Co się stanie, jeśli sygnał wyjściowy z NIE-wstrzykniętej bramki WSTECZ na swoje WŁASNE wejście?

Not-gate, jeśli otrzyma wejście 0 (Off), daje wyjście 1 (On). A jeśli dostaniesz wejście 1 (włączone), zwraca wyjście 0 (wyłączone).

Jeśli teraz mógłbym przywrócić dane wyjściowe do wejścia nie-bramy, to co się stanie? Jeśli bramka otrzymuje wejście 1, daje wyjście 0, a następnie, jeśli dostaje wejście 0, daje wyjście 1.

Sytuacja brzmi jak fizyczny model „wewnętrznej sprzeczności” (samofałszywy) (jak gdy zaatakowany gorączką dzieciak-Bertrand Russel czeka na oszustwo brata przez swojego brata, przygotowując się na wszystkie możliwe sztuczki, Bertranda Russela brat uczynił Bertranda głupcem z kwietnia, robiąc w ogóle „głupca bez kwietnia”; a jeśli brat Bertranda zastosuje jakąś sztuczkę z głupca z kwietnia, Bertrand nie zostanie oszukany z kwietnia, a jeśli brat Bertranda nie użyje głupca z kwietnia, oznacza to, że Bertrand został oszukany przez swojego brata).

Co się stanie w przypadku prawdziwego sprzętu zwanego bramą NOT ?

PRZYJMUJĘ możliwości;

1. brama zawsze pozostanie jako wyjście 0 (wyłączone).

2. bramka zawsze pozostanie jako 1 (włączony) -wyjście.

3. Brama będzie „PULSATUJĄCA”; gdy będzie 1 wyjście; w następnym momencie, po otrzymaniu tego sygnału 1 (on) wyemituje sygnał zerowy (off), a cykl będzie trwał i trwał. Częstotliwość tej oscylacji będzie zależeć od właściwości fizycznych elementu obwodu.

4. obwód zostanie uszkodzony (z powodu anomalnego prądu, przegrzania itp.) i wkrótce na stałe przestanie działać.

Czy coś się wydarzy w tych założeniach?

PS. Myślę o tym problemie z moich szkolnych dni, ale odkąd jeszcze nie wiem, jak złożyć nie-bramkę w obwodzie, skąd można je kupić itp .; Jeszcze nie mogłem tego przetestować eksperymentalnie.

Zwykle zdarzają się przypadki 3. lub 5.

Nie zdefiniowałeś przypadku 5 :-)

• 5. Połączone wejście-wyjście będzie siedzieć przy pewnym napięciu w pobliżu środka zasilania.

74HC14: Gdy używana jest bramka wyzwalana przez Schmitta, prawie na pewno wystąpią oscylacje.
Załóżmy, że Vin-out początkowo = niski = 0.
Gdy wejście = 0, wyjście zmieni się na 1.
Czas na zrobienie tego to opóźnienie propagacji bramki (zwykle zależy od nas w zależności od typu.
Gdy wyjście zacznie być wysokie, szybkość zmian będzie wynosić wpływem obciążenia.
tu obciążenie jest pojemność wejściowa brama + dowolny kondensatorów okablowanie napędzany poprzez rezystancji wyjściowej bramy i jakiegokolwiek oporu przewodów.
Cin_gate jest w arkuszu danych i może być rzędu 10 pF (zmienia się wraz z rodziną).
na pojemność okablowania PCB będzie niska.
W tej sytuacji indukcyjność szeregowa może mieć również niewielki wpływ, ale zwykle jest tak mała, że ​​można ją zapomnieć. Rezystancja wyjściowa różni się znacznie w zależności od typu bramki.
Bardzo przybliżony efekt_efektywny = V / I = Vout / Iout_max.
np. jeśli dd = 5 V, Iout max = 20 mA, to Rout ~~~ = 5 / .020 = 250 Ohm. Jest to bardzo dynamiczne, ale daje pomysł.

Kiedy Vout = 1 doprowadził Cin do wysokiego poziomu za pośrednictwem Rseries + Rout, brama zobaczy VIn = 1 i zacznie przełączać się na Vo = 0. Po opóźnieniu propagacji wyjście zaczyna spadać.
I tak trwa.

74HC04 : Gdy używana jest bramka nie aktywowana przez Schmitta, MOŻE wystąpić oscylacja przez powyższy mechanizm, ale bardziej prawdopodobne jest, że brama ustali się w tryb liniowy z Vin-Vout przy około połowie zasilania.
Wewnętrzne pary tranzystorowo-przełączające, które mają być generowane przez inną wysoką lub niską moc wyjściową, przez większość czasu mogą być utrzymywane w stanie pośrednim. Może to prowadzić do wysokiego poboru prądu i może prowadzić do zniszczenia układu scalonego, ale także nie.

Jako przewodnik:

Karta katalogowa falownika 74HC04 Opóźnienie propagacji ~~ = 20 ns Karta katalogowa falownika 74HC14 Opóźnienie propagacji ~~ = 35 ns

Opóźnienie propagacji 74HC14 jest o około 50% większe niż w przypadku 74HC04, ale histereza menu bramek wejściowych wyzwalacza Schmitta Vin rośnie nieco dłużej, więc prawdopodobnie oznacza to ogólne opóźnienie około dwukrotne dla bramki wyzwalanej przez Schmitta.

Jeśli Cin = 10 pF i Rout = 250 Ohm, to stała czasowa Vout jazdy Cin = t = RC = 250 x 10E-12
~~ = 3E-9 = 3 ns.
Pary liczb oddzielone poniżej „/” dotyczą 74HC04 / 74HC14 Jako opóźnienie propagacji ~ = 20/40 ns ('04 / '14) (patrz rys. 6 w arkuszu danych 74HC04), a następnie całkowity czas od niskiego do wysokiego i od niskiego do wysokiego czasu dla 1 cyklu oscylacyjnego może być 50/100 ns, więc sugeruje się oscylację około 20/10 MHz. W praktyce wydaje się to być może „trochę wysokie” dla 74HC14, ale oscylacja w zakresie MHz prawdopodobnie nie występuje przy innych obciążeniach przy napięciu 5 V. 74HC04 prawdopodobnie nie będzie oscylować, ale jeśli tak, prawdopodobnie zrobi to z większą częstotliwością.

Uwaga: Bramka Schmitta będzie oscylować z mniejszą częstotliwością, zarówno z powodu dłuższego opóźnienia propagacji, jak i dlatego, że progi hi-lo są określone i oddzielone napięciem histerezy - więc ładowanie Cin trwa nieco dłużej. Brama inna niż Schmitt prawdopodobnie będzie oscylować wyżej, jeśli oscyluje, ale jest bardziej prawdopodobne, że przejdzie w tryb liniowy - być może z nałożoną oscylacją o niskiej amplitudzie.

_____________________________________________

Co jest w środku?:

Mario pokazał schemat koncepcyjny prostego falownika, takiego jak 74C04. Były to jedne z pierwszych bramek CMOS - ale dysk o niskiej wydajności był „denerwujący” i wkrótce pojawiły się buforowane bramki z większą liczbą dysków. Aby uzyskać dodatkowy napęd prądowy, mają one wysokoprądowy stopień wyjściowy niezależny od stopnia wejściowego. Ponieważ oba odwracają, ogólny wynik NIE jest falownikiem, dlatego dodają trzeci stopień odwracania, aby uzyskać całkowitą inwersję. Rezultatem końcowym jest „falownik” zewnętrzny i czarna skrzynka o nieznanym zdarzeniu, gdy są napędzane półautomatycznie.

Dla 74HC04 poniższy schemat jest pokazany w
Fairchild i
TI oraz w
arkuszach danych NXP,
ALE
ON-Semi ,
żeby być innym, uczyń z drugiego etapu bufor z wejściem odwracającym. Wynik jest taki sam, logicznie mądry. Ogólnie rzecz biorąc, nie ma gwarancji, co się stanie, gdy pozwolimy mu funkcjonować w sposób częściowo analogowy.

Jeden falownik 6 w 74HC04:

Pamiętaj, że dotyczy to tylko jednej wersji opartej na CMOS - istnieje wiele innych wersji CMOS.

CMOS jest najczęściej używanym, ale oryginalnym TTL, LSTTL, STTL. ECL i więcej.

to, co opisujesz, nazywa się oscylatorem pierścieniowym

Twoje wyjście będzie oscylować z określoną częstotliwością w zależności od opóźnienia bramki twojej bramki NOT.

Idealna bramka NIE oscylowałaby z nieskończoną wysoką częstotliwością.

Ponieważ takie idealne urządzenie nie istnieje, twoja częstotliwość będzie

$f=\frac{1}{2*t}$

gdzie t jest opóźnieniem bramki NIE używanej bramki.

Patrząc na schemat tranzystora można zauważyć, że powstały obwód składa się z dwóch tranzystorów, których bramki są podłączone do drenów. Ten tak zwany tranzystor „podłączony diodą” działa jak rezystor nieliniowy.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Zasadniczo otrzymujesz dzielnik napięcia iw zależności od rzeczywistych wymiarów tranzystora otrzymasz napięcie, które powinno wynosić około połowy napięcia zasilania.

Pojedynczy falownik nie będzie oscylował, ponieważ nie ma wystarczającego przesunięcia fazowego. Do oscylatora potrzebne są co najmniej trzy falowniki połączone szeregowo.

Może to zależeć od technologii, ale przynajmniej bramkę TTL NOT (tranzystory bipolarne) często można postrzegać jedynie jako wzmacniacz odwracający o wysokim wzmocnieniu.

Podłączając wejście do wyjścia, tworzysz silne ujemne sprzężenie zwrotne, więc wzmacniacz ustabilizuje się gdzieś pomiędzy logicznym 0 a logicznym 1.

Jeśli podłączysz wejście do wyjścia przez rezystor, może być możliwe doprowadzenie i wzmocnienie zewnętrznego sygnału analogowego.

Wewnętrzne elementy pojedynczej bramki zwykle nie mają wystarczającej pojemności pasożytniczej (więc opóźniają), aby wytworzyć oscylacje, jeśli są połączone w ten sposób. Jednak pierścień 3, 5 lub więcej bramek może mieć wystarczające opóźnienie do wygenerowania sygnału wysokiej częstotliwości zamiast przejścia w stan stabilny.

W starej rosyjskiej literaturze widziałem takie „cyfrowe analogowe” rozwiązania w stabilizatorach napięcia (bardzo elegancki - układ cyfrowy stabilizuje dla siebie 5 V) i generatorach (łańcuch 3 bramek działa jak oscylator, gdzieś około 8 MHz). Te diagramy odnosiły się do układów serii K155 (myślę, że coś w rodzaju starej serii 7400 powinno być zachodnim analogiem).

Nie nowa odpowiedź, ale tak proste zrozumienie, że „punkt 5”. (zostało to wyjaśnione przez innych użytkowników), z prostą mechaniczną analogią .

Nie-gate można porównać z dźwignią, ze stałą, odpoczynku podparcia na środku dźwigni. (Tak jak w nożyczkach).

Jeśli jego jeden koniec (przypuszczalnie jako koniec wyjścia) zostanie wciśnięty , drugi koniec (przypuszczalnie jako koniec wyjścia) wzrośnie .

I w-przeciwieństwo , jeśli wejście-end snatched- się , wyjście-end deeps- dół .

Przypuszczamy,

W górę = 1

W dół = 0

W tym mechanicznym modelu nie ma prostego sposobu na połączenie danych wejściowych z wyjściowym, więc przechodzimy do lekkiej pośredniej drogi. ...

co się dzieje, gdy więcej niż 1 nie-bramy są montowane w kombinacji szeregowej.

Nieparzystej liczby od bramy nie szeregowo (dość podobnych do pierścienia oscylator) zachowują się jak w pojedynczej-not-bramy . To samo jest u naszego przedstawiciela mechanicznego.

1 dźwignia (zawierająca 1 punkt podparcia i 2 końce) = 1 nie brama.

Teraz, ponieważ ta kombinacja działałaby jak pojedyncza brama, a jej dane wyjściowe mogłyby oddziaływać z danymi wejściowymi , jak to.

Stojaki narysowane tylko dla oznaczenia, punkty podparcia są utrzymywane na stałym miejscu w określonym miejscu, a połączenie 2 oddzielnych dźwigni (= oddzielne nie bramy) może przesuwać się w górę lub w dół

Więc jeśli moglibyśmy dołączyć do początku i do końca (i moglibyśmy zapewnić odpowiedni system do tolerowania nadciśnienia pomiędzy 2 sąsiadującymi dźwigniami) ...

Całość uformowałaby krąg płaski; z zerami na 0 lub 1. Ale na ...

... 0,5. Pozycja pośrednia.

Lubię to:

Na tym ostatnim zdjęciu lewy obraz przedstawia jedną dźwignię, przedstawioną podobnie jak mapa świata narysowana na 2-stronicach, z odrobiną Alaski poza wschodnim krańcem Rosji i odrobiną Rosji na Na zachód od Alaski.

Na ostatnim zdjęciu prawy obraz pokazuje płaską, poziomą pozycję z wartością 0,5.

Zwykła bramka (bez wyzwalacza Schmitta) nie może być zasadniczo postrzegana jako rodzaj wzmacniacza odwracającego, który normalnie działa w nasyceniu. Podłączając wyjście do wejścia, stosujemy ujemne sprzężenie zwrotne do tego wzmacniacza.

Wyniki tego zależą od odpowiedzi częstotliwościowej. Brama jednostopniowa nie reaguje na pierwsze zamówienie i stabilizuje się na poziomie gdzieś pomiędzy dwiema szynami zasilania.

Brama trójstopniowa („buforowana”) nie będzie miała odpowiedzi trzeciego rzędu. Przy częstotliwościach przekraczających drugą częstotliwość przerwania spowoduje to przesunięcie fazowe o około 180 stopni, zmieniając ujemne sprzężenie zwrotne w pozytywne sprzężenie zwrotne. Jeśli bramka nadal ma wzmocnienie na tych częstotliwościach, będziesz miał oscylator.

Jaka jest „odpowiedź trzeciego rzędu”? Jaka jest „druga częstotliwość przerwy”?

Każdy wzmacniacz działa jak filtr dolnoprzepustowy. Ogólnie wzmacniacz jednostopniowy ma odpowiedź pierwszego rzędu.

Filtr z odpowiedzią pierwszego rzędu może być aproksymowany dwiema liniami prostymi na wykresie ze skalą log-log. W tym przybliżeniu wzmocnienie pozostaje płaskie, dopóki częstotliwość przerywania nie spadnie w tempie 20 dB na dekadę (~ 6 dB na oktawę). Przed częstotliwością przerwania wejście jest w fazie z wyjściem. Po częstotliwości przerywanej moc wyjściowa wynosi 90 stopni poza fazą wraz z wejściem.

Filtr z odpowiedzią drugiego rzędu ma dwie częstotliwości przerwania i może być aproksymowany trzema liniami prostymi na naszym wykresie log-log. Ponownie w tym przybliżeniu wzmocnienie pozostaje płaskie przy zerowej zmianie fazy do pierwszej częstotliwości przerwy. Następnie spada przy 20dB na dekadę z przesunięciem fazowym o 90 stopni aż do drugiej częstotliwości przerywania. Wreszcie spada do 40db na dekadę z przesunięciem fazy o 180 stopni.

Filtr z odpowiedzią trzeciego rzędu może być aproksymowany czterema liniami prostymi na naszym wykresie logarytmiczno-logicznym w przybliżeniu po pierwszej częstotliwości przerwania, przy której następuje obniżenie 20 dB / dekadę i przesunięcie fazowe o 90 stopni, po drugiej częstotliwości przerwania obniżenie fazy o 40 dB / dekadę i przesunięcie fazowe o 180 stopni, a po trzeciej częstotliwości przerwy masz przesunięcie fazowe o 270 stopni i 60 dB / dekadę.

To przybliżenie nie jest idealne, w rzeczywistości istnieje łagodniejsze przejście wielkości i fazy w obszarze wokół każdej częstotliwości przerwania, ale jest wystarczające do naszych celów.

Kiedy umieszczamy trzy wzmacniacze, każdy z odpowiedzią pierwszego rzędu, otrzymujemy system, który ma odpowiedź trzeciego rzędu.

P: Czy ta odpowiedź jest przydatna?
Odp .: Tak mi się wydaje. (Niektórzy mogą nie :-)).

Wykorzystuje humor w postaci realizacji bardzo starego dowcipu - i zdarza się, że zajmuje się inwersją i oscylacją w sposób analogiczny do falownika w tym pytaniu.

_________________________________

Nowicjusz Ben opublikował link do czegoś, co przez niektórych było uważane za nieistotne.
W rzeczywistości jest dość podobny i prawie przydatny, a także nieco zabawny.
Zawsze zdezorientowany zgłosił problem z zaporą - mój system, który jest (teoretycznie) bezpieczny, nie „narzekał”, kiedy wchodziłem na stronę.

Ten link, który dostarczył Ben, to 40-sekundowy film pokazujący „naukowca” eksperymentującego z upuszczonym masłem tostowym i kotem, który zauważa, jak lądują. To, co robi dalej, pasuje do standardowego żartu. W tle jego asystent Igora ciężko pracuje. Toast, kot, trochę taśmy izolacyjnej i aparat Igora wytwarzają coś istotnego dla tego pytania. Obejmuje inwersję i oscylację oraz (prawdopodobnie sprzężenie zwrotne). Plus odrobina humoru.

Podoba mi się ~ ~ 20 mm eksperyment upuszczania toastów - i mało prawdopodobny wynik.
To w przybliżeniu odpowiada trudnemu skrócie pytania - i być może wynikowi.

Ponadto Ben zauważył „… i wytwarza nieograniczoną moc”. .
Ma to sens w kontekście toast + cat, ale nie jest zbyt istotne dla tego pytania.