Chip logic. Phần 4

Sau khi gặp các phần trước của bài viết với chip K155LA3, chúng ta hãy thử tìm ra các ví dụ về ứng dụng thực tế của nó.

Dường như những gì có thể được thực hiện từ một con chip? Tất nhiên, không có gì nổi bật. Tuy nhiên, bạn nên cố gắng lắp ráp một số nút chức năng dựa trên nó. Điều này sẽ giúp hiểu trực quan nguyên tắc hoạt động và cài đặt của nó. Một trong những nút này, thường được sử dụng trong thực tế, là một bộ đa năng tự dao động.

Mạch đa biến được thể hiện trong hình 1a. Mạch này về ngoại hình rất giống với mạch đa biến cổ điển với bóng bán dẫn. Chỉ ở đây khi các yếu tố hoạt động được áp dụng yếu tố logic vi mạch bao gồm biến tần. Đối với điều này, các chân đầu vào của microcircuit được kết nối với nhau. Tụ điện C1 và C2 tạo thành hai mạch phản hồi tích cực. Một mạch là đầu vào của phần tử DD1.1 - tụ C1 - đầu ra của phần tử DD1.2. Cái khác từ đầu vào của phần tử DD1.2 qua tụ C2 đến đầu ra của phần tử DD1.1.

Nhờ các kết nối này, mạch tự kích thích, dẫn đến việc tạo ra các xung. Thời gian lặp lại xung phụ thuộc vào xếp hạng của các tụ điện trong các mạch phản hồi, cũng như điện trở của các điện trở R1 và R2.

Trong hình 1b, cùng một mạch được vẽ theo cách mà nó thậm chí còn giống với phiên bản đa yếu tố cổ điển hơn với các bóng bán dẫn.

Hình. 1 Bộ đa năng tự dao động

Các xung điện và đặc điểm của chúng

Cho đến bây giờ, khi chúng tôi làm quen với microcircuit, chúng tôi đã xử lý dòng điện trực tiếp, bởi vì các tín hiệu đầu vào trong quá trình thí nghiệm được cung cấp bằng tay sử dụng bộ nhảy dây. Kết quả là, một điện áp không đổi ở mức thấp hoặc cao đã thu được ở đầu ra của mạch. Một tín hiệu như vậy là ngẫu nhiên trong tự nhiên.

Trong mạch đa hệ thống chúng tôi đã lắp ráp, điện áp đầu ra sẽ được phát xung, nghĩa là thay đổi theo một tần số nhất định từng bước từ mức thấp đến mức cao và ngược lại. Một tín hiệu như vậy trong kỹ thuật vô tuyến được gọi là chuỗi xung hoặc đơn giản là chuỗi xung. Hình 2 cho thấy một số loại xung điện và các tham số của chúng.

Các phần của chuỗi xung trong đó điện áp lấy mức cao được gọi là xung mức cao và điện áp mức thấp là sự tạm dừng giữa các xung mức cao. Mặc dù trên thực tế, mọi thứ đều tương đối: chúng ta có thể giả sử rằng các xung thấp, sẽ bao gồm, ví dụ, bất kỳ bộ truyền động nào. Sau đó, tạm dừng giữa các xung sẽ được coi chỉ là một mức cao.

Hình 2. Chuỗi xung.

Một trong những trường hợp đặc biệt của hình dạng xung là uốn khúc. Trong trường hợp này, thời lượng xung bằng với thời lượng tạm dừng. Để đánh giá tỷ lệ thời lượng xung, sử dụng tham số gọi là chu kỳ nhiệm vụ. Tốc độ nhiệm vụ cho thấy thời gian lặp lại xung dài hơn bao nhiêu lần so với thời gian xung.

Trong Hình 2, khoảng thời gian lặp lại xung được biểu thị, như ở nơi khác, bằng chữ T, và thời lượng xung và thời gian tạm dừng lần lượt là ti và tp. Ở dạng công thức toán học, chu kỳ nhiệm vụ sẽ được thể hiện như sau: S = T / ti.

Do tỷ lệ này, chu kỳ nhiệm vụ của các xung quanh uốn khúc của người Viking bằng hai. Thuật ngữ uốn khúc trong trường hợp này được mượn từ xây dựng và kiến ​​trúc: đây là một trong những phương pháp lát gạch, mô hình của công trình gạch chỉ giống như chuỗi xung được chỉ định. Chuỗi xung quanh được thể hiện trong Hình 2a.

Đối ứng của chu kỳ nhiệm vụ được gọi là hệ số điền và được biểu thị bằng chữ D từ chu trình Nhiệm vụ tiếng Anh. Theo như trên, D = 1 / S.

Biết thời gian lặp lại xung, có thể xác định tốc độ lặp lại, được tính theo công thức F = 1 / T

Sự bắt đầu của xung được gọi là mặt trước và kết thúc tương ứng là sự suy giảm. Hình 2b cho thấy một xung lực tích cực với chu kỳ nhiệm vụ là 4. Mặt trước của nó bắt đầu từ mức thấp và chuyển sang mức cao. Mặt trước như vậy được gọi là tích cực hoặc tăng dần. Theo đó, sự suy giảm của xung lực này, như có thể thấy trong hình, sẽ là tiêu cực, giảm xuống.

Đối với một xung lực cấp thấp, phía trước sẽ giảm xuống, và suy thoái sẽ tăng lên. Tình huống này được thể hiện trong Hình 2c.

Sau khi chuẩn bị lý thuyết một chút, bạn có thể bắt đầu thử nghiệm. Để lắp ráp bộ đa năng như trong Hình 1, việc hàn hai tụ điện và hai điện trở vào vi mạch đã được cài đặt trên bảng mạch là đủ. Để nghiên cứu các tín hiệu đầu ra, bạn có thể chỉ sử dụng một vôn kế, tốt nhất là một con trỏ, thay vì một kỹ thuật số. Điều này đã được đề cập trong phần trước của bài viết.

Tất nhiên, trước khi bạn bật mạch lắp ráp, bạn cần kiểm tra xem có bất kỳ mạch ngắn và lắp ráp đúng theo mạch. Với các xếp hạng của tụ điện và điện trở được chỉ định trên sơ đồ, điện áp ở đầu ra của bộ đa năng sẽ thay đổi từ thấp đến cao không quá ba mươi lần mỗi phút. Do đó, một kim vôn kế được kết nối, ví dụ, với đầu ra của phần tử đầu tiên, sẽ dao động từ 0 đến gần năm volt.

Điều tương tự có thể được nhìn thấy nếu bạn kết nối một vôn kế với đầu ra khác: biên độ và tần số của độ lệch mũi tên sẽ giống như trong trường hợp đầu tiên. Không phải là vô ích mà một máy đo đa năng như vậy thường được gọi là đối xứng.

Nếu bây giờ bạn không quá lười biếng và kết nối một tụ điện khác có cùng công suất song song với các tụ điện, thì bạn có thể thấy rằng mũi tên bắt đầu dao động chậm hơn hai lần. Tần số dao động giảm một nửa.

Nếu bây giờ, thay vì các tụ điện, như được chỉ ra trong sơ đồ, các tụ điện có công suất nhỏ hơn, ví dụ 100 microfarad, thì bạn có thể nhận thấy chỉ cần tăng tần số. Mũi tên của thiết bị sẽ dao động nhanh hơn nhiều, nhưng vẫn có những chuyển động của nó vẫn khá đáng chú ý.

Và điều gì xảy ra nếu bạn thay đổi công suất của chỉ một tụ điện? Ví dụ, để lại một trong các tụ điện có công suất 500 microfarad và thay thế các tụ điện khác bằng 100 microfarad. Sự gia tăng tần số sẽ là đáng chú ý, và, ngoài ra, mũi tên của thiết bị sẽ cho thấy tỷ lệ thời gian của các xung và tạm dừng đã thay đổi. Mặc dù trong trường hợp này, theo sơ đồ, multivibrator vẫn đối xứng.

Bây giờ chúng ta hãy thử giảm điện dung của các tụ điện, ví dụ 1 ... 5 microfarad. Trong trường hợp này, bộ đa năng sẽ tạo ra tần số âm thanh theo thứ tự 500 ... 1000 Hz. Mũi tên của thiết bị không thể phản ứng với tần số như vậy. Nó chỉ đơn giản là ở đâu đó ở giữa thang đo, hiển thị mức tín hiệu trung bình.

Ở đây chỉ đơn giản là không rõ liệu các xung có tần số đủ cao thực sự đi hay mức độ xám xám ở đầu ra của vi mạch. Để phân biệt tín hiệu như vậy, cần có máy hiện sóng, điều mà không phải ai cũng có. Do đó, để xác minh hoạt động của mạch, có thể kết nối điện thoại đầu qua tụ điện 0,1 μF và nghe tín hiệu này.

Bạn có thể thử thay thế bất kỳ điện trở nào bằng một biến có giá trị xấp xỉ bằng nhau. Sau đó, trong quá trình quay của nó, tần số sẽ thay đổi trong một số giới hạn nhất định, điều này giúp có thể tinh chỉnh nó. Trong một số trường hợp, điều này là cần thiết.

Tuy nhiên, trái với những gì đã nói, điều xảy ra là bộ đa năng không ổn định hoặc hoàn toàn không khởi động. Lý do cho hiện tượng này nằm ở thực tế là đầu vào bộ phát của vi mạch TTL rất quan trọng đối với các giá trị của các điện trở được cài đặt trong mạch của nó. Tính năng này của đầu vào bộ phát là do các lý do sau.

Điện trở đầu vào là một phần của một trong các nhánh của bộ đa năng.Do dòng phát, một điện áp được tạo ra trên điện trở này đóng bóng bán dẫn. Nếu điện trở của điện trở này được thực hiện trong vòng 2 ... 2.5 Kom, điện áp rơi trên nó sẽ lớn đến mức bóng bán dẫn chỉ dừng lại phản ứng với tín hiệu đầu vào.

Ngược lại, nếu chúng ta lấy điện trở của điện trở này trong vòng 500 ... 700 Ohms, thì bóng bán dẫn sẽ luôn mở và sẽ không bị điều khiển bởi tín hiệu đầu vào. Do đó, những điện trở này nên được lựa chọn dựa trên những cân nhắc này trong phạm vi 800 ... 2200 Ohms. Đây là cách duy nhất để đạt được hoạt động ổn định của bộ đa năng được lắp ráp theo sơ đồ này.

Tuy nhiên, một bộ đa năng như vậy bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, sự không ổn định của nguồn cung cấp và thậm chí các biến thể trong các thông số của vi mạch. Vi mạch từ các nhà sản xuất khác nhau thường khác nhau khá đáng kể. Điều này không chỉ áp dụng cho loạt thứ 155, mà còn cho những người khác. Do đó, một bộ đa năng được lắp ráp theo sơ đồ như vậy thực tế hiếm khi được sử dụng.

Bộ đa năng ba yếu tố

Một mạch đa yếu tố ổn định hơn được hiển thị trong Hình 3a. Nó bao gồm ba yếu tố logic, bao gồm, như trong phần trước, bởi các bộ biến tần. Như có thể thấy từ sơ đồ, trong các mạch phát của các phần tử logic chỉ đề cập đến điện trở thì không. Tần số dao động được chỉ định bởi một chuỗi RC.

Hình 3. Multivibrator trên ba yếu tố logic.

Hoạt động của phiên bản này của bộ đa năng cũng có thể được quan sát bằng thiết bị con trỏ, nhưng để rõ ràng, có thể lắp ráp một tầng chỉ số trên đèn LED trên cùng một bảng. Để làm điều này, bạn cần một bóng bán dẫn KT315, hai điện trở và một đèn LED. Sơ đồ chỉ báo được hiển thị trong Hình 3b. Nó cũng có thể được hàn trên bảng mạch cùng với một bộ đa năng.

Sau khi bật nguồn, bộ đa năng sẽ bắt đầu dao động, bằng chứng là đèn flash của đèn LED. Với các giá trị của chuỗi thời gian được chỉ định trên sơ đồ, tần số dao động là khoảng 1 Hz. Để xác minh điều này, đủ để tính số lượng dao động trong 1 phút: cần có khoảng sáu mươi, tương ứng với 1 dao động mỗi giây. Theo định nghĩa, đây chính xác là 1Hz.

Có hai cách để thay đổi tần số của một bộ đa năng như vậy. Đầu tiên, kết nối một tụ điện khác có cùng công suất song song với tụ điện. Đèn flash LED trở nên hiếm hơn một nửa, điều này cho thấy tần số giảm một nửa.

Một cách khác để thay đổi tần số là thay đổi điện trở của điện trở. Cách dễ nhất là cài đặt một điện trở thay đổi có giá trị danh nghĩa là 1,5 ... 1,8 Com vào vị trí của nó. Khi điện trở này quay, tần số dao động sẽ thay đổi trong vòng 0,5 ... 20 Hz. Tần số tối đa thu được ở vị trí của điện trở thay đổi khi kết luận của vi mạch 1 và 8 được đóng lại.

Nếu bạn thay đổi tụ điện, ví dụ, với công suất 1 microfarad, sau đó sử dụng cùng một biến trở, bạn có thể điều chỉnh tần số trong vòng 300 ... 10 000 Hz. Đây đã là tần số của dải âm thanh, do đó chỉ báo phát sáng liên tục, không thể nói có xung hay không. Do đó, như trong trường hợp trước, bạn nên sử dụng điện thoại đầu được kết nối với đầu ra thông qua tụ 0,1 μF. Sẽ tốt hơn nếu điện thoại đầu có điện trở cao.

Để xem xét nguyên tắc hoạt động của một bộ đa năng với ba yếu tố, chúng ta hãy quay lại sơ đồ của nó. Sau khi bật nguồn, các thành phần logic sẽ có một số trạng thái không đồng thời, mà chỉ có thể được giả định. Giả sử rằng DD1.2 là lần đầu tiên ở trạng thái cấp cao ở đầu ra. Từ đầu ra của nó thông qua một tụ điện không tích điện C1, một điện áp mức cao được truyền đến đầu vào của phần tử DD1.1, sẽ được đặt thành không. Ở đầu vào của phần tử DD1.3 là mức cao, do đó, nó cũng được đặt thành không.

Nhưng trạng thái này của thiết bị không ổn định: tụ C1 được sạc dần qua đầu ra của phần tử DD1.3 và điện trở R1, dẫn đến giảm dần điện áp ở đầu vào DD1.1. Khi điện áp ở đầu vào DD1.1 đạt đến ngưỡng, nó sẽ chuyển sang thống nhất và theo đó, phần tử DD1.2 về 0.

Ở trạng thái này, tụ C1 qua điện trở R1 và đầu ra của phần tử DD1.2 (tại thời điểm này, đầu ra của nó thấp) bắt đầu sạc lại từ đầu ra của phần tử DD1.3. Ngay khi tụ điện đang sạc, điện áp ở đầu vào của phần tử DD1.1 sẽ vượt quá ngưỡng, tất cả các phần tử sẽ chuyển sang trạng thái đối diện. Do đó, ở đầu ra 8 của phần tử DD1.3, là đầu ra của bộ đa năng, các xung điện được hình thành. Ngoài ra, các xung có thể được loại bỏ khỏi chân 6 của DD1.2.

Sau khi chúng tôi tìm ra cách thu được các xung trong bộ đa năng ba phần tử, chúng tôi có thể thử tạo một phần tử hai, mạch, được hiển thị trong Hình 4.

Hình 4. Multivibrator trên hai phần tử logic.

Để làm điều này, đầu ra của điện trở R1, ngay trên mạch, đủ để hàn từ chân 8 và hàn sang chân 1 của phần tử DD1.1. đầu ra của thiết bị sẽ là đầu ra 6 của phần tử DD1.2. phần tử DD1.3 không còn cần thiết và có thể bị vô hiệu hóa, ví dụ, để sử dụng trong các mạch khác.

Nguyên lý hoạt động của một bộ tạo xung như vậy khác rất ít so với những gì vừa được xem xét. Giả sử rằng đầu ra của phần tử DD1.1 cao, thì phần tử DD1.2 ở trạng thái 0, cho phép tụ C1 được tích điện qua điện trở và đầu ra của phần tử DD1.2. Khi tụ điện tích điện, điện áp ở đầu vào của phần tử DD1.1 đạt đến ngưỡng, cả hai phần tử chuyển sang trạng thái ngược lại. Điều này sẽ cho phép tụ nạp lại thông qua mạch đầu ra của phần tử thứ hai, điện trở và mạch đầu vào của phần tử thứ nhất. Khi điện áp ở đầu vào của phần tử đầu tiên giảm xuống ngưỡng, cả hai phần tử sẽ chuyển sang trạng thái ngược lại.

Như đã đề cập ở trên, một số trường hợp của vi mạch trong mạch máy phát không ổn định, điều này có thể không chỉ phụ thuộc vào một trường hợp cụ thể, mà ngay cả vào nhà sản xuất của vi mạch. Do đó, nếu máy phát không khởi động, có thể kết nối điện trở với điện trở 1,2 ... 2.0 Com giữa đầu vào của phần tử đầu tiên và "mặt đất". Nó tạo ra một điện áp đầu vào gần ngưỡng, tạo điều kiện khởi động và hoạt động thực tế của máy phát.

Các biến thể như vậy của máy phát điện trong công nghệ kỹ thuật số được sử dụng rất thường xuyên. Trong các phần sau của bài viết, các thiết bị tương đối đơn giản được lắp ráp trên cơ sở các máy phát được xem xét sẽ được xem xét. Nhưng trước tiên, cần xem xét thêm một lựa chọn của máy đo đa năng - máy rung đơn hoặc máy đo đơn sắc theo một cách khác. Với câu chuyện về anh ta, chúng tôi bắt đầu phần tiếp theo của bài viết.

Boris Aladyshkin

Tiếp tục bài viết: Chip logic. Phần 5