Portes logiques dans les circuits électriques

Les éléments logiques sont des dispositifs qui établissent une certaine connexion entre les valeurs d'entrée et de sortie. Un élément logique élémentaire possède deux entrées et une sortie. Les signaux qui leur sont adressés sont discrets, c'est-à-dire qu'ils prennent l'une des deux valeurs possibles - 1 ou 0. La présence de tension est parfois considérée comme une, et son absence est parfois considérée comme nulle. Le fonctionnement de tels dispositifs est analysé à l'aide des concepts de l'algèbre booléenne - algèbre de la logique.

Les appareils fonctionnant avec des signaux discrets sont dits discrets. Le fonctionnement de tels dispositifs est analysé à l'aide des concepts de l'algèbre booléenne - algèbre de la logique.

Fondamentaux de l'algèbre de la logique

Une variable logique est une valeur d'entrée qui ne peut prendre que deux valeurs opposées : x = 1 ou x = 0. Une fonction logique est la dépendance de la valeur de sortie sur l'entrée et sur le signal de sortie lui-même, qui peut aussi ne prendre que deux valeurs : y = 1 ou y = 0. Une opération logique est une action effectuée par un élément logique avec des variables logiques selon une fonction logique.Les valeurs 1 et 0 sont mutuellement opposées (inversées) : 1 = 0, 0 = 1. Le tiret signifie négation (inversion).

On suppose que 0 • 0 = 0, 0 + 0 = 0, 1 — 0 = 0, 1 + 0 = 1, 1 • 1 = = 1, 1 + 1 = 1.

Lors de la transformation des formules de l'algèbre logique, les opérations d'inversion sont effectuées en premier, puis la multiplication, l'addition, puis toutes les autres.

Voir aussi sur ce sujet : Lois de l'algèbre des circuits de contact

Les opérations logiques de base sont abordées ici : Périphériques logiques

Éléments logiques sous forme de circuits à contacts relais

Les éléments logiques peuvent être représentés sous la forme d'un circuit relais-contact (Fig. 1).

Riz. 1. Eléments logiques de base (a) et contact relais équivalent (b)

Si nous supposons que les contacts fermés correspondent à un signal et que les contacts ouverts correspondent à zéro, alors l'élément A peut être représenté par les contacts connectés x1 et x2 et le relais y. Si les deux contacts sont fermés, le courant circulera dans la bobine, le relais fonctionnera et ses contacts se fermeront.

L'élément OU peut être représenté comme deux contacts NO connectés en parallèle. Lorsque le premier ou le second d'entre eux sont fermés, le relais est activé et ferme ses contacts par lesquels passera le signal.

Un élément NOT peut être représenté par un contact NO x et un contact NF y. Si aucun signal n'est appliqué à l'entrée (x = 0), alors le relais ne fonctionne pas et les contacts de y restent fermés, le courant les traverse. Si vous fermez les contacts x, le relais fonctionnera et ouvrira ses contacts, alors le signal de sortie sera nul.

En figue. 2 montre un circuit qui effectue l'opération OR — NOT.Si aucun signal n'est appliqué à l'une des entrées, le transistor restera fermé, aucun courant ne le traversera et la tension de sortie sera égale à la source emf Uy = Uc, c'est-à-dire y = 1.

Riz. 2. Schéma de l'élément logique OR — NOT, effectuant des opérations logiques

Si une tension est appliquée à au moins une des entrées, la résistance du transistor chutera de ∞ à 0 et le courant circulera dans le circuit émetteur-collecteur. La chute de tension aux bornes du transistor sera nulle (Uy = 0). Cela signifie qu'il n'y a pas de signal en sortie, c'est-à-dire y = 0. Pour un fonctionnement normal de l'élément, il est nécessaire de créer un déplacement du potentiel de base par rapport au point commun, ceci est réalisé par une source spéciale Ucm et une résistance Rcm. La résistance R6 limite le courant de l'émetteur de base.

Les éléments logiques construits sur des relais électromagnétiques, des transistors, des noyaux magnétiques, une lampe électronique, des relais pneumatiques sont trop volumineux, c'est pourquoi on utilise maintenant des circuits intégrés, dont les opérations logiques sont effectuées au niveau du cristal.

Exemples d'utilisation de portes logiques dans des circuits

Examinons quelques assemblages de circuits électriques que l'on trouve le plus souvent dans un entraînement électrique. En figue. 3a montre le bloc d'alimentation de la bobine du contacteur K.

Riz. 3. Nœuds de circuit avec éléments logiques : 1 - 8 - numéros d'entrée et de sortie

Lorsque le bouton KNP est enfoncé, le courant circule dans la ligne et le contacteur est activé. Ses contacts principaux (non représentés sur le schéma) connectent le moteur au réseau, et les contacts K, en se fermant, contournent le bouton KNP. Le courant passera maintenant par ces contacts et le bouton KNP pourra être relâché.Sous l'action du ressort, il ouvre ses contacts, mais la bobine continuera à être alimentée par les contacts K. Lorsque le bouton KnS est enfoncé, la ligne est interrompue et le contacteur est relâché.

Ce nœud peut être exécuté sur des éléments logiques. Le circuit comprend la bobine du contacteur K, les boutons KNP et KNS, deux éléments logiques OR — NOT et un amplificateur. L'état initial est x1 = 0 et x2 = 0, puis en sortie de l'élément 1 on obtient y1 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1. En sortie de l'élément 2 — y5 = x3 + x4 = 1 + 0 = 0, t .est la bobine est éteinte, le relais ne fonctionne pas.

Si vous appuyez sur KnP, alors y1 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0. A la sortie de l'élément 2 y5 = x3 + x4 = 0 + 0 = 1. Le courant traverse la bobine et le contacteur est activé. Le signal y2 est appliqué à l'entrée x2 mais y1 n'en est pas modifié car y1 = x1 + x2 = 1 + 1 = 0. Ainsi la bobine du contacteur est excitée.

Si vous appuyez sur le bouton KNS, alors un signal x4 = 1 sera appliqué à l'entrée du deuxième élément, puis y2 = x3 + x4 = 0 + 1 = 0 et le contacteur est relâché.

Le circuit considéré est capable de « mémoriser » des commandes : le signal y2 reste inchangé même si le bouton est relâché.

La même fonction de mémoire peut être accomplie avec une bascule. Si un signal x1 = 1 est appliqué à l'entrée, alors le signal y = 1 apparaîtra à la sortie et restera inchangé jusqu'à ce que nous appuyions sur le bouton KnS. La bascule est alors commutée et un signal y = 0 apparaît en sortie, il restera inchangé jusqu'à ce que nous appuyions à nouveau sur le bouton KNP.

En figue. 3, b montre un bloc pour le blocage électrique de deux relais PB (avant) et PH (arrière), ce qui exclut leur fonctionnement simultané, car cela conduirait à un court-circuit.En effet, lorsque le bouton KnV est enfoncé, le relais PB est activé, et ses contacts auxiliaires s'ouvrent, et la bobine PH ne peut pas être alimentée même si le bouton KnN est enfoncé. Notez qu'il n'y a pas de manœuvre des contacts de fermeture des boutons ici, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de module mémoire.

Dans un circuit avec des éléments logiques, quand on appuie sur le bouton KNV sur le premier élément, on obtient x1 = 1, y2 = x1 = 0. Sur le deuxième élément, y7 = x5 + x6 = y2 + x6= 0 + 0 = 1

Le relais PB est activé et le signal y7 est appliqué à l'entrée de l'élément 4 (y7 — x8 = 1). Il n'y a pas de signal à l'entrée de l'élément 3 (x2 = 0), alors y4 = x2 = 1. Sur le quatrième élément : y10 = x8 + x9 = x8 + y4 = 1 + 1 = 0, c'est-à-dire que le relais PH ne peut pas fonctionner , même si le bouton KnN est enfoncé. On obtient alors le même résultat : 10 = x8 + x9 = = x8 + y4 = 1 + 0 = 0.

En figue. 3, c montre le relais de déclenchement en cas d'appui sur le bouton KnS ou d'ouverture des contacts du fin de course VK. Dans un circuit avec des éléments logiques en position initiale y3 = x1 + x2 = 0 + 0 = 1, c'est-à-dire que la bobine de relais est excitée. Lorsque vous appuyez sur le bouton KnS, nous obtenons y3 = x1 + x2 = 1 + 0 = 0 et le relais est relâché.

En figue. 3, d montre le dispositif d'activation du relais en cas d'appui sur le bouton KNP lorsque le contact VK est fermé. Dans un circuit avec des éléments logiques dans l'état normal des contacts, on obtient y7 = NS6 = y6 = NS4 = y3 = x1x2 = 0 • 0 = 0. Si seul le bouton KNP est enfoncé, alors y7 = x1x2 = 1 • 0 = 0. Si seul le contact VK est fermé alors y7 = = x1x2 = 0 • 1 = 0 Lorsque KNP est fermé et VK nous obtenons y7 = x1x2 = 1 • 1 = 1. Cela signifie que le relais est activé.

En figue. 3, e montre un circuit de commande pour deux relais P1 et P2.Lorsque la tension est appliquée au circuit, le relais temporisé PB est activé, ses contacts sur la ligne 3 s'ouvrent immédiatement. Le circuit est prêt à fonctionner. Lorsque le bouton KNP est enfoncé, le relais P1 est activé, ses contacts se ferment, en contournant le bouton. Les autres contacts sur la ligne 2 s'ouvrent et sur la ligne 3 se ferment. Le relais PB est relâché et ses contacts se ferment avec une temporisation, le relais P2 est activé. Ainsi, après avoir appuyé sur le bouton KNP, le relais P1 est activé immédiatement et P2 - après un certain temps.

Dans un circuit à éléments logiques, le noeud "Mémoire" est construit sur une bascule. Tant qu'il n'y a pas de signal en sortie (y3 = 0), les relais P1 et P2 sont désexcités. Appuyez sur le bouton KNP, un signal apparaît sur la sortie de déclenchement, le relais P1 est activé et l'élément EV commence à se synchroniser.

Lorsque le signal y5 = 1 se produit, le relais P2 est activé. Lorsque vous appuyez sur le bouton KnS, la gâchette est commutée puis y3 = 0. Les relais P1 et P2 sont relâchés.

Les assemblages typiques avec des éléments logiques sont largement utilisés dans des circuits plus complexes, et ces circuits sont beaucoup plus simples que les circuits d'équipement relais-contacteur.