3. Техническая реализация логических устройств на реальной элементной базе

3.1. Техническая реализация лу на электромагнитных реле

Ввыходных устройствах телемеханики систем электроснабжения применяются промежуточные реле РП-23. Преимуществом электромагнитных реле является гальваническая развязка слаботочных цепей ЛУ от сильноточных цепей исполнительных механизмов. Схема реле РП-23 представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема промежуточного реле РП-23

Реле содержит обмотку Х1, рассчитанную на ряд стандартных напряжений 24, 110 или 220 В, и пять групп контактов: четыре замыкающих контакта Х1.1 – Х1.4 и один размыкающий (инверсный) – Х1.5. Таким образом, одно реле может выполнять только одну операцию инверсии.

Логическая операция И выполняется на последовательно соединённых контактах реле, а логическая операция ИЛИ – на параллельно соединённых контактах. Пример выполнения логических операций на контактах реле представлен на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Пример выполнения логических операций И, ИЛИ, НЕ на контактах реле

Чтобы построить логическое устройство на реле, необходимо сначала определить требуемое число реле РП-23. Для этого подсчитывают количество прямых и инверсных значений переменных в уравнениях ФАЛ. Предположим, имеется следующая ФАЛ:

. (3.1)

Количество инверсных значение переменной одного типа, например Х3, показывает необходимое количество реле для реализации. Дополнительно количество прямых значений этой же переменной делят на 4 (число прямых контактов у одного реле), и проверяют, хватит ли прямых контактов. В выражении ФАЛ (3.1) количество инверсных значений переменной Х3 встречается два раза, прямых значений – тоже два раза, значит, потребуется два реле РП-23 для переменной Х3. Аналогично подсчитывается количество реле для переменных Х2 (2 штуки), Х1 (1 штука) и Х0 (1 штука). Схема логического устройства представлена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Схема логического устройства на контактах реле

Схема содержит реле входных переменных, которые выполняют первое действие в схеме автомата – инверсию. Цепочки контактов реле Х3, Х2, Х1 и Х0 построены в соответствии с уравнением ФАЛ. В схеме имеются две шины оперативного напряжения +Uи –U, которые необходимы для питания выходного релеY1. К этим шинам могут быть подключены и другие схемы логических устройств, например, дляY2 иY3 и т.д.

3.2. Техническая реализация лу на базе диодной матрицы

Диодные матрицы применяются в схемах согласования аппаратуры телемеханики с цепями внешних устройств, подлежащих контролю, а также для уменьшения количества промежуточных реле, если требуется произвести однотипную логическую операцию над большим числом входных переменных. Реализация логических операций в схемах с диодами представлена на рис. 3.4. Следует отметить, что на диодах невозможно осуществить инверсию сигнала, поэтому в качестве инвертора применяется ключ на транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Рис. 3.4. Реализация логических операций И, ИЛИ, НЕ в схемах с диодами

Порядок действий в схеме логического устройства на диодной матрице: инверсия, логическое умножение, логическое сложение. Диодная матрица не допускает изменения порядка действий введением скобок, поэтому ФАЛ для диодной матрицы должна иметь вид МДНФ без вынесения подобных членов за скобки. Преобразуем выражение (3.1) и составим схему по МДНФ из получившегося выражения:

. (3.2)

Схема логического устройства на диодной матрице представлена на рис. 3.5. Для выполнения первого действия – инверсии - схема содержит 4 инвертора на элементах DD1…DD4. С их помощью создаются шины значений входных переменныхи, которые служат горизонталями матрицы. Всего должно быть 2ⁿшин приnвходных переменных. В рассматриваемом примере 8 горизонтальных шин. Вертикали матрицы образованы шинами, подключёнными через резисторыR1…R5 к источнику +U. Количество вертикальных шин должно быть равно числу элементарных логических произведений в уравнении ФАЛ. В рассматриваемом примере 5 вертикальных шин.

Для выполнения второго действия – логического умножения - диод, образующий соединение переменной в элементарном логическом произведении, подключается анодом к своей вертикальной шине, а катодом – к горизонтальной шине соответствующего значения переменной. Количество диодов, подключённых анодами к вертикальной шине, равно числу переменных в элементарном логическом произведении. В рассматриваемом примере к первой, второй и третьей вертикальным шинам подключается по три диода, а к четвёртой и пятой – по четыре. Всего используется 17 диодов VD1…VD17.

Рис. 3.5. Схема логического автомата на диодной матрице

Для выполнения третьего действия – логического сложения – вертикальные шины соединяют через диоды VD18…VD22, образующие вместе с резисторомR6 схему ИЛИ. В рассматриваемом примере в уравнении ФАЛ складываются пять элементарных логический произведений, следовательно, требуется пять диодов. Выходной сигналYснимается с резистораR6.

Схема логического устройства на диодной матрице может наращиваться далее, к общим горизонтальным шинам через соответствующие диоды могут быть подключены другие вертикальные шины для элементарных логических произведений из ФАЛ для Y2,Y3 и т.д.