Portas lógicas em circuitos elétricos

Elementos lógicos são dispositivos que fazem uma certa conexão entre valores de entrada e saída. Um elemento lógico elementar tem duas entradas e uma saída. Os sinais para eles são discretos, ou seja, assumem um dos dois valores possíveis - 1 ou 0. A presença de tensão às vezes é considerada uma e sua ausência às vezes é considerada zero. A operação de tais dispositivos é analisada usando os conceitos da álgebra booleana - álgebra da lógica.

Dispositivos que operam com sinais discretos são chamados de discretos. A operação de tais dispositivos é analisada usando os conceitos da álgebra booleana - álgebra da lógica.

Fundamentos de Álgebra da Lógica

Uma variável lógica é um valor de entrada que pode assumir apenas dois valores opostos: x = 1 ou x = 0. Uma função lógica é a dependência do valor de saída da entrada e do próprio sinal de saída, que também pode assumir apenas dois valores : y = 1 ou y = 0. Uma operação lógica é uma ação realizada por um elemento lógico com variáveis ​​lógicas de acordo com uma função lógica.Os valores 1 e 0 são mutuamente opostos (invertidos): 1 = 0, 0 = 1. O traço significa negação (inversão).

Supõe-se que 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Ao transformar as fórmulas da álgebra lógica, as operações de inversão são executadas primeiro, depois a multiplicação, a adição e todas as outras.

Veja também neste tópico: Leis da álgebra de circuitos de contato

Operações lógicas básicas são discutidas aqui: dispositivos lógicos

Elementos lógicos na forma de circuitos de contato de relé

Os elementos lógicos podem ser representados na forma de um circuito relé-contato (Fig. 1).

Arroz. 1. Elementos lógicos básicos (a) e contato de relé equivalente (b)

Se assumirmos que os contatos fechados correspondem a um sinal e os contatos abertos correspondem a zero, então o elemento A pode ser representado como contatos conectados x1 e x2 e relé y. Se ambos os contatos estiverem fechados, a corrente fluirá pela bobina, o relé funcionará e seus contatos fecharão.

O elemento OR pode ser representado como dois contatos NA conectados em paralelo. Quando o primeiro ou o segundo deles são fechados, o relé é acionado e fecha seus contatos por onde passará o sinal.

Um elemento NOT pode ser representado como um contato NA x e um contato NF y. Se nenhum sinal for aplicado à entrada (x = 0), o relé não funcionará e os contatos de y permanecerão fechados, a corrente fluirá através deles. Se você fechar os contatos x, o relé operará e abrirá seus contatos, então o sinal de saída será zero.

Na fig. 2 mostra um circuito que executa a operação OU — NÃO.Se nenhum sinal for aplicado a nenhuma das entradas, o transistor permanecerá fechado, nenhuma corrente fluirá através dele e a tensão de saída será igual à fonte emf Uy = Uc, ou seja, y = 1.

Arroz. 2. Esquema do elemento lógico OU — NÃO, realizando operações lógicas

Se uma tensão for aplicada a pelo menos uma das entradas, a resistência do transistor cairá de ∞ para 0 e a corrente fluirá pelo circuito emissor-coletor. A queda de tensão no transistor será zero (Uy = 0). Isso significa que não há sinal na saída, ou seja, y = 0. Para operação normal do elemento, é necessário criar um deslocamento do potencial de base em relação ao ponto comum, isso é obtido por uma fonte especial Ucm e um resistor Rcm. O resistor R6 limita a corrente do emissor de base.

Os elementos lógicos construídos em relés eletromagnéticos, transistores, núcleos magnéticos, lâmpadas eletrônicas, relés pneumáticos são muito grandes, por isso agora são usados ​​\u200b\u200bcircuitos integrados.As operações lógicas neles são realizadas no nível do cristal.

Exemplos de uso de portas lógicas em circuitos

Vejamos alguns conjuntos de circuitos elétricos que são mais comumente encontrados em um acionamento elétrico. Na fig. 3a mostra a unidade de alimentação da bobina do contator K.

Arroz. 3. Nós de circuito com elementos lógicos: 1 — 8 — números de entrada e saída

Quando o botão KNP é pressionado, a corrente flui pela linha e o contator é ativado. Seus contatos principais (não mostrados no diagrama) conectam o motor à rede, e os contatos K, fechando, contornam o botão KNP. A corrente agora fluirá por esses contatos e o botão KNP pode ser liberado.Sob a ação da mola, ela abre seus contatos, mas a bobina continuará sendo energizada através dos contatos K. Ao pressionar o botão KnS, a linha é interrompida e o contator é liberado.

Este nó pode ser executado em elementos lógicos. O circuito inclui a bobina do contator K, os botões KNP e KNS, dois elementos lógicos OU — NÃO e um amplificador. O estado inicial é x1 = 0 e x2 = 0, então na saída do elemento 1 obtemos y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. Na saída do elemento 2 - y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t.is a bobina está desligada, o relé não está funcionando.

Se você pressionar KnP, então y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. Na saída do elemento 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. A corrente flui através da bobina e o contator é ativado. O sinal y2 é aplicado à entrada x2, mas y1 não é alterado por isso porque y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Assim, a bobina do contator é energizada.

Se você pressionar o botão KNS, um sinal x4 = 1 será aplicado à entrada do segundo elemento, então y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 e o contator será liberado.

O circuito em questão é capaz de «memorizar» comandos: o sinal y2 permanece inalterado mesmo se o botão for solto.

A mesma função de memória pode ser realizada com um flip-flop. Se um sinal x1 = 1 for aplicado à entrada, então o sinal y = 1 aparecerá na saída e permanecerá inalterado até que pressionemos o botão KnS. O flip-flop é então comutado e aparece na saída um sinal y = 0. Ele permanecerá inalterado até que pressionemos novamente o botão KNP.

Na fig. 3, b mostra um bloco para bloqueio elétrico de dois relés PB (direto) e PH (reverso), o que exclui sua operação simultânea, pois isso levará a um curto-circuito.De fato, quando o botão KnV é pressionado, o relé PB é ativado e seus contatos auxiliares se abrem, e a bobina PH não pode ser energizada mesmo se o botão KnN for pressionado. Observe que aqui não há manobra dos contatos de fechamento dos botões, ou seja, não há módulo de memória.

Em um circuito com elementos lógicos, ao pressionarmos o botão KNV no primeiro elemento, obtemos x1 = 1, y2 = x1 = 0. No segundo elemento, y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

O relé PB é ativado e o sinal y7 é aplicado na entrada do elemento 4 (y7 — x8 = 1). Não há sinal na entrada do elemento 3 (x2 = 0), então y4 = x2 = 1. No quarto elemento: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, ou seja, o relé de PH não pode funcionar , mesmo que o botão KnN seja pressionado. Então obtemos o mesmo resultado: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

Na fig. 3, c mostra o relé de liberação no caso de pressionar o botão KnS ou abrir os contatos da chave fim de curso VK. Em um circuito com elementos lógicos na posição inicial y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, ou seja, a bobina do relé é energizada. Quando você pressiona o botão KnS, obtemos y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 e o relé é liberado.

Na fig. 3, d mostra o dispositivo para ligar o relé no caso de pressionar o botão KNP quando o contato VK está fechado. Em um circuito com elementos lógicos no estado normal dos contatos, obtemos y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Se apenas o botão KNP for pressionado, então y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Se apenas o contato VK estiver fechado, então y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Quando KNP estiver fechado e VK, obtemos y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Isso significa que o relé está ativado.

Na fig. 3, e mostra um circuito de controle para dois relés P1 e P2.Quando a tensão é aplicada ao circuito, o relé de tempo PB é ativado, seus contatos na linha 3 abrem imediatamente. O circuito está pronto para operação. Quando o botão KNP é pressionado, o relé P1 é ativado, seus contatos fecham, ignorando o botão. Outros contatos na linha 2 abrem e na linha 3 fecham. O relé PB é liberado e seus contatos fecham com atraso, o relé P2 é ativado. Assim, após pressionar o botão KNP, o relé P1 é ativado imediatamente e o P2 - após algum tempo.

Em um circuito com elementos lógicos, o nó "Memória" é construído em um flip-flop. Se não houver sinal na saída (y3 = 0), os relés P1 e P2 são desenergizados. Pressione o botão KNP, um sinal aparece na saída do gatilho. O relé P1 é ativado e o elemento EV começa a sincronizar.

Quando ocorre o sinal y5 = 1, o relé P2 é ativado. Quando você pressiona o botão KnS, o gatilho é comutado e então y3 = 0. Os relés P1 e P2 são liberados.

Montagens típicas com elementos lógicos são amplamente utilizadas em circuitos mais complexos, e tais circuitos são muito mais simples do que circuitos de equipamentos relé-contator.