Logické čipy. Časť 6

predchádzajúce časti článku boli považované za najjednoduchšie zariadenia na logických prvkoch 2I-NOT. Toto je samoscilujúci multivibrátor a jednorázový. Pozrime sa, čo sa dá na ich základe vytvoriť.

Každé z týchto zariadení môže byť použité v rôznych prevedeniach ako hlavné oscilátory a impulzné formovače požadovanej doby. Vzhľadom na skutočnosť, že tento článok slúži iba na usmernenie, a nie na opis konkrétneho komplexného obvodu, obmedzujeme sa na niekoľko jednoduchých zariadení využívajúcich vyššie uvedené schémy.

Jednoduché multivibrátorové obvody

Multivibrátor je pomerne univerzálne zariadenie, takže jeho použitie je veľmi rozmanité. V štvrtej časti článku bol zobrazený multivibrátorový obvod založený na troch logických prvkoch. Aby sa táto časť nehľadala, je obvod opäť znázornený na obr.

Frekvencia kmitania pri hodnotách uvedených v diagrame bude asi 1 Hz. Doplnením takého multivibrátora o LED indikátor získate jednoduchý generátor svetelných impulzov. Ak je tranzistor braný dostatočne výkonný, napríklad KT972, je celkom možné vytvoriť malý veniec pre malý vianočný stromček. Pripojením telefónnej kapsuly DEM-4m namiesto LED diódy budete počuť kliknutia pri prepínaní multivibrátora. Takéto zariadenie sa môže použiť ako metronóm pri učení sa hrať na hudobné nástroje.

Obrázok 1. Multivibrátor s tromi prvkami.

Na základe multivibrátora je veľmi jednoduché vytvoriť zvukový frekvenčný generátor. Na tento účel je potrebné, aby kondenzátor bol 1 μF a aby sa ako odpor R1 použil premenlivý odpor 1,5 ... 2,2 KΩ. Takýto generátor samozrejme neblokuje celý zvukový rozsah, ale v určitých medziach sa môže meniť kmitočet kmitania. Ak potrebujete generátor so širším frekvenčným rozsahom, môžete to urobiť zmenou kapacity kondenzátora pomocou prepínača.

Intermitentný generátor zvuku

Ako príklad použitia multivibrátora je možné vyvolať obvod, ktorý vysiela prerušovaný zvukový signál. Na jeho vytvorenie budete už potrebovať dvoch multivibrátorov. V tejto schéme sú multivibrátory na dvoch logických prvkoch, čo vám umožňuje zostaviť takýto generátor iba na jeden čip. Jeho obvod je znázornený na obrázku 2.

Obrázok 2. Generátor prerušovaného pípnutia.

Generátor na prvkoch DD1.3 a DD1.4 generuje kmitočty zvukovej frekvencie, ktoré sú reprodukované telefónnou kapslí DEM-4m. Namiesto toho môžete použiť akýkoľvek s odporom vinutia asi 600 ohmov. S hodnotami C2 a R2 uvedenými na obrázku je frekvencia zvukových vibrácií asi 1 000 Hz. Zvuk však bude počuť iba v čase, keď na výstupe 6 multivibrátora na prvkoch DD1.1 a DD1.2 bude vysoká úroveň, ktorá umožní multivibrátoru pracovať na prvkoch DD1.3, DD1.4. V prípade, že sa zastaví výstup nízkej úrovne prvého multivibrátora druhého multivibrátora, nebude v telefónnej kapsule žiadny zvuk.

Na kontrolu činnosti zvukového generátora sa môže 10. výstup prvku DD1.3 odpojiť od výstupu 6 z modulu DD1.2. V tomto prípade by mal zaznie nepretržitý zvukový signál (nezabudnite, že ak nie je vstup logického prvku nikde pripojený, potom sa jeho stav považuje za vysokú úroveň).

Ak je 10. výstup pripojený k spoločnému vodiču, napríklad k prepojke vodiča, zvuk v telefóne sa zastaví. (To isté sa dá urobiť bez prerušenia spojenia desiateho výstupu). Táto skúsenosť naznačuje, že zvukový signál je počuť iba vtedy, keď je výstup 6 prvku DD1.2 vysoký. Prvý multivibrátor tak hodiny druhého. Podobnú schému je možné použiť napríklad v poplašných zariadeniach.

Vo všeobecnosti sa pri štúdiu a oprave digitálnych obvodov ako signál nízkej úrovne často používa drôtový mostík pripojený k spoločnému vodiču. Môžeme povedať, že ide o klasiku tohto žánru. Obavy z použitia takejto metódy „spaľovania“ sú úplne zbytočné. Okrem toho môžu byť „pozemné“ vysadené nielen vstupy, ale aj výstupy digitálnych mikroobvodov ktorejkoľvek série. Je to ekvivalent tranzistora s otvoreným výstupom alebo logickej nulovej úrovne, nízkej úrovne.

Na rozdiel od toho, čo už bolo povedané, JE KOMPLETNE NEDOSTATOČNÉ PRIPOJIŤ MIKROKIRUČKY K + 5 V OKRUHU: ak je výstupný tranzistor v tomto okamihu otvorený (celé napätie napájacieho zdroja bude použité na časť kolektor - emitor otvoreného výstupného tranzistora), mikrocirkulácia zlyhá. Vzhľadom na to, že všetky digitálne obvody nestoja, ale stále niečo robia, pracujú v impulznom režime, výstupný tranzistor sa nebude musieť dlho otvoriť.

Sonda na opravu rádiového zariadenia

Pomocou logických prvkov 2I-NOT môžete vytvoriť jednoduchý generátor na ladenie a opravu rádií. Na jeho výstupe je možné získať oscilácie zvukovej frekvencie (RF) a rádiofrekvenčné (RF) kmity modulované RF. Obvod generátora je znázornený na obrázku 3.

Obrázok 3. Generátor na kontrolu prijímačov.

Na prvkoch DD1.3 a DD1.4 je zostavený už známy multivibrátor. S jeho pomocou sa generujú vibrácie zvukovej frekvencie, ktoré sa používajú cez menič DD2.2 a kondenzátor C5 cez konektor XA1 na testovanie nízkofrekvenčného zosilňovača.

Vysokofrekvenčný oscilačný generátor je vyrobený na prvkoch DD1.1 a DD1.2. Toto je tiež známy multivibrátor, iba tu sa objavil nový prvok - induktor L1 zapojený do série s kondenzátormi C1 a C2. Frekvencia tohto generátora je určená hlavne parametrami cievky L1 a môže byť v malom rozsahu upravená kondenzátorom Cl.

Na prvku DD2.1 zostavenom rádiofrekvenčnom mixéri, ktorý sa privádza na vstup 1, a na vstup 2 sa aplikuje frekvencia zvukového rozsahu. Tu zvuková frekvencia hodiny rádiovej frekvencie presne rovnakým spôsobom ako v obvode prerušovaného zvukového signálu na obrázku 2: vysokofrekvenčné napätie na svorke 3 prvku DD2.1 sa objaví v okamihu, keď je výstupná úroveň 11 prvku DD1.4 vysoká.

Na získanie rádiovej frekvencie v rozsahu 3 ... 7 MHz sa cievka L1 môže navíjať na rám s priemerom 8 mm. Do cievky vložte časť tyče z magnetickej antény vyrobenej z feritu triedy F600NM. Cievka L1 obsahuje 50 ... 60 závitov drôtu PEV-2 0,2 ​​... 0,3 mm. Konštrukcia sondy je ľubovoľná.

Na napájanie je lepšie použiť generátor sondy stabilizovaný zdroj napätiaale môžete galvanická batéria.

Aplikácia jedného vibrátora

Ako najjednoduchšie použitie jediného vibrátora je možné uviesť zariadenie na svetelnú signalizáciu. Na jeho základe si môžete vytvoriť cieľ na streľbu tenisových loptičiek. Obvod zariadenia na svetelnú signalizáciu je znázornený na obrázku 4.

Obrázok 4. Svetelné signalizačné zariadenie.

Samotný terč môže byť dosť veľký (kartón alebo preglejka) a jeho „jablko“ je kovová platňa s priemerom asi 80 mm. V schéme zapojenia je to kontakt SF1. Pri zásahu do stredu terča sa kontakty veľmi krátko uzavrú, takže blikanie žiarovky nemusí byť zrejmé. Aby sa predišlo takejto situácii, používa sa v tomto prípade jednorazový zásah: z krátkeho štartovacieho impulzu žiarovka zhasne najmenej na sekundu. V tomto prípade je spúšťací impulz predĺžený.

Ak nechcete, aby lampa zhasla, ale zasvietila, mali by ste v signalizačnom obvode použiť tranzistor KT814 výmenou výstupov kolektora a žiariča. Týmto zapojením môžete vynechať odpor v obvode bázy tranzistora.

Ako generátor s jedným impulzom sa pri oprave digitálnej technológie často používa jednorazový výboj na testovanie výkonu jednotlivých mikroobvodov a celých kaskád.O tom sa bude diskutovať neskôr. Ani jeden prepínač, alebo ako sa nazýva analógový merač frekvencie, sa nezaobíde bez jediného vibrátora.

Jednoduchý merač frekvencie

Na štyri logické prvky čipu K155LA3 môžete zostaviť jednoduchý merač frekvencie, ktorý vám umožní merať signály s frekvenciou 20 ... 20 000 Hz. Aby bolo možné zmerať frekvenciu signálu akéhokoľvek tvaru, napríklad sínusoidu, musí sa konvertovať na obdĺžnikové impulzy. Táto transformácia sa zvyčajne vykonáva pomocou Schmittovho spúšťača. Ak to môžem povedať, prevádza „pulzy“ sinusovej vlny s jemnými frontami na obdĺžniky so strmými frontami a svahmi. Spúšťač Schmitt má spúšťaciu prahovú hodnotu. Ak je vstupný signál pod týmto prahom, nebude na výstupe spúšťača žiadna sekvencia impulzov.

Oboznámenie sa s prácou Schmittovho spúšťa môže začať jednoduchým experimentom. Schéma jeho držby je znázornená na obrázku 5.

Obrázok 5. Schmittov trigger a grafy jeho práce.

Na simuláciu vstupného sínusového signálu sa používajú galvanické batérie GB1 a GB2: posúvanie posúvača premenného odporu R1 do hornej polohy v obvode simuluje pozitívnu polvlnu sínusovej vlny a klesanie dole.

Pokus by sa mal začať skutočnosťou, že otáčaním motora variabilného odporu R1 sa na ňom nastaví nulové napätie a prirodzene sa reguluje voltmetrom. V tejto polohe je výstup prvku DD1.1 jediný stav, vysoká úroveň a výstup prvku DD1.2 je logická nula. Toto je počiatočný stav bez signálu.

Pripojte voltmeter k výstupu prvku DD1.2. Ako bolo napísané vyššie, na výstupe uvidíme nízku úroveň. Ak teraz stačí podľa schémy schémy otočiť posúvač variabilného odporu až na doraz a späť na výstupe DD1.2, zariadenie zobrazí prepínanie prvkov z nízkej na vysokú úroveň a naopak. Inými slovami, výstup DD1.2 obsahuje obdĺžnikové impulzy s kladnou polaritou.

Činnosť takého Schmittovho spúšťača je ilustrovaná grafom na obrázku 5b. Sinusová vlna na vstupe Schmittovho spúšťača sa získa otáčaním premenlivého odporu. Jeho amplitúda je až 3V.

Pokiaľ napätie pozitívnej polvlny nepresiahne prahovú hodnotu (Uпор1), na výstupe zariadenia sa uloží logická nula (počiatočný stav). Keď sa vstupné napätie zvyšuje otáčaním variabilného odporu v čase ti, vstupné napätie dosiahne prahové napätie (približne 1,7 V).

Oba prvky sa prepnú do opačného počiatočného stavu: na výstupe zariadenia (prvok DD1.2) bude vysoké napätie. Ďalšie zvýšenie vstupného napätia až do hodnoty amplitúdy (3V) nevedie k zmene výstupného stavu zariadenia.

Teraz otočme variabilný odpor v opačnom smere. Keď vstupné napätie klesne do druhého dolného prahového napätia Uпор2, zariadenie sa prepne do pôvodného stavu, ako je to znázornené na grafe. Výstup zariadenia je teda opäť nastavený na logickú nulu.

Charakteristickým rysom spúšťača Schmittov je prítomnosť týchto dvoch prahových úrovní. Spôsobili hysterézu Schmittovho spúšťa. Šírka hysteréznej slučky je nastavená výberom rezistora R3, aj keď nie vo veľmi veľkých medziach.

Ďalšia rotácia premenného odporu nadol vytvára na vstupe zariadenia zápornú polvlnu sínusovej vlny. Vstupné diódy nainštalované vo vnútri čipu však skrátia zápornú polovicu vstupného signálu na spoločný vodič. Záporný signál preto neovplyvňuje činnosť zariadenia.

Obrázok 6. Obvod merača frekvencie.

Obrázok 6 zobrazuje schému jednoduchého merača frekvencie vyrobeného iba na jednom čipe K155LA3. Na prvkoch DD1.1 a DD1.2 je zostavená Schmittova spúšť, ktorej zariadenie a činnosť sme práve stretli. Zostávajúce dva prvky mikroobvodu sa používajú na zostavenie meracieho pulzného pulzátora.Faktom je, že trvanie pravouhlých impulzov na výstupe Schmittovho spúšťača závisí od frekvencie meraného signálu. V tejto podobe sa bude merať čokoľvek, ale nie frekvencia.

K Schmittovmu spúšťu, ktorý sme už vedeli, sa pridalo niekoľko ďalších prvkov. Na vstupe je nainštalovaný kondenzátor C1. Jeho úlohou je vynechať kmitanie zvukovej frekvencie na vstupe merača frekvencie, pretože merač frekvencie je navrhnutý na prácu v tomto rozsahu a blokovať priechod konštantnej zložky signálu.

Dióda VD1 je navrhnutá tak, aby obmedzila úroveň kladnej polvlny na úroveň napätia zdroja energie a VD2 prerušuje záporné polvlny vstupného signálu. V zásade sa vnútorná ochranná dióda mikroobvodu celkom vyrovná s touto úlohou, takže VD2 nemôže byť nainštalovaný. Preto je vstupné napätie takéhoto merača frekvencie v rozsahu 3 ... 8 V. Na zvýšenie citlivosti zariadenia môže byť na vstup nainštalovaný zosilňovač.

Pulzy pozitívnej polarity generované zo vstupného signálu pomocou Schmittovho spúšťača sa privádzajú na vstup meracieho pulzného zosilňovača vytvoreného na prvkoch DD1.3 a DD1.4.

Keď sa na vstupe prvku DD1.3 objaví nízke napätie, prepne sa do jednoty. Preto cez neho a rezistor R4 bude nabitý jeden z kondenzátorov C2 ... C4. V tomto prípade sa napätie na spodnom vstupe prvku DD1.4 zvýši a nakoniec dosiahne vysokú úroveň. Napriek tomu prvok DD1.4 zostáva v stave logickej jednotky, pretože na výstupe spúšťača Schmitt na jeho hornom vstupe (výstup DD1.2 6) stále existuje logická nula. Preto cez meracie zariadenie PA1 preteká veľmi nevýznamný prúd, šípka zariadenia sa prakticky neodchyľuje.

Vzhľad logickej jednotky na výstupe Schmittovho spúšťača prepne prvok DD1.4 do stavu logickej nuly. Preto prúd obmedzený odporom R5 ... R7 preteká ukazovacím zariadením PA1.

Rovnaká jednotka na výstupe spúšťača Schmitt prepne prvok DD1.3 do nulového stavu. V tomto prípade sa kondenzátor kondenzátora začne vybíjať. Zníženie napätia na ňom povedie k tomu, že prvok DD1.4 je opäť nastavený do stavu logickej jednotky, čím sa ukončí vytváranie nízkoúrovňového impulzu. Poloha meracieho impulzu vzhľadom na meraný signál je znázornená na obrázku 5d.

Pre každý merací limit je trvanie meracieho impulzu konštantné v celom rozsahu, preto uhol odchýlky šípky mikrosametra závisí iba od rýchlosti opakovania tohto meracieho impulzu samotného.

Pre rôzne frekvencie je doba trvania meracieho impulzu rozdielna. Pre vyššie frekvencie by mal byť merací impulz krátky a pre nízke frekvencie trochu veľký. Preto sa na zabezpečenie merania v celom rozsahu zvukových frekvencií používajú tri kondenzátory C2 ... C4 na nastavenie času. S kondenzátorom 0,2 μF sa merajú frekvencie 20 ... 200 Hz, 0,02 μF - 200 ... 2000 Hz a s kapacitou 2000 pF 2 ... 20 KHz.

Kalibrácia merača frekvencie sa najľahšie vykonáva pomocou zvukového generátora začínajúc od najnižšieho frekvenčného rozsahu. Ak to chcete urobiť, na vstup privádzajte signál s frekvenciou 20 Hz a na stupnici označte polohu šípky.

Potom aplikujte signál s frekvenciou 200 Hz a otáčaním odporu R5 nastavte šípku na posledné delenie stupnice. Ak dodávate frekvencie 30, 40, 50 ... 190 Hz, vyznačte na stupnici polohu šípky. Podobne sa ladenie vykonáva vo zvyšných rozsahoch. Je možné, že bude potrebný presnejší výber kondenzátorov C3 a C4, takže začiatok stupnice sa zhoduje so značkou 200 Hz v prvom rozsahu.

Pokiaľ ide o opisy týchto jednoduchých konštrukcií, dovoľte mi dokončiť túto časť článku. V ďalšej časti budeme hovoriť o spúšťačoch a počítadlách na ich základe. Bez tohto by bol príbeh logických obvodov neúplný.

boris Aladyshkin

Pokračovanie článku: Logické čipy. Časť 7. Spúšťače. RS - spúšť

E-kniha -Príručka pre začiatočníkov k mikrokontrolérom AVR