Логически порти в електрически вериги

Логическите елементи са устройства, които осъществяват определена връзка между входните и изходните стойности. Елементарен логически елемент има два входа и един изход. Сигналите към тях са дискретни, тоест те приемат една от двете възможни стойности- 1 или 0. Наличието на напрежение понякога се приема за единица, а отсъствието му понякога се приема за нула. Работата на такива устройства се анализира с помощта на концепциите за булева алгебра — алгебра на логиката.

Устройствата, работещи с дискретни сигнали, се наричат ​​дискретни. Работата на такива устройства се анализира с помощта на концепциите за булева алгебра — алгебра на логиката.

Основи на алгебрата на логиката

Логическата променлива е входна стойност, която може да приема само две противоположни стойности: x = 1 или x = 0. Логическата функция е зависимостта на изходната стойност от входа и от самия изходен сигнал, който също може да приема само две стойности : y = 1 или y = 0. Логическата операция е действие, извършено от логически елемент с логически променливи в съответствие с логическа функция. Стойностите 1 и 0 са взаимно противоположни (обърнати): 1 = 0, 0 = 1. Тирето означава отрицание (инверсия).

Предполага се, че 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

При трансформиране на формулите на алгебрата на логиката първо се извършват операции на инверсия, след това умножение, събиране и след това всички останали.

Вижте също по тази тема: Закони за алгебра на контактната верига

Тук се обсъждат основни логически операции: Логически устройства

Логически елементи под формата на релейно-контактни вериги

Логическите елементи могат да бъдат представени под формата на релейно-контактна верига (фиг. 1).

Ориз. 1. Основни логически елементи (а) и еквивалент на релеен контакт (б)

Ако приемем, че затворените контакти съответстват на един сигнал, а отворените контакти съответстват на нула, тогава елементът А може да бъде представен като свързани контакти x1 и x2 и реле y. Ако и двата контакта са затворени, тогава през намотката ще протече ток, релето ще работи и контактите му ще се затворят.

Елементът ИЛИ може да бъде представен като два NO контакта, свързани паралелно. Когато първият или вторият от тях са затворени, релето се задейства и затваря контактите си, през които ще премине сигналът.

Елемент NOT може да бъде представен като един NO контакт x и един NC контакт y. Ако не се подаде сигнал към входа (x = 0), тогава релето не работи и контактите на y остават затворени, токът преминава през тях. Ако затворите контактите x, релето ще работи и ще отвори контактите си, тогава изходният сигнал ще бъде нула.

На фиг. 2 показва схема, която изпълнява операцията ИЛИ — НЕ. Ако не се подаде сигнал към нито един от входовете, тогава транзисторът ще остане затворен, през него няма да тече ток, а изходното напрежение ще бъде равно на ЕРС на източника Uy = Uc, т.е. y = 1.

Ориз. 2. Схема на логически елемент ИЛИ — НЕ, извършване на логически операции

Ако напрежението бъде приложено към поне един от входовете, тогава съпротивлението на транзистора ще спадне от ∞ до 0 и през веригата емитер-колектор ще тече ток. Спадът на напрежението в транзистора ще бъде нула (Uy = 0). Това означава, че няма сигнал на изхода, тоест y = 0. За нормална работа на елемента е необходимо да се създаде изместване на базовия потенциал спрямо общата точка, това се постига от специален източник Ucm и резистор Rcm. Резистор R6 ограничава тока на основния емитер.

Логическите елементи, изградени върху електромагнитни релета, транзистори, магнитни жила, електронна лампа, пневматични релета са твърде големи, поради което сега се използват интегрални схеми.Логическите операции в тях се извършват на кристално ниво.

Примери за използване на логически порти в схеми

Нека разгледаме няколко възли на електрически вериги, които най -често се срещат в електрическо задвижване. На фиг. 3, а показва захранващия блок на бобината на контактора К.

Ориз. 3. Възли на схеми с логически елементи: 1 — 8 — входни и изходни номера

Когато бутонът KNP е натиснат, токът преминава през линията и контакторът се активира. Основните му контакти (не са показани на диаграмата) свързват двигателя към мрежата, а K контактите, затваряйки се, заобикалят бутона KNP. Сега токът ще тече през тези контакти и бутонът KNP може да бъде освободен. Под действието на пружината тя отваря контактите си, но бобината ще продължи да се захранва през контактите К. При натискане на бутона KnS линията се прекъсва и контакторът се освобождава.

Този възел може да бъде изпълнен върху логически елементи. Веригата включва намотката на контактора K, бутоните KNP и KNS, два логически елемента ИЛИ — НЕ и усилвател. Началното състояние е х1 = 0 и х2 = 0, след това на изхода на елемент 1 получаваме у1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. На изхода на елемент 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, т.е. намотката е изключена, релето не работи.

Ако натиснете КнП, тогава y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. На изхода на елемент 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. През намотката тече ток и контакторът се активира. Сигналът y2 се подава към входа x2, но y1 не се променя от това, тъй като y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. По този начин бобината на контактора се захранва.

Ако натиснете бутона KNS, тогава сигнал x4 = 1 ще бъде подаден към входа на втория елемент, тогава y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 и контакторът се освобождава.

Разглежданата схема е способна да «запаметява» команди: сигналът y2 остава непроменен, дори ако бутонът е освободен.

Същата функция на паметта може да се осъществи с тригер. Ако към входа се приложи сигнал x1 = 1, тогава сигналът y = 1 ще се появи на изхода и ще остане непроменен, докато не натиснем бутона KnS. След това джапанката се превключва и на изхода се появява сигнал y = 0. Той ще остане непроменен, докато не натиснем отново бутона KNP.

На фиг. 3, б показва блок за електрическо блокиране на две релета PB (напред) и PH (назад), което изключва едновременната им работа, тъй като това ще доведе до късо съединение. Наистина, когато бутонът KnV е натиснат, релето PB се активира, а спомагателните му контакти се отварят и PH бобината не може да бъде захранена, дори ако бутонът KnN е натиснат. Имайте предвид, че тук не е предвидено маневриране на затварящите контакти на бутоните, тоест няма модул памет.

В схема с логически елементи, когато натиснете бутона KNV на първия елемент, получаваме x1 = 1, y2 = x1 = 0. На втория елемент y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Релето PB се активира и сигналът y7 се подава към входа на елемента 4 (y7 — x8 = 1). Няма сигнал на входа на елемент 3 (x2 = 0), тогава y4 = x2 = 1. На четвъртия елемент: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, т.е.релето PH не може да работи, дори ако бутонът KnN е натиснат. Тогава получаваме същия резултат:10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

На фиг. 3, в показва релето за освобождаване в случай на натискане на бутона KnS или отваряне на контактите на крайния превключвател VK. Във верига с логически елементи в начална позиция y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, тоест релейната бобина е захранена. Когато натиснете бутона KnS, получаваме y3 = х1 + x2 = 1 + 0 = 0 и релето се освобождава.

На фиг. 3, г показва устройството за включване на релето в случай на натискане на бутона KNP, когато VK контактът е затворен. Във верига с логически елементи в нормално състояние на контактите получаваме у7 = NS6 = у6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Ако е натиснат само бутонът KNP, тогава y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Ако само VK контактът е затворен, тогава y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Когато KNP е затворен и VK получаваме y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Това означава, че релето е активирано.

На фиг. 3, д показва управляваща верига за две релета P1 и P2. При подаване на напрежение към веригата, релето за време PB се задейства, контактите му в линия 3 се отварят незабавно. Веригата е готова за работа. При натискане на бутона KNP се задейства реле P1, контактите му се затварят, заобикаляйки бутона. Други контакти на линия 2 се отварят и на линия 3 се затварят. Реле PB се освобождава и контактите му се затварят със закъснение във времето, реле P2 се активира. Така след натискане на бутона KNP релето P1 се задейства незабавно, а P2 — след известно време.

Във верига с логически елементи възелът «Памет» е изграден върху тригер. Нека няма сигнал на изхода (y3 = 0), релета P1 и P2 се обезвреждат. Натиснете бутона KNP, на изхода на спусъка се появява сигнал.Реле P1 се задейства и EV елементът започва да синхронизира.

Когато се появи сигнал y5 = 1, се активира реле P2. Когато натиснете бутона KnS, спусъка се превключва и след това y3 = 0. Релета P1 и P2 се освобождават.

Типичните възли с логически елементи се използват широко в по-сложни схеми и такива схеми са много по-прости от схемите на оборудване за реле-контактор.