Logikai kapuk elektromos áramkörökben

A logikai elemek olyan eszközök, amelyek bizonyos kapcsolatot létesítenek a bemeneti és kimeneti értékek között. Egy elemi logikai elemnek két bemenete és egy kimenete van. A hozzájuk érkező jelek diszkrétek, azaz két lehetséges érték egyikét veszik fel - 1 vagy 0. A feszültség jelenlétét néha egynek, a hiányát pedig néha nullának veszik. Az ilyen eszközök működését a Boole-algebra – a logikai algebra – fogalmai segítségével elemezzük.

A diszkrét jelekkel működő eszközöket diszkrétnek nevezzük. Az ilyen eszközök működését a Boole-algebra – a logikai algebra – fogalmai segítségével elemezzük.

A logikai algebra alapjai

A logikai változó olyan bemeneti érték, amely csak két ellentétes értéket vehet fel: x = 1 vagy x = 0. A logikai függvény a kimeneti érték függése a bemenettől és magától a kimeneti jeltől, amely szintén csak két értéket vehet fel. : y = 1 vagy y = 0. A logikai művelet olyan művelet, amelyet egy logikai változókkal rendelkező logikai elem logikai függvény szerint hajt végre.Az 1 és 0 értékek egymással ellentétesek (fordítva): 1 = 0, 0 = 1. A kötőjel negációt (inverziót) jelent.

Feltételezzük, hogy 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

A logikai algebra képleteinek átalakításakor először az inverziós műveleteket hajtjuk végre, majd a szorzást, az összeadást, majd az összes többit.

Lásd még ebben a témában: Az érintkezési áramkörök algebra törvényei

Az alapvető logikai műveleteket itt tárgyaljuk: Logikai eszközök

Logikai elemek relé-érintkezős áramkörök formájában

A logikai elemek reléérintkezős áramkör formájában ábrázolhatók (1. ábra).

Rizs. 1. Alapvető logikai elemek (a) és reléérintkező-ekvivalens (b)

Ha feltételezzük, hogy a zárt érintkezők egy jelnek, a nyitott érintkezők pedig nullának felelnek meg, akkor az A elemet x1 és x2 csatlakoztatott érintkezőkként és y reléként ábrázolhatjuk. Ha mindkét érintkező zárva van, akkor az áram átfolyik a tekercsen, a relé működik, és az érintkezői bezáródnak.

Az OR elem két párhuzamosan kapcsolt NO érintkezőként ábrázolható. Amikor az első vagy a második zárva van, a relé aktiválódik, és lezárja érintkezőit, amelyeken a jel áthalad.

Egy NOT elem egy x NO érintkezőként és egy y NC érintkezőként ábrázolható. Ha nem érkezik jel a bemenetre (x = 0), akkor a relé nem működik, és az y érintkezői zárva maradnak, áram folyik rajtuk. Ha lezárja az x érintkezőket, a relé működésbe lép és kinyitja az érintkezőit, ekkor a kimeneti jel nulla lesz.

ábrán. A 2. ábra a VAGY – NEM műveletet végrehajtó áramkört mutatja.Ha egyik bemenetre sem kerül jel, akkor a tranzisztor zárva marad, nem folyik rajta áram, és a kimeneti feszültség megegyezik a forrás emf Uy = Uc értékével, azaz. y = 1.

Rizs. 2. Az VAGY — NEM logikai elem sémája, amely logikai műveleteket hajt végre

Ha legalább az egyik bemenetre feszültséget kapcsolunk, akkor a tranzisztor ellenállása ∞-ről 0-ra csökken, és áram folyik át az emitter-kollektor áramkörön. A feszültségesés a tranzisztoron nulla lesz (Uy = 0). Ez azt jelenti, hogy a kimeneten nincs jel, azaz y = 0. Az elem normál működéséhez a közös ponthoz képest az alappotenciál elmozdulását kell létrehozni, ezt egy speciális Ucm forrás biztosítja. és egy Rcm ellenállást. Az R6 ellenállás korlátozza az alap emitter áramát.

Az elektromágneses relékre, tranzisztorokra, mágneses magokra, elektronikus lámpákra, pneumatikus relékre épített logikai elemek túl nagyok, ezért ma már integrált áramköröket alkalmaznak, amelyekben a logikai műveletek kristályszinten történnek.

Példák logikai kapuk használatára áramkörökben

Nézzünk meg néhány elektromos áramkör-szerelvényt, amelyek leggyakrabban elektromos hajtásban találhatók. ábrán. A 3a. ábra a K kontaktortekercs tápegységét mutatja.

Rizs. 3. Áramköri csomópontok logikai elemekkel: 1 — 8 — bemeneti és kimeneti számok

A KNP gomb megnyomásakor áram folyik át a vezetéken, és a mágneskapcsoló aktiválódik. Főérintkezői (az ábrán nem láthatók) a motort a hálózatra kötik, a K érintkezők pedig zárva megkerülik a KNP gombot. Az áram átfolyik ezeken az érintkezőkön, és a KNP gomb elengedhető.A rugó hatására kinyitja az érintkezőit, de a tekercs továbbra is feszültség alatt marad a K érintkezőkön keresztül. A KnS gomb megnyomásakor a vonal megszakad és a mágneskapcsoló kiold.

Ez a csomópont végrehajtható logikai elemeken. Az áramkör tartalmazza a K kontaktor tekercsét, a KNP és KNS gombokat, két logikai elemet VAGY — NOT és egy erősítőt. A kezdeti állapot x1 = 0 és x2 = 0, majd az 1. elem kimenetén y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. A 2. elem kimenetén — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .is a tekercs kikapcsolt, a relé nem működik.

Ha megnyomja a KnP gombot, akkor y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. A 2. elem kimenetén y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. A tekercsen áram folyik át, és a kontaktor aktiválódik. Az y2 jel az x2 bemenetre kerül, de y1 ettől nem változik, mert y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Így a kontaktor tekercs feszültség alá kerül.

Ha megnyomja a KNS gombot, akkor a második elem bemenetére x4 = 1 jel kerül, majd y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 és a mágneskapcsoló kiold.

A vizsgált áramkör képes a parancsok «memorizálására»: az y2 jel a gomb elengedésekor is változatlan marad.

Ugyanez a memóriafunkció egy flip-floppal is megvalósítható. Ha x1 = 1 jel kerül a bemenetre, akkor az y = 1 jel jelenik meg a kimeneten és változatlan marad, amíg meg nem nyomjuk a KnS gombot. Ekkor a flip-flop átkapcsol, és a kimeneten megjelenik egy y = 0 jel, amely változatlan marad mindaddig, amíg újra meg nem nyomjuk a KNP gombot.

ábrán. A 3. ábra b egy blokkot mutat két PB (előre) és PH (hátra) relé elektromos blokkolására, amely kizárja azok egyidejű működését, mivel ez rövidzárlathoz vezet.Valójában a KnV gomb megnyomásakor a PB relé aktiválódik, és kinyílnak a segédérintkezői, és a PH tekercs még a KnN gomb megnyomásakor sem kap feszültséget. Vegye figyelembe, hogy itt nincs manőverezés a gombok záróérintkezőivel, vagyis nincs memóriamodul.

A logikai elemeket tartalmazó áramkörben, ha az első elemen megnyomjuk a KNV gombot, akkor x1 = 1, y2 = x1 = 0. A második elemen y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

A PB relé aktiválódik, és az y7 jel a 4. elem bemenetére kerül (y7 — x8 = 1). A 3. elem bemenetén nincs jel (x2 = 0), akkor y4 = x2 = 1. A negyedik elemen: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, azaz a PH relé nem működik , még akkor is, ha megnyomja a KnN gombot. Ekkor ugyanazt az eredményt kapjuk: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

ábrán. A 3. ábra a kioldó relét mutatja a KnS gomb megnyomása vagy a VK végálláskapcsoló érintkezőinek kinyitása esetén. Az y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1 kezdeti helyzetben lévő logikai elemeket tartalmazó áramkörben, vagyis a relé tekercs feszültség alá kerül. Ha megnyomja a KnS gombot, y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 lesz, és a relé kiold.

ábrán. A 3. ábra d mutatja a relé bekapcsolására szolgáló eszközt a KNP gomb megnyomása esetén, amikor a VK érintkező zárva van. Az érintkezők normál állapotában lévő logikai elemeket tartalmazó áramkörben y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Ha csak a KNP gombot nyomjuk meg, akkor y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Ha csak a VK érintkező zárva van, akkor y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Ha a KNP zárva van és VK, akkor y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Ez azt jelenti, hogy a relé aktiválva van.

ábrán. A 3. ábra e két P1 és P2 relé vezérlő áramkörét mutatja.Amikor az áramkörre feszültséget kapcsolunk, a PB időrelé aktiválódik, érintkezői a 3. vezetékben azonnal kinyílnak. Az áramkör üzemkész. A KNP gomb megnyomásakor a P1 relé aktiválódik, érintkezői záródnak, megkerülve a gombot. A 2-es vonal többi érintkezője kinyílik, a 3-as vonalon pedig bezárul. A PB relé felszabadul és érintkezői késleltetett záródnak, a P2 relé aktiválódik. Így a KNP gomb megnyomása után a P1 relé azonnal aktiválódik, a P2 pedig egy idő után.

A logikai elemeket tartalmazó áramkörben a "Memory" csomópont egy flip-flopra épül. Ne legyen jel a kimeneten (y3 = 0), a P1 és P2 relék feszültségmentesek. Nyomja meg a KNP gombot, a trigger kimeneten megjelenik egy jel A P1 relé aktiválódik és az EV elem elkezd szinkronizálni.

Ha y5 = 1 jel lép fel, a P2 relé aktiválódik. Amikor megnyomja a KnS gombot, a trigger átkapcsol, majd y3 = 0. A P1 és P2 relék felszabadulnak.

A bonyolultabb áramkörökben széles körben alkalmazzák a tipikus logikai elemeket tartalmazó szerelvényeket, és az ilyen áramkörök sokkal egyszerűbbek, mint a relé-kontaktor berendezések áramkörei.