Электроника для начинающих (2-е издание)

Введите правильную кодовую комбинацию кнопок, и мультиметр должен подать звуковой сигнал. Отпустите кнопку А, и мультиметр должен продолжать подавать звуковой сигнал, пока таймер 555 питает реле. В конце цикла таймера реле размыкается и мультиметр прекращает подавать сигнал.

Вы можете установить мультиметр на измерение силы тока и подключить его между положительной клеммой батареи и точкой подачи 9 В на макетной плате. Пока не нажата кнопка А, мультиметр должен показывать отсутствие потребления энергии.

Разбираемся с диодами

Эта схема имеет два вида фиксации. Система для блокировки реле необычна, но удовлетворяет требованию, чтобы схема не потребляла ток, когда она не используется. Система, в которой логические элементы И блокируют сами себя, совсем другая.

Четвертый элемент И нет надобности фиксировать, потому что для запуска таймера необходим только короткий импульс (от кнопки Н). Но вот первые три элемента И необходимо заблокировать, чтобы удерживать их выходы положительными, после того как вы отпустите каждую из кнопок Е, F и G. Об этом позаботятся диоды, подавая ток с выходов логических элементов обратно на их входы.

Понимаете ли вы, в чем здесь сложность? Вспомните о том, что падение напряжения на диодах составляет около 0,7 В. Не забывайте и о том, что логический элемент должен четко разграничивать высокое и низкое состояния его входов. Если вы начнете добавлять диоды к логической схеме, не заботясь о тщательном контроле напряжения, то в конечном итоге это приведет к тому, что какой-либо логический элемент не сможет распознать состояние входа, которое должно быть высоким. Это такая же проблема, что и в эксперименте 15, где напряжение, уменьшаемое транзистором и следующим за ним диодом, могло нарушить запуск реле.

Если вы сомневаетесь, проверьте напряжение мультиметром и снова сверьтесь с диаграммой уровней, приведенной на рис. 4.98.

В описанной схеме кодового замка выход от каждого из первых трех элементов И просто соединен со входом элемента через один диод, и такая цепочка работает вполне надежно. Просто имейте в виду, что вы должны проявлять осторожность и рассудительность, когда сочетаете диоды с логическими микросхемами.

Возможно, вы задумаетесь – если диод не является формально правильным способом заставить логический элемент фиксировать себя, то каков же идеальный способ сделать это?

Один из вариантов может показаться таким – заменить каждый диод отрезком провода, чтобы возвращать сигнал на вход элемента. Зачем же тогда понадобились диоды?

Они выполняют важную роль. Если бы диод был заменен перемычкой, то положительное напряжение, подаваемое через кнопку, смогло бы также проходить и через этот провод, к выходу логического элемента.

Внимание!

Нельзя подавать напряжение на выход логического элемента.

Правильный вариант фиксации логического состояния в схеме – это триггер. Ранее нам уже встречался таймер, работающий в бистабильном режиме как триггер, поскольку мы уже имели дело с таймерами и мне хотелось продемонстрировать этот вариант применения. Но в данной схеме нет смысла добавлять четыре таймера 555 только для выполнения такой функции. Вы можете купить микросхемы с несколькими триггерами, а можете также сделать триггер, скомбинировав два логических элемента И-НЕ или два элемента ИЛИ-HE, как я покажу в эксперименте 22.

Для этой небольшой схемы, реализующей кодовый замок, мне хотелось минимизировать число микросхем и сложность. Диоды оказались самым простым решением.

Вопросы и ответы

При вводе правильного кода на выходе четвертого элемента И формируется положительный импульс. Почему я не подал этот сигнал напрямую на реле без добавления таймера?

Одна из причин состоит в том, что реле при включении потребляет ток, превышающий 20 мА, который может обеспечить элемент И. К тому же, мне хотелось получить от таймера импульс фиксированной длительности.

С этим разобрались, но зачем я добавил в схему транзистор? Потому что элемент И выдает положительный импульс, а таймеру на запускающем контакте необходим отрицательный перепад. Транзистор позволяет преобразовать высокий уровень в низкий. С помощью элемента НЕ (инвертора) можно достичь того же результата, но увеличилось бы количество микросхем.

В таком случае, почему я вместо элементов И не использовал элементы И-НЕ? На выходе таких логических элементов присутствует высокий уровень, который становится низким, когда уровень на обоих входах становится высоким. Кажется, это именно то, что необходимо таймеру 555. Благодаря элементу И-НЕ я мог бы избавиться от транзистора.