 |
|
|
|
|||||
التعديل الأخير تم بواسطة : ماجد عباس محمد بتاريخ 05-11-2018 الساعة 10:02 PM السبب: تعديل الرابط للموقع الجديد |
| اعلانات |
|
|||||
|
جهود تشغيل هذه العائلات و حماية أطراف التشغيل
جهود تشغيل هذه العائلات و حماية أطراف التشغيل: بالنسبة لعائلة TTL سنجد أن جهد التغذية 5 فولت وهذا يحتم أن تكون جهود المداخل كلها لا تتعدى هذه القيمة ولو رجعنا للرسم والدوائر بالشرح السابق سنجد أن الدخول هو وصلة BE أى قاعدة باعث وهى لا تتحمل جهد عكسى عالى، فهى تنهار عادة عند 5 إلى 7 فولت جهد عكسى فى الترانزستورات العادية التى تتحمل جهود تصل إلى بضع عشرات فولت، فما بالك بالترانزيستور الذى يتحل فقط 5 فولت؟!! لهذا يجب وضع دائرة حماية ضد تطبيق جهد سالب على المدخل أو زيادة جهد المدخل عن قيمة التغذية فى الرسم التالى مجموعة من الدوائر المأخوذة من جدول بيانات بعض هذه المتكاملات حيث نجد المجموعة الأولى TTL  تركز هذه الشركة على انخفاض جهد الدخول عن الصفر و الحقيقة هذا الفعل يشكل خطورة كبيرة لأن لو راجعنا كيف تصنع المتكاملات فى شرح الدوائر الإلكترونية، سنجد أن جسم المتكاملة مصنوع من السيلكون يسمى Substrate أو الأساس و هو يشكل عازل بين كل ترانزيستور و آخر مجاور له وهو يكون بمثابة ثنائى عازل بين كل ترانزيستور و المجاور له، للحفاظ على هذه الخاصية، يجب أن تكون هذه الطبقة على جهد أقل من أى جهد فى المتكاملة أو مساوية له وهو GND-VSS-VEE حسب عائلة المتكاملة و نوعها و إلا سيصبح هذا الثنائى فى وضع توصيل أمامى مسببا قصر عبر جسم المتكاملة و بالتالى تلفا فوريا إذا مر تيار كافى. انخفاض جهد الدخول عن التغذية الصغرى (فى حالتنا هنا الأرضى) سيحدث قصر بين Substrate و هذا المدخل لذا توضع الاحتياطات لكى لا يمر تيار أكثر من 10 مللى أمبير وهو الحد المسموح به بين المكونات الداخلية. فى الجزء العلوى أمثلة على TTL حيث نجد ثنائيات بين المدخل و الأرضى، وتضيف بعض الشركات الأخرى مقاومة أيضا وفى الرسم السفلى نجد نموذجين أحدهما بثلاث ثنائيات (على اليمين) والآخر بأربع ثنائيات على اليسار وهى تستخدم فى CMOS و أيضا TTL ما يهمنا هنا حقيقة أن هذه الدوائر هى للحماية فقط ولا تتدخل فى الأداء الفعلى للدائرة أى لا تكون ذات تأثير إلا عندما تتعدى الجهود القيمة الموجبة للتغذية أو تقل عن قيمة التغذية السالبة. هذا فى الواقع له أثرين هامين جدا الأول : عند محاولة الصيانة، يلجأ البعض لاستخدام الآفو لقياس مقاومات الدخول بين الأطراف وهو فى الواقع يقيس هذه الدوائر وليس أداء المتكاملة الفعلى، فإن صحت النتائج يوما، ستكون من قبيل الصدفة وليس التقنية. الثانى : عند عمل دوائر مهتز أو مذبذب قد تتدخل هذه الدوائر فى تحديد الشكل النهائى للخرج لذا توقع أن يتغير شكل الخرج عند تغيير المتكاملة بأخرى لها نفس الرقم ولكن من إنتاج شركة أخرى. بقى أن ندرس قيم الجهود أثناء تغير الجهد من صفر إلى واحد وبالعكس فى عائلة TTL سنجد الدوائر كما وضعناها سابقا ولو أخذنا الدائرة الأولى أعلى يسار الصورة، فعند التقاء المقاومة 4 كيلو بالترانزيستور، لليمين ما يكافئ 3 ثنائيات بينما واحد فقط جهة طرف الدخول، فلو كاد الدخل صفر وبدأ التزايد تدريجيا، لن يبدأ الترانزيستور فى التوصيل حتى يصل الدخل إلى 1.2 فولت وهو جهد الثنائيان الفرق بين المسارين، ولهذا ستظل الدائرة تتعامل مع الجهد فى المدى من صفر إلى 1.2 فولت كمستوى رقمى "صفر" و نظرا لكون الدائرة هى عاكس سيظل الخرج خلالها لا يتغير معطيا مستوى رقمى "واحد". هل هذا دوما؟ الحقيقة أنه طالما كانت حرارة الجو هى حرارة الغرفة القياسية سيكون هذا الكلام صحيحا ولكن يزداد هذا الجهد بانخفاض درجة الحرارة فى الشتاء وتقل عند ارتفاع الحرارة ولو ناتج التشغيل. بزيادة جهد الدخول، ستعمل الدائرة كمكبر وهو ما لا يقبل فى دوائر المنطق و من ثم يشترط سرعة الحركة دوما، لكن عند جهد ما ربما أعلى بقيمة 0.6 فولت فقط يتحول الترانزيستور فى الدخل إلى مجرد ثنائى لأن الباعث لا يستطيع إخراج التيار للدائرة الخارجية، فتعتبر الدائرة أن الدخل عليه مستوى رقمى "واحد" وتعطى فى الخرج مستوى رقمى "صفر" وكل هذا عرضة لتأثير الحرارة. بالمثل قيمة الخرج حينما يكون مستوى رقمى "صفر" هو فى الواقع ترانزيستور فى حال التشبع و عليه هجد 0.2 فولت تعتمد على الحرارة و قيمة التيار المار فيه، كما أن المستوى الرقمى "واحد" ليس خمسة فولت ولكن منقوصا منها قيمة التشبع للترانزيستور والثنائى كما بالرسم و الجهد على المقاومة 120 أوم. لذا اتفق على تعريف نطاقين مختلفين لدرجات الحرارة أحدهما تجارى من صفر إلى 70 درجة مئوية والآخر عسكرى (المقصود للتطبيقات ذات الأهمية الكبرى) من -25 درجة وحتى 125 درجة مئوية. أيضا أتفق على أن تكون دوائر TTL تتعامل مع الجهد 0.8 فولت أو اقل فى الدخول على أنه "صفر" عند أى درجة حرارة داخل النطاق المسموح به والجهد 2.8 فولت أو أعلى هو مستوى رقمى "واحد" أيضا على المدى المحدد من درجات الحرارة أما جهود الخرج فقد روعى فارق لضمان جودة الأداء و أيضا أتفق على أن تكون دوائر TTL تعطى الجهد 0.5 فولت أو اقل تحت ظروف الحمل الكامل فى الخرج على أنه "صفر" عند أى درجة حرارة داخل النطاق المسموح به والجهد 2.4 فولت أو أكثر تحت ظروف الحمل الكامل فى الخرج على مستوى رقمى "واحد" أيضا على المدى المحدد من درجات الحرارة. أما بالنسبة لدوائر CMOS فالقيمة التى تعتبر مستوى صفر أو واحد للدخول هى مستوى واحد أعلى قليلا من نصف قيمة التغذية المستخدمة و مستوى صفر أقل قليلا من نصف قيمة التغذية المستخدمة و للخروج فمستوى واحد أعلى قليلا من نصف قيمة التغذية المستخدمة و مستوى صفر أقل قليلا من نصف قيمة التغذية المستخدمة وأيضا عند ظروف حمل كامل وعلى مدى النطاق الحرارى المحدد. المرة القادمة إن شاء الله نتكلم عن تفاصيل هذه العائلات |
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
|||||
|
عائلات الدوائر المنطقية
عائلة الترانزيستور – ترانزيستور TTL: لو طلبت منك عزيزى القارئ أن تكمل تصميمات هذه الدائرة طبقا لما درسناه فى مذكرة الترانزيستور ، فهى أولا و أخيرا من الترانزيستور المصنوع من السليكون، أليست كذلك؟ ستقول حسنا هذه دائرة كل مداخلها متطابقة و يخرج منها التيار لكونها باعث ترانزيستور س م س NPN Transistor's emitter و لها مخرج واحد ، و عليه سيكون التيار خارج من أطراف الدخول وليس داخلا منها. هل هذا مربك قليلا؟ حسنا تذكر أن الدخول هو المستوى صفر وواحد وليس التيار كم مللى أمبير. وهذا يقودنا لحقيقة أخرى أن عند مستوى دخول "HI" أو المستوى واحد، لا يخرج تيار لأن قاعدة الترانزيستور متصلة بالتغذية الموجبة و أن التيار يخرج من الطرف فقط عندما نريد أن نجعله على مستوى "LO" أى المستوى صفر. تنقسم الاستخدامات إلى قسمين، الأول تعامل مع مثيل من نفس النوع والثانى التعامل مع باقى العالم الخارجى. نبدأ بالتعامل مع مثيل فنجد أن الخرج يجب أن يتواءم مع الدخل و بما أن الدخل يخرج منه تيار إذن يجب أن يقبل الخرج التيار "يبتلع التيار ولا يصدره"، من هنا سميت Current Sinking Family أى عائلة تبتلع التيار (عوضا عن إصداره) . حسنا لا ننسى أن نضيف هنا نقطة بسيطة هامة وهى مقدرة الخرج الواحد أن يتحكم فى كم مدخل. هذه قضية اختيارية بحتة حيث كلما زاد العدد، كان ترانزيستور الخرج أكبر و استهلك مساحة أكبر من شريحة السليكون وبالتالى قل الناتج الكلى وارتفع السعر. هل قلت ترانزيستور الخرج؟ أليست الدائرة تحتوى 2 ترانزيستور معا فى الخرج؟ تذكر ما قلناه من أنها "تبتلع" التيار و أن عند مستوى 1 لا يمر تيار و يمر فقط عند مستوى صفر!! لهذا فالترانزيستور المتصل بالأرضى وهو فقط الذى يبتلع التيار سيكون كبيرا و يتحمل التيار، أما الآخر المتصل الطرف الموجب للتغذية فليس عليه أى عبئ سوى السعة الخارجية الشاردة وتيار التسريب Leakage Current وهى قيمة صغيرة. حسنا سنأخذ رقم تقليدى بسيط وهو 10 إذن كل خرج يستطيع أن يقود أو يبتلع تيار 10 دخل قياسى. هذه النسبة سميت Fan Out أى التشعب للخارج. أما مواءمة العالم الخارجى فعلى الدوائر الخارجية أن تراعى هذه الشروط. حسنا، الخطوة التالية ستكون كم مللى أمبير سيكون هذا الدخل أو الخرج؟ هنا القضية تعتمد أساسا على السرعة لأن كما سبق أن ذكرنا كلما زاد التيار أمكن أن يتغلب على السعات الخارجية فى زمن أقل و بالتالى تكون السرعة القصوى أعلى. التيار العالى سريع ولكنه يحتاج ترانزيستور كبير الحجم و مكلف كما أن هناك مشكلة خطيرة أن لحظة الانتقال من صفر لواحد أو العكس، سيكون كلا الترانزستورين موصلين مما يسبب قصر على خط التغذية وهذا يضع ضوضاء عالية على خط التغذية، ولولا أن الزمن نانو ثانية ما كان لهذه الدوائر أن تعمل، أيضا غالبية الأحوال سيقود المخرج عدد محدود من المداخل و قليلا ما يقود 10 مدخل كاملة، لهذا المفاضلة بين السرعة و الاقتصاد واجبة نعرف أن كلما كان كسب الترانزيستور أعلى كان أداء الدائرة هنا أفضل. هذا يتطلب صغر سمك القاعدة و زيادة نسبة الشوائب. زيادة نسبة الشوائب تقلل من أقصى جهد يمكن للوصلة أو الترانزستور تحمله. نضبط الآن آلة الزمان على الستينات والسبعينات وقتما ابتدعت هذه التقنية سنجد أن 5 فولت كان جهدا مناسبا للحصول على ما سبق و سيكون تيار الدخول 1.6 مللى أمبير و بالتبعية تيار الخروج 16 مللى أمبير. هذه هى العائلة القياسية TTL وهى تتطلب 5 فولت +/- 0.25 فولت مثبت جيدا و تيار كافى ومرشحات للضوضاء.  شجرة العائلة هذه أخذت نسقين فى الترقيم 7400 للعائلة العادية ذات مدى حرارى من صفر إلى 70 درجة و أرقام 5400 للمدى المستخدم فى التقنية الشاقة و يسمى military أى "حربى" يتحمل العمل فى درجات من -55 إلى +125 درجة مئوية من الطبيعى أن يكون هناك تطبيقات تتطلب سرعة أعلى من العائلة القياسية مثل عدادات قياس التردد و مثيلاتها لذا صنع فرع أضيف له حرف H لتعنى High وهى تعنى كلا من السرعة والتيار ولكن بعد تعدد القسمة على 10 فى العداد تصبح السرعة بطيئة ولا حاجة لكل هذا التيار إذن لنصنع فرع آخر بالحرف L لتعنى Low وأيضا السرعة والتيار. ابتكر السيد شوتكى Schottky الثنائى الشهير باسمه وهو يستبدل الجزء الموجب P بمعدن مثل الذهب والذى نتج عنه سرعة عالية فى الانتقال كما أنه منع الترانزيستور العادى من التعمق فى مرحلة التشبع مما أدى لعدم تراكم الشحنات وبالتالى سرعة عالية فى الانتقال. هذا أدى لاستبدال المجموعة H بمجموعة S ألمسماه شوتكى كما استغلت السرعة فى العائلة الجديدة مع تقليل التيار LS فى فرع جديد و بتطور التقنية ظهرت فروع جديدة مثل Advanced أو المتطورة برمز A و السريعة Fast برمز F و مازال التطور جاريا. للحصول على سرعات عالية جدا تم تطوير عائلة أخرى تم الربط فيها بباعث الترانزيستور وسميت بهذا الاسم وهو Emitter Coupled Logic وهى تعمل بجهد -5.2 فولت – لاحظ الإشارة السالبة. هناك عائلة أخرى باستخدام الموسفيت وبدأت بالأنواع N-Channel MOSFET و النوع P-Channel MOSFET و أخيرا CMOS. تتميز عائلة CMOS بأنها ذات معاوقة دخول عالية جدا لذا تسمح بتطبيقات لا تسمح بها TTL مثل اللمس و تتميز بأن خرجها يعطى التيار مثلما يأخذ وهى لذلك أنسب للتعامل مع العالم الخارجى كما أن بها ميزة رائعة وهى عدم الحاجة لجهد مثبت لأنها تعمل من 3 إلى 18 فولت كما أنها لا تسبب ضوضاء لذا لا تحتاج لكمية المكثفات التى تنثر على بوردة TTL واحد بجوار كل متكاملة منها. عيبها الوحيد أنها أبطأ قليلا من TTL . التطور أيضا لم يترك CMOS فطورت عائلة 74C00 لتجمع العالمين من حيث السرعة مع خواص CMOS نلاحظ من الجدول أن هناك خاصيتان هامتان وهما زمن التأخير Propagation Delay و زمن الاستجابة Transition Time تجده فى Data Sheet الأول "زمن التأخير" هو الزمن الذى تأخذه الوحدة لكى يظهر على الخرج ما يناظر الدخل أى لو غيرنا الدخل من صفر إلى 1 مثلا تحتاج 74HC00 إلى 18 نانو ثانية حتى يبدأ الخرج فى الاستجابة أما زمن الاستجابة Transition Time هو بعد ما يبدأ هذا الخرج فى الاستجابة، كم نانو ثانية يحتاجها ليتم هذه الاستجابة فى كلا الحالتين TTL أسرع من CMOS لكن هذا ليس دوما عيبا وهو يتيح استخدامات للأخير لا تتاح بسهولة فى TTL المرة القادمة إن شاء الله نتكلم عن التطبيقات |
|
|||||
|
تطبيقات الدوائر المنطقية
تطبيقات الدوائر المنطقية: المتكاملات المنطقية تخضع لبضع قواعد عامة سنتذكرها جيدا لأننا سنفترض من الآن فصاعدا أنها مطبقة دون تكرار ذكرها كل مرة مثلا  1- التغذية: كل عائلة TTL تحتاج لتغذية 5 فولت و غالبيتها تخضع لقاعدة النصف و الكل أى أن لو كانت المتكاملة تحتوى 14 طرف نصفها 7 فيكون الطرف 14 يجب توصيله بالجهد +5 فولت والطرف 7 بالأرضى أى صفر فولت، ولو كانت 16 طرف ستكون 16 للطرف +5 فولت و 8 للأرضى وهكذا فيما عدا قله قليلة لذا يرجى مراجعة Data Sheet و تسمى VCC نسبة للمجمع Collector للطرف الموجب و GND للأرضى Ground أما عائلة CMOS فتخضع أيضا لنفس الشروط فيما عدا قلة قليلة أيضا و تسمى VDD نسبة للمصب Drain و هو الطرف الموجب و VSS بالنسبة للمصدر Source وهو الطرف المتصل بالأرضى. 2- البوابات: عادة تحتوى المتكاملة البوابات ذات الطرفين فى عبوة من 14 طرف تحتوى 4 وحدات أما ذات الطرف الواحد فتحتوى منها 6 وحدات أما ذات 3 طرف دخل فتحتوى 3 وحدات أما الوحدات ذات 4 طرف فتحتوى وحدتين أو وحدة ذات 8 مدخل. 3- توصيل أطراف الدخول: قد لا تحتاج لاستخدام كل المجموعة،لذا فعند عند استخدامك لبعض القطع لا تترك مداخل باقى القطع حرا بدون توصيل والسبب أن عائلة TTL كما سبق الشرح، عدم توصيل مدخل يعتبر فى مستوى 1 أو HI و إن كان الجهد عليه سيعطى 1.5 فولت على الآفو وهو قياس مضلل. ليس هذا هو الخطر لكن كونه عرضة للتأثر بأى شيء و يجعله يتغير هو الخطر. أما CMOS فهو أخطر لأن مقاومة الدخول العالية جدا تجعله لا يقيس شيئا و يتصرف عشوائيا جدا. القاعدة العامة هى لا تترك مدخل بدون توصيل، لو مدخل لقطعة مستخدمة اربطه بمدخل مثيل له أو للمستوى HI/LO المناسب كى لا يعطل باقى المداخل إن كانت القطعة كلها غير مستخدمة أربط مداخل TTL للطرف الموجب و مداخل CMOS للأرضى. يمكنك ترك أطراف الخروج بدون توصيل. 4- عند تصميم دائرة باستخدام TTL يجب وضع مكثف 0.1 مايكرو فاراد على طرفى تغذية كل أربع متكاملات معا تحوى بوابات وعلى طرفى كل متكاملة تحوى أى وظيفة أخرى. 5- تجنب التوصيلات الطويلة بدون داعى. 6- أرجو ألا ننسى أنها جميعا من نوع أو آخر من الترانزستورات مما يجعلها فى لحظة ما تعمل كمكبر ويجب ألا نفصل بين طبيعتها كمكبر وطبيعتها كدائرة منطق لأن بعض التطبيقات كمذبذب مثلا تعتمد أساسا على كونها مكبر. تكلمنا سبقا عن أنواع البوابات سنرى الآن ابسط تطبيقاتها كمفتاح تحكم الدائرة الأولى باستخدام بوابة "مع" AND Gate  نعلم جدول الحقيقة من الشرح السابق وهو أن يجب أن يكون على كلا الطرفين مستوى 1 لكى نحصل على خرج وهو هنا يساوى 1 ولو كان أى من الطرفين = صفر سيكون الخرج = صفر. يمكن أن أفكر فيها بصورة أخرى لو أحد الطرفين عليه صفر فلا يهم ما على الطرف الآخر والخرج دوما = صفر ، أما لو أصبح أحدهما = 1 فالخرج يصبح 1 لو أصبح الدخل الثانى أيضا 1 و صفر لو أصبح الدخل الثانى صفر أو الخرج يتبع الدخل إذن الطرف الأول عمل كمفتاح تمرير للإشارة المتوافرة على الطرف الثانى وهذه الخاصية تسمى إتاحة أى Enable ويسمى هذا الطرف طرف التحكم لأنه يسمح أو لا يسمح للإشارة على الطرف الآخر بالخروج. الدائرة الثانية تعمل ببوابة "أو" OR Gate وهى تعمل بنفس النظرية فيما عدا اختلاف بسيط وهو لو طرف التحكم عليه 1 سيكون الخرج = 1 دوما أما لو كان علية صفر ستظهر الإشارة على الطرف الآخر. هذا فرق كبير لأن الأولى تعطى صفرا أو تعطى إشارة بينما الأخرى تعطى 1 أو الإشارة وهذا الاختلاف قد يسبب تشغيل شيء ما عندما لا نريد ذلك مثلا لو الخرج ليد متصل بالأرضى فالدائرة الأولى تجعله فلاشر أو مطفأ والثانية تجعله مضاء أو فلاشر وكلاهما له دواعيه واستخداماته  لو أردنا عكس الإشارة نستخدم بوابات ذات عاكس NAND,NOR لاحظ هنا عكس الإشارة بين الدخول والخروج. سنقدم الآن بوابة جديدة اسمها "أو المطلق" أو "أو ألحصرى" Exclusive OR واختصارا XOR وهى تختلف عن "أو" العادية OR فى أن العادية تعطى خرج حتى لو كان كلا الطرفين عليه 1 ولكن XOR أو المطلق تعطى خرج فقط لو كان أحد الطرفين فقط وليس الاثنان عليه 1 هل لهذه البوابة معنى عملى؟  أجل وهو معنى هام حيث يحذر من تواجد أو غياب أمرين معا كأن نعلم مثلا أن مصدر التغذية الأساسى أو الاحتياطى يعمل لكن لا يجب أن يعمل المصدرين معا أو يتوقفا معا. الدائرة ذات العاكس XNOR فهى ذات معنى هام فمن جدول الحقيقة Truth Table نجد أن الخرج = 1 فى حال الطرفان متماثلان أى أن الدائرة دائرة تساوى أو تعادل أو تكافؤ وهى أساسية فى الحساب للبحث عن تساوى عددين. من التعريف نجد أن البوابة لا تقبل أكثر من طرفين دخول لأن لو أصبح الأطراف ثلاثة أو أكثر، كيف سنطبق التعريف السابق؟ مثلا لو لدينا بايت 8 طرف ثم نريد وضعها على بوابة واحدة من هذا النوع، هل نحصل على خرج عندما يكون طرف واحد فقط =1 حسنا سيكون اسمها "طرف واحد فقط" One And Only One وهناك متكاملات تفعل هذا هل عندما يكون عدد فردى من المداخل؟ هناك متكاملات لهذا وتسمى Parity Checker للتحقق من الخطأ هل عندما يزيد الآحاد عن الأصفار، هناك متكاملات أيضا اسمها كاشف الأغلبية Majority Detector إذن هى طرفين و طرفين فقط تركيبها من الداخل سنتعرف عليه قريبا ولكن هل تصلح للدائرة السابقة كبوابة تحكم؟ من الدائرة تجد أنها ستمرر الإشارة فى كلا الحالتين لكن لو طرف التحكم = صفر يكون الخرج مطابقا للدخل أما لو كان = 1 يكون الخرج عكس الدخل أي يعمل كعاكس. المرة القادمة إن شاء الله نتكلم عن توصيل الخرج |
|
|||||
|
خرج المجمع / المصب المفتوح و ثلاثى الحالة Open Collector/Drain – Tri-State logic
خرج المجمع / المصب المفتوح و ثلاثى الحالة Open Collector/Drain – Tri-State logic هل تذكر مشكلة المقارنات و توصيل أكثر من خرج، حسنا  المشكلة أن الخرج يتكون من ترانزستورين كما سبق الشرح و الصورة هنا للتذكرة. لو ظروف الدخول أدت لأن يكون أحدهما =1 والآخر =0 سيحدث قصر بين طرفى التغذية كما بالرسم و يدمر الوحدتين. العلاج الأول تاريخيا أيضا هو نظام المجمع المفتوح Open Collector أو المصب المفتوح Open Drain فى CMOS كما بالرسم حيث وجود مقاومة خارجية تجمع كل الوحدات وفرت الوقاية. ولكنى لن أعرف أى وحدة التى أعطت خرج!! حقا هذا أحد عيوب هذه الطريقة رغم بساطتها، و العيب الآخر أن المقاومة تسبب بطء فى استجابة الوحدات. الحل؟ ابتكر العلماء طريقة أخرى كما بالرسم  بإضافة 2 ثنائى كما باللون الأحمر و دائرة للتشغيل. لو دخل الدائرة الجديد = 1 فإن الترانزيستور Q1 يكون فى حال التشبع و بالتالى القاعدتين لترانزستورى الخرج متصلتين بالأرضى و ترانزستورى الخرج فى حال القطع Off لو دخل الدائرة الجديد = 0 فإن الترانزيستور Q1 يكون فى حال القطع و بالتالى القاعدتين لترانزستورى الخرج حرتين و ترانزستورى الخرج فى حال العمل enabled و أقول العمل لأن دخل البوابة سيغيرهما بين التوصيل والقطع حسب الظروف. وهذا يضيف لحالتى الخرج 0 ، 1 السابقتين حالة "مفتوح" أو "مقاومة عالية" أو لا يعمل Hi-Z و أصبح اسمه "ثلاثى الحالات" Tri-State فى هذه الحالة الجديدة يكاد يكون الخرج فعليا مفصول من الخط و بالتالى لو تم توصيل عدد من هذه المخارج معا على خط إلى مدخل بوابة أخرى كما هو الحال عادة، سيصبح هذا المدخل عائما أى بدون توصيل ما لم يتم تفعيل أحد هذه المخارج وهذه نقطة هامة يجب ألا تنسى إذ عندها يجب توصيل ذلك المدخل بمقاومة إما للأرضى أو الموجب حسب ما تتطلب استجابة الدائرة. أيضا تأكد من عدم تفعيل مخرجين فى آن وإلا ستتكرر مأساة القصر على الخط. مما سبق نرى أن 1 على الدخل الجديد يمنع الخرج لذا فهو "مانع" أى Disable لذا يمكن كتابتها كما هى واختصارا Dis ، كما أنها تتيح الخرج عندما تكون = 0 فيمكن كتابتها بوضع علامة المتمم أى الخط فوق الكلمة كما بالرسم Enable تذكر أننا اتفقنا على وضع الخط أسفل النص فى الكتابة لعدم إمكانية وضعة بالأعلى. هناك طريقة ثالثة للكتابة وهى استبدال علامة المتمم بالدائرة التى تفيد نفس المعنى. طريقة Tri-State أتاحت أيضا أسلوب للتعرف على كل بوابة و قيمة خرجها بما يسمى الاستجواب أو Polling حيث يضع المتحكم إشارة الإتاحة Enable لكل بوابة على حدة و يقرأ الخرج. من المهم جدا أن نعلم أن هذه الخاصية تطبق على خرج متكاملة بأكمله أو جزء منه أو قد يوقف عملها بأكمله حسب تصميمها وهو يتيح لها أن تعمل أو تتوقف أو تعمل دون إظهار الخرج لحين طلبه. المرة القادمة إن شاء الله نتكلم عن المفاتيح التماثلية Analog Switches |
|
|||||
|
المفاتيح التماثلية Analog Switches
المفاتيح التماثلية Analog Switches هل هناك أى شيء آخر سوى هذه البوابات التى تناولناها كوحدات بنائية؟ حسنا هناك فى عائلة CMOS نوع آخر من الأدوات غير متوفر فى غيره من العائلات وهو المفتاح التماثلى. نعلم أن MOS ترانزيستور عبارة عن شريحة، إذن هو مقاومة خالصة نتحكم فى قيمتها من خلال تغيير جهد البوابة Gate ، لهذا يمكن استغلال هذه الخاصية فى عمل مفتاح نتحكم فيه بواسطة جهد خارجى و ينتقل إشارة تماثلية كالتحكم فى الصوت مثلا أو إشارة حساس الخ. لكن جهد الإشارة سيقلل من جهد انحياز القاعدة مما يغير قيمة المقاومة وبالتالى يشوه شكل الإشارة العابرة! هذا صحيح لكن لو استخدمنا واحد موجب P Type مع آخر N Type أى سالب سنعادل هذا الأثر. بهذه التقنية صنعت CD4016 أولا وهى ببساطة 4 مفاتيح كل منها ذو مسارين كما بالرسم  كل مفتاح منها وضعت له لون ليسهل تمييزه فالأول مثلا ذو اللون الأحمر تجد له طرف 1 دخول1 أو IN1 و طرف 2 خروج1 أو OUT1 والطرف 13 تحكم 1 أو Control1 هذا يعنى طالما جهد طرف التحكم Contro1 = VDD فإن الطرف IN1 متصل بالطرف OUT1 وعند نزول جهد طرف التحكم Contro1 = VSS فإن الطرف IN1 يصبح معزولا عن الطرف OUT1، و لكن فى الواقع ليس بهذه المثالية حيث تكون مقاومة التوصيل حوالى 15 أوم بينما مقاومة الفصل عالية جدا حتى أنها لا تكتب وتستبدل بأن تيار التسريب 1.5 نانو أمبير. نفس الكلام ينطبق على IN2,OUT2,Control2 و الطاقمين الثالث و الرابع. نلاحظ هنا أن الدخول محدد والخروج كذلك، وهذا يعنى أن الأطراف ليست تبادلية فلو عكست الأطراف سيحدث تشويه فى الخرج، لذا تم تحسين هذه الخاصية فى CD4066 الموضحة بالرسم الأيمن فنلاحظ أنها مطابقة طرف بطرف للسابقة مع تغيير مسميات الأطراف إلى مدخل/مخرج و مخرج/مدخل In/OUT OUT/IN وهذا له معنى هام أنك لو استخدمت مدخل/مخرج كمدخل تستخدم الآخر عكسه أى مخرج و العكس بالعكس و أيضا يوضح أن كلا الطرفين يصلح للغرضين كمدخل أو كمخرج. لهذا فإن 4066 تحل محل 4016 لكن العكس غير مأمون الوحدتين يمكنهما قطع وتوصيل ترددات حتى 40 ميجا هرتز ولكن تستطيع القطع والتوصيل بمعدل 5 ميجا فقط . أيضا يجب أن يكون كلا من جهد التحكم و الإشارة المطلوب نقلها بين القيمتين VDD : VSS و هى من 5 إلى 15 فولت. حسنا ماذا لو أريد أن اختار بين عدد من المصادر مثلا عدد من الميكروفونات أو الحساسات للتحويل إلى رقمى أو اختار مصدر للتسجيل أو أى استخدام آخر؟؟ ربما يكون استخدام الوحدتين السابقتين معقدا قليلا فى هذا المجال، لذا تم ابتكار الطاقم CD4051,CD4052,CD4053 بالتحديد لهذا الهدف والفرق بينهم • CD4051 قطب وحيد و ثمانية مسارات Single Pole 8 Thru "SP8T" أى تمكنك من الاختيار بين 8 مصادر لمخرج واحد أو العكس مصدر واحد و 8 مسارات لها 3 أطراف تحكم ABC وهى كما نعرف من نظام العد تتيح 8 حالات تمثل هذه المفاتيح • CD4052 زوج من المفاتيح كل منها قطب وحيد و أربع مسارات Double Pole 4 Thru "DP4T" أى تمكنك من الاختيار بين مصدرين لكل منهما أربعة مخارج أو العكس . لها طرفين فقط للتحكم A,B لأننا نحتاج 4 حالات فقط و من هنا نرى أن الطقمين متزامنين أى عند اختيار صفر مثلا فهو للمفتاحين معا ولا يمكن اختيار وضع مختلف لكل منهما. • CD4053 هى ثلاث مفاتيح كم منهم ذو مسارين Three Pole Double Thru "3PDT" ولها ثلا3 أطراف تحكم A,B,C وهذا يجعل كل مفتاح مستقل عن الباقى فى كل شيء.  حاولت توضيح هذه المعانى باستخدام تمثيل لهذه المفاتيح و كل مفتاح بلون مستقل للتفرقة. لتبسيط الرسم لم التزم بترتيب الأطراف وعند استخدامك لها يجب مراجعة صفحة البيانات لتحديد الترتيب الصحيح. نلاحظ أن الثلاث وحدات لها مدخل مسمى INH وهو اختصار Inhibit أى "منع" وهذا يمكننا من استخدام أكثر من متكاملة معا لزيادة عدد المسارات فعندما يكون INH=1 تنفصل كل مداخل و مخارج المتكاملة و كأنها غير موضوعة بالدائرة وبهذا تستطيع التعامل مع الثانية والثالثة الخ أيضا نلاحظ أن هذه الوحدات تستخدم 3 مصادر تغذية • VDD هو الموجب الرقمى و يمكن أن يصل حتى +15 فولت. • VSS السالب الرقمى و عادة يكون صفر • VEE وهو الأرضى للإشارة التماثلية و يجب أن يكون أقل من VDD بما لا يزيد عن 15 فولت مما سبق نرى أننا للتحكم مثلا فى إشارة تماثلية +/-5 فولت نضع VDD=+5 فولت ، VSS=صفر و VEE= - 5 فولت بل و يمكننا أن نستخدم حتى +/- 7.5 فولت أيضا. مقاومة التوصيل هنا أعلى قليلا فهى 80 أوم ولهم نفس النطاق الترددى يوجد أيضا CD4067 وهى لمفتاح 1 : 16 و أيضا CD4097 وهى لزوج من المفاتيح 1:8 بتحكم مشترك أى تختار المخرج رقم 5 مثلا سيكون لكلا المفتاحين معا. لم نتحدث عن العاكس Inverter و المعزز Buffer هل فقط هذه وظيفتهم؟ المرة القادمة إن شاء الله نتكلم عن العاكسات و المعززات Buffers & Inverters |
|
|||||
|
العاكسات و المعززات (حواجز- فواصل) ووحدات شميت Buffers , Inverters and Schmitt
العاكسات و المعززات (حواجز- فواصل) ووحدات شميت Buffers , Inverters and Schmitt المعززات أو الحواجز كما تسمى حقيقة استخدامها محدود و غالبا فى المجالات التالية 1- عندما تريد التحكم فى عدد اكبر من المداخل 2- عندما تريد توزيع الإشارة على مسارات و"تحجز أو تفصل بينها" ثم تجرى فى كل مسار أشياء مختلفة ولا تريد للتغيير فى مسار ما أن يؤثر على باقى المسارات 3- عندما تريد التحكم فى شيء خارج البوردة يحتاج تيار أو فولت أكبر من التقليدى حيث تجد معززات Buffers تتعامل مع جهود تصل إلى 30 فولت و تتحكم فى ريلاى مباشرة. 4- عندما تريد إضافة بعض التأخير حتى تصل إشارتان معا العاكسات إن لم يؤثر معك عكس الإشارة يمكنك استخدامها فى كل الاستخدامات السابقة و يضاف إليها ما يلى 1- باعتبار أنها مكبر فوحدات CMOS تكون وسطا رائعا لعمل مذبذب بالكريستال حيث تعوق مقاومة الدخول المنخفضة لدوائر TTL من تحقيق هذا الهدف بنفس الجودة وإن كان ليس مستحيلا . 2- يمكن استخدام وحدات CMOS كمكبر تماثلى لو دعت الحاجة كوجود حساس ذو خرج قليل وتحتاج لمكبر 3- باستخدام ثلاث وحدات CMOS متتالية يصبح التأخير فيها كبيرا لدرجة أن آخرها لا يرى أولها عند ربطهما فتتحول الدائرة لمهتز تلقائيا مضمون الأداء. ملحوظة : هذه الدائرة سواء نفذت بعاكسات TTL أو ترانزيستور لا تصلح لأن التأخير فيها قليل جدا مما يجعلها تتحول إلى مكبر ذو تغذية عكسية سالبة  نظرية عملها أنه بفرض عند البدء كما فى المسار العلوى للإشارة، كان دخول الأول = صفر سيظهر بعد برهة فى خرجه المستوى 1 أو H الذى يتواجد على دخل الثانى والذى بدورة بعد برهة سيفرض خرج = صفر على خرجه أو L وهو موجود على دخل الثالث فيظهر H فى خرجه الذى يغير بدوره حال الدخول من L إلى H تبع المسار السفلى و هكذا حتى يصل للخرج L والذى يريد إعادة المدخل الأول لسابق عهدة وهكذا. لو لم يكن هذا التأخير موجودا فى هذه الوحدات لكان لحظة تغيير الدخول يظهر تغيير معاكس فى الخرج الأخير والذى يتضاد مع تغيير الدخول فورا مما يجعل الدائرة تستقر ولا تهتز. هل يمكن أن نحول مثلا 50 ذ/ث من متردد لموجة مربعة بهذه العاكسات و الحواجز؟ المشكلة أن هذه الوحدات هى مكبرات ذات كسب عالى و تحرك الموجة 50 ذ/ث يعتبر بطئ و مداخل هذه العاكسات تمر بمرحلة لا بأس بها أثناء الانتقال من مستوى لآخر تعمل فيها كمكبر وهذا قد يسبب لها أن تهتز فبدلا من أن تحصل على نبضات مربعة تحصل على سلسلة من النبضات  هذه المشكلة تكون أكثر خطورة عندما نتعامل مع حساسات مثل حساسات الحرارة أو مقاييس السوائل الخ، كلها تتميز بالتغير البطيء من ثوانى إلى دقائق أو ساعات. ما الحل؟ هل تذكر فى المذبذب المتعدد بالترانزيستور حينما عملنا ما سمى Schmitt trigger أو قادح شميت؟ كان ينتقل صعودا عند مستوى أعلى من الانتقال هبوطا مثلا لو لدينا 10 فولت، سينتقل الخرج من صفر إلى 1 عندما يرتفع الدخول إلى 6 فولت ولا يعود الخرج إلى صفر إلا لو هبط الدخول عن 4 فولت و سميناها hysteresis ومعناها ألتخلفيه حيث يتأخر التغيير حتى بعد عودة المسبب لأصله، هذا هو الحل. وكيف نفعله هنا؟ كما فعلناه مع المقارنات فى الدوائر المتكاملة بالتغذية العكسية الموجبة. ولكنك قلت أن التأخير و لا أدرى ماذا يسبب مشاكل فكيف نفعل هذا؟؟ حسنا لا تهتم، فقد فعلوها ووضعوها مع عاكس وهو متوافر فى كل عائلة  7414 فى TTL و 40106 ، 4584 فى CMOS و ميز بهذه العلامة المميزة، بل أكثر من ذلك، جهزت بعض البوابات أيضا بهذه الخاصية على كل مدخل كما أن كثير من المتكاملات ذات الوظائف المتعددة منها مؤقتات و عدادات تحتوى مداخل خاصة جهزت بهذه الخاصية للتعامل مع التغير البطيء فى الجهد. المرة القادمة إن شاء الله نتكلم عن المزيد من هذه الدوائر الرائعة |
|
|||||
|
وحدات شميت : Schmitt Inverters
وحدات شميت : Schmitt Inverters صنعت وحدات شميت Schmitt Invertersباستخدام التغذية العكسية الموجبة كما فعلنا سابقا فى المقارنات (مكبر العمليات) ولها استخدامات عديدة، فمن المعروف أن أى مفتاح ميكانيكى لا يتم التوصيل والقطع فى مرة واحدة و ذلك بسبب الاهتزاز الميكانيكى أثناء التلامس و فك التلامس ويسمى الارتداد bounce ولذا لو وصلنا مدخل رقمى مباشرة على أى مفتاح ميكانيكى كما بالرسم سيترجم هذه الضوضاء لعدة نبضات بدلا من انتقال نظيف من مستوى لآخر.  لإلغاء هذه الظاهرة De-bounce استخدمت المكثفات لتنعيم هذا الاهتزاز و جعل الانتقال سلسا ولكن لو لم يكن المفتاح من النوع الجيد، فقد تحتاج لمكثف كبير نوعا ما مما يحد من سرعة إدخال البيانات. حل هذه المشكلة يتم بوضع المفتاح (سويتش) على مدخل شميت كما بالرسم الأيمن مما يجعل الانتقال سلسا دون تأخير فى الاستجابة. هناك أيضا مذبذب يعمل بنفس الطريقة التى شرحناها فى المقارنات إلا أنها هنا أسهل حيث لدينا مدخل واحد فقط وهى بالصورة، و يجب ألا ننسى أن جهد الانتقال من المستوى صفر لمستوى واحد هى أعلى من جهد العودة وهو ما يمكن من تحقيق ما نتناوله هنا.  فلو افترضنا مثلا التغذية 10 فولت، من صفحة البيانات نجد أن عند جهد دخول 6 فولت ينتقل الخرج من 1 إلى صفر ولكن يجب على جهد الدخول أن ينقص إلى 4 فولت لكى يعود الخرج كما كان. باستخدام الدائرة كما بالرسم أن فى البدء المكثف فارغ والدخل = صفر والخرج =1 أى 10 فولت، هذه القيمة ستشحن المكثف من خلال المقاومة تدريجيا حتى تصل إلى 6 فولت، عندها سينتقل الخرج فجأة إلى مستوى صفر ليبدأ فى تفريغ المكثف مرة أخرى . ما أن يصل جهد المكثف إلى 4 فولت مرة أخرى حتى ينتقل الخرج مرة أخرى لمستوى 1 أى 10 فولت ليعيد الشحن والدورة من جديد. هذا الاهتزاز كما شاهدنا يعتمد أساسا على خاصية شميت إذ لولاها لتحولت إلى تغذية عكسية سالبة واستقر كمكبر. إذن فيما عدا أول انتقال سينتقل المكثف بين قيمتي 4 و 6 فولت كما فى الشكل المبين للموجة و الخرج بين صفر و 10 فولت معادلة التردد تبدو معقدة قليلا لكن باستخدام القيم مع هذه الوحدة نحصل على التردد = 0.56 ÷ RC وهى معادلة سهلة لكن لو استخدمت نفس الرقم من شركة أخرى ستجد فرق فى التردد. هذه الطريقة رغم بساطتها إلا أنها حساسة للحرارة و غيرها من العوامل لذا فهى عملية و مفيدة جدا حيث التردد المراد لا يهم أن يكون دقيقا. طبعا من أهم وأحب المذبذبات هو البلورى لدقته العالية وثباته حيث يعتمد أساسا على جودة الكريستال ذاتها وهو يعمل بمكبر و بلورة و العاكس مكبر مناسب فقط يحتاج لمقاومة تغذية عكسية بين الخرج والدخل فيتحول إلى مكبر. البلورة توفر التغذية العكسية اللازمة للاهتزاز. لضمان جودة الأداء، تفضل أن تكون هذه المقاومة كبيرة أى 1 ميجا أو اكبر. مقاومة الدخول العلية تضمن عدم التأثير على جودة البلورة. بعض الدوائر تضيف مقاومة 20ك على التوالى مع خرج العاكس أيضا لعزله عن البلورة لضمان ثبات أكثر.  مذبذب البلورى أو الكريستال هو متطلب أساسى فى كل المتحكمات سواء الصغرى منها أو الحاسبات الكبيرة حيث كلما زادت دقته أمكن الاقتراب من السرعة القصوى للمعالج. أيضا بالنسبة للمعالجات الصغرى micro-controller فإن التوقيت يعتمد أساسا على دقة هذه النبضات. المرة القادمة إن شاء الله نتكلم عن المزيد. |
