Xips de lògica. Part 6

Dins parts anteriors de l'article es consideraven els dispositius més senzills dels elements lògics 2I-NOT. Es tracta d’un multivibrador auto-oscil·lant i d’un sol cop. Vegem què es pot crear sobre la base.

Cadascun d’aquests dispositius es pot utilitzar en diversos dissenys com a oscil·ladors mestres i formadors de pols de la durada requerida. Tenint en compte que l’article només té caràcter orientatiu, i no una descripció d’un circuit complex específic, ens limitem a uns quants dispositius senzills mitjançant els esquemes anteriors.

Circuits simples de multivibrador

Un multivibrador és un dispositiu força versàtil, de manera que el seu ús és molt divers. A la quarta part de l’article, es va mostrar un circuit multivibrador basat en tres elements lògics. Per no buscar aquesta part, es mostra de nou el circuit a la figura 1.

La freqüència d’oscil·lació a les indicacions indicades al diagrama serà d’uns 1 Hz. Si complementeu un multivibrador amb un indicador LED, podeu obtenir un senzill generador de pols de llum. Si el transistor té una potència suficient, per exemple, KT972, és molt possible fer una petita garlanda per a un petit arbre de Nadal. Si connecteu la càpsula telefònica DEM-4m en lloc del LED, podeu sentir clics quan canvieu el multivibrador. Aquest dispositiu es pot utilitzar com a metrònom en aprendre a tocar instruments musicals.

Figura 1. Multivibrador amb tres elements.

Basat en un multivibrador, és molt senzill fer un generador de freqüència d’àudio. Per fer-ho, és necessari que el condensador sigui de 1 μF i utilitzeu una resistència variable de 1,5 ... 2,2 KΩ com a resistència R1. Aquest generador, per descomptat, no bloquejarà tot el rang de so, però dins d’uns límits determinats es pot canviar la freqüència d’oscil·lació. Si necessiteu un generador amb un rang de freqüències més ampli, es pot fer canviant la capacitat del condensador mitjançant un commutador.

Generador de so intermitent

Com a exemple d’ús d’un multivibrador, podem recordar un circuit que emet un senyal de so intermitent. Per crear-lo, necessitareu ja dos multivibradors. En aquest esquema, multivibratoris en dos elements lògics, el que permet muntar aquest generador en un sol xip. El seu circuit es mostra a la figura 2.

Figura 2. Generador de bip intermitent.

El generador dels elements DD1.3 i DD1.4 genera oscil·lacions de freqüència sonora que es reprodueixen per la càpsula telefònica DEM-4m. En lloc d'això, en podeu fer servir amb una resistència de bobinatge d'uns 600 ohms. Amb les indicacions C2 i R2 indicades al diagrama, la freqüència de les vibracions sonores és d’uns 1000 Hz. Però el so només s’escoltarà en el moment en què a la sortida 6 del multivibrador sobre els elements DD1.1 i DD1.2 hi haurà un nivell alt que permetrà al multivibrador treballar els elements DD1.3, DD1.4. En el cas en què s’atura la sortida del primer nivell multivibrador baix del segon multivibrador, a la càpsula del telèfon no hi ha cap so.

Per comprovar el funcionament del generador de so, es pot desconnectar la desena sortida de l’element DD1.3 de la sortida 6 de DD1.2. En aquest cas, hauria de sonar un senyal de so continu (no oblideu que si l’entrada de l’element lògic no està connectada enlloc, el seu estat es considera com un nivell alt).

Si el desè passador està connectat a un cable comú, per exemple, un pont pont, el so del telèfon s’aturarà. (Es pot fer el mateix sense trencar la connexió de la desena sortida). Aquesta experiència suggereix que el senyal sonor només s’escolta quan la sortida 6 de l’element DD1.2 és alta. Així, el primer multivibrador rellotja el segon. Un esquema similar es pot aplicar, per exemple, en dispositius d'alarma.

En general, un pont de cable connectat a un cable comú és àmpliament utilitzat en l'estudi i reparació de circuits digitals com a senyal de baix nivell. Podem dir que es tracta d’un clàssic del gènere. Les pors d’utilitzar aquest mètode de “cremar” són completament en va. A més, no només les entrades, sinó també les sortides de microcircuits digitals de qualsevol sèrie es poden "plantar" a "terra". Això equival a un transistor de sortida oberta o nivell zero de nivell lògic, nivell baix.

En contraposició amb el que s’acaba de dir, ÉS COMPLEMENT IMPOSSIBLE CONECTAR ELS MICROCIRCUITS AL CIRCUIT de + 5V: si el transistor de sortida està obert en aquest moment (tota la tensió de l’alimentació s’aplicarà a la secció col·lectora - emissora del transistor de sortida oberta), el microcircuit fallarà. Tenint en compte que tots els circuits digitals no es mantenen parats, sinó que fan alguna cosa tot el temps, funcionen en mode polsat, el transistor de sortida no haurà d’obrir-se gaire temps.

Una sonda per reparar equips de ràdio

Utilitzant els elements lògics 2I-NOT, podeu crear un generador senzill per ajustar i reparar les ràdios. A la seva sortida, és possible obtenir oscil·lacions de la freqüència de so (RF) i les oscil·lacions de radiofreqüència (RF) modulades per la RF. El circuit generador es mostra a la figura 3.

Figura 3. Generador per comprovar receptors.

Als elements DD1.3 i DD1.4 s’hi assembla un multivibrador que ja ens és familiar. Amb la seva ajuda, es generen oscil·lacions de la freqüència de so, que s’utilitzen mitjançant l’inversor DD2.2 i el condensador C5 a través del connector XA1 per provar l’amplificador de baixa freqüència.

El generador d’oscil·lació d’alta freqüència es realitza en els elements DD1.1 i DD1.2. Aquest és també un multivibrador familiar, només aquí apareixia un nou element: inductor L1 connectat en sèrie amb condensadors C1 i C2. la freqüència d’aquest generador es determina principalment pels paràmetres de la bobina L1 i es pot ajustar en una petita mesura pel condensador C1.

A l’element DD2.1 s’ha reunit un mesclador de freqüència de ràdio, que s’alimenta a l’entrada 1 i a l’entrada 2 s’aplica la freqüència del rang d’àudio. Aquí, la freqüència de so bloqueja la freqüència de ràdio de la mateixa manera que en el circuit de senyal de so intermitent de la figura 2: la tensió de freqüència de radi al terminal 3 de l’element DD2.1 apareix en el moment en què el nivell de sortida 11 de l’element DD1.4 és alt.

Per obtenir una freqüència de ràdio en un rang de 3 ... 7 MHz, la bobina L1 es pot enrotllar sobre un marc amb un diàmetre de 8 mm. A l’interior de la bobina, introduïu un tros de la vareta d’una antena magnètica feta de ferrita grau F600NM. La bobina L1 conté 50 ... 60 voltes de filferro PEV-2 0,2 ​​... 0,3 mm. El disseny de la sonda és arbitrari.

És millor utilitzar un generador de sondes per alimentar-lo font de tensió estabilitzadaperò podeu bateria galvànica.

Sol·licitud de vibrador únic

Com a aplicació més simple d’un vibrador únic, es pot anomenar un dispositiu de senyalització lumínica. Sobre la base, podeu crear un objectiu per disparar pilotes de tennis. A la figura 4 es mostra el circuit del dispositiu de senyalització lumínica.

Figura 4. Dispositiu de senyalització lumínica.

L’objectiu en si mateix pot ser força gran (cartró o contraplacat), i la seva “poma” és una placa metàl·lica amb un diàmetre d’uns 80 mm. Al diagrama del circuit, es tracta de contacte SF1. Quan es toquen al centre de l'objectiu, els contactes es tanquen molt breument, de manera que no es pot notar el parpelleig de la bombeta. Per evitar aquesta situació, s'utilitza en aquest cas una sola presa: a partir d'un pols inicial, la bombeta s'apaga durant un segon com a mínim. En aquest cas, el pols disparador és allargat.

Si voleu que la làmpada no s’apagui en colpejar, sinó que s’encengui, haureu d’utilitzar un transistor KT814 al circuit d’indicadors intercanviant les sortides del col·lector i l’emissor. Amb aquesta connexió, podeu ometre la resistència en el circuit base del transistor.

Com a generador d'un sol pols, sovint s'utilitza una sola presa en la reparació de la tecnologia digital per provar el rendiment tant de microcircuits individuals com de cascades senceres.Això es parlarà més endavant. A més, ni un sol interruptor, o com es diu, un mesurador de freqüència analògic, pot prescindir d’un vibrador únic.

Mesurador de freqüència simple

Als quatre elements lògics del xip K155LA3, podeu muntar un mesurador de freqüències senzill que permet mesurar senyals amb una freqüència de 20 ... 20.000 Hz. Per poder mesurar la freqüència d’un senyal de qualsevol forma, per exemple, un sinusoide, s’ha de convertir en polsos rectangulars. Normalment, aquesta transformació es fa mitjançant un disparador de Schmitt. Si puc dir-ho, converteix els "polsos" de l'ona sinusoïdal amb fronts suaus en rectangles amb fronts i pendents escarpats. El disparador de Schmitt té un llindar de disparador. Si el senyal d’entrada està per sota d’aquest llindar, no hi haurà una seqüència d’impulsos a la sortida del disparador.

La familiaritat amb el treball del disparador de Schmitt pot començar amb un senzill experiment. La figura 5 mostra l'esquema de la seva participació.

Figura 5. Cançó de Schmitt i gràfics de la seva obra.

Per simular el senyal sinusoïdal d’entrada, s’utilitzen bateries galvaniques GB1 i GB2: el desplaçament del control lliscant de resistència variable R1 a la posició superior del circuit simula una mitja ona positiva d’una ona sinusoïdal i baixa negativa.

L’experiment hauria de començar pel fet que, fent girar el motor de la resistència variable R1, establiu una tensió zero sobre ell, controlant-lo de manera natural amb un voltímetre. En aquesta posició, la sortida de l’element DD1.1 és un estat únic, un nivell alt, i la sortida de l’element DD1.2 és lògica zero. Aquest és l'estat inicial en absència de senyal.

Connecteu un voltímetre a la sortida de l’element DD1.2. Tal com estava escrit més amunt, a la sortida veurem un nivell baix. Si ara n'hi ha prou de girar lentament el lliscador de resistència variable segons l'esquema i, tot seguit, fins a la parada i la tornada a la sortida DD1.2, el dispositiu mostrarà l'element passant de baix a alt nivell i viceversa. En altres paraules, la sortida DD1.2 conté polsos rectangulars de polaritat positiva.

El funcionament d'un disparador de Schmitt és il·lustrat pel gràfic de la figura 5b. Una ona sinusoïdal a l'entrada d'un disparador de Schmitt s'obté girant una resistència variable. La seva amplitud és de fins a 3V.

Sempre que la tensió de l’ona mitjana positiva no superi el llindar (Uпор1), a la sortida del dispositiu s’emmagatzema un zero lògic (estat inicial). Quan el voltatge d’entrada augmenta girant la resistència variable en el moment t1, la tensió d’entrada arriba a la tensió llindar (aproximadament 1,7 V).

Tots dos elements passaran a l'estat inicial oposat: a la sortida del dispositiu (element DD1.2) hi haurà una tensió d'alt nivell. Un augment addicional del voltatge d’entrada, fins al valor d’amplitud (3V), no comporta un canvi en l’estat de sortida del dispositiu.

Ara fem girar la resistència variable en sentit contrari. El dispositiu canviarà a l’estat inicial quan la tensió d’entrada baixa al segon voltatge de llindar inferior, Uпор2, tal com es mostra al gràfic. Per tant, la sortida del dispositiu es torna a establir en zero lògic.

Una característica distintiva del disparador de Schmitt és la presència d’aquests dos nivells llindars. Van provocar la histèresi del detonant de Schmitt. L’amplada del bucle d’histèresi s’estableix mitjançant la selecció de la resistència R3, tot i que no en límits molt grans.

Una altra rotació del resistor variable cap al circuit forma una mitja onada negativa d'una ona sinusoïdal a l'entrada del dispositiu. No obstant això, els díodes d'entrada instal·lats dins del xip simplement redueixen la mitja onada negativa del senyal d'entrada a un cable comú. Per tant, el senyal negatiu no afecta el funcionament del dispositiu.

Figura 6. Circuit del mesurador de freqüència.

La figura 6 mostra un esquema d’un mesurador de freqüència senzill, realitzat en un sol xip K155LA3. En els elements DD1.1 i DD1.2, es munta un disparador de Schmitt, amb el dispositiu i el funcionament del qual acabem de conèixer. Els dos elements restants del microcircuit s’utilitzen per construir la forma d’impulsió de mesura.El fet és que la durada dels polsos rectangulars a la sortida del disparador de Schmitt depèn de la freqüència del senyal mesurat. En aquest formulari es mesurarà qualsevol cosa, però no la freqüència.

Al disparador de Schmitt que ja coneixíem, s’hi van afegir alguns elements més. A l’entrada s’instal·la el condensador C1. La seva tasca és saltar les oscil·lacions de freqüència sonora a l'entrada del mesurador de freqüència, perquè el mesurador de freqüència està dissenyat per funcionar en aquest rang i bloquejar el pas del component constant del senyal.

El díode VD1 està dissenyat per limitar el nivell de l'ona d'ona positiva al nivell de tensió de la font d'energia i VD2 retalla les mitges ones negatives del senyal d'entrada. En principi, el díode protector intern del microcircuit pot fer front a aquesta tasca, de manera que no es pot instal·lar VD2. Per tant, la tensió d’entrada d’aquest mesurador de freqüència està dins de 3 ... 8 V. Per augmentar la sensibilitat del dispositiu, es pot instal·lar un amplificador a l’entrada.

Els impulsos de polaritat positiva generats a partir del senyal d’entrada per un disparador de Schmitt són alimentats a l’entrada de l’aparellador de pols de mesura realitzada sobre els elements DD1.3 i DD1.4.

Quan aparegui una baixa tensió a l’entrada de l’element DD1.3, passarà a la unitat. Per tant, a través d'ella i de la resistència R4 es carregarà un dels condensadors C2 ... C4. En aquest cas, la tensió a l’entrada inferior de l’element DD1.4 augmentarà i, al final, assolirà un nivell alt. Però, malgrat això, l’element DD1.4 roman en l’estat d’una unitat lògica, ja que encara hi ha un zero lògic de la sortida del disparador de Schmitt a la seva entrada superior (sortida DD1.2 6). Per tant, un corrent molt insignificant flueix pel dispositiu de mesura PA1, la fletxa del dispositiu pràcticament no es desvia.

L’aparició d’una unitat lògica a la sortida del disparador de Schmitt convertirà l’element DD1.4 a l’estat de zero lògic. Per tant, un corrent limitat per la resistència de les resistències R5 ... R7 flueix a través del dispositiu de punter PA1.

La mateixa unitat a la sortida del disparador de Schmitt passarà l'element DD1.3 a l'estat zero. En aquest cas, el condensador del shaper comença a descarregar-se. Si redueu la tensió, es farà que l’element DD1.4 es torni a establir a l’estat d’una unitat lògica, acabant així amb la formació d’un pols de baix nivell. A la figura 5d es mostra la posició del pols de mesura respecte al senyal mesurat.

Per a cada límit de mesura, la durada del pols de mesura és constant en tot l’interval, per tant, l’angle de desviació de la fletxa del microamètre depèn només de la velocitat de repetició d’aquest pols de mesura.

Per a diferents freqüències, la durada del pols de mesura és diferent. Per a freqüències més elevades, el pols de mesura ha de ser curt, i per a freqüències baixes, una mica gran. Per tant, per assegurar mesures en tota la gamma de freqüències de so, s’utilitzen tres condensadors de configuració de temps C2 ... C4. Amb un condensador de 0,2 μF, es mesuren freqüències de 20 ... 200 Hz, 0,02 μF - 200 ... 2000 Hz, i amb una capacitança de 2000 pF 2 ... 20 KHz.

La calibració del mesurador de freqüències es fa més fàcilment mitjançant un generador de so, a partir del rang de freqüència més baix. Per fer-ho, aplica un senyal amb una freqüència de 20 Hz a l’entrada i marca la posició de la fletxa a l’escala.

Després d’això, apliqueu un senyal amb una freqüència de 200 Hz i gireu la resistència R5 per configurar la fletxa a l’última divisió de l’escala. Quan proporcioneu freqüències de 30, 40, 50 ... 190 Hz, marqueu la posició de la fletxa a l'escala. De la mateixa manera, l'afinació es realitza en els intervals restants. És possible que es necessiti una selecció més precisa dels condensadors C3 i C4 de manera que l’inici de l’escala coincideixi amb la marca de 200 Hz del primer rang.

Sobre les descripcions d’aquestes construccions senzilles, deixeu-me acabar aquesta part de l’article. A la propera part, parlarem de disparadors i comptadors basats en ells. Sense això, la història sobre els circuits lògics seria incompleta.

Boris Aladyshkin

Continuació de l'article: Xips de lògica. Part 7. Disparadors. Disparador RS

Llibre electrònic -Guia d’iniciació als microcontroladors AVR