Loģikas mikroshēmas. 6. daļa

Iekšā iepriekšējās raksta daļas tika uzskatītas par vienkāršākajām loģisko elementu ierīcēm 2I-NOT. Šis ir pašmainošs multivibrators un viena kadra. Redzēsim, ko var izveidot uz viņu pamata.

Katru no šīm ierīcēm var izmantot dažādos dizainos kā galvenā ilguma oscilatorus un vajadzīgā ilguma impulsu veidotājus. Ņemot vērā faktu, ka raksts ir paredzēts tikai orientējošai informācijai, nevis noteiktas specifiskas sarežģītas shēmas aprakstam, mēs aprobežojamies ar dažām vienkāršām ierīcēm, izmantojot iepriekš minētās shēmas.

Vienkāršas multivibratora shēmas

Multivibrators ir diezgan universāla ierīce, tāpēc tā izmantošana ir ļoti daudzveidīga. Raksta ceturtajā daļā tika parādīta multivibratora shēma, kuras pamatā ir trīs loģiski elementi. Lai nemeklētu šo daļu, ķēde atkal ir parādīta 1. attēlā.

Svārstību frekvence diagrammā norādītajos parametros būs aptuveni 1 Hz. Papildinot šādu multivibratoru ar LED indikatoru, jūs varat iegūt vienkāršu gaismas impulsu ģeneratoru. Ja tranzistors tiek ņemts pietiekami jaudīgs, piemēram, KT972, ir diezgan iespējams izgatavot nelielu vītni mazai Ziemassvētku eglītei. Pieslēdzot DEM-4m telefona kapsulu, nevis gaismas diodi, mainot multivibratoru, var dzirdēt klikšķus. Šādu ierīci var izmantot kā metronomu, mācoties spēlēt mūzikas instrumentus.

1. attēls. Multivibrators ar trim elementiem.

Balstoties uz multivibratoru, ir ļoti vienkārši izgatavot audio frekvences ģeneratoru. Lai to izdarītu, kondensatoram jābūt 1 μF un kā rezistoru R1 jāizmanto mainīga pretestība 1,5 ... 2,2 KΩ. Šāds ģenerators, protams, nebloķēs visu skaņas diapazonu, taču noteiktos ierobežojumos svārstību frekvenci var mainīt. Ja jums ir nepieciešams ģenerators ar plašāku frekvenču diapazonu, to var izdarīt, mainot kondensatora jaudu, izmantojot slēdzi.

Intermitējošs skaņas ģenerators

Kā multivibratora izmantošanas piemēru mēs varam atsaukties uz ķēdi, kas izstaro periodisku skaņas signālu. Lai to izveidotu, jums būs nepieciešami jau divi multivibratori. Šajā shēmā multivibratori uz diviem loģiskiem elementiem, kas ļauj šādu ģeneratoru salikt tikai vienā mikroshēmā. Tās shēma ir parādīta 2. attēlā.

2. attēls. Starpperiodu pīkstienu ģenerators.

Elementu DD1.3 un DD1.4 ģenerators ģenerē skaņas frekvences svārstības, kuras atkārto DEM-4m telefona kapsula. Tā vietā jūs varat izmantot jebkuru, kura tinuma pretestība ir aptuveni 600 omi. Ar vērtībām C2 un R2, kas norādītas diagrammā, skaņas vibrāciju frekvence ir aptuveni 1000 Hz. Bet skaņa tiks dzirdama tikai tajā laikā, kad pie elementu DD1.1 un DD1.2 multivibratora izejas 6 būs augsts līmenis, kas multivibratoram ļaus strādāt ar elementiem DD1.3, DD1.4. Ja tiek apturēta otrā multivibratora pirmā līmeņa multivibratora zemā līmeņa izvade, telefona kapsulā nav skaņas.

Lai pārbaudītu skaņas ģeneratora darbību, DD1.3 elementa 10. izeju var atvienot no DD1.2 6. izejas. Šajā gadījumā vajadzētu atskanēt nepārtrauktam skaņas signālam (neaizmirstiet, ka, ja loģiskā elementa ieeja nekur nav savienota, tad tā stāvoklis tiek uzskatīts par augstu līmeni).

Ja 10. tapa ir savienota ar kopēju vadu, piemēram, stieples džemperi, tad tālruņa skaņa apstāsies. (To pašu var izdarīt, nepārtraucot desmitās izejas savienojumu). Šī pieredze liek domāt, ka skaņas signāls tiek dzirdams tikai tad, ja DD1.2 elementa izeja 6 ir augsta. Tādējādi pirmais multivibrators ieskauj otro. Līdzīgu shēmu var izmantot, piemēram, trauksmes ierīcēs.

Parasti stieples džemperis, kas savienots ar kopēju vadu, tiek plaši izmantots digitālo shēmu izpētē un remontā kā zema līmeņa signāls. Mēs varam teikt, ka šī ir žanra klasika. Bailes no šādas “dedzināšanas” metodes izmantošanas ir pilnīgi veltīgas. Turklāt ne tikai jebkuras sērijas digitālo mikroshēmu ieejas, bet arī izejas var “iestādīt” uz zemes. Tas ir līdzvērtīgs atvērtā izejas tranzistora vai loģikas nulles līmenim, zemam līmenim.

Pretstatā tikko sacītajam, PILNĪGI NAV IESPĒJAMS MIKROCIRKUS SAISTĪT AR + 5 V CIRTU: ja izejas tranzistors šajā laikā ir atvērts (viss barošanas spriegums tiks pielikts atvērtā izejas tranzistora kolektora - emitētāja sekcijai), mikroshēma neizdosies. Ņemot vērā, ka visas digitālās shēmas nestāv uz vietas, bet visu laiku kaut ko dara, strādā impulsa režīmā, izejas tranzistoram ilgu laiku nevajadzēs atvērties.

Zonde radioiekārtu remontam

Izmantojot loģiskos elementus 2I-NOT, jūs varat izveidot vienkāršu ģeneratoru radio noregulēšanai un labošanai. Pēc tā izvades ir iespējams iegūt skaņas frekvences (RF) svārstības un RF modulētās radiofrekvences (RF) svārstības. Ģeneratora ķēde ir parādīta 3. attēlā.

3. attēls. Ģenerators uztvērēju pārbaudei.

Uz elementiem DD1.3 un DD1.4 ir samontēts mums jau pazīstamais multivibrators. Ar tās palīdzību tiek ģenerētas skaņas frekvences vibrācijas, kuras tiek izmantotas caur invertoru DD2.2 un kondensatoru C5 caur savienotāju XA1, lai pārbaudītu zemfrekvences pastiprinātāju.

Augstas frekvences svārstību ģenerators ir izgatavots uz elementiem DD1.1 un DD1.2. Šis ir arī pazīstams multivibrators, tikai šeit parādījās jauns elements - induktors L1 virknē savienots ar kondensatoriem C1 un C2. šī ģeneratora frekvenci galvenokārt nosaka spoles L1 parametri, un to var nedaudz pielāgot ar kondensatoru C1.

Uz elementa DD2.1 ir samontēts radiofrekvenču maisītājs, kas tiek padots 1. ieejai un 2. ieejai, tiek piemērota audio diapazona frekvence. Šeit skaņas frekvence noskaņo radiofrekvenci tieši tādā pašā veidā kā pārtrauktajā skaņas signāla shēmā 2. attēlā: radio frekvences spriegums DD2.1 elementa 3. spailē parādās brīdī, kad ir augsts DD1.4 elementa izejas līmenis 11.

Lai iegūtu radio frekvenci diapazonā no 3 līdz 7 MHz, L1 spoli var satīt uz rāmja ar diametru 8 mm. Spoles iekšpusē ievietojiet stieņa gabalu no magnētiskās antenas, kas izgatavota no F600NM ferīta kategorijas. Spole L1 satur 50 ... 60 stieples PEV-2 apgriezienus 0,2 ... 0,3 mm. Zondes dizains ir patvaļīgs.

Strāvas padevei labāk ir izmantot zondes ģeneratoru stabilizēts sprieguma avotsbet jūs varat galvaniskais akumulators.

Viena vibratora lietošana

Kā vienkāršāko viena vibratora pielietojumu var saukt gaismas signālierīci. Uz tā pamata jūs varat izveidot mērķi tenisa bumbiņu šaušanai. Gaismas signālierīces shēma ir parādīta 4. attēlā.

4. attēls. Gaismas signālierīce.

Pats mērķis var būt diezgan liels (kartons vai saplāksnis), un tā “ābols” ir metāla plāksne ar apmēram 80 mm diametru. Ķēdes shēmā tas ir kontakts SF1. Nokļūstot mērķa centrā, kontakti ļoti īsi aizveras, tāpēc spuldzes mirgošanu var nepamanīt. Lai novērstu šādu situāciju, šajā gadījumā tiek izmantots viens šāviens: no īsa sākuma impulsa spuldze vismaz sekundi izdziest. Šajā gadījumā sprūda impulss ir pagarināts.

Ja vēlaties, lai lampa neizdzistu, kad tā atsitās, bet drīzāk mirgo, indikatora ķēdē ir jāizmanto KT814 tranzistors, apmainot kolektora un emitētāja izejas. Izmantojot šo savienojumu, tranzistora bāzes ķēdē var izlaist rezistoru.

Kā viena impulsa ģenerators vienreizēju kadru bieži izmanto digitālo tehnoloģiju remontā, lai pārbaudītu gan atsevišķu mikroshēmu, gan visu kaskāžu veiktspēju.Tas tiks apspriests vēlāk. Arī ne viens slēdzis vai kā to sauc par analogo frekvences mērītāju var iztikt bez viena vibratora.

Vienkāršs frekvences mērītājs

Četros K155LA3 mikroshēmas loģiskajos elementos var salikt vienkāršu frekvences mērītāju, kas ļauj izmērīt signālus ar frekvenci 20 ... 20 000 Hz. Lai varētu izmērīt jebkuras formas signāla, piemēram, sinusoīda, frekvenci, tas jāpārvērš taisnstūrveida impulsos. Parasti šī transformācija tiek veikta, izmantojot Schmitt sprūdu. Ja es tā teikšu, tas sinusoidālo viļņu “impulsus” ar maigām frontēm pārvērš taisnstūros ar stāvām frontēm un slīpumiem. Šmita sprūdam ir sprūda slieksnis. Ja ieejas signāls ir zem šī sliekšņa, sprūda izejā impulsu secība nebūs.

Iepazīšanās ar Šmita sprūda darbu var sākties ar vienkāršu eksperimentu. Saimniecības shēma parādīta 5. attēlā.

5. attēls. Šmita sprūda un viņa darba grafiki.

Lai modelētu ieejas sinusoidālo signālu, tiek izmantotas galvaniskās baterijas GB1 un GB2: mainīgā rezistora R1 slīdņa pārvietošana uz augšējo pozīciju ķēdē imitē sinusoidālā viļņa pozitīvo pusviļņu, bet negatīvā virzību uz leju.

Eksperiments jāsāk ar faktu, ka, pagriežot mainīgā rezistora R1 motoru, iestatiet tam nulles spriegumu, dabiski kontrolējot to ar voltmetru. Šajā pozīcijā elementa DD1.1 izeja ir vienota stāvokļa, augsta līmeņa, un elementa DD1.2 izeja ir loģiska nulle. Šis ir sākotnējais stāvoklis, ja nav signāla.

Pievienojiet voltmetru pie DD1.2 elementa izejas. Kā tika rakstīts iepriekš, pie izejas mēs redzēsim zemu līmeni. Ja tagad pietiek ar to, lai mainīgā rezistora slīdnis tiktu lēnām pagriezts uz augšu saskaņā ar shēmu, un pēc tam visu leju līdz pieturai un atpakaļ pie izejas DD1.2, ierīce parādīs elementa pārslēgšanos no zema uz augstu līmeni un otrādi. Citiem vārdiem sakot, izeja DD1.2 satur taisnstūra impulsus ar pozitīvu polaritāti.

Šāda Šmita sprūda darbība ir parādīta diagrammā 5.b attēlā. Sinusoidālo vilni pie Šmita sprūda ieejas iegūst, pagriežot mainīgu rezistoru. Tās amplitūda ir līdz 3V.

Kamēr pozitīvā pusviļņa spriegums nepārsniedz slieksni (Uпор1), ierīces izejā tiek saglabāta loģiskā nulle (sākotnējais stāvoklis). Kad ieejas spriegums palielinās, pagriežot mainīgo rezistoru laikā t1, ieejas spriegums sasniedz sliekšņa spriegumu (apmēram 1,7 V).

Abi elementi pārslēgsies pretējā sākotnējā stāvoklī: ierīces izejā (elements DD1.2) būs augsta līmeņa spriegums. Turpmāks ieejas sprieguma pieaugums līdz amplitūdas vērtībai (3V) neizraisa ierīces izejas stāvokļa izmaiņas.

Tagad pagriezīsim mainīgo rezistoru pretējā virzienā. Ierīce pārslēgsies sākotnējā stāvoklī, kad ieejas spriegums samazinās līdz otrajam, zemākajam, sliekšņa spriegumam Uпор2, kā parādīts diagrammā. Tādējādi ierīces izvade atkal tiek iestatīta uz loģisko nulli.

Šmita sprūda atšķirīga iezīme ir šo divu sliekšņa līmeņu klātbūtne. Viņi izraisīja Šmita sprūda histerēzi. Hysterēzes cilpas platumu nosaka, izvēloties rezistoru R3, lai arī tas nav ļoti lielās robežās.

Turpmāka mainīgā rezistora rotācija lejā pa ķēdi veido negatīvu sinusoidālo viļņu pie ierīces ieejas. Tomēr mikroshēmas iekšpusē uzstādītās ievades diodes vienkārši ievada ieejas signāla negatīvo pusviļņu uz kopēju vadu. Tāpēc negatīvais signāls neietekmē ierīces darbību.

6. attēls. Frekvences mērītāja shēma.

6. attēlā parādīta vienkārša frekvences mērītāja diagramma, kas izgatavota tikai uz vienas K155LA3 mikroshēmas. Uz elementiem DD1.1 un DD1.2 ir samontēts Schmitt sprūda, ar ierīci un kuru darbību mēs tikko satikām. Atlikušos divus mikroshēmas elementus izmanto, lai izveidotu mērīšanas impulsa veidotāju.Fakts ir tāds, ka taisnstūra impulsu ilgums pie Šmita sprūda izejas ir atkarīgs no izmērītā signāla frekvences. Šajā formā tiks izmērīts jebkas, bet ne frekvence.

Šmita sprūdam, kuru mēs jau zinājām, tika pievienoti vēl daži elementi. Pie ieejas ir uzstādīts kondensators C1. Tās uzdevums ir izlaist skaņas frekvences svārstības frekvences mērītāja ieejā, jo frekvences mērītājs ir paredzēts darbībai šajā diapazonā, kā arī bloķēt signāla nemainīgās sastāvdaļas pāreju.

Diode VD1 ir paredzēta, lai ierobežotu pozitīvā pusviļņa līmeni līdz enerģijas avota sprieguma līmenim, un VD2 sagriež ieejas signāla negatīvos pusviļņus. Principā mikroshēmas iekšējā aizsargājošā diode var diezgan tikt galā ar šo uzdevumu, tāpēc VD2 nevar uzstādīt. Tāpēc šāda frekvences mērītāja ieejas spriegums ir 3 ... 8 V. Lai palielinātu ierīces jutīgumu, pie ieejas var uzstādīt pastiprinātāju.

Pozitīvas polaritātes impulsus, ko no ieejas signāla rada Šmita sprūda, padod uz mērīšanas impulsa veidotāja ieeju, kas veikts uz elementiem DD1.3 un DD1.4.

Kad elementa DD1.3 ieejā parādās zemspriegums, tas pārslēgsies uz vienotību. Tāpēc caur to un rezistoru R4 tiks uzlādēts viens no kondensatoriem C2 ... C4. Šajā gadījumā spriegums DD1.4 elementa apakšējā ieejā palielināsies un galu galā sasniegs augstu līmeni. Bet, neskatoties uz to, elements DD1.4 paliek loģiskas vienības stāvoklī, jo augšējā ieejā joprojām ir loģiska nulle no Schmitt sprūda izejas (DD1.2 6. izvade). Tāpēc caur mērīšanas ierīci PA1 plūst ļoti nenozīmīga strāva, ierīces bultiņa praktiski nenovirzās.

Loģiskas vienības parādīšanās Schmitt sprūda izejā mainīs elementu DD1.4 uz loģiskās nulles stāvokli. Tāpēc caur rādītāja ierīci PA1 plūst strāva, ko ierobežo rezistoru R5 ... R7 pretestība.

Tā pati vienība Schmitt sprūda izejā pārslēgs DD1.3 elementu uz nulles stāvokli. Šajā gadījumā formētāja kondensators sāk izlādēties. Samazinot spriegumu uz tā, novedīs pie tā, ka elements DD1.4 atkal tiek iestatīts uz loģiskas vienības stāvokli, tādējādi izbeidzot zema līmeņa impulsa veidošanos. Mērīšanas impulsa novietojums attiecībā pret izmērīto signālu ir parādīts 5.d attēlā.

Katrai mērīšanas robežai mērīšanas impulsa ilgums ir nemainīgs visā diapazonā, tāpēc mikrouzmērītāja bultiņas novirzes leņķis ir atkarīgs tikai no paša šī mērīšanas impulsa atkārtošanās ātruma.

Dažādām frekvencēm mērīšanas impulsa ilgums ir atšķirīgs. Augstākām frekvencēm mērīšanas impulsam jābūt īsam, bet zemām - nedaudz lielam. Tāpēc, lai nodrošinātu mērījumus visā skaņas frekvenču diapazonā, tiek izmantoti trīs laika iestatīšanas kondensatori C2 ... C4. Ar kondensatora ietilpību 0,2 μF mēra frekvences 20 ... 200 Hz, 0,02 μF - 200 ... 2000 Hz, un ar kapacitāti 2000 pF 2 ... 20 KHz.

Frekvences mērītāja kalibrēšanu visvieglāk var veikt, izmantojot skaņas ģeneratoru, sākot ar zemāko frekvences diapazonu. Lai to izdarītu, ievadiet signālu ar frekvenci 20 Hz un iezīmējiet bultiņas stāvokli uz skalas.

Pēc tam pielieciet signālu ar frekvenci 200 Hz un pagrieziet rezistoru R5, lai iestatītu bultiņu uz pēdējo skalas dalījumu. Sniedzot frekvences 30, 40, 50 ... 190 Hz, uz skalas atzīmējiet bultiņas stāvokli. Tāpat noskaņošanu veic atlikušajos diapazonos. Iespējams, ka būs nepieciešama precīzāka kondensatoru C3 un C4 atlase, lai skalas sākums sakristu ar 200 Hz atzīmi pirmajā diapazonā.

Par šo vienkāršo konstrukciju aprakstiem ļaujiet man pabeigt šo raksta daļu. Nākamajā daļā mēs runāsim par sprūžiem un skaitītājiem, pamatojoties uz tiem. Bez tā stāsts par loģikas ķēdēm būtu nepilnīgs.

Boriss Aladyshkin

Raksta turpinājums: Loģikas mikroshēmas. 7. daļa. Aktivizētāji. RS - sprūda

E-grāmata -Iesācēja rokasgrāmata AVR mikrokontrolleriem