5 interesujących obwodów typu flip flop - włączanie / wyłączanie obciążenia za pomocą przycisku

Wokół układów IC 4017, IC 4093 i IC 4013 można zbudować pięć prostych, ale skutecznych elektronicznych obwodów przełącznika typu flip-flop. Zobaczymy, jak można je wdrożyć w przełączanie przekaźnika na przemian ON OFF , który z kolei przełączy obciążenie elektroniczne, takie jak wentylator, oświetlenie lub inne podobne urządzenie, za pomocą jednego naciśnięcia przycisku.

Co to jest obwód Flip Flop

Obwód przekaźnika typu flip flop działa na a obwód bistabilny koncepcja, w której ma dwa stabilne stopnie ON lub OFF. W zastosowaniach praktycznych pozwala podłączonemu obciążeniu naprzemiennie przełączać się ze stanu WŁ. Na WYŁ. I odwrotnie, w odpowiedzi na zewnętrzny wyzwalacz przełączający WŁ. / WYŁ.

W naszych poniższych przykładach dowiemy się, jak wykonać obwody przekaźnika typu flip flop 4017 IC i 4093 IC. Są one zaprojektowane tak, aby reagować na naprzemienne wyzwalanie za pomocą przycisku i odpowiednio obsługiwać przekaźnik i obciążenie na przemian ze stanu włączenia do stanu wyłączenia i odwrotnie.

Dodając tylko kilka innych elementów pasywnych, obwód można dokładnie przełączać między kolejnymi wyzwalaczami wejściowymi, ręcznie lub elektronicznie.

Mogą być obsługiwane za pomocą zewnętrznych wyzwalaczy, ręcznych lub elektronicznych.

1) Prosty elektroniczny obwód przełącznika typu Flip Flop wykorzystujący IC 4017

Pierwszy pomysł dotyczy użytecznego elektronicznego obwodu przełącznika dźwigniowego typu flip flop zbudowanego wokół IC 4017. Liczba komponentów jest tutaj minimalna, a uzyskany wynik jest zawsze do kreski.

Odnosząc się do rysunku, widzimy, że układ scalony jest podłączony do swojej standardowej konfiguracji, tj. Wysoki stan logiczny na jego wyjściu przesuwa się z jednego pinu na drugi pod wpływem zastosowanego zegara na jego pin # 14 .

Naprzemienne przełączanie na jego wejściu zegarowym jest rozpoznawane jako impulsy zegara i jest przekształcane na wymagane przełączanie na jego pinach wyjściowych. Cała operacja może mi zrozumieć z następujących punktów:

Lista części

• R4 = 10K,
• R5 = 100K,
• R6, R7 = 4K7,
• C6, C7 = 10 µF / 25 V,
• C8 = 1000 µF / 25 V,
• C10 = 0,1, DISC,
• WSZYSTKIE DIODY SĄ 1N4007,
• IC = 4017,
• T1 = BC 547, T2 = BC 557,
• IC2 = 7812
• TRANSFORMATOR = 0-12 V, 500 mA, WEJŚCIE WEDŁUG SPECYFIKACJI OBSZARU.

Jak to działa

Wiemy, że w odpowiedzi na każdy wysoki impuls logiczny na pinie # 14, piny wyjściowe układu IC 4017 są przełączane w górę sekwencyjnie od # 3 do # 11 w kolejności: 3, 4, 2, 7, 1, 5, 6, 9, 10 i 11.

Jednak to postępowanie może zostać zatrzymane w dowolnym momencie i powtórzone po prostu podłączając dowolny z powyższych pinów do styku resetowania # 15.

Na przykład (w tym przypadku) pin # 4 układu scalonego jest podłączony do pinu # 15, dlatego sekwencja będzie ograniczona i odbije się z powrotem do pozycji początkowej (pin # 3) za każdym razem, gdy sekwencja (logiczna wysoka) osiągnie pin # 4 i cykl się powtarza.

Oznacza to po prostu, że teraz sekwencja przełącza się od pinu nr 3 do pinu nr 2 w tę i z powrotem, co stanowi typową czynność przełączania. Działanie tego elektronicznego obwodu przełącznika dźwigniowego można dalej rozumieć następująco:

Za każdym razem, gdy dodatni wyzwalacz jest przyłożony do podstawy T1, przewodzi on i ciągnie w dół pin nr 14 układu scalonego do masy. Powoduje to przejście układu scalonego w stan gotowości.

W momencie usunięcia wyzwalacza, T1 przestaje przewodzić, pin # 14 natychmiast otrzymuje dodatni impuls z R1. Układ scalony przyjmuje to jako sygnał zegarowy i szybko przełącza wyjście z początkowego styku nr 3 na styk nr 2.

Następny impuls daje ten sam wynik, więc teraz wyjście przesuwa się z pinu # 2 na pin # 4, ale ponieważ pin # 4 jest podłączony do resetowania pin # 15, jak wyjaśniono, sytuacja wraca do pinu # 3 (punkt początkowy) .

Zatem procedura jest powtarzana za każdym razem, gdy T1 odbiera wyzwalacz ręcznie lub przez obwód zewnętrzny.

Klip wideo:

Modernizacja obwodu do sterowania więcej niż jednym obciążeniem

Zobaczmy teraz, jak powyższą koncepcję IC 4017 można zmodernizować, aby obsługiwać 10 możliwych obciążeń elektrycznych za pomocą jednego przycisku.

Pomysł został zgłoszony przez pana Dheeraj.

Cele i wymagania obwodu

Nazywam się Dhiraj Pathak z Assam w Indiach.

Zgodnie z poniższym schematem należy wykonać następujące czynności -

• Przełącznik AC S1 przy pierwszym włączeniu, obciążenie AC 1 powinno się włączyć i pozostać w stanie ON do wyłączenia S1. Obciążenie AC 2 powinno pozostać wyłączone podczas tej operacji
• Za drugim razem, gdy S1 jest ponownie włączany, obciążenie AC 2 powinno się włączać i pozostawać włączone aż do wyłączenia S1. Obciążenie AC 1 powinno pozostać wyłączone podczas tej operacji
• Za trzecim razem, gdy S1 zostanie ponownie załączony, oba obciążenia AC powinny włączyć się i pozostać WŁĄCZONE aż do wyłączenia S1. Za czwartym razem, gdy S1 zostanie załączony, cykl pracy powinien zostać powtórzony jak wspomniano w krokach 1, 2 i 3.

Zamierzam wykorzystać ten projekt w moim pojedynczym salonie mojego wynajmowanego mieszkania. W pomieszczeniu ukryte jest okablowanie, a wentylator znajduje się na środku dachu.

Światło zostanie podłączone równolegle do wentylatora jako centralne światło w pomieszczeniu. Nie ma dodatkowego gniazdka na środku dachu. Dostępny jest tylko wylot dla wentylatora.

Nie chcę prowadzić osobnych przewodów z centralki do środkowego światła. Dlatego pomyślałem o zaprojektowaniu obwodu logicznego, który może wykrywać stan (wł. / Wył.) Źródła zasilania i odpowiednio przełączać obciążenia.

Aby używać środkowego światła, nie chcę, aby wentylator był cały czas WŁĄCZONY i odwrotnie.

Za każdym razem, gdy obwód jest włączany, ostatni znany stan powinien wyzwolić kolejną operację obwodu.

Projektowanie

Poniżej przedstawiono prosty obwód przełącznika elektronicznego przystosowany do wykonywania wyżej wymienionych funkcji, bez MCU. Przełącznik przyciskowy dzwonkowy służy do sekwencyjnego przełączania podłączonego światła i wentylatora.

Projekt jest oczywisty, jeśli masz jakiekolwiek wątpliwości dotyczące opisu obwodu, prosimy o wyjaśnienie go w komentarzach.

Przełącznik elektroniczny bez przycisku

Zgodnie z żądaniem i informacją zwrotną otrzymaną od pana Dheeraja, powyższy projekt można zmodyfikować tak, aby działał bez przycisku ... to znaczy, używając istniejącego przełącznika WŁ. / WYŁ. Po stronie zasilania sieciowego do generowania określonych sekwencji przełączania. .

Zaktualizowany projekt można zobaczyć na poniższym rysunku:

Kolejny interesujący Przekaźnik ON OFF Czarownicę z jednym przyciskiem można skonfigurować za pomocą pojedynczego układu IC 4093. Nauczmy się procedur z poniższym wyjaśnieniem.

2) Dokładny obwód CMOS Flip Flop przy użyciu IC 4093

Szczegóły wyprowadzeń IC4093

Lista części

• R3 = 10 tys.,
• R4, R5 = 2M2,
• R6, R7 = 39 tys.,
• C4, C5 = 0,22, DISC,
• C6 = 100 µF / 25 V,
• D4, D5 = 1N4148,
• T1 = BC 547,
• IC = 4093,

Druga koncepcja polega na tym, że można wykonać dość dokładny obwód za pomocą trzech bramek IC 4093 . Patrząc na rysunek, widzimy, że wejścia N1 i N2 są połączone ze sobą, tworząc falowniki logiczne, podobnie jak bramki NOT.

To znaczy, że dowolny poziom logiki zastosowane do ich wejść zostaną odwrócone na wyjściach. Ponadto te dwie bramki są połączone szeregowo, tworząc konfiguracja zatrzasku za pomocą pętli sprzężenia zwrotnego przez R5.

N1 i N2 natychmiast zatrzaskują się w momencie wykrycia dodatniego wyzwalania na swoim wejściu. Wprowadzono kolejną bramkę N3, która zasadniczo przerywa ten zatrzask na przemian po każdym kolejnym impulsie wejściowym.

Funkcjonowanie obwodu można dokładniej zrozumieć poprzez następujące wyjaśnienie:

Jak to działa

Po otrzymaniu impulsu na wejściu wyzwalającym N1 szybko reaguje, jego wyjście zmienia stan, zmuszając N2 również do zmiany stanu.

Powoduje to, że wyjście N2 staje się wysokie, zapewniając sprzężenie zwrotne (przez R5) na wejściu N1 i obie bramki zatrzaskują się w tym położeniu. W tej pozycji wyjście N2 jest zablokowane na wysokim poziomie logicznym, poprzedni obwód sterujący aktywuje przekaźnik i podłączone obciążenie.

Wysoki sygnał wyjściowy również powoli ładuje C4, tak że teraz jedno wejście bramki N3 staje się wysokie. W tym momencie drugie wejście N3 jest utrzymywane na niskim poziomie logicznym przez R7.

Teraz impuls w punkcie wyzwalania spowoduje, że to wejście również na chwilę przejdzie w stan wysoki, zmuszając jego wyjście do niskiego poziomu. Spowoduje to pociągnięcie wejścia N1 do masy przez D4, natychmiast przerywając zatrzask.

Spowoduje to, że wyjście N2 stanie się niskie, dezaktywując tranzystor i przekaźnik. Obwód powraca teraz do swojego pierwotnego stanu i jest gotowy do następnego wyzwalania wejścia, aby powtórzyć całą procedurę.

3) Obwód Flip Flop przy użyciu IC 4013

Szybka dostępność wielu dzisiejszych układów scalonych CMOS sprawiła, że ​​projektowanie bardzo skomplikowanych obwodów jest dziecinnie proste i bez wątpienia nowi entuzjaści czerpią przyjemność z tworzenia układów z tymi wspaniałymi układami scalonymi.

Jednym z takich urządzeń jest IC 4013, który jest zasadniczo układem scalonym typu flip flop typu dual D i może być używany dyskretnie do wdrażania proponowanych działań.

Krótko mówiąc, układ scalony zawiera dwa wbudowane moduły, które można łatwo skonfigurować jako klapki, dodając tylko kilka zewnętrznych elementów pasywnych.

Funkcja wyprowadzeń IC 4013

IC można zrozumieć w następujących punktach.

Każdy pojedynczy moduł flip flop składa się z następujących wyprowadzeń:

1. Q i Qdash = komplementarne wyjścia
2. CLK = wejście zegara.
3. Dane = Nieistotne wyprowadzenie, musi być podłączone do dodatniego lub ujemnego przewodu zasilającego.
4. SET i RESET = Dodatkowe wyprowadzenia pinów używane do ustawiania lub resetowania warunków wyjściowych.

Wyjścia Q i Qdash zmieniają swoje stany logiczne naprzemiennie w odpowiedzi na ustawienia / reset lub wyjścia zegara.

Kiedy częstotliwość zegara jest przyłożona na wejściu CLK, wyjścia Q i Qdash zmieniają stany na przemian tak długo, jak długo zegary się powtarzają.

Podobnie, stan Q i Qdash można zmienić poprzez ręczne pulsowanie pinów zestawu lub resetowania dodatnim źródłem napięcia.

Zwykle zestaw i pin resetowania powinny być podłączone do masy, gdy nie są używane.

Poniższy schemat obwodu przedstawia prostą konfigurację IC 4013, która może być używana jako obwód typu flip-flop i stosowana do zamierzonych potrzeb.

Obydwa mogą być wykorzystane w razie potrzeby, jednak jeśli używany jest tylko jeden z nich, upewnij się, że styki ustawiania / resetowania / danych i zegara drugiej nieużywanej sekcji są odpowiednio uziemione.

Przykład praktycznego zastosowania obwodu przerzutnika można zobaczyć poniżej, wykorzystując wyjaśniony powyżej układ 4013 IC

Kopia zapasowa awarii zasilania i pamięć dla obwodu Flip Flp

Jeśli jesteś zainteresowany dołączeniem pamięci awarii zasilania i funkcji tworzenia kopii zapasowych dla opisanego powyżej projektu 4013, możesz go rozbudować o rezerwę kondensatorową, jak pokazano na poniższym rysunku:

Jak widać, sieć kondensatorów i rezystorów o dużej wartości jest dodawana z zaciskiem zasilania układu scalonego, a także kilka diod, aby zapewnić, że energia zmagazynowana wewnątrz kondensatora zostanie wykorzystana do zasilania tylko układu scalonego, a nie do drugiego zewnętrznego gradacja.

W przypadku awarii zasilania sieciowego, kondensator 2200 uF stale i bardzo powoli pozwala swojej zmagazynowanej energii dotrzeć do styku zasilania układu scalonego, utrzymując `` pamięć '' układu scalonego i upewniając się, że pozycja zatrzasku jest zapamiętywana przez układ scalony, gdy sieć jest niedostępna .

Natychmiast po przywróceniu zasilania, układ scalony zapewnia pierwotne działanie blokujące na przekaźniku, zgodnie z wcześniejszą sytuacją, a tym samym zapobiega utracie przez przekaźniki poprzedniego stanu włączenia podczas braku zasilania.

4) Elektroniczny przełącznik dwustabilny SPDT 220 V za pomocą IC 741

Przełącznik dwustabilny odnosi się do urządzenia, które służy do naprzemiennego włączania i wyłączania obwodu elektrycznego, gdy jest to wymagane.

Normalnie przełączniki mechaniczne są używane do takich operacji i są szeroko stosowane wszędzie tam, gdzie wymagane jest przełączanie elektryczne. Jednak przełączniki mechaniczne mają jedną dużą wadę, są podatne na zużycie i mają tendencję do wytwarzania iskier i szumów RF.

Prosty obwód wyjaśniony tutaj stanowi elektroniczną alternatywę dla powyższych operacji. Korzystanie z jednego na wzmacniaczu i kilka innych tanich części pasywnych, można w tym celu zbudować bardzo ciekawy elektroniczny przełącznik dwustabilny.

Chociaż obwód wykorzystuje również mechaniczne urządzenie wejściowe, ale ten mechaniczny przełącznik jest małym mikroprzełącznikiem, który wymaga tylko naprzemiennego naciskania w celu wykonania proponowanych działań przełączających.

Mikroprzełącznik jest urządzeniem wszechstronnym i bardzo odpornym na naprężenia mechaniczne, przez co nie wpływa na sprawność obwodu.

Jak działa obwód

Rysunek przedstawia prosty projekt obwodu elektronicznego przełącznika dwustabilnego, zawierający wzmacniacz operacyjny 741 jako główną część.

Układ scalony jest skonfigurowany jako wzmacniacz o dużym wzmocnieniu i dlatego jego wyjście ma tendencję do łatwego wyzwalania naprzemiennie logiki 1 lub logiki 0.

Niewielka część potencjału wyjściowego jest doprowadzana z powrotem do nieodwracającego wejścia wzmacniacza operacyjnego

Kiedy przycisk jest wciśnięty, C1 łączy się z wejściem odwracającym wzmacniacza operacyjnego.

Zakładając, że wyjście było w logice 0, opamp natychmiast zmienia stan.

C1 zaczyna teraz ładować przez R1.

Jednak przytrzymanie przełącznika wciśniętego przez dłuższy czas spowoduje tylko częściowe naładowanie C1 i dopiero po zwolnieniu C1 rozpocznie ładowanie i kontynuuje ładowanie do poziomu napięcia zasilania.

Ponieważ przełącznik jest otwarty, teraz C1 zostaje odłączony, co pomaga mu „zachować” informacje wyjściowe.

Teraz, jeśli przełącznik zostanie ponownie naciśnięty, wysoka moc wyjściowa w pełni naładowanego C1 staje się dostępna na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego, wzmacniacz operacyjny ponownie zmienia stan i tworzy logikę 0 na wyjściu, tak że C1 zaczyna rozładowywać, przynosząc położenie obwodu do stanu pierwotnego.

Obwód jest przywracany i jest gotowy do następnego powtórzenia powyższego cyklu.

Wyjście jest standardem konfiguracja wyzwalacza triaka używany do odpowiadania na wyjścia opampa dla odpowiednich działań przełączających podłączonego obciążenia.

Lista części

• R1, R8 = 1 M,
• R2, R3, R5, R6 = 10 K,
• R4 = 220 K,
• R7 = 1 K.
• C1 = 0,1 uF,
• C2, C3 = 474 / 400V,
• S1 = mikroprzełącznik Push Button,
• IC1 = 741
• Triac BT136

5) Tranzystor bistabilny Flip Flop

W ramach tego piątego i ostatniego, ale nie najmniejszego projektu flopa typu flop poznajemy kilka tranzystorowych obwodów typu flip-flop, których można używać do włączania / wyłączania obciążenia za pomocą jednego przycisku wyzwalającego. Nazywa się je również obwodami bistabilnymi tranzystorów.

Termin tranzystor bistabilny odnosi się do stanu obwodu, w którym obwód pracuje z zewnętrznym wyzwalaczem, aby zapewnić sobie stabilność (trwale) w dwóch stanach: stanie włączenia i stanie wyłączenia, stąd nazwa bistabilny oznacza stabilny w obu stanach ON / OFF.

To stabilne włączanie / wyłączanie przełączania obwodu na przemian można normalnie wykonywać za pomocą mechanicznego przycisku lub poprzez cyfrowe wejścia wyzwalania napięcia.

Zrozummy proponowane bistabilne obwody tranzystorowe za pomocą następujących dwóch przykładów obwodów:

Działanie obwodu

W pierwszym przykładzie widzimy prosty obwód tranzystora sprzężonego krzyżowo, który wygląda bardzo podobnie do multiwibrator monostabilny konfiguracja z wyjątkiem podstawy do dodatnich rezystorów, których celowo tutaj brakuje.

Zrozumienie działania bistabilnego tranzystora jest dość proste.

Zaraz po włączeniu zasilania, w zależności od niewielkiej nierównowagi wartości składowych i charakterystyki tranzystora, jeden z tranzystorów włączy się całkowicie, powodując całkowite wyłączenie drugiego.

Załóżmy, że weźmiemy pod uwagę prawy tranzystor, który przewodzi jako pierwszy, otrzyma polaryzację przez lewą diodę LED, 1k i kondensator 22uF.

Gdy prawy tranzystor zostanie całkowicie przełączony, lewy tranzystor wyłączy się całkowicie, ponieważ jego podstawa będzie teraz utrzymywana w stanie uziemienia przez rezystor 10k na prawym kolektorze / emiterze tranzystora.

Powyższe położenie będzie stałe i trwałe tak długo, jak długo utrzymywane jest zasilanie obwodu lub do momentu naciśnięcia przełącznika typu push-to-ON.

Gdy pokazany przycisk zostanie wciśnięty na chwilę, lewy kondensator 22uF nie będzie teraz w stanie pokazać żadnej odpowiedzi, ponieważ jest już w pełni naładowany, jednak prawy 22uF będący w stanie rozładowanym będzie miał okazję do swobodnego przewodzenia i zapewni twardsze obciążenie lewy tranzystor, który natychmiast się włączy, odwracając sytuację na swoją korzyść, przy czym tranzystor prawej strony zostanie zmuszony do wyłączenia.

Powyższe położenie pozostanie nienaruszone do ponownego naciśnięcia przycisku. Przełączanie można przełączać naprzemiennie z lewego na prawy tranzystor i odwrotnie, naciskając na chwilę przełącznik wciskany.

Podłączone diody LED będą świecić naprzemiennie w zależności od tego, który tranzystor jest aktywny w wyniku bistabilnych działań.

Schemat obwodu

Obwód przerzutnika bistabilnego tranzystora wykorzystujący przekaźnik

W powyższym przykładzie dowiedzieliśmy się, jak kilka tranzystorów można ustawić tak, aby blokowały się w trybach bistabilnych, naciskając jeden przycisk i wykorzystując je do przełączania odpowiednich diod LE i wymaganych wskazań.

W wielu przypadkach przełączanie przekaźnika staje się konieczne w celu przełączania cięższych obciążeń zewnętrznych. Ten sam obwód, który został wyjaśniony powyżej, może być zastosowany do aktywacji przekaźnika ON / OFF z pewnymi zwykłymi modyfikacjami.

Patrząc na następującą konfigurację bistabilną tranzystora, widzimy, że obwód jest w zasadzie identyczny z powyższym, z wyjątkiem prawej diody LED, która jest teraz zastąpiona przekaźnikiem, a wartości rezystora zostały nieco dostosowane, aby ułatwić większy prąd, który może być wymagany dla przekaźnika aktywacja.
Działanie obwodu jest również identyczne.

Naciśnięcie przełącznika spowoduje wyłączenie lub włączenie przekaźnika w zależności od początkowego stanu obwodu.

Przekaźnik można przełączać naprzemiennie ze stanu WŁ. Do stanu WYŁ., Po prostu naciskając dołączony przycisk tyle razy, ile potrzeba, aby odpowiednio przełączyć zewnętrzne obciążenie połączone ze stykami przekaźnika.

Obraz bistabilny Flip Flop

Czy masz więcej pomysłów na zmianę projektów flip flopów, podziel się z nami, z przyjemnością opublikujemy je tutaj dla Ciebie i dla przyjemności wszystkich oddanych czytelników.

Obwód Flip Flop wykorzystujący IC 4027

Po dotknięciu płytki dotykowej. Tranzystor T1 (rodzaj pnp) zaczyna działać. Wynikowy impuls na zegarze wejściowym 4027 ma wyjątkowo powolne zbocza (z powodu CI i C2).

W związku z tym (i niezwykle) pierwszy przerzutnik J-K w 4027 służy następnie jako bramka kontrolna Schmitta, zamieniając bardzo powolny impuls na jego wejściu (pin 13) w płynny sygnał elektryczny, który można dodać do zegara następnego przerzutnika wejście (pin 3).

Następnie drugi przerzutnik działa zgodnie z instrukcją, dostarczając rzeczywisty sygnał przełączający, który może być użyty do włączania i wyłączania przekaźnika przez stopień tranzystorowy T2.

Przekaźnik zachowuje się naprzemiennie po dotknięciu palcem płytki stykowej. Pobór prądu w obwodzie przy wyłączonym przekaźniku jest mniejszy niż 1 mA, a gdy przekaźnik jest włączony, do 50 mA. Każdy tańszy przekaźnik może być używany tak długo, jak poziom napięcia cewki wynosi 12 V.

Jednak podczas pracy z urządzeniem sieciowym należy używać przekaźnika o odpowiednio znamionowanych stykach.