Схема первого опытного устройства на цифровой микросхеме, которую я предлагаю тебе для закрепления в памяти принципа работы логического элемента 2И-НЕ, показана на рис. 304. Из четырех элементов микросхемы K455ЛA3 в нем работают только два (любых) а два других не используются.
В целом это устройство представляет собой генератор световых импульсов, который можно использовать, например, для модели маяка.
Рис. 304. Схема генератора световых импульсов с использованием логических элементов 2И-НЕ
Элементы D1.1 и D1.2, включенные инверторами, соединены между собой последовательно, образуя как бы двухкаскадный транзисторный усилитель с непосредственной связью. Конденсатор С1, включенный между выходом элемента D1.2 и входом элемента D1.1, создает между выходом и входом такого усилителя положительную обратную связь, благодаря которой он возбуждается, начинает генерировать электрические колебания.
Догадываешься, что представляет собой эта часть электронного устройства? Совершенно верно: мультивибратор, генерирующий импульсы напряжения, близкие по форме к прямоугольным.
Частота импульсов зависит от емкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R1. При емкости конденсатора С1, указанной на схеме, только переменным резистором R1 частоту импульсов можно изменять примерно от 60 до 120 в 1 мин (1–2 Гц). С вывода 6 элемента D1.2, являющегося выходом мультивибратора, скачкообразно изменяющееся напряжение подается на базу транзистора V1 и управляет его работой. В те моменты времени, когда на выводе 6 этого элемента напряжение низкого уровня, транзистор V1 закрыт. Когда же на этом выводе напряжение высокого уровня, транзистор открывается и лампочка Н1 в его коллекторной цепи загорается. Таким образом, транзистор, управляемый перепадами напряжения на выходе элемента D1.2, работает в режиме переключения, а частота световых вспышек лампочки определяется частотой импульсов, генерируемых мультивибратором.
Все детали генератора световых импульсов, кроме источника питания, можно смонтировать на картонной плате размерами примерно 40х60 мм. Микросхему D1, электролитический конденсатор С1 (типа К50-6), транзистор V1, лампочку накаливания Н1 (МН2,5–0,068) и резисторы размещай с одной стороны платы, а соединения между ними делай с другой стороны. Выводы микросхемы пропусти через проколы в плате до упора корпуса, отогни немного в стороны и туг же пронумеруй, чтобы исключить ошибки в соединении ее элементов.
Источником питания может быть сетевой блок питания, батарея 3336Л или батарея, составленная из трех элементов 332. Проводник положительного полюса источника тока (желательно в изоляции красного цвета) подключай к выводу 14, а проводник отрицательного полюса — к выводу 7 микросхемы.
Прежде чем включить питание, движок резистора R1 поставь в положение наибольшего введенного сопротивления (по схеме — в крайнее правое), а между общим заземленным проводником и выходом мультивибратора (вывод 6 элемента D1.2) включи вольтметр постоянного тока. Если ошибок в монтаже нет, то после включения питания стрелка вольтметра должна периодически, с частотой мультивибратора, отклоняться от нулевой отметки шкалы и с такой же частотой вспыхивать лампочка в коллекторной цепи транзистора.
Попробуй уменьшать введенное сопротивление переменного резистора R1 — частота колебаний стрелки вольтметра и вспышек лампочки накаливания должна плавно увеличиваться.
Подключи параллельно конденсатору С1 второй конденсатор такой же или большей емкости. Что изменилось? Частота световых вспышек, регулируемая резистором R1, уменьшилась примерно вдвое. Емкость этого конденсатора можно уменьшить примерно до 100 мкФ. Но тогда при минимальном сопротивлении резистора R1 частота импульсов, генерируемых мультивибратором, будет столь значительной, что стрелка вольтметра и нить накала лампочки из-за инерционности уже не смогут на них реагировать. На такую частоту будут реагировать только головные телефоны, подключенные к выходу мультивибратора.
Такой генератор ты можешь также использовать в качестве «мигалки» — указателя поворотов при езде на велосипеде. В этом случае резистор R1 может быть постоянным, но подобранным такого номинала, чтобы лампочка вспыхивала не более 50–60 раз в 1 мин. Источник питания — батарея 3336Л. Для коммутации цепей питания используй трехпозиционный двухсекционный тумблер со средним нейтральным положением. В среднем положении ручки тумблера генератор и лампочки накаливания, находящиеся слева и справа от сидения велосипеда, обесточены. В левом положении ручки тумблера будут включаться одновременно сам генератор и левая лампочка, а при правом положении ручки тумблера тоже генератор и правая лампочка указателя поворотов. Составить схему такой коммутации цепей питания ты, надеюсь, сможешь и без моей помощи.
Схему еще одного устройства на микросхеме К155ЛАЗ, в котором работают все составляющие ее элементы 2И-НЕ, ты видишь на рис. 305. Это тоже генератор, но он низкочастотный.
Рис. 305. Схема генератора колебаний звуковой частоты
Сам генератор образуют последовательно соединенные элементы D1.1, D1.2 и D1.3. Конденсатор С1 создает между выходом второго элемента и входом первого элемента положительную обратную связь, обеспечивающую автоколебательный процесс, а резистор R1 стабилизирует режим возбуждения генератора.
Работает устройство следующим образом. Сразу после включения питания (выключателем S1) конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R1. Предположим, что в этот момент времени на выходе элемента D1.2 будет напряжение высокого уровня (около 4 В), тогда на выходе элемента D1.3 будет напряжение низкого уровня (примерно 0,4 В). Как только напряжение на левой (по схеме) обкладке конденсатора С1, а значит, и на входе элемента D1.1 станет ниже порогового (1,2–2,3 В), состояние всех элементов изменится на обратное. Теперь конденсатор С1 начинает разряжаться через резистор R1 и элемент D1.3, а затем, когда элементы переключатся в первоначальное состояние, будет вновь заряжаться и т. д. В результате на выводе 6 элемента D1.2, являющегося выходом генератора, будут непрерывно, пока включено питание, формироваться импульсы напряжения прямоугольной формы. Точно такие же импульсы, но сдвинутые по фазе на 180°, будут и на выводе 11 элемента D1.4, выполняющего функцию инвертора.
С выхода элемента D1.4 сигнал генератора подается на переменный резистор R2, а с его движка на вход усилителя 3Ч, работу которого надо проверить. Этот резистор, таким образом, выполняет роль регулятора уровня выходного сигнала генератора.
Частоту генерируемых импульсов плавно регулируют переменным резистором R1. С уменьшением его сопротивления частота генератора повышается, а с увеличением, наоборот, снижается. При емкости конденсатора С1, равной 0,5 мкФ, наибольшая частота генератора составляет 4–5 кГц, а наименьшая примерно 500 Гц.
Смонтировать и проверить работоспособность генератора можно на той же картонной плате, на которой ты монтировал первый генератор, с использованием той же микросхемы. Конденсатор С1 — МБМ или БМ, резисторы R1 и R2 любых типов. Источником питания может быть выпрямитель с выходным напряжением 5 В или батарея 3336Л.
Тщательно проверь все соединения по принципиальной схеме. Если ошибок в монтаже нет, то подключи к выходу генератора головные телефоны и включи питание — в телефонах услышишь звук, тональность которого можно изменять переменным резистором R1, а громкость — переменным резистором R2.
Определенный практический интерес представляет двух тональный генератор который можно использовать, например, в качестве квартирного звонка. Такой звуковой автомат (рис. 306) состоит из трех генераторов, включаемых вызывной кнопкой S1. В первом из них работают элементы D1.1, D1.2 и D1.4, во втором — D1.3, D2.1 и D2.2, в третьем — D2.3, D2.4 и D2.2. Элемент D2.2, таким образом, является общим для второго и третьего генераторов, которые, в свою очередь, управляются первым генератором.