رقائق المنطق. الجزء 4

بعد الاجتماع في الأجزاء السابقة من المقال باستخدام شريحة K155LA3 ، دعونا نحاول اكتشاف أمثلة لتطبيقها العملي.

يبدو أن ما يمكن القيام به من شريحة واحدة؟ بالطبع ، لا شيء رائع. ومع ذلك ، يجب أن تحاول تجميع بعض العقدة الوظيفية بناءً عليه. هذا سوف يساعد على فهم بصري مبدأ عملها والإعدادات. واحدة من هذه العقد ، وغالبا ما تستخدم في الممارسة العملية ، هو هزاز متعدد التذبذب الذاتي.

تظهر الدائرة متعددة الهزاز في الشكل 1 أ. هذه الدائرة في المظهر تشبه إلى حد كبير الدائرة متعددة الهزاز الكلاسيكية مع الترانزستورات. هنا فقط كما يتم تطبيق العناصر النشطة عناصر المنطق الرقائق المتضمنة في المحولات. لهذا ، يتم توصيل دبابيس الإدخال من microcircuit معا. المكثفات C1 و C2 تشكل دائرتين ردود الفعل الإيجابية. دائرة واحدة هي إدخال العنصر DD1.1 - مكثف C1 - إخراج العنصر DD1.2. الآخر من إدخال العنصر DD1.2 خلال المكثف C2 إلى إخراج العنصر DD1.1.

بفضل هذه الروابط ، فإن الدائرة متحمسة ذاتياً ، مما يؤدي إلى توليد نبضات. تعتمد فترة تكرار النبضة على تصنيف المكثفات في دارات التغذية المرتدة ، وكذلك مقاومة المقاومات R1 و R2.

في الشكل 1 ب ، يتم رسم نفس الدائرة بطريقة تشبه إلى حد كبير إصدار الهزاز المتعدد التقليدي مع الترانزستورات.

التين. 1 هزاز متعدد التذبذب الذاتي

النبضات الكهربائية وخصائصها

حتى الآن ، عندما تعرفنا على الدائرة الدقيقة ، كنا نتعامل مع التيار المباشر ، لأن إشارات الدخل أثناء التجارب كانت مزودة يدويًا باستخدام وصلة سلكية. نتيجة لذلك ، تم الحصول على جهد ثابت بمستوى منخفض أو مرتفع عند إخراج الدائرة. كانت هذه الإشارة عشوائية في الطبيعة.

في الدائرة متعددة الأجهزة التي قمنا بتجميعها ، سيتم نبذ جهد الخرج ، أي أنه يتغير بتردد معين تدريجيًا من مستوى منخفض إلى مستوى عالٍ والعكس صحيح. وتسمى هذه الإشارة في الهندسة الراديوية تسلسل النبض أو مجرد سلسلة من النبضات. يوضح الشكل 2 بعض أنواع النبضات الكهربائية ومعلماتها.

تسمى مقاطع تسلسل النبضة التي يأخذ فيها الجهد مستوى عالًا بالنبضات عالية المستوى ، والجهد المنخفض المستوى هو التوقف بين النبضات عالية المستوى. على الرغم من أن كل شيء في الحقيقة نسبي: يمكننا افتراض أن النبضات منخفضة ، والتي تشمل ، على سبيل المثال ، أي مشغل. عندها ستعتبر فترة توقف بين البقوليات مجرد مستوى عالٍ.

الشكل 2. تسلسل نبض.

واحدة من الحالات الخاصة لشكل النبض هو التعرج. في هذه الحالة ، فإن مدة النبضة تساوي مدة الإيقاف المؤقت. لتقييم نسبة مدة النبضة ، استخدم معلمة تسمى دورة العمل. يوضح معدل الواجب عدد المرات التي تكون فيها فترة تكرار النبض أطول من مدة النبضة.

في الشكل 2 ، تتم الإشارة إلى فترة تكرار النبض ، كما هو الحال في مكان آخر ، بالحرف T ، وتكون مدة النبضة ووقت الإيقاف المؤقت ti و tp ، على التوالي. في شكل معادلة رياضية ، سيتم التعبير عن دورة العمل على النحو التالي: S = T / ti.

بسبب هذه النسبة ، فإن دورة عمل نبضات "التعرج" تساوي اثنتين. يتم استعار مصطلح التعرج في هذه الحالة من البناء والهندسة المعمارية: هذه هي إحدى طرق البناء بالطوب ، ويشبه نمط البناء بالطوب التسلسل المشار إليه للنبضات. يظهر تسلسل نبض التعرج في الشكل 2 أ.

يسمى المتبادل من دورة العمل عامل التعبئة ويشار إليه بالحرف D من دورة العمل باللغة الإنجليزية. وفقا لما ذكر أعلاه ، D = 1 / س.

مع العلم بفترة تكرار النبض ، من الممكن تحديد معدل التكرار ، الذي يتم حسابه بالصيغة F = 1 / T.

تسمى بداية الدافع بالواجهة ، والنهاية ، على التوالي ، التراجع. يوضح الشكل 2 ب الدافع الإيجابي بدورة عمل تبلغ 4. يبدأ الجزء الأمامي من مستوى منخفض ويذهب إلى مستوى مرتفع. وتسمى هذه الجبهة إيجابية أو تصاعدية. تبعا لذلك ، فإن انخفاض هذا الدافع ، كما يتبين في الصورة ، سيكون سلبيا وسقوطا.

بالنسبة للاندفاع على مستوى منخفض ، فإن الجبهة سوف تنخفض ، وسوف يزداد الركود. يظهر هذا الموقف في الشكل 2C.

بعد هذا الإعداد النظري القليل ، يمكنك البدء في التجربة. من أجل تجميع متعدد الهزاز المبين في الشكل 1 ، يكفي تكثيف اثنين من المكثفات ومقاومتين للدائرة الصغيرة المثبتة بالفعل على السبورة. لدراسة إشارات الإخراج ، يمكنك فقط استخدام مقياس الفولتميتر ، ويفضل أن يكون مؤشرًا ، بدلاً من مؤشر رقمي. وقد سبق ذكر ذلك في الجزء السابق من المقال.

بالطبع ، قبل تشغيل الدائرة المجمعة ، تحتاج إلى التحقق من وجود دوائر قصيرة والتركيب الصحيح وفقًا للدائرة. مع وجود تقييمات للمكثفات والمقاومات الموضحة في الرسم التخطيطي ، فإن الجهد عند إخراج الهزاز المتعدد سوف يتغير من منخفض إلى مرتفع لا يزيد عن ثلاثين مرة في الدقيقة. وهكذا ، فإن إبرة الفولتميتر المتصلة ، على سبيل المثال ، بإخراج العنصر الأول ، سوف تتذبذب من الصفر إلى ما يقرب من خمسة فولت.

يمكن رؤية الشيء نفسه إذا قمت بتوصيل الفولتميتر بمخرج آخر: ستكون اتساع وتواتر انحرافات السهم كما هي في الحالة الأولى. ليس من دون جدوى أن يطلق على مثل هذه الهزاز المتعدد متماثل.

إذا لم تكن الآن كسولًا للغاية وقمت بتوصيل مكثف آخر بنفس السعة بالتوازي مع المكثفات ، فيمكنك أن ترى أن السهم بدأ في التذبذب أبطأ مرتين. انخفض تردد التذبذب بمقدار النصف.

إذا الآن ، بدلاً من المكثفات ، كما هو موضح في الرسم البياني ، المكثفات اللحمية ذات السعة المنخفضة ، على سبيل المثال ، 100 microfarads ، يمكنك ملاحظة زيادة في التردد. سوف يتقلب سهم الجهاز بشكل أسرع بكثير ، ولكن لا تزال تحركاته ملحوظة للغاية.

وماذا يحدث إذا قمت بتغيير قدرة مكثف واحد فقط؟ على سبيل المثال ، اترك أحد المكثفات بسعة 500 microfarads ، واستبدل الآخر بـ 100 microfarads. ستكون الزيادة في التردد ملحوظة ، بالإضافة إلى ذلك ، سيوضح سهم الجهاز أن نسبة الوقت للبقول والإيقاف المؤقت قد تغيرت. على الرغم من أنه في هذه الحالة ، وفقًا للمخطط ، لا يزال متعدد الهزاز متماثلًا.

الآن دعونا نحاول تقليل سعة المكثفات ، على سبيل المثال 1 ... 5 microfarads. في هذه الحالة ، سوف يولد الهزاز المتعدد ترددًا صوتيًا يصل إلى 500 ... 1000 هرتز. لن يتمكن سهم الجهاز من الاستجابة لمثل هذا التردد. سيكون ببساطة في مكان ما في منتصف المقياس ، مما يدل على متوسط ​​مستوى الإشارة.

ليس من الواضح هنا ما إذا كانت نبضات التردد العالي بما فيه الكفاية تذهب فعليًا ، أم المستوى "الرمادي" عند إخراج الدائرة الدقيقة. لتمييز مثل هذه الإشارة ، مطلوب مرسمة الذبذبات ، وليس لدى كل شخص. لذلك ، من أجل التحقق من تشغيل الدائرة ، من الممكن توصيل سماعات الرأس عبر مكثف 0.1 درجة فهرنهايت وسماع هذه الإشارة.

يمكنك محاولة استبدال أي من المقاومات بمتغير بنفس القيمة تقريبًا. ثم ، أثناء الدوران ، سوف يختلف التردد في حدود معينة ، مما يجعل من الممكن ضبطه. في بعض الحالات ، هذا ضروري.

ومع ذلك ، على عكس ما قيل ، يحدث أن متعدد الهزاز غير مستقر أو لا يبدأ على الإطلاق. يكمن سبب هذه الظاهرة في حقيقة أن مدخلات باعث الدوائر الدقيقة TTL أمر بالغ الأهمية لقيم المقاومات المثبتة في دائرتها. هذه الميزة من المدخلات باعث ويرجع ذلك إلى الأسباب التالية.

المقاوم المدخلات هي جزء من واحدة من أحضان multivibrator.بسبب التيار الباعث ، يتم إنشاء الجهد على هذا المقاوم الذي يغلق الترانزستور. إذا كانت مقاومة هذا المقاوم داخل 2 ... 2.5 كم ، فإن انخفاض الجهد عبره سيكون كبيرًا جدًا بحيث يتوقف الترانزستور ببساطة عن الاستجابة لإشارة الدخل.

على العكس ، إذا أخذنا مقاومة هذا المقاوم خلال 500 ... 700 أوم ، سيتم فتح الترانزستور طوال الوقت ولن يتم التحكم فيه بواسطة إشارات الإدخال. لذلك ، يجب اختيار هذه المقاومات على أساس هذه الاعتبارات في حدود 800 ... 2200 أوم. هذه هي الطريقة الوحيدة لتحقيق التشغيل المستقر لهزاز متعدد تجميعها وفقا لهذا المخطط.

ومع ذلك ، فإن مثل هذا الهزاز المتعدد يتأثر بعوامل مثل درجة الحرارة وعدم استقرار مزود الطاقة ، وحتى الاختلافات في معلمات الدوائر الدقيقة. رقائق من الشركات المصنعة المختلفة غالبا ما تختلف اختلافا كبيرا. هذا لا ينطبق فقط على سلسلة 155 ، ولكن أيضا على الآخرين. لذلك ، نادراً ما يتم استخدام هزاز متعدد تم تجميعه وفقًا لهذا المخطط.

ثلاثة عناصر متعدد الهزاز

يظهر دارة متعددة الهزاز أكثر استقرارًا في الشكل 3 أ. يتكون من ثلاثة عناصر منطقية ، كما هو الحال في العنصر السابق ، بواسطة محولات. كما يتضح من الرسم التخطيطي ، في دوائر باعث العناصر المنطقية ليست فقط المقاومات المذكورة. يتم تحديد تردد التذبذب بواسطة سلسلة RC واحدة فقط.

الشكل 3. متعدد الهزاز على ثلاثة عناصر منطقية.

يمكن أيضًا ملاحظة تشغيل هذا الإصدار من multivibrator باستخدام جهاز مؤشر ، ولكن من أجل الوضوح ، يمكنك تجميع سلسلة المؤشر على مؤشر LED على نفس اللوحة. للقيام بذلك ، تحتاج إلى نوع واحد من الترانزستور KT315 ، واثنين من المقاومات واحد الصمام. يظهر الرسم البياني للمؤشر في الشكل 3 ب. يمكن أيضًا أن تكون ملحومة على اللوح مع هزاز متعدد.

بعد تشغيل الطاقة ، سيبدأ التذبذب المتعدد في التذبذب ، كما يتضح من فلاش LED. مع قيم سلسلة التوقيت الموضحة في الرسم التخطيطي ، يبلغ تردد التذبذب حوالي 1 هرتز. للتحقق من ذلك ، يكفي حساب عدد التذبذبات في دقيقة واحدة: يجب أن يكون هناك حوالي ستين ، وهو ما يقابل 1 تذبذب في الثانية. بحكم التعريف ، هذا هو بالضبط 1Hz.

هناك طريقتان لتغيير وتيرة مثل هذا الهزاز المتعدد. أولاً ، قم بتوصيل مكثف آخر بنفس السعة بالتوازي مع مكثف. أصبحت ومضات LED نادرة بمقدار النصف ، مما يشير إلى انخفاض في التردد بمقدار النصف.

هناك طريقة أخرى لتغيير التردد وهي تغيير مقاومة المقاوم. أسهل طريقة هي تثبيت المقاوم المتغير بقيمة اسمية من 1.5 ... 1.8 Com في مكانها. عندما يدور هذا المقاوم ، سوف يختلف تردد التذبذب في 0.5 ... 20 هرتز. يتم الحصول على الحد الأقصى للتردد في موضع المقاوم المتغير عند إغلاق استنتاجات الدائرة الدقيقة 1 و 8.

إذا قمت بتغيير المكثف ، على سبيل المثال ، بسعة ميكروفاراد 1 ، ثم باستخدام نفس المقاوم المتغير فمن الممكن ضبط التردد خلال 300 ... 10 000 هرتز. هذا هو بالفعل نطاق تردد نطاق الصوت ، وبالتالي فإن المؤشر يتوهج بشكل مستمر ، فمن المستحيل القول ما إذا كانت هناك نبضات. لذلك ، كما في الحالة السابقة ، يجب عليك استخدام سماعات الرأس المتصلة بالإخراج من خلال مكثف 0.1 درجة فهرنهايت. من الأفضل أن تكون سماعات الرأس عالية المقاومة.

للنظر في مبدأ تشغيل متعدد الهزاز مع ثلاثة عناصر ، دعونا نعود إلى مخططها. بعد تشغيل الطاقة ، ستأخذ العناصر المنطقية بعض الحالة وليس في نفس الوقت ، وهو ما يمكن افتراضه فقط. افترض أن العنصر DD1.2 هو الأول الذي يكون في حالة عالية المستوى في الإخراج. من ناتجها من خلال مكثف غير مشحون C1 ، يتم نقل الجهد العالي المستوى إلى مدخلات العنصر DD1.1 ، والذي سيتم ضبطه على الصفر. عند إدخال عنصر DD1.3 ، يوجد مستوى عالٍ ، لذلك يتم ضبطه أيضًا على صفر.

لكن حالة الجهاز غير مستقرة: يتم شحن المكثف C1 تدريجياً من خلال إخراج العنصر DD1.3 والمقاوم R1 ، مما يؤدي إلى انخفاض تدريجي في الجهد عند مدخل DD1.1. عندما يقترب الجهد عند المدخل DD1.1 من العتبة ، فإنه سوف يتحول إلى الوحدة ، وبالتالي ، فإن العنصر DD1.2 إلى الصفر.

في هذه الحالة ، يبدأ المكثف C1 من خلال المقاوم R1 ومخرج العنصر DD1.2 (في هذا الوقت الناتج منخفض) في إعادة الشحن من إخراج العنصر DD1.3. بمجرد شحن المكثف ، فإن الجهد عند إدخال العنصر DD1.1 سيتجاوز مستوى العتبة ، سوف تنتقل جميع العناصر إلى حالات معاكسة. وبالتالي ، عند الإخراج 8 من العنصر DD1.3 ، وهو ناتج الهزاز المتعدد ، تتشكل نبضات كهربائية. أيضا ، يمكن إزالة البقول من دبوس 6 من عنصر DD1.2.

بعد أن اكتشفنا كيفية الحصول على نبضات في هزاز متعدد العناصر ، يمكننا محاولة تكوين عنصرين ، الدائرة ، كما هو موضح في الشكل 4.

الشكل 4. Multivibrator على عنصرين المنطق.

للقيام بذلك ، يكون ناتج المقاوم R1 ، الموجود على الدارة ، كافيًا لإلغاء التجويف من دبوس 8 ولحام إلى دبوس 1 من العنصر DD1.1. سيكون إخراج الجهاز هو الإخراج 6 للعنصر DD1.2. لم يعد عنصر DD1.3 ضروريًا ويمكن تعطيله ، على سبيل المثال ، للاستخدام في دوائر أخرى.

يختلف مبدأ تشغيل مولد النبضات قليلاً عن ما تم بحثه للتو. افترض أن ناتج العنصر DD1.1 مرتفع ، ثم العنصر DD1.2 في حالة الصفر ، مما يسمح بشحن المكثف C1 من خلال المقاوم وإخراج العنصر DD1.2. أثناء شحن المكثف ، يصل الجهد عند مدخل العنصر DD1.1 إلى العتبة ، حيث ينتقل كلا العنصرين إلى الحالة المعاكسة. سيسمح ذلك للمكثف بإعادة الشحن من خلال دائرة الخرج للعنصر الثاني ، المقاوم ودائرة الإدخال للعنصر الأول. عندما يتم تقليل الجهد عند مدخل العنصر الأول إلى عتبة ، سينتقل كلا العنصرين إلى الحالة المعاكسة.

كما ذكر أعلاه ، فإن بعض حالات الدوائر الكهربائية الصغيرة في دوائر المولدات غير مستقرة ، والتي قد تعتمد ليس فقط على مثيل معين ، ولكن حتى على الشركة المصنعة للدائرة الكهربائية الصغيرة. لذلك ، إذا لم يبدأ المولد ، فمن الممكن توصيل المقاوم بمقاومة 1.2 ... 2.0 Com بين مدخلات العنصر الأول و "الأرض". إنه يخلق جهد دخل قريب من العتبة ، مما يسهل بدء التشغيل الفعلي للمولد.

هذه المتغيرات من المولدات في التكنولوجيا الرقمية تستخدم في كثير من الأحيان. في الأجزاء التالية من المقالة ، سيتم النظر في الأجهزة البسيطة نسبيًا التي تم تجميعها على أساس المولدات التي تم النظر فيها. لكن أولاً ، يجب الأخذ في الاعتبار خيار واحد آخر من الهزاز المتعدد - هزاز واحد ، أو هزاز واحد بطريقة أخرى. مع قصة عنه ، نبدأ الجزء التالي من المقال.

بوريس الأديشين

استمرار المقال: رقائق المنطق. الجزء 5