Logické brány v elektrických obvodoch

Logické prvky sú zariadenia, ktoré vytvárajú určité spojenie medzi vstupnými a výstupnými hodnotami. Elementárny logický prvok má dva vstupy a jeden výstup. Signály k nim sú diskrétne, to znamená, že majú jednu z dvoch možných hodnôt - 1 alebo 0. Prítomnosť napätia sa niekedy považuje za jednu a jeho absencia sa niekedy považuje za nulu. Činnosť takýchto zariadení sa analyzuje pomocou konceptov Booleovej algebry – algebry logiky.

Zariadenia pracujúce s diskrétnymi signálmi sa nazývajú diskrétne. Činnosť takýchto zariadení sa analyzuje pomocou konceptov Booleovej algebry – algebry logiky.

Základy algebry logiky

Logická premenná je vstupná hodnota, ktorá môže nadobúdať iba dve opačné hodnoty: x = 1 alebo x = 0. Logická funkcia je závislosť výstupnej hodnoty od vstupu a od samotného výstupného signálu, ktorá môže nadobudnúť tiež iba dve hodnoty. : y = 1 alebo y = 0. Logická operácia je akcia vykonaná logickým prvkom s logickými premennými podľa logickej funkcie.Hodnoty 1 a 0 sú vzájomne opačné (prevrátené): 1 = 0, 0 = 1. Pomlčka znamená negáciu (inverziu).

Predpokladá sa, že 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Pri transformácii vzorcov logickej algebry sa najprv vykonajú inverzné operácie, potom násobenie, sčítanie a potom všetky ostatné.

Pozri tiež na túto tému: Zákony algebry kontaktných obvodov

Základné logické operácie sú diskutované tu: Logické zariadenia

Logické prvky vo forme reléovo-kontaktných obvodov

Logické prvky môžu byť reprezentované vo forme relé-kontaktného obvodu (obr. 1).

Ryža. 1. Základné logické prvky (a) a ekvivalent reléových kontaktov (b)

Ak predpokladáme, že zatvorené kontakty zodpovedajú jednému signálu a otvorené kontakty zodpovedajú nule, potom prvok A môže byť reprezentovaný ako spojené kontakty x1 a x2 a relé y. Ak sú oba kontakty zatvorené, potom prúd preteká cievkou, relé bude fungovať a jeho kontakty sa zatvoria.

Prvok OR môže byť reprezentovaný ako dva paralelne zapojené NO kontakty. Keď je prvý alebo druhý z nich zatvorený, relé sa aktivuje a zopne svoje kontakty, cez ktoré bude signál prechádzať.

Element NOT môže byť reprezentovaný ako jeden NO kontakt x a jeden rozpínací kontakt y. Ak na vstup nie je privedený žiadny signál (x = 0), relé nefunguje a kontakty y zostanú zatvorené, preteká nimi prúd. Ak zatvoríte x kontakty, relé bude fungovať a otvorí svoje kontakty, potom bude výstupný signál nulový.

Na obr. 2 znázorňuje obvod, ktorý vykonáva operáciu OR — NOT.Ak na niektorý zo vstupov nie je privedený signál, tak tranzistor zostane zatvorený, nebude ním tiecť prúd a výstupné napätie sa bude rovnať zdrojovému emf Uy = Uc, t.j. y = 1.

Ryža. 2. Schéma logického prvku OR — NOT, vykonávanie logických operácií

Ak sa na aspoň jeden zo vstupov privedie napätie, potom odpor tranzistora klesne z ∞ na 0 a prúd preteká obvodom emitor-kolektor. Pokles napätia na tranzistore bude nulový (Uy = 0). To znamená, že na výstupe nie je žiadny signál, to znamená y = 0. Pre normálnu prevádzku prvku je potrebné vytvoriť posunutie potenciálu bázy voči spoločnému bodu, to sa dosiahne špeciálnym zdrojom Ucm a odpor Rcm. Rezistor R6 obmedzuje prúd základného emitora.

Logické prvky postavené na elektromagnetických relé, tranzistoroch, magnetických jadrách, elektronickej lampe, pneumatických relé sú príliš veľké, preto sa dnes používajú integrované obvody, v ktorých sa logické operácie vykonávajú na úrovni kryštálov.

Príklady použitia logických hradel v obvodoch

Pozrime sa na niekoľko zostáv elektrických obvodov, ktoré sa najčastejšie nachádzajú v elektrickom pohone. Na obr. 3a je znázornená napájacia jednotka cievky stýkača K.

Ryža. 3. Uzly obvodu s logickými prvkami: 1 — 8 — vstupné a výstupné čísla

Po stlačení tlačidla KNP preteká prúd cez vedenie a aktivuje sa stýkač. Jeho hlavné kontakty (nie sú zobrazené na obrázku) pripájajú motor k sieti a kontakty K, ktoré sa zatvárajú, obchádzajú tlačidlo KNP. Cez tieto kontakty teraz potečie prúd a tlačidlo KNP je možné uvoľniť.Pod pôsobením pružiny otvorí svoje kontakty, ale cievka bude naďalej napájaná cez kontakty K. Po stlačení tlačidla KnS sa vedenie preruší a stýkač sa uvoľní.

Tento uzol môže byť vykonaný na logických prvkoch. Obvod obsahuje cievku stýkača K, tlačidlá KNP a KNS, dva logické prvky OR — NOT a zosilňovač. Počiatočný stav je x1 = 0 a x2 = 0, potom na výstupe prvku 1 dostaneme y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Na výstupe prvku 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t.j cievka je vypnutá, relé nefunguje.

Ak stlačíte KnP, potom y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Na výstupe prvku 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Cievkou preteká prúd a stýkač sa aktivuje. Signál y2 je privedený na vstup x2, ale y1 sa tým nezmení, pretože y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Cievka stýkača je teda napájaná.

Ak stlačíte tlačidlo KNS, potom sa na vstup druhého prvku privedie signál x4 = 1, potom y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 a stýkač sa uvoľní.

Uvažovaný obvod je schopný "zapamätať" príkazy: signál y2 zostáva nezmenený, aj keď je tlačidlo uvoľnené.

Rovnakú funkciu pamäte je možné vykonať pomocou klopného obvodu. Ak je na vstup privedený signál x1 = 1, tak sa na výstupe objaví signál y = 1 a zostane nezmenený, kým nestlačíme tlačidlo KnS. Potom sa prepne klopný obvod a na výstupe sa objaví signál y = 0. Ten zostane nezmenený, kým opäť nestlačíme tlačidlo KNP.

Na obr. 3, b je znázornený blok na elektrické blokovanie dvoch relé PB (dopredu) a PH (dozadu), čo vylučuje ich súčasnú činnosť, pretože to vedie ku skratu.Skutočne, keď sa stlačí tlačidlo KnV, relé PB sa aktivuje a jeho pomocné kontakty sa otvoria a cievka PH nemôže byť napájaná, aj keď je stlačené tlačidlo KnN. Všimnite si, že tu nedochádza k žiadnemu manévrovaniu so zapínacími kontaktmi tlačidiel, to znamená, že tu nie je žiadny pamäťový modul.

V obvode s logickými prvkami, keď stlačíme tlačidlo KNV na prvom prvku, dostaneme x1 = 1, y2 = x1 = 0. Na druhom prvku y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Relé PB sa aktivuje a na vstup prvku 4 sa privedie signál y7 (y7 — x8 = 1). Na vstupe prvku 3 nie je žiadny signál (x2 = 0), potom y4 = x2 = 1. Na štvrtom prvku: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, t.j. relé PH nemôže fungovať , aj keď je stlačené tlačidlo KnN. Potom dostaneme rovnaký výsledok: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

Na obr. 3, c znázorňuje vypínacie relé v prípade stlačenia tlačidla KnS alebo rozopnutia kontaktov koncového spínača VK. V obvode s logickými prvkami v počiatočnej polohe y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, to znamená, že cievka relé je pod napätím. Keď stlačíte tlačidlo KnS, dostaneme y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 a relé sa uvoľní.

Na obr. 3, d znázorňuje zariadenie na zopnutie relé v prípade stlačenia tlačidla KNP pri zopnutom kontakte VK. V obvode s logickými prvkami v normálnom stave kontaktov dostaneme y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Ak je stlačené iba tlačidlo KNP, potom y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Ak je zopnutý iba kontakt VK, potom y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Keď je KNP zopnutý a VK dostaneme y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. To znamená, že relé je aktivované.

Na obr. 3, e znázorňuje riadiaci obvod pre dve relé P1 a P2.Po privedení napätia do obvodu sa aktivuje časové relé PB, jeho kontakty vo vedení 3 sa okamžite otvoria. Okruh je pripravený na prevádzku. Po stlačení tlačidla KNP sa aktivuje relé P1, jeho kontakty sa zatvoria a tlačidlo sa obíde. Ostatné kontakty na linke 2 sa otvoria a na linke 3 sa zatvoria. Relé PB sa uvoľní a jeho kontakty sa zatvoria s časovým oneskorením, relé P2 sa aktivuje. Po stlačení tlačidla KNP sa teda okamžite aktivuje relé P1 a po určitom čase P2.

V obvode s logickými prvkami je uzol "Memory" postavený na klopnom obvode. Ak na výstupe nie je žiadny signál (y3 = 0), relé P1 a P2 sú bez napätia. Stlačte tlačidlo KNP, na výstupe spúšte sa objaví signál Relé P1 sa aktivuje a prvok EV sa začne synchronizovať.

Keď sa objaví signál y5 = 1, aktivuje sa relé P2. Keď stlačíte tlačidlo KnS, spúšť sa prepne a potom y3 = 0. Relé P1 a P2 sa uvoľnia.

Typické zostavy s logickými prvkami sú široko používané v zložitejších obvodoch a takéto obvody sú oveľa jednoduchšie ako obvody relé-stykače.