Puertas lógicas en circuitos eléctricos.

Los elementos lógicos son dispositivos que hacen una cierta conexión entre los valores de entrada y salida. Un elemento lógico elemental tiene dos entradas y una salida. Las señales para ellos son discretas, es decir, toman uno de los dos valores posibles: 1 o 0. La presencia de voltaje a veces se toma como uno, y su ausencia a veces se toma como cero. El funcionamiento de tales dispositivos se analiza utilizando los conceptos del álgebra booleana: álgebra de la lógica.

Los dispositivos que funcionan con señales discretas se denominan discretos. El funcionamiento de tales dispositivos se analiza utilizando los conceptos del álgebra booleana: álgebra de la lógica.

Fundamentos de Álgebra de Lógica

Una variable lógica es un valor de entrada que puede tomar solo dos valores opuestos: x = 1 o x = 0. Una función lógica es la dependencia del valor de salida de la entrada y de la propia señal de salida, que también puede tomar solo dos valores : y = 1 o y = 0. Una operación lógica es una acción realizada por un elemento lógico con variables lógicas de acuerdo con una función lógica.Los valores 1 y 0 son mutuamente opuestos (invertidos): 1 = 0, 0 = 1. El guión significa negación (inversión).

Se supone que 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Al transformar las fórmulas del álgebra lógica, primero se realizan las operaciones de inversión, luego la multiplicación, la suma y luego todas las demás.

Ver también sobre este tema: Leyes del álgebra de circuito de contacto

Las operaciones lógicas básicas se discuten aquí: Dispositivos lógicos

Elementos lógicos en forma de circuitos de contacto de relé

Los elementos lógicos se pueden representar en forma de un circuito de contacto de relé (Fig. 1).

Arroz. 1. Elementos lógicos básicos (a) y contacto de relé equivalente (b)

Si asumimos que los contactos cerrados corresponden a una señal y los contactos abiertos corresponden a cero, entonces el elemento A puede representarse como contactos conectados x1 y x2 y relé y. Si ambos contactos están cerrados, la corriente fluirá a través de la bobina, el relé funcionará y sus contactos se cerrarán.

El elemento OR se puede representar como dos contactos NA conectados en paralelo. Cuando se cierra el primero o el segundo de ellos, el relé se activa y cierra sus contactos por donde pasará la señal.

Un elemento NOT se puede representar como un contacto NA x y un contacto NC y. Si no se aplica ninguna señal a la entrada (x = 0), entonces el relé no funciona y los contactos de y permanecen cerrados, la corriente fluye a través de ellos. Si cierra los contactos x, el relé operará y abrirá sus contactos, luego la señal de salida será cero.

En la Fig. 2 muestra un circuito que realiza la operación OR — NOT.Si no se aplica ninguna señal a ninguna de las entradas, el transistor permanecerá cerrado, no fluirá corriente a través de él y el voltaje de salida será igual a la fem de la fuente Uy = Uc, es decir y = 1.

Arroz. 2. Esquema del elemento lógico O — NO, realizando operaciones lógicas

Si se aplica un voltaje a al menos una de las entradas, entonces la resistencia del transistor caerá de ∞ a 0 y la corriente fluirá a través del circuito emisor-colector. La caída de voltaje a través del transistor será cero (Uy = 0). Esto significa que no hay señal en la salida, es decir, y = 0. Para el funcionamiento normal del elemento, es necesario crear un desplazamiento del potencial base con respecto al punto común, esto se logra mediante una fuente especial Ucm y una resistencia Rcm. La resistencia R6 limita la corriente del emisor base.

Los elementos lógicos construidos sobre relés electromagnéticos, transistores, núcleos magnéticos, lámparas electrónicas, relés neumáticos son demasiado grandes, por lo que ahora se utilizan circuitos integrados, en los que las operaciones lógicas se realizan a nivel de cristal.

Ejemplos de uso de puertas lógicas en circuitos.

Veamos algunos conjuntos de circuitos eléctricos que se encuentran más comúnmente en un accionamiento eléctrico. En la Fig. 3a muestra la unidad de alimentación de la bobina del contactor K.

Arroz. 3. Nodos de circuito con elementos lógicos: 1 — 8 — números de entrada y salida

Cuando se presiona el botón KNP, la corriente fluye a través de la línea y se activa el contactor. Sus contactos principales (que no se muestran en el diagrama) conectan el motor a la red, y los contactos K, al cerrarse, evitan el botón KNP. La corriente fluirá ahora a través de estos contactos y se puede soltar el botón KNP.Bajo la acción del resorte, abre sus contactos, pero la bobina seguirá siendo energizada a través de los contactos K. Cuando se presiona el botón KnS, la línea se interrumpe y el contactor se libera.

Este nodo se puede ejecutar sobre elementos lógicos. El circuito incluye la bobina del contactor K, los botones KNP y KNS, dos elementos lógicos OR — NOT y un amplificador. El estado inicial es x1 = 0 y x2 = 0, luego en la salida del elemento 1 obtenemos y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. En la salida del elemento 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .es la bobina está apagada, el relé no funciona.

Si presiona KnP, entonces y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. En la salida del elemento 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. La corriente fluye a través de la bobina y el contactor se activa. La señal y2 se aplica a la entrada x2 pero y1 no cambia porque y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Por lo tanto, la bobina del contactor se energiza.

Si presiona el botón KNS, se aplicará una señal x4 = 1 a la entrada del segundo elemento, luego y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 y se liberará el contactor.

El circuito en cuestión es capaz de «memorizar» comandos: la señal y2 permanece invariable aunque se suelte el botón.

La misma función de memoria se puede lograr con un flip-flop. Si se aplica una señal x1 = 1 a la entrada, entonces la señal y = 1 aparecerá en la salida y permanecerá sin cambios hasta que presionemos el botón KnS. Luego se cambia el flip-flop y en la salida aparece una señal y = 0. Permanecerá sin cambios hasta que presionemos nuevamente el botón KNP.

En la Fig. 3, b muestra un bloque para el bloqueo eléctrico de dos relés PB (adelante) y PH (atrás), que excluye su funcionamiento simultáneo, ya que esto conducirá a un cortocircuito.De hecho, cuando se presiona el botón KnV, el relé PB se activa y sus contactos auxiliares se abren, y la bobina PH no se puede energizar incluso si se presiona el botón KnN. Tenga en cuenta que aquí no hay maniobra de los contactos de cierre de los botones, es decir, no hay módulo de memoria.

En un circuito con elementos lógicos, cuando presionamos el botón KNV en el primer elemento, obtenemos x1 = 1, y2 = x1 = 0. En el segundo elemento, y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

El relé PB se activa y la señal y7 se aplica a la entrada del elemento 4 (y7 — x8 = 1). No hay señal en la entrada del elemento 3 (x2 = 0), entonces y4 = x2 = 1. En el cuarto elemento: y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, es decir, el relé PH no puede funcionar , incluso si se presiona el botón KnN. Entonces obtenemos el mismo resultado: 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

En la Fig. 3, c muestra el relé de liberación en caso de presionar el botón KnS o abrir los contactos del interruptor de límite VK. En un circuito con elementos lógicos en la posición inicial y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, es decir, la bobina del relé está energizada. Cuando presiona el botón KnS, obtenemos y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 y se libera el relé.

En la Fig. 3, d muestra el dispositivo para encender el relé en caso de presionar el botón KNP cuando el contacto VK está cerrado. En un circuito con elementos lógicos en el estado normal de los contactos, obtenemos y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Si solo se presiona el botón KNP, entonces y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Si solo el contacto VK está cerrado, entonces y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Cuando KNP está cerrado y VK obtenemos y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Esto significa que el relé está activado.

En la Fig. 3, e muestra un circuito de control para dos relés P1 y P2.Cuando se aplica voltaje al circuito, el relé de tiempo PB se activa, sus contactos en la línea 3 se abren inmediatamente. El circuito está listo para funcionar. Cuando se presiona el botón KNP, el relé P1 se activa, sus contactos se cierran, sin pasar por el botón. Otros contactos en la línea 2 se abren y en la línea 3 se cierran. El relé PB se libera y sus contactos se cierran con un tiempo de retardo, se activa el relé P2. Por lo tanto, después de presionar el botón KNP, el relé P1 se activa inmediatamente y P2, después de un tiempo.

En un circuito con elementos lógicos, el nodo "Memoria" se construye sobre un flip-flop. Si no hay señal en la salida (y3 = 0), los relés P1 y P2 se desexcitan. Presione el botón KNP, aparece una señal en la salida del disparador, el relé P1 se activa y el elemento EV comienza a sincronizarse.

Cuando se produce la señal y5 = 1, se activa el relé P2. Cuando presiona el botón KnS, el disparador cambia y luego y3 = 0. Los relés P1 y P2 se liberan.

Los ensambles típicos con elementos lógicos se usan ampliamente en circuitos más complejos, y tales circuitos son mucho más simples que los circuitos de equipos de relé-contactor.