Logická hradla v elektrických obvodech

Logické prvky jsou zařízení, která vytvářejí určité spojení mezi vstupními a výstupními hodnotami. Elementární logický prvek má dva vstupy a jeden výstup. Signály k nim jsou diskrétní, to znamená, že mají jednu ze dvou možných hodnot - 1 nebo 0. Přítomnost napětí je někdy brána jako jedna a její nepřítomnost je někdy brána jako nula. Činnost takových zařízení je analyzována pomocí konceptů Booleovy algebry – algebry logiky.

Zařízení pracující s diskrétními signály se nazývají diskrétní. Činnost takových zařízení je analyzována pomocí konceptů Booleovy algebry – algebry logiky.

Základy algebry logiky

Logická proměnná je vstupní hodnota, která může nabývat pouze dvou opačných hodnot: x = 1 nebo x = 0. Logická funkce je závislost výstupní hodnoty na vstupu a na samotném výstupním signálu, která také může nabývat pouze dvou hodnot. : y = 1 nebo y = 0. Logická operace je akce prováděná logickým prvkem s logickými proměnnými podle logické funkce.Hodnoty 1 a 0 jsou vzájemně opačné (převrácené): 1 = 0, 0 = 1. Pomlčka znamená negaci (inverzi).

Předpokládá se, že 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Při transformaci vzorců logické algebry se nejprve provádějí inverzní operace, poté násobení, sčítání a poté všechny ostatní.

Viz také k tomuto tématu: Zákony algebry kontaktních obvodů

Základní logické operace jsou diskutovány zde: Logická zařízení

Logické prvky ve formě relé-kontaktních obvodů

Logické prvky mohou být reprezentovány ve formě relé-kontaktního obvodu (obr. 1).

Rýže. 1. Základní logické prvky (a) a ekvivalent kontaktu relé (b)

Pokud předpokládáme, že sepnuté kontakty odpovídají jednomu signálu a rozpojené kontakty odpovídají nule, pak prvek A může být reprezentován jako spojené kontakty x1 a x2 a relé y. Jsou-li oba kontakty sepnuté, pak cívkou poteče proud, relé bude fungovat a jeho kontakty se sepnou.

Prvek OR může být reprezentován jako dva paralelně zapojené NO kontakty. Při sepnutí prvního nebo druhého z nich se relé aktivuje a sepne své kontakty, kterými bude signál procházet.

Prvek NOT může být reprezentován jako jeden spínací kontakt x a jeden rozpínací kontakt y. Pokud na vstup není přiveden žádný signál (x = 0), pak relé nepracuje a kontakty y zůstávají sepnuté, protéká jimi proud. Pokud sepnete kontakty x, relé bude fungovat a rozepne své kontakty, pak bude výstupní signál nulový.

Na Obr. 2 ukazuje obvod, který provádí operaci OR — NOT.Pokud na žádný ze vstupů není přiveden signál, pak tranzistor zůstane sepnutý, nebude jím protékat proud a výstupní napětí se bude rovnat zdrojovému emf Uy = Uc, tzn. y = 1.

Rýže. 2. Schéma logického prvku OR — NOT, provádění logických operací

Pokud je na alespoň jeden ze vstupů přivedeno napětí, pak odpor tranzistoru klesne z ∞ na 0 a proud bude protékat obvodem emitor-kolektor. Úbytek napětí na tranzistoru bude nulový (Uy = 0). To znamená, že na výstupu není žádný signál, to znamená y = 0. Pro normální provoz prvku je nutné vytvořit posunutí potenciálu báze vůči společnému bodu, toho je dosaženo speciálním zdrojem Ucm a odpor Rcm. Rezistor R6 omezuje proud základního emitoru.

Logické prvky postavené na elektromagnetických relé, tranzistorech, magnetických jádrech, elektronické lampě, pneumatických relé jsou příliš velké, proto se nyní používají integrované obvody, v nichž jsou logické operace prováděny na úrovni krystalů.

Příklady použití logických hradel v obvodech

Podívejme se na několik elektrických obvodů, které se nejčastěji vyskytují v elektrickém pohonu. Na Obr. 3a znázorňuje napájecí jednotku cívky stykače K.

Rýže. 3. Uzly obvodu s logickými prvky: 1 — 8 — vstupní a výstupní čísla

Po stisknutí tlačítka KNP protéká vedením proud a je aktivován stykač. Jeho hlavní kontakty (na obrázku nejsou znázorněny) připojují motor k síti a kontakty K, které se zavírají, obcházejí tlačítko KNP. Těmito kontakty nyní poteče proud a tlačítko KNP lze uvolnit.Působením pružiny otevře své kontakty, ale cívka bude nadále napájena přes kontakty K. Po stisknutí tlačítka KnS se přeruší vedení a uvolní se stykač.

Tento uzel lze spustit na logických prvcích. Obvod obsahuje cívku stykače K, tlačítka KNP a KNS, dva logické prvky OR — NOT a zesilovač. Počáteční stav je x1 = 0 a x2 = 0, pak na výstupu prvku 1 dostaneme y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Na výstupu prvku 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .is cívka je vypnutá, relé nefunguje.

Pokud stisknete KnP, pak y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Na výstupu prvku 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Cívkou protéká proud a stykač je aktivován. Signál y2 je přiveden na vstup x2, ale y1 se tímto nezmění, protože y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Cívka stykače je tedy nabuzena.

Pokud stisknete tlačítko KNS, bude na vstup druhého prvku přiveden signál x4 = 1, poté y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 a stykač se uvolní.

Uvažovaný obvod je schopen "zapamatovat" příkazy: signál y2 zůstává nezměněn, i když je tlačítko uvolněno.

Stejnou funkci paměti lze provést pomocí klopného obvodu. Pokud je na vstup přiveden signál x1 = 1, pak se na výstupu objeví signál y = 1 a zůstane nezměněn, dokud nestiskneme tlačítko KnS. Následně se přepne klopný obvod a na výstupu se objeví signál y = 0. Zůstane nezměněn, dokud znovu nestiskneme tlačítko KNP.

Na Obr. 3, b znázorňuje blok pro elektrické blokování dvou relé PB (vpřed) a PH (vzad), což vylučuje jejich současnou činnost, protože to povede ke zkratu.Skutečně, když je stisknuto tlačítko KnV, relé PB se aktivuje a jeho pomocné kontakty se otevřou a cívka PH nemůže být nabuzena, i když je stisknuto tlačítko KnN. Všimněte si, že zde nedochází k žádnému manévrování spínacích kontaktů tlačítek, to znamená, že zde není žádný paměťový modul.

V obvodu s logickými prvky, když stiskneme tlačítko KNV na prvním prvku, dostaneme x1 = 1, y2 = x1 = 0. Na druhém prvku je y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Relé PB je aktivováno a na vstup prvku 4 je přiveden signál y7 (y7 — x8 = 1). Na vstupu prvku 3 není žádný signál (x2 = 0), pak y4 = x2 = 1. Na čtvrtém prvku: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, tj. relé PH nemůže fungovat , i když je stisknuto tlačítko KnN. Pak dostaneme stejný výsledek: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

Na Obr. 3, c znázorňuje spouštěcí relé v případě stisknutí tlačítka KnS nebo rozepnutí kontaktů koncového spínače VK. V obvodu s logickými prvky ve výchozí poloze y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, to znamená, že cívka relé je nabuzena. Když stisknete tlačítko KnS, dostaneme y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 a relé se uvolní.

Na Obr. 3, d znázorňuje zařízení pro sepnutí relé v případě stisknutí tlačítka KNP při sepnutém kontaktu VK. V obvodu s logickými prvky v normálním stavu kontaktů dostaneme y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Pokud je stisknuto pouze tlačítko KNP, pak y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Pokud je sepnutý pouze kontakt VK, pak y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Když je KNP sepnutý a VK dostaneme y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. To znamená, že relé je aktivováno.

Na Obr. 3 znázorňuje e řídicí obvod pro dvě relé P1 a P2.Po přivedení napětí do obvodu se aktivuje časové relé PB, jeho kontakty ve vedení 3 se okamžitě rozepnou. Okruh je připraven k provozu. Po stisku tlačítka KNP se aktivuje relé P1, jeho kontakty se sepnou a tlačítko se obejde. Ostatní kontakty na lince 2 se otevírají a na lince 3 sepnou. Relé PB se uvolní a jeho kontakty se sepnou s časovým zpožděním, sepne se relé P2. Po stisknutí tlačítka KNP se tedy okamžitě aktivuje relé P1 a po nějaké době P2.

V obvodu s logickými prvky je uzel "Memory" postaven na klopném obvodu. Pokud na výstupu není žádný signál (y3 = 0), relé P1 a P2 jsou bez napětí. Stiskněte tlačítko KNP, na spouštěcím výstupu se objeví signál.Relé P1 se aktivuje a prvek EV se začne synchronizovat.

Když se objeví signál y5 = 1, sepne se relé P2. Když stisknete tlačítko KnS, spoušť se přepne a poté y3 = 0. Relé P1 a P2 se uvolní.

Typické sestavy s logickými prvky jsou široce používány ve složitějších obvodech a takové obvody jsou mnohem jednodušší než obvody zařízení relé-stykač.