16. Loginių schemų sąveika vienų su kitomis

 Įėjimo ir išėjimo charakteristikos

Norint skaitmeninę schemą pajungti prie išorinių signalo šaltinių ar ją panaudoti kitų prietaisų paleidimui reikia žinoti loginių įėjimų scheminius ypatumus. Taip pat reikia žinoti skirtingų loginių šeimų tarpusavio susiejimo galimybes.

Pateiktieji 2.4.1. pav. grafikai parodo pagrindines KMOP ir TTL elementų įėjimų savybes – įėjimo sroves (a) ir išėjimo įtampos (b) priklausomybes nuo įėjimo įtampos. Iš grafikų matome, kad tiek TTL tiek KMOP elementai normaliai dirba įžeminus neigiamą maitinimo įtampos šaltinio gnybtą. Padavus į TTL įėjimą žemą srovės lygį, šis dirba kaip pastebimo dydžio srovės šaltinis, o padavus aukštą lygį kaip apkrova, kuri ima mažą srovę (<20mkA). Todėl TTL įėjimui valdyti reikia paduoti apie 1mA srovę, palaikant įėjime 0,4V eilės įtampą. Neįvykdžius šių sąlygų gali būti sunku teisingai susieti logines schemas. Senose K155 serijos TTL schemose srovės gali siekti net 6mA. Mažesniems už žemės potencialą įėjimo įtampos TTL įėjimas elgiasi kaip fiksuojantis diodas, kuris pajungtas prie žemės. Esant įtampai >5V, srovę įtakoja diodo pramušimą (LS, F serijoms) arba bazės – emiterio perėjimo pramušimas (ALS, As serijoms), kurių pramušimo įtampa yra apie 10V.

Tipinė įėjimo slenksčio įtampa TTL yra apie +1,3V, nors pagal technines sąlygas ji gali būti tarp +0,8 ir 2V TTL ventiliai su įėjime esančiais Šmito trigeriais. (‘13,’14,’132) turi +(-) 0,4V histerezę. Jie schemose pažymimi histerezės simboliu. (2.4.2 pav.) Maitinimo įtampa Ucc būna +5V +(-)5%.

KMOP įėjimai, esant įėjimo įtampoms nuo žemės lygio iki Ucc, srovės neima (būna 10mkA nuotekis). Kai  Uįjej > Ucc, KMOP įėjimai veikia kaip du fiksuojantys  HC14 diodai, kurie yra pajungti tarp +Ucc ir žemės.

Tokio ventilio fragmentas realizuojantis IR-NE KMOP ventilį yra parodytas 2.4.3 pav. Trumpalaikė srovė per tuos diodus, kuri gali viršyti 10mA, priverčia daugelį KMOP įtaisų pereiti į tiristorinę užsklandą. Šie diodai apsaugo ventilį nuo statinio krūvio poveikio. Tipinės slenksčio įtampos 4000B, 74C, 74HC, 74AC šeimoms yra 0,5 Ucc ir gali kisti (0,3 – 0,7) Ucc ribose, o 74HCT ir 74 ACT KMOP šeimoms slenksčio įtampa yra apie 1,5V ir tai yra skirta suderinamumui su TTL schemomis. Kaip ir TTL atveju, HC, AC KMOP schemoms Vcc = +2V iki +6V.

TTL išėjimo mazgas n-p-n tranzistorius, kuris jungiamas prie žemės ir n-p-n kartotuvas arba Darlingtono schema, kuris yra prijungtas prie +Ucc per srovę kolektoriuje apribojantį rezistorių (2.1.5 d. pav.) Vienas tranzistorius būna prisotintas, kitas atjungtas. Todėl TTL gali nuvesti į žemę dideles sroves (8mA-74LS serijai ir 24mA - 74F serijai) esant mažam įtampos kritimui ir gali duoti apkrovai net kelis miliamperus esant aukštam loginiam lygiui (+3,5 V). Išėjimo schema yra suprojektuota apkrovai iki 10 TTL išėjimų palaikyti.

KMOP išėjimo mazgą sudaro dvitaktė komplementarių MOP tranzistorių pora, kurių vienas būna įjungtas, kitas išjungtas. Atviro KMOP varža ratv+ 200-1000 omų 4000B/74C serijoms, 50 omų 74HC(T) serijai ir 10 omų 74AC(T) serijai. KMOP elementų išėjimai, jei jie nėra ženkliai apkrauti, yra prijungiami arba prie +Ucc, arba prie žemės ir sudaro sąlygas išėjimo įtampai kisti visą amplitude- nuo žemės potencialo iki + Ucc. Prijungiant tik KMOP apkrovas, kurių statinė srovė lygi nuliui, įtampos amplitudė tampa lygi +Ucc.

 Loginių Šeimų sąsaja

Kokios nors loginės poros sąsajai gali sutrukdyti:

a)     įėjimų loginių poros nesuderinamumas,

b)    išėjimo formuotuvo galimybės,

c)     maitinanti įtampa.

Loginių šeimų susiejimo galimybių lentelė

 

TTL

HCT

ACT

HC

AC

HC, AC

Esant 3,3V

n-MOP

DIS

4000B 74C

esant 5V

4000B  74C

esant 10V

TTL

Taip

Taip

A

Taip

Taip

A

B

HCT

ACT

Taip

Taip

Taip

Ne

Taip

Taip

B

HC

AC

Taip

Taip

Taip

Ne

Taip

Taip

B

HC, AC

3,3V

Taip

Taip

Ne

Taip

Taip

B

B

n-MOP

DIS

Taip

Taip

A

Taip

Taip

A

B

4000B

74C 5V

Taip

Taip

Taip

Ne

Taip

Taip

B

4000B

74C 10V

C

C

C

C

C

C

Taip

Paaiškinimai lentelei:

Ribotos atsišakojimo pagal srovę galimybės;

A – naudoti atvirą kolektorių su prijungtu  prie +5V rezistoriumi arba tarpinį ventilį HCT;

B – naudoti: 1) prie +10V prijungtą rezistorių; 2) 40109, 14504 elementus arba lygių keitiklį LTC1045;

C – naudoti 74C901/2, 4049/50, 14504 elementus arba lygių keitiklį LTC1045.

TTL naudoja +5V maitinimą ir sukuria apie +3,5V aukštą loginį lygį, pasižymi žemu loginiu lygiu, kuris yra artimas žemės potencialui. Todėl TTL galima prijungti prie TTL, HCT, ACT ir n-MOP. Norint valdyti HC, AC ir 4000B/74C, kurie dirba esant +5V, bus reikalingas visos 5V amplitudės pasikeitimas. Tai galima pasiekti prie TTL išėjimo prikabinant ~4,7kOm į +Ucc. Aukštos įtampos logikos valdymui turi būti įvesti loginių lygių keitikliai 40109, 14504, LCT 1045, kurie yra labai lėti; tačiau aukštos įtampos logika taip pat yra lėta. n-MOP išėjimai yra panašūs į TTL išėjimus, tačiau jų apkrovos srovės yra mažesnės. 5V KMOP šeimas galima jungti prie TTL, n-MOP, 5V KMOP. Tačiau senesnio tipo 4000/74C KMOP elementai yra mažesnio apkrovos pajėgumo, todėl negali valdyti TTL elementų. Susiejant KMOP – TTL//n-MOP naudinga KMOP naudoti esant sumažintai jų įtampai iki +3,3V. Tuomet TTL galės tiesiogiai valdyti HC/AC ir atvirkščiai. Aukštos įtampos logika valdys 5V logiką, naudojant tarpinius lygių keitiklius 74C 901/2, 14504, LTC 1045, 4049/4050. LS TTL elementus galima tiesiogiai valdyti nuo aukštos įtampos KMOP, nes ten nėra diodų, bet techninės LS sąlygos reikalauja juos valdyti per lygio keitiklius.

KMOP ir TTL įėjimų valdymas

2.4.4 pav Logikos valdymas mechaniniais jungikliais

2.4.4. pav. parodyti paprasti TTL ir KMOP valdymo mechaniniais jungikliais būdai. TTL elementams yra labiausiai priimtina jungiklio komutacija į žemę, KMOP logikai tinka abi schemos, nors yra pageidautina vieną iš jungtuko kontaktų įžeminti. Norint pašalinti kontaktų drebėjimą, galima naudoti schemą su Šmito trigeriu (2.4.2. pav.) arba 2.4.5. pav.

2.4.2. pav. schema netinka TTL atveju, nes jų mažas įėjimo impedansas ir norint gauti RC filtro laiko pastoviąją bent 10-25 ms, reikia didelių kondensatorių ir mažų varžų. KMOP ventilių atveju galima naudotis 2.4.6. pav. Schema su neinvertuojančiu ventiliu arba buferiu. Loginį išėjimą visada galima užblokuoti, jį prijungiant prie žemės, bet esant sąlygų, kad šis blokavimas yra trumpalaikis. Ši schema tenkina tą sąlygą, nes priverstinė komutacija veikia tik ventilio vėlinimo perjungimui laikotarpiu. Po to ventilis palaiko naują būseną pats savaime. Galima naudoti Hollo efektu paremtus jungiklius. Tai kieto kūno jungikliai, kuriuos valdo magnetinis laukas.

2.4.5 pav. Apsauga nuo drebėjimo su S trigeriu

Jie naudojami ir kaip klaviatūros jungikliai. Jiems reikia +5V įtampos. Jungiklių kontakto srovės neturi viršyti kelių mA, nes didesnės srovės gali kontaktai oksiduoti.

4.2. Tarpusavio jungimo schemos: stiprintuvai - logika

2.4.7. pav. komparatorius LM 311, 393 ir kt. tiesiogiai valdo TTL elementą. Daugumos komparatorių išėjimuose būna npn tranzistorius su atviru kolektoriumi ir įžemintu emiteriu. Todėl reikia tik prijungti +5V per 3,3k rezistorių TTL tiesioginiam valdymui.

Panašiai    yra   valdomas    ir   KMOP    elementas, pajungiant +5V per papildomą (didesnį) rezistorių. Dvipolį maitinimo šaltinį galima ir nenaudoti. Tokie komparatoriai kaip 311, 339, 393, 372/4 gali būti maitinami net ir iš vieno +5V šaltinio.

2.4.7b pav. schemoje KMOP elementas valdomas iš operacinio stiprintuvo, įjungiant srovę apribojantį 10k rezistorių. KMOP apsaugos diodai sukuria efektyvius Ucc ir žemės lygių fiksatorius. Dėl to įėjimo srovė yra  <= 10mA.

2.4.8. pav. schemoje operacinis stiprintuvas perveda npn tranzistorių į prisotinimą, įgalindamas valdyti TTL tipo apkrovą. Diodas apsaugo bazės – emiterio perėjimą nuo permušimo atbuline kryptimi. Jei npn tranzistorių keisti n-MOP tranzistoriumi, varžą ir diodą galima išjungti (2.4.9. pav.). Čia gali būti naudojama TTL ir 5V KMOP logika. Traktuojamą logiką valdyti naudojant

2.4.7. - 2.4.9. pav. schemas negalima. Juose perėjimo trukmė yra gana didelė ir kai įėjimo signalas pereina per loginio lygio slenkstį, schemoje gali pasireikšti įtampos šuoliai. Traktuojamai logikai valdyti naudotinas komparatorius su histereze arba įėjime įjungiamas ventilis su Šmitto trigeriu. 2.4.10pav. schemoje rezistoriaus reikšmė parenkama taip, kad histerezė sudarytų 50mV lygį. Šiam rezistoriui lygiagrečiai įjungiamas nedidelis kondensatorius C2, kuris pagreitina perėjimus ir leidžia išvengti daugkartinių impulsų praėjus slenksčio lygį. Įtampos šuolių atraminės įtampos Uatr. įėjime išvengti naudojamas filtro kondensatorius C1. Kai Uatr. = 0, ir C1 = 0.

4.3. Skaitmeninės apkrovos valdymas KMOP ir TTL elementais 2.4.11 pav. parodytas standartinis šviesos indikatoriaus valdymo būdas per 5V logiką. TTL elementai geriau dirba nuvedant nuo jų srovę, todėl šviesos elementas prijungiamas prie +5V šynos. KMOP elementų atveju Šviesos diodą galima jungti tiek prie +5V, tiek ir prie žemės. Šviesos diodai - tai 1,5-2V, esant nuo5 iki 20mA srovei. 5V mažų srovių relę (2.4.12pav.) galima panašiai valdyti 5V logika. Tokia relė patalpinta į standartinį DIP korpusą, turi 5000 m varžą ir naudoja 10mA srovę, todėl gali būti valdoma tiesiogiai HC(T), AC(T), TTL elementais.

2.4.13pav. Aukštesnės įtampos apkrovos valdymas

 2.4.13a pav. schemoje 74LS26 ventilis su atviru kolektoriumi, dirbantis nuo 15V šaltinio, valdo 12V relę, 2.4.13b pav. schemoje 75451 formuotuvas valdo tam tikrą apkrovą iki 30V įtampa ir iki 300mA srovę. 2.4.13cpav. naudojami DS3600 ventiliai darbui su <= 80V įtampomis, naudojant ir kanalo galingą lauko tranzistorių VN2010L, valdant apkrovą, kurią maitina 200V šaltinis. Didesnėms srovėms kanalizuoti patartina sudaryti atskirus masyvesnius žemės takelius.

Srovės komutacijai apkrovoje per 5V logiką galima naudoti n-p-n tranzistorius (2.4.14pav.)

Būna atveju (2.4.15 pav.), kai apkrovą komutaciją reikia atlikti per neigiamą šaltinio polių mažesnėms a) ir didesnėms b) srovėms, naudojant p-n-p tranzistorius. Čia aukštas loginis lygis atidaro p-n-p tranzistorių ir jo kolektoriaus soties įtampa tampa aukštesne už žemės potencialą įtampos kritimu diode. Srovę per apkrovą a) schemoje nusako rezistoriaus varža. Pagerintoje b) schemoje kaip buferis naudojamas n-p-n kartotuvas. Nuosekliai su išėjimu įjungtas diodas apsaugo apkrovą nuo žemės potencialą viršyjančių įtampos pokyčių.

Naudojant mažos srovės logiką (2.4.16pav.), net ir šviesos diodą reikia valdyti per buferį 4050, kuris gali praleisti nuo 5 iki 20mA srovę, esant Ucc nuo +5 iki +15V.

Naudojant (2.4.17pav.) galingesnį formuotuvą 40107 (2.4.17apav.) naudojantis galingus n kanalo MOP tranzistorius su atvira ištaka 16-50mA srovėms ir 5 - 15V įtampoms komutuoti, o taip pat DS3632 (b) su galingu n-p-n formuotuvu pagal Darlingtono schemą srovėms iki 300mA komutuoti. Nutolusiai apkrovai komutuoti (2.4.18 pav.) naudotinas 4N36 optronas. Jame yra įėjimo šviesos diodas, o išėjime – n-p-n tranzistorius. Optronas gali atlaikyti 2500V izoliacijos įtampą ir gali būti perjungtas per 4mks panaudojimas esant srovės perdavimui lygiam 1,0.