Ознакомительная версия. Доступно 23 страниц из 113
Такая цепь называется осциллятором. По сути она отличается от всех устройств, которые мы рассматривали ранее. Все виденные нами схемы изменяли свое состояние только при вмешательстве человека, который замыкал и размыкал переключатель. Однако осциллятор не нуждается в человеке, он работает сам по себе.
Разумеется, в отрыве от окружения осциллятор не очень полезен. Далее в этой и последующих главах мы увидим, что такая схема, подключенная к другим схемам, является важной частью автоматизации. Во всех компьютерах присутствует некий осциллятор, обеспечивающий синхронную работу остальных частей.
Значение выхода осциллятора чередуется между 0 и 1. Часто этот факт изображается с помощью диаграммы.
Эту диаграмму можно воспринимать как график, по горизонтальной оси которого отложено время, а по вертикальной — выходные значения 0 и 1.
Все это говорит о том, что с течением времени выходное значение осциллятора регулярно изменяется с 0 на 1. По этой причине осциллятор иногда называют часами, поскольку он позволяет определить время: достаточно подсчитывать количество колебаний.
Как быстро будет работать осциллятор? Насколько быстро будет вибрировать металлический контакт реле? Сколько раз в секунду? Очевидно, это зависит от конструкции реле. Легко представить большое, неуклюжее реле, которое медленно замыкает и размыкает контакт, и небольшое легкое реле с быстро вибрирующим контактом.
Цикл осциллятора — интервал, в течение которого его выход изменяется, после чего возвращается к исходному значению.
Время, которое занимает один цикл, называется периодом осциллятора. Предположим, период нашего осциллятора равен 0,05 секунды. Вдоль горизонтальной оси мы можем отложить время в секундах начиная с некоторого произвольно выбранного нулевого момента.
Частота осциллятора равна единице, поделенной на период. В данном примере, если период осциллятора составляет 0,05 секунды, его частота 1 / 0,05 = 20 колебаний в секунду. Выход осциллятора изменяется и возвращается к исходному значению 20 раз в секунду.
Количество колебаний в секунду — такой же логичный термин, как количество километров в час, килограммов на квадратный метр или калорий на порцию, однако он больше не используется. В память о Генрихе Рудольфе Герце (1857–1894), который первым передал и принял радиоволны, говорят «герц». Сначала это слово начали применять в Германии в 1920-х годах, а затем за несколько десятилетий термин прижился и в других странах.
Таким образом, можно сказать, что наш осциллятор имеет частоту 20 герц, или 20 Гц (сокращенно).
Конечно, мы произвольно указали частоту одного конкретного осциллятора. В конце этой главы мы сможем соорудить то, что позволит фактически измерить данный параметр.
Чтобы начать работу над этим устройством, давайте рассмотрим пару вентилей ИЛИ-НЕ, соединенных определенным образом. Вероятно, вы помните, что на выходе вентиля ИЛИ-НЕ есть напряжение, только если напряжения нет ни на одном из его входов.
Вот схема с двумя вентилями ИЛИ-НЕ, двумя переключателями и лампочкой.
Обратите внимание на необычную схему проводки: выход левого вентиля ИЛИ-НЕ — это вход правого вентиля ИЛИ-НЕ, а выход правого вентиля ИЛИ-НЕ — вход левого вентиля ИЛИ-НЕ. Такое соединение называется обратной связью. Действительно, как и в случае с осциллятором, выход становится входом. Эта особенность будет характерна для большинства схем, приведенных в данной главе.
Сначала ток в этой цепи будет течь только от выхода левого вентиля ИЛИ-НЕ. Это связано с тем, что оба входа данного вентиля равны 0. Теперь замкните верхний переключатель. Выход левого вентиля ИЛИ-НЕ становится равным 0, а это значит, что выход правого вентиля ИЛИ-НЕ равен 1, и лампочка загорается.
Волшебство наблюдается, когда вы размыкаете верхний переключатель. Поскольку выход вентиля ИЛИ-НЕ — 0, если один из входов — 1, выход левого вентиля ИЛИ-НЕ не изменяется, и лампочка не гаснет.
Не кажется ли вам это странным? Оба переключателя разомкнуты, как и на первом рисунке, однако теперь лампочка горит. Эта ситуация, безусловно, отличается от тех, что мы видели ранее. Обычно выход цепи зависит только от ее входов. Похоже, в данном случае это не так. Более того, на этом этапе вы можете замкнуть и разомкнуть верхний переключатель, и лампочка не погаснет. Этот переключатель больше не влияет на цепь, поскольку выход левого вентиля ИЛИ-НЕ остается равным 0.
Теперь замкните нижний переключатель. Поскольку один из входов правого вентиля ИЛИ-НЕ равен 1, выход становится равным 0, лампочка гаснет. При этом выход левого вентиля ИЛИ-НЕ — 1.
Если вы разомкнете нижний переключатель, лампочка останется выключенной.
Мы вернулись туда, откуда начали. Теперь вы можете замкнуть и разомкнуть нижний переключатель, не повлияв на лампочку. Подытожим:
при замыкании верхнего переключателя лампочка загорается и остается гореть при размыкании верхнего переключателя;
при замыкании нижнего переключателя лампочка гаснет и не загорается при размыкании нижнего переключателя.
Странность этой схемы заключается в том, что, когда оба переключателя разомкнуты, иногда лампочка горит, иногда — нет. Можно сказать, что эта схема имеет два устойчивых состояния, когда оба переключателя разомкнуты. Называется такая схема триггером, и его история началась в 1918 году с работы английского радиофизика Уильяма Генри Эклза (1875–1966) и Фрэнка Джордана (о котором мало что известно).
Триггер сохраняет информацию, «помнит». В частности, показанный ранее триггер помнит, какой переключатель был замкнут последним. Если вы столкнулись с таким триггером и видите, что лампочка горит, можете предположить, что последним был замкнут верхний переключатель; если лампочка не горит — нижний.
Ознакомительная версия. Доступно 23 страниц из 113
