay mas mahusay kung ang mga head phone ay mataas na pagtutol.

Upang isaalang-alang ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang multivibrator na may tatlong elemento, bumalik tayo sa pamamaraan nito. Matapos i-on ang lakas, ang mga elemento ng logic ay kukuha ng ilang estado nang hindi sa parehong oras, na kung saan ang isa ay maaaring ipagpalagay lamang. Ipagpalagay na ang DD1.2 ang una na nasa isang mataas na antas ng estado sa output. Mula sa output nito sa pamamagitan ng isang hindi ipinadala na capacitor C1, ang isang mataas na antas ng boltahe ay ipinadala sa input ng elemento DD1.1, na itatakda sa zero. Sa pag-input ng elemento ng DD1.3 ay isang mataas na antas, kaya nakatakda din itong zero.

Ngunit ang estado ng aparato ay hindi matatag: ang capacitor C1 ay dahan-dahang sisingilin sa pamamagitan ng output ng elemento DD1.3 at risistor R1, na humantong sa isang unti-unting pagbaba sa boltahe sa input DD1.1. Kapag ang boltahe sa input DD1.1 ay papalapit sa threshold, lilipat ito sa pagkakaisa, at naaayon, ang elementong DD1.2 hanggang zero.

Sa estado na ito, ang kapasitor C1 sa pamamagitan ng risistor R1 at ang output ng elemento DD1.2 (sa oras na ito ang output ay mababa) nagsisimula na muling magkarga mula sa output ng elementong DD1.3. Sa sandaling singilin ang kapasitor, ang boltahe sa input ng elemento ng DD1.1 ay lalampas sa antas ng threshold, ang lahat ng mga elemento ay lilipat sa mga kabaligtaran na estado. Kaya, sa output 8 ng elemento DD1.3, na kung saan ay ang output ng multivibrator, nabuo ang mga de-koryenteng pulso. Gayundin, ang mga pulses ay maaaring alisin sa pin 6 ng DD1.2.

Matapos naming malaman kung paano makakuha ng mga pulses sa isang tatlong elemento na multivibrator, maaari naming subukan na gumawa ng isang dalawang elemento, ang circuit, na ipinapakita sa Larawan 4.

Larawan 4. Multivibrator sa dalawang elemento ng logic.

Upang gawin ito, ang output ng risistor R1, mismo sa circuit, ay sapat na upang i-unsolder mula sa pin 8 at panghinang sa pin 1 ng elemento DD1.1. ang output ng aparato ay magiging output 6 ng elementong DD1.2. ang elemento ng DD1.3 ay hindi na kinakailangan at maaaring hindi paganahin, halimbawa, para magamit sa iba pang mga circuit.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng tulad ng isang pulse generator ay naiiba sa kung ano ang isaalang-alang lamang. Ipagpalagay na ang output ng elemento DD1.1 ay mataas, kung gayon ang elemento ng DD1.2 ay nasa estado ng zero, na pinapayagan ang kapasitor C1 na sisingilin sa pamamagitan ng risistor at ang output ng elemento DD1.2. Bilang singil ng kapasitor, ang boltahe sa input ng elemento DD1.1 ay umaabot sa threshold, ang parehong mga elemento ay lumipat sa kabaligtaran ng estado. Papayagan nito ang kapasitor na muling magkarga sa pamamagitan ng output circuit ng pangalawang elemento, ang risistor at ang input circuit ng unang elemento. Kapag ang boltahe sa input ng unang elemento ay nabawasan sa isang threshold, ang parehong mga elemento ay papunta sa kabaligtaran ng estado.

Tulad ng nabanggit sa itaas, ang ilang mga pagkakataon ng mga microcircuits sa mga generator ng generator ay hindi matatag, na maaaring nakasalalay hindi lamang sa isang tiyak na halimbawa, ngunit maging sa tagagawa ng microcircuit. Samakatuwid, kung hindi nagsisimula ang generator, posible na ikonekta ang isang risistor na may pagtutol ng 1.2 ... 2.0 Com sa pagitan ng pag-input ng unang elemento at ang "lupa". Lumilikha ito ng isang boltahe ng input na malapit sa threshold, na ginagawang mas madali upang magsimula at ang aktwal na operasyon ng generator.

Ang ganitong mga variant ng mga generator sa digital na teknolohiya ay ginagamit nang madalas. Sa mga sumusunod na bahagi ng artikulo, ang mga medyo simpleng aparato ay natipon batay sa mga itinuturing na mga generator ay isasaalang-alang. Ngunit una, ang isa pang pagpipilian ng isang multivibrator ay dapat isaalang-alang - isang solong pangpanginig, o isang monovibrator sa ibang paraan. Sa kwento tungkol sa kanya, nagsisimula kami sa susunod na bahagi ng artikulo.

Boris Aladyshkin

Pagpapatuloy ng artikulo: Logic chips. Bahagi 5