Puces logiques. Partie 4

Après avoir rencontré à parties précédentes de l'article avec la puce K155LA3, essayons de trouver des exemples de son application pratique.

Il semblerait que ce qui peut être fait à partir d'une seule puce? Bien sûr, rien d'exceptionnel. Cependant, vous devriez essayer d'assembler un nœud fonctionnel sur cette base. Cela aidera à comprendre visuellement le principe de son fonctionnement et de ses paramètres. L'un de ces nœuds, assez souvent utilisé en pratique, est un multivibrateur auto-oscillant.

Le circuit multivibrateur est représenté sur la figure 1a. Ce circuit en apparence est très similaire au circuit multivibrateur classique avec transistors. Uniquement ici lorsque les éléments actifs sont appliqués éléments logiques puces incluses par les onduleurs. Pour cela, les broches d'entrée du microcircuit sont connectées entre elles. Condensateurs C1 et C2 forment deux circuits de rétroaction positive. Un circuit est l'entrée de l'élément DD1.1 - le condensateur C1 - la sortie de l'élément DD1.2. L'autre depuis l'entrée de l'élément DD1.2 à travers le condensateur C2 jusqu'à la sortie de l'élément DD1.1.

Grâce à ces connexions, le circuit est auto-excité, ce qui conduit à la génération d'impulsions. La période de répétition des impulsions dépend des valeurs nominales des condensateurs dans les circuits de rétroaction, ainsi que de la résistance des résistances R1 et R2.

Sur la figure 1b, le même circuit est dessiné de telle manière qu'il est encore plus similaire à la version multivibrateur classique avec transistors.

Fig. 1 multivibrateur auto-oscillant

Impulsions électriques et leurs caractéristiques

Jusqu'à présent, lorsque nous nous sommes familiarisés avec le microcircuit, nous avions affaire à du courant continu, car les signaux d'entrée au cours des expériences étaient fournis manuellement à l'aide d'un cavalier. En conséquence, une tension constante de niveau bas ou élevé a été obtenue à la sortie du circuit. Un tel signal était de nature aléatoire.

Dans le circuit multivibrateur que nous avons assemblé, la tension de sortie sera pulsée, c'est-à-dire changeant avec une certaine fréquence pas à pas d'un niveau bas à un niveau élevé et vice versa. Un tel signal dans l'ingénierie radio est appelé une séquence d'impulsions ou simplement une séquence d'impulsions. La figure 2 montre quelques variétés d'impulsions électriques et leurs paramètres.

Les sections de la séquence d'impulsions dans lesquelles la tension prend un niveau élevé sont appelées impulsions de haut niveau, et la tension de bas niveau est la pause entre les impulsions de haut niveau. Bien qu'en fait, tout soit relatif: on peut supposer que les impulsions sont faibles, ce qui inclura, par exemple, tout actionneur. Ensuite, une pause entre les impulsions sera considérée comme un niveau élevé.

Figure 2. Séquences d'impulsions.

L'un des cas particuliers de la forme d'impulsion est le méandre. Dans ce cas, la durée d'impulsion est égale à la durée de pause. Pour évaluer le rapport de la durée d'impulsion, utilisez un paramètre appelé rapport cyclique. Le taux de service indique combien de fois la période de répétition des impulsions est plus longue que la durée des impulsions.

Sur la figure 2, la période de répétition des impulsions est indiquée, comme ailleurs, par la lettre T, et la durée des impulsions et le temps de pause sont respectivement ti et tp. Sous la forme d'une formule mathématique, le rapport cyclique sera exprimé comme suit: S = T / ti.

En raison de ce rapport, le rapport cyclique des impulsions «méandre» est égal à deux. Le terme méandre dans ce cas est emprunté à la construction et à l'architecture: c'est l'une des méthodes de maçonnerie, le motif de la maçonnerie ressemble juste à la séquence d'impulsions indiquée. La séquence d'impulsions de méandre est représentée sur la figure 2a.

L'inverse du cycle d'utilisation est appelé facteur de remplissage et est indiqué par la lettre D du cycle d'utilisation anglais. Selon ce qui précède, D = 1 / S.

Connaissant la période de répétition des impulsions, il est possible de déterminer le taux de répétition, qui est calculé par la formule F = 1 / T.

Le début de l'impulsion est appelé le front et la fin, respectivement, le déclin. La figure 2b montre une impulsion positive avec un rapport cyclique de 4. Son front part d'un niveau bas et passe à un niveau haut. Un tel front est appelé positif ou ascendant. En conséquence, le déclin de cette impulsion, comme on peut le voir sur la photo, sera négatif, en baisse.

Pour une impulsion de bas niveau, le front baissera et la récession augmentera. Cette situation est illustrée à la figure 2c.

Après un peu de préparation théorique, vous pouvez commencer à expérimenter. Afin d'assembler le multivibrateur représenté sur la figure 1, il suffit de souder deux condensateurs et deux résistances au microcircuit déjà installé sur la platine. Pour étudier les signaux de sortie, vous pouvez utiliser simplement un voltmètre, de préférence un pointeur, plutôt qu'un numérique. Cela a déjà été mentionné dans la partie précédente de l'article.

Bien sûr, avant d'allumer le circuit assemblé, vous devez vérifier s'il y a des courts-circuits et le bon assemblage conformément au circuit. Avec les valeurs nominales des condensateurs et des résistances indiquées sur le schéma, la tension à la sortie du multivibrateur ne passera de faible à élevée pas plus de trente fois par minute. Ainsi, une aiguille de voltmètre connectée, par exemple, à la sortie du premier élément, oscillera de zéro à près de cinq volts.

La même chose peut être observée si vous connectez un voltmètre à une autre sortie: l'amplitude et la fréquence des écarts de flèche seront les mêmes que dans le premier cas. Ce n'est pas en vain qu'un tel multivibrateur est souvent appelé symétrique.

Si maintenant vous n'êtes pas trop paresseux et connectez un autre condensateur de la même capacité en parallèle avec les condensateurs, alors vous pouvez voir que la flèche a commencé à osciller deux fois plus lentement. La fréquence d'oscillation a diminué de moitié.

Si maintenant, au lieu de condensateurs, comme indiqué dans le diagramme, soudez des condensateurs de capacité inférieure, par exemple 100 microfarads, alors vous pouvez remarquer juste une augmentation de la fréquence. La flèche de l'appareil fluctue beaucoup plus rapidement, mais ses mouvements sont toujours assez visibles.

Et que se passe-t-il si vous modifiez la capacité d'un seul condensateur? Par exemple, laissez l'un des condensateurs d'une capacité de 500 microfarads et remplacez l'autre par 100 microfarads. L'augmentation de la fréquence sera perceptible et, en outre, la flèche de l'appareil indiquera que le rapport temporel des impulsions et des pauses a changé. Bien que dans ce cas, selon le schéma, le multivibrateur est toujours resté symétrique.

Essayons maintenant de réduire la capacité des condensateurs, par exemple 1 ... 5 microfarads. Dans ce cas, le multivibrateur générera une fréquence audio de l'ordre de 500 ... 1000 Hz. La flèche de l'appareil ne pourra pas répondre à une telle fréquence. Ce sera simplement quelque part au milieu de l'échelle, montrant le niveau moyen du signal.

Il n'est tout simplement pas clair ici si les impulsions d'une fréquence suffisamment élevée vont réellement, ou le niveau "gris" à la sortie du microcircuit. Pour distinguer un tel signal, un oscilloscope est nécessaire, ce que tout le monde n'a pas. Par conséquent, afin de vérifier le fonctionnement du circuit, il est possible de connecter les écouteurs via un condensateur de 0,1 μF et d'entendre ce signal.

Vous pouvez essayer de remplacer l'une des résistances par une variable d'environ la même valeur. Puis, lors de sa rotation, la fréquence variera dans certaines limites, ce qui permet de l'affiner. Dans certains cas, cela est nécessaire.

Cependant, contrairement à ce qui a été dit, il arrive que le multivibrateur soit instable ou ne démarre pas du tout. La raison de ce phénomène réside dans le fait que l'entrée émetteur des microcircuits TTL est très critique pour les valeurs des résistances installées dans son circuit. Cette caractéristique de l'entrée d'émetteur est due aux raisons suivantes.

La résistance d'entrée fait partie de l'un des bras du multivibrateur.En raison du courant d'émetteur, une tension est créée sur cette résistance qui ferme le transistor. Si la résistance de cette résistance est de 2 ... 2,5 Kom, la chute de tension à travers elle sera si importante que le transistor cessera simplement de répondre au signal d'entrée.

Si, au contraire, nous prenons la résistance de cette résistance à moins de 500 ... 700 Ohms, le transistor sera ouvert tout le temps et ne sera pas contrôlé par des signaux d'entrée. Par conséquent, ces résistances doivent être sélectionnées en fonction de ces considérations dans la plage de 800 ... 2200 Ohms. C'est le seul moyen d'obtenir le fonctionnement stable du multivibrateur assemblé selon ce schéma.

Néanmoins, un tel multivibrateur est affecté par des facteurs tels que la température, l'instabilité de l'alimentation, et même les variations des paramètres des microcircuits. Les micropuces de différents fabricants diffèrent souvent de manière assez significative. Cela vaut non seulement pour la 155e série, mais aussi pour les autres. Par conséquent, un multivibrateur assemblé selon un tel schéma est pratiquement rarement utilisé.

Multivibrateur à trois éléments

Un circuit multivibrateur plus stable est illustré à la figure 3a. Il se compose de trois éléments logiques, inclus, comme dans le précédent, par des onduleurs. Comme le montre le schéma, dans les circuits émetteurs des éléments logiques mentionnés ci-dessus, les résistances ne le sont pas. La fréquence d'oscillation est spécifiée par une seule chaîne RC.

Figure 3. Multivibrateur sur trois éléments logiques.

Le fonctionnement de cette version du multivibrateur peut également être observé à l'aide d'un dispositif de pointage, mais pour plus de clarté, vous pouvez assembler la cascade d'indicateurs sur la LED sur la même carte. Pour ce faire, vous avez besoin d'un transistor KT315, de deux résistances et d'une LED. Le diagramme indicateur est illustré à la figure 3b. Il peut également être soudé sur une planche à pain avec un multivibrateur.

Après la mise sous tension, le multivibrateur commencera à osciller, comme en témoigne le flash de la LED. Avec les valeurs de la chaîne de synchronisation indiquées sur le diagramme, la fréquence d'oscillation est d'environ 1 Hz. Pour le vérifier, il suffit de calculer le nombre d'oscillations en 1 minute: il devrait y en avoir une soixantaine, ce qui correspond à 1 oscillation par seconde. Par définition, c'est précisément 1 Hz.

Il existe deux façons de modifier la fréquence d'un tel multivibrateur. Tout d'abord, connectez un autre condensateur de même capacité en parallèle au condensateur. Les flashs LED sont devenus environ deux fois moins rares, ce qui indique une diminution de moitié de la fréquence.

Une autre façon de changer la fréquence est de changer la résistance de la résistance. Le moyen le plus simple consiste à installer une résistance variable d'une valeur nominale de 1,5 ... 1,8 Com à sa place. Lorsque cette résistance tourne, la fréquence d'oscillation variera entre 0,5 et 20 Hz. La fréquence maximale est obtenue en position de la résistance variable lorsque les conclusions des microcircuits 1 et 8 sont fermées.

Si vous changez le condensateur, par exemple, avec une capacité de 1 microfarad, puis en utilisant la même résistance variable, il est possible d'ajuster la fréquence à 300 ... 10 000 Hz. Ce sont déjà des fréquences de la gamme sonore, donc l'indicateur brille en continu, il est impossible de dire s'il y a des impulsions ou non. Par conséquent, comme dans le cas précédent, vous devez utiliser les écouteurs connectés à la sortie via le condensateur 0,1 μF. Il est préférable que les écouteurs soient à haute résistance.

Pour considérer le principe de fonctionnement d'un multivibrateur à trois éléments, revenons à son schéma. Après la mise sous tension, les éléments logiques prendront un certain état pas en même temps, que l'on ne peut que supposer. Supposons que DD1.2 soit le premier à être dans un état de haut niveau à la sortie. De sa sortie à travers un condensateur C1 non chargé, une tension de haut niveau est transmise à l'entrée de l'élément DD1.1, qui sera mise à zéro. À l'entrée de l'élément DD1.3 est un niveau élevé, il est donc également mis à zéro.

Mais cet état du dispositif est instable: le condensateur C1 se charge progressivement à travers la sortie de l'élément DD1.3 et la résistance R1, ce qui conduit à une diminution progressive de la tension à l'entrée DD1.1. Lorsque la tension à l'entrée DD1.1 s'approche du seuil, elle passe à l'unité et, par conséquent, l'élément DD1.2 à zéro.

Dans cet état, le condensateur C1 à travers la résistance R1 et la sortie de l'élément DD1.2 (à ce moment la sortie est faible) commence à se recharger à partir de la sortie de l'élément DD1.3. Dès que le condensateur est en charge, la tension à l'entrée de l'élément DD1.1 dépassera le niveau seuil, tous les éléments passeront à des états opposés. Ainsi, à la sortie 8 de l'élément DD1.3, qui est la sortie du multivibrateur, des impulsions électriques se forment. De plus, les impulsions peuvent être supprimées de la broche 6 de DD1.2.

Après avoir compris comment obtenir des impulsions dans un multivibrateur à trois éléments, nous pouvons essayer de créer un circuit à deux éléments, qui est illustré à la figure 4.

Figure 4. Multivibrateur sur deux éléments logiques.

Pour ce faire, la sortie de la résistance R1, directement sur le circuit, suffit à dessouder de la broche 8 et à souder à la broche 1 de l'élément DD1.1. la sortie de l'appareil sera la sortie 6 de l'élément DD1.2. l'élément DD1.3 n'est plus nécessaire et peut être désactivé, par exemple, pour une utilisation dans d'autres circuits.

Le principe de fonctionnement d'un tel générateur d'impulsions diffère peu de ce qui vient d'être considéré. Supposons que la sortie de l'élément DD1.1 soit élevée, alors l'élément DD1.2 est à l'état zéro, ce qui permet au condensateur C1 d'être chargé à travers la résistance et la sortie de l'élément DD1.2. Lorsque le condensateur se charge, la tension à l'entrée de l'élément DD1.1 atteint le seuil, les deux éléments passent à l'état opposé. Cela permettra au condensateur de se recharger à travers le circuit de sortie du deuxième élément, la résistance et le circuit d'entrée du premier élément. Lorsque la tension à l'entrée du premier élément est réduite à un seuil, les deux éléments passent dans l'état opposé.

Comme mentionné ci-dessus, certaines instances de microcircuits dans les circuits de générateur sont instables, ce qui peut dépendre non seulement d'une instance spécifique, mais même du fabricant du microcircuit. Par conséquent, si le générateur ne démarre pas, il est possible de connecter une résistance avec une résistance de 1,2 ... 2,0 Com entre l'entrée du premier élément et la "masse". Il crée une tension d'entrée proche du seuil, ce qui facilite le démarrage et le fonctionnement réel du générateur.

De telles variantes de générateurs en technologie numérique sont très souvent utilisées. Dans les parties suivantes de l'article, des dispositifs relativement simples assemblés sur la base des générateurs considérés seront considérés. Mais d'abord, une autre option d'un multivibrateur doit être envisagée - un seul vibrateur, ou un monovibrateur d'une autre manière. Avec l'histoire de lui, nous commençons la prochaine partie de l'article.

Boris Aladyshkin

Suite de l'article: Puces logiques. Partie 5