Logiske porte i elektriske kredsløb

Logiske elementer er enheder, der danner en vis sammenhæng mellem input- og outputværdier. Et elementært logisk element har to indgange og en udgang. Signalerne til dem er diskrete, det vil sige, de tager en af ​​to mulige værdier - 1 eller 0. Tilstedeværelsen af ​​spænding tages nogle gange som én, og dens fravær tages nogle gange som nul. Funktionen af ​​sådanne enheder analyseres ved hjælp af begreberne boolsk algebra - logikkens algebra.

Enheder, der arbejder med diskrete signaler, kaldes diskrete. Funktionen af ​​sådanne enheder analyseres ved hjælp af begreberne boolsk algebra - logikkens algebra.

Grundlæggende om logikkens algebra

En logisk variabel er en inputværdi, der kun kan tage to modsatte værdier: x = 1 eller x = 0. En logisk funktion er afhængigheden af ​​outputværdien af ​​inputtet og af outputsignalet selv, som også kun kan tage to værdier : y = 1 eller y = 0. En logisk operation er en handling udført af et logisk element med logiske variable i henhold til en logisk funktion.Værdierne 1 og 0 er indbyrdes modsatte (inverteret): 1 = 0, 0 = 1. Bindestreg betyder negation (inversion).

Det antages, at 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Når man transformerer formlerne for logisk algebra, udføres inversionsoperationer først, derefter multiplikation, addition og derefter alle de andre.

Se også om dette emne: Love for kontaktkredsløbsalgebra

Grundlæggende logiske operationer diskuteres her: Logiske enheder

Logiske elementer i form af relæ-kontaktkredsløb

De logiske elementer kan repræsenteres i form af et relæ-kontaktkredsløb (fig. 1).

Ris. 1. Grundlæggende logiske elementer (a) og relækontaktækvivalent (b)

Hvis vi antager, at lukkede kontakter svarer til et signal og åbne kontakter svarer til nul, så kan element A repræsenteres som tilsluttede kontakter x1 og x2 og relæ y. Hvis begge kontakter er lukkede, vil der strømme strøm gennem spolen, relæet vil fungere, og dets kontakter vil lukke.

ELLER-elementet kan repræsenteres som to NO-kontakter forbundet parallelt. Når den første eller anden af ​​dem er lukket, aktiveres relæet og lukker sine kontakter, hvorigennem signalet vil passere.

Et NOT-element kan repræsenteres som én NO-kontakt x og én NC-kontakt y. Hvis der ikke tilføres noget signal til indgangen (x = 0), fungerer relæet ikke, og kontakterne på y forbliver lukkede, strøm løber gennem dem. Hvis du lukker x-kontakterne, vil relæet fungere og åbne sine kontakter, så vil udgangssignalet være nul.

I fig. 2 viser et kredsløb, der udfører OR — NOT-operationen.Hvis der ikke tilføres noget signal til nogen af ​​indgangene, vil transistoren forblive lukket, ingen strøm vil strømme gennem den, og udgangsspændingen vil være lig med kilden emf Uy = Uc, dvs. y = 1.

Ris. 2. Skema af logisk element ELLER — IKKE, udførelse af logiske operationer

Hvis der påføres en spænding til mindst en af ​​indgangene, vil transistorens modstand falde fra ∞ til 0, og der vil strømme strøm gennem emitter-kollektorkredsløbet. Spændingsfaldet over transistoren vil være nul (Uy = 0). Det betyder, at der ikke er noget signal ved udgangen, det vil sige y = 0. For normal drift af elementet er det nødvendigt at skabe en forskydning af basispotentialet i forhold til det fælles punkt, dette opnås af en speciel kilde Ucm og en modstand Rcm. Modstand R6 begrænser basisemitterstrømmen.

De logiske elementer bygget på elektromagnetiske relæer, transistorer, magnetiske kerner, elektronisk lampe, pneumatiske relæer er for store, hvorfor der nu anvendes integrerede kredsløb.Logiske operationer i dem udføres på krystalniveau.

Eksempler på brug af logiske porte i kredsløb

Lad os se på nogle få elektriske kredsløbssamlinger, der oftest findes i et elektrisk drev. I fig. 3a viser forsyningsenheden til kontaktorspolen K.

Ris. 3. Kredsløbsknuder med logiske elementer: 1 — 8 — indgangs- og udgangsnumre

Når der trykkes på KNP-knappen, løber der strøm gennem ledningen, og kontaktoren aktiveres. Dens hovedkontakter (ikke vist i diagrammet) forbinder motoren til netværket, og K-kontakterne, der lukker, omgår KNP-knappen. Strøm vil nu flyde gennem disse kontakter, og KNP-knappen kan slippes.Under påvirkning af fjederen åbner den sine kontakter, men spolen vil fortsætte med at blive aktiveret gennem kontakterne K. Når der trykkes på KnS-knappen, afbrydes ledningen, og kontaktoren frigives.

Denne node kan udføres på logiske elementer. Kredsløbet inkluderer spolen af ​​kontaktoren K, knapperne KNP og KNS, to logiske elementer OR — NOT og en forstærker. Starttilstanden er x1 = 0 og x2 = 0, så ved udgangen af ​​element 1 får vi y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Ved udgangen af ​​element 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .is spolen er slukket, relæet virker ikke.

Hvis du trykker på KnP, så er y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Ved udgangen af ​​element 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Strøm løber gennem spolen, og kontaktoren aktiveres. Signalet y2 tilføres indgangen x2, men y1 ændres ikke af dette, fordi y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Dermed aktiveres kontaktorspolen.

Hvis du trykker på KNS-knappen, vil et signal x4 = 1 blive påført indgangen til det andet element, derefter y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0, og kontaktoren frigives.

Det pågældende kredsløb er i stand til at «gemme» kommandoer: signalet y2 forbliver uændret, selvom knappen slippes.

Den samme hukommelsesfunktion kan opnås med en flip-flop. Hvis et signal x1 = 1 tilføres indgangen, vil signalet y = 1 fremkomme ved udgangen og vil forblive uændret, indtil vi trykker på KnS-knappen. Derefter skiftes flip-floppen og på udgangen kommer et signal y = 0. Det forbliver uændret, indtil vi trykker på KNP-knappen igen.

I fig. 3, b viser en blok til elektrisk blokering af to relæer PB (fremad) og PH (tilbage), hvilket udelukker deres samtidige drift, da dette vil føre til en kortslutning.Faktisk, når der trykkes på KnV-knappen, aktiveres PB-relæet, og dets hjælpekontakter åbner, og PH-spolen kan ikke aktiveres, selvom der trykkes på KnN-knappen. Bemærk, at der ikke er nogen manøvrering af knappernes lukkekontakter her, det vil sige, at der ikke er noget hukommelsesmodul.

I et kredsløb med logiske elementer, når vi trykker på KNV-knappen på det første element, får vi x1 = 1, y2 = x1 = 0. På det andet element, y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Relæet PB aktiveres, og signalet y7 tilføres indgangen på element 4 (y7 — x8 = 1). Der er intet signal ved indgangen til element 3 (x2 = 0), så y4 = x2 = 1. På det fjerde element: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, dvs. PH-relæet kan ikke fungere , selvom der trykkes på KnN-knappen. Så får vi det samme resultat: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

I fig. 3, c viser udløsningsrelæet i tilfælde af tryk på knappen KnS eller åbning af kontakterne på endestopkontakten VK. I et kredsløb med logiske elementer i startpositionen y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, det vil sige, at relæspolen er aktiveret. Når du trykker på KnS-knappen får vi y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 og relæet udløses.

I fig. 3, d viser enheden til at tænde relæet i tilfælde af at der trykkes på KNP-knappen, når VK-kontakten er lukket. I et kredsløb med logiske elementer i kontakternes normaltilstand får vi y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Hvis der kun trykkes på KNP-knappen, så er y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Hvis kun VK-kontakten er lukket, så er y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Når KNP er lukket og VK får vi y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Det betyder, at relæet er aktiveret.

I fig. 3 viser e et styrekredsløb for to relæer P1 og P2.Når der tilføres spænding til kredsløbet, aktiveres tidsrelæet PB, dets kontakter i linje 3 åbner med det samme. Kredsløbet er klar til drift. Når der trykkes på KNP-knappen, aktiveres relæ P1, dets kontakter lukkes, uden at knappen omgås. Andre kontakter på linje 2 åbner og på linje 3 lukker. Relæ PB udløses og dets kontakter lukkes med en tidsforsinkelse, relæ P2 aktiveres. Efter tryk på KNP-knappen aktiveres relæ P1 således med det samme, og P2 - efter nogen tid.

I et kredsløb med logiske elementer er "Memory" noden bygget på en flip-flop. Lad der ikke være noget signal på udgangen (y3 = 0), relæer P1 og P2 er spændingsløse. Tryk på KNP-knappen, et signal kommer frem på triggerudgangen Relæ P1 aktiveres og EV-elementet begynder at synkronisere.

Når signal y5 = 1 opstår, aktiveres relæ P2. Når du trykker på KnS-knappen, skiftes udløseren og derefter y3 = 0. Relæerne P1 og P2 udløses.

Typiske samlinger med logiske elementer er meget udbredt i mere komplekse kredsløb, og sådanne kredsløb er meget enklere end relæ-kontaktorudstyrskredsløb.