Логически чипове. Част 6

Най- предишни части на статията бяха считани за най-простите устройства на логическите елементи 2I-NOT. Това е самоосцилиращ мултивибратор и еднократно. Нека видим какво може да се създаде на тяхна основа.

Всяко от тези устройства може да се използва в различни дизайни като основни осцилатори и импулсни оформящи с необходимата продължителност. Предвид факта, че статията е само за насоки, а не за описание на някаква конкретна сложна схема, ние се ограничаваме до няколко прости устройства, използващи горните схеми.

Прости мултивибраторни вериги

Мултивибраторът е доста универсално устройство, така че използването му е много разнообразно. В четвъртата част на статията е показана мултивибраторна схема, базирана на три логически елемента. За да не търсите тази част, веригата е показана отново на фигура 1.

Честотата на трептенията при стойностите, посочени на диаграмата, ще бъде около 1 Hz. Като допълвате такъв мултивибратор с LED индикатор, можете да получите обикновен генератор на светлинни импулси. Ако транзисторът се вземе достатъчно мощен, например, KT972, е напълно възможно да се направи малка гирлянда за малко коледно дърво. Свързвайки телефонната капсула DEM-4m вместо светодиода, можете да чуете щракване при превключване на мултивибратора. Такова устройство може да се използва като метроном, когато се научи да свири на музикални инструменти.

Фигура 1. Мултивибратор с три елемента.

Въз основа на мултивибратор е много лесно да се направи генератор на аудио честота. За целта е необходимо кондензаторът да е 1 μF и да се използва променливо съпротивление от 1,5 ... 2,2 KΩ като резистор R1. Такъв генератор, разбира се, няма да блокира целия звуков диапазон, но в определени граници честотата на трептенията може да бъде променена. Ако имате нужда от генератор с по-широк честотен диапазон, това може да стане чрез промяна на капацитета на кондензатора с помощта на превключвател.

Прекъсващ звуков генератор

Като пример за използване на мултивибратор можем да си припомним схема, която излъчва прекъсващ звуков сигнал. За да го създадете, ще са необходими два мултивибратора. В тази схема мултивибратори на два логически елемента, което ви позволява да сглобите такъв генератор само на един чип. Неговата схема е показана на фигура 2.

Фигура 2. Прекъсващ генератор на звуков сигнал.

Генераторът на елементите DD1.3 и DD1.4 генерира звукови честотни трептения, които се възпроизвеждат от телефонната капсула DEM-4m. Вместо това можете да използвате всеки с устойчивост на намотка от около 600 ома. С оценките C2 и R2, посочени на диаграмата, честотата на звуковите вибрации е около 1000 Hz. Но звукът ще бъде чут само в момента, когато на изхода 6 на мултивибратора върху елементите DD1.1 и DD1.2 ще има високо ниво, което ще позволи на мултивибратора да работи върху елементите DD1.3, DD1.4. В случай, че изходът на първия мултивибратор с ниско ниво на втория мултивибратор е спрян, в телефонната капсула няма звук.

За да проверите работата на звуковия генератор, десетият изход на елемента DD1.3 може да бъде изключен от изхода 6 на DD1.2. В този случай трябва да звучи непрекъснат звуков сигнал (не забравяйте, че ако входът на логическия елемент не е свързан никъде, тогава неговото състояние се счита за високо ниво).

Ако десетият щифт е свързан към обикновен проводник, например жичен джъмпер, тогава звукът в телефона ще спре. (Същото може да се направи и без да се прекъсне връзката на десетия изход). Този опит предполага, че звуковият сигнал се чува само когато изходът 6 на елемента DD1.2 е висок. По този начин първият мултивибратор часовници вторият. Подобна схема може да се приложи, например, в устройства за аларма.

Като цяло, жичен джъмпер, свързан с общ проводник, се използва широко при проучването и ремонта на цифрови схеми като сигнал на ниско ниво. Можем да кажем, че това е класика от жанра. Страховете от използването на такъв метод на "изгаряне" са напълно напразни. Нещо повече, не само входовете, но и изходите на цифрови микросхеми от всяка серия могат да бъдат "засадени" на "земята". Това е еквивалентно на транзистор с отворен изход или логическо нулево ниво, ниско ниво.

За разлика от току-що казаното, ПЪЛНО НЕВЪЗМОЖНО ДА СВЪРЗВАТ МИКРОКРУГИТЕ КЪМ КРУГА + 5V: ако в този момент изходният транзистор е отворен (цялото напрежение на захранването ще бъде приложено към секцията колектор - емитер на отворения изходен транзистор), микросхемата ще се провали. Имайки предвид, че всички цифрови схеми не стоят неподвижно, но правят нещо през цялото време, работят в импулсен режим, изходният транзистор няма да се налага да се отваря за дълго време.

Сонда за ремонт на радиооборудване

Използвайки логическите елементи 2I-NOT можете да създадете прост генератор за настройка и ремонт на радиостанции. На изхода си е възможно да се получат трептения на звуковата честота (RF) и радиочестотните (RF) трептения, модулирани от RF. Схема на генератора е показана на фигура 3.

Фигура 3. Генератор за проверка на приемници.

Върху елементите DD1.3 и DD1.4 се сглобява вече познат ни мултивибратор. С негова помощ се генерират вибрации на звуковата честота, които се използват чрез инвертора DD2.2 и кондензатора C5 през конектор XA1 за тестване на нискочестотния усилвател.

Високочестотният генератор на трептения е направен върху елементите DD1.1 и DD1.2. Това също е познат мултивибратор, само тук се появи нов елемент - индуктор L1, свързани последователно с кондензатори C1 и C2. честотата на този генератор се определя главно от параметрите на намотката L1 и може да се регулира в малка степен чрез кондензатор С1.

Върху елемента DD2.1 е монтиран радиочестотен миксер, който се подава към вход 1 и към вход 2 се прилага честотата на аудио диапазона. Тук звуковата честота блокира радиочестотата по същия начин, както в схемата на прекъсващия звуков сигнал на фигура 2: радиочестотното напрежение в клема 3 на елемента DD2.1 се появява в момента, в който изходното ниво 11 на елемента DD1.4 е високо.

За получаване на радиочестота в диапазона от 3 ... 7 MHz, намотката L1 може да бъде навита върху рамка с диаметър 8 mm. Вътре в бобината поставете парче от пръта от магнитна антена, направена от феритен клас F600NM. Бобина L1 съдържа 50 ... 60 оборота на тел PEV-2 0,2 ​​... 0,3 mm. Дизайнът на сондата е произволен.

По-добре е да използвате сонда генератор за захранване стабилизиран източник на напрежениено можеш галванична батерия.

Еднократно приложение на вибратор

Като най-простото приложение на единичен вибратор може да се нарече устройство за светлинна сигнализация. На негова основа можете да създадете мишена за стрелба на тенис топки. Схемата на устройството за светлинна сигнализация е показана на фигура 4.

Фигура 4. Устройство за светлинна сигнализация.

Самата цел може да бъде доста голяма (картон или шперплат), а нейната „ябълка“ е метална плоча с диаметър около 80 мм. На схемата това е контакт SF1. При удара в центъра на целта контактите се затварят много за кратко, така че мигането на крушката може да не се забележи. За да се предотврати подобна ситуация, в този случай се използва еднократна стрелба: от къс пусков пулс крушката изгасва поне за секунда. В този случай пулсовият импулс е удължен.

Ако искате лампата да не изгасне, когато удари, а по-скоро да мига, трябва да използвате транзистор KT814 в индикаторната верига, като смените изходите на колектора и излъчвателя. С тази връзка можете да пропуснете резистора в основната верига на транзистора.

Като генератор с единичен импулс, еднократен изстрел често се използва при ремонта на цифрови технологии за тестване на работата както на отделни микросхеми, така и на цели каскади.Това ще бъде обсъдено по-късно. Също така, нито един превключвател, или както се нарича, аналогов измервател на честотата, не може да направи без един вибратор.

Прост честотен уред

Върху четирите логически елемента на чипа K155LA3 можете да сглобите обикновен честотен измервател, който ви позволява да измервате сигнали с честота от 20 ... 20 000 Hz. За да може да се измери честотата на сигнал от всякаква форма, например синусоида, той трябва да бъде преобразуван в правоъгълни импулси. Обикновено тази трансформация се извършва с помощта на тригер на Schmitt. Ако мога да кажа така, той превръща „импулсите“ на синусоидата с нежни фронтове в правоъгълници със стръмни фронтове и склонове. Спусъкът на Schmitt има праг на спусъка. Ако входният сигнал е под този праг, на изхода на спусъка няма да има импулсна последователност.

Запознаването с работата на спусъка на Шмит може да започне с обикновен експеримент. Схемата на нейното държане е показана на фигура 5.

Фигура 5. Тригер на Шмит и графики на неговата работа.

За симулиране на входния синусоидален сигнал се използват галванични батерии GB1 и GB2: придвижването на плъзгача на променливия резистор R1 до горната позиция във веригата симулира положителна полувълна на синусоида и се движи надолу отрицателно.

Експериментът трябва да започне с факта, че чрез завъртане на двигателя на променливия резистор R1, задайте нулево напрежение върху него, като го управлявате естествено с волтметър. В това положение изходът на елемента DD1.1 е едно състояние, високо ниво, а изходът на елемента DD1.2 е логическа нула. Това е първоначалното състояние при липса на сигнал.

Свържете волтметър към изхода на DD1.2 елемента. Както беше написано по-горе, на изхода ще видим ниско ниво. Ако сега е достатъчно бавно да завъртите плъзгача на променливия резистор докрай нагоре според схемата, а след това надолу до стоп и обратно на изхода DD1.2, устройството ще покаже преминаването на елемента от ниско към високо ниво и обратно. С други думи, изходът DD1.2 съдържа правоъгълни импулси с положителна полярност.

Работата на такъв тригер на Schmitt е илюстрирана от графиката на фигура 5b. Синусоидалната вълна на входа на тригер на Шмит се получава чрез завъртане на променлив резистор. Амплитудата му е до 3V.

Докато напрежението на положителната полувълна не надвишава прага (Upor1), на изхода на устройството се съхранява логическа нула (първоначално състояние). Когато входното напрежение се увеличава чрез завъртане на променливия резистор във време t1, входното напрежение достига праговото напрежение (около 1,7 V).

И двата елемента ще преминат в противоположно първоначално състояние: на изхода на устройството (елемент DD1.2) ще има напрежение на високо ниво. По-нататъшното увеличение на входното напрежение, до стойността на амплитудата (3V), не води до промяна в изходното състояние на устройството.

Сега нека завъртим променливия резистор в обратна посока. Устройството ще премине в първоначално състояние, когато входното напрежение падне до второто, по-ниско, прагово напрежение Upor2, както е показано на графиката. Така изходът на устройството отново се задава на логическа нула.

Отличителна черта на спусъка на Schmitt е наличието на тези две прагови нива. Те предизвикаха хистерезиса на спусъка на Шмит. Ширината на контура на хистерезис се задава чрез избора на резистор R3, макар и не в много големи граници.

По-нататъшното въртене на променливия резистор надолу по веригата образува отрицателна полувълна от синусоида на входа на устройството. Въпреки това, входните диоди, инсталирани вътре в чипа, просто късат отрицателната полувълна на входния сигнал към общ проводник. Следователно отрицателният сигнал не влияе върху работата на устройството.

Фигура 6. Верига на честотния измервател.

Фигура 6 показва диаграма на обикновен честотен измервател, направен само на един чип K155LA3. Върху елементите DD1.1 и DD1.2 се сглобява спусък на Schmitt, с устройството и работата с който току-що се срещнахме. Останалите два елемента на микросхемата се използват за конструиране на измервателния импулсен оформящ.Факт е, че продължителността на правоъгълните импулси на изхода на тригера на Шмит зависи от честотата на измерения сигнал. В тази форма ще се измерва всичко, но не и честотата.

Към спусъка на Шмит, който вече знаехме, бяха добавени още няколко елемента. На входа се монтира кондензатор С1. Неговата задача е да пропусне трептенията на звуковата честота на входа на честотния измервател, тъй като честотният измервател е проектиран да работи в този диапазон и да блокира преминаването на постоянния компонент на сигнала.

Диодът VD1 е проектиран да ограничи нивото на положителната полувълна до нивото на напрежението на източника на захранване, а VD2 прекъсва отрицателните полувълни на входния сигнал. По принцип вътрешният защитен диод на микросхемата може доста да се справи с тази задача, така че VD2 не може да бъде инсталиран. Следователно входното напрежение на такъв честотен метър е в рамките на 3 ... 8 V. За да се увеличи чувствителността на устройството, на входа може да се монтира усилвател.

Импулсите с положителна полярност, генерирани от входния сигнал от спусък на Schmitt, се подават към входа на измервателния импулсен оформящ елемент, направен върху елементите DD1.3 и DD1.4.

Когато на входа на елемента DD1.3 се появи ниско напрежение, то ще премине към единство. Следователно, чрез него и резистора R4 ще бъде зареден един от кондензаторите C2 ... C4. В този случай напрежението на долния вход на DD1.4 елемента ще се увеличи и в крайна сметка ще достигне високо ниво. Но, въпреки това, елементът DD1.4 остава в състояние на логическа единица, тъй като все още има логическа нула от изхода на тригера на Schmitt на горния му вход (DD1.2 изход 6). Следователно през измервателното устройство PA1 протича много незначителен ток, стрелката на устройството практически не се отклонява.

Появата на логическа единица на изхода на спусъка на Schmitt ще превключи елемента DD1.4 в състояние на логическа нула. Следователно ток, ограничен от съпротивлението на резистори R5 ... R7, преминава през указателното устройство PA1.

Същият блок на изхода на спусъка на Schmitt ще превключи DD1.3 елемента в нулево състояние. В този случай кондензаторът на оформянето започва да се разтоварва. Намаляването на напрежението върху него ще доведе до факта, че елементът DD1.4 отново е настроен в състояние на логическа единица, като по този начин прекратява образуването на импулс с ниско ниво. Положението на измервателния импулс спрямо измерения сигнал е показано на фигура 5d.

За всяка граница на измерване продължителността на измервателния импулс е постоянна в целия диапазон, следователно ъгълът на отклонение на стрелката на микроамперметъра зависи само от скоростта на повторение на този измервателен импулс.

За различните честоти продължителността на измервателния импулс е различна. За по-високи честоти измервателният импулс трябва да бъде кратък, а за ниските честоти - малко голям. Следователно, за да се осигурят измервания в целия диапазон на звуковите честоти, се използват три кондензатора за настройка на времето C2 ... C4. С кондензатор от 0,2 μF се измерват честоти от 20 ... 200 Hz, 0,02 μF - 200 ... 2000 Hz и с капацитет 2000 pF 2 ... 20 KHz.

Калибрирането на честотния уред се извършва най-лесно с помощта на звуков генератор, като се започне от най-ниския честотен обхват. За целта приложете сигнал с честота 20 Hz към входа и маркирайте позицията на стрелката на скалата.

След това подайте сигнал с честота 200 Hz и завъртете резистора R5, за да настроите стрелката до последното деление на скалата. Когато доставяте честоти от 30, 40, 50 ... 190 Hz, маркирайте позицията на стрелката на скалата. По същия начин настройката се извършва в останалите диапазони. Възможно е да е необходим по-точен подбор на кондензатори C3 и C4, така че началото на скалата да съвпада с маркировката 200 Hz в първия диапазон.

По описанията на тези прости конструкции, нека довърша тази част от статията. В следващата част ще говорим за тригери и броячи въз основа на тях. Без това историята за логическите схеми би била непълна.

Борис Aladyshkin

Продължение на статията: Логически чипове. Част 7. Тригери. RS - спусък

Електронна книга -Ръководство за начинаещи за AVR микроконтролери