Bramki logiczne w obwodach elektrycznych

Elementy logiczne to urządzenia, które tworzą określony związek między wartościami wejściowymi i wyjściowymi. Elementarny element logiczny ma dwa wejścia i jedno wyjście. Sygnały do ​​nich są dyskretne, to znaczy przyjmują jedną z dwóch możliwych wartości - 1 lub 0. Obecność napięcia jest czasami traktowana jako jeden, a jego brak jest czasami traktowany jako zero. Działanie takich urządzeń jest analizowane z wykorzystaniem pojęć algebry Boole'a — algebry logiki.

Urządzenia pracujące z sygnałami dyskretnymi nazywane są dyskretnymi. Działanie takich urządzeń jest analizowane z wykorzystaniem pojęć algebry Boole'a — algebry logiki.

Podstawy algebry logiki

Zmienna logiczna to wartość wejściowa, która może przyjmować tylko dwie przeciwne wartości: x = 1 lub x = 0. Funkcja logiczna to zależność wartości wyjściowej od wejścia i od samego sygnału wyjściowego, który również może przyjmować tylko dwie wartości : y = 1 lub y = 0. Operacja logiczna to akcja wykonywana przez element logiczny ze zmiennymi logicznymi zgodnie z funkcją logiczną.Wartości 1 i 0 są wzajemnie przeciwne (odwrócone): 1 = 0, 0 = 1. Myślnik oznacza negację (odwrócenie).

Przyjmuje się, że 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Podczas przekształcania formuł algebry logicznej najpierw wykonywane są operacje inwersji, następnie mnożenie, dodawanie, a następnie wszystkie pozostałe.

Zobacz też w tym temacie: Prawa Algebry Obwodów Kontaktowych

Podstawowe operacje logiczne są omówione tutaj: Urządzenia logiczne

Elementy logiczne w postaci układów przekaźnikowo-stykowych

Elementy logiczne można przedstawić w postaci obwodu przekaźnikowo-stykowego (ryc. 1).

Ryż. 1. Podstawowe elementy logiczne (a) i odpowiednik styku przekaźnika (b)

Jeżeli przyjmiemy, że zwarte styki odpowiadają jednemu sygnałowi, a rozwarte styki odpowiadają zeru, to element A można przedstawić jako połączone styki x1 i x2 oraz przekaźnik y. Jeżeli oba styki są zwarte, to przez cewkę popłynie prąd, przekaźnik zadziała, a jego styki się zamkną.

Element OR można przedstawić jako dwa styki NO połączone równolegle. Gdy pierwszy lub drugi z nich są zwarte, przekaźnik jest aktywowany i zamyka swoje styki, przez które przejdzie sygnał.

Element NOT może być reprezentowany jako jeden styk NO x i jeden styk NC y. Jeśli na wejście nie zostanie podany żaden sygnał (x = 0), to przekaźnik nie działa, a styki y pozostają zwarte, przepływa przez nie prąd. Jeśli zamkniesz styki x, przekaźnik zadziała i otworzy swoje styki, wtedy sygnał wyjściowy będzie równy zero.

na ryc. 2 przedstawia obwód wykonujący operację OR — NOT.Jeśli na żadne z wejść nie zostanie podany żaden sygnał, to tranzystor pozostanie zamknięty, nie popłynie przez niego prąd, a napięcie wyjściowe będzie równe emf źródła Uy = Uc, tj. y = 1.

Ryż. 2. Schemat elementu logicznego OR — NOT, wykonującego operacje logiczne

Jeśli na co najmniej jedno z wejść zostanie podane napięcie, to rezystancja tranzystora spadnie z ∞ do 0, a przez obwód emiter-kolektor popłynie prąd. Spadek napięcia na tranzystorze wyniesie zero (Uy = 0). Oznacza to, że na wyjściu nie ma sygnału, czyli y = 0. Do normalnej pracy elementu konieczne jest wytworzenie przesunięcia potencjału podstawowego względem wspólnego punktu, co osiąga się za pomocą specjalnego źródła Ucm i rezystor Rcm. Rezystor R6 ogranicza prąd emitera bazy.

Elementy logiczne zbudowane na przekaźnikach elektromagnetycznych, tranzystorach, rdzeniach magnetycznych, lampie elektronicznej, przekaźnikach pneumatycznych są zbyt duże, dlatego stosuje się obecnie układy scalone, w których operacje logiczne są przeprowadzane na poziomie kryształu.

Przykłady wykorzystania bramek logicznych w układach

Przyjrzyjmy się kilku zespołom obwodów elektrycznych, które są najczęściej spotykane w napędzie elektrycznym. na ryc. 3a przedstawia jednostkę zasilającą cewki stycznika K.

Ryż. 3. Węzły obwodu z elementami logicznymi: 1 — 8 — numery wejść i wyjść

Po naciśnięciu przycisku KNP prąd płynie przez linię i stycznik jest aktywowany. Jego główne styki (nie pokazane na schemacie) łączą silnik z siecią, a styki K, zamykając się, omijają przycisk KNP. Przez te styki popłynie teraz prąd i można zwolnić przycisk KNP.Pod działaniem sprężyny otwiera swoje styki, ale cewka będzie nadal zasilana przez styki K. Wciśnięcie przycisku KnS powoduje przerwanie linii i zwolnienie stycznika.

Ten węzeł można wykonać na elementach logicznych. Obwód zawiera cewkę stycznika K, przyciski KNP i KNS, dwa elementy logiczne OR — NOT oraz wzmacniacz. Stan początkowy to x1 = 0 i x2 = 0, następnie na wyjściu elementu 1 otrzymujemy y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Na wyjściu elementu 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t. jest cewka jest wyłączona, przekaźnik nie działa.

Jeśli naciśniesz KnP, wtedy y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Na wyjściu elementu 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Prąd przepływa przez cewkę i stycznik jest aktywowany. Sygnał y2 jest podawany na wejście x2, ale y1 nie jest przez to zmieniany, ponieważ y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. W ten sposób cewka stycznika jest zasilana.

Jeśli naciśniemy przycisk KNS, to na wejście drugiego elementu zostanie podany sygnał x4 = 1, następnie y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 i stycznik zostanie zwolniony.

Rozważany obwód jest w stanie „zapamiętywać” polecenia: sygnał y2 pozostaje niezmieniony nawet po zwolnieniu przycisku.

Tę samą funkcję pamięci można wykonać za pomocą przerzutnika. Jeżeli na wejście zostanie podany sygnał x1 = 1, to na wyjściu pojawi się sygnał y = 1 i pozostanie niezmieniony do momentu naciśnięcia przycisku KnS. Przerzutnik jest wtedy przełączany i na wyjściu pojawia się sygnał y = 0. Nie zmieni się on do momentu ponownego wciśnięcia przycisku KNP.

na ryc. 3, b pokazuje blok do elektrycznego blokowania dwóch przekaźników PB (do przodu) i PH (do tyłu), co wyklucza ich jednoczesne działanie, ponieważ doprowadzi to do zwarcia.Rzeczywiście, po naciśnięciu przycisku KnV przekaźnik PB jest aktywowany, a jego styki pomocnicze otwierają się, a cewka PH nie może zostać zasilona, ​​nawet jeśli przycisk KnN jest wciśnięty. Zwróć uwagę, że nie ma tutaj manewrowania stykami zamykającymi przycisków, czyli nie ma modułu pamięci.

W obwodzie z elementami logicznymi, gdy naciśniemy przycisk KNV na pierwszym elemencie, otrzymamy x1 = 1, y2 = x1 = 0. Na drugim elemencie y7 = x5 + x6 = y2 + x6 = 0 + 0 = 1

Przekaźnik PB jest aktywowany, a sygnał y7 jest podawany na wejście elementu 4 (y7 — x8 = 1). Brak sygnału na wejściu elementu 3 (x2 = 0), wtedy y4 = x2 = 1. Na czwartym elemencie: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, czyli przekaźnik PH nie może działać , nawet jeśli przycisk KnN jest wciśnięty. Następnie otrzymujemy ten sam wynik: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

na ryc. 3, c pokazuje przekaźnik zwalniający w przypadku naciśnięcia przycisku KnS lub otwarcia styków wyłącznika krańcowego VK. W obwodzie z elementami logicznymi w pozycji początkowej y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, czyli cewka przekaźnika jest pod napięciem. Po naciśnięciu przycisku KnS otrzymujemy y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 i przekaźnik zostaje zwolniony.

na ryc. 3, d pokazuje urządzenie do włączania przekaźnika w przypadku naciśnięcia przycisku KNP, gdy styk VK jest zamknięty. W układzie z elementami logicznymi w stanie normalnym styków otrzymujemy y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Jeżeli wciśnięty jest tylko przycisk KNP, to y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Jeżeli tylko styk VK jest zwarty, to y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Gdy KNP jest zwarty, a VK otrzymujemy y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Oznacza to, że przekaźnik jest załączony.

na ryc. 3, e pokazuje obwód sterujący dla dwóch przekaźników P1 i P2.Po przyłożeniu napięcia do obwodu przekaźnik czasowy PB jest aktywowany, jego styki w linii 3 natychmiast się otwierają. Obwód jest gotowy do pracy. Po naciśnięciu przycisku KNP przekaźnik P1 jest aktywowany, jego styki zamykają się, omijając przycisk. Inne styki na linii 2 otwierają się, a na linii 3 zamykają. Przekaźnik PB zostaje zwolniony, a jego styki zamykają się z opóźnieniem czasowym, przekaźnik P2 jest aktywowany. Tym samym po wciśnięciu przycisku KNP przekaźnik P1 załącza się natychmiast, a P2 po pewnym czasie.

W układzie z elementami logicznymi węzeł „Pamięć” zbudowany jest na przerzutniku. Jeżeli na wyjściu nie będzie sygnału (y3 = 0), przekaźniki P1 i P2 zostaną odwzbudzone. Wciskamy przycisk KNP, na wyjściu wyzwalacza pojawia się sygnał, następuje aktywacja przekaźnika P1 i rozpoczyna się synchronizacja elementu EV.

Pojawienie się sygnału y5 = 1 powoduje załączenie przekaźnika P2. Po naciśnięciu przycisku KnS następuje przełączenie wyzwalacza, a następnie y3 = 0. Przekaźniki P1 i P2 zostają zwolnione.

Typowe zespoły z elementami logicznymi są szeroko stosowane w bardziej złożonych obwodach, a takie obwody są znacznie prostsze niż obwody urządzeń przekaźnikowo-stycznikowych.