5 interessante flip-flopcircuits - belasting AAN / UIT met drukknop

Vijf eenvoudige maar effectieve elektronische tuimelschakelaarschakelingen kunnen worden gebouwd rond de IC 4017, IC 4093 en IC 4013. We zullen zien hoe deze kunnen worden geïmplementeerd voor een relais afwisselend AAN UIT schakelen , die op zijn beurt een elektronische belasting, zoals een ventilator, verlichting of een soortgelijk apparaat, schakelt met een enkele druk op de knop.

Wat is een flip-flopcircuit

Een flip-flop-relaiscircuit werkt op een bistabiel circuit concept waarin het twee stabiele fasen heeft, AAN of UIT. Bij gebruik in circuits voor praktische toepassingen kan een aangesloten belasting afwisselend van een AAN-status naar UIT-status en vice versa schakelen als reactie op een externe AAN / UIT-schakeltrigger.

In onze volgende voorbeelden zullen we leren hoe we een 4017 IC en 4093 IC gebaseerde flip-flop relaiscircuits kunnen maken. Deze zijn ontworpen om te reageren op alternatieve triggers door middel van een drukknop, en dienovereenkomstig een relais en een belasting afwisselend te bedienen van een AAN-toestand naar een UIT-toestand en vice versa.

Door slechts een handvol andere passieve componenten toe te voegen, kan de schakeling nauwkeurig worden geschakeld door opeenvolgende ingangstriggers, hetzij handmatig, hetzij elektronisch.

Ze kunnen worden bediend via externe triggers, hetzij handmatig, hetzij via een elektronische trap.

1) Eenvoudige elektronische tuimelschakelaar Flip Flop Circuit met behulp van IC 4017

Het eerste idee gaat over een handig elektronisch flip-flop-tuimelschakelaarcircuit dat is gebouwd rond de IC 4017. Het aantal componenten is hier minimaal en het verkregen resultaat is altijd goed.

Verwijzend naar de figuur zien we dat de IC is bedraad in zijn standaardconfiguratie, d.w.z. een logisch hoog aan zijn uitgang verschuift van de ene pin naar de andere onder invloed van de toegepaste klok op zijn pin # 14 ​

Het afwisselend schakelen aan zijn klokingang wordt herkend als klokpulsen en wordt omgezet in het vereiste schakelen aan zijn uitgangspennen. De hele operatie mag ik begrijpen met de volgende punten:

Onderdelen lijst

• R4 = 10K,
• R5 = 100K,
• R6, R7 = 4K7,
• C6, C7 = 10 µF / 25 V,
• C8 = 1000 µF / 25 V,
• C10 = 0,1, SCHIJF,
• ALLE DIODES ZIJN 1N4007,
• IC = 4017,
• T1 = BC 547, T2 = BC 557,
• IC2 = 7812
• TRANSFORMATOR = 0-12 V, 500 mA, INGANG PER GEBIEDSPECIFICATIES.

Hoe het werkt

We weten dat als reactie op elke logische hoge puls op pin # 14, de outputpinnen van de IC 4017 opeenvolgend hoog worden geschakeld van # 3 naar # 11 in de volgorde: 3, 4, 2, 7, 1, 5, 6, 9, 10 en 11.

Deze procedure kan echter op elk moment worden gestopt en herhaald door gewoon een van de bovenstaande pinnen aan te sluiten op de reset-pin # 15.

Bijvoorbeeld (in het onderhavige geval), pin # 4 van het IC is verbonden met pin # 15, daarom zal de sequentie worden beperkt en zal deze elke keer dat de sequentie (logisch hoog) bereikt terugkaatst naar zijn oorspronkelijke positie (pin # 3). pin # 4 en de cyclus herhaalt zich.

Het betekent gewoon dat de volgorde nu heen en weer schakelt van pin # 3 naar pin # 2, wat een typische wisselactie vormt. De werking van dit elektronische tuimelschakelaarcircuit kan verder als volgt worden begrepen:

Elke keer dat een positieve trigger wordt toegepast op de basis van T1, geleidt en trekt deze pin # 14 van de IC naar de aarde. Dit brengt de IC in een stand-by positie.

Op het moment dat de trigger wordt verwijderd, stopt T1 met geleiden, pin # 14 ontvangt nu onmiddellijk een positieve puls van R1. De IC erkent dit als een kloksignaal en schakelt snel de uitvoer van de oorspronkelijke pin # 3 naar pin # 2.

De volgende puls levert hetzelfde resultaat op, zodat de output nu verschuift van pin # 2 naar pin # 4, maar aangezien pin # 4 is verbonden met reset pin # 15, zoals uitgelegd, keert de situatie terug naar pin # 3 (beginpunt) .

De procedure wordt dus herhaald elke keer dat T1 een trigger ontvangt, hetzij handmatig, hetzij via een extern circuit.

Videoclip:

Het circuit upgraden om meer dan één belasting te regelen

Laten we nu eens kijken hoe het bovenstaande IC 4017-concept kan worden opgewaardeerd om 10 mogelijke elektrische belastingen te bedienen met een enkele drukknop.

Het idee werd aangevraagd door de heer Dheeraj.

Circuitdoelstellingen en -vereisten

Ik ben Dhiraj Pathak uit Assam, India.

Zoals aangegeven in het onderstaande diagram, moeten de volgende bewerkingen plaatsvinden:

• De AC-schakelaar S1 wanneer deze voor de eerste keer wordt ingeschakeld, moet AC-belasting 1 worden ingeschakeld en in de AAN-toestand blijven totdat S1 is uitgeschakeld. AC-belasting 2 moet tijdens deze bewerking uitgeschakeld blijven
• De tweede keer dat S1 weer wordt ingeschakeld, moet AC-belasting 2 worden ingeschakeld en AAN blijven totdat S1 wordt uitgeschakeld. AC-belasting 1 moet tijdens deze bewerking uitgeschakeld blijven
• De derde keer dat S1 weer wordt ingeschakeld, moeten beide AC-belastingen worden ingeschakeld en blijven ingeschakeld totdat S1 wordt uitgeschakeld. De vierde keer dat de S1 wordt ingeschakeld, moet de bedieningscyclus worden herhaald zoals vermeld in stap 1, 2 en 3.

Het is mijn bedoeling om dit ontwerp te gebruiken in mijn enige woonkamer van mijn gehuurde appartement. De kamer heeft verborgen bedrading en de ventilator bevindt zich in het midden van het dak.

De lamp wordt parallel aan de ventilator geschakeld als middelpunt van de kamer. Er is geen extra stopcontact in het midden van het dak. Alleen beschikbare uitlaat is voor de ventilator.

Ik wil geen aparte draden van het schakelbord naar het middenlicht leggen. Daarom dacht ik aan het ontwerpen van een logisch circuit dat de toestand (aan / uit) van de stroombron kan detecteren en dienovereenkomstig belastingen kan schakelen.

Voor het gebruik van het middelste licht wil ik de ventilator niet altijd AAN laten staan ​​en vice versa.

Elke keer dat het circuit wordt ingeschakeld, zou de laatst bekende status de volgende werking van het circuit moeten activeren.

Het ontwerp

Een eenvoudig elektronisch schakelcircuit dat is aangepast om de bovengenoemde functies uit te voeren, wordt hieronder weergegeven, zonder een MCU. Een beldrukknop type schakelaar wordt gebruikt voor het uitvoeren van de sequentiële schakeling voor het aangesloten licht en de ventilator.

Het ontwerp spreekt voor zich, als u twijfels heeft over de beschrijving van het circuit, aarzel dan niet om dit te verduidelijken via uw opmerkingen.

Elektronische schakelaar zonder drukknop

Volgens het verzoek en de feedback ontvangen van de heer Dheeraj, kan het bovenstaande ontwerp worden gewijzigd om te werken zonder een drukknop ... dat wil zeggen, met behulp van de bestaande AAN / UIT-schakelaar aan de netstroomingang om de gespecificeerde schakelsequenties te genereren .

Het bijgewerkte ontwerp is te zien in de onderstaande afbeelding:

Nog een interessant AAN UIT relais heks met een enkele knop kan worden geconfigureerd met behulp van een enkele IC 4093. Laten we de procedures leren met de volgende uitleg.

2) Nauwkeurig CMOS-flip-flopcircuit met behulp van IC 4093

IC4093 Pinout-gegevens

Onderdelen lijst

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

Het tweede concept gaat over een vrij nauwkeurig circuit dat gemaakt kan worden met behulp van drie poorten van IC 4093 ​Als we naar de figuur kijken, zien we dat de ingangen van N1 en N2 zijn samengevoegd tot logische omvormers, net als NOT-poorten.

Het betekent dat, elk logisch niveau toegepast op hun inputs zullen worden omgekeerd bij hun outputs. Ook zijn deze twee poorten in serie verbonden om een vergrendelingsconfiguratie met behulp van een feedbacklus via R5.

N1 en N2 vergrendelen onmiddellijk op het moment dat ze een positieve trigger aan hun ingang waarnemen. Een andere poort N3 is in principe geïntroduceerd om deze grendel afwisselend na elke volgende ingangspuls te verbreken.

De werking van het circuit kan verder worden begrepen met de volgende uitleg:

Hoe het werkt

Bij ontvangst van een puls op de triggeringang reageert N1 snel, de uitgang verandert van toestand en dwingt N2 om ook van toestand te veranderen.

Dit zorgt ervoor dat de uitgang van N2 hoog wordt en een terugkoppeling (via R5) geeft aan de ingang van N1 en beide poorten vergrendelen in die positie. Op deze positie is de uitgang van N2 logisch hoog vergrendeld, het voorgaande stuurcircuit activeert het relais en de aangesloten belasting.

De hoge output laadt ook langzaam C4 op, zodat nu één input van poort N3 hoog wordt. Op dit punt wordt de andere ingang van N3 op logisch laag gehouden door R7.

Nu zal een puls op het triggerpunt ervoor zorgen dat deze ingang ook tijdelijk hoog wordt, waardoor de uitgang wordt gedwongen laag te worden. Hierdoor wordt de ingang van N1 via D4 naar aarde getrokken, waardoor de grendel onmiddellijk wordt verbroken.

Hierdoor wordt de uitgang van N2 laag, waardoor de transistor en het relais worden gedeactiveerd. Het circuit is nu terug in de oorspronkelijke staat en klaar voor de volgende inputtrigger om de hele procedure te herhalen.

3) Flip Flop Circuit met IC 4013

De snelle beschikbaarheid van de vele CMOS IC's van vandaag heeft het ontwerpen van veel gecompliceerde circuits tot een kinderspel gemaakt, en ongetwijfeld genieten de nieuwe enthousiastelingen ervan om circuits te maken met deze prachtige IC's.

Een van die apparaten is de IC 4013, die in feite een dubbele D-type flip-flop-IC is en discreet kan worden gebruikt voor het implementeren van de voorgestelde acties.

Kortom, het IC heeft twee ingebouwde modules die eenvoudig kunnen worden geconfigureerd als flip-flops door een paar externe passieve componenten toe te voegen.

IC 4013 Pinout-functie

De IC kan worden begrepen met de volgende punten.

Elke individuele flip-flop-module bestaat uit de volgende pin-outs:

1. Q en Qdash = complementaire uitgangen
2. CLK = klokingang.
3. Data = Irrelevante pin-out, moet worden aangesloten op de positieve toevoerleiding of de negatieve toevoerleiding.
4. SET en RESET = Complementaire pin-outs die worden gebruikt voor het instellen of resetten van de uitgangscondities.

De uitgangen Q en Qdash schakelen hun logische toestand afwisselend in reactie op de set / reset of de clock pin out-ingangen.

Wanneer een klokfrequentie wordt toegepast op de CLK-ingang, veranderen de uitgangs Q en Qdash afwisselend van status zolang de klokken zich blijven herhalen.

Evenzo kunnen de Q- en Qdash-status worden gewijzigd door de set of de resetpennen handmatig te pulseren met een positieve spanningsbron.

Normaal gesproken moeten de set en de reset-pin met de aarde worden verbonden wanneer ze niet worden gebruikt.

Het volgende schakelschema toont een eenvoudige opstelling van IC 4013 die kan worden gebruikt als een flip-flopcircuit en kan worden toegepast voor de beoogde behoeften.

Beide kunnen indien nodig worden gebruikt, maar als er maar één wordt gebruikt, zorg er dan voor dat de set / reset / data en klokpennen van de andere ongebruikte sectie op de juiste manier geaard zijn.

Een praktisch voorbeeld van een flip-flopcircuit van een toepassing is hieronder te zien, met behulp van de hierboven toegelichte 4013 IC

Netstoringsback-up en geheugen voor het Flip Flp-circuit

Als u geïnteresseerd bent om een ​​geheugen voor netstoringen en een back-upfaciliteit op te nemen voor het hierboven beschreven 4013-ontwerp, kunt u dit upgraden met een condensator-back-up, zoals weergegeven in de volgende afbeelding:

Zoals te zien is, wordt een hoogwaardig condensator- en weerstandsnetwerk toegevoegd met de voedingsaansluiting van de IC, en ook een paar diodes om ervoor te zorgen dat de opgeslagen energie in de condensator wordt gebruikt om alleen de IC te voeden en niet voor de andere externe stadia.

Telkens wanneer de netspanning uitvalt, laat de condensator van 2200 uF gestaag en zeer langzaam zijn opgeslagen energie de voedingspin van de IC bereiken, waardoor het 'geheugen' van de IC actief blijft en om ervoor te zorgen dat de vergrendelingspositie wordt onthouden door de IC terwijl de netspanning niet beschikbaar is .

Zodra de netspanning terugkeert, levert de IC de oorspronkelijke vergrendelende actie op het relais zoals in de eerdere situatie, en voorkomt zo dat de relais hun vorige AAN-stand verliezen tijdens de afwezigheid van de netspanning.

4) SPDT Elektronische 220 V-tuimelschakelaar met IC 741

Een tuimelschakelaar verwijst naar een apparaat dat wordt gebruikt om een ​​elektrisch circuit afwisselend AAN en UIT te schakelen wanneer dat nodig is.

Normaal gesproken mechanische schakelaars worden voor dergelijke bewerkingen gebruikt en worden op grote schaal overal gebruikt waar elektrisch schakelen vereist is. Mechanische schakelaars hebben echter één groot nadeel: ze zijn onderhevig aan slijtage en hebben de neiging om vonken en RF-ruis te produceren.

Een eenvoudig circuit dat hier wordt uitgelegd, biedt een elektronisch alternatief voor de bovenstaande bewerkingen. Met behulp van een enkele op amp en een paar andere goedkope passieve onderdelen, een zeer interessante elektronische tuimelschakelaar kan worden gebouwd en gebruikt voor het genoemde doel.

Hoewel de schakeling ook een mechanisch invoerapparaat gebruikt, is deze mechanische schakelaar een kleine microschakelaar die alleen afwisselend moet worden ingedrukt om de voorgestelde schakelacties uit te voeren.

Een microschakelaar is een veelzijdig apparaat en zeer goed bestand tegen mechanische belasting en heeft daarom geen invloed op de efficiëntie van het circuit.

Hoe het circuit functioneert

De afbeelding toont een eenvoudig ontwerp van een elektronisch tuimelschakelaarcircuit, met een 741-opamp als hoofdonderdeel.

Het IC is geconfigureerd als een versterker met hoge versterking en daarom heeft de uitgang de neiging om gemakkelijk afwisselend naar logica 1 of logica 0 te worden geactiveerd.

Een klein deel van het uitgangspotentieel wordt teruggevoerd naar de niet-inverterende ingang van de opamp

Wanneer de drukknop wordt bediend, maakt C1 verbinding met de inverterende ingang van de opamp.

Ervan uitgaande dat de uitgang logisch 0 was, verandert de opamp onmiddellijk van status.

C1 begint nu op te laden via R1.

Als u de schakelaar echter langere tijd ingedrukt houdt, wordt C1 slechts fractioneel opgeladen en pas wanneer deze wordt losgelaten, begint C1 met opladen en blijft hij opladen tot het voedingsspanningsniveau.

Omdat de schakelaar open is, wordt C1 nu losgekoppeld en dit helpt het om de outputinformatie te “behouden”.

Als nu de schakelaar nogmaals wordt ingedrukt, komt de hoge output over de volledig opgeladen C1 beschikbaar aan de inverterende ingang van de opamp, de opamp verandert opnieuw van status en creëert een logische 0 aan de uitgang zodat C1 begint te ontladen en de positie van het circuit in de oorspronkelijke staat.

Het circuit is hersteld en klaar voor de volgende herhaling van bovenstaande cyclus.

De output is een standaard triac trigger ingesteld gebruikt om te reageren op de uitgangen van de opamp voor de relevante schakelacties van de aangesloten belasting.

Onderdelen lijst

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

5) Transistor bistabiele flip-flop

Onder dit vijfde en laatste maar niet de minste fliop-flopontwerp leren we een aantal getransistoriseerde flip-flopcircuits die kunnen worden gebruikt om een ​​belasting AAN / UIT te schakelen met een enkele drukknop. Dit worden ook wel bistabiele transistorschakelingen genoemd.

De term transistor bistabiel verwijst naar een toestand van een circuit waarbij het circuit werkt met een externe trigger om zichzelf (permanent) stabiel te maken over twee toestanden: AAN-toestand en UIT-toestand, vandaar dat de naam bistabiel betekent stabiel in beide AAN / UIT-toestanden.

Dit AAN / UIT-stabiel schakelen van het circuit kan normaal gesproken worden gedaan via een mechanische drukknop of via een digitale spanningstrigger-ingangen.

Laten we de voorgestelde bistabiele transistorcircuits begrijpen met behulp van de volgende twee circuitvoorbeelden:

Circuitwerking

In het eerste voorbeeld kunnen we een eenvoudige cross-coupled transistorschakeling zien die er ongeveer hetzelfde uitziet als een monostabiele multivibrator configuratie behalve de basis naar positieve weerstanden die hier opzettelijk ontbreken.

Het begrijpen van de bistabiele werking van de transistor is vrij eenvoudig.

Zodra de stroom wordt ingeschakeld, zal, afhankelijk van de kleine onbalans in de componentwaarden en de transistorkarakteristieken, een van de transistors volledig worden ingeschakeld en de andere volledig uitgeschakeld.

Stel dat we de transistor aan de rechterkant eerst beschouwen als geleiding, dan krijgt deze zijn voorspanning via de linker LED, 1k en de condensator van 22uF.

Zodra de rechter transistor volledig is geschakeld, zal de linker transistor volledig uitschakelen omdat de basis nu op aarde wordt gehouden via de weerstand van 10k over de rechter transistorcollector / emitter.

De bovenstaande positie wordt vastgehouden en permanent zolang de stroom naar het circuit wordt aangehouden of totdat de push-to-ON-schakelaar wordt ingedrukt.

Wanneer de getoonde drukknop even wordt ingedrukt, zal de linker 22uF condensator nu geen reactie meer kunnen laten zien aangezien deze al volledig is opgeladen, maar de rechter 22uF in een ontladen toestand zal de gelegenheid krijgen om vrij te geleiden en een hardere voorspanning te geven aan de linkertransistor die onmiddellijk zal inschakelen waardoor de situatie in zijn voordeel wordt omgekeerd, waarbij de rechtertransistor gedwongen wordt uit te schakelen.

De bovenstaande positie wordt intact gehouden totdat de persknop opnieuw wordt ingedrukt. Het omschakelen kan afwisselend van links naar rechts transistor en vice versa worden omgedraaid door de drukschakelaar kortstondig te bedienen.

De aangesloten LED's lichten afwisselend op, afhankelijk van welke transistor actief wordt gemaakt vanwege de bistabiele acties.

Schakelschema

Transistor bistabiel flip-flopcircuit met behulp van een relais

In het bovenstaande voorbeeld hebben we geleerd hoe een paar transistors kunnen worden vergrendeld in bistabiele modi door op een enkele drukknop te drukken en deze kunnen gebruiken voor het schakelen tussen relevante LEds en de vereiste indicaties.

In veel gevallen wordt het omschakelen van het relais noodzakelijk om zwaardere externe belastingen te schakelen. Hetzelfde circuit dat hierboven is uitgelegd, kan worden toegepast voor het activeren van een relais AAN / UIT met enkele gewone wijzigingen.

Als we naar de volgende bistabiele configuratie van de transistor kijken, zien we dat het circuit in wezen identiek is aan het bovenstaande, behalve de rechter LED die nu is vervangen door een relais en de weerstandswaarden zijn een beetje aangepast om meer stroom mogelijk te maken die nodig kan zijn voor het relais activering.
De werking van het circuit is ook identiek.

Als u op de schakelaar drukt, wordt het relais UIT of AAN geschakeld, afhankelijk van de initiële toestand van het circuit.

Het relais kan afwisselend worden omgedraaid van een AAN-toestand naar een UIT-toestand door simpelweg de bevestigde drukknop zo vaak als gewenst in te drukken om de externe belasting die is aangesloten op de relaiscontacten dienovereenkomstig te schakelen.

Bistabiele flip-flop afbeelding

Heeft u nog meer ideeën voor het opnieuw indelen van flip-flop-projecten, deel deze dan met ons, we zullen ze hier graag voor u plaatsen en voor het plezier van alle toegewijde lezers.

Flip Flop Circuit met IC 4027

Na het aanraken van de touch-fingerpad. Transistor T1 (een soort pnp) begint te werken. De resulterende puls op de ingangsklok van de 4027 heeft extreem trage flanken (vanwege CI en C2).

Dienovereenkomstig (en buitengewoon) dient de eerste J-K-flip-flop in 4027 dan als een Schmitt-stuurpoort die de zeer trage puls aan zijn ingang (pin 13) omzet in een soepel elektrisch signaal dat kan worden toegevoegd aan de klok van de volgende flip-flop. ingang (pin 3).

Daarna functioneert de tweede flip-flop volgens het leerboek en levert een echt schakelsignaal dat kan worden gebruikt om een ​​relais in en uit te schakelen via een transistortrap, T2.

Het relais geleidt afwisselend als u met uw vinger op de contactplaat tikt. Het stroomverbruik van het circuit terwijl het relais is uitgeschakeld, is minder dan 1 mA en wanneer het relais is ingeschakeld, tot 50 mA. Elk relais dat goedkoper is, kan worden gebruikt zolang het spoelspanningsniveau 12 V is

Gebruik echter een relais met correct geclassificeerde contacten wanneer u een apparaat op netstroom gebruikt.