Portes lògiques en circuits elèctrics

Els elements lògics són dispositius que estableixen una determinada connexió entre els valors d'entrada i de sortida. Un element lògic elemental té dues entrades i una sortida. Els senyals per a ells són discrets, és a dir, prenen un dels dos valors possibles: 1 o 0. La presència de tensió de vegades es pren com un, i la seva absència de vegades es considera zero. El funcionament d'aquests dispositius s'analitza utilitzant els conceptes d'àlgebra de Boole: àlgebra de lògica.

Els dispositius que funcionen amb senyals discrets s'anomenen discrets. El funcionament d'aquests dispositius s'analitza utilitzant els conceptes d'àlgebra de Boole: àlgebra de lògica.

Fonaments de l'àlgebra de la lògica

Una variable lògica és un valor d'entrada que només pot prendre dos valors oposats: x = 1 o x = 0. Una funció lògica és la dependència del valor de sortida de l'entrada i del propi senyal de sortida, que també pot prendre només dos valors. : y = 1 o y = 0. Una operació lògica és una acció realitzada per un element lògic amb variables lògiques segons una funció lògica.Els valors 1 i 0 són mútuament oposats (invertits): 1 = 0, 0 = 1. El guió significa negació (inversió).

Se suposa que 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

En transformar les fórmules d'àlgebra lògica, primer es realitzen operacions d'inversió, després multiplicació, suma i després totes les altres.

Veure també sobre aquest tema: Lleis del contacte Àlgebra de circuits

Les operacions lògiques bàsiques es discuteixen aquí: Dispositius lògics

Elements lògics en forma de circuits de relé-contacte

Els elements lògics es poden representar en forma de circuit relé-contacte (Fig. 1).

Arròs. 1. Elements lògics bàsics (a) i equivalent de contacte de relé (b)

Si suposem que els contactes tancats corresponen a un senyal i els contactes oberts corresponen a zero, llavors l'element A es pot representar com a contactes connectats x1 i x2 i el relé y. Si els dos contactes estan tancats, el corrent fluirà per la bobina, el relé funcionarà i els seus contactes es tancaran.

L'element OR es pot representar com dos contactes NO connectats en paral·lel. Quan es tanquen el primer o el segon d'ells, el relé s'activa i tanca els seus contactes pels quals passarà el senyal.

Un element NOT es pot representar com un contacte NO x i un contacte NC y. Si no s'aplica cap senyal a l'entrada (x = 0), aleshores el relé no funciona i els contactes de y romanen tancats, el corrent flueix per ells. Si tanqueu els x contactes, el relé funcionarà i obrirà els seus contactes, aleshores el senyal de sortida serà zero.

A la fig. La figura 2 mostra un circuit que realitza l'operació OR — NOT.Si no s'aplica cap senyal a cap de les entrades, aleshores el transistor romandrà tancat, no hi passarà corrent i la tensió de sortida serà igual a la font emf Uy = Uc, és a dir. y = 1.

Arròs. 2. Esquema d'element lògic O — NO, realitzant operacions lògiques

Si s'aplica una tensió a almenys una de les entrades, aleshores la resistència del transistor baixarà de ∞ a 0 i el corrent fluirà pel circuit emissor-col·lector. La caiguda de tensió a través del transistor serà zero (Uy = 0). Això vol dir que no hi ha senyal a la sortida, és a dir, y = 0. Per al funcionament normal de l'element, cal crear un desplaçament del potencial de base respecte al punt comú, això s'aconsegueix mitjançant una font especial Ucm i una resistència Rcm. La resistència R6 limita el corrent de l'emissor base.

Els elements lògics construïts sobre relés electromagnètics, transistors, nuclis magnètics, llum electrònica, relés pneumàtics són massa grans, per això ara s'utilitzen circuits integrats, en els quals les operacions lògiques es realitzen a nivell de cristall.

Exemples d'ús de portes lògiques en circuits

Vegem alguns conjunts de circuits elèctrics que es troben més habitualment en un accionament elèctric. A la fig. La figura 3a mostra la unitat d'alimentació de la bobina del contactor K.

Arròs. 3. Nodes de circuit amb elements lògics: 1 — 8 — números d'entrada i sortida

Quan es prem el botó KNP, el corrent flueix per la línia i el contactor s'activa. Els seus contactes principals (no es mostren al diagrama) connecten el motor a la xarxa, i els contactes K, tancant-se, obvien el botó KNP. El corrent fluirà a través d'aquests contactes i es pot alliberar el botó KNP.Sota l'acció de la molla, obre els seus contactes, però la bobina continuarà alimentada a través dels contactes K. Quan es prem el botó KnS, la línia s'interromp i s'allibera el contactor.

Aquest node es pot executar sobre elements lògics. El circuit inclou la bobina del contactor K, els botons KNP i KNS, dos elements lògics OR — NOT i un amplificador. L'estat inicial és x1 = 0 i x2 = 0, aleshores a la sortida de l'element 1 obtenim y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. A la sortida de l'element 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, és la bobina està apagada, el relé no funciona.

Si premeu KnP, aleshores y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. A la sortida de l'element 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. El corrent flueix per la bobina i el contactor s'activa. El senyal y2 s'aplica a l'entrada x2 però y1 no es modifica per això perquè y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Així la bobina del contactor s'activa.

Si premeu el botó KNS, s'aplicarà un senyal x4 = 1 a l'entrada del segon element, aleshores y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 i el contactor s'allibera.

El circuit considerat és capaç de «memoritzar» ordres: el senyal y2 es manté inalterable encara que es deixa anar el botó.

La mateixa funció de memòria es pot aconseguir amb un flip-flop. Si s'aplica un senyal x1 = 1 a l'entrada, el senyal y = 1 apareixerà a la sortida i es mantindrà sense canvis fins que premem el botó KnS. Aleshores s'activa el flip-flop i apareix a la sortida un senyal y = 0. Es mantindrà sense canvis fins que tornem a prémer el botó KNP.

A la fig. La figura 3, b mostra un bloc per al bloqueig elèctric de dos relés PB (en endavant) i PH (inversa), que exclou el seu funcionament simultani, ja que això provocarà un curtcircuit.De fet, quan es prem el botó KnV, el relé PB s'activa i els seus contactes auxiliars s'obren, i la bobina PH no es pot activar encara que es prem el botó KnN. Tingueu en compte que aquí no hi ha maniobres dels contactes de tancament dels botons, és a dir, no hi ha mòdul de memòria.

En un circuit amb elements lògics, quan premem el botó KNV del primer element, obtenim x1 = 1, y2 = x1 = 0. En el segon element, y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

El relé PB s'activa i el senyal y7 s'aplica a l'entrada de l'element 4 (y7 — x8 = 1). No hi ha cap senyal a l'entrada de l'element 3 (x2 = 0), aleshores y4 = x2 = 1. Al quart element: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, és a dir, el relé PH no pot funcionar , fins i tot si es prem el botó KnN. Aleshores obtenim el mateix resultat: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

A la fig. 3, c mostra el relé d'alliberament en cas de prémer el botó KnS o obrir els contactes de l'interruptor de final de carrera VK. En un circuit amb elements lògics en la posició inicial y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, és a dir, la bobina del relé està excitada. Quan premeu el botó KnS, obtenim y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 i el relé s'allibera.

A la fig. 3, d mostra el dispositiu per encendre el relé en cas de prémer el botó KNP quan el contacte VK està tancat. En un circuit amb elements lògics en l'estat normal dels contactes, obtenim y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Si només es prem el botó KNP, aleshores y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Si només es tanca el contacte VK aleshores y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Quan KNP està tancat i VK obtenim y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Això vol dir que el relé està activat.

A la fig. 3, e mostra un circuit de control per a dos relés P1 i P2.Quan s'aplica tensió al circuit, s'activa el relé de temps PB, els seus contactes a la línia 3 s'obren immediatament. El circuit està llest per funcionar. Quan es prem el botó KNP, s'activa el relé P1, els seus contactes es tanquen, passant per alt el botó. Altres contactes de la línia 2 s'obren i de la línia 3 es tanquen. S'allibera el relé PB i els seus contactes es tanquen amb un retard de temps, s'activa el relé P2. Així, després de prémer el botó KNP, el relé P1 s'activa immediatament i P2, després d'un temps.

En un circuit amb elements lògics, el node "Memòria" està construït sobre un flip-flop. Si no hi ha senyal a la sortida (y3 = 0), els relés P1 i P2 estan desactivats. Premeu el botó KNP, apareix un senyal a la sortida del disparador, el relé P1 s'activa i l'element EV comença a sincronitzar-se.

Quan es produeix el senyal y5 = 1, s'activa el relé P2. Quan premeu el botó KnS, el disparador s'activa i aleshores y3 = 0. S'alliberen els relés P1 i P2.

Els conjunts típics amb elements lògics s'utilitzen àmpliament en circuits més complexos, i aquests circuits són molt més senzills que els circuits d'equips de relé-contactor.