Xips de lògica. 4a part

Després de reunir-se a parts anteriors de l'article amb el xip K155LA3, intentem esbrinar exemples de la seva aplicació pràctica.

Sembla que es pot fer a partir d’un xip? Per descomptat, res destacable. Tanmateix, haureu d’intentar agrupar algun node funcional en funció d’aquest. Això ajudarà a entendre visualment el principi del seu funcionament i configuració. Un d’aquests nodes, molt sovint utilitzat a la pràctica, és un multivibrador auto-oscil·lant.

El circuit multivibrador es mostra a la figura 1a. Aquest circuit en aparença és molt similar al clàssic circuit multivibrador amb transistors. Només aquí com a elements actius s'aplica elements lògics microxips inclosos pels inversors. Per això, es connecten els pins d'entrada del microcircuit. Condensadors C1 i C2 formen dos circuits de retroalimentació positius. Un circuit és l’entrada de l’element DD1.1 - condensador C1 - la sortida de l’element DD1.2. L’altra des de l’entrada de l’element DD1.2 a través del condensador C2 fins a la sortida de l’element DD1.1.

Gràcies a aquestes connexions, el circuit s’auto emociona, cosa que comporta la generació de polsos. El període de repetició del pols depèn de les valoracions dels condensadors als circuits de retroalimentació, així com de la resistència de les resistències R1 i R2.

A la figura 1b, el mateix circuit es dibuixa de manera que és encara més semblant a la versió clàssica de multivibrador amb transistors.

Fig. 1 Multivibrador auto-oscil·lant

Els impulsos elèctrics i les seves característiques

Fins ara, quan coneixíem el microcircuit, tractàvem de corrent directe, ja que els senyals d’entrada en el transcurs dels experiments es proporcionaven manualment mitjançant un pont de fil. Com a resultat, es va obtenir una tensió constant de baix o alt nivell a la sortida del circuit. Aquest senyal era de naturalesa aleatòria.

Al circuit multivibrador que hem muntat, la tensió de sortida serà polsada, és a dir, canviant amb una certa freqüència pas a pas d’un nivell baix a un alt i viceversa. Aquest senyal en enginyeria de ràdio es diu seqüència de pols o simplement seqüència de polsos. La figura 2 mostra algunes varietats de polsos elèctrics i els seus paràmetres.

Les seccions de la seqüència d’impulsos en què la tensió ocupa un nivell alt s’anomenen polsos d’alt nivell, i la tensió de baix nivell és la pausa entre polsos d’alt nivell. Tot i que, de fet, tot és relatiu: podem suposar que els polsos són baixos, cosa que inclourà, per exemple, qualsevol actuador. Aleshores, una pausa entre polsos es considerarà només un nivell alt.

Figura 2. Seqüències del pols.

Un dels casos especials de la forma del pols és el meandre. En aquest cas, la durada del pols és igual a la durada de la pausa. Per valorar la relació de la durada del pols, utilitzeu un paràmetre anomenat cicle de treball. La velocitat de treball mostra quantes vegades el període de repetició del pols és superior a la durada del pols.

A la figura 2, el període de repetició del pols està indicat, com en qualsevol altre lloc, per la lletra T, i la durada del pols i el temps de pausa són ti i tp, respectivament. En forma de fórmula matemàtica, el cicle de deures s’expressarà de la manera següent: S = T / ti.

A causa d'aquesta proporció, el cicle de treball dels polsos de "meandre" és igual a dos. El terme meandre en aquest cas es presta a la construcció i a l’arquitectura: aquest és un dels mètodes de maó, el patró de la maó només s’assembla a la seqüència d’impulsos indicada. La seqüència de pols de meandre es mostra a la figura 2a.

El recíproc del cicle de treball s’anomena factor d’ompliment i s’indica amb la lletra D del cicle de treball anglès. D’acord amb l’anterior, D = 1 / S.

Coneixent el període de repetició del pols, és possible determinar la velocitat de repetició, que es calcula mitjançant la fórmula F = 1 / T.

L’inici de l’impuls s’anomena front, i el final, respectivament, el declivi. La figura 2b mostra un impuls positiu amb un cicle de treball de 4. El seu frontal comença des d’un nivell baix i es dirigeix ​​a un alt. Un front així es diu positiu o ascendent. Per tant, la disminució d’aquest impuls, com es pot veure a la imatge, serà negativa, caient.

Per un impuls de baix nivell, el front caurà i la recessió augmentarà. Aquesta situació es mostra a la figura 2c.

Després d'una preparació tant teòrica, podeu començar a experimentar. Per muntar el multivibrador mostrat a la figura 1, n’hi ha prou de soldar dos condensadors i dues resistències al microcircuit ja instal·lat al panell. Per estudiar els senyals de sortida, podeu utilitzar només un voltímetre, preferiblement un punter, més que un digital. Això ja es mencionava a la part anterior de l’article.

Per descomptat, abans d’encendre el circuit muntat, heu de comprovar si hi ha algun curtcircuit i el muntatge correcte d’acord amb el circuit. Amb les indicacions de condensadors i resistències indicades al diagrama, la tensió a la sortida del multivibrador canviarà de baixa a alta no més de trenta vegades per minut. Així, una agulla de voltímetre connectada, per exemple, a la sortida del primer element, oscil·larà de zero a gairebé cinc volts.

El mateix es pot veure si connecteu un voltímetre a una altra sortida: l'amplitud i la freqüència de les desviacions de fletxa seran les mateixes que en el primer cas. No va en va que sovint un multivibrador s’anomena simètric.

Si ara no sou massa mandrós i connecteu un altre condensador de la mateixa capacitat en paral·lel amb els condensadors, podreu veure que la fletxa va començar a oscil·lar dues vegades més lentament. La freqüència d’oscil·lació va disminuir a la meitat.

Si ara, en lloc de condensadors, tal com s’indica al diagrama, soldadors condensadors de menor capacitat, per exemple, 100 microfarads, podreu notar només un augment de la freqüència. La fletxa del dispositiu fluctuarà molt més ràpidament, però encara es noten els seus moviments.

I què passa si canvieu la capacitat d’un condensador únic? Per exemple, deixeu un dels condensadors amb una capacitat de 500 microfarads i substituïu l’altre per 100 microfarads. Es notarà l’augment de freqüència i, a més, la fletxa del dispositiu mostrarà que ha canviat la relació horària d’impulsos i pauses. Tot i que en aquest cas, segons l’esquema, el multivibrador encara es va mantenir simètric.

Ara intentem reduir la capacitat dels condensadors, per exemple 1 ... 5 microfarads. En aquest cas, el multivibrador generarà una freqüència d’àudio de l’ordre de 500 ... 1000 Hz. La fletxa del dispositiu no podrà respondre a aquesta freqüència. Simplement estarà en algun lloc de la meitat de l'escala, mostrant el nivell mitjà del senyal.

Aquí no és clar si els impulsos d'una freqüència suficientment alta van realment, o bé el nivell "gris" a la sortida del microcircuit. Per distingir aquest senyal cal un osciloscopi que no tothom té. Per tant, per verificar el funcionament del circuit, és possible connectar els telèfons auriculars mitjançant un condensador de 0,1 μF i escoltar aquest senyal.

Podeu intentar substituir qualsevol de les resistències per una variable aproximadament del mateix valor. Aleshores, durant la seva rotació, la freqüència varia dins d’uns determinats límits, cosa que fa que es pugui afinar. En alguns casos, això és necessari.

Tot i això, al contrari del que s’ha dit, passa que el multivibrador és inestable o no s’inicia del tot. La raó d’aquest fenomen rau en el fet que l’entrada d’emissor de microcircuits TTL és molt crítica amb els valors de les resistències instal·lades al seu circuit. Aquesta característica de l’entrada de l’emissor es deu als següents motius.

El resistor d’entrada forma part d’un dels braços del multivibrador.A causa del corrent emissor, es crea una tensió en aquesta resistència que tanca el transistor. Si la resistència d'aquesta resistència es fa dins de 2 ... 2,5 Kom, la caiguda de tensió a través serà tan gran que el transistor simplement deixa de respondre al senyal d'entrada.

Si, per contra, agafem la resistència d’aquesta resistència dins de 500 ... 700 Ohms, el transistor estarà obert tot el temps i no serà controlat per senyals d’entrada. Per tant, aquestes resistències haurien de seleccionar-se en funció d’aquestes consideracions en l’interval de 800 ... 2200 Ohms. Aquesta és l’única manera d’aconseguir el funcionament estable del multivibrador muntat segons aquest esquema.

No obstant això, aquest multivibrador està afectat per factors com la temperatura, la inestabilitat de l'alimentació i fins i tot les variacions dels paràmetres dels microcircuits. Els microchips de diferents fabricants sovint difereixen de manera molt significativa. Això no només s'aplica a la 155a sèrie, sinó també a altres. Per tant, un multivibrador muntat segons un esquema d’aquest tipus és pràcticament rarament utilitzat.

Multivibrador de tres elements

A la figura 3a es mostra un circuit multivibrador més estable. Consta de tres elements lògics, inclosos, com en l’anterior, per inversors. Com es pot observar en el diagrama, en els circuits emissors dels elements lògics només s’hi mencionen resistències. La freqüència d’oscil·lació s’especifica amb una sola cadena RC.

Figura 3. Multivibrador sobre tres elements lògics.

El funcionament d’aquesta versió del multivibrador també es pot observar mitjançant un dispositiu punter, però per obtenir més claredat, podeu muntar la cascada d’indicadors al LED de la mateixa placa. Per fer-ho, necessiteu un transistor KT315, dues resistències i un LED. La figura 3b mostra el diagrama d’indicadors. També es pot soldar en un panell junt amb un multivibrador.

Després d’encendre l’alimentació, el multivibrador començarà a oscil·lar, com ho demostra el flaix del LED. Amb els valors de la cadena de cronometratge indicats al diagrama, la freqüència d’oscil·lació és d’uns 1 Hz. Per verificar-ho, n’hi ha prou amb calcular el nombre d’oscil·lacions en un minut: n’hi hauria d’haver una seixantena, que correspon a 1 oscil·lació per segon. Per definició, això és precisament d’1 HHz.

Hi ha dues maneres de canviar la freqüència d’un multivibrador. Primer, connecteu un altre condensador de la mateixa capacitat paral·lel al condensador. Els intermitents de LED es van fer aproximadament la meitat dels rars, la qual cosa indica una disminució de la freqüència a la meitat.

Una altra manera de canviar la freqüència és canviar la resistència de la resistència. La forma més fàcil és instal·lar una resistència variable amb un valor nominal d’1,5 ... 1,8 Com al seu lloc. Quan aquesta resistència gira, la freqüència d’oscil·lació varia dins de 0,5 ... 20 Hz. La freqüència màxima s’obté en la posició del resistor variable quan es tanquen les conclusions del microcircuit 1 i 8.

Si canvieu el condensador, per exemple, amb una capacitat d'1 microfarad, llavors utilitzant la mateixa resistència variable és possible ajustar la freqüència dins de 300 ... 10 000 Hz. Aquestes són ja les freqüències del rang de so, per tant l’indicador brilla contínuament, és impossible dir si hi ha pulsacions o no. Per tant, com en el cas anterior, heu d'utilitzar els telèfons auriculars connectats a la sortida mitjançant el condensador de 0,1 F. És millor si els telèfons de capçalera són d’alta resistència.

Per considerar el principi de funcionament d’un multivibrador amb tres elements, tornem al seu esquema. Un cop encès el poder, els elements lògics prendran algun estat no alhora, que només es pot suposar. Suposem que DD1.2 és el primer que està en un estat d’alt nivell a la sortida. Des de la seva sortida a través d’un condensador no carregat C1, es transmet un voltatge d’alt nivell a l’entrada de l’element DD1.1, que s’establirà a zero. A l’entrada de l’element DD1.3 hi ha un nivell alt, de manera que també s’estableix a zero.

Però aquest estat del dispositiu és inestable: el condensador C1 es carrega gradualment a través de la sortida de l’element DD1.3 i la resistència R1, la qual cosa condueix a una disminució gradual de la tensió a l’entrada DD1.1. Quan la tensió a l'entrada DD1.1 s'aproxima al llindar, canviarà a la unitat i, en conseqüència, l'element DD1.2 a zero.

En aquest estat, el condensador C1 a través de la resistència R1 i la sortida de l’element DD1.2 (en aquest moment, la seva sortida és baixa) comença a recarregar-se de la sortida de l’element DD1.3. Tan aviat com el condensador es carregui, la tensió a l’entrada de l’element DD1.1 superarà el nivell del llindar, tots els elements passaran a estats oposats. Així, a la sortida 8 de l’element DD1.3, que és la sortida del multivibrador, es formen polsos elèctrics. A més, es poden eliminar polsos del pin 6 de DD1.2.

Després d’haver esbrinat com obtenir polsos en un multivibrador de tres elements, podem intentar fer un circuit de dos elements, el que es mostra a la figura 4.

Figura 4. Multivibrador amb dos elements lògics.

Per fer-ho, la sortida de la resistència R1, just al circuit, és suficient per a la venda del pin 8 i la soldadura al pin 1 de l’element DD1.1. la sortida del dispositiu serà la sortida 6 de l’element DD1.2. ja no cal l’element DD1.3 i es pot desactivar, per exemple, per utilitzar-lo en altres circuits.

El principi de funcionament d’aquest generador d’impulsos difereix poc del que s’acaba de considerar. Suposem que la sortida de l’element DD1.1 és alta, l’element DD1.2 es troba en estat zero, cosa que permet carregar el condensador C1 a través de la resistència i la sortida de l’element DD1.2. A mesura que el condensador es carrega, la tensió a l’entrada de l’element DD1.1 arriba al llindar, tots dos elements passen a l’estat oposat. Això permetrà que el condensador es recarregui a través del circuit de sortida del segon element, la resistència i el circuit d’entrada del primer element. Quan la tensió a l'entrada del primer element es redueix a un llindar, tots dos elements passaran a l'estat oposat.

Com s'ha esmentat anteriorment, algunes casos de microcircuits als circuits generadors són inestables, que poden dependre no només d'una instància específica, sinó fins i tot del fabricant del microcircuit. Per tant, si el generador no s’inicia, és possible connectar una resistència amb una resistència de 1,2 ... 2,0 Com entre l’entrada del primer element i la “terra”. Crea una tensió d’entrada propera al llindar, que facilita la posada en marxa i el funcionament real del generador.

Aquestes variants de generadors en tecnologia digital s'utilitzen molt sovint. A les parts següents de l’article es tindran en compte dispositius relativament senzills muntats sobre la base dels generadors considerats. Però primer s’hauria de considerar una opció més d’un multivibrador: un vibrador únic o un monovibrador d’una altra manera. Amb la història sobre ell, comencem la següent part de l’article.

Boris Aladyshkin

Continuació de l'article: Xips de lògica. 5a part