Схемы на cd4011 своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 04.09.2024

Цифровые микросхемы могут реализовывать не только математическую логику. Один из примеров альтернативного функционала – генераторы тактовых импульсов.

В самом простейшем виде генератор представляет собой ни что иное, как колебательный контур, собранный на базе конденсатора и сопротивления (так называемый RC-контур). Однако, такие схемы отличаются низким качеством выходного сигнала и нелинейностью формируемых импульсов.

Придать им правильную "квадратную" форму смогут микросхемы, реализующие простую логику "И-НЕ", такие как К561ЛА7 или аналоги. Но обо всем поподробнее.

Микросхема реализует логику четырёх независимых элементов "И-НЕ" (схема с цоколевкой ниже).

Номинальное напряжение для питания – 10 В, максимальное – не более 15 В.

Может работать практически при любой температуре (от -45 до +85°С), потребляет совсем немного тока (до 0,3 мкА) и имеет небольшое время задержки (80 нс).

К прямым аналогам можно отнести микросхему CD4011A. Однако, в описываемой задаче могут применяться также:

К176ЛЕ5 (допустима прямая замена без изменения схемы);
Микросхемы из серии К561;
К176ПУ2/или ПУ1;
А также другие микросхемы, реализующие логику четырёх или более независимых инверторов.

На всякий случай приведем таблицу истинности.

Рис. 2. Таблицу истинности

Простой генератор частоты

Схема, обозначенная ниже, будет формировать меандр (прямоугольные импульсы).

Рис. 3. Схема, которая будет формировать меандр

Фактически можно обойтись и без последнего блока D1.4.

Колебания задаются контуром C1R1, а логические элементы преобразуют синусоидальный сигнал в прямоугольный, отсекая фронты спада и подъема согласно логике инвертирования (есть сигнал на входе, превышающий пороговое значение – выдается на 0, отсутствует – выдается логическая единица).

Недостаток такого генератора – отсутствие возможности регулирования частоты (она фиксированная и определяется номиналом конденсатора с резистором) и влияния на время паузы, длительности импульса (или их соотношение – то есть скважность).

Схема, обозначенная ниже позволяет отдельно регулировать время паузы и длительность импульса.

Рис. 4. Схема, которая позволяет отдельно регулировать время паузы и длительность импульса

За эту логику отвечают настроечные резисторы R2 и R3. Частотный диапазон регулируется незначительно и потому для его кардинальной смены можно предусмотреть включение нескольких конденсаторов разной емкости (на замену C1), включаемых в схему попеременно.

Еще одна версия с возможностью регулирования скважности (основана на схеме все того же мультивибратора).

Рис. 5. Вариант схемы с возможностью регулирования скважности

Схема с различной формой сигнала

Можно назвать ее практически универсальной для различного рода экспериментов с ГТИ (генераторами тактовых импульсов).

Выглядит она следующим образом.

Рис. 6. Схема с различной формой сигнала

Номинал резисторов и конденсаторов не особо принципиален и может быть изменен под свои нужды.

Как видно выше, есть сразу три выхода с прямоугольным сигналом (меандром), треугольным и синусом.

Каждый из них может быть изменен соответствующими подстроечными резисторами.

Мнения читателей

Схема (3) , в которой использован конденсатор на 10мкф - это ЧТО? Издевательство над микросхемой? Ладно полярность конденсатора не указана (используем металлобумажный размером с кирпич?), так ведь токи переразрядки огромны для указанного типа микросхем!

Для "величайшего умника" Александра. Откровенно говоря большего идиотизма за 40 лет работы с различными линейными и цифровыми схемами мне еще не приходилось читать. Никогда больше и нигде эту дурь не пишите. Кроме микросхем ЭСЛ все остальные работают в ключевом режиме- открыт/закрыт. Для вывода в линейный режим (усиление) вводят ОС. Однако этот режим не характерен и не описан в datasheet на элементы. Да и попробуйте заставить усиливать триггер или АЛУ. Микросхемы ЭСЛ изначально работают в линейном режиме обеспечивая высокое быстродействие (время задержки для серии 1500 менее 1 нс). Плата за это- большое потребление и тепловыделение.Советую прежде чем менторским тоном поучать других - по изучать не только основы цифровой техники, но и основы построения логических элементов, не помешает изучить соответствующую литературу

Пишу специально для умника ЕВГЕНИЯ, к вашему сведению в цифровой логике используются обычные усилители сигналов как синусоидальных, так прямоугольных, треугольных и всех остальных. если охватить логический элемент или последовательную цепочку логических элементов отрицательной обратной связью, то получим обычный усилитель с коэфициентом усиления определяемым этой оос. если обратной связи нет, то элемент работает на предельном усилении и при наличии небольшого превышения порогового сигнала на входе сразу усиливает его до логической единицы на выходе. так что перед тем как давать такие советы сначала сами изучите схемотехнику логических микросхем

на схеме рис.3 вы пишете-логические элементы преобразуют синусоидальный сигнал в прямоугольный-чего в природе цифровых микросхем в априори не может быть на выходе всегда только прямоугольник. Прежде чем что то писать изучите сначала как работает тот или иной элемент, а не вводите людей в заблуждение

схема частотного приемника меандра без блока питания существует.

А как считать частоты, по каким формулам?

Виталий, правИльно. Что у Вас в школе по русскому было?

Подскажите а как увиличить амплитуду сигнала если в первой схеме поставить с1 на 100п например?и как рассчитать правельно резистор?

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Из присланного на почту сайта: приветствую всех коллег-радиоэлектронщиков из России, Украины, Белоруссии и других братских стран! Посылаю вам схему детектора металла (металлоискатель) из одного местного журнала, которую недавно успешно спаял - очен хорошо и стабильно работает! Он работает на двух микросхемах CD4011 И MA741.

Схема металлоискателя на CD4011 И MA741

На выходе наушники, по звуку определяем лежащий рядом металл. Датчик поиска - катушка 18 cм диаметра, она имеет 30-40 витков 0,40 медного лакированного провода, когда катушка сделана, то надо обмотать фольгой алюминия. Батарейку ставьте простую 9-вольтовую. Фото не могу прислать - сижу с телефона. Мои поздравления из Сербии - miroslav.

Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры - краткий обзор и сравнение технологий.

Про использование технологии беспроводного питания различных устройств.

Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.

Переделываем игрушку обычный трактор в радиоуправляемый - фотографии процесса и получившийся результат.

Металлоискатель - очень заманчивое устройство, его можно использовать для самых разных целей, например для поиска старой проводки, водопроводных труб, ну и в конце концов клада. Понятие металлоискатель очень обширное, сами металлоискатели бывают разными, принцип поиска металла заложенный в классических металлоискателях применяется в самых разных устройствах начиная от простых детекторов заканчивая радиолокационными станциями.

В последнее время большую популярность набирают так называемые импульсные металлоискатели которые в своем составе содержат только одну катушку и имеют относительно простую конструкцию, при этом обеспечивают довольно неплохую чувствительность и высокую надежность. Импульсный металлоискатель работает по принципу прием передача, поисковая катушка в таком металлоискателе может работать в двух режимах - приема и передачи. Излучаемый катушкой сигнал генерирует или возбуждает в металле вихревые токи фуко, которые улавливаются самой катушкой.

У разных металлов разная электропроводность и многие металоискатели умеют распозновать это с достаточно высокой точностью, определяя что за металл находится в земле.

Приведенная схема металлоискателя в сети встречается очень часто, но фото реальных конструкций и отзывов крайне мало, поэтому было решено повторить схему, и опробовать его в деле.

Печатная плата получилась довольно компактной, сделана она методом лут.

Достоинств у схемы много:

наличие всего одной катушки;
крайне простая и не капризная схема, которая практически не требует дополнительной настройки;
вся схема построена на всего лишь одной микросхеме;
малая чувствительность к грунту;
при желании металлоискатель можно настроить так, чтобы он видел только цветные металлы и игнорировал черные, т.е. некое подобие функции дискриминации металлов.

Этого мало, но смотря для каких целей. Например для поиска старых водопроводных труб в стене схема справляется на 100%.

Схема построена на одной КМОП микросхеме CD4011, которая содержит 4 логических элемента 2И-НЕ. Она состоит из 4-х частей, опорного и поисковых генераторов, смесителя и усилителя сигнала, который выполнен на одном транзисторе. В качестве динамической головки предпочтительно использовать наушники с сопротивлением от 16-и до 64-х ом, т.к. выходной каскад не рассчитан под низкоомную нагрузку.

Работает металлоискатель следующим образом. Изначально поисковый и опорный генераторы настроены на одинаковую частоту, поэтому из динамика мы ничего не слышим. Частота опорного генератора фиксированная с возможностью ручной подстройки путем вращения переменного резистора. Частота поискового генератора сильно зависит от параметров LC контура. Если в поле зрения поисковой катушки появиться металлический предмет, нарушается частота LC контура, вследствие чего меняется частота поискового генератора относительно опорного. Смеситель выделяет разницу частот этих генераторов, которая в виде звукового сигнала, фильтруется и поступает на усилительный каскад, нагрузкой для которого является наушник.

Катушка

Чем больше диаметр катушки, тем чувствительнее металлоискатель, но большие катушки имеют свои недостатки, поэтому нужно выбрать оптимальные параметры. Для этой схемы наиболее оптимальный диаметр лежит в пределах от 15-и до 20 -и см, диаметр провода 0,4-0,6мм, количество витков 40-50, в случае, если диаметр катушки в пределах 20 см. В моем случае катушка урезана, витки и диаметр меньше, чем нужно, поэтому чувствительность схемы не ахти. Если планируется использовать металлоискатель в условиях повышенной влажности, катушку необходимо загерметизировать.

Настройка

Все наладочные работы делаются при отсутствии металла в поле зрения катушки!

Если при первом подключении схема не реагирует на металл, но все компоненты исправны, скорее всего разница частот с генераторов находится за пределами звукового диапазона и звук просто не воспринимается человеком. В этом случае стоит покрутить переменный резистор до появления звукового сигнала. Далее медленно вращаем тот же резистор до тех пор, пока из динамика не услышим низкочастотный сигнал, затем еще чуток вращаем его в том же направлении до полного исчезновения сигнала. Этим настройка завершена.

Для более точной настройки советую использовать многооборотный резистор, либо два обычных переменных, один из которых предназначен для грубой настройки, а второй для более плавной. После настройки проверяем металлоискатель поднося к его катушке металлический предмет и убеждаемся, что тональность звукового сигнала меняется, то есть схема реагирует на металл.

Эффект дискриминации металлов наблюдается в том случае, если оба генератора работают на частоте около 130-135кГц, при этом чувствительность к черным металлам почти отсутствует.

Схему можно питать от постоянного источника с напряжением от 3-х до 15 вольт, оптимальный вариант - использовать 9-и вольтовую батарейку 6F22, ток потребления схемы в этом случае будет в пределах от 15 до 30 мА в зависимости от сопротивления нагрузки.

Корпус устройства был взят от китайского отпугивателя собак. В нём имеется отсек для 9-и вольтовой батарейки.

Простые конструкции на логической микросхеме К561ЛА7 (К176ЛА7)

Простые радиосхемы начинающим

В этой статье мы рассмотрим несколько простых электронных устройств на основе логических микросхем К561ЛА7 и К176ЛА7. В принципе эти микросхемы практически одинаковые и имеют одинаковое предназначение. Несмотря на небольшую разницу в неокторых параметрах они практически взаимозаменяемы.

Коротко о микросхеме К561ЛА7

Микросхемы К561ЛА7 и К176ЛА7 представляют собою четыре элемента 2И-НЕ. Конструктивно выполнены они в пластмассовом корпусе черного цвета с 14-ю выводами. Первый вывод микросхемы обозначен в виде метки (так называемый ключ) на корпусе. Это может быть или точка или выемка. Внешний вид микросхем и цоколевка выводов показаны на рисунках.

Питание микросхем составляет 9 Вольт, питающее напряжение подается на выводы: 7 вывод- "общий", 14 вывод- "+".
При монтаже микросхем необходимо быть внимательным с цоколевкой- случайная установка микросхемы "наизнанку" выводит ее из строя. Пайку микросхем желательно производить паяльником мощностью не более 25 Ватт.

Напомним что эти микросхемы назвали "логическими" поэтому что они имеют всего лишь два состояния- или "логический ноль" или "логическая единица". Причем при уровне "единица" подразумевается напряжение близкое к напряжению питания. Следовательно- при уменьшении напряжения питания самой микросхемы и уровень "Логической единицы" будет меньше.
Давайте проведем небольшой эксперимент (рисунок 3)

Сначала превратим элемент микросхемы 2И-НЕ просто в НЕ, соединив для этого входы. На выход микросхемы подключим светодиод, а на вход будем подавать напряжение через переменный резистор, контролируя при этом напряжение. Для того чтобы светодиод загорелся необходимо на выходе микросхемы (это вывод 3) получить напряжение равное логической "1". Контролировать напряжение можно при помощи любого мультиметра включив его в режим измерений постоянного напряжения (на схеме это PA1).
А вот с питанием немного поиграем- сначала подключим одну батарейку 4,5 Вольта.Так как микросхема является инвертором, следовательно для того чтобы получить на выходе микросхемы "1" необходимо наоборот на вход микросхемы подать логический "0". Поэтому начнем наш эксперимент с логической "1"- то есть движок резистора должен быть в верхнем положении. Вращая движок переменного резистора дождемся момента когда загорится светодиод. Напряжение на движке переменного резистора, а следовательно и на входе микросхемы будет примерно около 2,5 Вольт.
Если подключить вторую батарейку, то мы получим уже 9 Вольт, и светодиод у нас в этом случае загорится при напряжении на входе примерно 4 Вольта.

Здесь, кстати, необходимо дать небольшое разъяснение : вполне возможно что в Вашем эксперименте могут быть другие результаты отличные от вышеуказанных. Ничего удивительного в этом нет: во первых двух совершенно одинаковых микросхем не бывает и параметры у них в любом случае будут отличаться, во-вторых логическая микросхема может любое понижение входного сигнала распознать как логический "0", а в нашем случае мы понизили входное напряжение в два раза, ну и в-третьих в данном эксперименте мы пытается заставить работать цифровую микросхему в аналоговом режиме (то есть управляющий сигнал у нас проходит плавно) а микросхема, в свою очередь работает как ей положено- при достижении определенного порога перебрасывает логическое состояние мгновенно. Но ведь и этот самый порог у различных микросхем может отличаться.
Впрочем цель нашего эксперимента была простая- нам необходимо было доказать что логические уровни напрямую зависят от питающего напряжения.
Еще один нюанс : такое возможно лишь с микросхемами серии КМОП которые не очень критичны к питающему напряжению. С микросхемами серии ТТЛ дела обстоят иначе- питание у них играет огромную роль и при эксплуатации допускается отклонение не более чем в 5%

Ну вот, краткое знакомство закончилось, переходим к практике.

Простое реле времени

Схема устройства показана на рисунке 4. Элемент микросхемы здесь включен так-же как и в эксперименте выше: входы замкнуты. Пока кнопка кнопка S1 разомкнута, конденсатор С1 находится в заряженном состоянии и ток через него не протекает. Однако вход микросхемы подключен и к "общему" проводу ( через резистор R1) и поэтому на входе микросхемы будет присутствовать логический "0". Так как элемент микросхемы является инвертором то значит на выходе микросхемы получится логическая "1" и светодиод будет гореть.
Замыкаем кнопку. На входе микросхемы появится логическая "1" и, следовательно, на выходе будет "0", светодиод погаснет. Но при замыкании кнопки и конденсатор С1 мгновенно разрядится. А это значит что после того как мы отпустили кнопку в конденсаторе начнется процесс заряда и пока он будет продолжаться через него будет протекать электрический ток поддерживая уровень логической "1" на входе микросхемы. То есть получится что светодиод не загорится до тем пор пока конденсатор С1 не зарядится. Время заряда конденсатора можно изменять подбором емкости конденсатора или изменением сопротивления резистора R1.

Схема вторая

На первый взгляд практически то же самое что и предыдущая, но кнопка с времязадающим конденсатором включена немного по-другому. И работать она будет тоже немного иначе- в ждущем режиме светодиод не горит, при замыкании кнопки светодиод загорится сразу, а погаснет уже с задержкой.

Простая мигалка

Если включить микросхему как показано на рисунке то мы получим генератор световых импульсов. По сути это самый простой мультивибратор, принцип работы которого был подробно описан на этой странице.
Частота импульсов регулируется резистором R1 (можно даже установить переменный) и конденсатором С1.

Управляемая мигалка

Давайте немного изменим схему мигалки (которая была выше на рисунке 6) введя в нее цепь из уже знакомого нам реле времени- кнопку S1 и конденсатор С2.

Что у нас получится: при замкнутой кнопке S1, на входе элемента D1.1 будет логический "0". Это элемент 2И-НЕ и поэтому не важно что у него творится на втором входе- на выходе в любом случае будет "1".
Эта самая "1" поступит на вход второго элемента (который D1.2 ) и значит на выходе этого элемента будет прочно сидеть логический "0". А раз так то светодиод загорится и будет гореть постоянно.
Как только мы отпустили кнопку S1, начинает заряд конденсатора С2. В течение времени заряда через него будет протекать ток удерживая уровень логического "0" на выводе 2 микросхемы. Как только конденсатор зарядится, ток через него прекратится, мультивибратор начнет работать в своем обычном режиме- светодиод будет мигать.
На следующей схеме также введена эта-же цепочка но включена она уже иначе: при нажатии на кнопку светодиод начнет мигать а по истечение некоторого времени станет гореть постоянно.

Простая пищалка

В этой схеме ничего особо необычного нет: все мы знаем что если к выходу мультивибратора подключить динамик или наушник то он начнет издавать прерывистые звуки. На малых частотах это будет просто "тикание" а на более высоких частотах это будет писк.
Для эксперимента больший интерес представляет схема показанные ниже:

Здесь опять же знакомое нам реле времени- замыкаем кнопку S1, размыкаем ее и через некоторое время устройство начинает пищать.

Выключатель света с таймером

В этой схеме опять применяется все тоже реле времени. Устройство это предназначено для автоматического отключения освещения в тех помещениях где оно используется кратковременно- например в прихожей или кладовой.

При нажатии на кнопку S1 свет включится сразу, но отпустив ее свет будет продолжать гореть еще примерно 2 минуты пока на зарядится конденсатор С1. При необходимости время включения света можно увеличить- для этого можно увеличить емкость конденсатора С1.

Если применять лампу мощностью не более 60 Ватт, то тиристор VS1 можно применять без радиатора что значительно уменьшит размер изделия.
Как упоминалось выше- микросхемы КМОП имеют большое преимущество по сравнению с теми-же ТТЛ, а именно: некритичность к питанию и низкий ток потребления. Поэтому питание микросхемы здесь производится через простейший источник- гасящие резисторы R4, R5 и стабилитрон VD1.

Автор этой схемы- Онисенко Г.П. Публикация из журнала Радиоконструктор 2000 год, № 3, стр 22.