Cosa succederà se l'uscita da un NOT-gate viene iniettato-BACK al suo ingresso PROPRIO?

Not-gate, se ottiene un input 0 (Off), fornisce un'uscita 1 (On). E se ottieni un input 1 (On), restituisce un'uscita 0 (Off).

Ora, se potessi riportare l'output all'ingresso del non-gate, cosa accadrà? Se il gate sta ottenendo un input 1, sta dando un output 0, e quindi se sta ottenendo un input 0, sta dando un output 1.

La situazione suona come un modello fisico di "contraddizione" (auto-falsa) (come quando il bambino attaccò la febbre-Bertrand Russel in attesa di essere preso in giro da suo fratello ad aprile, preparandosi contro tutti i possibili trucchi, quello di Bertrand Russel il fratello fece di Bertrand un pesce d'aprile facendo "non-pesce d'aprile", e se il fratello di Bertrand usa qualche trucco da aprile, Bertrand non verrà preso in giro da aprile, e se il fratello di Bertrand non usa alcun pesce d'aprile significa che Bertrand è stato preso suo fratello imbrogliato da aprile).

Ora, cosa succederà nel caso dell'hardware reale chiamato porta NOT ?

ASSUMO le possibilità;

1. il gate rimarrà sempre come output 0 (off).

2. il gate rimarrà sempre come 1 (on) -output.

3. Il cancello sarà "PULSANTE"; una volta uscirà 1; al momento successivo, dopo aver ricevuto quel segnale 1 (acceso) emetterà un segnale Zero (spento) e il ciclo continuerà a funzionare. La frequenza di questa oscillazione dipenderà dalle caratteristiche fisiche del componente del circuito.

4. il circuito verrà danneggiato (a causa di corrente anomala, surriscaldamento, ecc.) e presto smetterà di funzionare in modo permanente.

Accadrà qualcosa all'interno di questi presupposti?

PS. Sto pensando a questo problema dai miei giorni di scuola, ma da allora non so, come assemblare un non-gate in un circuito, da dove potrebbero essere acquistati, ecc; Non ho ancora potuto provarlo sperimentalmente.

Quello che succede di solito sono i casi 3. o 5.

Non hai definito il caso 5 :-)

• 5. L'ingresso-uscita unito siederà a una certa tensione vicino al centro dell'alimentazione.

74HC14: quando si utilizza un gate innescato Schmitt si verificherà quasi sicuramente un'oscillazione.
Supponiamo che Vin-out inizialmente = basso = 0.
Quando input = 0 l'uscita passerà a 1. Il
tempo per farlo è il ritardo di propagazione del gate (di solito ns per noi a seconda del tipo.
Quando l'uscita inizia ad aumentare, la velocità di cambiamento sarà influenzata dal carico.
qui il carico è l'ingresso capacità di gate + eventuali capacità cablaggio parassita azionato tramite la resistenza di uscita di gate e ogni resistenza del cablaggio.
Cin_gate è in lamiera di dati e può essere dell'ordine di 10 pF (varia in coppia).
On una capacità di cablaggio del PCB sarà bassa.
In questa situazione l'induttanza in serie può anche avere un piccolo effetto, ma di solito così piccola da essere ignorabile. La resistenza di uscita varia ampiamente a seconda del tipo di gate.
Molto approssimativamente Rout_effective = V / I = Vout / Iout_max.
ad es. se dd = 5V, Iout max = 20 mA quindi Rout ~~~ = 5 / .020 = 250 Ohm. Questo è molto dinamico ma dà un'idea.

Quando Vout = 1 ha portato Cin a un livello elevato tramite Rseries + Rout, il gate vedrà VIn = 1 e inizierà a passare a Vo = 0. Dopo un ritardo di propagazione, l'uscita inizia a scendere.
E così continua.

74HC04 : Quando viene utilizzato un gate non innescato Schmitt, si può verificare l'oscillazione dal meccanismo sopra, ma è più probabile che il gate si stabilizzi in modalità lineare con Vin-Vout a circa metà dell'alimentazione.
Le coppie interne di transistor-interruttore che sono destinate ad essere alte o basse in uscita per la maggior parte del tempo possono essere mantenute in uno stato intermedio. Ciò può comportare un elevato assorbimento di corrente e può portare alla distruzione di circuiti integrati, ma potrebbe anche non esserlo.

Come guida:

Scheda tecnica inverter 74HC04 Ritardo di propagazione ~~ = 20 ns Scheda tecnica inverter 74HC04 Ritardo di propagazione ~~ = 35 ns

Il ritardo di propagazione del 74HC14 è circa il 50% in più rispetto al 74HC04 ma l'isteresi dei menu del gate di ingresso del trigger Schmitt Vin impiega un po 'più di tempo a salire, quindi probabilmente significa ritardo complessivo circa il doppio per il gate attivato di Schmitt.

Se Cin = 10 pF e Rout = 250 Ohm, la costante di tempo di Vout che guida Cin = t = RC = 250 x 10E-12
~~ = 3E-9 = 3 ns.
Le coppie di numeri sottostanti separate da "/" sono per 74HC04 / 74HC14 Poiché il ritardo di propagazione ~ = 20/40 ns ('04 / '14) (vedere la figura 6 nella scheda tecnica 74HC04), quindi il totale da basso a alto e da basso a alto per 1 ciclo di oscillazione è forse 50/100 ns quindi si consiglia un'oscillazione di circa 20/10 Mhz. In pratica questo sembra forse "un po 'alto" per il 74HC14 ma l'oscillazione nella gamma MHz è probabilmente senza altri carichi a 5V. Il 74HC04 probabilmente non oscillerà, ma se lo fa lo farà probabilmente a una frequenza più alta.

Nota: il gate di Schmitt oscillerà a una frequenza inferiore sia a causa del ritardo di propagazione più lungo sia perché le soglie di hi-lo sono definite e separate dalla tensione di isteresi, quindi Cin impiega molto più tempo a caricarsi. La porta non Schmitt oscillerà probabilmente più in alto se oscilla, ma è più probabile che vada in una modalità lineare, possibilmente con un'oscillazione di bassa ampiezza sovrapposta.

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Cosa c'è dentro?:

Mario ha mostrato lo schema concettuale di un semplice inverter come un 74C04. Questi erano tra i primi gate CMOS, ma l'unità a bassa uscita era "fastidiosa" e presto arrivarono i buffer con più drive. Per ottenere l'azionamento di corrente extra hanno uno stadio di uscita ad alta corrente separato dallo stadio di ingresso. Poiché entrambi invertono il risultato complessivo NON è un inverter, quindi aggiungono un terzo stadio di inversione per ottenere l'inversione complessiva. Il risultato finale è "un inverter" esternamente e una scatola nera di eventi sconosciuti quando viene azionata in modo semi-analogico.

Per il 74HC04 lo schema seguente è come mostrato nei fogli dati
Fairchild e
TI e
NXP
MA
ON-Semi ,
solo per essere diversi rendono il 2 ° stadio un buffer con un input invertente. Il risultato è lo stesso, per quanto riguarda la logica. Quindi, nel complesso, nessuna garanzia che cosa accadrà quando sarà permesso di funzionare in modo semi-analogico.

Un inverter di 6 in 74HC04:

Nota che questo è solo per UNA versione basata su CMOS - ci sono molte altre versioni CMOS.

CMOS è il TTL, LSTTL, STTL più comunemente usato ma originale. ECL e altro ancora.

quello che stai descrivendo si chiama oscillatore ad anello

L'uscita oscilla con una certa frequenza in base al ritardo del gate NOT.

Un NOT Gate perfetto oscillerebbe con un'alta frequenza infinita.

Poiché non esiste un dispositivo così perfetto, la tua frequenza sarà

$f=\frac{1}{2*t}$

dove t è il ritardo del gate del NOT gate che si utilizza.

Osservando lo schema dei transistor si può vedere che il circuito risultante è costituito da due transistor che hanno i loro cancelli collegati ai loro scarichi. Questo cosiddetto transistor "collegato a diodo" si comporta come un resistore non lineare.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Fondamentalmente si finisce con un divisore di tensione e in base alle dimensioni effettive del transistor si otterrà una tensione che dovrebbe essere circa la metà della tensione di alimentazione.

Un singolo inverter non oscillerà poiché non ha uno sfasamento sufficiente. Per un oscillatore sono necessari almeno tre inverter in serie.

Ciò può dipendere dalla tecnologia, ma almeno un gate TTL NOT (transistor bipolari) può essere spesso visto come un amplificatore a inversione ad alto guadagno.

Collegando l'ingresso all'uscita, si crea un forte feedback negativo, quindi l'amplificatore si stabilizzerà da qualche parte tra 0 logico e 1 logico.

Se si collega l'ingresso all'uscita attraverso un resistore, potrebbe essere possibile alimentare e amplificare il segnale analogico esterno.

Gli elementi interni di una singola porta di solito non hanno abbastanza capacità parassita (quindi ritardo) per produrre oscillazioni se collegati in questo modo. Tuttavia, un anello di 3, 5 o più gate può avere abbastanza ritardo per generare un segnale ad alta frequenza invece di andare in stato stabile.

Ho visto tali soluzioni "analogiche digitali" negli stabilizzatori di tensione (molto eleganti - un chip digitale stabilizza 5 V per sé) e generatori (una catena di 3 porte funziona come oscillatore, da qualche parte circa 8 MHz) nella vecchia letteratura russa. Questi diagrammi si riferivano ai chip della serie K155 (penso, qualcosa come la vecchia serie di 7400 dovrebbe essere l'analogo occidentale).

Non una nuova risposta, ma come semplice comprensione che "punto- 5." (che è stato spiegato da altri utenti), con una semplice analogia meccanica .

Un non-gate potrebbe essere paragonato a una leva, con un fulcro fisso, appoggiato al centro della leva. (Come nelle forbici).

Se la sua estremità (presunta come input-end) viene premuta , l' altra estremità (supposta-come output-end) si alza .

E al contrario , se l'estremità dell'ingresso si è strappata verso l' alto , l'estremità dell'uscita è più profonda .

Supponiamo che

Up = 1

Giù = 0

In questo modello meccanico, non esiste un modo semplice per unire l'input con l'output, quindi andremo a un leggero indiretto . ...

cosa succede quando più di 1 cancelli non assemblati in combinazione serie.

Un numero ODD di non gate in serie (abbastanza simile a un oscillatore ad anello) si comporta come un singolo non-gate . Lo stesso è nel nostro rappresentante meccanico.

1 leva (contenente 1 fulcro e 2 estremità) = 1 non gate.

Ora, poiché questa combinazione fungerebbe da singolo non gate e il suo output potrebbe interagire con il suo input , in questo modo.

I supporti disegnati solo per significare, i fulcri vengono mantenuti fissi in un punto definito e la giunzione di 2 leve separate (= separate non cancelli) può spostarsi verso l'alto o verso il basso

Quindi, se potessimo unirci all'inizio e alla fine (e potremmo fornire il sistema adeguato per tollerare la pressione in eccesso tra 2 leve vicine) ...

Il tutto formerebbe un cerchio piano; con no-end su 0 o 1. Ma su ...

... 0,5. La posizione intermedia.

Come questo:

In quest'ultima immagine, l'immagine di sinistra è una leva singola, rappresentata proprio come la mappa del mondo disegnata su 2d-page, con un po 'di Alaska a parte l'estremità orientale della Russia e un po' di Russia al A ovest dell'Alaska.

Nell'ultima immagine, l'immagine a destra mostra la posizione orizzontale piatta con un valore di 0,5.

Un normale gate (non trigger di schmitt) non può essere essenzialmente visto come un tipo di amplificatore a inversione che viene normalmente utilizzato in saturazione. Collegando l'uscita all'ingresso applichiamo un feedback negativo a questo amplificatore.

I risultati dipendono dalla risposta in frequenza. Un gate non a singolo stadio avrà una risposta del primo ordine e si stabilizzerà ad un livello da qualche parte tra i due binari di potenza.

Un gate a tre stadi ("bufferizzato") non avrà una risposta del terzo ordine. A frequenze oltre la seconda frequenza di interruzione ciò causerà uno sfasamento di circa 180 gradi trasformando il feedback negativo in feedback positivo. Se il gate ha ancora guadagno a quelle frequenze, allora avrai un oscilatore.

Qual è la "risposta del terzo ordine"? Qual è la "seconda frequenza di interruzione"?

Ogni amplificatore funge da filtro passa-basso. In generale un amplificatore a singolo stadio ha una risposta di primo ordine.

Un filtro con una risposta del primo ordine può essere approssimato da due linee rette su un grafico con una scala log-log. In questa approssimazione il guadagno rimane piatto fino a quando la frequenza di interruzione diminuisce a una velocità di 20 dB per decennio (~ 6 dB per ottava). Prima della frequenza di interruzione l'ingresso è in fase con l'uscita. Dopo la frequenza di interruzione, l'uscita è sfasata di 90 gradi con l'ingresso.

Un filtro con una risposta del secondo ordine ha due frequenze di interruzione e può essere approssimato da tre linee rette sul nostro grafico log-log. Anche in questa stima il guadagno rimane piatto con cambio di fase 0 fino alla prima frequenza di interruzione. Quindi scende a 20 dB per decennio con 90 gradi di sfasamento fino alla seconda frequenza di interruzione. Infine scende a 40 dB per decennio con 180 gradi di sfasamento.

Un filtro con una risposta del terzo ordine può essere approssimato da quattro linee rette sul nostro grafico log-log nell'approssimazione dopo la prima frequenza di interruzione si ha un rolloff di 20 dB / decade e uno sfasamento di 90 gradi, dopo la seconda frequenza di interruzione si ha un rolloff di 40 dB / decade e uno sfasamento di 180 gradi e dopo la terza frequenza di interruzione si ha uno spostamento di fase di 270 gradi e un rolloff di 60 dB / decennio.

Questa approssimazione non è perfetta, in realtà c'è una transizione più dolce di magnitudo e fase nell'area intorno a ciascuna frequenza di interruzione, ma è abbastanza buona per i nostri scopi.

Quando mettiamo in sequenza tre amplificatori ciascuno con una risposta del primo ordine, finiamo con un sistema che ha una risposta del terzo ordine.

D: Questa risposta e 'utile?
A: Penso di sì. (Alcuni potrebbero non :-)).

Usa l'umorismo sotto forma di implementazione di una barzelletta molto antica - e capita di gestire l'inversione e l'oscillazione in modo analogo all'inverter in questa domanda.

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Il nuovo arrivato Ben ha pubblicato un link a qualcosa che è stato ritenuto irrilevante da alcuni.
In realtà è appropriato e quasi utile e anche in qualche modo divertente.
Sempre confuso, il sito ha riscontrato problemi con il firewall: il mio sistema, che è (teoricamente) sicuro, non si è "lamentato" quando ho effettuato l'accesso al sito.

Questo link fornito da Ben è un video di 40 secondi che mostra uno "scienziato" che sta sperimentando la caduta di toast imburrati e un gatto e nota come atterrano. Quello che fa dopo corrisponde a uno scherzo standard. Sullo sfondo il suo assistente come Igor è al lavoro. Toast, gatto, nastro adesivo e l'apparato di Igor producono qualcosa di rilevante per questa domanda. Implica inversione, oscillazione e (probabilmente feedback). Inoltre un fumatore di umorismo.

Mi piace l'esperimento di caduta di toast ~ = 20mm e il risultato improbabile.
Quello circa si avvicina al duro corto della domanda - e forse al risultato.

Inoltre, Ben ha osservato "... e produce potenza illimitata." .
Ciò ha senso nel contesto toast + cat ma non è eccessivamente rilevante per questa domanda.