Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АрхитектураБиологияГеографияДругоеИностранные языки
ИнформатикаИсторияКультураЛитератураМатематика
МедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогика
ПолитикаПравоПрограммированиеПсихологияРелигия
СоциологияСпортСтроительствоФизикаФилософия
ФинансыХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника

Автоматики

Глава 1 | ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ | КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ | И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ | ВОСПРИНИМАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ | ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ | ИЗМЕРЕНИЙ | СТРУКТУРА И НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ | АВТОМАТИЧЕСКИЙ УЧЕТ СЫРЬЯ | АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ |


Читайте также:
  1. Большинство устройств автоматики или их комплексы служат средствами повышения безопасности. Все эксплуатируемые газовые приборы снабжены такими устройствами.
  2. Виды электрических схем. Принципы организации схем электроавтоматики.
  3. ВОСПРИНИМАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
  4. ГЛАВА 29 УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ, СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ПРИБОРЫ УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ВТОРИЧНЫЕ ЦЕПИ
  5. ГЛАВА 66 ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ УСТРОЙСТВ ТЕПЛОВОЙ АВТОМАТИКИ, ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ И ЗАЩИТ
  6. ГОРОЧНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

§ 12. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

В современных системах автоматики для управления исполни­тельными механизмами требуется мощность, во много раз превы­шающая выходную мощность сигнала датчика. Для усиления этих сигналов применяют различные типы усилителей.

Усилители — это промежуточные элементы автоматики, увеличивающие передаваемую мощность за счет энергии посторон­него источника. Процесс усиления заключается в том, что энергия от маломощного источника управляет энергией другого, более мощ­ного источника, воздействующего на основной рабочий процесс. В зависимости от вида управляемой энергии усилители класси­фицируют как электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные. Основными показателями, характеризую­щими работу любого усилителя, являются коэффициент усиления, мощность на Входе и на выходе, искажения, вносимые усилителем, КПД и др. Коэффициент усиления представляет собой отношение изменения выходной величины к соответствующему изменению входной величины усилителя.

Идеальным усилителем является устройство, в котором харак­тер изменения выходной величины строго соответствует характеру изменения входной величины. Однако вследствие инерционности усилителя, нелинейности его характеристик форма выходного сиг­нала может отличаться от формы входного сигнала. Эти искажения формы называют искажениями, вносимыми реальным усилителем. Коэффициент полезного действия усилителя равен отношению полезной мощности выходного сигнала, развиваемого на нагрузке, к мощности, потребляемой от источника питания.

Электрические усилители. В качестве усилительных элементов в электронных усилителях используют электронные лампы и транзисторы. Электронные усилители характеризуются высо­кими коэффициентами усиления и входным сопротивлением, срав­нительно небольшими габаритами, простотой настройки и постоян­ными характеристиками.

Работу электронного усилителя удобнее рассматривать на од­ном каскаде усиления, поясняя ее потенциально-временными диа­граммами.

Во входной цепи усилителя с электронной лампой (рис. 22, а) последовательно включены постоянное смещение Ug 0 и изменяю­щийся входной сигнал UBX. При UBX = 0 потенциал управляющей сетки постоянен и равен Ug 0. Ток I а 0 анодной цепи создает паде-


ние напряжения на сопротивлений нагрузки поэ-

тому анодное напряжение равно

При подаче на вход усилителя переменного напряжения UBX потенциал управляющей сетки изменяется. В первый, положи-

Рис. 22. Электронные усилители: на электронной лампе (а), его характери­стики (б); на транзисторе (в), его характеристики (г)

тельный, полупериод отрицательное смещение сетки уменьшается, анодный ток возрастает, что приводит к росту U’a0. При этом на­пряжение на аноде Ua0 соответственно уменьшается. Во второй, отрицательный, полупериод входного сигнала анодный ток и па­дение напряжения на сопротивлении Ra уменьшается и анодное напряжение возрастет (рис. 22, б).

Таким образом, изменяющийся сигнал, приложенный между сеткой и катодом лампы, вызывает появление переменной состав­ляющей анодного тока и падение напряжения, причем амплитуда переменной составляющей значительно больше амплитуды вход-



ного сигнала. В этом и заключается эффект усиления в ламповом усилителе.

Аналогично происходит усиление входного сигнала в усилителе с транзистором (рис. 22, в), потенциально-временные диа­граммы которого приведены на рис. 22, г.

При UBX = 0 напряжение между базой и эмиттером постоянно и равно напряжению смещения UCM. Это напряжение вызывает ток базы I б 0, который может быть просто определен по входным характеристикам транзистора I б = f (U б.э). Постоянный ток базы и определяет рабочий ток I k 0, который вызывает падение напряже­ния на сопротивлении нагрузки U k 0 = I k 0 RK.

При подаче на вход усилителя переменного напряжения UBX напряжение между базой и эмиттером изменится. В первый поло­жительный полупериод отрицательное смещение уменьшится, что приведет к уменьшению тока базы транзистора. Соответственно уменьшается ток коллектора и напряжение на нагрузке. Во второй отрицательный полупериод входного сигнала токи базы и коллек­тора возрастут, что приведет к увеличению напряжения на сопро­тивлении нагрузки.

Таким образом, изменяющийся входной сигнал вызывает по­явление переменной составляющей коллекторного тока транзи­стора и напряжения нагрузки, причем амплитуда переменной со­ставляющей значительно больше амплитуды входного сигнала. В этом и заключается эффект усиления.

Рассмотренные однокаскадные электронные усилители обла­дают ограниченным коэффициентом усиления. Для получения большего коэффициента усиления несколько таких усилителей по­следовательно соединяют. Общий коэффициент усиления такого многокаскадного усилителя определяется произведением коэффи­циентов усиления отдельных каскадов усиления.

Принцип действия магнитного усилителя основан на изменении индуктивного сопротивления катушки со стальным сер­дечником при дополнительном его подмагничивании. Эти усили­тели применяют для предварительного усиления слабых сигналов, для суммирования и сравнения нескольких сигналов, управления следящими приводами с помощью исполнительных механизмов.

В простейшем виде магнитный усилитель представляет собой переменную индуктивность (рис. 23, а). На управляющую обмотку I подается сигнал U=, подлежащий усилению. Обмотка II, назы­ваемая рабочей, подключается к источнику напряжения перемен­ного тока через сопротивление нагрузки ZH, которое при отсутствии сигнала управления в несколько раз меньше индуктивного сопро­тивления рабочей обмотки.

Если рабочую обмотку с малым активным сопротивлением под­ключить к источнику синусоидального напряжения, то почти все подаваемое напряжение будет приложено к индуктивному сопротивлению обмотки. Оно будет уравновешиваться возникаю­щей в обмотке II ЭДС самоиндукции е = Umsin t. Согласно за-


 


 


отсюда величина магнитной индукции равна


Кону электромагнитной индукции, эта ЭДС пропорциональна ско­рости изменения магнитного потока ФIIBS в сердечнике и числу витков в обмотке WII, т. е.

где S — сечение сердечника; Вт = Uт/(WIIS) — амплитуда пе­ременной составляющей магнитной индукции; Во — постоянная интегрирования, определяемая начальным состоянием сердеч­ника.

Из уравнения (1) следует, что амплитуда магнитной индукции Вт не зависит от магнитных свойств сердечника, а следовательно, и величины постоянного подмагничивания и однозначно опреде­ляется амплитудой приложенного к обмотке переменного напря­жения.

В то же время величина напряженности магнитного поля, а следо­вательно, и тока в рабочей обмотке существенно зависит от вели­чины подмагничивания сердечника постоянным током. В магнит­ных усилителях применяют сердечники из магнитомягких мате­риалов, имеющих очень узкую петлю гистерезиса, что позволяет заменить ее средней кривой намагничивания.

Если подмагничивание отсутствует, т. е. Во = 0, то при маг­нитной индукции Вт напряженность магнитного поля будет равна Нт (рис. 23, б). При подмагничивании сердечника, т. е. Во 0,


начальная точка О сдвигается на нелинейный участок кривой на­магничивания О'. Как видно из графических построений функции Н = f (Вт), при одинаковой величине амплитуды магнитной ин­дукции Вт амплитуда напряженности Нт резко увеличивается, а величина абсолютной магнитной проницаемости материала сер­дечника а падает:

а= 0

где — относительная магнитная проницаемость; 0= 4 10-7— магнитная постоянная, характеризующая магнитное поле в ва­кууме.

Индуктивность рабочей обмотки магнитного усилителя изме­няется пропорционально магнитной проницаемости

где l — длина средней линии магнитопровода.

Итак, при увеличении подмагничивания уменьшаются абсолют­ная магнитная проницаемость а, а следовательно, и индуктив­ность рабочей обмотки LII. Ток в нагрузке ZH с увеличением под­магничйвания будет возрастать в соответствии с уравнением

где R н и Х н— соответственно активное и реактивное соппотивгтр
ния нагрузки; RII и L II _ соответственно активное и реактивное

сопротивления рабочей обмотки усилителя; — частота питающего напряжения.
К преимуществам магнитных усилителей относятся- простота
конструкции, отсутствие вращающихся частей, высокая надеж-
ность, нечувствительность к перегрузкам, вибрациям и т д.
Коэффициент усиления по мощности у магнитных усилителей в
зависимости от частоты переменного тока, типа сердечника наличия
обратных связей и других факторов находится в пределах от 50
до 20 000. Недостатком магнитных усилителей, ограничивающим
их применение, является большая инерционность.
Электромашинные усилители служат для усиленна
электрической энергии и применяются тогда, когда требуется по
лучить значительную мощность постоянного тока, которую трудно
обеспечить другими типами усилителей (электронными магнит-
ными и др.). Обычно электромашинные усилители служат для пи'
тания исполнительных двигателей постоянного тока скорость
которых должна регулироваться плавно.

В электромашинных усилителях используется энергия вспомо- гательного двигателя, который вращает вал электрического гене- ратора. Простейшим электромашинным усилителем является обычный агрегат, состоящий из двигателя и генератора постоянного тока с независимым возбуждением. Управление напряжением генератора осуществляется путем изменения тока в обмотке возбуж-


пения. Входная мощность, потребляемая цепью возбуждения, в хо­роших усилителях составляет малую величину по сравнению с мощностью, развиваемой на выходе генератора.

Кроме такого простейшего усилителя с коэффициентом усиле­ния порядка 10 1000, в автоматике широко применяют более совершенные агрегаты — электромашинные усилители с попереч­ным полем. Коэффициент усиления такого усилителя колеблется в пределах от нескольких сотен до 10 000.

Упрощенная схема электромашинного усилителя с поперечным магнитным полем приведена на рис. 23, в. Магнитная система ге­нератора отличается от обычной увеличенной шириной полюсов, а схема включения якоря — наличием двух пар щеток, располо­женных перпендикулярно, вместо одной пары щеток в обычных усилителях. На полюсах намотаны обмотка управления Wy и ком­пенсационная обмотка WK. Обе обмотки укладываются в пазах полюсных наконечников, чем достигается более точная компенса­ция потока реакции якоря.

Под действием тока /у, который протекает по управляющей обмотке W y, в продольной оси создается магнитный поток Ф у. При вращении якоря в продольном магнитном поле Ф у в поперечной цепи якоря наводится ЭДС Ео. Поперечная пара щеток Щ1Щ2 замкнута накоротко так, что даже небольшая ЭДС Ео вызывает появление в поперечной цепи якоря значительного тока I я. В ре­зультате по обмотке якоря протекает ток I я, которым создается магнитный поток реакции якоря Ф я, направленный перпендику­лярно потоку управления Ф у. Благодаря большой величине тока в короткозамкнутой обмотке якоря и соответствующей конструк­ции полюсов генератора этот поток может иметь большую величину, чем в обычном генераторе постоянного тока. В продольной цепи якоря, вращающегося в созданном им самим поперечном магнит­ном поле, наводится ЭДС продольной цепи, снимаемая с щеток ЩЗЩ4 на нагрузку.

Ток нагрузки I н, протекая по обмотке якоря, вызывает появле­ние своего потока реакции Ф н, направленного навстречу потоку управления Ф у. Чтобы поток реакции Ф н не уменьшил поток уп­равления Ф у, на полюсах генератора усилителя уложена компенса­ционная обмотка WK. По этой обмотке протекает ток нагрузки /н и создает поток, который компенсирует Ф н.

Гидравлические и пневматические усилители. Такие усилители содержат обычно два основных элемента: управляющий и исполни­тельный. Управляющий элемент представляет собой дроссель пе­ременного сечения, выполненный в виде золотника, струйной трубки или сопла с подвижной заслонкой. Исполнительный элемент уси­лителя — поршень, перемещаемый в цилиндре, или мембрана, связанные с помощью штоков с другими частями системы управ­ления.

Под действием маломощного входного сигнала в усилителях

этого типа происходит перемещение управляющего элемента (на-

фимер, золотника), что изменяет проходное сечение канала,


по которому движется рабочая жидкость или газ в напорной ма­гистрали к исполнительному элементу усилителя. Вследствие этого изменяется давление в рабочей полости исполнительного элемента и перемещается шток.

Усилие на штоке определяется давлением в рабочей полости, площадью поршня или мембраны и может быть достаточно большим. Коэффициент усиления по мощности в усилителях этого типа мо­жет доходить до 100 000.

На рис. 24, а показан усилитель с золотниковым управ­ляющим элементом. Рабочая жидкость под давлением Р1 посту­пает в управляющий золотник через трубку 1. Трубки 2 сообщаются

V

Рис. 24. Усилители: с золотником (а); со струйной трубкой (б), сопло-за­слонка (в)

с внешней средой, и через них происходит слив рабочей жидкости. При нейтральном положении золотника окна 4 перекрыты и давление жидкости в верхней и нижней камерах цилиндра одина­ковое. Если золотник 3 переместится вверх, то верхнее окно 4 приоткроется и в верхнюю камеру цилиндра 5 начнет поступать жидкость, подводимая к золотнику под давлением Р1. В это же время нижнее окно 4 окажется приоткрытым для слива жидкости из нижней части цилиндра. В результате этого давление в верхней и нижней камерах цилиндра станет различным и на поршень ци­линдра будет действовать сила, пропорциональная разности этих давлений. То же произойдет и при перемещении золотника вниз, только в этом случае выходное усилие будет действовать в противо­положном направлении.

Входной величиной усилителя золотникового типа является перемещение золотника Хвх, выходной — перемещение поршня Хвых. Подобные усилители позволяют получать коэффициент уси­ления 1000 и более, а усилие на штоке — тысячи ньютонов.

Усилитель со струйной трубкой (рис. 24, б) состоит из струйной трубки, приемного устройства с двумя каналами, свя­занными с исполнительным элементом — цилиндром с поршнем. Принцип действия усилителя со струйной трубкой основан на преобразовании кинетической энергии быстродвижущейся струи жидкости (газа) в потенциальную энергию давления. Струя жид­кости выходит с большой скоростью из струйной трубки и попа­дает в приемные каналы. При симметричном расположении трубки


относительно каналов приемного устройства давление в обеих камерах исполнительного элемента одинаково. При смещении струйной трубки под действием внешнего усилия относительно оси приемного устройства давление в одной из камер возрастает, а в другой — уменьшается. В результате на поршне образуется пе­репад давления, который создает на штоке большое усилие, доста­точное для перемещения регулирующих органов.

Входной величиной в усилителе данного типа является перемеще­ние струйной трубки, а выходной — перемещение (или усилие) штока. Струйная трубка реагирует на очень небольшие перемеще­ния (несколько десятков микрометров). Коэффициент усиления такого усилителя еще выше, чем у усилителя с золотником.

Изменение давления газа или жидкости также может осущест­вляться с помощью сопла и заслонки, которые особенно часто ис­пользуют в пневматических усилителях. Схема усилителя с соплом и заслонкой приведена на рис. 24, в. В трубку 1 нагнетается воз­дух. Через дроссель постоянного сечения воздух поступает в сопло 3 и истекает в атмосферу. Междроссельное пространство 2 свя­зано каналом с исполнительным элементом (мембраной, сильфо-ном) усилителя. При перемещении заслонки 4 изменяется проход­ное сечение сопла (сопротивление истечению воздуха через сопло). В результате давление в междроссельной камере изменяется, что вызывает осевое перемещение сильфона.

В этом усилителе входной величиной является перемещение заслонки Х вх, a выходной — перемещение штока (донышка) силь­фона Х вых. Подобные усилители обладают большой чувствитель­ностью и коэффициентом усиления.

Недостатками гидравлических и пневматических усилителей являются: большая инерционность, ограниченность дистанцион­ного действия, необходимость специальных компрессорных или насосных установок.

§ 13. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Разнообразие задач управления предопределяет необходимость использования в системах различных классов вычислительных и логических элементов автоматики.

Все вычислительные счетно-решающие устройства разделяются на аналоговые (непрерывного действия) и цифровые (дискретного действия).

Аналоговые вычислительные устройства. В этих устройствах все математические величины, участвующие в решении задачи, представлены в некотором масштабе непрерывно изменяющимися физическими величинами: перемещениями, углами поворота, на­пряжениями, токами и др. Устройства этого типа являются физи­ческими системами (механические, электрические и др.), в которых протекают процессы, описываемые уравнениями, подобными урав­нениям задачи, подлежащей решению. Таким образом, аналого­вые вычислительные устройства являются математическими мо-


 

    При большом К последний член в уравнении (2) стремится к нулю. Тогда Uвых будет связано с UBX следующей зависимостью

делями изучаемых процессов. Отсюда другое название этих уст­ройств — моделирующие.

Широкое распространение получили электронные моделирую­щие устройства. Это объясняется, с одной стороны, пригодностью одних и тех же математических уравнений для описания объектов и явлений различной физической природы, с другой — тем, что этот вид аналоговых устройств удобен в управлении, компактен и обладает гибкой структурой.

Электронные устройства обеспечивают решение обыкновенных дифференциальных уравнений любого порядка. В состав этих уст­ройств входят следующие блоки: интегрирующие, суммирующие, множительные; осуществляющие масштабное преобразование; функ­циональные для образования нели­нейных функций и ряд вспомо­гательных блоков, обеспечивающих возможность наблюдения и ре­гистрации решения и управления устройством.

Рис. 25. Структурная схема операционного суммирующего усилителя

Математические операции в таких электронных моделях выполняются с помощью операционных (решаю­щих) усилителей, которые являются основными базовыми элементами ана­логовых вычислительных устройств. Операционные усили­тели — это усилители постоян­ного тока с очень большим коэффициентом усиления К (несколько десятков тысяч), охваченные отрицательной обратной связью. В электронных моделях процессов используются суммирующие, инвертирующие, интегрирующие и дифференцирующие усилители, построенные на основе операционных усилителей. Структурная схема суммирующего усилителя приведена на рис. 25. Составим уравнение для суммы токов в узле А. Так как входное сопротивле­ние операционного усилителя велико, входным током можно пренебречь. Учитывая, что ij = (UjUa)/Rj, i0 = (UaUвых)/R0 и Ua = - Uвых/K,

получим = i 0

Таким образом, операционный усилитель будет умножать вход-ные напряжения (а значит, и представляемые ими моделирующие величины) на коэффициент R0/Rj и затем их складывать.

Если в схеме суммирующего усилителя вместо Ro включить конденсатор, то получится интегрирующий усилитель, причем при наличии у него нескольких входов происходит интегрирование суммы. Если в схеме суммирующего усилителя вместо сопротивле­ний Rj включить конденсаторы, то получим дифференцирующий усилитель.

Соединяя определенным образом различные блоки аналоговых вычислительных устройств, можно получать различные электрон­ные модели, довольно точно описывающие явления, протекающие в технологических объектах.

Вычислительные устройства дискретного действия. В них все математические величины представляют в виде дискретных значе­ний. Вычисление заключается в последовательном выполнении арифметических операций. В устройствах этого типа широко при­меняют логические элементы, триггеры, регистры, счетчики, де­шифраторы и т. д.

Для решения сложных задач управления технологическими про­цессами в системах автоматики используют различные логиче­ские элементы. К логическим элементам относятся схемы, реализующие основные логические функции — И, ИЛИ и НЕ. Поскольку любая сложная логическая функция может быть вы­ражена через элементарные функции И, ИЛИ и НЕ, система логи­ческих элементов И, ИЛИ и НЕ называется функционально пол­ной. Иногда в качестве типовых используют и более сложные эле­менты, реализующие логические функции И—НЕ, ИЛИ—НЕ и др., позволяющие строить более сложные комбинационные схемы для управления технологическими объектами.

К логическим элементам, выполняющим основные логические функции, относятся схемы НЕ, И (схема совпадения) и ИЛИ (схема собирательная).

С помощью схемы НЕ реализуется логическая функция НЕ (от­рицание). Эта схема выполняется на активных элементах — реле, транзисторах и т. д. На рис. 26, а показана схема НЕ, выполнен­ная на транзисторе: положительный сигнал на ее выходе (коллек­торе транзистора) будет только при отрицательном сигнале на ее входе.


С помощью схемы совпадения реализуется логическая функция И (конъюнкция). Схема совпадения, выполненная на пассивных элементах (диодах), показана на рис. 26, в. На выходе этой схемы сигнал будет только в том случае, если есть сигналы на обоих вхо­дах одновременно. В этом случае диоды Д запираются и через со­противление RK в цепи коллектора не протекает ток; на выходе схемы высокое положительное напряжение. Отсутствие положи­тельного сигнала хотя бы на одном из входов схемы приводит к от­крыванию одного из диодов, появлению тока через сопротивление Rk и, как следствие,— падению напряжения на выходе схемы.


С помощью собирательной схемы реализуется функция ИЛИ (дизъюнкция). Эта схема показана на рис. 26, д. Сигнал на выходе схемы появится только тогда, когда есть сигнал- хотя бы на одном из входов.

Триггер представляет собой устройство, с помощью ко­торого можно записывать, хранить и считать двоичную информа­цию. Триггер имеет два устойчивых состояния равновесия. Од­ному из этих состояний приписывается значение 1, а другому — 0. Состояние триггера распознается по его выходному сигналу. Под влиянием входного сигнала триггер скачкообразно переходит из одного устойчивого состояния в другое, при этом скачкообразно изменяется уровень напряжения его выходного сигнала.

Рис. 26. Логические элементы автоматики: схема НЕ (а), ее условное обозна­чение (б); схема И (в), ее условное обозначение (г); схема ИЛИ (д), ее услов­ное обозначение (e)

Для удобства использования в схемах вычислительных уст­ройств триггеры обычно имеют два выхода: прямой Q (называемый также «выход 1») и инверсный («выход 0»). В единичном состоя­нии триггера на выходе Q высокий уровень сигнала, а в нулевом — низкий. На выходе — наоборот.

Простейшим триггером является асинхронный RS-триггер, вы­полненный на двух логических элементах ИЛИ—НЕ. Логическая структура и его условное обозначение приведены на рис. 27, а, б.

Такой триггер образован из двух комбинационных схем ИЛИ— НЕ, соединенных таким образом, что возникают положительные обратные связи, благодаря которым в устойчивом состоянии вы­ходной транзистор одной схемы ИЛИ—НЕ закрыт, а другой от­крыт.

Полученный таким образом триггер имеет два входа: S — установки триггера в 1 и R — установки триггера в 0.

Рассмотрим прежде всего воздействие на такой триггер комби­нации сигналов S = 1, R = 1 и S = 0, R = 0.


Сочетание S = l, R = 1 является запрещенным, так как при нем на обоих выходах триггера устанавливаются логические 0 и после снятия входных сигналов состояние его непредсказуемо.

Для элемента ИЛИ—НЕ логический 0 является пассивным сиг­налом, с поступлением его на вход состояние выхода элемента не изменяется. Поэтому комбинация S = 0, R = 0 не изменяет со­стояние триггера.

Логическая 1 для элемента ИЛИ—НЕ является активным сиг­налом: наличие ее на входе однозначно определяет на выходе ло­гический 0 вне зависимости от сигнала на другом входе. Отсюда

Рис. 27. Функциональные схемы триггеров: асинхронного.RS-триггера (а),

его условное обозначение (б); синхронного RS-триггера (б); его условное

обозначение (г);.JK-триггера (д), его условное обозначение (е)

следует, что переключающим сигналом для рассматриваемого триг­гера является логическая 1, а также то, что вход S (установка триггера в состояние Q = 1) должен быть связан с элементом, вы­ход которого принят за (см. рис. 27, а).

Для переключения триггера в состояние Q = 1 на его входы следует подать комбинацию S=1, R = 0, а для переключения в состояние Q = 0 — S = 0, R = 1.

Пусть триггер находится в состоянии 0 (Q = 0, = 1), а на его входах действуют сигналы S = 0, R = 0. Для переключения его в состояние Q = 1 подадим на входы комбинацию S = 1, R = 0. Тогда на выходе элемента Э2 установится логический 0, на входах элемента Э1 будут одновременно действовать логические 0 и на выходе Q установится логическая 1 — триггер переключается в новое состояние (Q = 1, = 0). Для его переключения из этого состояния на входы должна поступить комбинация S = 0, R = 1. После этого на выходе Q будет логический 0, на входах элемента Э2 одновременно окажутся логические 0 и его выход примет потен­циал, соответствующий = 1 — триггер переключается в состоя­ние Q = 0, = 1.


Часто необходимо, чтобы в вычислительных устройствах триг­гер реагировал на входные сигналы только в определенные моменты времени. Эти моменты обычно задаются с помощью дополнитель­ного — входного — сигнала синхронизации С. На рис. 27, в, г приведены схема и условное обозначение такого синхронного RS- триггера. Она содержит асинхронный RS-триггер Т с прямыми входами и две схемы совпадения. Последние передают переключаю­щую логическую 1 с информационного S- или S-входа на соответст­вующие входы Т только при наличии на синхронизирующем входе С логической 1. При С = 0 информация с S- и R-входов на триггер не передается.

Распространенным типом триггера в системах интегральных логических элементов является универсальный JK-триггер, схема и условное обозначение которого показаны на рис. 27, д, е. У рас­сматриваемого триггера имеются входы R и S несинхронизируемой установки, с помощью которых при С = 0 триггер может быть установлен в состояние 1 путем подачи R = 1 и S = 0 или в со­стояние 0 путем подачи R = 0 и S = 1. При подаче сигналов R = S = 1, не меняющих состояние схемы, работа триггера осу­ществляется под воздействием синхронизирующих сигналов С =1. Входы J и К соответствуют входам S и R RS-триггера, это означает, что сигнал 1 на входе / устанавливает триггер в состоя­ние 1, а сигнал 1 на входе K устанавливает его в состояние 0 не­зависимо от предыдущего состояния. Однако в отличие от RS-триг- гера в JK-триггере сигналы одновременно могут прийти на входы J и К. При этом состояние триггера изменится на противоположное, т. е. при J = К схема ведет себя как триггер со счетным входом. Регистром называется функциональное устройство, пред­назначенное для приема и запоминания двоичных чисел, а также для некоторых их логических преобразований.

Параллельный регистр выполняет функции записи и хранения параллельного двоичного кода. Для построения такого регистра могут быть использованы ^5-триггеры. На рис. 28, а приведена функциональная схема параллельного регистра.

Параллельный двоичный код подается на входы х1хп тригге­ров. Запись производится положительными импульсами, подавае­мыми на входы С триггеров. Код снимается с выходов Q2—Qn. Для установки регистра в 0 используют входы R-триггеров.

В этой схеме запись информации в регистр синхронизируется по входу С и происходит только в момент подачи на вход С положи­тельного импульса. Работой регистра управляют две шины: уста­новки нуля и приема информации. Прежде чем записать информа­цию в регистр, необходимо подать управляющий сигнал на шину установки 0, т. е. все триггеры регистра установить в состояние 0. Для приема информации в регистр необходимо подать управ­ляющий синхронизирующий сигнал на шину приема и одновре­менно по информационным цепям, соединенным с единичными уста­новочными входами триггеров, подать код записываемого числа в регистр.


Счетчик предназначен для счета поступающих на его вход импульсов, в интервале между которыми он должен хранить ин­формацию об их числе. Поэтому счетчик состоит из запоминающих ячеек — триггеров. Ячейки счетчика соединяют таким образом, чтобы каждому числу импульсу соответствовали единичные со­стояния определенных ячеек. При этом совокупность единиц и нулей на выходах п ячеек счетчика представляет собой n-разряд­ное двоичное число, которое однозначно определяет число прошед­ших на входе импульсов. Поэтому ячейки счетчика называют его разрядами.

На рис. 28, б представлена схема четырехразрядного двоичного счетчика прямого счета с цепями последовательного переноса и им­пульсным входом. Входные импульсы положительной полярности подаются на счетный вход С триггера младшего разряда счетчика То. Перед началом счета сигнал установки нуля устанавливает в со­стояние 0 все триггеры счетчика. По первому входному импульсу триггер То переключается в состояние 1 и код в счетчике прини­мает значение х = 0001. Это значение кода сохраяется до прихода следующего импульса. Под воздействием второго сигнала триггер То переходит в состояние 0. При переходе триггера То из единич­ного состояния в нулевое с прямого выхода триггера То образуется положительный сигнал переноса (импульс), поступающий на счет­ный вход триггера Т1, который установит этот триггер в состоя­ние 1. Код счетчика принимает значение х = 0010 и т. д.

Максимальное число, которое может быть зафиксировано в двоичном счетчике, определяется по формуле N =2n —1, где п — число разрядов счетчика.

Дешифратором называется логическая схема, преобра­зующая двоичный код числа, поступающего на его входы, в управ­ляющий сигнал только на одном из его выходов. Другими словами, дешифратор представляет собой совокупность схем совпадений, формирующих управляющий сигнал на одном из выходов, в то время как на остальных выходах сигналы отсутствуют.


 

Принципиальная схема дешифратора с логическими элементами совпадения на диодах на два входа показана на рис. 29. Горизон­тальные и вертикальные шины соединяются в определенных ме­стах диодами, которые образуют сетку (матрицу) дешифратора. Резистор и два диода, подключенные к вертикальному проводу, образуют логический элемент И. Таких схем в сетке — четыре.

Если х1 = 0 и х2 = 0, то триггеры регистра находятся в поло­жении, при котором на нулевых выходах триггеров высокий по­тенциал. В этом случае диоды, связанные с левой вертикальной шиной дешифратора, за­крыты и высокий потенциал источника + Е присутствует на шине у0. Другие три верти­кальные шины связаны каждая хотя бы с одним диодом, нахо­дящимся в открытом состоянии. Поэтому на выходных шинах y1, y2, y3 дешифратора в этом случае напряжение близко к нулю.

Если x1= 1, а х2 = 0, то вы­сокий уровень напряжения при­сутствует на выходе y1 дешифратора. При x1= 0, х2 = 1 высокий уровень напряжения присутствует на выходе y2, а при x1 = 1, х2 = 1 на выходе у3.


Дата добавления: 2015-07-25; просмотров: 80 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
ВОСПРИНИМАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ РАСХОДА И УРОВНЯ| ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.027 сек.)