Logiske porter i elektriske kretser

Logiske elementer er enheter som danner en viss sammenheng mellom inngangs- og utgangsverdier. Et elementært logisk element har to innganger og en utgang. Signalene til dem er diskrete, det vil si at de tar en av to mulige verdier - 1 eller 0. Tilstedeværelsen av spenning blir noen ganger tatt som en, og fraværet blir noen ganger tatt som null. Virkemåten til slike enheter analyseres ved å bruke begrepene boolsk algebra – logikkalgebra.

Enheter som opererer med diskrete signaler kalles diskrete. Virkemåten til slike enheter analyseres ved å bruke begrepene boolsk algebra – logikkalgebra.

Grunnleggende om logikkens algebra

En logisk variabel er en inngangsverdi som bare kan ha to motsatte verdier: x = 1 eller x = 0. En logisk funksjon er avhengigheten av utgangsverdien av inngangen og av selve utgangssignalet, som også kan ta bare to verdier : y = 1 eller y = 0. En logisk operasjon er en handling utført av et logisk element med logiske variabler i henhold til en logisk funksjon.Verdiene 1 og 0 er innbyrdes motsatte (invertert): 1 = 0, 0 = 1. Bindestreken betyr negasjon (inversjon).

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

Når du transformerer formlene til logisk algebra, utføres inversjonsoperasjoner først, deretter multiplikasjon, addisjon og deretter alle de andre.

Se også om dette emnet: Lover for kontaktkrets algebra

Grunnleggende logiske operasjoner diskuteres her: Logiske enheter

Logiske elementer i form av relé-kontaktkretser

De logiske elementene kan representeres i form av en relé-kontaktkrets (fig. 1).

Ris. 1. Grunnleggende logiske elementer (a) og relékontaktekvivalent (b)

Hvis vi antar at lukkede kontakter tilsvarer ett signal og åpne kontakter tilsvarer null, kan element A representeres som tilkoblede kontakter x1 og x2 og relé y. Hvis begge kontaktene er lukket, vil strøm flyte gjennom spolen, reléet vil fungere og kontaktene lukkes.

ELLER-elementet kan representeres som to NO-kontakter koblet parallelt. Når den første eller andre av dem er lukket, aktiveres reléet og lukker kontaktene som signalet vil passere gjennom.

Et NOT-element kan representeres som én NO-kontakt x og én NC-kontakt y. Hvis det ikke tilføres noe signal til inngangen (x = 0), fungerer ikke reléet og kontaktene til y forblir lukket, strøm flyter gjennom dem. Hvis du lukker x-kontaktene, vil reléet fungere og åpne kontaktene, da vil utgangssignalet være null.

I fig. 2 viser en krets som utfører OR — NOT-operasjonen.Hvis det ikke tilføres noe signal til noen av inngangene, vil transistoren forbli lukket, ingen strøm vil flyte gjennom den, og utgangsspenningen vil være lik kilden emf Uy = Uc, dvs. y = 1.

Ris. 2. Skjema av logisk element ELLER — IKKE, utfører logiske operasjoner

Hvis en spenning påføres minst en av inngangene, vil motstanden til transistoren falle fra ∞ til 0 og strømmen vil flyte gjennom emitter-kollektorkretsen. Spenningsfallet over transistoren vil være null (Uy = 0). Dette betyr at det ikke er noe signal ved utgangen, det vil si y = 0. For normal drift av elementet er det nødvendig å lage en forskyvning av basispotensialet i forhold til fellespunktet, dette oppnås av en spesiell kilde Ucm og en motstand Rcm. Motstand R6 begrenser basisemitterstrømmen.

De logiske elementene bygget på elektromagnetiske releer, transistorer, magnetkjerner, elektronisk lampe, pneumatiske releer er for store, derfor brukes det nå integrerte kretser.Logiske operasjoner i dem utføres på krystallnivå.

Eksempler på bruk av logiske porter i kretser

La oss se på noen få elektriske kretsenheter som oftest finnes i en elektrisk stasjon. I fig. 3a viser forsyningsenheten til kontaktorspolen K.

Ris. 3. Kretsnoder med logiske elementer: 1 — 8 — inn- og utgangsnummer

Når KNP-knappen trykkes inn, flyter strøm gjennom ledningen og kontaktoren aktiveres. Hovedkontaktene (ikke vist i diagrammet) kobler motoren til nettverket, og K-kontaktene, lukker, omgår KNP-knappen. Strøm vil nå flyte gjennom disse kontaktene og KNP-knappen kan slippes.Under påvirkning av fjæren åpner den kontaktene, men spolen vil fortsette å bli energisert gjennom kontaktene K. Når KnS-knappen trykkes, avbrytes linjen og kontaktoren frigjøres.

Denne noden kan kjøres på logiske elementer. Kretsen inkluderer spolen til kontaktoren K, knappene KNP og KNS, to logiske elementer OR — NOT og en forsterker. Starttilstanden er x1 = 0 og x2 = 0, så ved utgangen av element 1 får vi y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Ved utgangen av element 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .is spolen er av, reléet virker ikke.

Hvis du trykker på KnP, så er y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Ved utgangen av element 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Strøm flyter gjennom spolen og kontaktoren aktiveres. Signalet y2 tilføres inngangen x2, men y1 endres ikke av dette fordi y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Dermed blir kontaktorspolen energisert.

Hvis du trykker på KNS-knappen, vil et signal x4 = 1 påføres inngangen til det andre elementet, deretter y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 og kontaktoren frigjøres.

Kretsen som vurderes er i stand til å «minne» kommandoer: signalet y2 forblir uendret selv om knappen slippes.

Den samme minnefunksjonen kan oppnås med en flip-flop. Hvis et signal x1 = 1 tilføres inngangen, vil signalet y = 1 vises på utgangen og vil forbli uendret til vi trykker på KnS-knappen. Vippen slås så på og på utgangen vises et signal y = 0. Den forblir uendret til vi trykker på KNP-knappen igjen.

I fig. 3, b viser en blokk for elektrisk blokkering av to releer PB (fremover) og PH (revers), som utelukker deres samtidige drift, da dette vil føre til kortslutning.Faktisk, når KnV-knappen trykkes, aktiveres PB-reléet, og dets hjelpekontakter åpnes, og PH-spolen kan ikke aktiveres selv om KnN-knappen trykkes. Merk at det ikke er noen manøvrering av lukkekontaktene til knappene her, det vil si at det ikke er noen minnemodul.

I en krets med logiske elementer, når vi trykker på KNV-knappen på det første elementet, får vi x1 = 1, y2 = x1 = 0. På det andre elementet, y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Reléet PB aktiveres og signalet y7 tilføres inngangen til element 4 (y7 — x8 = 1). Det er ikke noe signal ved inngangen til element 3 (x2 = 0), da y4 = x2 = 1. På det fjerde elementet: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, dvs. PH-reléet kan ikke fungere , selv om KnN-knappen er trykket. Da får vi samme resultat: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

I fig. 3, c viser utløserreléet ved trykk på knappen KnS eller åpning av kontaktene til endebryteren VK. I en krets med logiske elementer i startposisjonen y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, det vil si at reléspolen er aktivert. Når du trykker på KnS-knappen får vi y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 og releet slippes.

I fig. 3, d viser enheten for å slå på reléet ved trykk på KNP-knappen når VK-kontakten er lukket. I en krets med logiske elementer i normaltilstanden til kontaktene får vi y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Hvis bare KNP-knappen trykkes, så er y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Hvis kun VK-kontakten er lukket så y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Når KNP er lukket og VK får vi y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Dette betyr at releet er aktivert.

I fig. 3 viser e en styrekrets for to releer P1 og P2.Når spenning påføres kretsen, aktiveres tidsreléet PB, kontaktene i linje 3 åpnes umiddelbart. Kretsen er klar til drift. Når KNP-knappen trykkes inn, aktiveres relé P1, kontaktene lukkes, og omgår knappen. Andre kontakter på linje 2 åpnes og på linje 3 lukkes. Relé PB utløses og kontaktene lukkes med en tidsforsinkelse, relé P2 aktiveres. Dermed, etter å ha trykket på KNP-knappen, aktiveres relé P1 umiddelbart, og P2 - etter en stund.

I en krets med logiske elementer er "Memory"-noden bygget på en flip-flop. La det ikke være noe signal på utgangen (y3 = 0), reléer P1 og P2 er spenningsløse. Trykk på KNP-knappen, et signal vises på triggerutgangen Relé P1 aktiveres og EV-elementet begynner å synkronisere.

Når signal y5 = 1 oppstår, aktiveres relé P2. Når du trykker på KnS-knappen, byttes utløseren og da y3 = 0. Releer P1 og P2 utløses.

Typiske sammenstillinger med logiske elementer er mye brukt i mer komplekse kretser, og slike kretser er mye enklere enn relé-kontaktorutstyrskretser.