Logiikkaportit sähköpiireissä

Logiikkaelementit ovat laitteita, jotka muodostavat tietyn yhteyden tulo- ja lähtöarvojen välille. Peruslogiikkaelementillä on kaksi tuloa ja yksi lähtö. Signaalit niille ovat diskreettejä, eli ne ottavat toisen kahdesta mahdollisesta arvosta - 1 tai 0. Jännitteen olemassaolo otetaan joskus yhdeksi ja sen puuttuminen joskus nollaksi. Tällaisten laitteiden toimintaa analysoidaan käyttämällä Boolen algebran - logiikan algebran - käsitteitä.

Diskreeteillä signaaleilla toimivia laitteita kutsutaan diskreeteiksi. Tällaisten laitteiden toimintaa analysoidaan käyttämällä Boolen algebran - logiikan algebran - käsitteitä.

Logiikkaalgebran perusteet

Looginen muuttuja on tuloarvo, joka voi ottaa vain kaksi vastakkaista arvoa: x = 1 tai x = 0. Looginen funktio on lähtöarvon riippuvuus tulosta ja itse lähtösignaalista, joka voi myös ottaa vain kaksi arvoa : y = 1 tai y = 0. Looginen operaatio on toimenpide, jonka suorittaa looginen elementti, jolla on loogiset muuttujat loogisen funktion mukaisesti.Arvot 1 ja 0 ovat vastakkaisia ​​(käänteisiä): 1 = 0, 0 = 1. Viiva tarkoittaa negaatiota (inversiota).

Oletetaan, että 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Logiikkaalgebran kaavoja muunnettaessa suoritetaan ensin inversiooperaatiot, sitten kerto-, yhteen- ja sitten kaikki muut.

Katso myös tästä aiheesta: Kosketinpiirialgebran lait

Loogisia perusoperaatioita käsitellään täällä: Loogiset laitteet

Logiikkaelementit rele-kosketinpiirien muodossa

Logiikkaelementit voidaan esittää rele-kosketinpiirin muodossa (kuva 1).

Riisi. 1. Logiikkaperuselementit (a) ja relekoskettimen vastine (b)

Jos oletetaan, että suljetut koskettimet vastaavat yhtä signaalia ja avoimet koskettimet vastaavat nollaa, niin elementti A voidaan esittää kytkettyinä koskettimina x1 ja x2 ja releenä y. Jos molemmat koskettimet ovat kiinni, virta kulkee kelan läpi, rele toimii ja sen koskettimet sulkeutuvat.

OR-elementti voidaan esittää kahtena rinnakkain kytkettynä NO-koskettimena. Kun ensimmäinen tai toinen niistä suljetaan, rele aktivoituu ja sulkee koskettimet, joiden kautta signaali kulkee.

NOT-elementti voidaan esittää yhtenä NO-koskettimena x ja yhtenä NC-koskettimena y. Jos tuloon ei syötetä signaalia (x = 0), rele ei toimi ja y:n koskettimet pysyvät kiinni, virta kulkee niiden läpi. Jos suljet x-koskettimet, rele toimii ja avaa koskettimet, jolloin lähtösignaali on nolla.

Kuvassa Kuva 2 esittää piirin, joka suorittaa TAI — EI -toiminnon.Jos signaalia ei syötetä mihinkään sisääntuloon, niin transistori pysyy kiinni, sen läpi ei kulje virtaa ja lähtöjännite on yhtä suuri kuin lähteen emf Uy = Uc, ts. y = 1.

Riisi. 2. Loogisen elementin TAI — EI kaavio, joka suorittaa loogisia operaatioita

Jos vähintään yhteen tuloon syötetään jännite, transistorin resistanssi putoaa arvosta ∞ arvoon 0 ja virta kulkee emitteri-kollektori-piirin läpi. Jännitehäviö transistorin yli on nolla (Uy = 0). Tämä tarkoittaa, että lähdössä ei ole signaalia, eli y = 0. Elementin normaalia toimintaa varten on tarpeen luoda kantapotentiaalin siirtymä suhteessa yhteiseen pisteeseen, tämä saavutetaan erityisellä lähteellä Ucm ja vastus Rcm. Vastus R6 rajoittaa kantalähettimen virtaa.

Sähkömagneettisille releille, transistoreille, magneettiytimille, elektronilampuille, pneumaattisille releille rakennetut logiikkaelementit ovat liian suuria, minkä vuoksi nykyään käytetään integroituja piirejä, joissa loogiset toiminnot suoritetaan kidetasolla.

Esimerkkejä logiikkaporttien käytöstä piireissä

Katsotaanpa muutamia sähköpiirikokoonpanoja, joita yleisimmin löytyy sähkökäytöstä. Kuvassa Kuvassa 3a on esitetty kontaktorikäämin K syöttöyksikkö.

Riisi. 3. Logiikkaelementeillä varustetut piirisolmut: 1 — 8 — tulo- ja lähtönumerot

Kun KNP-painiketta painetaan, virta kulkee linjan läpi ja kontaktori aktivoituu. Sen pääkoskettimet (ei näy kaaviossa) yhdistävät moottorin verkkoon, ja K-koskettimet sulkeutuvat ohittavat KNP-painikkeen. Virta kulkee nyt näiden koskettimien läpi ja KNP-painike voidaan vapauttaa.Jousen vaikutuksesta se avaa koskettimet, mutta kela jatkaa jännitystä koskettimien K kautta. Kun KnS-painiketta painetaan, linja katkeaa ja kontaktori vapautuu.

Tämä solmu voidaan suorittaa loogisilla elementeillä. Piiri sisältää kontaktorin K kelan, painikkeet KNP ja KNS, kaksi logiikkaelementtiä OR — NOT ja vahvistimen. Alkutila on x1 = 0 ja x2 = 0, jolloin elementin 1 ulostulossa saadaan y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Alkion 2 lähdössä — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .is kela on pois päältä, rele ei toimi.

Jos painat KnP, niin y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Elementin 2 lähdössä y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Kelan läpi kulkee virta ja kontaktori aktivoituu. Signaali y2 syötetään tuloon x2, mutta y1 ei muutu sillä, koska y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Näin kontaktorin kela vetää.

Jos painat KNS-painiketta, toisen elementin tuloon syötetään signaali x4 = 1, sitten y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 ja kontaktori vapautuu.

Tarkasteltava piiri pystyy «muistiin» komennot: signaali y2 pysyy muuttumattomana vaikka painike vapautettaisiin.

Sama muistitoiminto voidaan suorittaa flip-flopilla. Jos sisäänmenoon syötetään signaali x1 = 1, niin signaali y = 1 ilmestyy ulostuloon ja pysyy muuttumattomana, kunnes painamme KnS-painiketta. Sitten kiikku vaihtuu ja ulostuloon ilmestyy signaali y = 0. Se pysyy muuttumattomana kunnes painamme KNP-painiketta uudelleen.

Kuvassa Kuvassa 3 b on esitetty lohko kahden releen PB (eteenpäin) ja PH (taakse) sähköiseen lukitukseen, mikä sulkee pois niiden samanaikaisen toiminnan, koska tämä johtaa oikosulkuun.Todellakin, kun KnV-painiketta painetaan, PB-rele aktivoituu ja sen apukoskettimet avautuvat, eikä PH-käämiä voida vetää, vaikka KnN-painiketta painettaisiin. Huomaa, että tässä ei ole painikkeiden sulkemiskoskettimien ohjailua, eli ei ole muistimoduulia.

Loogisten elementtien piirissä, kun painamme KNV-painiketta ensimmäisessä elementissä, saadaan x1 = 1, y2 = x1 = 0. Toisella elementillä y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Rele PB aktivoituu ja signaali y7 syötetään elementin 4 tuloon (y7 — x8 = 1). Elementin 3 (x2 = 0) sisääntulossa ei ole signaalia, silloin y4 = x2 = 1. Neljännellä elementillä: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, eli PH-rele ei toimi , vaikka KnN-painiketta painettaisiin. Sitten saadaan sama tulos: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

Kuvassa 3, c näyttää vapautusreleen, jos painetaan painiketta KnS tai avataan rajakytkimen VK koskettimet. Piirissä, jossa loogiset elementit ovat alkuasennossa y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, eli relekäämi vetää. Kun painat KnS-painiketta, saamme y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 ja rele vapautuu.

Kuvassa Kuva 3, d näyttää laitteen releen kytkemiseksi päälle, jos KNP-painiketta painetaan VK-koskettimen ollessa kiinni. Piirissä, jossa on loogisia elementtejä kosketinten normaalitilassa, saadaan y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Jos painetaan vain KNP-painiketta, niin y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Jos vain VK-kosketin on kiinni, y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Kun KNP on kiinni ja VK, saadaan y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Tämä tarkoittaa, että rele on aktivoitu.

Kuvassa Kuviossa 3 e on esitetty ohjauspiiri kahdelle releelle P1 ja P2.Kun piiriin kytketään jännite, aikarele PB aktivoituu, sen koskettimet rivissä 3 avautuvat välittömästi. Piiri on käyttövalmis. Kun KNP-painiketta painetaan, rele P1 aktivoituu, sen koskettimet sulkeutuvat ohittaen painikkeen. Muut koskettimet linjalla 2 avautuvat ja linjalla 3 sulkeutuvat. Rele PB vapautuu ja sen koskettimet sulkeutuvat aikaviiveellä, rele P2 aktivoituu. Siten KNP-painikkeen painamisen jälkeen rele P1 aktivoituu välittömästi ja P2 - jonkin ajan kuluttua.

Piirissä, jossa on logiikkaelementtejä, "Memory"-solmu on rakennettu flip-flopille. Lähdössä ei saa olla signaalia (y3 = 0), releet P1 ja P2 ovat jännitteettömät. Paina KNP-painiketta, liipaisimen lähtöön ilmestyy signaali Rele P1 aktivoituu ja EV-elementti alkaa synkronoida.

Kun signaali y5 = 1 tapahtuu, rele P2 aktivoituu. Kun painat KnS-painiketta, liipaisin kytkeytyy ja sitten y3 = 0. Releet P1 ja P2 vapautuvat.

Tyypillisiä logiikkaelementtejä sisältäviä kokoonpanoja käytetään laajalti monimutkaisemmissa piireissä, ja tällaiset piirit ovat paljon yksinkertaisempia kuin rele-kontaktorilaitteiden piirit.