Loogikaväravad elektriahelates

Loogikaelemendid on seadmed, mis loovad teatud ühenduse sisend- ja väljundväärtuste vahel. Elementaarloogikaelemendil on kaks sisendit ja üks väljund. Nende signaalid on diskreetsed, see tähendab, et nad võtavad ühe kahest võimalikust väärtusest - 1 või 0. Pinge olemasolu võetakse mõnikord üheks ja selle puudumist mõnikord nulliks. Selliste seadmete tööd analüüsitakse Boole’i algebra – loogikaalgebra – mõistete abil.

Diskreetsete signaalidega töötavaid seadmeid nimetatakse diskreetseteks. Selliste seadmete tööd analüüsitakse Boole’i algebra – loogikaalgebra – mõistete abil.

Loogika algebra alused

Loogiline muutuja on sisendväärtus, mis võib võtta ainult kaks vastandlikku väärtust: x = 1 või x = 0. Loogiline funktsioon on väljundväärtuse sõltuvus sisendist ja väljundsignaalist endast, mis võib samuti võtta ainult kaks väärtust : y = 1 või y = 0. Loogikatehe on toiming, mille sooritab loogiliste muutujatega loogiline element vastavalt loogilisele funktsioonile.Väärtused 1 ja 0 on vastastikku vastupidised (inverteeritud): 1 = 0, 0 = 1. Kriips tähendab eitust (inversiooni).

Eeldatakse, et 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Loogikalgebra valemite teisendamisel tehakse esmalt inversioonitehted, seejärel korrutamine, liitmine ja siis kõik teised.

Vaata ka sellel teemal: Kontaktahela algebra seadused

Põhilisi loogilisi tehteid käsitletakse siin: Loogilised seadmed

Loogikaelemendid relee-kontaktahelate kujul

Loogikaelemente saab esitada relee-kontaktahela kujul (joonis 1).

Riis. 1. Põhilised loogikaelemendid (a) ja releekontakti ekvivalent (b)

Kui eeldada, et suletud kontaktid vastavad ühele signaalile ja avatud kontaktid nullile, siis saab elementi A kujutada ühendatud kontaktidena x1 ja x2 ning releena y. Kui mõlemad kontaktid on suletud, voolab vool läbi mähise, relee töötab ja selle kontaktid sulguvad.

VÕI elementi saab kujutada kahe paralleelselt ühendatud NO kontaktina. Kui esimene või teine ​​neist on suletud, aktiveeritakse relee ja see sulgeb oma kontaktid, mille kaudu signaal läbib.

EI-elementi saab esitada ühe NO-kontaktina x ja ühe NC-kontaktina y. Kui sisendisse ei anta signaali (x = 0), siis relee ei tööta ja y kontaktid jäävad suletuks, vool läbib neid. Kui sulgete x-kontaktid, hakkab relee tööle ja avab oma kontaktid, siis on väljundsignaal null.

Joonisel fig. 2 näitab vooluringi, mis teostab toimingu VÕI — EI.Kui ühelegi sisendile ei anta signaali, siis jääb transistor suletuks, vool sellest läbi ei jookse ja väljundpinge võrdub allika emf Uy = Uc, st. y = 1.

Riis. 2. Loogilise elemendi VÕI — EI skeem, sooritades loogilisi tehteid

Kui vähemalt ühele sisendile on rakendatud pinge, langeb transistori takistus ∞-lt 0-le ja vool liigub läbi emitter-kollektori ahela. Transistori pingelangus on null (Uy = 0). See tähendab, et väljundis puudub signaal ehk y = 0. Elemendi normaalseks tööks on vaja tekitada baaspotentsiaali nihe ühispunkti suhtes, see saavutatakse spetsiaalse allika Ucm abil. ja takisti Rcm. Takisti R6 piirab baasemitteri voolu.

Elektromagnetreleedele ehitatud loogikaelemendid, transistorid, magnetsüdamikud, elektrooniline lamp, pneumaatilised releed on liiga suured, mistõttu kasutatakse nüüd integraallülitusi.Loogilised toimingud neis teostatakse kristalli tasemel.

Näited loogikaväravate kasutamisest ahelates

Vaatame mõnda elektriahela komplekti, mida elektriajamis kõige sagedamini leidub. Joonisel fig. 3a on näidatud kontaktori pooli K toiteplokk.

Riis. 3. Loogikaelementidega vooluahela sõlmed: 1 — 8 — sisend- ja väljundnumbrid

KNP nupu vajutamisel voolab vool läbi liini ja kontaktor aktiveerub. Selle peamised kontaktid (pole joonisel näidatud) ühendavad mootori võrku ja K-kontaktid, sulgedes, mööduvad KNP nupust. Nüüd liigub vool läbi nende kontaktide ja KNP nupu saab vabastada.Vedru toimel avab see oma kontaktid, kuid mähis jätkab pinget kontaktide K kaudu. KnS nupu vajutamisel liin katkeb ja kontaktor vabastatakse.

Seda sõlme saab käivitada loogilistel elementidel. Skeemis on kontaktori K mähis, nupud KNP ja KNS, kaks loogilist elementi VÕI — EI ja võimendi. Algseisund on x1 = 0 ja x2 = 0, siis elemendi 1 väljundis saame y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Elemendi 2 väljundis — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .is mähis on välja lülitatud, relee ei tööta.

Kui vajutate KnP, siis y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Elemendi 2 väljundis y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Vool liigub läbi mähise ja kontaktor aktiveerub. Signaal y2 suunatakse sisendisse x2, kuid y1 see ei muutu, sest y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Seega on kontaktori mähis pingestatud.

Kui vajutate nuppu KNS, siis kantakse teise elemendi sisendisse signaal x4 = 1, seejärel y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 ja kontaktor vabastatakse.

Vaadeldav vooluahel on võimeline käske "mälluma": signaal y2 jääb muutumatuks ka nupu vabastamisel.

Sama mälufunktsiooni saab täita ka flip-flopiga. Kui sisendile on antud signaal x1 = 1, siis väljundisse ilmub signaal y = 1 ja jääb muutumatuks seni, kuni vajutame KnS nuppu. Seejärel lülitatakse flip-flop ümber ja väljundisse ilmub signaal y = 0. See jääb muutumatuks seni, kuni vajutame uuesti KNP nuppu.

Joonisel fig. 3, b on kujutatud plokk kahe relee PB (edasi) ja PH (tagurpidi) elektriliseks blokeerimiseks, mis välistab nende samaaegse töö, kuna see põhjustab lühise.Tõepoolest, KnV-nupu vajutamisel aktiveeritakse PB-relee ja selle abikontaktid avanevad ning PH-mähis ei saa pinget isegi KnN-nupu vajutamisel. Pange tähele, et siin ei toimu nuppude sulgemiskontaktide manööverdamist, see tähendab, et puudub mälumoodul.

Loogiliste elementidega ahelas, kui vajutame KNV nuppu esimesel elemendil, saame x1 = 1, y2 = x1 = 0. Teisel elemendil y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Relee PB aktiveeritakse ja signaal y7 suunatakse elemendi 4 sisendisse (y7 — x8 = 1). Elemendi 3 sisendis puudub signaal (x2 = 0), siis y4 = x2 = 1. Neljandal elemendil: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, st PH relee ei saa töötada , isegi kui vajutada nuppu KnN. Siis saame sama tulemuse: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

Joonisel fig. 3, c näitab vabastusreleed nupu KnS vajutamisel või piirlüliti VK kontaktide avamisel. Skeemis, mille loogikaelemendid on algpositsioonis y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, see tähendab, et relee mähis on pingestatud. Kui vajutate nuppu KnS, saame y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 ja relee vabastatakse.

Joonisel fig. 3, d näitab seadet relee sisselülitamiseks KNP nupu vajutamisel, kui VK kontakt on suletud. Loogikaelementidega ahelas kontaktide normaalseisundis saame y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Kui vajutada ainult KNP nuppu, siis y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Kui ainult VK kontakt on suletud, siis y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Kui KNP on suletud ja VK, saame y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. See tähendab, et relee on aktiveeritud.

Joonisel fig. 3, e näitab kahe relee P1 ja P2 juhtimisahelat.Kui vooluahelale rakendatakse pinget, aktiveerub ajarelee PB, mille kontaktid liinis 3 avanevad kohe. Ahel on tööks valmis. KNP nupu vajutamisel aktiveeritakse relee P1, selle kontaktid sulguvad, jättes nupust mööda. Teised liini 2 kontaktid avanevad ja liinil 3 sulguvad. Relee PB vabastatakse ja selle kontaktid sulguvad viivitusega, relee P2 aktiveerub. Seega aktiveeritakse pärast KNP nupu vajutamist kohe relee P1 ja mõne aja pärast P2.

Loogikaelementidega vooluringis on sõlm "Mälu" ehitatud flip-flopile. Väljundis ei tohi olla signaali (y3 = 0), releed P1 ja P2 on pingevabad. Vajutage nuppu KNP, päästiku väljundile ilmub signaal Relee P1 aktiveeritakse ja EV element hakkab sünkroniseerima.

Signaali y5 = 1 ilmnemisel aktiveeritakse relee P2. Kui vajutate nuppu KnS, lülitub päästik ja seejärel y3 = 0. Releed P1 ja P2 vabastatakse.

Tüüpilisi loogikaelementidega kooste kasutatakse laialdaselt keerukamates ahelates ja sellised ahelad on palju lihtsamad kui relee-kontaktorseadmete ahelad.