البوابات المنطقية في الدوائر الكهربائية

العناصر المنطقية هي الأجهزة التي تقوم بإجراء اتصال معين بين قيم الإدخال والإخراج. يحتوي العنصر المنطقي الأولي على مدخلين ومخرج واحد. الإشارات إليهم منفصلة ، أي أنها تأخذ واحدة من قيمتين محتملتين - 1 أو 0. أحيانًا يتم أخذ وجود الجهد كواحد ، وغيابه يؤخذ أحيانًا على أنه صفر. يتم تحليل تشغيل هذه الأجهزة باستخدام مفاهيم الجبر البولي - جبر المنطق.

الأجهزة التي تعمل بإشارات منفصلة تسمى منفصلة. يتم تحليل تشغيل هذه الأجهزة باستخدام مفاهيم الجبر البولي - جبر المنطق.

أصول الجبر في المنطق

المتغير المنطقي هو قيمة إدخال يمكن أن تأخذ قيمتين متعاكستين فقط: x = 1 أو x = 0. الوظيفة المنطقية هي اعتماد قيمة المخرجات على الإدخال وعلى إشارة الخرج نفسها ، والتي يمكن أن تأخذ أيضًا قيمتين فقط : y = 1 أو y = 0. العملية المنطقية هي إجراء يتم تنفيذه بواسطة عنصر منطقي بمتغيرات منطقية وفقًا لوظيفة منطقية.القيم 1 و 0 متعاكستان (معكوسان): 1 = 0 ، 0 = 1. الشرطة تعني النفي (الانعكاس).

من المفترض أن 0 • 0 = 0 ، 0 + 0 = 0 ، 1 - 0 = 0 ، 1 + 0 = 1 ، 1 • 1 = = 1 ، 1 + 1 = 1.

عند تحويل صيغ الجبر المنطقي ، يتم إجراء عمليات الانعكاس أولاً ، ثم الضرب والجمع ثم جميع العمليات الأخرى.

راجع أيضًا حول هذا الموضوع: قوانين دائرة الاتصال الجبر

تتم مناقشة العمليات المنطقية الأساسية هنا: الأجهزة المنطقية

العناصر المنطقية في شكل دوائر اتصال مرحل

يمكن تمثيل العناصر المنطقية في شكل دائرة اتصال مرحل (الشكل 1).

أرز. 1. العناصر المنطقية الأساسية (أ) ومكافئ اتصال الترحيل (ب)

إذا افترضنا أن جهات الاتصال المغلقة تتوافق مع إشارة واحدة وأن جهات الاتصال المفتوحة تتوافق مع الصفر ، فيمكن تمثيل العنصر A كجهات اتصال متصلة x1 و x2 وترحيل y. إذا تم إغلاق كلا الملامسين ، فسوف يتدفق التيار عبر الملف ، وسيعمل المرحل وستغلق جهات الاتصال الخاصة به.

يمكن تمثيل عنصر OR على أنهما جهتا اتصال لا متصلتان على التوازي. عندما يتم إغلاق الأول أو الثاني ، يتم تنشيط التتابع ويغلق جهات الاتصال الخاصة به والتي ستمر الإشارة من خلالها.

يمكن تمثيل عنصر NOT على أنه جهة اتصال NO واحدة x جهة اتصال NC واحدة y. إذا لم يتم تطبيق أي إشارة على الإدخال (x = 0) ، فلن يعمل المرحل وتظل جهات اتصال y مغلقة ، ويتدفق التيار خلالها. إذا أغلقت جهات اتصال x ، فسيعمل المرحل ويفتح جهات الاتصال الخاصة به ، ثم تكون إشارة الخرج صفرًا.

في التين. يوضح الشكل 2 دائرة تؤدي عملية OR - NOT.إذا لم يتم تطبيق أي إشارة على أي من المدخلات ، فسيظل الترانزستور مغلقًا ، ولن يتدفق أي تيار من خلاله ، وسيكون جهد الخرج مساويًا لمصدر emf Uy = Uc ، أي ص = 1.

أرز. 2. مخطط العنصر المنطقي OR - NOT ، تنفيذ العمليات المنطقية

إذا تم تطبيق جهد على واحد على الأقل من المدخلات ، فإن مقاومة الترانزستور ستنخفض من ∞ إلى 0 وسيتدفق التيار عبر دائرة الباعث والمجمع. سيكون انخفاض الجهد عبر الترانزستور صفرًا (Uy = 0). هذا يعني أنه لا توجد إشارة عند الإخراج ، أي y = 0. للتشغيل العادي للعنصر ، من الضروري إنشاء إزاحة محتملة للقاعدة بالنسبة للنقطة المشتركة ، ويتم تحقيق ذلك بواسطة مصدر خاص Ucm ومقاوم Rcm. يحد المقاوم R6 من تيار باعث القاعدة.

العناصر المنطقية المبنية على المرحلات الكهرومغناطيسية ، الترانزستورات ، النوى المغناطيسية ، المصباح الإلكتروني ، المرحلات الهوائية كبيرة جدًا ، وهذا هو سبب استخدام الدوائر المتكاملة الآن ، ويتم تنفيذ العمليات المنطقية فيها على مستوى الكريستال.

أمثلة على استخدام البوابات المنطقية في الدوائر

لنلقِ نظرة على بعض تجميعات الدوائر الكهربائية الأكثر شيوعًا في محرك كهربائي. في التين. يوضح الشكل 3 أ وحدة الإمداد لملف الموصل K.

أرز. 3. عقد الدائرة مع العناصر المنطقية: 1 - 8 - أرقام المدخلات والمخرجات

عند الضغط على زر KNP ، يتدفق التيار عبر الخط ويتم تنشيط الموصل. تقوم جهات الاتصال الرئيسية (غير الموضحة في الرسم التخطيطي) بتوصيل المحرك بالشبكة ، بينما تقوم جهات اتصال K بإغلاق وتجاوز زر KNP. سيتدفق التيار الآن عبر جهات الاتصال هذه ويمكن تحرير زر KNP.تحت تأثير الزنبرك ، يفتح جهات الاتصال الخاصة به ، ولكن سيستمر تنشيط الملف من خلال جهات الاتصال K. عند الضغط على الزر KnS ، يتم مقاطعة الخط ويتم تحرير الموصل.

يمكن تنفيذ هذه العقدة على عناصر منطقية. تشتمل الدائرة على ملف الموصل K والأزرار KNP و KNS وعنصرين منطقيين OR - NOT ومكبر للصوت. الحالة الأولية هي x1 = 0 و x2 = 0 ، ثم عند إخراج العنصر 1 نحصل على y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. عند إخراج العنصر 2 - y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0 ، ر الملف متوقف ، التتابع لا يعمل.

إذا ضغطت على KnP ، فإن y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. عند إخراج العنصر 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. يتدفق التيار عبر الملف ويتم تنشيط الموصل. يتم تطبيق الإشارة y2 على المدخلات x2 لكن y1 لا تتغير بسبب y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. وبالتالي يتم تنشيط ملف الموصل.

إذا ضغطت على زر KNS ، فسيتم تطبيق إشارة x4 = 1 على إدخال العنصر الثاني ، ثم y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 ويتم تحرير الموصل.

الدائرة قيد النظر قادرة على "حفظ" الأوامر: تظل الإشارة y2 دون تغيير حتى إذا تم تحرير الزر.

يمكن إنجاز نفس وظيفة الذاكرة باستخدام flip-flop. إذا تم تطبيق إشارة x1 = 1 على الإدخال ، فستظهر الإشارة y = 1 عند الإخراج وستظل دون تغيير حتى نضغط على الزر KnS. ثم يتم تبديل flip-flop وتظهر إشارة y = 0 عند الإخراج ، وستبقى بدون تغيير حتى نضغط على زر KNP مرة أخرى.

في التين. يوضح الشكل 3 ، ب كتلة للحظر الكهربائي لمرحلين PB (أمامي) و PH (عكسي) ، مما يستبعد تشغيلهما المتزامن ، لأن هذا سيؤدي إلى دائرة كهربائية قصيرة.في الواقع ، عند الضغط على زر KnV ، يتم تنشيط مرحل PB ، وتفتح جهات الاتصال الإضافية ، ولا يمكن تنشيط ملف PH حتى إذا تم الضغط على زر KnN. لاحظ أنه لا توجد مناورة في جهات الاتصال المغلقة للأزرار هنا ، أي لا توجد وحدة ذاكرة.

في دائرة بها عناصر منطقية ، عندما نضغط على زر KNV على العنصر الأول ، نحصل على x1 = 1 ، y2 = x1 = 0. في العنصر الثاني ، y7 = x5 + x6 = y2 + x6 = 0 + 0 = 1

يتم تنشيط المرحل PB ويتم تطبيق الإشارة y7 على مدخلات العنصر 4 (y7 - x8 = 1). لا توجد إشارة عند إدخال العنصر 3 (x2 = 0) ، ثم y4 = x2 = 1. في العنصر الرابع: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0 ، أي أن مرحل PH لا يمكن أن يعمل ، حتى إذا تم الضغط على الزر KnN. ثم نحصل على نفس النتيجة: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

في التين. يوضح الشكل 3 ، c ترحيل الإصدار في حالة الضغط على الزر KnS أو فتح جهات الاتصال الخاصة بمفتاح الحد VK. في دائرة بها عناصر منطقية في الموضع الأولي y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1 ، أي ، يتم تنشيط ملف الترحيل. عندما تضغط على زر KnS ، نحصل على y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 ويتم تحرير التتابع.

في التين. يوضح الشكل 3 ، d الجهاز لتشغيل التتابع في حالة الضغط على زر KNP عند إغلاق جهة اتصال VK. في دائرة بها عناصر منطقية في الحالة الطبيعية لجهات الاتصال ، نحصل على y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. إذا تم الضغط على زر KNP فقط ، فعندئذٍ y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. إذا تم إغلاق جهة اتصال VK فقط ، فعندئذٍ y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 عندما يتم إغلاق KNP و VK نحصل على y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. هذا يعني تنشيط الترحيل.

في التين. يوضح الشكل 3 ، e دائرة تحكم لمرحلين P1 و P2.عندما يتم تطبيق الجهد على الدائرة ، يتم تنشيط مرحل الوقت PB ، وتفتح جهات الاتصال الخاصة به في الخط 3 على الفور. الدائرة جاهزة للتشغيل. عند الضغط على زر KNP ، يتم تنشيط الترحيل P1 ، وتغلق جهات الاتصال الخاصة به ، متجاوزًا الزر. جهات الاتصال الأخرى على الخط 2 مفتوحة وإغلاق الخط 3. يتم تحرير Relay PB وإغلاق جهات الاتصال الخاصة به مع تأخير زمني ، ويتم تنشيط التتابع P2. وبالتالي ، بعد الضغط على زر KNP ، يتم تنشيط التتابع P1 على الفور ، و P2 - بعد مرور بعض الوقت.

في الدائرة ذات العناصر المنطقية ، فإن عقدة "الذاكرة" مبنية على فليب فلوب. يجب عدم وجود إشارة عند الإخراج (y3 = 0) ، يتم إلغاء تنشيط المرحلات P1 و P2. اضغط على زر KNP ، تظهر إشارة على خرج المشغل ، ويتم تنشيط Relay P1 ويبدأ عنصر EV في المزامنة.

عندما تحدث الإشارة y5 = 1 ، يتم تنشيط التتابع P2. عندما تضغط على الزر KnS ، يتم تبديل المشغل ثم y3 = 0. يتم تحرير المرحلات P1 و P2.

تُستخدم التجميعات النموذجية ذات العناصر المنطقية على نطاق واسع في الدوائر الأكثر تعقيدًا ، وهذه الدوائر أبسط بكثير من دوائر معدات الترحيل-المقاولين.