Logische poorten in elektrische circuits

Logische elementen zijn apparaten die een bepaalde verbinding maken tussen invoer- en uitvoerwaarden. Een elementair logisch element heeft twee ingangen en één uitgang. De signalen naar hen zijn discreet, dat wil zeggen dat ze een van de twee mogelijke waarden aannemen - 1 of 0. De aanwezigheid van spanning wordt soms als één beschouwd en de afwezigheid ervan wordt soms als nul beschouwd. De werking van dergelijke apparaten wordt geanalyseerd met behulp van de concepten van Booleaanse algebra - algebra van logica.

Apparaten die werken met discrete signalen worden discreet genoemd. De werking van dergelijke apparaten wordt geanalyseerd met behulp van de concepten van Booleaanse algebra - algebra van logica.

Grondbeginselen van de algebra van de logica

Een logische variabele is een invoerwaarde die slechts twee tegengestelde waarden kan aannemen: x = 1 of x = 0. Een logische functie is de afhankelijkheid van de uitvoerwaarde van de invoer en van het uitvoersignaal zelf, dat ook slechts twee waarden kan aannemen : y = 1 of y = 0. Een logische bewerking is een actie uitgevoerd door een logisch element met logische variabelen volgens een logische functie.De waarden 1 en 0 zijn onderling tegengesteld (omgekeerd): 1 = 0, 0 = 1. Het streepje betekent ontkenning (inversie).

Aangenomen wordt dat 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Bij het transformeren van de formules van logische algebra worden eerst inversiebewerkingen uitgevoerd, daarna vermenigvuldigen, optellen en dan alle andere.

Zie ook over dit onderwerp: Wetten van contactcircuitalgebra

Hier worden logische basisbewerkingen besproken: Logische apparaten

Logische elementen in de vorm van relaiscontactcircuits

De logische elementen kunnen worden weergegeven in de vorm van een relaiscontactcircuit (figuur 1).

Rijst. 1. Elementaire logische elementen (a) en relaiscontactequivalent (b)

Als we aannemen dat gesloten contacten overeenkomen met één signaal en open contacten overeenkomen met nul, dan kan element A worden weergegeven als verbonden contacten x1 en x2 en relais y. Als beide contacten gesloten zijn, zal er stroom door de spoel lopen, het relais zal werken en de contacten zullen sluiten.

Het OR-element kan worden weergegeven als twee parallel geschakelde NO-contacten. Wanneer de eerste of de tweede gesloten zijn, wordt het relais geactiveerd en worden de contacten gesloten waardoor het signaal zal passeren.

Een NIET-element kan worden weergegeven als één maakcontact x en één verbreekcontact y. Als er geen signaal op de ingang staat (x = 0), werkt het relais niet en blijven de contacten van y gesloten, er loopt stroom doorheen. Als u de x-contacten sluit, zal het relais werken en zijn contacten openen, waarna het uitgangssignaal nul zal zijn.

In afb. 2 toont een schakeling die de operatie OR — NOT uitvoert.Als er geen signaal op een van de ingangen wordt toegepast, blijft de transistor gesloten, stroomt er geen stroom doorheen en is de uitgangsspanning gelijk aan de bron emf Uy = Uc, d.w.z. j = 1.

Rijst. 2. Schema van logisch element OF — NIET, logische bewerkingen uitvoeren

Als er een spanning wordt aangelegd op ten minste één van de ingangen, dan zal de weerstand van de transistor dalen van ∞ naar 0 en zal er stroom door het emitter-collectorcircuit vloeien. De spanningsval over de transistor zal nul zijn (Uy = 0). Dit betekent dat er geen signaal aan de uitgang is, dat wil zeggen y = 0. Voor de normale werking van het element is het noodzakelijk om een ​​verplaatsing van de basispotentiaal ten opzichte van het gemeenschappelijke punt te creëren, dit wordt bereikt door een speciale bron Ucm en een weerstand Rcm. Weerstand R6 begrenst de basisemitterstroom.

De logische elementen die zijn gebouwd op elektromagnetische relais, transistors, magnetische kernen, elektronische lamp, pneumatische relais zijn te groot, daarom worden nu geïntegreerde schakelingen gebruikt.De logische bewerkingen daarin worden op kristalniveau uitgevoerd.

Voorbeelden van het gebruik van logische poorten in circuits

Laten we eens kijken naar enkele elektrische circuits die het meest voorkomen in een elektrische aandrijving. In afb. 3a toont de voedingseenheid van de contactgeverspoel K.

Rijst. 3. Circuitknooppunten met logische elementen: 1 — 8 — ingangs- en uitgangsnummers

Wanneer de KNP-knop wordt ingedrukt, stroomt er stroom door de lijn en wordt de schakelaar geactiveerd. De hoofdcontacten (niet weergegeven in het diagram) verbinden de motor met het netwerk en de K-contacten, sluiten, omzeilen de KNP-knop. Door deze contacten loopt nu stroom en kan de KNP-knop worden losgelaten.Onder invloed van de veer opent het zijn contacten, maar de spoel blijft bekrachtigd via de contacten K. Wanneer de KnS-knop wordt ingedrukt, wordt de lijn onderbroken en wordt de schakelaar vrijgegeven.

Dit knooppunt kan worden uitgevoerd op logische elementen. Het circuit omvat de spoel van de schakelaar K, de knoppen KNP en KNS, twee logische elementen OR — NOT en een versterker. De begintoestand is x1 = 0 en x2 = 0, dan krijgen we aan de uitgang van element 1 y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Aan de uitgang van element 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t.is de spoel is uit, het relais werkt niet.

Druk je op KnP, dan y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Aan de uitgang van element 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Stroom vloeit door de spoel en de schakelaar wordt geactiveerd. Aan de ingang x2 wordt het signaal y2 aangeboden maar y1 verandert hierdoor niet omdat y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. De contactorspoel wordt dus bekrachtigd.

Als u op de KNS-knop drukt, wordt een signaal x4 = 1 toegepast op de ingang van het tweede element, dan y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 en de schakelaar wordt vrijgegeven.

De beschouwde schakeling is in staat commando's te "onthouden": het signaal y2 blijft ongewijzigd, zelfs als de knop wordt losgelaten.

Dezelfde geheugenfunctie kan worden bereikt met een flip-flop. Als een signaal x1 = 1 aan de ingang wordt aangeboden, verschijnt het signaal y = 1 aan de uitgang en blijft ongewijzigd totdat we op de KnS-knop drukken. De flip-flop wordt dan geschakeld en aan de uitgang verschijnt het signaal y = 0. Dit blijft ongewijzigd totdat we weer op de KNP-knop drukken.

In afb. 3, b toont een blok voor elektrische blokkering van twee relais PB (vooruit) en PH (achteruit), wat hun gelijktijdige werking uitsluit, omdat dit tot kortsluiting zal leiden.Wanneer de KnV-knop wordt ingedrukt, wordt het PB-relais geactiveerd en gaan de hulpcontacten open, en de PH-spoel kan niet worden bekrachtigd, zelfs niet als de KnN-knop wordt ingedrukt. Merk op dat er hier geen manoeuvre is van de sluitcontacten van de knoppen, dat wil zeggen dat er geen geheugenmodule is.

Als we in een circuit met logische elementen op de KNV-knop op het eerste element drukken, krijgen we x1 = 1, y2 = x1 = 0. Op het tweede element krijgen we y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Het relais PB wordt bekrachtigd en het signaal y7 wordt aangeboden aan de ingang van element 4 (y7 — x8 = 1). Er is geen signaal op de ingang van element 3 (x2 = 0), dan y4 = x2 = 1. Op het vierde element: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, d.w.z. het PH-relais kan niet werken , zelfs als de KnN-knop wordt ingedrukt. Dan krijgen we hetzelfde resultaat: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

In afb. 3, c toont het vrijgaverelais in het geval van het indrukken van de knop KnS of het openen van de contacten van de eindschakelaar VK. In een circuit met logische elementen in de beginpositie y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, dat wil zeggen dat de relaisspoel wordt bekrachtigd. Wanneer u op de KnS-knop drukt, krijgen we y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 en wordt het relais vrijgegeven.

In afb. 3, d toont het apparaat voor het inschakelen van het relais bij het indrukken van de KNP-knop wanneer het VK-contact gesloten is. In een schakeling met logische elementen in de normale toestand van de contacten krijgen we y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Als alleen de KNP-knop wordt ingedrukt, dan is y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Als alleen VK-contact gesloten is, dan krijgen we y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Als KNP gesloten is en VK krijgen we y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Dit betekent dat het relais is geactiveerd.

In afb. 3, e toont een stuurschakeling voor twee relais P1 en P2.Wanneer er spanning op het circuit wordt gezet, wordt het tijdrelais PB geactiveerd, de contacten in lijn 3 gaan onmiddellijk open. De schakeling is bedrijfsklaar. Wanneer de KNP-knop wordt ingedrukt, wordt relais P1 geactiveerd, de contacten sluiten en de knop wordt omzeild. Andere contacten op lijn 2 openen en op lijn 3 sluiten. Relais PB valt af en zijn contacten sluiten met een tijdvertraging, relais P2 wordt geactiveerd. Dus na het indrukken van de KNP-knop wordt relais P1 onmiddellijk geactiveerd en P2 - na enige tijd.

In een schakeling met logische elementen is de "Memory" node gebouwd op een flip-flop. Als er geen signaal op de uitgang staat (y3 = 0), vallen de relais P1 en P2 af. Druk op de KNP-knop, er verschijnt een signaal op de triggeruitgang, relais P1 wordt geactiveerd en het EV-element begint te synchroniseren.

Als signaal y5 = 1 optreedt, wordt relais P2 geactiveerd. Wanneer u op de KnS-knop drukt, wordt de trigger geschakeld en dan is y3 = 0. Relais P1 en P2 worden losgelaten.

Typische samenstellingen met logische elementen worden veel gebruikt in complexere circuits, en dergelijke circuits zijn veel eenvoudiger dan circuits met relais-magneetschakelaars.