שבבי היגיון. חלק 4

לאחר הפגישה ב חלקים קודמים של המאמר עם שבב K155LA3, בואו ננסה להבין דוגמאות ליישום המעשי שלו.

נראה כי מה ניתן לעשות משבב אחד? כמובן, שום דבר יוצא דופן. עם זאת, עליכם לנסות להרכיב איזה צומת פונקציונלי המבוסס עליו. זה יעזור להבנה חזותית של עקרון פעולתו והגדרותיו. אחד הצמתים הללו, המשמש לעתים קרובות למדי בתרגול, הוא multivibrator מתנודד-עצמי.

מעגל המולטיברטור מוצג באיור 1 א. מעגל זה במראה דומה מאוד למעגל המולטיברט הקלאסי עם טרנזיסטורים. רק כאן כאלמנטים פעילים מיושמים מרכיבי היגיון מיקרו-שבבים הכלולים על ידי ממירים. לשם כך, סיכות הקלט של מעגל המיקרו מחוברים זה לזה. קבלים C1 ו- C2 יוצרים שני מעגלי משוב חיוביים. מעגל אחד הוא כניסת האלמנט DD1.1 - קבל C1 - פלט האלמנט DD1.2. השני מכניסת האלמנט DD1.2 דרך הקבל C2 לפלט האלמנט DD1.1.

בזכות חיבורים אלו המעגל מתלהב מעצמו, מה שמוביל ליצירת פולסים. תקופת החזרת הדופק תלויה בדירוגים של הקבלים במעגלי המשוב, כמו גם בהתנגדות הנגדים R1 ו- R2.

באיור 1b, אותו מעגל מצויר בצורה כזו שהוא דומה עוד יותר לגרסת המולטיברטור הקלאסית עם טרנזיסטורים.

איור. 1 multivibrator מתנודד-עצמי

דחפים חשמליים ומאפייניהם

עד עכשיו, כאשר התוודענו למעגל המיקרו, עסקנו בזרם ישר, מכיוון שאותות הכניסה במהלך הניסויים סופקו באופן ידני באמצעות מגשר תיל. כתוצאה מכך, התקבל מתח קבוע ברמה נמוכה או גבוהה ביציאת המעגל. איתות כזה היה אקראי באופיו.

במעגל המולטיברטור שרכבנו, מתח היציאה יהיה פועם, כלומר ישתנה בתדר מסוים בכיוון צעד צעד מרמה נמוכה לגובה וההפך. אות כזה בהנדסת הרדיו נקרא רצף דופק או פשוט רצף של פולסים. איור 2 מראה כמה סוגים של פולסים חשמליים ואת הפרמטרים שלהם.

קטעי רצף הדופק בהם מתח מתח גבוה נקראים פולסים ברמה גבוהה, והמתח ברמה הנמוכה הוא ההפסקה בין פולסים ברמה גבוהה. למרות שלמעשה הכל יחסי: אנו יכולים להניח שהפעימות קטנות, שיכללו, למשל, כל מפעיל. ואז הפסקה בין פולסים תיחשב רק כגובה גבוה.

איור 2. רצפי דופק.

אחד המקרים המיוחדים של צורת הדופק הוא מתפתל. במקרה זה, משך הדופק שווה למשך ההשהיה. כדי להעריך את היחס בין משך הדופק, השתמש בפרמטר שנקרא מחזור חובה. שיעור החובה מראה כמה פעמים תקופת החזרת הדופק ארוכה ממשך הדופק.

באיור 2, תקופת החזרת הדופק מסומנת, כמו במקומות אחרים, על ידי האות T, ומשך הדופק וזמן ההשהייה הם ti ו- tp, בהתאמה. בצורה של נוסחה מתמטית מחזור החובה יבוא לידי ביטוי באופן הבא: S = T / ti.

בשל יחס זה, מחזור התפקוד של קטניות "מתפתל" שווה לשניים. המונח מתפתל במקרה זה מושאל מבנייה ומארכיטקטורה: זו אחת משיטות הביצוע של לבנים, דפוס הלבנים בדיוק דומה לרצף הקטניות המצוין. רצף הדופק המתפתל מוצג באיור 2 א.

ההדדיות של מחזור החובה נקראת גורם המילוי ומסומן על ידי האות D ממעגל החובה האנגלי. על פי האמור לעיל, D = 1 / S.

בהכרת תקופת החזרת הדופק, ניתן לקבוע את קצב החזרה המחושב על ידי הנוסחה F = 1 / T.

תחילת הדחף נקראת חזית, והסיום בהתאמה הירידה. איור 2b מציג דחף חיובי עם מחזור חובה של 4. הקדמי שלו מתחיל ברמה נמוכה ועובר לגובה גבוה. חזית כזו נקראת חיובית או עולה. בהתאם לכך, דעיכת הדחף הזה, כפי שניתן לראות בתמונה, תהיה שלילית ויורדת.

לדחף ברמה נמוכה, החזית תיפול והמיתון יגדל. מצב זה מוצג באיור 2 ג.

אחרי הכנה תיאורטית כה קטנה, תוכלו להתחיל להתנסות. בכדי להרכיב את המולטיברטור שמוצג באיור 1, די בכדי להלחם שני קבלים ושני נגדים למעגל המיקרו שכבר הותקן על הלוח. כדי ללמוד את אותות הפלט, אתה יכול להשתמש רק במתח מד מתח, רצוי במצביע, ולא ב דיגיטלי. זה הוזכר כבר בחלק הקודם של המאמר.

כמובן שלפני שאתה מפעיל את המעגל המורכב, עליך לבדוק אם יש מעגלים קצרים וההרכבה הנכונה בהתאם למעגל. עם הדירוגים של קבלים ונגדים המצוינים בתרשים, המתח ביציאת המולטיברטור ישתנה מנמוך לגבוה לא יותר משלושים פעמים בדקה. כך, מחט מד מתח המחוברת, למשל, לפלט האלמנט הראשון, תנדנד מאפס לכמעט חמישה וולט.

אותו דבר ניתן לראות אם אתה מחבר מתח מד לפלט אחר: המשרעת והתדר של סטיות החץ יהיו זהות למקרה הראשון. זה לא לשווא שמכונה multivibrator כזה נקרא לרוב סימטרי.

אם כעת אינכם עצלנים מדי ומחברים קבלים נוספים באותה קיבולת במקביל לקבלים, אז תוכלו לראות שהחץ החל להתנדנד פעמיים לאט יותר. תדירות התנודה ירדה בחצי.

אם עכשיו, במקום קבלים, כפי שמצוין בתרשים, קבלים הלחמה בעלי קיבולת נמוכה יותר, למשל, 100 מיקרו-פארדים, אז תוכלו לשים לב רק לעלייה בתדירות. החץ של המכשיר ינוע הרבה יותר מהר, אך עדיין תנועותיו בולטות למדי.

ומה קורה אם תשנה את הקיבולת של קבל אחד בלבד? לדוגמה, השאירו את אחד הקבלים עם קיבולת של 500 מיקרו-רפידות, והחליפו את השני במאה מיקרו-רפידות. העלייה בתדירות תורגש, ובנוסף, החץ של המכשיר יראה שיחס הזמן של פולסים והפסקות השתנה. אם כי במקרה זה, לפי הסכימה, המולטיברטור עדיין נשאר סימטרי.

כעת ננסה להפחית את הקיבול של הקבלים, למשל 1 ... 5 מיקרו-פארדים. במקרה זה, המולטיברטור יפיק תדר שמע בסדר גודל של 500 ... 1000 הרץ. החץ של המכשיר לא יוכל להגיב לתדר כזה. זה פשוט יהיה איפשהו באמצע הסולם, ויציג את רמת האות הממוצעת.

פשוט לא ברור כאן אם פעימות התדר גבוה מספיק אכן עוברות, או רמת "אפור" ביציאת המיקרו-מעגל. כדי להבחין באות כזה, נדרש אוסצילוסקופ, שלא לכל אחד יש. לכן, על מנת לאמת את פעולת המעגל, ניתן לחבר את הטלפונים הראשיים באמצעות קבל 0.1 מיקרומטר לשמוע ושמע אות זה.

אתה יכול לנסות להחליף כל אחד מהנגדים במשתנה בערך זהה לערך. ואז, במהלך סיבובו, התדר ישתנה בגבולות מסוימים, מה שמאפשר לכוונן אותו. בחלק מהמקרים הדבר הכרחי.

עם זאת, בניגוד למה שנאמר, זה קורה כי המולטיברטור אינו יציב או שאינו מתחיל כלל. הסיבה לתופעה נעוצה בעובדה שכניסת הפולט של מעגלי מיקרו TTL היא קריטית מאוד לערכי הנגדים המותקנים במעגל שלה. תכונה זו של קלט הפולט נובעת מהסיבות הבאות.

נגן הכניסה הוא חלק מאחת מזרועות המולטיברטור.בשל זרם הפולט, נוצר מתח נגד זה הסוגר את הטרנזיסטור. אם ההתנגדות של הנגד הזה נעשית בתוך 2 ... 2.5 קום, ירידת המתח לרוחבו תהיה כה גדולה עד שהטרנזיסטור פשוט מפסיק להגיב לאות הכניסה.

אם נהפוך הוא, אנו לוקחים את ההתנגדות של נגר זה בטווח של 500 ... 700 אוהם, הטרנזיסטור יהיה פתוח כל הזמן ולא יושלט על ידי אותות קלט. לכן יש לבחור בנגדים אלה על סמך שיקולים אלה בטווח של 800 ... 2200 אוהם. זו הדרך היחידה להשיג את הפעולה היציבה של המולטיברטור שהורכב על פי סכמה זו.

אף על פי כן, מולטיברטור כזה מושפע מגורמים כמו טמפרטורה, חוסר יציבות של אספקת החשמל, ואפילו שינויים בפרמטרים של מעגלי מיקרו. מיקרו-שבבים מיצרנים שונים נבדלים לעתים קרובות באופן די משמעותי. זה תקף לא רק לסדרה 155, אלא גם לאחרים. לפיכך, לעתים נדירות משתמשים במולטיברטור שהורכב על פי תכנית כזו.

מולטיברטור תלת-אלמנטי

מעגל מולטיברטור יציב יותר מוצג באיור 3 א. זה מורכב משלושה אלמנטים לוגיים, הכלולים, כמו הקודם, על ידי ממירים. כפי שניתן לראות בתרשים, במעגלי הפולט של יסודות ההיגיון, הנגדים שזה עתה הוזכרו אינם. תדר התנודה מוגדר על ידי שרשרת RC בלבד.

איור 3. multivibrator על שלושה אלמנטים לוגיים.

ניתן לצפות בפעולה של גרסה זו של המולטיברטור גם באמצעות מכשיר מצביע, אך לשם הבהרה ניתן להרכיב את מפל האינדיקטור על הלד הנייד באותו לוח. לשם כך אתה זקוק לטרנזיסטור KT315 אחד, שני נגדים ונורה אחת. תרשים המחוון מוצג באיור 3b. ניתן גם להלחמה על לוח לחם יחד עם מולטיברטור.

לאחר הפעלת הכוח, המולטיברטור יתחיל לתנוד, כפי שמעיד הבזק הנורית. עם הערכים של שרשרת העיתוי המצוינת בתרשים, תדר התנודה הוא בערך 1 הרץ. כדי לאמת זאת, מספיק לחשב את מספר התנודות בדקה: צריך להיות שישים, שתואם תנודה אחת לשנייה. בהגדרה, זהו בדיוק 1 הרץ.

ישנן שתי דרכים לשנות את התדירות של multivibrator כזה. ראשית, חברו קבלים נוספים בעלי אותה קיבולת במקביל לקבל. הבזקי LED הפכו כמחציתם נדירים יותר, מה שמעיד על ירידה בתדירות בחצי.

דרך נוספת לשנות את התדר היא לשנות את ההתנגדות של הנגד. הדרך הקלה ביותר היא להתקין נגד משתנה עם ערך נומינלי של 1.5 ... 1.8 Com במקומו. כאשר נגן זה מסתובב, תדר התנודה ישתנה בתוך 0.5 ... 20 הרץ. התדר המרבי מתקבל במיקום של הנגד המשתנה כאשר נסגרות המסקנות של המיקרו-מעגל 1 ו- 8.

אם תשנה את הקבל, למשל, עם קיבולת של מיקרו-פארד, ואז באמצעות אותו הנגד המשתנה אפשר להתאים את התדר בטווח של 300 ... 10 000 הרץ. אלה כבר התדרים של טווח הצליל, ולכן המחוון זוהר ללא הפסקה, אי אפשר לומר אם יש פולסים או לא. לכן, כמו במקרה הקודם, עליכם להשתמש בטלפונים הראשיים המחוברים לפלט דרך קבל 0.1 מיקרו-פר. עדיף אם הטלפונים הראשיים הם בעלי עמידות גבוהה.

כדי לשקול את עקרון הפעולה של מולטיברטור עם שלושה אלמנטים, נחזור לתכנית שלו. לאחר כיבוי הכוח, אלמנטים ההיגיון ייקחו מצב כלשהו שלא בו זמנית, ואילו אפשר רק להניח. נניח ש DD1.2 הוא הראשון שנמצא במצב ברמה גבוהה בפלט. מהפלט שלו דרך קבל C1 שאינו טעון, מועבר מתח ברמה גבוהה לכניסה של האלמנט DD1.1 שיוגדר לאפס. בכניסה לאלמנט DD1.3 הוא רמה גבוהה, כך שהוא מוגדר גם לאפס.

אך מצב זה של המכשיר אינו יציב: הקבל C1 נטען בהדרגה דרך הפלט של האלמנט DD1.3 והנגד R1, מה שמוביל לירידה הדרגתית של המתח בכניסה DD1.1. כאשר המתח בכניסה DD1.1 מתקרב לסף, הוא יעבור לאחדות, ובהתאם, אלמנט DD1.2 לאפס.

במצב זה הקבל C1 דרך הנגד R1 והיציאה של האלמנט DD1.2 (נכון לעכשיו הפלט שלו נמוך) מתחיל להיטען מפלט האלמנט DD1.3. ברגע שהקבל נטען, המתח בכניסה של האלמנט DD1.1 יעלה על רמת הסף, כל האלמנטים יעברו למצבים הפוכים. כך, ביציאה 8 של האלמנט DD1.3, שהוא הפלט של המולטיברטור, נוצרים פולסים חשמליים. כמו כן, ניתן להסיר פולסים מהסיכה 6 של DD1.2.

לאחר שהבנו כיצד ניתן להשיג פולסים במולטיברט עם שלושה אלמנטים, נוכל לנסות ליצור אלמנט דו-אלמנטי, המעגל, שמוצג באיור 4.

איור 4. Multivibrator על שני אלמנטים לוגיים.

כדי לעשות זאת, די בפלט של הנגד R1, ממש על המעגל, בכדי להסרת הלחמה מהסיכה 8 והלחמה לפין 1 של האלמנט DD1.1. הפלט של המכשיר יהיה הפלט 6 של האלמנט DD1.2. אלמנט DD1.3 כבר אינו נחוץ וניתן להשבית אותו, למשל לשימוש במעגלים אחרים.

עקרון הפעולה של גנרטור דופק כזה שונה מעט ממה שנחשב עתה. נניח שהפלט של האלמנט DD1.1 הוא גבוה, אז האלמנט DD1.2 נמצא במצב האפס, המאפשר לטעון את הקבל C1 דרך הנגד ואת הפלט של האלמנט DD1.2. כאשר המטען נטען, המתח בכניסה של האלמנט DD1.1 מגיע לסף, שני האלמנטים עוברים למצב ההפוך. זה יאפשר לקבל את הטעינה דרך מעגל הפלט של האלמנט השני, הנגד ומעגל הכניסה של האלמנט הראשון. כאשר המתח בכניסה של האלמנט הראשון מופחת לסף, שני האלמנטים ייכנסו למצב ההפוך.

כאמור, מקרים מסוימים של מעגלי מיקרו במעגלי הגנרטור אינם יציבים, אשר עשויים להיות תלויים לא רק במופע ספציפי, אלא אפילו ביצרן המיקרו מעגל. לכן, אם הגנרטור לא מתחיל, ניתן לחבר נגן עם התנגדות של 1.2 ... 2.0 Com בין כניסת האלמנט הראשון ל"קרקע ". זה יוצר מתח כניסה קרוב לסף, המאפשר את ההפעלה ואת פעולת הגנרטור בפועל.

וריאנטים כאלה של גנרטורים בטכנולוגיה דיגיטלית משמשים לעתים קרובות מאוד. בחלקים הבאים של המאמר, ישקול מכשירים פשוטים יחסית שהורכבו על בסיס הגנרטורים הנחשבים. אך ראשית, יש לשקול אפשרות אחת נוספת של מולטיברטור - ויברטור יחיד, או מונוביברטור בדרך אחרת. עם הסיפור עליו אנו מתחילים את החלק הבא של המאמר.

בוריס אלאדישקין

המשך המאמר: שבבי היגיון. חלק 5