К561ЛЕ5 - ВСЕ ТОЖЕ, НО НАОБОРОТ, (занятие №5)

На предыдущих занятиях мы исследовали микросхему К561ЛА7 (К176ЛА7), которая содержит четыре элемента "2И- НЕ". Есть еще одна интересная микросхема — К561ЛЕ5 (К176ЛЕ5), которая содержит четыре элемента "2ИЛИ-НЕ". Вспомним чем отличаются эти элементы : если на, хотя бы один вход элемента И-НЕ поступает логический ноль, то на его выходе будет единица независимо от того что происходит на его остальных входах. То есть решающую роль играет ноль на входе. Элемент ИЛИ-НЕ отличается тем, что для него решающую роль играет единица на входе, то есть если, хотя бы на одни вход поступает единица, то на выходе будет ноль независимо от того какие уровни на его других входах. Таким образом элементы И-НЕ и ИЛИ- НЕ работают по сходному принципу, но имеют противоположные функции.

Рассмотрим это явление на примере простого реле времени из прошлых занятий. Наше реле времени было выполнено на двух элементах 2И-НЕ микросхемы К561ЛА7. Это был мультивибратор, который вырабатывал импульсы только тогда, когда на вывод 2 элемента D1.1 поступает высокий (единичный) логический уровень. Цепь из конденсатора С2 и двух резисторов R3 и R4 превращает этот мультивибратор в реле времени, поскольку единица на С2 появляется только после того как С2 зарядится через эти резисторы, а на это уходит время, прямо- пропорциональное суммарному сопротивлению резисторов.

Теперь сделаем точно такое же реле времени на микросхеме К561ЛЕ5 (К176ЛЕ5) как показано на рисунке 1. 

Здесь тоже управляемый мультивибратор, но разница в том, что поскольку И-НЕ и ИЛИ-НЕ имеют противоположные функции, то мультивибратор будет вырабатывать импульсы только тогда, когда на вывод 2 элемента D1.1 будет поступать нуль (в варианте на К561ЛА7 нужно чтобы там была единица). Поэтому конденсатор С2 перемещается наверх — к плюсовой шине питания, а резисторы R4 и R3 опускаются вниз — к минусовой цепи питания. Времязадающая RC-цепь, как бы переворачивается. Теперь конденсатор будет заряжаться не до единицы, а наооборот до нуля. Смотрите, пока он разряжен (или замкнуты контакты S1) напряжение на нем не велико, и составляет небольшую долю от напряжения питания, при этом основная большая доля напряжения питания падает на резисторах R3 и R4. И в точке соединения этих резисторов с С2 напряжение по уровню соответствует уровню логической единицы. Конденсатор С2 заряжается, постепенно, через резисторы R3 и R4 и доля напряжения на нем растет, а доля напряжения на резисторах падает. И в какой-то момент напряжение на С2 будет значительно больше чем на R3 и R4, на столько, что напряжение на резисторах будет соответствовать логическому нулю. В этот момент мультивибратор запустится и из динамика раздастся звук.

Теперь вспомним предыдущее занятие №4 (из журнала "РК" 04-2000). Там мы изучали одновибратор и RS-триггер на К561ЛА7. Теперь выполним те же самые вещи, но на К561ЛЕ5 (К176ЛЕ5). Начнем с одновибратора. На рисунке 1 (ж. "РК"04-2000 стр.42) прошлого занятия изображена схема одновибратора на двух элементах 2И-НЕ. На вход одновибратора при помощи кнопки S1 мы подавали произвольный короткий импульс, а на выходе (вывод 4 D1.2) получался тоже отрицательный импульс, но его длительность строго фиксированная, и зависит от номиналов С1 и R2.

Посмотрите на схему точно такого же одновибратора на микросхеме К561ЛЕ5 (К176ЛЕ5) — рисунок 2. Обратите внимание, схема как бы перевернулась. S1 переместилась вверх, a R1 вниз. Изменилась полярность С1 и подключение R2. Теперь на вход одновибратора нужно подавать не отрицательный а положительный импульс, и на выходе тоже будет положительный импульс, но его длительность, так же как и одновибраторе на К561ЛА7, будет зависеть от С1 и R2.

Посмотрим что происходит когда мы кратковременно нажмем на S1. В этот момент на выводе 2 D1.1 появится короткий положительный импульс (диаграмма 2D1). В этот момент, поскольку на выводе 4 D1.2 нуль, на выходе D1.1 уровень изменится на нулевой (диаграмма 3D1) и конденсатор С1 начнет заряжаться через R2, но пока он еще не заряжен напряжение на входах D1.2 будет близким к нулю (диаграмма 5,6D1). В этот момент на выходе D1.2 будет единица, которая поступит на вход 1 D1.1 и будет удерживать его в состоянии с нулем на выходе пока С1 не зарядится через R2. Как только С1 зарядится до уровня единицы элемент D1.2 перейдет в исходное состояние (на его выходе будет ноль). А поскольку S1 мы не нажимаем то и на обеих входах D1.1 будет нули, а на его входе — единица. С1 станет разряжаться через R2 и схема вернется в исходное состояние.

Если сравнить диаграммы одновибратора на ИЛИ-НЕ (сегодняшние) с диаграммами на И-НЕ (прошлое занятие) то видно что они как бы перевернуты относительно друг друга. Так и есть, ведь функции И и ИЛИ противоположны.

Теперь сделаем RS-триггер на элементах 2ИЛИ-НЕ микросхемы К561ЛЕ5 (К176ЛЕ5). Вспомним схему триггера на К561ЛА7 (предидущее занятие в РК 04-2000 стр. 44 рисунок 3). У RS-триггера были два входа, на которые при помощи кнопок S1 и S2 подавались отрицательные импульсы. То есть, пока на входы ничего не поступает на них через резисторы R1 и R2 подаются единичные уровни, а когда нужно переключить триггер в противоположное состояние на один из его входов подается логический нуль при помощи одной из кнопок. Так кратковременно нажимая кнопки S1 и S2 можно было переключать светодиоды подключенные на выходах триггера. Значит для управления RS-триггером на элементах И-НЕ требуются подача на его входы нулевых логических уровней.

Возможно вы уже догадались, — триггер построенный на элементах ИЛИ-НЕ будет реагировать не на нулевые, а на единичные сигналы, поступающие на его входы. Схема RS-триггера на микросхеме К561ЛЕ5 (К176ЛЕ5) показана на рисунке 4. 

Предположим в исходном состоянии на выходе элемента D1.1 единица и это подтверждает горение светодиода VD1. Если нажать на кнопку S1 на вывод 1 D1.1 через контакты кнопки поступит единица, и независимо от того, что в данный момент на втором входе этого элемента, на его выходе установится ноль. Светодиод VD1 погаснет. Ноль с выхода D1.1 поступит на один из входов D1.2 (вывод 5). А на второй вход этого элемента ноль уже поступает через R2 (ведь кнопка S2 не нажата). Так как на обеих входах D1.2 будут нуль, то на его выходе будет единица, которая зажжет светодиод VD2. Эта же единица поступит на вывод 2 D1.1 и зафиксирует этот элемент в состоянии с нулем на выходе. Теперь и после отпускания S1 триггер будет оставаться в таком положении (горит VD2) до тех пор пока не нажать на кнопку S2. При нажатии на S2 единица через контакты S2 поступит на вход D1.2 и на выходе этого элемента будет ноль. VD2 погаснет. Затем этот ноль поступит на вывод 2 D1.1 и поскольку на его вывод 1 уже поступает ноль через R1 на его выходе будет единица. Это приведет к зажиганию VD1 и фиксации элемента D1.2 (с выхода D1.1 единица поступает на его вход — вывод 5).

Большинство микросхем, содержащих RS- триггеры имеют в своем составе именно триггеры построенные на элементах ИЛИ-НЕ, и поэтому для них нормой являются единичные управляющие входные сигналы, а не нулевые, как у триггера построенного на элементах И- НЕ.

Теперь посмотрим на схемы охранного устройства и устройства, контролирующего влажность (занятие №3 "РК"03-2000 стр.40 рисунки 3 и 4). Оба устройства сделаны на микросхемах К561ЛА7, содержащих четыре элемента 2И-НЕ. Представьте что произойдет, если в этих схемах вместо микросхем К561ЛА7 использовать К561ЛЕ5. Схема охранного устройства будет работать точно наоборот : звуковой сигнал будет слышен когда петля охранного шлейфа будет цела, а при её обрыве звук будет прекращаться. В схеме, контролирующей влажность тоже самое, все наоборот. Звук будет слышен тогда когда резервуар с водой наполнен, а когда он будет пустым звуковой сигнал будет выключаться.

Как восстановить работу схем ? В охранном устройстве нужно поменять местами подключение резистора R1 и охранного шлейфа, а вывод резистора R4, который подключен к выходу элемента D1.4 нужно от него отключить и подключить к выходу элемента D1.3. В устройстве контроля за влажностью нужно поменять местами подключение резистора R1 и датчиков влажности. Вместо резистора R1 подключить

контакты датчиков, а вместо контактов датчика — резистор.

ЕЩЕ ОДИН ЭЛЕМЕНТ.

Кроме уже изученных логических элементов есть еще один интересный элемент, именуемый как "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ". Его графическое изображение показано на рисунке 5. 

В квадратике написано "=1". Это значит, что если на обеих входах этого элемента одинаковые уровни (все равно какие, важно только что одинаковые), то на его выходе будет единица. А если уровни разные — ноль. Микросхема, содержащая четыре таких элемента — К561ЛП2 (К176ЛП2).

Если оба тумблера S1 и S2 будут выключены на оба входа элемента через резисторы R1 и R2 поступят логические нули. На обеих входах будут нули, значит на обеих входах одинаковые уровни — нулевые, и на выходе будет единица (стрелка вольтметра покажет напряжение единичного уровня). Тоже самое будет если оба тумблера включить. На оба входа через тумблеры поступят единицы, уровни на входах опять будут равными, и на выходе останется единица. Но если один из тумблеров включить, а другой выключить — на выходе будет ноль, поскольку логические уровни на входах не будут равны.

Вот и вся логика работы элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ".