Схемы на логических микросхемах: Простые устройства на логических элементах, электронные книги, Любительская радиоэлектроника

Простые устройства на логических элементах, электронные книги, Любительская радиоэлектроника

Простые устройства на логических элементах

В радиолюбительской практике все чаще применяют цифровые интегральные микросхемы. Радиолюбителей привлекает то, что устройства, собранные на них, как правило, не требуют налаживания или они получаются весьма простыми. Большой популярностью пользуются            микросхемы серии К155, выполненные на основе транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). В этой серии есть многовходовые элементы И-НЕ, триггеры, счетчики, дешифраторы, запоминающие  устройства и другие.

При построении схемы следует помнить, что к выходу микросхемы можно подключать до десяти входов. Если требуется подключить большее число входов, то нужно использовать элементы с большей нагрузочной способностью. Свободные входы (неиспользуемые) желательно через резистор сопротивлением 1 кОм подключать к источнику питания 4-5 В (до 10 через один резистор) или к генератору логической 1.

Напряжение питания микросхем серии К155  5 ± 0,25 В.

На принципиальных схемах с логическими элементами не показывают подключение источника питания к ним. На многие микросхемы серии К155 питание подают на выводы 14 (+5 В) и 7 (общий провод).

На рис. 1 изображена принципиальная схема звукового генератора, который можно использовать в качестве электронного звонка. Устройство выполнено на двух логических элементах 2И-НЕ D1.1 и D1.2 по принципу мультивибратора. Частота сигнала, который он генерирует, определяется конденсаторами Cl, C2 и резисторами Rl, R2. Необходимый тон звучания подбирают подстроечными резисторами Rl, R2.

Динамическая головка В1 может быть любого типа с сопротивлением звуковой катушки 4 Ом. Ее можно включить и последовательно с одним из резисторов, но в этом случае громкость звучания будет значительно меньше.

В корпусе микросхемы К155ЛАЗ расположены четыре логических элемента 2И-НЕ. На оставшихся двух элементах можно выполнить еще один генератор или собрать более сложное устройство — звонок с прерывистым звучанием (рис. 2).

Рис. 1. Принципиальная схема электронного звон­ка

Рис. 2. Принципиальная схема звонка с прерывистым звучанием

Кнопка звонка устанавливается в разрыв цепи питания микросхем (на рис. 1, 2 не показана).

Звонок с прерывистым звучанием состоит из двух мультивибраторов. На элементах D1.1 и D1.2 собран первый, а на D1.3, D1.4 — второй. Как и в предыдущем устройстве частота, вырабатываемая ими, определяется параметрами RC цепочек — R1C1, R2C2 и R3C3, R4C4.

Первый мультивибратор, генерирующий импульсы с более низкой частотой следования, управляет работой второго. Пока на нижние по схеме входы элементов D1.3 и D1.4 с выхода элемента D1.2 не поступит логический 0 (напряжение меньше 0,4 В), второй мультивибратор не работает. Формируется пауза. После подачи логического 0 мультивибратор на элементах D1.3, D1.4 вырабатывает сигнал.

Налаживание устройства несложно: подстроечными резисторами Rl — R4 добиваются необходимого звучания.

Как и в предыдущем случае, в данном звуковом ге­нераторе нужно применить динамическую головку с со­противлением звуковой катушки 4 Ом.

На рис. 3 приведена принципиальная схема двух-тональной сирены. Она содержит уже три мультивибрато­ра — на элементах D1.1, D1.2; D2.1, D2.2 и D2.3, D2.4. Первый мультивибратор (он работает в автоколебательном режиме и генерирует импульсы частотой около 1 Гц) управляет работой двух других. Мультивибратор на элементах D2.1, D2.2 включается только тогда, когда на вы­ходе D1.1 логическая 1 (уровень, не меньший 2,4 В), а мультивибратор на D2.3, D2.4 — когда логическая 1 на выходе D1.2.

Выходной сигнал с управляемых генераторов подается на суммирующий элемент D1.3, который и формирует двух-тональный сигнал.

Желаемого звучания добиваются при налаживании, подбирая резисторы R1 — R6.

Двух-тональную сирену можно сделать и используя звонок с прерывистым звучанием (см. рис. 2), но для этого потребуется еще одна микросхема. На ней собирают мультивибратор, а один из ее элементов будет суммирующим. Схема сирены показана на рис. 4.

Рис. 3. Принципиальная схема двух-тональной сирены

Налаживание устройства сводится к подбору рези­сторов R1 — R6. Ими добиваются необходимого звучания.

На двух микросхемах К155ЛАЗ легко собрать простой пробник для проверки радиоприемников. Принципиальная схема такого пробника изображена на рис. 5. Он вырабатывает низкочастотный и высокочастотный модулированный сигналы с амплитудой около 2 В.

Низкочастотный генератор собран на микросхеме D1. Прямоугольное напряжение с элемента DL1 через кон­денсатор СЗ подается на делитель R3R4, который ослабляет выходной сигнал в 10 раз. С элемента D1.2 сигнал прямоугольной формы поступает на один из входов элемента D2.2, управляя работой высокочастотного генератора (D2.1 — D2-.4). Он вырабатывает колебания только тогда, когда на верхний по схеме вход D2.2 подается логическая 1.

На высокочастотный выход пробника сигнал поступает с выхода элемента D2.1 через конденсатор Сб. Делитель R7R8 ослабляет выходное напряжение тоже в 10 раз.

Данный пробник совсем не обязательно питать от сетевого источника, можно использовать и батарею 3336Л. Правда, при этом с уменьшением напряжения питания будут изменяться частота и амплитуда выходных сигналов.

На рис. 6 приведена принципиальная схема еще одного пробника. Высокочастотный генератор в нем собран на элементах D1.1 и D1.2. Частота его определяется катушкой L1 и конденсатором CL Если, например, необходимо, чтобы пробник работал в диапазоне коротких волн, катушку L1 следует наматывать на каркасе диаметром 8 мм с подстроечником из феррита М600НH проводом ПЭЛ 0,3. Она должна содержать 10 витков.

Рис. 4. Принципиальная схема двух-тональной сирены звонка с прерывистым звучанием

Рис. 5. Принципиальная схема простого пробника

Рис. 6. Принципиальная схема пробника с катушкой индуктивности

Мультивибратор на D2.1 и D2.2 вырабатывает низко­частотный сигнал, который модулирует высокочастотное импульсное напряжение. Функции модулятора выполняет элемент D1.3.

В быту все более широкое распространение получают таймеры. Принципиальная схема одного из них, который нетрудно изготовить самостоятельно, приведена на рис. 7. Он выполнен всего на одной микросхеме и состоит из трех узлов: мультивибратора на элементах D1.1, D1.2 работающего в автоколебательном режиме, электронного ключа (резисторы R5 — R10, конденсаторы С4, С5, диод V1) и ждущего мультивибратора (элементы D1.3, D1.4).

Мультивибратор на элементах D1.1 D1.2 генерирует импульсы прямоугольной формы с частотой следования около 1 кГц. Они дифференцируются цепочкой C1 R5 и поступают на электронный ключ.

Рис. 7. Принципиальная схема таймера

Работа электронного ключа основана на открывании диода V1 в момент превышения напряжения на его аноде по отношению к катоду. При замыкании контактов  кнопки S1 конденсатор С4 быстро разряжается через резистор R7. Напряжение на верхнем по схеме выводе резистора R6 максимально (около 250 В). При размыкании контактов S1 конденсатор начинает заряжаться через элементы R5 и R6. При этом напряжение на резисторе R6 уменьшается по экспоненциальному закону. Как только оно достигнет порогового уровня, который определяется делителем R9R10, диод V1 открывается, и короткие отрицательные импульсы с дифференцирующей цепочки C3R5 через него поступают на ждущий мультивибратор, который генерирует импульсы звуковой частоты.

При использовании элементов, указанных на принципиальной схеме, время выдержки может достигать 20 — 30 мин.

В электронном ключе желательно применять конденсатор С4 МБГО на рабочее напряжение не менее 350 В или любой другой, но с малым током утечки. Диод V1 должен выдерживать обратное напряжение, большее 250 В, и иметь малый обратный ток. Резистор R9 — регулятор выдержек должен иметь экспоненциальную зависимость сопротивления от угла поворота движка. В этом случае шкала выдержек будет линейной.

Рис. 8. Принципиальная схема блока питания

В процессе налаживания электронного ключа подстроечным резистором R10 устанавливают требуемую максимальную выдержку, а затем градуируют шкалу.

На рис. 8 приведена принципиальная схема источника питания, который подойдет для большинства устройств, приведенных в статье.

К выходу блока питания можно подключить индикатор, сигнализирующий о значении выходного напряжения: находится ли оно в интервале 4,75 — 5,25 В или нет. Схема индикатора изображена на рис. 9.

Индикатор состоит из двух каналов: на элементе D1.1 первый, на D1.2, D1.3 — второй. Первый канал настроен так, что при входном напряжении больше 5,25 В на элемент D1.1 с резистора R1 поступает уровень логической 1. При этом на выходе D1.1 будет логический О, и светодиод V1 засветится. Во втором канале на выходе элемента D1.3 будет логический 0 (включен светодиод V3) при входном напряжении меньше 4,75 В. Если же на выходе элементов D1.1 и D1.3 — логическая 1 (напряжение питания лежит в заданных пределах), то на выходе D1.4 — логический 0, и светится диод V2.

Рис. 9. Принципиальная схема индикатора напряжений

Налаживание индикатора очевидно. Подав напряжение 5,25 В, подстроечным резистором R1 добиваются свечения диода V1. Уменьшив входное напряжение до 4,75 В и регулируя сопротивление подстроечного резистора R2, обеспечивают свечение светодиода V3.

Описанный индикатор при соответствующей настройке можно использовать и в качестве пробника для определения состояния логических элементов.

  новости промышленности Беларуси

 С. Федорова

Простые электронные устройства на КМОП-микросхемах

Как уже отмечалось ранее, существуют десятки и сотни самых разнообразных цифровых микросхем. Живописному описанию каждой их них можно было бы посвятить немало страниц.

Однако в целях экономии бумаги и для демонстрации неограниченных возможностей применения всего одной микросхемы из множества других ниже будут рассмотрены простейшие устройства, использующие только одну микросхему — К561ЛЕ5.

Сенсорный пульт управления

Сенсорный пульт управления, позволяющий включать/выключать нагрузку, разработан И.А. Нечаевым (рис. 1) [Р 1/85-49]. Устройство содержит генератор, вырабатывающий импульсы частотой 300…500 Гц.

Их скважность (отношение длительности импульса к паузе) составляет 1:40 и определяется отношением сопротивлений R1 и R2. Если к сенсорной пластинке Е1 приложить палец, начнет заряжаться конденсатор С2.

Скорость и время заряда этого конденсатора зависит от сопротивления между контактами. В соответствии с заряд-но-разрядными процессами будет изменяться величина управляющего сигнала, проходящего через схему управления.

Рис. 1. Схема сенсорного пульта управления.

Изменяя силу и время прижатия пальцев к сенсорным площадкам Е1 и Е2, можно управлять уровнем выходных сигналов, интенсивностью свечения светодиодов HL1 и HL2.

Для настройки схемы при использовании сенсорных площадок различной конфигурации и площади, возможно, придется подобрать емкости конденсаторов С2 и СЗ.

Цветорегулятор

Несложный цветорегулятор можно собрать используя генератор импульсов управляемой скважности (рис. 2). Изменяя соотношение пауза/импульс с помощью потенциометра R2 можно управлять средней силой тока, протекающего через светодиоды HL1 и HL2.

Рис. 2. Схема цветорегулятора.

Если эти светодиоды отличаются по цвету свечения, объединив их под общим светособирающим экраном, можно добиться плавного изменения цвета суммарного свечения. В качестве нагрузки можно включить лампы накаливания, получив таким образом регулятор света. Для этого придется выполнить выходные каскады на более мощных транзисторах.

Схема сенсорного выключателя

На рис. 3 показана схема сенсорного выключателя конструкции И.А. Нечаева [Р 4/89-62]. Прикосновение к площадкам Е1 и Е2 позволяет включать или выключать ток в нагрузке (светодиоды HL1 и HL2).

Рис. 3. Схема сенсорного выключателя.

Работает сенсорный выключатель следующим образом: в момент включения питания конденсаторы С1 и С2 разряжены, на входах соответствующих логических элементов устанавливаются логический нуль (выводы 1, 2 микросхемы DD1) и логическая единица (выводы 3, 5, 6 микросхемы DD1).

Соответственно, на выходе второго логического элемента установится логический нуль, а на выходе третьего — логическая единица, четвертого — снова нуль. Следовательно, один из элементов нагрузки — светодиод — будет включен, другой — выключен.

Резистор R3 создает цепь положительной обратной связи, обеспечивающей устойчивое состояние сенсорного выключателя. Для того чтобы переключить нагрузку, достаточно коснуться пальцем до сенсорных площадок Е1 и Е2.

С конденсатора С2 уровень логической единицы окажется поданным через сопротивление пальца и резистор R1 на вход первого логического элемента.

Поскольку на входе первого элемента устанавливается значение логической единицы, все остальные логические элементы одновременно изменят свое состояние. Выходные каскады переключатся.

На конденсаторе С1 установится значение логической единицы, на конденсаторе С2 — логического нуля. Для повторного переключения элементов схемы необходимо снова прикоснуться к сенсорным площадкам.

Это прикосновение приведет к очередной перезарядке конденсаторов С1 и С2 и переключению схемы в другое устойчивое состояние.

Сенсорный выключатель устойчиво работает в диапазоне питающих напряжений от 6 до 12 6. Взамен светодиодных индикаторов или параллельно им может быть включена и иная нагрузка, например, обмотка реле, управляющего работой бытовой техники, генератор звуковых или световых сигналов и т.п.

Модель электронного светофора

Модель электронного светофора (рис. 4) позволяет поочередно переключать разноцветные светодиоды, имитируя работу настоящего светофора [Рл 10/98-15].

Времязадающая цепь генератора (R2, С2) определяет частоту переключения зеленого и красного светодиодов, а цепь R1, С1 определяет время свечения желтого светодиода. Продолжительность свечения зеленого и красного светодиодов составляет около 10 сек и определяется постоянной времени R2C2, где сопротивление выражено в МОм, а емкость — в мкФ.

Рис. 4. Схема электронного «светофора».

Светофон

Светофон (рис. 5) представляет собой электронную игрушку — звуковой генератор [Р 1/90-60]. Частота генерации определяется уровнем освещенности чувствительного к свету (hv) элемента R1 (фотосопротивления, фотодиода) при приближении к нему руки. Для того чтобы звучание происходило по желанию «музыканта», включение звука происходит при отпускании пальца от сенсорных площадок Е1 и Е2.

Рис. 5. Схема светофона.

При использовании фоточувствительных приборов различного типа вероятно потребуется подбор емкости конденсатора С1, а также включение параллельно (или последовательно) фоточувствительному элементу (фотосопротивлению, фотодиоду) резисторов, задающих диапазон изменения генерируемой звуковой частоты.

Отметим попутно, что при самостоятельной доработке устройства в качестве управляющего элемента (рис. 5) можно использовать термосопротивление, имеющее малую тепловую инерцию, например, бусинкового типа.

Устройство, полученное при этом, можно наименовать термофоном или эолофоном (от греческого aiolos — ветер и phone — голос, звук) — оно будет изменять частоту звука при обдувании терморезистора.

Электромузыкальный прибор, управляемый наэлектризованным предметом (электронофон), можно получить, включив полевой транзистор вместо резистора R1.

Терменвокс

Идея терменвокса была предложена в эпоху раннего «средневековья» радиоэлектроники — на рубеже 20-30-х годов XX века изобретателем и музыкантом Львом Терменом.

В основу действия этого электромузыкального инструмента заложен принцип сопоставления (вычитания) частот двух генераторов.

Один из генераторов является эталонным, второй — управляется приближением (удалением) ладони руки. Чем ближе ладонь, тем заметнее уход частоты второго генератора, тем выше звук на выходе устройства.

Рис. 6. Схема простого самодельного терменвокса.

Модель терменвокса, одного из самых первых электромузыкальных инструментов, может быть собрана по схеме на рис. 6. Это устройство является упрощенной модификацией схемы Э. Апрелева [М 6/92-28].

Сигналы двух генераторов вычитаются в специальном смесителе сигналов. Разностная частота поступает на звукоизлучатель или усилитель низкой частоты.

Исходная частота работы генераторов близка к 90 кГц. Антенной устройства является медный или алюминиевый прут диаметром 2…4 мм длиной 25…40 мм.

Разумеется, представленная на рис. 6 схема формирования звука заметно упрощена. В частности, для «реального» инструмента обязательно необходима регулировка громкости звучания инструмента. Для этого обычно используют аналогичный второй канал.

Изображенная на рис. 6 наиболее упрощенная модель терменвокса построена на основе двух генераторов, выполненных на микросхеме.

Начальная частота генерации обоих генераторов одинакова и устанавливается конденсатором СЗ и потенциометром R1. Выходные сигналы с генераторов через диоды VD1 и VD2 поступают на вход усилителя низкой частоты (транзистор VT1).

При приближении руки к антенне WA1 изменяется частота работы верхнего по схеме генератора, что вызывает появление звука изменяющейся тональности в телефонном капсюле.

Оригинальный металлоискатель, реагирующий на появление металлического (токопроводящего) предмета в поле антенны устройства также может быть собран по схеме на рис. 6.

В сочетании с обычным металлоискателем это позволит более уверенно распознавать различные предметы (магнитные, диамагнитные, токопроводящие и токонепроводящие), попадающие в поле действия поисковой катушки или электрода.

Электромузыкальный инструмент

На микросхеме DD1 К561ЛЕ5 (рис. 7) может быть собран электромузыкальный инструмент [Рл 9/97-28]. Генератор импульсов на трех инверторах микросхемы DD1 управляется ключами S1 — Sn.

Генератор прямоугольных импульсов будет работать на частоте, определяемой подключаемыми к общей шине резисторами R1 — Rn (десятки, сотни кОм).

Рис. 7. Схема электромузыкального инструмента на микросхеме.

Ключи-клавиши S1 — Sn и ключ S2 должны замыкаться единовременно (зависимо). Как упростить коммутацию, исключив ключ SA2, следует подумать самостоятельно. Сигнал звуковой частоты через усилительный каскад (транзистор VT1) поступает на телефонный капсюль BF1 или внешний усилитель.

Индикатор электрического поля

Индикатор электрического поля или простейшего типа может быть собран по схемам, представленным на рис. 8 и 11 [Рл 9/98-16].

Входы неиспользуемых инверторов /ШОГ7-микросхем необходимо соединить с общим проводом или шиной питания (рис. 8). При приближении индикатора к сетевому проводу в первой схеме вырабатываются звуковые сигналы, воспроизводимые пьезокерамическим излучателем, во второй схеме устройство реагирует на переменное электрическое поле звуковыми сигналами.

Рис. 8. Схема искателя электропроводки.

Рис. 11. Схема индикатора электрического поля.

Фотореле, термореле

Фото- или термореле может быть выполнено по схеме, приведенной в книге Л.Д. Пономарева и А.Н. Евсеева (рис. 9). Устройство содержит регулируемый резистивный делитель напряжения, состоящий из резистора-датчика R1 и потенциометра R2.

К средней точке этого делителя подключен вход триггера Шмитта, составленный из двух логических элементов КМОП-млк-росхемы. К выходу триггера подсоединены эмиттерный повторитель и тиристорный коммутатор постоянного тока. Вместо тиристора может быть использован его транзисторный аналог.

Рис. 9. Схема фотореле, термореле.

При изменении сопротивления датчика триггер Шмитта переключается из одного устойчивого состояния в другое.

Соответственно, выходной сигнал через согласующий эмиттер-ный повторитель подается на управляющий электрод тиристора VS1. Происходит включение тиристора, срабатывает реле К1 или иная нагрузка. Для отключения нагрузки необходимо «сбросить» состояние тиристора, т.е. кратковременно отключить питание.

Такая схема может быть использована для контроля технологических и иных процессов, предупреждения критических и аварийных ситуаций, оповещения персонала о нештатном режиме работы оборудования и т.д.

Для того чтобы устройство самостоятельно включалось и отключалось, вместо тиристора следует установить кремниевый транзистор, рассчитанный на ток нагрузки.

Индикатор перегорания предохранителя

Индикатор перегорания предохранителя Л. Тесленко (рис. 10) содержит генератор импульсов на микросхеме и светодиодный индикатор [Р 11/85-44].

Рис. 10. Схема индикатора перегорания предохранителя.

Когда предохранитель цел, на вход инвертора (вывод 8 микросхемы DD1) подается напряжение высокого уровня, запрещающее работу генератора.

Стоит перегореть предохранителю, вывод 8 через сопротивление нагрузки оказывается присоединенным к общей шине. Генератор начнет работать, при этом светодиод мигает с частотой около 5 Гц.

Для индикации перегорания предохранителя при «оборванной» нагрузке параллельно сопротивлению нагрузки желательно включить резистор величиной около 1 МОм.

Простой металлоискатель

Металлоискатель на микросхеме DD1 K561ЛE5, выполненный по традиционной схеме сравнения частот опорного и поискового генераторов [Р 8/89-65], показан на рис. 12.

Рис. 12. Схема металлоискателя.

Частота опорного генератора определяется емкостью конденсатора С1 и суммарным сопротивлением резисторов R1 и R2.

Частота поискового генератора зависит от параметров LC-контура поисковой катушки (L1, С2). При приближении поисковой катушки к металлическому предмету ее индуктивность меняется, изменяя частоту генерации поискового генератора.

Сигналы с обоих генераторов через развязывающие конденсаторы С4 и С5 поступают на диодный детектор, выполненный по схеме удвоения напряжения.

Нагрузкой детектора является высокоомный телефонный капсюль BF1, и в нем выделяется сигнал разностной частоты. При использовании низкоомного телефонного капсюля может потребоваться дополнительный каскад усиления. Конденсатор С6 шунтирует на общий провод высокочастотные составляющие смешиваемых сигналов.

Поисковая катушка размещена внутри алюминиевого или медного незамкнутого кольца диаметром 200 мм. Диаметр трубки — 8 мм. Для намотки использован провод, например, ПЭЛШО диаметром 0,5 мм.

Количество витков определяется по принципу «сколько войдет». Выводы катушки присоединяют к схеме, а саму трубку соединяют с общей шиной.

Налаживание металлоискателя заключается в установке частоты опорного генератора до появления в телефонном капсюле звуковых сигналов низкой частоты. При этим, возможно, придется подобрать емкость конденсатора С1 или С2.

Устройство для рефлексотерапии

Схема прибора — электронного устройства для рефлексотерапии, разработанного И. Скулкиным — показана на рис. 13 [Рл 2/97-26]. Узел поиска биологически активных точек (БАТ) содержит усилитель на составном транзисторе VT1 — VT3 и генератор импульсов на микросхеме DD1.

Рис. 13. Схема прибора для рефлексотерапии.

Поисковый (активный) электрод (А) представляет собой закругленную иглу диаметром 1 мм. Пассивный электрод (П) состоит из отрезка телескопической антенны.

При поиске БАТ на теле человека этот электрод зажимают в руке. Когда поисковый электрод попадает на БАТ, сопротивление участка кожи резко уменьшается, а устройство реагирует на это включением светодиода.

Полярность напряжения, прикладываемого к биологически активной точке, можно изменять переключателем SA1, а переключатель SA2 переводит устройство из режима поиска БАТ в режим воздействия на них. Частоту и ток воздействия задают потенциометры R2 и R4, соответственно.

Для проверки готовности прибора к работе следует в режиме «Поиск» (SA2) установить максимальный ток воздействия и замкнуть электроды. При этом должен загореться светодиод HL1.

Электронный телеграфный ключ

Электронный телеграфный ключ на одной микросхеме K561J1E5 (рис. 14) выполнен по традиционной для таких ключей схеме [Рл KB и УКВ 1/96-23]. Релаксационный генератор собран на логических элементах с разными RC-цепями, ответственными за формирование посылок тире и точек.

Рис. 14. Схема электронного телеграфного ключа.

При нажатии на телеграфный ключ (замыкании зарядной цепи) заряжается группа конденсаторов С1 — СЗ (тире) или С2, СЗ (точка). Когда напряжение на входе логического элемента DD1.1 превысит определенный пороговый уровень, произойдет его переключение, и на выходе установится значение логического нуля.

Процесс заряда конденсаторов прервется, и они начнут разряжаться через сопротивления R2 и R3. При снижении напряжения на конденсаторах ниже определенного значения первый логический элемент вновь переключится, и процесс зарядки/разрядки конденсаторов повторится.

Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока замкнута контактная группа телеграфного манипулятора. Длительность точек и тире определяется постоянными времени зарядных и разрядных цепей (RC). Конденсаторы С1 — СЗ должны иметь малые токи утечки.

Для звуковой индикации генерируемых телеграфных сигналов предназначен генератор, выполненный на третьем и четвертом элементах микросхемы.

Генератор нагружен на пье-зокерамический излучатель типа ЗП-19. При использовании индуктивного излучателя (телефонного капсюля) последовательно с ним необходимо включить разделительный конденсатор емкостью более 0,1 мкФ.

Одновременно со звуковой, в схему введена световая индикация на светодиоде НИ (АЛ307), что позволяет визуально контролировать наличие телеграфных посылок. Для коммутации цепей передающего устройства использован буферный каскад на транзисторе VT1 (КТ315), нагруженный на реле.

Как и для других простейших телеграфных ключей, использующих подобный способ формирования точек и тире, данной конструкции присущи те же недостатки: необходимость подстройки соотношения продолжительности точек/тире сопротивлением R1 при изменении скорости передачи.

Механическая часть манипулятора может быть изготовлена из отрезка ножовочного полотна с примыкающими к нему контактными группами. В качестве таких контактов можно воспользоваться контактами разобранного крупногабаритного реле.

Многоголосый имитатор звуков

«Многоголосый» имитатор звуков, описанный М. Холодовым (рис. 15), содержит два последовательно включенных и управляемых генератора [Р 7/87-34]. Один из них работает на частоте 1…3 Гц, второй вырабатывает колебания частотой 0,2…2 кГц.

Если в цепь управления (клеммы XS1 и XS2) подключить рези-стивно-емкостной датчик, то на выходе устройства можно получить различные звуковые эффекты, разнообразие проявления которых ограничено только фантазией экспериментатора.

Если ко входу имитатора подключить переменное сопротивление 100 кОм и вращать его ручку, на выходе устройства звук будет напоминать трели соловья, затем щебетание воробья, кряканье утки, кваканье лягушки…

Рис. 15. Схема многоголосого имитатора звуков.

Устройство собрано на микросхеме К561ЛА7 (элементы И-НЕ). Имитатор при желании можно выполнить и на элементах ИЛИ-НЕ (К561ЛЕ5). Для этого потребуется самостоятельная переработка схемы.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Применение цифровых микросхем | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! В предыдущих постах я рассказывал о логических элементах – «кирпичиках» слагающих фундамент цифровой техники и об их назначениях. В этом посте я расскажу более подробно о применении цифровых микросхем содержащих логические элементы.

Простейшие схемы

Первая схема представляет собой простейший пробник для прозвонки электрических цепей. С помощью данного пробника можно определить надёжность электрического контакта, найти обрыв в цепи, проверить исправность резисторов и полупроводниковых диодов и транзисторов.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Схема пробника для прозвонки электрической цепи.

Опишем его работу. При разомкнутых щупах ХТ на входах логического элемента DD1 относительно общего провода устанавливается высокий логический уровень напряжения. Соответственно на выходе элемента DD1 будет низкий логический уровень, при этом светодиод VD1 не будет гореть. Если щупы замкнуть между собой, то на входе DD1 будет низкий логический уровень, а на выходе – высокий. Светящийся диод сообщит о том, что выходы замкнуты между собой. Таким образом, при подключении щупов к исправной цепи будет загораться светодиод, а если светодиод не горит – значит, в цепи имеется обрыв.

Следующая схема, представленная ниже, представляет собой логический пробник. Предназначенный он для определения логического уровня напряжения в электрических цепях цифровых устройств.

Схема логического пробника.

В исходном состоянии на входах логического элемента DD1 и выходе DD2 устанавливается высокий логический уровень, соответственно светодиод VD1 горит. При включении светодиодов в цепь с высоким логическим уровнем светодиод VD1 продолжает гореть, а когда на входе DD1 появится низкий логический уровень, то светодиод VD1 соответственно погаснет.

Дальнейшее повествование о применении цифровых микросхем не возможно без знания внутреннего устройства цифровых ТТЛ и КМОП микросхем и их передаточных характеристиках.

Внутреннее устройство цифровых микросхем ТТЛ

Все семейства цифровых микросхем, основываются на базовых логических элементах. Для всех микросхем семейства ТТЛ таким элементом является элемент 2И-НЕ, который имеет следующее внутреннее устройство. Ниже показано схема элемента 2И-НЕ и его переходная характеристика

Схема базового элемента ТТЛ 2И-НЕ и его переходная характеристика.

На входе элемента стоит многоэмиттерный транзистор VT1, затем усилительный каскад на транзисторе VT2 и двухтактный выходной каскада на транзисторах VT3, VT4.

Опишем работу логического элемента 2И-НЕ. В исходном состоянии входное напряжение не превышает 0,5 В, а эмиттерный переход транзистора VT1 открыт, данного напряжения не достаточно для перевода коллекторного перехода в открытое состояние, то же относится и к эмиттерным переходам транзисторов VT2, VT4. Поэтому данные транзисторы закрыты, а транзистор VT3 – открыт, напряжением, поступающим с R2. Диод VD3 оказывается открытым и на выходе элемента напряжение составляет примерно 3…4 В (точка А). Когда начинается увеличиваться напряжение на эмиттерах VT1, то транзистор VT2 начинает открываться, а транзистор VT3 плавно закрываться (участок А – Б). Дальнейшее увеличение напряжения на входном транзисторе приводит к тому, что транзистор VT2 ещё больше открывается, напряжение на R3 тоже возрастает и открывается транзистор VT4. В результате, эмиттерный переход транзистора VT4 шунтирует резистор R3, и транзистор VT2 резко открывается, а напряжение на выходе элемента уменьшается. В этот момент (участок Б – В) все транзисторы открыты и находятся в активном режиме. Если продолжать увеличивать входное напряжение, то транзисторы VT2 и VT4 перейдут в режим насыщения (участок В – Г), а транзистор VT3 закроется и значение выходного напряжения станет равным напряжению насыщения транзистора VT4, а ток будет ограничен резистором R4.

Участок Б – В переходной характеристики можно использовать для обработки аналоговых сигналов, в данном режиме переходная характеристика обладает высокой линейностью и максимальной потребляемой мощностью.

Внутреннее устройство цифровых микросхем КМОП

Так же как и в ТТЛ семействе, КМОП микросхемах базовым элементом является 2И-НЕ, внутреннее устройство которого показано ниже

Схема базового элемента КМОП 2И-НЕ и его переходная характеристика.

В данном логическом элементе работают комплементарные полевые транзисторы. Транзисторы с каналом р-типа (VT1, VT2) подключены к положительному проводнику источника питания, с каналом n-типа (VT3, VT4) соединены последовательно.

При входном напряжении 2 В и менее транзисторы VT1 и VT2 открыты, так как напряжение на участках затвор – исток (при напряжении питания 9 В) составляет не менее 7 В. Напряжение на таких же участках транзисторов VT3 и VT4 оказывается недостаточным для их открывания, поэтому на выходе элемента будет напряжение, почти равное напряжению питания, то есть около 9 В (точка А). По мере увеличения входного напряжения транзисторы начинают открываться, а VT1 и VT2 закрываться. На участке А – Б этот процесс происходит сравнительно плавно, а на участке Б – В он ускоряется и наиболее линеен. В точке В транзисторы VT1 и VT2 почти полностью закрыты, а VT3 и VT4 открыты. Выходное напряжение в этом случае невелико и при дальнейшем увеличении входного напряжения до уровня источника питания оно стремиться к нулю (точка Г).

Логический элемент в линейном режиме

Использование логических элементов цифровых микросхем для работы с аналоговыми сигналами возможно лишь в случае, если их режим выведен в линейный или близкий к нему. Так в линейном режиме ТТЛ элемент эквивалентен усилителю к коэффициентом усиления 10 … 15 (примерно 20 дБ), а элемент КМОП – усилителю с коэффициентом усиления 10 … 20 (20 … 26 дБ).

Вывод логического элемента в линейный режим: слева-направо током, напряжением, обратной связью.

Для вывода логического элемента на линейный участок применяют различные способы. Один из них основан на включении на входе элемента ТТЛ резистора R. Этот резистор вызовет ток, который будет протекать через эмиттерный переход входного транзистора элемента ТТЛ. Изменяя сопротивление внешнего резистора, можно изменять напряжение на выходе элемента, то есть изменять положение его рабочей точки на передаточной характеристике. Для элементов ТТЛ сопротивление такого внешнего резистора составляет от 1 кОм до 3 кОм. Однако такой способ не применим для КМОП микросхем, так как они работают без выходных токов (есть токи утечки, но они малы и нестабильны).

Второй способ вывода логического элемента на рабочий режим может быть подача на вход соответствующего напряжения, например с помощью резистивного делителя. Так, для элементов ТТЛ середина линейного участка передаточной характеристики соответствует входное напряжение 1,5…1,8 В, а для КМОП 3…6 В (при напряжении питания 9 В). Для разных логических элементов это напряжение не одинаково, поэтому его подбирают опытным путём. Номиналы входных резисторов выбирают таким образом, что бы входные токи элементов не влияли на напряжение, снимаемое с резистивного делителя.

Третий способ, является наиболее эффективным, для этого создают отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току между входом и выходом элемента, благодаря чему рабочая точка автоматически поддерживается на требуемом участке передаточной характеристики и не требуется тщательного подбора внешних резисторов. Этот способ реализуется для логических элементов с инверсией входного сигнала: НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Сопротивление резистора в цепи ООС выбирают исходя из обеспечения элементу необходимого входного тока. Для элементов КМОП оно составляет от нескольких килоом до десятков мегаом, а для ТТЛ – от десятков Ом до 1 кОм. Но применение ООС снижает коэффициент усиления элемента.

Усилители на логических элементах

Для использования логических элементов в качестве усилителей сигналов необходимо вывести рабочую точку на линейный участок передаточной характеристики. Основные характеристики таких усилителей приведены в таблице ниже.

Схема простейшего усилителя на элементе ТТЛ приведена ниже. Регулировка усилителя сводится к установке подстроечным резистором R1рабочей точки элемента на середине линейного участка передаточной характеристики.

Простейший усилитель на ТТЛ элементе

Недостатком простых усилителей является невысокое входное сопротивление, что ограничивает область их применения. К тому же коэффициент усиления небольшой. Устраняется данный недостаток использованием совместно с транзисторами. Коэффициент усиления повышается включением последовательно нескольких каскадов. Кроме того, цифровая микросхема содержит несколько идентичных элементов, это позволяет создавать многоканальные усилители. Примером может служить схема показанная ниже. Основные характеристики усилителя: коэффициент усиления – 50; выходное сопротивление 50 Ом, входное сопротивление 5 кОм, верхняя граничная частота 40 МГц.

Схема усилителя с транзистором на входе

Элементы КМОП также можно использовать для усилителей, схема одного из ни приведена ниже. Общий недостаток усилителей на элементах КМОП – высокое выходное сопротивление. Устранить его можно установкой на выходе логического элемента эмиттерного повторителя на транзисторе и включения его в цепь ООС.

Схемы усилителей на элементах КМОП.

Пороговые устройства на логических элементах

Пороговые устройства, называемые компараторами, предназначены для преобразования аналогового сигнала в цифровую информацию. Простейшим пороговым устройством является триггер Шмитта, который описан в этом посте. Кроме формирования импульсов и восстановлении цифровых сигналов, пороговые устройства применяют в аналогово – цифровых преобразователях, генераторах импульсов различной формы.

Схема порогового устройстван на логических элементах.

По большёму счёту логический элемент является сам пороговым устройствам, однако его передаточная характеристика не совсем линейна. Для повышения линейности передаточной характеристики логического элемента, его необходимо охватить положительной обратной связью (ПОС) по постоянному току через резистор R2. В таком случае он превращается в своеобразный триггер Шмитта с возможностью регулирования пороговых напряжений. Ширина петли гистерезиса (разность между пороговыми напряжениями) зависит от соотношения номиналов резисторов R1 и R2. От этих же резисторов зависит и чувствительность. При увеличении R2 и уменьшении R1 чувствительность повышается, а ширина петли гистерезиса уменьшается. Для микросхем ТТЛ сопротивление R1 = 0,1 … 2 кОм, а R2 = 2 … 10 кОм. Пороговые устройства на КМОП элементах отличаются высокой экономичностью, а недостатком является низкая чувствительность. Для КМОП микросхем R1 – несколько десятков килоом, а R2 – несколько сотен килоом.

Генераторы на логических элементах

Цифровые микросхемы нашли широкое применение в схемах различных генераторов с частотами от долей герца до десятков мегагерц и самой различной формой импульса. Вообще генераторы представляют собой усилительный каскад или несколько, который охвачен частотно-зависимой обратной связью. В качестве таких цепей используют RC-, LC-, RLC-цепи, а также пьезокерамические и кварцевые резонаторы.

Ниже показана схема генератора с RC частотно-зависимой цепью. Работа данного генератора связана с процессами зарядки-разрядки конденсатора С1 через резистор R1.

Схема RC-генератора

В данной схеме генератора через резистор R1 осуществляется ООС, которая выводит логический элемент в линейный режим, а через конденсатор С1 осуществляется частотно-зависимая ПОС. В таком генераторе используются как ТТЛ-элементы, так и КМОП. Сопротивление резистора R1 выбирается также как и для усилительного каскада с ООС, а емкость конденсатора – в зависимости от требуемой частоты колебаний. Частоту генерации можно определить по приближенной формуле

[math]F \approx \frac{0,7}{RC}[/math]

При работе такой генератор вырабатывает прямоугольные импульсы со скважностью примерно равной 2. Максимальная частота генерации ограниченна величиной задержки переключения логических элементов, так для КМОП микросхем максимальная частота составляет 2 … 4 МГц, а для ТТЛ – несколько десятков МГц.

С помощью цифровых микросхем можно также получить генератор синусоидального сигнала, для этого в качестве частотно-задающей цепи необходимо использовать LC-контур. Схема такого генератора приведена ниже.

Схема LC-генератора

В качестве частотно-зависимой связи применяются как последовательный так и параллельный колебательный контур, но в любом случае частота колебаний будет соответствовать формуле Томпсона

[math]F=\frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}[/math]

Сопротивление резистора R1 выбирается также как и для усилительного каскада.

Недостатком вышеописанных генераторов является невысокая стабильность генерируемой частоты. Для её повышения применяются пьезокерамические и кварцевые резонаторы, включая их в цепи обратной связи вместо конденсатора или колебательного контура.

Схема генератора с кварцевой стабилизацией частоты

В данной схеме кварцевый резонатор ZQ1 применён в цепи обратной связи, конденсатор С2 служит для подавления паразитной генерации на частотах отличных от частоты кварцевого резонатора. Конденсатором С1 можно в небольших пределах подстроить частоту генерации. Величину конденсатора С2 выбирают ориентировочно: 1 нФ для частоты 10 МГц, 10 нФ для частоты 1 МГц. Конденсатор С1 может иметь значение от единиц пФ до нескольких нФ в зависимости от частоты кварцевого резонатора. Для повышения стабильности частоты на выходе генератора полезно будет установить буферный каскад на логическом элементе.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Цифровые микросхемы. Типы логики, корпуса

РадиоКот >Обучалка >Цифровая техника >Основы цифровой техники >

Цифровые микросхемы. Типы логики, корпуса

Ну сначала скажем так: микросхемы делятся на два больших вида: аналоговые и цифровые. Аналоговые микросхемы работают с аналоговым сигналом, а цифровые, соответственно – с цифровым. Мы будем говорить именно о цифровых микросхемах.

Точнее даже, мы будем говорить не о микросхемах, а об элементах цифровой техники, которые могут быть «спрятаны» внутри микросхемы.

Что это за элементы?

Некоторые названия вы слышали, некоторые, может быть – нет. Но поверьте, эти названия можно произносить вслух в любом культурном обществе – это абсолютно приличные слова. Итак, примерный список того, что мы будем изучать:

• Триггеры
• Счетчики
• Шифраторы
• Дешифраторы
• Мультиплексоры
• Компараторы
• ОЗУ
• ПЗУ

Все цифровые микросхемы работают с цифровыми сигналами. Что это такое?

Цифровые сигналы – это сигналы, имеющие два стабильных уровня –
уровень логического нуля и уровень логической единицы.
У микросхем, выполненных по различным технологиям, логические уровни могут отличаться друг от друга.

В настоящее время наиболее широко распространены две технологии: ТТЛ и КМОП.

ТТЛ – Транзисторно-Транзисторная Логика;
КМОП – Комплиментарный Металл-Оксид-Полупроводник.

У ТТЛ уровень нуля равен 0,4 В, уровень единицы – 2,4 В.

У логики КМОП, уровень нуля очень близок к нулю вольт, уровень единицы – примерно равен напряжению питания.

По-всякому, единица – когда напряжение высокое, ноль – когда низкое.

НО! Нулевое напряжение на выходе микросхемы не означает, что вывод «болтается в воздухе».
На самом деле, он просто подключен к общему проводу. Поэтому нельзя соединять непосредственно несколько логических выводов:
если на них будут различные уровни – произойдет КЗ.

Кроме различий в уровнях сигнала, типы логики различаются также по энергопотреблению,
по скорости (предельной частоте), нагрузочной способности, и т.д.

Тип логики можно узнать по названию микросхемы. Точнее – по первым буквам названия, которые указывают,
к какой серии принадлежит микросхема. Внутри любой серии могут быть микросхемы, произведенные только по
какой-то одной технологии. Чтобы вам было легче ориентироваться — вот небольшая сводная таблица:

Наиболее распространены на сегодняшний день следующие серии (и их импортные аналоги):

• ТТЛШ – К555, К1533
• КМОП – КР561, КР1554, КР1564
• ЭСЛ – К1500

Цифровые схемы рекомендуется строить, используя микросхемы только одного типа логики.
Это связано именно с различиями в логических уровнях цифровых сигналов.

Тип логики выбирают, в основном, исходя из следующих соображений:

— скорость (рабочая частота)

— энергопотребление

— стоимость

Но бывают такие ситуации, что одним типом никак не обойтись.
Например, один блок должен иметь низкое энергопотребление, а другой – высокую скорость.
Низким потреблением обладают микросхемы технологии КМОП. Высокая скорость – у ЭСЛ.

В этом случае понадобятся ставить преобразователи уровней.

Правда, некоторые типы нормально стыкуются и без преобразователей.
Например, сигнал с выхода КМОП-микросхемы можно подать на вход микросхемы ТТЛ
(при учете, что их напряжения питания одинаковы). Однако, в обратную сторону, т.е.,
от ТТЛ к КМОП пускать сигнал не рекомендуется.

Микросхемы выпускаются в различных корпусах. Наиболее распространены следующие виды корпусов:

DIP

(Dual Inline Package )

Обычный «тараканчик». Ножки просовываем в дырки на плате – и запаиваем.

Ножек в корпусе может быть 8, 14, 16, 20, 24, 28, 32, 40, 48 или 56.

Расстояние между выводами (шаг) – 2,5 мм (отечественный стандарт) или 2,54 мм (у буржуев).

Ширина выводов около 0,5 мм

Нумерация выводов – на рисунке (вид сверху). Чтобы определить нахождение первой ножки, нужно найти на корпусе «ключик».

SOIC

(Small Outline Integral Circuit)

Планарная микросхема – то есть ножки припаиваются с той же стороны платы, где находится корпус.
При этом, микросхема лежит брюхом на плате.

Количество ножек и их нумерация – такие же как у DIP .

Шаг выводов – 1,25 мм (отечественный) или 1,27 мм (буржуазный).

Ширина выводов – 0,33…0,51

PLCC

(Plastic J-leaded Chip Carrier)

Квадратный (реже — прямоугольный) корпус. Ножки расположены по всем четырем сторонам,
и имеют J -образную форму (концы ножек загнуты под брюшко).

Микросхемы либо запаиваются непосредственно на плату (планарно),
либо вставляются в панельку. Последнее – предпочтительней.

Количество ножек – 20, 28, 32, 44, 52, 68, 84.

Шаг ножек – 1,27 мм

Ширина выводов – 0,66…0,82

Нумерация выводов – первая ножка возле ключа, увеличение номера против часовой стрелки:

TQFP

(Thin Quad Flat Package)

Нечто среднее между SOIC и PLCC .

Квадратный корпус толщиной около 1мм, выводы расположены по всем сторонам.

Количество ножек – от 32 до 144.

Шаг – 0,8 мм

Ширина вывода – 0,3…0,45 мм

Нумерация – от скошенного угла (верхний левый) против часовой стрелки.

Вот так, в общих чертах, обстоят дела с корпусами. Надеюсь теперь вам станет немножко
легче ориентироваться в бесчисленном множестве современных микросхем, и вас не будет вгонять
в ступор фраза продавца типа: «эта микросхема есть только в корпусе пэ эл си си»…

<<—Вспомним пройденное—-Поехали дальше—>>

Самостоятельное изучение схемотехники. Основные понятия. Часть 1 / Хабр

Изучение цифровой схемотехники нужно начинать с теории автоматов. В этой статье можно найти некоторые элементарные вещи, которые помогут не потеряться в дальнейших статьях. Я постарался сделать статью легкочитабельной и уверен, что неподготовленный читатель сможет в ней легко разобраться.

Сигнал — материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений по системе связи. Сигнал, в отличие от сообщения, может генерироваться, но его приём не обязателен (сообщение должно быть принято принимающей стороной, иначе оно не является сообщением, а всего лишь сигналом).

В статье рассматривается цифровой дискретный сигнал. Это такой сигнал, который имеет несколько уровней. Очевидно, что двоичный сигнал имеет два уровня — и их принимают за 0 и 1. Когда высокий уровень обозначается единицей, а низкий нулем — такая логика называется позитивной, иначе негативной.

Цифровой сигнал можно представить в виде временной диаграммы.

В природе дискретных сигналов не существует, по этому их заменяют аналоговыми. Аналоговый сигнал не может перейти из 0 в 1 мгновенно, по этому такой сигнал обладает фронтом и срезом.

Если рисовать упрощенно то это выглядит так:

1 — низкий уровень сигнала, 2 — высокий уровень сигнала, 3 — нарастание сигнала (фронт), 4 — спад сигнала (срез)

Сигналы можно преобразовывать. Для этого на практике используются логические элементы, а чтобы это записать формально используются логические функции. Вот основные:

Отрицание — инвертирует сигнал.

На схемах обозначается так:

Логическое ИЛИ (логическое сложение, дизъюнкция)

На схеме:

Логическое И (логическое умножение, конъюнкция)

На схеме:

Последние два могут иметь отрицание на выходе (И-НЕ, ИЛИ-НЕ). Значения их логических функций инвертируются, а на схеме выход рисуется кружочком.

Сводная таблица логических функций двух аргументов выглядит так:

Работа с логическими функциями основывается на законах алгебры логики, основы которых изложены в прикрепленном файле. Так же там есть задания для самоконтроля и контрольные вопросы по теме.

Логической схемой называется совокупность логических электронных элементов, соединенных между собой таким образом, чтобы выполнялся заданный закон функционирования схемы, иначе говоря, — выполнялась заданная логическая функция.
По зависимости выходного сигнала от входного все электронные логические схемы можно условно разбить на:

Схемы первого рода, т.е. комбинационные схемы, выходной сигнал которых зависит только от состояния входных сигналов в каждый момент времени;

Схемы второго рода или накапливающие схемы (схемы последовательностные), содержащие накапливающие схемы (элементы с памятью), выходной сигнал которых зависит как от входных сигналов, так и от состояния схемы в предыдущие моменты времени.

По количеству входов и выходов схемы бывают: с одним входом и одним выходом, с несколькими входами и одним выходом, с одним входом и несколькими выходами, с несколькими входами и выходами.

По способу осуществления синхронизации схемы бывают с внешней синхронизацией (синхронные автоматы), с внутренней синхронизацией (асинхронные автоматы являются их частным случаем).

Практически любой компьютер состоит из комбинации схем первого и второго рода разной сложности. Таким образом, основой любого цифрового автомата, обрабатывающего цифровую информацию, являются электронные элементы двух типов: логические или комбинационные и запоминающие. Логические элементы выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией, а запоминающие служат для ее хранения. Как известно, логическая операция состоит в преобразовании по определенным правилам входной цифровой информации в выходную.

Можно считать, что элементарные логические функции являются логическими операторами упомянутых электронных элементов, т.е. схем. Каждая такая схема обозначается определенным графическим символом. (Они были представлены выше — Элементы И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ, И-НЕ)

В качестве примера ниже представлена схема электрическая функциональная логического преобразователя (комбинационного автомата), реализующего логическую функцию в элементном базисе из логических элементов И, ИЛИ, НЕ.

Для закрепления предлагаю, самостоятельно синтезировать логическую схему, реализующую следующие логические функции:

Сделать это можно к примеру в Electronic workbench.

Вот для примера первое выполненное задание:

И файл ewb 5.12.

Hint: Для того чтобы включить условные обозначения в соответствии с отечественными ГОСТ-ами в файл настроек EWB.INI нужно добавить строку DIN = ON

На этом первая часть статьи заканчивается. Надеюсь, что она была не слишком утомительной. Все вышеописанное необходимо для понимания принципов работы с сигналами в электрических схемах. В следующей статье будут рассмотрены способы минимизации логических функций, понятие абстрактного автомата и пример синтеза RS-триггера.

Простые электронные устройства на КМОП-микросхемах

Как уже отмечалось ранее, существуют десятки и сотни самых разнообразных цифровых микросхем. Живописному описанию каждой их них можно было бы посвятить немало страниц.

Однако в целях экономии бумаги и для демонстрации неограниченных возможностей применения всего одной микросхемы из множества других ниже будут рассмотрены простейшие устройства, использующие только одну микросхему — К561ЛЕ5.

Сенсорный пульт управления

Сенсорный пульт управления, позволяющий включать/выключать нагрузку, разработан И.А. Нечаевым (рис. 1) [Р 1/85-49]. Устройство содержит генератор, вырабатывающий импульсы частотой 300…500 Гц.

Их скважность (отношение длительности импульса к паузе) составляет 1:40 и определяется отношением сопротивлений R1 и R2. Если к сенсорной пластинке Е1 приложить палец, начнет заряжаться конденсатор С2.

Скорость и время заряда этого конденсатора зависит от сопротивления между контактами. В соответствии с заряд-но-разрядными процессами будет изменяться величина управляющего сигнала, проходящего через схему управления.

Рис. 1. Схема сенсорного пульта управления.

Изменяя силу и время прижатия пальцев к сенсорным площадкам Е1 и Е2, можно управлять уровнем выходных сигналов, интенсивностью свечения светодиодов HL1 и HL2.

Для настройки схемы при использовании сенсорных площадок различной конфигурации и площади, возможно, придется подобрать емкости конденсаторов С2 и C3.

Цветорегулятор

Несложный цветорегулятор можно собрать используя генератор импульсов управляемой скважности (рис. 2). Изменяя соотношение пауза/импульс с помощью потенциометра R2 можно управлять средней силой тока, протекающего через светодиоды HL1 и HL2.

Рис. 2. Схема цветорегулятора.

Если эти светодиоды отличаются по цвету свечения, объединив их под общим светособирающим экраном, можно добиться плавного изменения цвета суммарного свечения. В качестве нагрузки можно включить лампы накаливания, получив таким образом регулятор света. Для этого придется выполнить выходные каскады на более мощных транзисторах.

Схема сенсорного выключателя

На рис. 3 показана схема сенсорного выключателя конструкции И.А. Нечаева [Р 4/89-62]. Прикосновение к площадкам Е1 и Е2 позволяет включать или выключать ток в нагрузке (светодиоды HL1 и HL2).

Рис. 3. Схема сенсорного выключателя.

Работает сенсорный выключатель следующим образом: в момент включения питания конденсаторы С1 и С2 разряжены, на входах соответствующих логических элементов устанавливаются логический нуль (выводы 1, 2 микросхемы DD1) и логическая единица (выводы 3, 5, 6 микросхемы DD1).

Соответственно, на выходе второго логического элемента установится логический нуль, а на выходе третьего — логическая единица, четвертого — снова нуль. Следовательно, один из элементов нагрузки — светодиод — будет включен, другой — выключен.

Резистор R3 создает цепь положительной обратной связи, обеспечивающей устойчивое состояние сенсорного выключателя. Для того чтобы переключить нагрузку, достаточно коснуться пальцем до сенсорных площадок Е1 и Е2.

С конденсатора С2 уровень логической единицы окажется поданным через сопротивление пальца и резистор R1 на вход первого логического элемента.

Поскольку на входе первого элемента устанавливается значение логической единицы, все остальные логические элементы одновременно изменят свое состояние. Выходные каскады переключатся.

На конденсаторе С1 установится значение логической единицы, на конденсаторе С2 — логического нуля. Для повторного переключения элементов схемы необходимо снова прикоснуться к сенсорным площадкам.

Это прикосновение приведет к очередной перезарядке конденсаторов С1 и С2 и переключению схемы в другое устойчивое состояние.

Сенсорный выключатель устойчиво работает в диапазоне питающих напряжений от 6 до 12 6. Взамен светодиодных индикаторов или параллельно им может быть включена и иная нагрузка, например, обмотка реле, управляющего работой бытовой техники, генератор звуковых или световых сигналов и т.п.

Модель электронного светофора

Модель электронного светофора (рис. 4) позволяет поочередно переключать разноцветные светодиоды, имитируя работу настоящего светофора [Рл 10/98-15].

Времязадающая цепь генератора (R2, С2) определяет частоту переключения зеленого и красного светодиодов, а цепь R1, С1 определяет время свечения желтого светодиода. Продолжительность свечения зеленого и красного светодиодов составляет около 10 сек и определяется постоянной времени R2C2, где сопротивление выражено в МОм, а емкость — в мкФ.

Рис. 4. Схема электронного «светофора».

Светофон

Светофон (рис. 5) представляет собой электронную игрушку — звуковой генератор [Р 1/90-60]. Частота генерации определяется уровнем освещенности чувствительного к свету (hv) элемента R1 (фотосопротивления, фотодиода) при приближении к нему руки. Для того чтобы звучание происходило по желанию «музыканта», включение звука происходит при отпускании пальца от сенсорных площадок Е1 и Е2.

Рис. 5. Схема светофона.

При использовании фоточувствительных приборов различного типа вероятно потребуется подбор емкости конденсатора С1, а также включение параллельно (или последовательно) фоточувствительному элементу (фотосопротивлению, фотодиоду) резисторов, задающих диапазон изменения генерируемой звуковой частоты.

Отметим попутно, что при самостоятельной доработке устройства в качестве управляющего элемента (рис. 5) можно использовать термосопротивление, имеющее малую тепловую инерцию, например, бусинкового типа.

Устройство, полученное при этом, можно наименовать термофоном или эолофоном (от греческого aiolos — ветер и phone — голос, звук) — оно будет изменять частоту звука при обдувании терморезистора.

Электромузыкальный прибор, управляемый наэлектризованным предметом (электронофон), можно получить, включив полевой транзистор вместо резистора R1.

Терменвокс

Идея терменвокса была предложена в эпоху раннего «средневековья» радиоэлектроники — на рубеже 20-30-х годов XX века изобретателем и музыкантом Львом Тер

Ив Мержи. Практическое руководство по логическим микросхемам и цифровой схемотехнике

Ив Мержи. Практическое руководство по логическим микросхемам и цифровой схемотехнике

Введение

Эта книга предназначена всем, кто желает изучить логику работы цифровых электронных схем и получить базовые знания в этой области. Читатели найдут в книге простые теоретические выкладки, но прежде всего книга представляет интерес с практической стороны. Для написания программ мы применили наиболее распространенный и известный язык программирования QBASIC. Этот язык применяется на всех старых компьютерах, в образовании и легко переписывается на другой язык.

Во введении к книге рассматриваются основы счета, необходимые для изучения логической и цифровой электроники. Первая глава посвящается цифровой логике, подробному описанию элементов с таблицами истинности, диаграммами функционирования, примерами программирования и типовыми схемами для изучения наиболее употребительных свойств. Тестовая плата и два симулятора позволять вам осуществить все необходимые эксперименты.

Вторая глава более подробно останавливается на изучении цифровой электроники. В качестве программируемого микроконтроллера используется современный элемент BASIC STAMP2 фирмы Parallax®, версия которого позволяет использовать элементы поверхностного монтажа и радиоэлементы с двухрядным расположением выводов (DIL – Dual-in-Line), к которым могут относиться не только микросхемы, но и наборы резисторов, диодов и т.д. Методы программирования подробно описаны. Что касается программы, то ее можно бесплатно скачать с сайта в Интернете.

С целью закрепления теоретических знаний в третьей главе книги изучаются некоторые практические схемы, использующие полученные теоретические знания: цифровую логику, цифровые программаторы для программирования персональных компьютеров и микроконтроллеров. В любом случае наши схемы можно применить всем, так как они изготавливаются из доступных в продаже и недорогих элементов.

В приложении 1 к книге вы найдете описание логического зонда и схемы блока питания с несколькими выходами. Также в конце книги прилагаются дополнительные материалы для облегчения практических работ и исследований: цоколевка элементов, библиография, ссылки на адреса сайтов в Интернете и многое другое.

…

Официальный сайт

Logic Circuit

Скачать последнюю версию
LogicCircuit.
Также вот несколько
образцы.

После загрузки просто извлеките файл из zip-файла и дважды щелкните LogicCircuitSetup.msi.

Это приложение Windows требует
Microsoft .NET Framework 4.7.2 или выше.
Его следует установить, если на вашем компьютере установлены все обновления от Microsoft.

Изменения в версии 2.20.06.25

• Увеличьте масштаб графического массива, чтобы каждый пиксель мог быть больше.
• Диалог таблицы истинности сохранит выражения фильтра для логической схемы. Вы можете получить доступ к предыдущим выражениям в раскрывающемся списке фильтра.
• Создание всех редакторов заметок с использованием монохромного шрифта. Это позволит улучшить таблицы.
• Реализация двухпортовой памяти. Теперь память может независимо выводить два значения из двух входных адресов. ОЗУ будет записывать данные, используя только первый адрес.
• Замена кнопки сброса в графический порядок флажком. Таким образом, он отражает состояние всех контактов на схеме и позволяет сбросить и восстановить графический порядок.
• Обновление целевой версии .net до 4.7.2
• Добавлен шведский перевод, сделанный Вильготом Вальгреном.

Изменения в версии 2.20.01.15

Изменения в версии 2.19.12.09

Это новая функциональная версия.

• Когда провода соединяют контакты с разной разрядностью, они становятся красными.
• Кнопки теперь имеют инвертированный флажок. Когда кнопка перевернута, при включении выводится 1.
• В диалоговом окне «Логическая схема» есть вкладка, на которой вы можете указать явный порядок выводов на символе.
• В свойствах проекта вы можете указать, какая схема является пусковой.
  Итак, когда вы его включите, он сначала переключится на эту цепь, а затем включится.
  Чтобы сбросить его до текущего состояния, просто выберите текущий из списка.
• Теперь вы можете удерживать клавишу Ctrl и прокручивать колесико мыши для увеличения, удерживая клавишу Shift, чтобы прокручивать схему по горизонтали.
• Удерживая клавишу Ctrl, вы можете перетащить любое пустое место на диаграмме, чтобы прокрутить его с помощью мыши.
• Улучшенный алгоритм обнаружения сдвига вставки.
• Исправление ошибок

Изменения в версии 2.19.10.07

• Устранена длительная ошибка. Тот, у которого отключены несколько буферов с тремя состояниями.
• Малая мощность на повышение производительности.

Изменения в версии 2.19.09.05

• Исправления ошибок.
• Улучшения во французском переводе.

Изменения в версии 2.19.05.30

Изменения в версии 2.19.04.28

• Обновлен перевод для Португалии.
• Обновленная версия IronPython.
• Исправлены ошибки.

Изменения в версии 2.18.03.25

• Обновленная версия IronPython.
• Levent Saltı перевел программу на турецкий язык.
• Исправлены ошибки.

Изменения в версии 2.18.01.19

• Это исправление ошибок и выпуск повышения надежности.

Изменения в версии 2.17.12.16

• Добавление иконок в меню.
• Исправление некоторых ошибок.

Изменения в версии 2.17.11.26

• Автосохранение. LogicCircuit теперь может автоматически сохранять последнюю версию проекта в отдельном файле и восстанавливать ее, если файл проекта был сохранен некорректно. Чтобы включить автосохранение, щелкните меню Инструменты / Параметры.
• Параметры командной строки.
• Исправлены ошибки.

Изменения в версии 2.17.08.15

• Это исправление ошибок и выпуск повышения надежности.

Изменения в версии 2.17.03.20

• В этом выпуске добавлен язык сценариев Python и командная консоль для запуска ваших сценариев.
  С помощью языка сценариев вы можете тестировать свои схемы. Если вы используете LogicCircuit для обучения, вы можете автоматически проверять работу учеников.

Изменения в версии 2.16.09.20

• Кунихико Охнака перевел приложение на японский язык.
• Исправлено несколько ошибок.

Изменения в версии 2.16.06.03

• Джон Андерман перевел приложение на польский язык.
• Исправлена ​​пара ошибок, влияющих на дисплеи.

.Официальный сайт

Logic Circuit

Выпущена версия 2.20.06.25.

25 июня 2020 г.

Загрузите новую версию с новыми функциями, исправлениями ошибок и переводом на шведский язык.

Выпущена версия 2.20.01.15.

15 января 2020 г.

Загрузите новую версию с исправленными ошибками.

Выпущена версия 2.19.12.09.

09 декабря 2019

Готов к загрузке новый выпуск с множеством новых функций.

Версия 2.19.10.07 выпущен.

8 октября 2019

Загрузите исправление одной старой ошибки.

Выпущена версия 2.19.09.05.

5 сентября 2019 г.

Загрузите новый выпуск с исправленными ошибками и улучшенным французским переводом.

Выпущена версия 2.19.05.30.

30 мая 2019 г.

Загрузите новую версию с исправленными ошибками.

Выпущена версия 2.19.04.28.

28 апреля 2019 г.

Загрузите новый выпуск с новым Python и исправлениями ошибок.

Выпущена версия 2.18.03.25.

25 марта 2018

Пожалуйста, скачайте новую версию с турецким переводом, новым Python и исправлениями ошибок.

Выпущена версия 2.18.01.19.

19 января 2018

Загрузите новую версию с исправлением ошибок.

Выпущена версия 2.17.12.16.

17 декабря 2017

Новая версия доступна для скачивания.

Выпущена версия 2.17.11.26.

26 ноября 2017

Добавлена ​​опция автосохранения. Пожалуйста, скачайте новую версию.

Выпущена версия 2.17.08.15.

15 августа 2017

Новая версия доступна для скачивания.

Выпущена версия 2.17.03.20.

21 марта 2017

Язык сценариев Python теперь встроен в LogicCircuit. Загрузите и начните автоматизировать свои схемы.

Выпущена версия 2.16.09.20.

20 сентября 2016

Доступен для загрузки выпуск с японским переводом и исправлениями ошибок.

Выпущена версия 2.16.06.03.

3 июня 2016

Доступны для загрузки новый перевод и исправления ошибок.

.Официальный сайт

Logic Circuit

Выпущена версия 2.20.06.25.

25 июня 2020 г.

Загрузите новую версию с новыми функциями, исправлениями ошибок и переводом на шведский язык.

Выпущена версия 2.20.01.15.

15 января 2020 г.

Загрузите новую версию с исправленными ошибками.

Выпущена версия 2.19.12.09.

09 декабря 2019

Готов к загрузке новый выпуск с множеством новых функций.

Версия 2.19.10.07 выпущен.

8 октября 2019

Загрузите исправление одной старой ошибки.

Выпущена версия 2.19.09.05.

5 сентября 2019 г.

Загрузите новый выпуск с исправленными ошибками и улучшенным французским переводом.

Выпущена версия 2.19.05.30.

30 мая 2019 г.

Загрузите новую версию с исправленными ошибками.

Выпущена версия 2.19.04.28.

28 апреля 2019 г.

Загрузите новый выпуск с новым Python и исправлениями ошибок.

Выпущена версия 2.18.03.25.

25 марта 2018

Пожалуйста, скачайте новую версию с турецким переводом, новым Python и исправлениями ошибок.

Выпущена версия 2.18.01.19.

19 января 2018

Загрузите новую версию с исправлением ошибок.

Выпущена версия 2.17.12.16.

17 декабря 2017

Новая версия доступна для скачивания.

Выпущена версия 2.17.11.26.

26 ноября 2017

Добавлена ​​опция автосохранения. Пожалуйста, скачайте новую версию.

Выпущена версия 2.17.08.15.

15 августа 2017

Новая версия доступна для скачивания.

Выпущена версия 2.17.03.20.

21 марта 2017

Язык сценариев Python теперь встроен в LogicCircuit. Загрузите и начните автоматизировать свои схемы.

Выпущена версия 2.16.09.20.

20 сентября 2016

Доступен для загрузки выпуск с японским переводом и исправлениями ошибок.

Выпущена версия 2.16.06.03.

3 июня 2016

Доступны для загрузки новый перевод и исправления ошибок.

.Официальный сайт

Logic Circuit

Когда вы впервые откроете LogicCircuit, на правой панели окна программы будет отображаться одна пустая логическая схема с именем «Main».

Чтобы создать первую схему, просто перетащите любой элемент (например, кнопку) с левой панели на поверхность конструктора.

Для подключения цепей соедините выходной контакт одной цепи с одним или несколькими входными контактами другой.Все контакты представляют собой жирные черные точки по краям обозначений схем. Все, что вам нужно сделать, это просто нарисовать проводов с помощью мыши.

Вы можете выбирать и перемещать несколько символов на вашей схеме.
Удерживая нажатой клавишу Ctrl на клавиатуре, щелкайте элементы в области конструктора, чтобы выбрать или отменить выбор.
Щелкните провод, удерживая нажатой клавишу Shift , чтобы выделить весь «проводник».
В меню «Правка» есть множество команд выбора.

Когда вы перемещаете символы по схеме, провода, подключенные к ним, будут прилипать к контактам.
Если вы хотите переместить символы без проводов, удерживайте Shift , опуская их в нужное место.

Вы также можете панорамировать всю поверхность во всех 4 направлениях, удерживая клавишу Ctrl и перетаскивая любое свободное пространство диаграммы.
Если вы прокрутите колесико мыши, диаграмма будет прокручиваться вертикально.
Удерживая клавишу Shift и вращая колесо, вы прокручиваете диаграмму по горизонтали.Наконец, если вы удерживаете клавишу Ctrl и вращаете колесо, вы можете увеличивать и уменьшать масштаб диаграммы.

Для редактирования свойств символа в области конструктора дважды щелкните по нему, и появится диалоговое окно свойств.
Однако двойной щелчок по символу логической схемы откроет ее в рабочей области.
Для получения более подробной информации см. Создание сложных схем.

Теперь у вас есть первая схема, и вы можете попробовать включить ее и посмотреть, как она работает.

.