Logiska grindar i elektriska kretsar

Logiska element är enheter som gör en viss koppling mellan ingångs- och utgångsvärden. Ett elementärt logiskt element har två ingångar och en utgång. Signalerna till dem är diskreta, det vill säga de tar ett av två möjliga värden - 1 eller 0. Närvaron av spänning tas ibland som en, och dess frånvaro tas ibland som noll. Funktionen av sådana enheter analyseras med hjälp av begreppen boolesk algebra - logikens algebra.

Enheter som arbetar med diskreta signaler kallas diskreta. Funktionen av sådana enheter analyseras med hjälp av begreppen boolesk algebra - logikens algebra.

Grunderna i logikens algebra

En logisk variabel är ett ingångsvärde som bara kan ta två motsatta värden: x = 1 eller x = 0. En logisk funktion är beroendet av utmatningsvärdet på ingången och på själva utsignalen, som också kan ta bara två värden : y = 1 eller y = 0. En logisk operation är en handling som utförs av ett logiskt element med logiska variabler enligt en logisk funktion.Värdena 1 och 0 är inbördes motsatta (inverterade): 1 = 0, 0 = 1. Bindestrecket betyder negation (inversion).

Det antas att 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

När man transformerar formlerna för logisk algebra utförs inversionsoperationer först, sedan multiplikation, addition och sedan alla andra.

Se även om detta ämne: Lagar för kontaktkrets Algebra

Grundläggande logiska operationer diskuteras här: Logiska enheter

Logiska element i form av relä-kontaktkretsar

De logiska elementen kan representeras i form av en reläkontaktkrets (fig. 1).

Ris. 1. Grundläggande logiska element (a) och reläkontaktekvivalent (b)

Om vi ​​antar att slutna kontakter motsvarar en signal och öppna kontakter motsvarar noll, så kan element A representeras som anslutna kontakter x1 och x2 och relä y. Om båda kontakterna är slutna kommer ström att flyta genom spolen, reläet kommer att fungera och dess kontakter kommer att stängas.

ELLER-elementet kan representeras som två parallellkopplade NO-kontakter. När den första eller andra av dem är stängda, aktiveras reläet och stänger sina kontakter genom vilka signalen kommer att passera.

Ett NOT-element kan representeras som en NO-kontakt x och en NC-kontakt y. Om ingen signal appliceras på ingången (x = 0), fungerar inte reläet och kontakterna på y förblir stängda, ström flyter genom dem. Om du stänger x-kontakterna kommer reläet att fungera och öppna sina kontakter, då blir utsignalen noll.

I fig. 2 visar en krets som utför ELLER – EJ-operationen.Om ingen signal appliceras på någon av ingångarna, kommer transistorn att förbli stängd, ingen ström kommer att flyta genom den, och utspänningen kommer att vara lika med källan emf Uy = Uc, d.v.s. y = 1.

Ris. 2. Schema för logiskt element ELLER — INTE, utför logiska operationer

Om en spänning appliceras på åtminstone en av ingångarna kommer transistorns resistans att sjunka från ∞ till 0 och ström kommer att flyta genom emitter-kollektorkretsen. Spänningsfallet över transistorn blir noll (Uy = 0). Detta innebär att det inte finns någon signal vid utgången, det vill säga y = 0. För normal drift av elementet är det nödvändigt att skapa en förskjutning av baspotentialen i förhållande till den gemensamma punkten, detta uppnås av en speciell källa Ucm och ett motstånd Rcm. Motstånd R6 begränsar basemitterströmmen.

De logiska elementen byggda på elektromagnetiska reläer, transistorer, magnetiska kärnor, elektronisk lampa, pneumatiska reläer är för stora, varför integrerade kretsar nu används, logiska operationer i dem utförs på kristallnivå.

Exempel på användning av logiska grindar i kretsar

Låt oss titta på några elektriska kretsenheter som oftast finns i en elektrisk enhet. I fig. 3a visar kontaktorspolens K matningsenhet.

Ris. 3. Kretsnoder med logiska element: 1 — 8 — in- och utgångsnummer

När KNP-knappen trycks in flyter ström genom ledningen och kontaktorn aktiveras. Dess huvudkontakter (visas inte i diagrammet) ansluter motorn till nätverket, och K-kontakterna, som stänger, förbigår KNP-knappen. Ström kommer nu att flöda genom dessa kontakter och KNP-knappen kan släppas.Under inverkan av fjädern öppnar den sina kontakter, men spolen kommer att fortsätta att strömförsörjas genom kontakterna K. När KnS-knappen trycks in avbryts ledningen och kontaktorn släpps.

Denna nod kan köras på logiska element. Kretsen inkluderar kontaktorns Ks spole, knapparna KNP och KNS, två logiska element OR — NOT och en förstärkare. Det initiala tillståndet är x1 = 0 och x2 = 0, sedan får vi vid utgången av element 1 y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Vid utgången av element 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .is spolen är av, reläet fungerar inte.

Om du trycker på KnP så är y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Vid utgången av element 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Ström flyter genom spolen och kontaktorn aktiveras. Signalen y2 tillförs ingången x2 men y1 ändras inte av detta eftersom y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Sålunda aktiveras kontaktorspolen.

Om du trycker på KNS-knappen kommer en signal x4 = 1 att appliceras på ingången till det andra elementet, sedan y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 och kontaktorn släpps.

Den aktuella kretsen kan "minna" kommandon: signalen y2 förblir oförändrad även om knappen släpps.

Samma minnesfunktion kan uppnås med en flip-flop. Om en signal x1 = 1 appliceras på ingången, kommer signalen y = 1 att visas vid utgången och förblir oförändrad tills vi trycker på KnS-knappen. Vippan kopplas då om och på utgången visas en signal y = 0. Den förblir oförändrad tills vi trycker på KNP-knappen igen.

I fig. Figur 3, b visar ett block för elektrisk blockering av två reläer PB (framåt) och PH (back), vilket utesluter deras samtidiga drift, eftersom detta kommer att leda till en kortslutning.När KnV-knappen trycks in, aktiveras PB-reläet och dess hjälpkontakter öppnas, och PH-spolen kan inte aktiveras även om KnN-knappen trycks in. Observera att det inte finns någon manövrering av knapparnas stängningskontakter här, det vill säga det finns ingen minnesmodul.

I en krets med logiska element, när vi trycker på KNV-knappen på det första elementet, får vi x1 = 1, y2 = x1 = 0. På det andra elementet, y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Reläet PB aktiveras och signalen y7 tillförs ingången till element 4 (y7 — x8 = 1). Det finns ingen signal vid ingången till element 3 (x2 = 0), då y4 = x2 = 1. På det fjärde elementet: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, dvs PH-reläet kan inte fungera , även om KnN-knappen trycks in. Då får vi samma resultat: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

I fig. 3, c visar frigöringsreläet vid tryckning av knappen KnS eller öppning av kontakterna på gränslägesbrytaren VK. I en krets med logiska element i utgångsläget y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, det vill säga reläspolen är aktiverad. När du trycker på KnS-knappen får vi y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 och reläet släpps.

I fig. 3, d visar enheten för att slå på reläet vid tryck på KNP-knappen när VK-kontakten är sluten. I en krets med logiska element i kontakternas normala tillstånd får vi y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Om endast KNP-knappen trycks in, då y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Om endast VK-kontakten är sluten så är y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 När KNP är sluten och VK får vi y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Detta betyder att reläet är aktiverat.

I fig. 3 visar e en styrkrets för två reläer Pl och P2.När spänning läggs på kretsen aktiveras tidsreläet PB, dess kontakter i linje 3 öppnas omedelbart. Kretsen är klar för drift. När KNP-knappen trycks in, aktiveras relä P1, dess kontakter stängs, förbigående av knappen. Andra kontakter på linje 2 öppnas och på linje 3 stänger. Relä PB släpps och dess kontakter sluter med en tidsfördröjning, relä P2 aktiveras. Således, efter att ha tryckt på KNP-knappen, aktiveras relä P1 omedelbart och P2 - efter en tid.

I en krets med logiska element är "Memory"-noden byggd på en vippa. Låt det inte finnas någon signal på utgången (y3 = 0), reläerna P1 och P2 är spänningslösa. Tryck på KNP-knappen, en signal visas på triggerutgången.Relä P1 aktiveras och EV-elementet börjar synkroniseras.

När signal y5 = 1 uppträder, aktiveras relä P2. När du trycker på KnS-knappen kopplas avtryckaren och då y3 = 0. Reläer P1 och P2 släpps.

Typiska sammansättningar med logiska element används ofta i mer komplexa kretsar, och sådana kretsar är mycket enklare än relä-kontaktorutrustningskretsar.