Logična vrata v električnih vezjih

Logični elementi so naprave, ki vzpostavijo določeno povezavo med vhodnimi in izhodnimi vrednostmi. Elementarni logični element ima dva vhoda in en izhod. Signali zanje so diskretni, to pomeni, da imajo eno od dveh možnih vrednosti - 1 ali 0. Prisotnost napetosti se včasih šteje za eno, njena odsotnost pa včasih za nič. Delovanje takih naprav analiziramo s pomočjo konceptov Boolove algebre – algebre logike.

Naprave, ki delujejo z diskretnimi signali, imenujemo diskretne. Delovanje takih naprav analiziramo s pomočjo konceptov Boolove algebre – algebre logike.

Osnove algebre logike

Logična spremenljivka je vhodna vrednost, ki lahko zavzame samo dve nasprotni vrednosti: x = 1 ali x = 0. Logična funkcija je odvisnost izhodne vrednosti od vhodnega in od samega izhodnega signala, ki lahko zavzame tudi samo dve vrednosti : y = 1 ali y = 0. Logična operacija je dejanje, ki ga izvede logični element z logičnimi spremenljivkami v skladu z logično funkcijo.Vrednosti 1 in 0 sta medsebojno nasprotni (obrnjeni): 1 = 0, 0 = 1. Pomišljaj pomeni negacijo (inverzijo).

Predpostavlja se, da je 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Pri transformaciji formul logične algebre se najprej izvedejo operacije inverzije, nato množenje, seštevanje in nato vse ostale.

Glej tudi na to temo: Zakoni algebre kontaktnih vezij

Osnovne logične operacije so obravnavane tukaj: Logične naprave

Logični elementi v obliki relejno-kontaktnih vezij

Logične elemente lahko predstavimo v obliki relejno-kontaktnega vezja (slika 1).

riž. 1. Osnovni logični elementi (a) in ekvivalent relejnega kontakta (b)

Če predpostavimo, da zaprti kontakti ustrezajo enemu signalu, odprti pa nič, potem lahko element A predstavimo kot povezana kontakta x1 in x2 ter rele y. Če sta oba kontakta zaprta, bo tok tekel skozi tuljavo, rele bo deloval in njegovi kontakti se bodo zaprli.

Element ALI je lahko predstavljen kot dva vzporedno povezana NO kontakta. Ko sta prvi ali drugi od njih zaprta, se rele aktivira in zapre svoje kontakte, skozi katere bo šel signal.

Element NOT je lahko predstavljen kot en NO kontakt x in en NC kontakt y. Če na vhodu ni signala (x = 0), potem rele ne deluje in kontakti y ostanejo zaprti, skozi njih teče tok. Če zaprete kontakte x, bo rele deloval in odprl svoje kontakte, nato pa bo izhodni signal enak nič.

Na sl. 2 prikazuje vezje, ki izvaja operacijo ALI — NE.Če na nobenem od vhodov ni signala, bo tranzistor ostal zaprt, skozenj ne bo tekel tok, izhodna napetost pa bo enaka EMF vira Uy = Uc, tj. y = 1.

riž. 2. Shema logičnega elementa ALI — NE, ki izvaja logične operacije

Če je napetost uporabljena vsaj na enem od vhodov, bo upornost tranzistorja padla z ∞ na 0 in tok bo stekel skozi vezje emiter-kolektor. Padec napetosti na tranzistorju bo enak nič (Uy = 0). To pomeni, da na izhodu ni signala, to je y = 0. Za normalno delovanje elementa je potrebno ustvariti premik baznega potenciala glede na skupno točko, to dosežemo s posebnim virom Ucm in upor Rcm. Upor R6 omejuje tok baznega oddajnika.

Logični elementi, zgrajeni na elektromagnetnih relejih, tranzistorjih, magnetnih jedrih, elektronskih svetilkah, pnevmatskih relejih, so preveliki, zato se danes uporabljajo integrirana vezja, v katerih se logične operacije izvajajo na kristalni ravni.

Primeri uporabe logičnih vrat v vezjih

Oglejmo si nekaj sklopov električnega vezja, ki jih najpogosteje najdemo v električnem pogonu. Na sl. 3a prikazuje napajalno enoto kontaktorske tuljave K.

riž. 3. Vozlišča vezja z logičnimi elementi: 1 — 8 — vhodne in izhodne številke

Ko pritisnete tipko KNP, tok teče skozi linijo in kontaktor se aktivira. Njegovi glavni kontakti (niso prikazani na diagramu) povezujejo motor z omrežjem, kontakti K, ki se zaprejo, obidejo gumb KNP. Skozi te kontakte bo zdaj stekel tok in gumb KNP lahko spustite.Pod delovanjem vzmeti odpre svoje kontakte, vendar bo tuljava še naprej pod napetostjo preko kontaktov K. Ko pritisnete gumb KnS, se linija prekine in kontaktor se sprosti.

To vozlišče je mogoče izvesti na logičnih elementih. Vezje vključuje tuljavo kontaktorja K, gumba KNP in KNS, dva logična elementa ALI - NE in ojačevalnik. Začetno stanje je x1 = 0 in x2 = 0, nato pa na izhodu elementa 1 dobimo y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Na izhodu elementa 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .je tuljava je izklopljena, rele ne deluje.

Če pritisnete KnP, potem je y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Na izhodu elementa 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Skozi tuljavo teče tok in kontaktor se aktivira. Signal y2 se uporabi na vhodu x2, vendar se y1 s tem ne spremeni, ker je y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Tako je tuljava kontaktorja pod napetostjo.

Če pritisnete gumb KNS, se na vhod drugega elementa uporabi signal x4 = 1, nato y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 in kontaktor se sprosti.

Obravnavano vezje je sposobno "zapomniti" ukaze: signal y2 ostane nespremenjen tudi, če gumb spustimo.

Enako pomnilniško funkcijo je mogoče doseči s flip-flopom. Če na vhod dovedemo signal x1 = 1, se na izhodu pojavi signal y = 1, ki ostane nespremenjen, dokler ne pritisnemo tipke KnS. Flip-flop se nato preklopi in na izhodu se pojavi signal y = 0. Ostal bo nespremenjen, dokler ponovno ne pritisnemo tipke KNP.

Na sl. 3, b prikazuje blok za električno blokado dveh relejev PB (naprej) in PH (nazaj), ki izključuje njuno sočasno delovanje, saj bo to povzročilo kratek stik.Ko pritisnete gumb KnV, se aktivira rele PB in njegovi pomožni kontakti se odprejo, tuljava PH pa se ne more napajati, tudi če pritisnete gumb KnN. Upoštevajte, da tukaj ni manevriranja zapiralnih kontaktov gumbov, to je, da ni pomnilniškega modula.

V vezju z logičnimi elementi, ko na prvem elementu pritisnemo tipko KNV, dobimo x1 = 1, y2 = x1 = 0. Na drugem elementu pa y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1.

Rele PB se aktivira in signal y7 se uporabi na vhodu elementa 4 (y7 — x8 = 1). Na vhodu elementa 3 ni signala (x2 = 0), potem je y4 = x2 = 1. Na četrtem elementu: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, tj. rele PH ne more delovati , tudi če je pritisnjen gumb KnN. Nato dobimo enak rezultat: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

Na sl. 3, c prikazuje rele za sprostitev v primeru pritiska na gumb KnS ali odpiranja kontaktov končnega stikala VK. V vezju z logičnimi elementi v začetnem položaju je y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, to pomeni, da je tuljava releja pod napetostjo. Ko pritisnete tipko KnS, dobimo y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 in rele se sprosti.

Na sl. 3, d prikazuje napravo za vklop releja v primeru pritiska na gumb KNP, ko je kontakt VK zaprt. V vezju z logičnimi elementi v normalnem stanju kontaktov dobimo y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Če je pritisnjen samo gumb KNP, potem je y7 = x1x2 = 1 • 0. = 0. Če je zaprt samo kontakt VK, potem je y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Ko je KNP zaprt in VK dobimo y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. To pomeni, da je rele aktiviran.

Na sl. 3, e prikazuje krmilno vezje za dva releja P1 in P2.Ko se na vezje priključi napetost, se aktivira časovni rele PB, njegovi kontakti v vrstici 3 se takoj odprejo. Vezje je pripravljeno za delovanje. Ko pritisnete gumb KNP, se aktivira rele P1, njegovi kontakti se zaprejo, mimo gumba. Drugi kontakti na liniji 2 se odprejo in na liniji 3 zaprejo. Rele PB se sprosti in njegovi kontakti se zaprejo s časovnim zamikom, rele P2 se aktivira. Tako se po pritisku na gumb KNP takoj aktivira rele P1, P2 pa čez nekaj časa.

V vezju z logičnimi elementi je vozlišče "Memory" zgrajeno na flip-flopu. Če na izhodu ni signala (y3 = 0), sta releja P1 in P2 brez napetosti. Pritisnite tipko KNP, na izhodu sprožilca se pojavi signal, aktivira se rele P1 in element EV se začne sinhronizirati.

Ko se pojavi signal y5 = 1, se aktivira rele P2. Ko pritisnete tipko KnS, se sprožilec preklopi in takrat y3 = 0. Releja P1 in P2 se sprostita.

Tipični sklopi z logičnimi elementi se pogosto uporabljajo v kompleksnejših vezjih, takšna vezja pa so veliko enostavnejša od vezij opreme rele-kontaktor.