ชิปลอจิก ส่วนที่ 4

หลังจากประชุมกันแล้ว ส่วนก่อนหน้าของบทความ ด้วยชิป K155LA3 เราลองมาดูตัวอย่างของการใช้งานจริง

ดูเหมือนว่าสิ่งที่สามารถทำได้จากชิปตัวเดียว? แน่นอนว่าไม่มีอะไรโดดเด่น อย่างไรก็ตามคุณควรพยายามรวบรวมโหนดที่ใช้งานได้บางอย่าง สิ่งนี้จะช่วยให้เข้าใจหลักการของการทำงานและการตั้งค่า หนึ่งในโหนดเหล่านี้มักใช้ในทางปฏิบัติบ่อยครั้งคือเครื่องปรับคลื่นความถี่อัตโนมัติแบบสั่นตัวเอง

วงจรมัลติไวเบรเตอร์แสดงในรูปที่ 1a วงจรนี้มีลักษณะคล้ายกับวงจรมัลติไวเบรเตอร์แบบดั้งเดิมที่มีทรานซิสเตอร์ เฉพาะที่นี่เนื่องจากมีการใช้องค์ประกอบที่ใช้งานอยู่ องค์ประกอบตรรกะ ไมโครชิพรวมอยู่ด้วยอินเวอร์เตอร์ สำหรับสิ่งนี้หมุดอินพุตของ microcircuit เชื่อมต่อกัน ตัวเก็บประจุ C1 และ C2 สร้างวงจรตอบรับเชิงบวกสองวงจร วงจรหนึ่งคืออินพุตขององค์ประกอบ DD1.1 - ตัวเก็บประจุ C1 - เอาท์พุทขององค์ประกอบ DD1.2 ส่วนอื่น ๆ จากอินพุตขององค์ประกอบ DD1.2 ผ่านตัวเก็บประจุ C2 ไปยังเอาต์พุตขององค์ประกอบ DD1.1

ต้องขอบคุณการเชื่อมต่อเหล่านี้ทำให้วงจรมีความตื่นเต้นในตัวเองซึ่งนำไปสู่การสร้างพัลส์ ระยะเวลาการทำซ้ำของชีพจรขึ้นอยู่กับการจัดอันดับของตัวเก็บประจุในวงจรป้อนกลับรวมถึงความต้านทานของตัวต้านทาน R1 และ R2

ในรูปที่ 1b วงจรเดียวกันจะถูกวาดในลักษณะที่คล้ายกับรุ่นมัลติไวเบรเตอร์ที่มีทรานซิสเตอร์

มะเดื่อ 1 มัลติไวเบรเตอร์

แรงกระตุ้นไฟฟ้าและคุณลักษณะ

จนถึงตอนนี้เมื่อเราคุ้นเคยกับ microcircuit เรากำลังติดต่อกับกระแสตรงเนื่องจากสัญญาณอินพุตในระหว่างการทดลองถูกจัดทำขึ้นด้วยตนเองโดยใช้จัมเปอร์ลวด เป็นผลให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ระดับต่ำหรือสูงได้ที่เอาท์พุทของวงจร สัญญาณดังกล่าวเป็นการสุ่มในธรรมชาติ

ในวงจรมัลติไวเบรเตอร์ที่เราได้ประกอบแรงดันเอาท์พุทจะถูกพัลส์นั่นคือเปลี่ยนด้วยความถี่ทีละขั้นตอนจากระดับต่ำเป็นสูงและในทางกลับกัน สัญญาณในวิศวกรรมคลื่นวิทยุนั้นเรียกว่าลำดับชีพจรหรือเป็นลำดับของพัลส์ รูปที่ 2 แสดงพัลส์ไฟฟ้าและตัวแปรต่างๆ

ชิ้นส่วนของลำดับพัลส์ซึ่งแรงดันไฟฟ้าใช้ระดับสูงเรียกว่าพัลส์ระดับสูงและแรงดันไฟฟ้าระดับต่ำจะหยุดชั่วคราวระหว่างพัลส์ระดับสูง แม้ว่าในความเป็นจริงแล้วทุกอย่างนั้นสัมพันธ์กัน: เราสามารถสรุปได้ว่าพัลส์นั้นต่ำ จากนั้นหยุดชั่วคราวระหว่างพัลส์จะได้รับการพิจารณาในระดับสูง

รูปที่ 2 ลำดับชีพจร

หนึ่งในกรณีพิเศษของรูปร่างชีพจรคือคดเคี้ยว ในกรณีนี้ระยะเวลาพัลส์จะเท่ากับระยะเวลาหยุดชั่วคราว ในการประเมินอัตราส่วนของช่วงเวลาพัลส์ให้ใช้พารามิเตอร์ที่เรียกว่าวัฏจักรหน้าที่ อัตราหน้าที่แสดงจำนวนครั้งของการทำซ้ำพัลส์ที่นานกว่าระยะเวลาพัลส์

ในรูปที่ 2 ระยะเวลาการทำซ้ำของชีพจรจะถูกระบุเช่นที่อื่นโดยตัวอักษร T และระยะเวลาของการพัลส์และเวลาหยุดชั่วคราวคือ ti และ tp ตามลำดับ ในรูปแบบของสูตรทางคณิตศาสตร์รอบการทำงานจะแสดงดังต่อไปนี้: S = T / ti

เนื่องจากอัตราส่วนนี้รอบการทำงานของพัลส์ "คดเคี้ยว" เท่ากับสอง คำว่าคดเคี้ยวในกรณีนี้ยืมมาจากการก่อสร้างและสถาปัตยกรรม: นี่เป็นหนึ่งในวิธีการก่ออิฐรูปแบบของการก่ออิฐเพียงคล้ายกับลำดับที่ระบุของพัลส์ ลำดับชีพจรคดเคี้ยวแสดงในรูปที่ 2a

ซึ่งกันและกันของวัฏจักรหน้าที่เรียกว่าปัจจัยการเติมและจะถูกระบุด้วยตัวอักษร D จากวัฏจักรหน้าที่อังกฤษ จากข้างต้น D = 1 / S

เมื่อทราบช่วงเวลาการทำซ้ำของพัลส์คุณสามารถกำหนดอัตราการทำซ้ำซึ่งคำนวณโดยสูตร F = 1 / T

จุดเริ่มต้นของแรงกระตุ้นเรียกว่าด้านหน้าและจุดสิ้นสุดตามลำดับการลดลง รูปที่ 2b แสดงแรงกระตุ้นเชิงบวกด้วยรอบหน้าที่ 4 ด้านหน้าเริ่มต้นจากระดับต่ำและไปสู่จุดสูงสุด ด้านหน้าดังกล่าวเรียกว่าบวกหรือจากน้อยไปมาก ดังนั้นการลดลงของแรงกระตุ้นนี้ตามที่เห็นในภาพจะเป็นเชิงลบลดลง

สำหรับแรงกระตุ้นในระดับต่ำด้านหน้าจะลดลงและภาวะถดถอยจะเพิ่มขึ้น สถานการณ์นี้แสดงในรูปที่ 2 ค

หลังจากเตรียมทางทฤษฎีเล็กน้อยเช่นนี้คุณสามารถเริ่มต้นการทดสอบ เพื่อที่จะประกอบมัลติไวเบรเตอร์ดังแสดงในรูปที่ 1 ก็เพียงพอที่จะประสานตัวเก็บประจุสองตัวและตัวต้านทานสองตัวเข้ากับวงจรขนาดเล็กที่ติดตั้งอยู่บนเขียงหั่นขนม ในการศึกษาสัญญาณเอาท์พุตคุณสามารถใช้โวลต์มิเตอร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งตัวชี้แทนที่จะเป็นสัญญาณดิจิตอล เรื่องนี้ถูกกล่าวถึงแล้วในส่วนก่อนหน้าของบทความ

แน่นอนว่าก่อนที่คุณจะเปิดวงจรที่ประกอบขึ้นคุณต้องตรวจสอบว่ามีวงจรสั้น ๆ และชุดประกอบที่ถูกต้องตามวงจรหรือไม่ ด้วยคะแนนของตัวเก็บประจุและตัวต้านทานที่ระบุในแผนภาพแรงดันไฟฟ้าที่เอาท์พุทของมัลติไวเบรเตอร์จะเปลี่ยนจากต่ำไปสูงไม่เกินสามสิบเท่าต่อนาที ดังนั้นการเชื่อมต่อเข็มโวลต์มิเตอร์กับเอาท์พุทขององค์ประกอบแรกจะแกว่งจากศูนย์ถึงเกือบห้าโวลต์

สามารถเห็นได้เหมือนกันถ้าคุณเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์กับเอาท์พุทอื่น: แอมพลิจูดและความถี่ของการเบี่ยงเบนลูกศรจะเหมือนกับในกรณีแรก มัลติไวเบรเตอร์นั้นมักเรียกว่าสมมาตร

หากตอนนี้คุณไม่ขี้เกียจเกินไปและเชื่อมต่อตัวเก็บประจุอื่นที่มีความจุเท่ากันกับตัวเก็บประจุคุณจะเห็นว่าลูกศรเริ่มสั่นช้าลงสองครั้ง ความถี่การสั่นลดลงครึ่งหนึ่ง

ถ้าตอนนี้แทนที่จะเป็นตัวเก็บประจุตามที่แสดงในแผนภาพประสานตัวเก็บประจุที่มีความจุต่ำกว่าเช่น 100 microfarads คุณสามารถสังเกตได้ว่าความถี่เพิ่มขึ้น ลูกศรของอุปกรณ์จะมีความผันผวนเร็วกว่ามาก แต่ก็ยังเคลื่อนไหวได้อย่างเห็นได้ชัด

และจะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณเปลี่ยนความจุของตัวเก็บประจุเพียงตัวเดียว? ตัวอย่างเช่นปล่อยให้ตัวเก็บประจุตัวใดตัวหนึ่งมีความจุ 500 microfarads และแทนที่ตัวเก็บประจุอื่นด้วย 100 microfarads การเพิ่มขึ้นของความถี่จะสังเกตได้และนอกจากนี้ลูกศรของอุปกรณ์จะแสดงว่าอัตราส่วนเวลาของพัลส์และหยุดชั่วคราวเปลี่ยนไป ถึงแม้ว่าในกรณีนี้ตามมัลติฟังก์ชั่นของเครื่องมัลติฟังก์ชั่นยังคงเป็นแบบสมมาตร

ทีนี้ลองลดความจุของตัวเก็บประจุเช่น 1 ... 5 microfarads ในกรณีนี้ Multivibrator จะสร้างความถี่เสียงของคำสั่ง 500 ... 1000 Hz ลูกศรของอุปกรณ์จะไม่สามารถตอบสนองต่อความถี่ดังกล่าวได้ มันจะอยู่ที่ไหนสักแห่งในระดับกลางแสดงระดับสัญญาณเฉลี่ย

ไม่ชัดเจนที่นี่ไม่ว่าจะเป็นพัลส์ที่มีความถี่สูงพอจริงหรือในระดับ“ สีเทา” ที่เอาต์พุตของ microcircuit ในการแยกแยะสัญญาณดังกล่าวจำเป็นต้องใช้ออสซิลโลสโคปซึ่งทุกคนไม่มี ดังนั้นเพื่อตรวจสอบการทำงานของวงจรคุณสามารถเชื่อมต่อโทรศัพท์หัวผ่านตัวเก็บประจุ 0.1 μFและได้ยินสัญญาณนี้

คุณสามารถลองแทนที่ตัวต้านทานตัวใดตัวหนึ่งด้วยตัวแปรประมาณค่าเดียวกัน จากนั้นในระหว่างการหมุนความถี่จะแตกต่างกันภายในขีด จำกัด ซึ่งทำให้สามารถปรับได้อย่างละเอียด ในบางกรณีจำเป็นต้องทำเช่นนี้

อย่างไรก็ตามตรงกันข้ามกับสิ่งที่กล่าวไปแล้วมันเกิดขึ้นที่ตัวปรับความถี่แบบหมุนไม่ได้หรือไม่เริ่มเลย เหตุผลของปรากฏการณ์นี้อยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าอินพุตอิมิตเตอร์ของไมโครวงจร TTL มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อค่าของตัวต้านทานที่ติดตั้งในวงจร คุณสมบัติของอินพุตอีซีแอลนี้เกิดจากเหตุผลดังต่อไปนี้

ตัวต้านทานอินพุตเป็นส่วนหนึ่งของแขนมัลติไวเบรเตอร์เนื่องจากกระแสของตัวส่งกระแสไฟฟ้าจึงสร้างแรงดันไฟฟ้าบนตัวต้านทานนี้ซึ่งปิดทรานซิสเตอร์ หากความต้านทานของตัวต้านทานนี้เกิดขึ้นภายใน 2 ... 2.5 Kom แรงดันตกคร่อมจะมีขนาดใหญ่มากจนทรานซิสเตอร์หยุดตอบสนองต่อสัญญาณอินพุต

ในทางกลับกันถ้าเราใช้ความต้านทานของตัวต้านทานนี้ภายใน 500 ... 700 โอห์มทรานซิสเตอร์จะเปิดตลอดเวลาและจะไม่ถูกควบคุมโดยสัญญาณอินพุต ดังนั้นตัวต้านทานเหล่านี้ควรเลือกตามการพิจารณาเหล่านี้ในช่วง 800 ... 2200 โอห์ม นี่เป็นวิธีเดียวที่จะบรรลุการทำงานที่เสถียรของเครื่องมัลติวิเบรเตอร์ที่ประกอบตามแบบแผนนี้

อย่างไรก็ตาม Multivibrator ดังกล่าวได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่าง ๆ เช่นอุณหภูมิความไม่เสถียรของแหล่งจ่ายไฟและแม้แต่การเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ของวงจรไมโคร ไมโครชิปจากผู้ผลิตที่แตกต่างกันมักจะแตกต่างกันค่อนข้างมาก สิ่งนี้ไม่เพียงใช้กับซีรีย์ 155 เท่านั้น แต่รวมถึงรุ่นอื่นด้วย ดังนั้นจึงมีการใช้งานเครื่องมัลติ

มัลติไวเบรเตอร์สามองค์ประกอบ

วงจรมัลติไวเบรเตอร์ที่เสถียรยิ่งขึ้นแสดงในรูปที่ 3a ประกอบด้วยสามองค์ประกอบตรรกะรวมอยู่ในก่อนหน้านี้โดยอินเวอร์เตอร์ ดังที่เห็นได้จากแผนภาพในวงจรอีซีแอลขององค์ประกอบลอจิกที่กล่าวถึงตัวต้านทานไม่ได้ ความถี่การแกว่งถูกระบุโดยเชน RC หนึ่งเชนเท่านั้น

รูปที่ 3 Multivibrator ในสามองค์ประกอบตรรกะ

การทำงานของ Multivibrator รุ่นนี้สามารถตรวจสอบได้โดยใช้อุปกรณ์ตัวชี้ แต่เพื่อความชัดเจนมันเป็นไปได้ที่จะประกอบตัวบ่งชี้น้ำตกบน LED บนกระดานเดียวกัน ในการทำเช่นนี้คุณต้องมีทรานซิสเตอร์ KT315 หนึ่งตัวตัวต้านทานสองตัวและ LED หนึ่งตัว แผนภาพตัวบ่งชี้จะแสดงในรูปที่ 3b นอกจากนี้ยังสามารถบัดกรีบนเขียงหั่นขนมพร้อมกับเครื่องปรับความถี่

หลังจากเปิดเพาเวอร์มัลติไวเบรเตอร์จะเริ่มสั่นเนื่องจากเห็นได้ชัดจากแฟลชของ LED ด้วยค่าของโซ่ไทม์มิ่งที่ระบุไว้ในแผนภาพความถี่ความผันผวนประมาณ 1 Hz ในการตรวจสอบสิ่งนี้ก็เพียงพอที่จะคำนวณจำนวนการแกว่งใน 1 นาที: ควรมีประมาณหกสิบซึ่งสอดคล้องกับ 1 การแกว่งต่อวินาที ตามคำจำกัดความนี่คือ 1Hz ที่แม่นยำ

มีสองวิธีในการเปลี่ยนความถี่ของเครื่องปรับความถี่ ก่อนอื่นให้เชื่อมต่อตัวเก็บประจุอื่นที่มีความจุเท่ากันกับตัวเก็บประจุ ไฟ LED กะพริบเกือบครึ่งหนึ่งซึ่งหายากซึ่งบ่งชี้ว่าการลดลงของความถี่ลงครึ่งหนึ่ง

อีกวิธีในการเปลี่ยนความถี่คือการเปลี่ยนความต้านทานของตัวต้านทาน วิธีที่ง่ายที่สุดคือการติดตั้งตัวต้านทานแบบแปรผันที่มีค่าเล็กน้อยที่ 1.5 ... 1.8 Com เมื่อตัวต้านทานนี้หมุนความถี่การสั่นจะแตกต่างกันภายใน 0.5 ... 20 Hz ความถี่สูงสุดจะได้รับในตำแหน่งของตัวต้านทานตัวแปรเมื่อข้อสรุปของ microcircuit 1 และ 8 ถูกปิด

หากคุณเปลี่ยนตัวเก็บประจุตัวอย่างเช่นด้วยความจุ 1 microfarad จากนั้นใช้ตัวต้านทานตัวแปรเดียวกันคุณสามารถปรับความถี่ภายใน 300 ... 10 000 Hz สิ่งเหล่านี้เป็นความถี่ของช่วงเสียงดังนั้นตัวบ่งชี้ที่เรืองแสงอย่างต่อเนื่องเป็นไปไม่ได้ที่จะพูดว่ามีพัลส์หรือไม่ ดังนั้นเช่นในกรณีก่อนหน้านี้คุณควรใช้หูฟังโทรศัพท์ที่เชื่อมต่อกับเอาต์พุตผ่านตัวเก็บประจุ 0.1 μF มันจะดีกว่าถ้าโทรศัพท์หัวมีความต้านทานสูง

ในการพิจารณาหลักการทำงานของเครื่องปรับคลื่นความถี่ด้วยสามองค์ประกอบให้เรากลับไปที่โครงร่างของมัน หลังจากเปิดเครื่ององค์ประกอบลอจิกจะเข้าสู่สถานะไม่พร้อมกันซึ่งสามารถสันนิษฐานได้ สมมติว่า DD1.2 เป็นคนแรกที่อยู่ในสถานะระดับสูงที่เอาต์พุต จากเอาต์พุตผ่านตัวเก็บประจุ C1 ที่ไม่มีประจุจะส่งแรงดันไฟฟ้าระดับสูงไปยังอินพุตขององค์ประกอบ DD1.1 ซึ่งจะถูกตั้งค่าเป็นศูนย์ ที่อินพุตขององค์ประกอบ DD1.3 เป็นระดับสูงดังนั้นจึงถูกตั้งค่าเป็นศูนย์

แต่สถานะของอุปกรณ์นี้ไม่เสถียร: ตัวเก็บประจุ C1 จะถูกชาร์จอย่างช้า ๆ ผ่านเอาท์พุทขององค์ประกอบ DD1.3 และตัวต้านทาน R1 ซึ่งนำไปสู่การลดลงของแรงดันไฟฟ้าที่อินพุต DD1.1 ทีละน้อย เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่อินพุท DD1.1 ใกล้ถึงขีด จำกัด มันจะเปลี่ยนเป็นเอกภาพดังนั้นองค์ประกอบ DD1.2 จะเป็นศูนย์

ในสถานะนี้ตัวเก็บประจุ C1 ผ่านตัวต้านทาน R1 และเอาท์พุทขององค์ประกอบ DD1.2 (ในเวลานี้เอาท์พุทต่ำ) เริ่มชาร์จจากเอาท์พุทขององค์ประกอบ DD1.3 ทันทีที่ตัวเก็บประจุกำลังชาร์จแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตขององค์ประกอบ DD1.1 จะเกินระดับเกณฑ์องค์ประกอบทั้งหมดจะเปลี่ยนเป็นสถานะตรงกันข้าม ดังนั้นที่เอาท์พุท 8 ขององค์ประกอบ DD1.3 ซึ่งเป็นเอาท์พุทของเครื่องปรับความถี่คลื่นไฟฟ้าจะเกิดขึ้น นอกจากนี้พัลส์ยังสามารถลบออกได้จากขา 6 ขององค์ประกอบ DD1.2

หลังจากที่เราหาวิธีการรับพัลส์ในเครื่องมัลติวิเบรเตอร์สามองค์ประกอบเราสามารถลองทำสององค์ประกอบคือวงจรซึ่งแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 Multivibrator ในสององค์ประกอบตรรกะ

ในการทำเช่นนี้เอาต์พุตของตัวต้านทาน R1 ที่ด้านขวาของวงจรก็เพียงพอที่จะปลดออกจากพิน 8 และบัดกรีไปที่พิน 1 ขององค์ประกอบ DD1.1 เอาต์พุตของอุปกรณ์จะเป็นเอาต์พุต 6 ขององค์ประกอบ DD1.2 ไม่จำเป็นต้องใช้องค์ประกอบ DD1.3 อีกต่อไปและสามารถปิดใช้งานได้เช่นสำหรับใช้ในวงจรอื่น ๆ

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดพัลส์นั้นแตกต่างกันเล็กน้อยจากสิ่งที่เพิ่งได้รับการพิจารณา สมมติว่าเอาต์พุตขององค์ประกอบ DD1.1 นั้นสูงแล้วองค์ประกอบ DD1.2 จะอยู่ในสถานะศูนย์ซึ่งทำให้ประจุ C1 สามารถประจุผ่านตัวต้านทานและเอาท์พุทขององค์ประกอบ DD1.2 ในขณะที่ตัวเก็บประจุชาร์จประจุแรงดันที่อินพุตขององค์ประกอบ DD1.1 ถึงขีด จำกัด องค์ประกอบทั้งสองสลับไปยังสถานะตรงกันข้าม สิ่งนี้จะช่วยให้ตัวเก็บประจุชาร์จผ่านวงจรเอาท์พุทขององค์ประกอบที่สองตัวต้านทานและวงจรอินพุตขององค์ประกอบแรก เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตขององค์ประกอบแรกลดลงถึงขีด จำกัด ทั้งสององค์ประกอบจะเข้าสู่สถานะตรงกันข้าม

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วบางกรณีของวงจรในเครื่องกำเนิดวงจรไม่เสถียรซึ่งอาจขึ้นอยู่กับไม่เฉพาะในกรณีที่เฉพาะเจาะจง แต่ยังอยู่ในผู้ผลิตของวงจร ดังนั้นหากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไม่เริ่มทำงานจึงเป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่อตัวต้านทานที่มีความต้านทาน 1.2 ... 2.0 Com ระหว่างอินพุตขององค์ประกอบแรกและ "กราวด์" มันสร้างแรงดันไฟฟ้าอินพุตใกล้เคียงกับค่ามาตรฐานซึ่งเอื้อต่อการเริ่มต้นและการทำงานจริงของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในเทคโนโลยีดิจิตอลดังกล่าวมักถูกนำมาใช้บ่อยมาก ในส่วนต่อไปนี้ของบทความอุปกรณ์ที่ค่อนข้างง่ายที่ประกอบบนพื้นฐานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่พิจารณาแล้วจะได้รับการพิจารณา แต่ก่อนอื่นควรพิจารณาตัวเลือกเพิ่มเติมของเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ - ตัวสั่นเดียวหรือเครื่องโมโนไวเบรเตอร์ด้วยวิธีอื่น ด้วยเรื่องราวเกี่ยวกับเขาเราเริ่มต้นส่วนถัดไปของบทความ

Boris Aladyshkin

ความต่อเนื่องของบทความ: ชิปลอจิก ส่วนที่ 5