变频器维修-工控

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                                                                                   旷野之雪

                                                                                   2008.5.16



记忆门(之一)
旷野之雪 发表于:2018/6/19 21:33:38
标签(TAG):故障检修 深度分析

记忆门(之一)

具有记忆功能的门电路,工作特征与上述两种基本门和可控门数字电路,有了质的差异。现在的输出结果并不一定是“现在的”输入信号所导致的,可能为“过去时”,即“已消失”输入信号动作后的存储结果,电路有了“记忆的”能力。电路的动作方式,也一改输入信号的“长时生效”而变为“瞬时信号”的触发机制。

是具有记忆功能,能储存一位二进制信息的逻辑电路。

该类电路,即数字电路中的基本RS触发器、同步RS触发器、同步D触发器、主从触发器、边缘触发器等和在此基础之上的时序逻辑电路,而整个数字电路的大厦,也即由组合逻辑电路和时序逻辑电路所构成。

1、基本RS触发器

1)由与非门构成的基本RS触发器

由两个与非门电路交叉耦合即构成基本的RS触发器,由于电路中G1、G2作用相同,习惯上用逻辑符号予以表示。

图1 由与非门构成的基本RS触发器

/RD、/SD为触发器的两个输入端,/SD称为置位(或置1)端;/RD称复位(或置0)端。在标注字母上方加短杠,表示低电平信号有效。触发器还有两个输出端,两者的逻辑电平相反,以Q端为基准。如Q=1,则/Q=0。

从电路结构来看,因仅有两个输入端子,则输入有四种电平组合,在合适的信号作用下,触发器可以从一种稳态翻转至另一稳态。

  • 当/SD=0,/RD=1时,触发器置1;
  • 当/SD=1,/RD=0时,触发器置0;
  • 当/SD=0,/RD=0时,出现输出竞争现象,为非法输入电平(正常应用时应避免出现这种情况);
  • 当/SD=1,/RD=1时,输出保持不变。

综上所述,基本RS触发器具有置0、置1和保持功能;但输入信号不能同时为0,是具有约束条件的触发器。

2)由或非门构成的基本RS触发器

用两个或非门交叉耦合,也可构成基本RS触发器,其电路结构和逻辑符号如图2所示。

图2 与或非门构成的基本RS触发器

RD和SD分别为复位(置0)和置位(置1)端,与图1电路有所不同,它们均是高电平有效。其信号输入也有四种组合。当RD=0,SD=1时,触发器置1;当RD=1,SD=0时,触发器置0;当二者都为1时,触发器状态不确定(为非法电平);当RD=0,SD=0时,触发器保持原状态不变。

与普通门、受控门电路相比,前者输入为常态信号,输出状态取决于即时输入;后者输入为“瞬态”信号,有触发特性,输出有保持功能,输出为输入的“过去时”,输入条件成立时输出保持。输入信号存在约束条件,限制了其实用性。RS基本触发器是没有实际应用IC器件的,实际应用器件是在此基础上将性能提升后的IC产品,如同步RS触发器,同步D触发器等系列产品。

电路实例:三态R-S锁存触发器CC4044B。内部电路结构与引脚功能见下图。

图3 CD4044B三态R-S锁存器

将基本的R-S触发器加以改造,如在输出侧增设传输开关,就可得到具有三态传输功能的R-S触发器。从其内部电路结构可看出,a)增加了EN使能控制端,高电平为通态,低电平为关态;b)增加了受控输出级,为三态输出模式,当EN端为低电平时,输出级相对于外部电路,为高阻态(三态)。

从检修角度出发,我们需要注意的着重点是在线如何确定芯片好坏,并找到(引脚功能、尺寸适宜的)替代元件。

检修要点:

a)在高阻(传输关断)态,输出端电平不取决于输入信号,而由电路设计者人为限定(由外加上拉、下拉电阻确实静态高、低电平);

b)在正常传输(EN端为高电平)状态,具有基本R-S触发器的工作特性:可置0、可置1、输出保持。可以通过对此三特性的验证来确定芯片好坏。

和普通门电路不同,现在的输出是“过去时”,不是对即时的输入信号作出的反映。欲确实电路好坏,需人为变动一下输入电平——进行置0或置1操作,据输出端做出的反映,确实判断芯片的好坏。一定条件下,我们可以在输入端做出“人为动作”,来迫使输出端作出相应的反应。其实任何器件,都不难找到相应的检修和判断方法,器件的正常工作与否即使如雪泥鸿爪,也总会“有迹可寻”。为此,需要研究触发器的输入电路形式,并据此采用相应的“人为动作”,而不会导致在线器件(如触发器的前级电路)的损坏。

对器件检测最好的方法,是上电检测输入、输出状态得出结论,远比测量引脚电阻、摘下后放入IC测试仪进行检测,更为方便和准确。这是因为其外围电路及供电条件,已经提供了最为优良的检测条件!

触发器的输入信号电路形式:

图4 触发器输入信号电路形式

图4中a)电路,因输入信号回路串入了R1、R2隔离电阻,因而前级输入电路是何形式不再重要。该触电器为高电平信号输入有效,可知其常态(或静态)R、S输入端应该为低电平。在首先确实EN端为高电平(确实电路为通态)情况下(若EN端为低电平,说明处于关态——高阻态,需查低电平原因并排除之),若测Q端为低电平,此时将图中S点与+5V短接一下(即输入置1信号),再测Q端应由0V变为5V高电平,并保持。说明N2芯片是好的。反之,若Q端为高电平,将图中R点与+5V短接一下(即输入置0信号),而Q端就变为低电平并保持。否则说明芯片已坏。

图4中b)电路,其信号输入前级电路为反相器电路,其内部输出级为电压互补放大器结构,N1、N2输出端静态为低电平,此时若贸然将N4的R、S端与+5V短接制造人为高电平信号,则因造成N1、N2输出级对+5V电源短路而损坏N1、N2器件。在N1、N2的输出端无法做手脚,则进而往输入端电路查找,总能找到动手的地方。该前级电路2为开路集电极输出结构,接有R1、R2上拉电阻。此时将Q01、Q02的集电极与供电地短接一下,即能方便地制造置0或置1信号,从而确实N4触发器电路的好坏。

同理,处理EN端电路,也可用相似方法,制造通态信号,以创造触发器的动作检测条件。

图4中c)电路,该电路是高电平有效触发方式,因而制造高电平的置1或置0信号,仅需短接Q01、Q02的发射结使其处于截止状态即可。

另外,若前级电路为三态门,将三态门处于高阻态时,此时可在N2的R、S端随意制造高、低电平信号,如将R、S端接地或接+5V。但若三态门处于通态时,则应在三态门的输入端想办法,制造信号了。

3)同步RS触发器

基本RS触发器只要输入信号变化,输出状态就会立即发生相应变化,这不但使得电路的抗干扰能力变差,也给多个触发器的同步工作带来不便。在实际应用中,通常要求触发器的状态按一定的时间节拍变化,即在时钟脉冲到达时,才根据输入信号改变状态;没有时钟信号时,即使输入信号改变,也不影响触发器的输出状态。为此,增加时钟脉冲输入端CP以及相应的输入控制电路,就有了同步RS触发器这一类数字芯片。

同步RS触发器的电路结构和逻辑符号如图5所示。

图5同步RS触发器

与非门G1、G2构成基本RS触发器,G3、G4构成输入控制电路。工作原理如下:

①CP=0期间,与非门G3、G4被封锁,/RD=1,/SD=1。因此,无论输入信号R、S如何变化,都不会影响触发器的输出Q和/Q,即触发器状态保持不变。

②CP=1期间,与非门G3、G4打开,输入信号R、S反相后加到由G1、G2构成的基本RS触发器电路,使Q和/Q的状态发生变化。

同步RS触发器的功能或状态,可由状态转移表来描述(此不赘述)。

4)同步D触发器

同步RS触发器在R、S同时为1且同时失效后,触发器状态不确定,说明其功能仍不完善。D触发器针对这一问题作出改进,解决了触发器状态不确定的问题。

由于只要令R、S不同时为1,触发器就不会出现状态不稳定,最简单的方法就是令S=/R,此时仅将S作为输入端(用D表示),就得到了D触发器。仍然是由RS触发器演变而来,是RS 触发器S=/R的特例,其电路结构和逻辑符号如图6所示。

图6 同步D触发器

工作原理如下:

①CP=0期间,与非门G3、G4被封锁,/RD=1,/SD=1。因此,无论输入信号R、S如何变化,都不会影响触发器的输出Q和/Q,即触发器状态保持不变。

②CP=1期间,与非门G3、G4打开,触发器输出状态随D而变化,完成置0、置1和保持等三种逻辑功能。

5)双主-从D型触发器电路检修举例

触发器系列电路形式太多,一下子完全搞明白是不必要的(不可能全部记住,用得多的会自然掌握)。以双主-从D型触发器CD4013为例,在尚未全面深刻掌握原理及内部电路结构的前提下,能否根据端子功能快速掌握其检修方法呢?答案是肯定的。

控制电路的核心部件为双D触发器,型号为CD4013,内含两个独立的D触发器。从R、S或C端子接受上升沿触发信号,能使输出状态产生翻转。常用来组成单稳态、双稳态、无稳态电路。如图7-10所示,是内部一路D触发器的引脚功能图。

图7 CD4014的引脚功能图

我们先掌握CD4013的两个应用模式,从中领会其电路原理及动作模式:

a)双稳态电路。在数据端D和时钟端C都接地的情况下,在置位端S加一个脉冲高电平,则Q输出端变为高电位(被置位);在复位端R加一个脉冲高电位,输出端Q变为低电位(被复位)。端为Q端的反相输出。

根据此原则(或满足此检测条件下),CD4013“变身”为普通R-S触发器,在R、S端施加瞬时高电平信号,即可完成置0、置1及保持功能检测。

b)数据检出电路。置位端S和复位端R都接地的情况下,在C端时钟脉冲作用下,D数据端的数据(0或1)被传输至输出端Q。D端只有0或1两个数据状态,C端上升沿脉冲作用期间,D端的数据为Q端所检出。

根据此原则(或满足此检测条件下),可在其时钟端人为施加“0”或“1”信号,检测Q端和D端数据传输状态,由此准确判断芯片好坏。

由上述,因而对如我——一位较懒惰的检修人员来说,检测数字电路的好坏,无需研究其繁杂的时序图,也不用管它传输频率是多少和具体的传输数据是什么,电路仅为高低电平信号处理器,或仅为传输一个直流5V和直流0V的信号电路。输出是此两种状态,而输入信号亦为此两种状态。完全可用0V和5V充当输入端检测信号,检测输出端的5V和0V变化,只要电路是听话的讲理的,就是好的电路。

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咸庆信

2018年6月19日


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