Типовые счетные н логические элементы в народном хозяйстве

July 3, 2015 by admin Комментировать »

На рис. 3-1, а приведено условное обозначение схемы совпадений (схемы И), в которой появление сигнала на выходе происходит только при условии одновременного воздействия на ее входы двух или более сигналов. На рис. 3-1,6 показана схема «И», собранная

на пентоде. Лампа Л% закрыта отрицательным напряжением смещения по двум сеткам — управляющей и экранной. Только при одновременном воздействии на оба входа импульсов положительной полярности на выходе появляется нмпульс напряжения (отрицательной полярности). Вариант схемы И, выполненной на полупроводниковых диодах, показан на рис. 3-1, в. Когда на входе сигналы отсутствуют, через дноды течет ток от источника Е н напряжение сигнала на выходе за счет падения напряжения на резисторе Rz минимально. При появлении сигнала на входе одного из диодов положение существенно не изменяется. Только если и а оба входа одновременно будут поданы сигналы положительной полярности, дноды и Дг закроются и напряжение сигнала на выходе резко возрастет н станет равным Е.

На рис. 3-2, а показано обозначение схемы несовпадений (сНЕ»). В ней прн одновременном воздействии сигналов на входы / н 2 сигнал на выходе отсутствует. Когда же сигнал поступает на один из входов, на выходе появляется напряжение. Схема логического

элемента «НЕ» изображена на рис. 3-2,6. При наличии сигнала на одном входе напряжение сигнала на выходе равно напряжению, воздействующему на вход, так как диод Дг закрыт напряжением смещения, получаемым от источника Е, Если сигналы воздействуют одновременно на входы / н 2, то срабатывает схема совпадений У, во вторичной обмотке трансформатора Τρι появляется нмпульс напряжения, отпирающий диод Дз, и на выходе схемы напряжение становится близким к нулю.

Еще одним элементом различных счетно-решающих устройств является схема сИЛИ» (рис. 3-3, а). В ней имеется несколько входов и одни выход. Прн воздействии сигнала на любой вход на выходе появляется электрический сигнал (рис. 3-3,6). Хорошая развязка между каскадами достигается за счет высокого обратного сопротивления полупроводниковых диодов.

В качестве одного из элементов счетио-решающих и кибернетических устройств применяется электронное реле о двумя устойчивыми состояниями равновесия — триггер. Триггер используется как составной элемент счетных декад, ячеек памяти, делителей частоты и управляющих каскадов. Ои представляет собой двухкаскадный усилитель, оба каскада которого охвачены глубокой обратной связью. Условное изображение триггера показано на рис. 3-4, а. Эта система имеет два входа (на рисунке показан лишь счетный вход) И два выхода. Переход из состояния «О» в состояние «1» происходит почти мгновенно, в доли нли единицы микросекунды, под действием импульса или перепада напряжения, подаваемого на вход.

На рис. 3-4,6 показан триггер, выполненный на двойном триоде. Резисторы Ru Rt и конденсаторы Си С* служат элементами положительной обратной связи. Обычно все элементы триггера, стоящие в симметричных цепях, соответственно одинаковы. При подаче айодного напряжения через одну половину лампы, например правую, начинает протекать ток и к обеим сеткам лампы оказывается приложено отрицательное напряжение смещения, создаваемое током на резисторе fa. Это напряжение у сеткн правой (открытой) половины лампы компенсируется положительным перепадом напряжения, снимаемым с анода закрытой половины лампы через делитель fa, fa. Чтобы перевести лампу в другое устойчивое состояние, достаточно на сетку закрытой половины лампы подать положительный импульс напряжения, который откроет эту (левую на рисунке) половину лампы. На аноде открытой лампы возникнет отрицательный перепад напряжения, который через делитель fa, fa передается на сетку правой половины лампы, и лампа закрывается, переходит

Рис. 3-5.

в другое устойчивое состояние. Процесс происходит лавинообразно. Триггеры могут быть выполнены на транзисторах, на туннельных диодах, на тиратронах с холодным катодом и других элементах, обладающих релейными характеристиками. 5 практике широко применяют схемы несимметричных триггеров, триггеров с одним устойчивым состоянием равновесия, динамических триггеров и многих других, с принципом действия которых мы ознакомимся при рассмотрении схем конкретных приборов.

На рис, 3-5, а показаны условное обозначение, а на рис. 3-5,6 — практическая схема дешифратора, поясняющая, как можно комплексно использовать типовые элементы вычислительных устройств. В нее входят диодная матрица н трехразрядный двоичный счетчик. С помощью матрицы можно расшифровать восемь положений (состояний) трехразрядного счетчика из трех триггеров. Матрица состоит из шести вводных н восьми выводных линеек. Каждая выводная линейка представляет собой схему совпадений с тремя входами, выполненную на диодах. Сигнал на выходе такой схемы появляется только при одновременном воздействии на входы трех сигналов, которые снимаются с соответствующих плеч триггеров при подаче и а вход первого из них определенного количества импульсов. Так, на выходе соответствующих лннеек матрицы появляются сигналы при воздействии соответственно одного, двух, трех …, восьми импульсов на вход двоичного трехразрядного счетчика. Схемы дешифраторов широко используют в коммутационных и управляющих автоматических устройствах. На их выходе обычно включают электронные реле, управляющие работой цнфропечатающих электромеханических устройств или других исполнительных механизмов.

Рассмотренные простейшие логические элементы широко используют в конструкциях цифровой вычислительной техники и в различных импульсных устройствах, причем их количество в этих устройствах может быть настолько велико, что даже выполнение их на малогабаритных н маломощных раднокомпонентах (транзисторы, дноды, резисторы) в наши дни стало нерациональным.

В настоящее время в практику создания промышленных разработок цифровой техники любого назначения нходит микросхемотехника, т. е. создание конструкций, построенных на интегральных схемных элементах. Интегральные микросхемы для решения задач вычислительной техники все шире внедряются в различные отрасли радиопромышленности. Микросхемы в своих конструкциях начинают применять и радиолюбители. Практически все функциональные устройства цифровой, импульсной, приемной н передающей аппаратуры уже воплощены в микросхемном исполнении. Больше того, от создания отдельных функциональных узлов различных схем начинают переходить к созданию целых блоков радиоаппаратуры в микросхемном виде (большие интегральные схемы — БИС), каждый из которых содержит сотни и тысячи отдельных функциональных узлов. Большие интегральные схемы в радиолюбительской практике — это недалекое будущее.

Рассмотрим на конкретных примерах схемные решения основных логических элементов, выполненных в виде микросхем.

Hsf рис. 3-6, а показано условное (согласно ГОСТ 2.743-68) графическое изображение простейшего согласующего усилительного каскада — эмиттерного повторителя, т. е. усилителя с коэффициентом передачи напряжения сигнала, равным 1. В этой схеме сигнал

Рнс. 3-6.

иа выходе совпадает по фазе и амплитуде с сигналом, поданным на вход.

На рис. 3-6,6 представлено логическое обозначение и принципиальная схема «НЕ» — инвертора, который осуществляет изменение полярности сигнала, поступившего на вход, на обратную. Инвертор является составным элементом большинства логических схем. Следует обратить внимание на то обстоятельство, что прн разработке устройств на микросхемах приходится придерживаться непривычных методов схемотехники. Так, если при обычной разработке на микроэлементах нужно реализовать схему эмиттерного noefo- рителя, то ее выполняют на одном, реже на двух транзисторах, используя их по прямому назначеиню. В микросхемотехинке такой путь решения задачи не всегда эффективен и для создания эмнттерного повторителя оказывается проще соединить последовательно две схемы «НЕ».

Самые сложные приборы, которые при использовании старых традиционных методов конструирования потребовали бы преодоления значительных трудностей, с помощью логических микросхем создаются довольно просто, путем практической реализации основных приемов булевой алгебры, основанной и а нсследованни свойств переключательной или булевой функции. Как известно, булева функция может принимать только два значения; 0 и 1. Простейшим прибором для реализации булевой функции может служить симметричный триггер с двумя устойчивыми состояниями равновесия, при которых с выхода триггера снимаются сигналы, соответствующие 1 н 0. В задачу настоящей книги не входит ознакомление с элементами булевой алгебры, но следует заметить, что если радиолюбитель хочет грамотно использовать в своих конструкциях логические микросхемы н конструировать приборы с минимальным их расходом, то знание элементарных основ булевой алгебры логики ему необходимо.

На рис. 3-6, в изображена схема «И» или схема совпадения, Сигнал на ее выходе соответствует произведению булевых функций. Сигнал на выходе схемы совпадения появляется только при одновременном воздействии на оба входа первичных сигналов. Так как, согласно алгебре Буля максимальное значение сигнала (высокий уровень) равно единице, то произведение двух единиц (сигналов) также будет равно единице.

На рис. 3-6, г изображены условная н принципиальная схемы устройства для выполнения математической (логической) операции «ИЛИ» — схема сложения. Из схемного решения этого устройства видно, что для того, чтобы на выходе получить неинвертированный сигнал, в схему дополнительно включены каскады для выполнения логической операции «НЕ».

На рис. 3-6,6 показана логическая схема для выполнения операции «И —НЕ». Это та же схема умножения, но с изменением полярности выходного сигнала.

Схема «ИЛИ — НЕ» изображена на рис. 3-6, е. Она похожа на схему и а рис. 3-6, г, но в ней отсутствуют каскады «НЕ».

Схема «ИЛИ—НЕ, ИЛИ», предназначенная для получения инвертированного и неннвертировэнного сигнала на выходе, представлена на рис. 3-7, а. Она состоит из схемы «ИЛИ» с транзисторными расширителями на входе и схемы «НЕ». Кроме того, она содержит схему «ИЛИ», реализуемую путем подачи отпирающего напряжения Uοχ на один из транзисторов.

Рис. 3-7,

На рис. 3-7, б изображена условная и принципиальная схема так иазынаемой двухступенчатой логики. В одной микросхеме объединены две схемы «И» и одна «ИЛИ». Аналогичные схемы для реализации логических операций «2И — ИЛИ — НЕ» и «2НЕ, 2И— ИЛИ» изображены на рис. 3-7, в, г.

Мы рассмотрели только несколько наиболее типичных логических микросхем. В действительности их много больше. Как правило, в одном корпусе объединяют от двух до восьми микросхем одного типа. Это дает возможность осуществлять компоновку сложных электронных устройств. Для примера рассмотрим компоновку триггеров разных типов и делителя частоты из рассмотренных типов логических элементов.

Так, на рис. 3-8, а, б рассмотрены структурные схемы симметричных триггеров, выполненные на схемах «ИЛИ — НЕ» и «И —· НЕ», соответственно.

На рис. 3-8, в, г, показаны схемы несимметричных триггеров* выполненных на комбинации схем «ИЛИ—НЕ» и «И—НЕ». На рис.

3-                     8, д, е показаны возможности использования микроэлементов двухступенчатой логики для реализации схем несимметричного н симметричного триггеров. Мы специально остановились на схемах триггеров, так как они являются составными элементами счетчиков импульсов, регистров сдвига, реверсивных управляющих систем и др.

В настоящее время выпускаются готовые триггеры разного назначения в микроисполиении, но иногда надо зиать, как можно построить триггеры из «подручных» элементарных логических схем.

На рис. 3-8, ж показана схема делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления от 1 до 30, выполненная на элементах типа «И — НЕ». Она состоит из ждущего мультивибратора, собранного на микросхемах МС\ и МС3, и схемы «И — НЕ», используемой по своему прямому назначению. Схема работает следующим образом. В момент поступления на вход первого импульса из последовательности, которую надо разделить, ждущий мультивибратор выходит из состояния равновесия и закрывает микросхему МС% Схема МС2 будет находиться в закрытом состоянии до тех пор, пока не разрядится конденсатор Си заряженный в момент прихода первого импульса. После разряда конденсатора ждущий мультивибратор вернется в исходное состояние, схема МС$ откроется, через нее пройдет импульс, который зарядит конденсатор С\ и выведет мультивибратор из состояния устойчивого равновесия. Таким образом с приходом каждого кратного коэффициенту деления импульса будет повторяться рассмотренный процесс. Коэффициент деления определяется постоянной времени цепи Ru Ci и регулируется резистором Ru

Мы рассмотрели несколько реализаций возможностей микросхем для решения задач, связанных с созданием более сложных устройств на основе простых.

Источник: Смирнов А. Д., Радиолюбители — народному хозяйству. — 2-е изд., перераб. и доп. — М: Энергия, 1978. — 320 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 957).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты