Схема логічного вентиля “NOT” з компаратором

Під час виконання досліду ми знайомимось з аналоговим компаратором та логікою його роботи, також з нього та кількох резисторів ми складаємо логічний вентиль “NOT” і перевіряємо на практиці його таблицю істинності.

Обладнання та матеріали:

Компоненти Амперії:

Power supply unit

джерела струму(2 шт.)

Multimeter

мультиметр

компаратор

resistor

резистори(на 20 та 100 (2 шт.) кОм)

Дослід можна провести й з одним блоком живлення, але для більшої наочності варто використати два — взявши додатковий блок з іншого набору.

wires

з’єднувальні провідники

Вивчаємо цифрові схеми:

цифрові (електронні) схеми — схеми, які обробляють цифрові сигнали. Для цифрових сигналів число дискретних станів два і вони представлені двома рівнями напруги: один, 0 В, зазвичай вважають логічним нулем, інший, скажімо — 5 В, логічною одиницею (сучасні логічні схеми використовують і інші значення логічної одиниці — 3.3 В, 1.8 В тощо. Існують також схеми, у яких 5 В відповідає логічному нулю, а 0 В — логічній одиниці. Такі схеми називаються схемами із активним нулем); цифрові електронні схеми — включаючи найскладніші комп'ютери, є величезними збірками невеликої кількості стандартних логічних вентилів;логічний вентиль — базовий елемент цифрової схеми, що виконує елементарну логічну операцію, перетворюючи вхідні логічні сигнали у вихідний логічний сигнал;одним зі стандартних логічних вентилів є вентиль “NOT”. Він дуже простий — має один вхід і один вихід; таблиця істинності для логічного вентиля "NOT":

    • Input A

    • Output NOT A

    • Input A

    • Input A

    • Output NOT A

    • Output NOT A

    • 0

    • 1

    • Input A

    • 0

    • Output NOT A

    • 1

    • 1

    • 0

    • Input A

    • 1

    • Output NOT A

    • 0

Як саме ми будемо реалізовувати логічний вентиль “NOT” за допомогою аналогового компаратора LM111:

1. Функціональна схема цього компаратора наступна:

Illustration

2. Піни 4 і 8 — це, відповідно, мінус і плюс живлення компаратора, оскільки ця мікросхема не може функціонувати без власного живлення.3. У цій мікросхемі найважливішим елементом є власне компаратор, що на функціональній схемі вище зображений у вигляді трикутника:

Illustration

Працює наш компаратор наступним чином: якщо напруга на вході in- більша за напругу на in+, на виході ми отримаємо напругу живлення (in- > in+ → 5 В), якщо ж навпаки — 0 В (in- < in+ → 0 В). Для того, щоб підкреслити, що наш компаратор працює саме таким чином — на схемі біля виходу (на вершині трикутника) намальовано коло, адже часто аналогові компаратори поводяться зворотним чином, тобто: in- > in+ → 0 В та in- < in+ → 5 В.4. Транзистор у нашому компараторі виконує функцію підсилювача.5. Логіка роботи компаратора з транзистором наступна: якщо in- > in+ → транзистор відкритий, а якщо in- < in+ → транзистор закритий.6. Враховуючи цю інформацію ми можемо скласти логічний вентиль “NOT” використовуючи наступне інженерне рішення:а. На in+ компаратора (пін 2) подаємо напругу, за якої буде відбуватися переключення входу із логічного 0 на логічну 1, наприклад 1 В.б. На in- (пін 3) подаємо наш вхідний сигнал — 0 В або 5 В.в. Емітер вихідного транзистора під’єднаємо до землі, а колектор, через резистор з великим опором, до живлення.г. Також до колектора вихідного транзистора приєднаємо вольтметр, адже саме тут ми будемо отримувати вихідний сигнал.д. У цьому випадку, коли in- > in+ → транзистор відкритий → вихід заземлений, іншими словами на виході логічний 0. У іншому випадку, коли in- < in+ → транзистор закритий → завдяки високоомному резистору на виході ми отримаємо напругу живлення, тобто логічну 1.

Хід досліду:

1. Беремо необхідне для проведення досліду обладнання.2. Складаємо коло за схемою:

circuit

3. Вмикаємо перший блок живлення, який буде виконувати роль живлення нашої схеми, встановлюємо на ньому постійний струм з вихідною напругою 5 В. Також вмикаємо другий блок, який буде задавати вхідний сигнал. Вмикаємо мультиметр у режимі вольтметра, він буде візуалізувати вихідний сигнал нашої схеми.4. Звертаємо увагу, що у випадку коли на вході нашої схеми немає струму (вхідний сигнал дорівнює 0), мультиметр фіксує максимальну різницю напруг, отож на виході логічного вентиля є сигнал 1.5. Тепер встановлюємо на другому блоці живлення вихідну напругу 5 В. Звертаємо увагу, що тепер, коли вхідний сигнал дорівнює 1, мультиметр фіксує напругу лише близько 10 мВ, тобто на виході логічного вентиля є сигнал, що дорівнює 0.

Illustration

Висновок:

Під час виконання досліду ми познайомились з аналоговим компаратором та логікою його роботи, також з нього та кількох резисторів ми склали логічний вентиль “NOT” і перевірили на практиці його таблицю істинності.