Logička vrata u električnim krugovima
Logički elementi su uređaji koji ostvaruju određenu vezu između ulaznih i izlaznih veličina. Elementarni logički element ima dva ulaza i jedan izlaz. Signali za njih su diskretni, odnosno uzimaju jednu od dvije moguće vrijednosti - 1 ili 0. Prisutnost napona ponekad se uzima kao jedan, a njegova odsutnost ponekad se uzima kao nula. Rad takvih uređaja analizira se pomoću koncepata Booleove algebre - algebre logike.
Uređaji koji rade s diskretnim signalima nazivaju se diskretnim. Rad takvih uređaja analizira se pomoću koncepata Booleove algebre - algebre logike.
Osnove algebre logike
Logička varijabla je ulazna vrijednost koja može poprimiti samo dvije suprotne vrijednosti: x = 1 ili x = 0. Logička funkcija je ovisnost izlazne vrijednosti o ulazu i o samom izlaznom signalu, koji također može poprimiti samo dvije vrijednosti. : y = 1 ili y = 0. Logička operacija je radnja koju izvodi logički element s logičkim varijablama prema logičkoj funkciji.Vrijednosti 1 i 0 su međusobno suprotne (obrnute): 1 = 0, 0 = 1. Crtica znači negaciju (inverziju).
Pretpostavlja se da je 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.
Pri transformaciji formula logičke algebre prvo se izvode operacije inverzije, zatim množenje, zbrajanje, a zatim sve ostale.
Vidi također o ovoj temi: Zakoni algebre kontaktnih krugova
Ovdje se raspravlja o osnovnim logičkim operacijama: Logički uređaji
Logički elementi u obliku relejno-kontaktnih sklopova
Logički elementi mogu se prikazati u obliku relejno-kontaktnog kruga (slika 1).
Riža. 1. Osnovni logički elementi (a) i ekvivalent kontakta releja (b)
Ako pretpostavimo da zatvoreni kontakti odgovaraju jednom signalu, a otvoreni kontakti odgovaraju nuli, tada se element A može prikazati kao povezani kontakti x1 i x2 i relej y. Ako su oba kontakta zatvorena, struja će teći kroz zavojnicu, relej će raditi i njegovi kontakti će se zatvoriti.
ILI element se može prikazati kao dva paralelno povezana NO kontakta. Kada su prvi ili drugi od njih zatvoreni, relej se aktivira i zatvara svoje kontakte kroz koje će signal proći.
NOT element se može prikazati kao jedan NO kontakt x i jedan NC kontakt y. Ako na ulazu nema signala (x = 0), tada relej ne radi i kontakti y ostaju zatvoreni, kroz njih teče struja. Ako zatvorite x kontakte, relej će raditi i otvoriti svoje kontakte, tada će izlazni signal biti nula.
Na sl. Slika 2 prikazuje krug koji izvodi operaciju ILI — NE.Ako se na bilo koji od ulaza ne dovede nikakav signal, tada će tranzistor ostati zatvoren, kroz njega neće teći struja, a izlazni napon će biti jednak EMF izvora Uy = Uc, tj. y = 1.
Riža. 2. Shema logičkog elementa ILI — NE, izvođenje logičkih operacija
Ako se napon primijeni na barem jedan od ulaza, tada će otpor tranzistora pasti s ∞ na 0 i struja će teći kroz krug emiter-kolektor. Pad napona na tranzistoru bit će nula (Uy = 0). To znači da na izlazu nema signala, odnosno y = 0. Za normalan rad elementa potrebno je stvoriti pomak baznog potencijala u odnosu na zajedničku točku, to se postiže posebnim izvorom Ucm i otpornik Rcm. Otpornik R6 ograničava struju emitera baze.
Logički elementi izgrađeni na elektromagnetskim relejima, tranzistorima, magnetskim jezgrama, elektronskoj lampi, pneumatskim relejima su preveliki, zbog čega se sada koriste integrirani krugovi u kojima se logičke operacije odvijaju na kristalnoj razini.
Primjeri korištenja logičkih vrata u sklopovima
Pogledajmo nekoliko sklopova električnih krugova koji se najčešće nalaze u električnom pogonu. Na sl. Slika 3a prikazuje jedinicu napajanja svitka K kontaktora.
Riža. 3. Čvorovi sklopa s logičkim elementima: 1 — 8 — ulazni i izlazni brojevi
Kada se pritisne tipka KNP, struja teče kroz liniju i kontaktor se aktivira. Njegovi glavni kontakti (nisu prikazani na dijagramu) povezuju motor s mrežom, a K kontakti, zatvarajući se, zaobilaze gumb KNP. Struja će sada teći kroz te kontakte i tipka KNP se može otpustiti.Pod djelovanjem opruge otvara svoje kontakte, ali zavojnica će i dalje biti pod naponom preko kontakata K. Kada se pritisne tipka KnS, linija se prekida i kontaktor se oslobađa.
Ovaj čvor se može izvršiti na logičkim elementima. Krug uključuje zavojnicu kontaktora K, tipke KNP i KNS, dva logička elementa ILI - NE i pojačalo. Početno stanje je x1 = 0 i x2 = 0, tada na izlazu elementa 1 dobivamo y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Na izlazu elementa 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .je zavojnica je isključena, relej ne radi.
Ako pritisnete KnP, tada je y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Na izlazu elementa 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Struja teče kroz svitak i kontaktor se aktivira. Signal y2 se primjenjuje na ulaz x2, ali y1 se time ne mijenja jer je y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Tako je svitak kontaktora pod naponom.
Ako pritisnete tipku KNS, tada će se na ulaz drugog elementa primijeniti signal x4 = 1, zatim y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 i kontaktor se oslobađa.
Razmatrani sklop je sposoban «memorirati» naredbe: signal y2 ostaje nepromijenjen čak i ako se tipka otpusti.
Ista memorijska funkcija može se postići s flip-flopom. Ako se na ulaz dovede signal x1 = 1, tada će se na izlazu pojaviti signal y = 1 koji će ostati nepromijenjen sve dok ne pritisnemo tipku KnS. Tada se preklopi flip-flop i na izlazu se pojavi signal y = 0. Ostat će nepromijenjen dok ponovno ne pritisnemo tipku KNP.
Na sl. 3, b prikazuje blok za električno blokiranje dvaju releja PB (naprijed) i PH (nazad), što isključuje njihov istovremeni rad, jer će to dovesti do kratkog spoja.Doista, kada se pritisne tipka KnV, aktivira se PB relej, a njegovi pomoćni kontakti se otvore, a svitak PH se ne može napajati čak i ako se pritisne tipka KnN. Imajte na umu da ovdje nema manevriranja kontaktima za zatvaranje gumba, odnosno nema memorijskog modula.
U krugu s logičkim elementima, kada na prvom elementu pritisnemo tipku KNV, dobivamo x1 = 1, y2 = x1 = 0. Na drugom elementu je y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1.
Aktivira se relej PB i signal y7 se dovodi na ulaz elementa 4 (y7 — x8 = 1). Na ulazu elementa 3 nema signala (x2 = 0), tada je y4 = x2 = 1. Na četvrtom elementu: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, tj. PH relej ne može raditi , čak i ako je pritisnuta tipka KnN. Tada dobivamo isti rezultat: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.
Na sl. 3, c prikazuje relej za otpuštanje u slučaju pritiska na tipku KnS ili otvaranja kontakata granične sklopke VK. U krugu s logičkim elementima u početnom položaju y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, odnosno zavojnica releja je pod naponom. Kada pritisnete tipku KnS, dobivamo y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 i relej se otpušta.
Na sl. 3, d prikazuje uređaj za uključivanje releja u slučaju pritiska tipke KNP kada je VK kontakt zatvoren. U krugu s logičkim elementima u normalnom stanju kontakata dobivamo y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Ako je pritisnuta samo tipka KNP, tada je y7 = x1x2 = 1 • 0. = 0. Ako je zatvoren samo VK kontakt tada je y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Kada je KNP zatvoren i VK dobivamo y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. To znači da je relej aktiviran.
Na sl. Slika 3, e prikazuje upravljački krug za dva releja P1 i P2.Kada se napon primijeni na krug, vremenski relej PB se aktivira, njegovi kontakti u liniji 3 odmah se otvaraju. Krug je spreman za rad. Kada se pritisne gumb KNP, relej P1 se aktivira, njegovi kontakti se zatvaraju, zaobilazeći gumb. Ostali kontakti na liniji 2 se otvaraju, a na liniji 3 zatvaraju. Relej PB se oslobađa i njegovi kontakti se zatvaraju s vremenskom odgodom, relej P2 se aktivira. Dakle, nakon pritiska na tipku KNP, relej P1 se aktivira odmah, a P2 - nakon nekog vremena.
U krugu s logičkim elementima, čvor "Memorija" izgrađen je na flip-flopu. Ako na izlazu nema signala (y3 = 0), releji P1 i P2 su bez napona. Pritisnite tipku KNP, na izlazu okidača pojavljuje se signal Relej P1 se aktivira i EV element počinje sinkronizirati.
Kada se pojavi signal y5 = 1, aktivira se relej P2. Kada pritisnete tipku KnS, okidač se prebacuje i tada y3 = 0. Releji P1 i P2 se oslobađaju.
Tipični sklopovi s logičkim elementima naširoko se koriste u složenijim sklopovima, a takvi su sklopovi mnogo jednostavniji od sklopova relejno-kontaktorske opreme.