فئات: إلكترونيات عملية, كهربائيين المبتدئين
مرات المشاهدة: 100،127
تعليقات على المادة: 2
رقائق المنطق. الجزء 3
تلبية رقاقة الرقمية
في الجزء الثاني من المقال ، تحدثنا عن التسميات الرسومية الشرطية للعناصر المنطقية والوظائف التي تؤديها هذه العناصر.
لشرح مبدأ التشغيل ، تم إعطاء دوائر الاتصال التي تقوم بالوظائف المنطقية AND و OR و NOT و AND-NOT. الآن يمكنك البدء في التعارف العملي مع الدوائر الصغيرة سلسلة K155.
المظهر والتصميم
العنصر الأساسي في سلسلة 155 هو رقاقة K155LA3. إنها علبة بلاستيكية تحتوي على 14 سلكًا ، على الجانب العلوي منها علامة ومفتاح يشير إلى الإخراج الأول للرقاقة.
المفتاح هو علامة صغيرة مستديرة. إذا نظرت إلى الدائرة المصغرة من الأعلى (من جانب العلبة) ، عندئذٍ يجب حساب الاستنتاجات في عكس اتجاه عقارب الساعة ، وإذا كان من الأسفل ، ثم في اتجاه عقارب الساعة.
يظهر الشكل 1. رسم لحالة الدائرة الصغيرة في الشكل 1. وتسمى هذه الحالة DIP-14 ، والتي تُترجم من الإنجليزية كحالة بلاستيكية مع ترتيب من صفين من المسامير. تحتوي العديد من الدوائر الصغيرة على عدد أكبر من المسامير ، وبالتالي يمكن أن تكون العلبة DIP-16 و DIP-20 و DIP-24 وحتى DIP-40.
الشكل 1. DIP-14 الضميمة.
ما يرد في هذه الحالة
في الحزمة DIP-14 من الدائرة الدقيقة K155LA3 تحتوي على 4 عناصر مستقلة 2I-NOT. الشيء الوحيد الذي يوحدهم هو استنتاجات الطاقة العامة فقط: الناتج 14 من الدائرة الدقيقة هو + مصدر الطاقة ، والدبوس 7 هو القطب السلبي للمصدر.
من أجل عدم فوضى الدائرة بعناصر غير ضرورية ، لا يتم عرض خطوط الطاقة ، كقاعدة عامة. لا يتم ذلك أيضًا لأن كل عنصر من العناصر الأربعة 2I-NOT يمكن أن يكون موجودًا في أماكن مختلفة في الدائرة. عادة ما يكتبون ببساطة على الدوائر: "+ 5V يؤدي إلى الاستنتاجات 14 DD1 ، DD2 ، DD3 ... DDN. -5V يؤدي إلى استنتاجات 07 DD1 ، DD2 ، DD3 ... DDN. ". يتم تعيين العناصر الموجودة بشكل منفصل على أنها DD1.1 و DD1.2 و DD1.3 و DD1.4. يوضح الشكل 2 أن رقاقة K155LA3 تتكون من أربعة عناصر 2I-NOT. كما سبق ذكره في الجزء الثاني من المقالة ، توجد استنتاجات المدخلات على اليسار ، والنواتج على اليمين.
النظير الأجنبي K155LA3 هو شريحة SN7400 ويمكن استخدامه بأمان لجميع التجارب الموضحة أدناه. بتعبير أدق ، سلسلة الرقائق K155 بأكملها تشبه سلسلة SN74 الخارجية ، لذلك يعرض البائعون في أسواق الراديو ذلك تمامًا.
الشكل 2. pinout من رقاقة K155LA3.
لإجراء تجارب باستخدام الدائرة الصغيرة ، ستحتاج مصدر الطاقة الجهد 5V. إن أسهل طريقة لإنشاء مثل هذا المصدر هي استخدام الدائرة المصغرة لثبات التثبيت K142EN5A أو نسخته المستوردة ، والتي تسمى 7805. في الوقت نفسه ، ليس من الضروري لف محول ، لحام الجسر ، تثبيت المكثفات. بعد كل شيء ، هناك دائمًا بعض مهايئات الشبكة الصينية بجهد 12 فولت ، وهو ما يكفي لتوصيل 7805 ، كما هو مبين في الشكل 3.
الشكل 3. مصدر طاقة بسيط للتجارب.
لإجراء تجارب مع الدائرة الصغيرة ، ستحتاج إلى صنع لوح صغير الحجم. إنها قطعة من getinax أو من الألياف الزجاجية أو غيرها من المواد العازلة المماثلة ذات أبعاد 100 * 70 مم. حتى الخشب الرقائقي البسيط أو الكرتون السميك مناسب لهذه الأغراض.
على طول الجوانب الطويلة للوحة ، يجب تقوية الموصلات المعلبة بسمك حوالي 1.5 مم ، يتم من خلالها توفير الطاقة للدوائر الدقيقة (حافلات الطاقة). بين الموصلات على كامل مساحة اللوح ، قم بحفر ثقوب لا يزيد قطرها عن 1 مم.
عند إجراء التجارب ، سيكون من الممكن إدخال قطع من الأسلاك المعلّبة فيها ، حيث يتم لحام المكثفات والمقاومات والمكونات اللاسلكية الأخرى. في زوايا اللوحة ، يجب أن تجعل الأرجل منخفضة ، مما يتيح وضع الأسلاك من الأسفل.يظهر تصميم اللوح في الشكل 4.
الشكل 4. مجلس التنمية.
بعد أن تكون اللوحة جاهزة ، يمكنك البدء في التجربة. للقيام بذلك ، يجب تثبيت شريحة K155LA3 واحدة على الأقل: دبابيس اللحام 14 و 7 إلى حافلات الطاقة ، وثني المسامير المتبقية بحيث تقع على السبورة.
قبل البدء في إجراء التجارب ، يجب عليك التحقق من موثوقية اللحام ، والاتصال الصحيح لجهد الإمداد (يمكن أن يؤدي توصيل جهد التيار الكهربائي في القطبية العكسية إلى تلف الدائرة الدقيقة) ، وكذلك التحقق مما إذا كانت هناك دائرة قصيرة بين المحطات المجاورة. بعد هذا الاختيار ، يمكنك تشغيل الطاقة وبدء التجارب.
الأنسب للقياسات الاتصال الهاتفي الفولتميترممانعة المدخلات التي لا يقل عن 10K / V. أي اختبار ، حتى الصينية الرخيصة ، يفي تماما هذا الشرط.
لماذا هو أفضل للتبديل؟ لأنه ، مع ملاحظة تقلبات السهم ، يمكنك ملاحظة نبضات الجهد ، بالطبع تردد منخفض بما فيه الكفاية. لا يحتوي المتر المتعدد الرقمي على هذه القدرة. يجب إجراء جميع القياسات بالنسبة إلى "ناقص" مصدر الطاقة.
بعد تشغيل الطاقة ، قم بقياس الجهد في جميع مسامير الدائرة الكهربائية الدقيقة: عند دبابيس الإدخال 1 و 2 و 4 و 5 و 9 و 10 و 12 و 13 ، يجب أن يكون الجهد 1.4 فولت. وعند محطات الانتاج 3 ، 6 ، 8 ، 11 حوالي 0.3V. إذا كانت جميع الفولتية ضمن الحدود المحددة ، فإن الدائرة الكهربائية تعمل.
الشكل 5. تجارب بسيطة مع عنصر المنطق.
يمكن بدء تشغيل اختبار العنصر المنطقي 2 AND NOT ، على سبيل المثال ، من العنصر الأول. دبابيس الإدخال 1 و 2 ، والإخراج 3. من أجل تطبيق إشارة الصفر المنطق على الإدخال ، يكفي توصيل هذا الإدخال بالسلك السلبي (المشترك) السلبي لمصدر الطاقة. إذا كان مطلوبًا إدخال وحدة منطقية ، فيجب توصيل هذا الإدخال بحافلة + 5V ، ولكن ليس بشكل مباشر ، ولكن من خلال مقاوم مقاوم بمقاومة 1 ... 1.5 KOhm.
لنفترض أننا قمنا بتوصيل الإدخال 2 بسلك شائع ، وبالتالي توفير صفر منطقي له ، والإدخال 1 قمنا بتغذية وحدة منطقية ، كما تمت الإشارة إلى ذلك من خلال المقاوم إنهاء R1. يظهر هذا الاتصال في الشكل 5 أ. إذا ، مع مثل هذا الاتصال ، يتم قياس الجهد عند إخراج العنصر ، فسيظهر الفولتميتر 3.5 ... 4.5V ، وهو ما يتوافق مع وحدة منطقية. سوف تعطي الوحدة المنطقية قياس الجهد عند 1 دبوس.
يتزامن هذا تمامًا مع ما تم عرضه في الجزء الثاني من المقالة حول مثال دائرة الاتصال التتابع 2I-NOT. بناءً على نتائج القياسات ، يمكن إجراء الاستنتاج التالي: عندما يكون أحد مدخلات عنصر 2I-NOT مرتفع والآخر منخفض ، فمن المؤكد أن الناتج سيكون بمستوى عالٍ.
بعد ذلك ، سنقوم بالتجربة التالية - سنقوم بتزويد الوحدة بكلا من المدخلات في وقت واحد ، كما هو مبين في الشكل 5 ب ، ولكننا سنربط أحد المدخلات ، على سبيل المثال 2 ، بسلك شائع باستخدام وصلة سلكية. (لهذه الأغراض ، من الأفضل استخدام إبرة خياطة منتظمة ملحومة بأسلاك مرنة). إذا قمنا الآن بقياس الجهد عند إخراج العنصر ، فعندئذ ، كما في الحالة السابقة ، ستكون هناك وحدة منطقية.
دون مقاطعة القياسات ، نزيل وصلة المرور السلكية - سيُظهر الفولتميتر مستوى عاليًا عند إخراج العنصر. يتماشى هذا تمامًا مع منطق العنصر 2I-NOT ، والذي يمكن التحقق منه بالرجوع إلى مخطط الاتصال في الجزء الثاني من المقالة ، وكذلك من خلال الاطلاع على جدول الحقيقة الموضح هناك.
إذا كان هذا الطائر مغلق الآن بشكل دوري على السلك الشائع لأي من المدخلات ، محاكياً إمدادًا منخفضًا وعالي المستوى ، فعندئذٍ باستخدام مقياس الفولتميتر ، يمكن للإخراج اكتشاف نبضات الجهد - سيتأرجح السهم في الوقت المناسب مع لمس الطائر تداخل مدخلات الدائرة الدقيقة.
يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية من التجارب: لن يظهر الجهد المنخفض المستوى في الخرج إلا عند وجود مستوى عالٍ في كلا المدخلين ، أي الحالة 2I راضية عن المدخلات.إذا كان أحد المدخلات على الأقل يحتوي على صفر منطقي ، فإن الإخراج يحتوي على وحدة منطقية ، يمكننا أن نكرر أن منطق الدائرة الدقيقة متناسق تمامًا مع منطق دائرة التلامس 2I-NOT في الجزء الثاني من المقال.
من المناسب هنا إجراء تجربة أخرى. معناها هو إيقاف تشغيل جميع دبابيس الإدخال ، فقط اتركها في "الهواء" وقياس الجهد الناتج للعنصر. ماذا سيكون هناك؟ هذا صحيح ، سيكون هناك الجهد الصفر المنطقي. هذا يشير إلى أن المدخلات غير المتصلة للعناصر المنطقية تعادل المدخلات مع الوحدة المنطقية المطبقة عليها. يجب ألا تنسى هذه الميزة ، على الرغم من أنه عادة ما يوصى بأن تكون المدخلات غير المستخدمة في مكان ما.
يوضح الشكل 5c كيف يمكن ببساطة تحويل عنصر منطقي 2I-NOT إلى عاكس. للقيام بذلك ، فقط قم بتوصيل كل من المدخلات. (حتى لو كان هناك أربعة أو ثمانية مدخلات ، فإن مثل هذا الاتصال مقبول).
للتأكد من أن الإشارة في الخرج لها قيمة عكس الإشارة في المدخلات ، يكفي توصيل المدخلات بفتحة سلكية بسلك شائع ، أي تطبيق منطق صفري على الإدخال. في هذه الحالة ، يُظهر الفولتميتر المتصل بإخراج العنصر وحدة منطقية. إذا قمت بفتح العبور ، فسوف يظهر الجهد المنخفض المستوى في الإخراج ، والذي هو بالضبط عكس الجهد المدخلات.
تشير هذه التجربة إلى أن تشغيل العاكس يعادل تمامًا تشغيل دائرة الاتصال التي لم يتم النظر فيها في الجزء الثاني من المقالة. هذه هي الخصائص الرائعة عموما لرقاقة 2I-NOT. للإجابة على سؤال حول كيفية حدوث كل هذا ، يجب أن تفكر في الدائرة الكهربائية لعنصر 2I-NOT.
البنية الداخلية للعنصر 2 ليست كذلك
حتى الآن ، نظرنا في عنصر منطقي على مستوى تعيينه للرسومات ، مع الأخذ في الاعتبار ، كما يقولون في الرياضيات كـ "الصندوق الأسود": دون الخوض في تفاصيل الهيكل الداخلي للعنصر ، درسنا استجابته لإشارات المدخلات. الآن حان الوقت لدراسة البنية الداخلية للعنصر المنطقي لدينا ، والذي يظهر في الشكل 6.
الشكل 6. الدائرة الكهربائية للعنصر المنطق 2I-NOT.
تحتوي الدائرة على أربعة الترانزستورات في هيكل n-p-n ، وثنائيات ثنائية وخمسة مقاومات. هناك اتصال مباشر بين الترانزستورات (بدون المكثفات العزلة) ، مما يسمح لهم بالعمل مع الفولتية الثابتة. يظهر عادةً إخراج الحمل للرقاقة كمقاوم Rн. في الواقع ، هذا هو في كثير من الأحيان المدخلات أو العديد من المدخلات من الدوائر الرقمية نفسها.
أول ترانزستور هو باعث متعددة. هو الذي ينفذ عملية الإدخال المنطقي 2I ، وتقوم الترانزستورات التالية بتضخيم الإشارة وانعكاسها. تسمى الدوائر الدقيقة المصنوعة وفقًا لمخطط مماثل منطق الترانزستور والترانزستور ، ويختصر باسم TTL.
يعكس هذا الاختصار حقيقة أن العمليات المنطقية للمدخلات والتضخيم والانعكاس اللاحقين يتم تنفيذها بواسطة عناصر الترانزستور في الدائرة. بالإضافة إلى TTL ، هناك أيضًا منطق ترانزيستور ديود (DTL) ، يتم تنفيذ المراحل المنطقية لإدخاله على الثنائيات الموجودة ، بالطبع ، داخل الدائرة الدقيقة.
الشكل 7
عند مدخلات العنصر المنطقي 2I-NOT بين بواعث ترانزستور الإدخال والسلك المشترك ، يتم تثبيت الثنائيات VD1 و VD2. الغرض منها هو حماية المدخلات من جهد الاستقطاب السلبي ، والذي يمكن أن يحدث نتيجة للتحريض الذاتي للعناصر المتصاعدة عندما تعمل الدائرة بترددات عالية ، أو يتم رفعها عن طريق الخطأ من مصادر خارجية.
يتم توصيل الترانزستور VT1 وفقا للمخطط مع قاعدة مشتركة ، وتحميله هو الترانزستور VT2 ، الذي يحتوي على شحنتين. في باعث ، وهذا هو المقاوم R3 ، وفي جامع R2. وبالتالي ، يتم الحصول على عاكس الطور لمرحلة الإخراج على الترانزستورات VT3 و VT4 ، مما يجعلها تعمل في الطور المضاد: عند إغلاق VT3 ، يكون VT4 مفتوحًا والعكس صحيح.
افترض أن كلا مدخلات العنصر 2 و ليست منخفضة. للقيام بذلك ، ما عليك سوى توصيل هذه المدخلات بسلك شائع.في هذه الحالة ، سيكون الترانزستور VT1 مفتوحًا ، مما يستلزم إغلاق الترانزستورات VT2 و VT4. سيكون الترانزستور VT3 في الحالة المفتوحة ومن خلاله وفي الصمام الثنائي VD3 ، يتدفق التيار إلى الحمل - عند إخراج العنصر تكون حالة عالية المستوى (وحدة منطقية).
في هذه الحالة ، إذا تم تطبيق وحدة المنطق على كل من المدخلات ، يتم إغلاق الترانزستور VT1 ، مما سيؤدي إلى فتح الترانزستورات VT2 و VT4. بسبب فتحها ، يغلق الترانزستور VT3 ويتوقف التيار من خلال الحمل. عند إخراج العنصر ، يتم ضبط حالة الصفر أو الجهد المنخفض.
يرجع مستوى الجهد المنخفض إلى انخفاض الجهد عند مفترق المجمع - باعث الترانزستور المفتوح VT4 ، ووفقًا للمواصفات ، لا يتجاوز 0.4 فولت.
يكون الجهد العالي المستوى عند إخراج العنصر أقل من فولطية الإمداد بحجم انخفاض الجهد عبر الترانزستور المفتوح VT3 والصمام الثنائي VD3 في حالة إغلاق الترانزستور VT4. يعتمد الجهد العالي المستوى عند إخراج العنصر على الحمل ، لكن يجب ألا يقل عن 2.4 فولت.
إذا تم تطبيق جهد متباين ببطء شديد ، يتراوح من 0 ... 5V ، على مدخلات عنصر متصل معًا ، فيمكن ملاحظة أن انتقال العنصر من مستوى عالٍ إلى مستوى منخفض يحدث تدريجياً. يتم تنفيذ هذا الانتقال في الوقت الذي يصل فيه الجهد عند المدخلات إلى مستوى 1.2 فولت تقريبًا. مثل هذا الجهد لسلسلة 155 من الدوائر الصغيرة تسمى العتبة.
يمكن اعتبار هذا أحد المعارف العامة للعنصر 2I-NOT كاملة. في الجزء التالي من المقالة ، سوف نتعرف على جهاز مختلف الأجهزة البسيطة ، مثل المولدات المختلفة وأجهزة تشكيل النبضات.
بوريس الديلشكين
استمرار المقال: رقائق المنطق. الجزء 4
كتاب الكتروني -دليل المبتدئين إلى ميكروكنترولر AVR
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: