Porți logice în circuitele electrice

Elementele logice sunt dispozitive care realizează o anumită legătură între valorile de intrare și de ieșire. Un element logic elementar are două intrări și o ieșire. Semnalele către ei sunt discrete, adică iau una dintre cele două valori posibile - 1 sau 0. Prezența tensiunii este uneori luată ca una, iar absența acesteia este uneori luată ca zero. Funcționarea unor astfel de dispozitive este analizată folosind conceptele algebrei booleene — algebra logicii.

Dispozitivele care funcționează cu semnale discrete sunt numite discrete. Funcționarea unor astfel de dispozitive este analizată folosind conceptele algebrei booleene — algebra logicii.

Fundamentele algebrei logicii

O variabilă logică este o valoare de intrare care poate lua doar două valori opuse: x = 1 sau x = 0. O funcție logică este dependența valorii de ieșire de intrare și de semnalul de ieșire în sine, care poate lua, de asemenea, doar două valori. : y = 1 sau y = 0. O operație logică este o acțiune efectuată de un element logic cu variabile logice conform unei funcții logice.Valorile 1 și 0 sunt reciproc opuse (inversate): 1 = 0, 0 = 1. liniuța înseamnă negație (inversare).

Se presupune că 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

La transformarea formulelor algebrei logice, se efectuează mai întâi operațiile de inversare, apoi înmulțirea, adunarea și apoi toate celelalte.

Vezi și pe acest subiect: Legile contactului Circuit Algebra

Operațiile logice de bază sunt discutate aici: Dispozitive logice

Elemente logice sub formă de circuite releu-contact

Elementele logice pot fi reprezentate sub forma unui circuit releu-contact (Fig. 1).

Orez. 1. Elemente logice de bază (a) și echivalentul contactului releului (b)

Dacă presupunem că contactele închise corespund unui semnal, iar contactele deschise corespund zero, atunci elementul A poate fi reprezentat ca contactele conectate x1 și x2 și releul y. Dacă ambele contacte sunt închise, atunci curentul va curge prin bobină, releul va funcționa și contactele sale se vor închide.

Elementul SAU poate fi reprezentat ca două contacte NO conectate în paralel. Când primul sau al doilea dintre ele sunt închise, releul este activat și își închide contactele prin care va trece semnalul.

Un element NOT poate fi reprezentat ca un contact NO x și un contact NC y. Dacă nu este aplicat niciun semnal la intrare (x = 0), atunci releul nu funcționează și contactele lui y rămân închise, curentul trece prin ele. Dacă închideți contactele x, releul va funcționa și va deschide contactele, atunci semnalul de ieșire va fi zero.

În fig. 2 prezintă un circuit care efectuează operația SAU — NU.Dacă nu este aplicat niciun semnal la niciuna dintre intrări, atunci tranzistorul va rămâne închis, nu va circula nici un curent prin el, iar tensiunea de ieșire va fi egală cu emf sursă Uy = Uc, adică. y = 1.

Orez. 2. Schema elementului logic SAU — NU, efectuând operații logice

Dacă se aplică o tensiune la cel puțin una dintre intrări, atunci rezistența tranzistorului va scădea de la ∞ la 0 și curentul va curge prin circuitul emițător-colector. Căderea de tensiune pe tranzistor va fi zero (Uy = 0). Aceasta înseamnă că nu există semnal la ieșire, adică y = 0. Pentru funcționarea normală a elementului, este necesar să se creeze o deplasare a potențialului de bază față de punctul comun, aceasta fiind realizată printr-o sursă specială Ucm și un rezistor Rcm. Rezistorul R6 limitează curentul emițătorului de bază.

Elementele logice construite pe relee electromagnetice, tranzistoare, miezuri magnetice, lampa electronica, relee pneumatice sunt prea mari, motiv pentru care acum se folosesc circuite integrate.Operatiile logice in ele se desfasoara la nivel de cristal.

Exemple de utilizare a porților logice în circuite

Să ne uităm la câteva ansambluri de circuite electrice care se găsesc cel mai frecvent într-o unitate electrică. În fig. 3a prezintă unitatea de alimentare a bobinei contactorului K.

Orez. 3. Noduri de circuit cu elemente logice: 1 — 8 — numere de intrare și de ieșire

Când butonul KNP este apăsat, curentul trece prin linie și contactorul este activat. Contactele sale principale (neprezentate în diagramă) conectează motorul la rețea, iar contactele K, închizându-se, ocolesc butonul KNP. Curentul va curge acum prin aceste contacte și butonul KNP poate fi eliberat.Sub acțiunea arcului își deschide contactele, dar bobina va continua să fie alimentată prin contactele K. La apăsarea butonului KnS, linia este întreruptă și contactorul este eliberat.

Acest nod poate fi executat pe elemente logice. Circuitul include bobina contactorului K, butoanele KNP și KNS, două elemente logice OR — NOT și un amplificator. Starea inițială este x1 = 0 și x2 = 0, apoi la ieșirea elementului 1 obținem y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. La ieșirea elementului 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, este bobina este oprită, releul nu funcționează.

Dacă apăsați KnP, atunci y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. La ieșirea elementului 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Curentul trece prin bobină și contactorul este activat. Semnalul y2 este aplicat la intrarea x2 dar y1 nu este modificat prin aceasta deoarece y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Astfel bobina contactorului este alimentată.

Dacă apăsați butonul KNS, atunci la intrarea celui de-al doilea element se va aplica un semnal x4 = 1, apoi y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 și contactorul este eliberat.

Circuitul luat în considerare este capabil să „memoreze” comenzi: semnalul y2 rămâne neschimbat chiar dacă butonul este eliberat.

Aceeași funcție de memorie poate fi realizată cu un flip-flop. Dacă la intrare este aplicat un semnal x1 = 1, atunci semnalul y = 1 va apărea la ieșire și va rămâne neschimbat până când vom apăsa butonul KnS. Flip-flop-ul este apoi comutat și la ieșire apare un semnal y = 0. Acesta va rămâne neschimbat până când vom apăsa din nou butonul KNP.

În fig. 3, b prezintă un bloc pentru blocarea electrică a două relee PB (înainte) și PH (înapoi), care exclude funcționarea lor simultană, deoarece aceasta va duce la un scurtcircuit.Într-adevăr, atunci când butonul KnV este apăsat, releul PB este activat, iar contactele sale auxiliare se deschid, iar bobina PH nu poate fi alimentată chiar dacă butonul KnN este apăsat. Rețineți că aici nu există nicio manevră a contactelor de închidere ale butoanelor, adică nu există modul de memorie.

Într-un circuit cu elemente logice, când apăsăm butonul KNV de pe primul element, obținem x1 = 1, y2 = x1 = 0. Pe al doilea element, y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Releul PB este activat și semnalul y7 este aplicat la intrarea elementului 4 (y7 — x8 = 1). Nu există semnal la intrarea elementului 3 (x2 = 0), apoi y4 = x2 = 1. Pe al patrulea element: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, adică releul PH nu poate funcționa , chiar dacă butonul KnN este apăsat. Atunci obținem același rezultat: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

În fig. 3, c arată releul de deblocare în cazul apăsării butonului KnS sau deschiderii contactelor întrerupătorului de limită VK. Într-un circuit cu elemente logice în poziția inițială y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, adică bobina releului este alimentată. Când apăsați butonul KnS, obținem y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 și releul este eliberat.

În fig. 3, d arată dispozitivul de pornire a releului în cazul apăsării butonului KNP când contactul VK este închis. Într-un circuit cu elemente logice în starea normală a contactelor, obținem y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Dacă este apăsat doar butonul KNP, atunci y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Dacă numai contactul VK este închis, atunci y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Când KNP este închis și VK obținem y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Aceasta înseamnă că releul este activat.

În fig. 3, e prezintă un circuit de comandă pentru două relee P1 și P2.Când se aplică tensiune la circuit, releul de timp PB este activat, contactele sale din linia 3 se deschid imediat. Circuitul este gata de funcționare. Când butonul KNP este apăsat, releul P1 este activat, contactele acestuia se închid, ocolind butonul. Alte contacte de pe linia 2 se deschid și pe linia 3 se închid. Releul PB este eliberat și contactele sale se închid cu o întârziere, releul P2 este activat. Astfel, după apăsarea butonului KNP, releul P1 este activat imediat, iar P2 - după un timp.

Într-un circuit cu elemente logice, nodul „Memorie” este construit pe un flip-flop. Să nu existe semnal la ieșire (y3 = 0), releele P1 și P2 sunt dezactivate. Apăsați butonul KNP, pe ieșirea de declanșare apare un semnal.Releul P1 este activat și elementul EV începe să se sincronizeze.

Când apare semnalul y5 = 1, releul P2 este activat. Când apăsați butonul KnS, declanșatorul este comutat și apoi y3 = 0. Releele P1 și P2 sunt eliberate.

Ansamblurile tipice cu elemente logice sunt utilizate pe scară largă în circuite mai complexe, iar astfel de circuite sunt mult mai simple decât circuitele echipamentelor releu-contactor.