Logiske chips. Del 4

Efter mødet i tidligere dele af artiklen med K155LA3-chip, lad os prøve at finde eksempler på dens praktiske anvendelse.

Det ser ud til, hvad der kan gøres fra en chip? Naturligvis intet udestående. Du skal dog prøve at samle en funktionel knude baseret på den. Dette vil hjælpe med til visuelt at forstå princippet om dets drift og indstillinger. En af disse knudepunkter, som ofte bruges i praksis, er en selvvibrerende multivibrator.

Multivibratorkredsløbet er vist i figur 1a. Dette kredsløb i udseende ligner meget det klassiske multivibratorkredsløb med transistorer. Kun her som aktive elementer anvendes logiske elementer mikrochips inkluderet af invertere. Til dette er mikrobenkets indgangsstifter forbundet. kondensatorer C1 og C2 danner to positive feedbackkredsløb. Et kredsløb er indgangen til elementet DD1.1 - kondensator C1 - output fra elementet DD1.2. Den anden fra indgangen til elementet DD1.2 gennem kondensatoren C2 til udgangen fra elementet DD1.1.

Takket være disse forbindelser er kredsløbet selvopspændt, hvilket fører til generering af pulser. Pulse-gentagelsesperioden afhænger af klassificeringerne af kondensatorerne i feedback-kredsløbene samt modstanden for modstande R1 og R2.

I fig. 1b er det samme kredsløb tegnet på en sådan måde, at det ligner endnu mere den klassiske multivibrator-version med transistorer.

Fig. 1 Selvoscillerende multivibrator

Elektriske impulser og deres egenskaber

Indtil nu, da vi blev bekendt med mikrokredsløbet, beskæftigede vi os med jævnstrøm, fordi indgangssignalerne under eksperimenterne blev leveret manuelt ved hjælp af en trådhopper. Som et resultat opnåedes en konstant spænding på lavt eller højt niveau ved udgangen af ​​kredsløbet. Et sådant signal var tilfældig.

I det multivibratorkredsløb, vi har samlet, vil udgangsspændingen blive pulseret, det vil sige skifte med en bestemt frekvens trinvis fra et lavt niveau til et højt og omvendt. Et sådant signal inden for radioteknik kaldes en pulssekvens eller simpelthen en pulssekvens. Figur 2 viser nogle variationer af elektriske impulser og deres parametre.

De sektioner af pulssekvensen, i hvilken spændingen tager et højt niveau, kaldes impulser på højt niveau, og lavniveauspændingen er pausen mellem impulser på højt niveau. Selvom alt faktisk er relativt: kan vi antage, at pulserne er lave, hvilket f.eks. Vil omfatte enhver aktuator. Derefter betragtes en pause mellem pulser som et højt niveau.

Figur 2. Pulssekvenser.

Et af de specielle tilfælde af pulsformen er bugten. I dette tilfælde er pulsvarigheden lig med pausevarigheden. For at vurdere forholdet mellem impulsvarigheden skal du bruge en parameter kaldet pligtcyklus. Duty rate viser, hvor mange gange pulsrepetitionsperioden er længere end pulsvarigheden.

I figur 2 er pulsrepetitionsperioden, som andetsteds, angivet med bogstavet T, og pulsvarigheden og pausetiden er henholdsvis ti og tp. I form af en matematisk formel udtrykkes arbejdscyklussen som følger: S = T / ti.

På grund af dette forhold er "meander" -pulserens driftscyklus lig med to. Udtrykket meander i dette tilfælde er lånt fra konstruktion og arkitektur: dette er en af ​​metoderne til murning, murværksmønsteret ligner bare den angivne række af pulser. Slyngepulssekvensen er vist i figur 2a.

Den gensidige gyldighedscyklus kaldes fyldfaktoren og angives med bogstavet D fra den engelske toldcyklus. I henhold til ovenstående er D = 1 / S.

Når man kender puls repetitionsperioden, er det muligt at bestemme gentagelsesfrekvensen, der beregnes med formlen F = 1 / T.

Begyndelsen på impulsen kaldes henholdsvis fronten og slutningen for tilbagegang. Figur 2b viser en positiv impuls med en arbejdscyklus på 4. Dens front starter fra et lavt niveau og går til et højt niveau. En sådan front kaldes positiv eller stigende. Følgelig vil tilbagegangen af ​​denne impuls, som det kan ses på billedet, være negativ og falde.

Ved en impuls på lavt niveau falder fronten, og recessionen vil stige. Denne situation er vist i figur 2c.

Efter en sådan lidt teoretisk forberedelse kan du begynde at eksperimentere. For at samle multivibratoren vist i figur 1 er det nok at lodde to kondensatorer og to modstande til den mikrokredsløb, der allerede er installeret på brødbrættet. For at studere udgangssignalerne kan du kun bruge et voltmeter, helst en markør, snarere end et digitalt. Dette blev allerede nævnt i den foregående del af artiklen.

Før du tænder for det samlede kredsløb, skal du selvfølgelig kontrollere, om der er kortslutninger og den rigtige samling i overensstemmelse med kredsløbet. Med klassificeringerne af kondensatorer og modstande, der er angivet på diagrammet, ændres spændingen ved multivibratorens udgang fra lav til høj ikke mere end tredive gange pr. Minut. Således vil en voltmeter-nål, der er forbundet, for eksempel til udgangen fra det første element, svinge fra nul til næsten fem volt.

Det samme kan ses, hvis du tilslutter et voltmeter til et andet output: amplituden og frekvensen af ​​pilafvigelserne vil være den samme som i første tilfælde. Det er ikke forgæves, at en sådan multivibrator ofte kaldes symmetrisk.

Hvis du nu ikke er for doven og tilslutter en anden kondensator med samme kapacitet parallelt med kondensatorerne, kan du se, at pilen begyndte at svinge to gange langsommere. Svingningsfrekvensen faldt med halvdelen.

Hvis nu, i stedet for kondensatorer, som angivet i diagrammet, loddekondensatorer med lavere kapacitet, for eksempel 100 mikrofarader, kan du bare bemærke en stigning i frekvens. Enhedens pil vil svinge meget hurtigere, men stadig er dens bevægelser stadig mærkbare.

Og hvad sker der, hvis du kun ændrer kapaciteten på kun en kondensator? Forlad for eksempel en af ​​kondensatorerne med en kapacitet på 500 mikrofarader, og udskift den anden med 100 mikrofarader. Forøgelsen i frekvens vil blive bemærket, og derudover viser pilen på enheden, at tidsforholdet mellem pulser og pauser er ændret. Selv om multivibratoren i dette tilfælde ifølge skemaet forblev symmetrisk.

Lad os prøve at reducere kondensatorernes kapacitet, for eksempel 1 ... 5 mikrofarader. I dette tilfælde genererer multivibratoren en lydfrekvens i størrelsesordenen 500 ... 1000 Hz. Enhedens pil kan ikke reagere på en sådan frekvens. Det vil simpelthen være et sted midt i skalaen, der viser det gennemsnitlige signalniveau.

Her er det simpelthen ikke klart, om pulserne med en tilstrækkelig høj frekvens faktisk går, eller det "grå" niveau ved udgangen fra mikrokredsløbet. For at skelne et sådant signal kræves et oscilloskop, som ikke alle har. Derfor er det muligt at tilslutte hovedtelefoner gennem en 0,1 μF kondensator og høre dette signal for at verificere driften af ​​kredsløbet.

Du kan prøve at erstatte en hvilken som helst af modstanderne med en variabel på omtrent den samme værdi. Derefter vil frekvensen under dens rotation variere inden for visse grænser, hvilket gør det muligt at finjustere den. I nogle tilfælde er dette nødvendigt.

I modsætning til hvad der er blevet sagt, sker det, at multivibratoren er ustabil eller slet ikke starter. Årsagen til dette fænomen ligger i det faktum, at emitterindgangen til TTL-mikrokredsløb er meget kritisk for værdierne på modstande, der er installeret i dens kredsløb. Denne funktion af emitterindgangen skyldes følgende årsager.

Indgangsmodstanden er en del af en af ​​multivibratorens arme.På grund af emitterstrømmen oprettes en spænding på denne modstand, der lukker transistoren. Hvis denne modstands modstand skabes inden for 2 ... 2.5 Kom, vil spændingsfaldet over det være så stort, at transistoren simpelthen holder op med at reagere på indgangssignalet.

Hvis vi tværtimod tager denne modstands modstand inden for 500 ... 700 ohm, vil transistoren være åben hele tiden og vil ikke blive kontrolleret af indgangssignaler. Derfor bør disse modstande vælges ud fra disse overvejelser i området 800 ... 2200 ohm. Dette er den eneste måde at opnå den stabile drift af multivibratoren samlet i henhold til dette skema.

Ikke desto mindre påvirkes en sådan multivibrator af faktorer som temperatur, ustabilitet i strømforsyningen og endda variationer i parametrene for mikrokredsløb. Mikrochips fra forskellige producenter er ofte meget forskellige. Dette gælder ikke kun for den 155. serie, men også for andre. Derfor bruges praktisk talt sjældent en multivibrator samlet efter et sådant skema.

Tre-element multivibrator

Et mere stabilt multivibratorkredsløb er vist i figur 3a. Det består af tre logiske elementer, inkluderet, som i den foregående, af invertere. Som det ses af diagrammet, er emitterkredsløbene for de netop nævnte logiske elementer ikke modstande. Svingningsfrekvensen specificeres kun af en RC-kæde.

Figur 3. Multivibrator på tre logiske elementer.

Betjeningen af ​​denne version af multivibratoren kan også observeres ved hjælp af en pegerindretning, men for klarhedens skyld kan du samle indikatorkaskaden på LED på det samme bord. For at gøre dette har du brug for en KT315-transistor, to modstande og en LED. Indikatordiagrammet er vist i figur 3b. Det kan også loddes på en brødbræt sammen med en multivibrator.

Når der er tændt for strømmen, begynder multivibratoren at svinge, hvilket fremgår af lysdioden. Med værdierne for timingkæden angivet på diagrammet er svingningsfrekvensen ca. 1 Hz. For at verificere dette er det nok at beregne antallet af svingninger på 1 minut: der skal være ca. tres, hvilket svarer til 1 svingning i sekundet. Per definition er dette netop 1Hz.

Der er to måder at ændre hyppigheden af ​​en sådan multivibrator på. Tilslut først en anden kondensator med samme kapacitet parallelt med kondensatoren. LED-blink blev ca. halvdelen så sjældne, hvilket indikerer et fald i hyppigheden med halvdelen.

En anden måde at ændre frekvensen er at ændre modstandens modstand. Den nemmeste måde er at installere en variabel modstand med en nominel værdi på 1,5 ... 1,8 Com på sin plads. Når denne modstand roterer, varierer svingningsfrekvensen inden for 0,5 ... 20 Hz. Den maksimale frekvens opnås i positionen for den variable modstand, når konklusionerne fra mikrokredsløbet 1 og 8 lukkes.

Hvis du for eksempel skifter kondensator med en kapacitet på 1 mikrofarad, og ved hjælp af den samme variabel modstand er det muligt at justere frekvensen inden for 300 ... 10 000 Hz. Dette er allerede frekvenser i lydområdet, derfor lyser indikatoren kontinuerligt, det er umuligt at sige, om der er pulser eller ej. Derfor, som i det foregående tilfælde, skal du bruge hovedtelefoner, der er tilsluttet output via 0,1 μF kondensatoren. Det er bedre, hvis hovedtelefonerne er høj modstand.

For at overveje driftsprincippet for en multivibrator med tre elementer, lad os vende tilbage til dens skema. Når strømmen er tændt, vil de logiske elementer tage en eller anden tilstand ikke på samme tid, hvilket man kun kan antage. Antag, at DD1.2 er den første, der er i højt niveau ved output. Fra dens output gennem en uladet kondensator C1 overføres en højniveauspænding til indgangen til elementet DD1.1, der vil blive indstillet til nul. Ved indgangen til DD1.3-elementet er et højt niveau, så det er også indstillet til nul.

Men denne tilstand af enheden er ustabil: kondensator C1 lades gradvist gennem udgangen fra elementet DD1.3 og modstand R1, hvilket fører til en gradvis reduktion i spændingen ved indgangen DD1.1. Når spændingen ved indgangen DD1.1 nærmer sig tærsklen, skifter den til enhed, og følgelig elementet DD1.2 til nul.

I denne tilstand begynder kondensatoren Cl gennem modstanden R1 og udgangen fra elementet DD1.2 (på dette tidspunkt udgangen er lav) at genoplades fra udgangen fra elementet DD1.3. Så snart kondensatoren oplades, vil spændingen ved indgangen til elementet DD1.1 overstige tærskleniveauet, alle elementer skifter til modsatte tilstande. Ved udgangen 8 fra elementet DD1.3, der er output fra multivibratoren, dannes således elektriske impulser. Pulser kan også fjernes fra pin 6 i DD1.2.

Efter at vi har fundet ud af, hvordan vi kan få pulser i en tre-element multivibrator, kan vi prøve at fremstille et to-element, kredsløbet, der er vist i figur 4.

Figur 4. Multivibrator på to logiske elementer.

For at gøre dette er udgangen fra modstanden R1, lige på kredsløbet, nok til at løsulde fra stift 8 og lodde til stift 1 af elementet DD1.1. enhedens output er output 6 fra elementet DD1.2. DD1.3-elementet er ikke længere nødvendigt og kan f.eks. deaktiveres til brug i andre kredsløb.

Funktionsprincippet for en sådan pulsgenerator adskiller sig lidt fra det, der netop er blevet overvejet. Antag, at udgangen fra elementet DD1.1 er høj, så er elementet DD1.2 i nultilstand, hvilket tillader, at kondensatoren C1 lades gennem modstanden og udgangen fra elementet DD1.2. Når kondensatoren oplades, når spændingen ved indgangen til elementet DD1.1 tærsklen, begge elementer skifter til den modsatte tilstand. Dette vil gøre det muligt for kondensatoren at genoplades gennem udgangskredsløbet til det andet element, modstanden og indgangskredsløbet for det første element. Når spændingen ved indgangen til det første element reduceres til en tærskel, vil begge elementer gå i den modsatte tilstand.

Som nævnt ovenfor er nogle tilfælde af mikrokredsløb i generatorkredsløbene ustabile, hvilket afhænger ikke kun af et specifikt tilfælde, men endda af producenten af ​​mikrokredsløbet. Derfor, hvis generatoren ikke starter, er det muligt at forbinde en modstand med en modstand på 1,2 ... 2,0 Com mellem input af det første element og "jord". Det skaber en indgangsspænding tæt på tærsklen, hvilket gør det lettere at starte og den faktiske drift af generatoren.

Sådanne varianter af generatorer inden for digital teknologi bruges meget ofte. I de følgende dele af artiklen vil relativt enkle enheder, der er samlet på basis af de betragtede generatorer, blive taget i betragtning. Men først skal en yderligere mulighed for en multivibrator overvejes - en enkelt vibrator eller en monovibrator på en anden måde. Med historien om ham begynder vi den næste del af artiklen.

Boris Aladyshkin

Fortsættelse af artiklen: Logiske chips. Del 5