Was passiert, wenn der Ausgang eines NICHT-Gatters auf den EIGENEN Eingang zurückgeschaltet wird?

Nicht-Gatter, wenn ein 0 (Aus) -Eingang erhalten wird, gibt es einen 1 (Ein) -Ausgang. Und wenn ein 1 (Ein) -Eingang erhalten wird, wird ein 0 (Aus) -Ausgang zurückgegeben.

Wenn ich nun den Ausgang zum Eingang des Nicht-Gatters zurückbringen könnte, was wird dann passieren? Wenn das Gatter einen 1-Eingang erhält, gibt es einen 0-Ausgang und wenn es einen 0-Eingang erhält, gibt es einen 1-Ausgang.

Die Situation klingt wie ein physisches Modell eines "Selbst-Widerspruchs" (selbst-falsch) (wie wenn das fieberangegriffene Kind Bertrand Russel darauf wartet, sich von seinem Bruder täuschen zu lassen und sich auf alle möglichen Tricks, Bertrand Russels, vorzubereiten Bruder machte Bertrand zum Aprilscherz, indem er überhaupt "No-April-Fool" machte, und wenn Bertrands Bruder einen Aprilscherz-Trick anwendet, wird Bertrand nicht zum Aprilscherz, und wenn Bertrands Bruder keinen Aprilscherz anwendet, heißt das, dass Bertrand gewesen ist April getäuscht von seinem Bruder).

Was passiert nun mit der realen Hardware, die als NOT-Gate bezeichnet wird ?

Ich nehme die Möglichkeiten an.

1. Das Gate bleibt immer als 0 (Aus) -Ausgang.

2. Das Gate bleibt immer als 1 (on) -Ausgang.

3. Das Tor wird "IMPULSIEREN" sein; einmal wird es 1 ausgegeben; Im nächsten Moment gibt es nach dem Empfang dieses 1 (Ein) -Signals ein Null (Aus) -Signal aus, und der Zyklus läuft weiter und weiter. Die Frequenz dieser Schwingung hängt von den physikalischen Eigenschaften der Schaltungskomponente ab.

4. Die Schaltung wird beschädigt (aufgrund von ungewöhnlichem Strom, Überhitzung usw.) und funktioniert bald nicht mehr.

Wird innerhalb dieser Annahmen etwas passieren?

PS. Ich denke über dieses Problem aus meiner Schulzeit nach, aber seitdem weiß ich nicht, wie ich ein Nicht-Tor in einem Stromkreis zusammenbauen soll, woher sie gekauft werden könnten, usw .; Ich konnte es noch nicht experimentell testen.

Was passiert, sind normalerweise die Fälle 3. oder 5.

Sie haben Fall 5 nicht definiert :-)

• 5. Der verbundene Ein- / Ausgang liegt auf einer Spannung in der Nähe der Mitte der Versorgung.

74HC14: Bei Verwendung eines Schmitt-getriggerten Tors tritt mit ziemlicher Sicherheit eine Oszillation auf.
Angenommen, anfangs ist Vin-out = low = 0.
Wenn der Eingang = 0 ist, geht der Ausgang auf 1 über. Die
Zeit dafür ist die Ausbreitungsverzögerung des Gatters (normalerweise ns, je nach Typ.
Wenn der Ausgang beginnt, hoch zu werden, beträgt die Änderungsrate beeinflusst durch die Last.
die Last ist hier die Gateeingangskapazität + jegliche Streuverdrahtungskapazität über den Gate - Ausgangswiderstand angetrieben und jeder Verdrahtungswiderstand.
Cin_gate in Datenblatt ist , und kann in der Größenordnung von 10 pF (je nach Familie).
auf Die Kapazität der Leiterplattenverdrahtung ist niedrig.
In dieser Situation kann die Serieninduktivität ebenfalls einen geringen Effekt haben, ist jedoch normalerweise so gering, dass sie ignorierbar ist. Der Ausgangswiderstand variiert stark je nach Gate-Typ.
Sehr ungefähr Rout_effective = V / I = Vout / Iout_max.
zB wenn dd = 5V, Iout max = 20 mA, dann Rout ~~~ = 5 / .020 = 250 Ohm. Das ist sehr dynamisch, gibt aber eine Idee.

Wenn Vout = 1 Cin über Rseries + Rout auf einen hohen Pegel getrieben hat, sieht das Gate VIn = 1 und beginnt auf Vo = 0 umzuschalten. Nach einer Ausbreitungsverzögerung beginnt der Ausgang zu fallen.
Und so geht es weiter.

74HC04 : Wenn ein nicht Schmitt-getriggertes Gate verwendet wird, kann durch den obigen Mechanismus eine Oszillation auftreten, aber es ist wahrscheinlicher, dass sich das Gate in einem linearen Modus mit Vin-Vout bei etwa der halben Versorgung einstellt.
Interne Transistor-Schalter-Paare, die die meiste Zeit einen anderen hohen oder niedrigen Ausgang haben sollen, können in einem Zwischenzustand gehalten werden. Dies kann zu einer hohen Stromaufnahme führen und kann zur Zerstörung des IC führen, kann aber auch nicht.

Als Leitfaden:

74HC04 Inverter Datenblatt Ausbreitungsverzögerung ~~ = 20 ns 74HC14 Inverter Datenblatt Ausbreitungsverzögerung ~~ = 35 ns

Die 74HC14-Ausbreitungsverzögerung ist um etwa 50% höher als bei 74HC04, aber die Hysterese der Schmitt-Trigger-Eingangsgattermenüs dauert etwas länger, bis sie ansteigt.

Wenn Cin = 10 pF und Rout = 250 Ohm, dann ist die Zeitkonstante von Vout, die Cin = t = RC = 250 · 10E-12
~ ~ = 3E-9 = 3 ns treibt .
Die durch "/" getrennten Zahlenpaare unten beziehen sich auf 74HC04 / 74HC14. Als Ausbreitungsverzögerung ~ = 20/40 ns ('04 / '14) (siehe Abb. 6 im Datenblatt 74HC04) gilt die gesamte Zeit von niedrig nach hoch und von niedrig nach hoch für 1 Oszillationszyklus ist es vielleicht 50/100 ns, daher wird eine Oszillation um 20/10 Mhz vorgeschlagen. In der Praxis fühlt sich dies für den 74HC14 vielleicht "ein bisschen hoch" an, aber eine Oszillation im MHz-Bereich ist wahrscheinlich, wenn bei 5 V keine anderen Lasten anliegen. Der 74HC04 wird wahrscheinlich nicht oszillieren, aber wenn, wird es wahrscheinlich bei einer höheren Frequenz tun.

Hinweis: Das Schmitt-Gate schwingt sowohl aufgrund der längeren Laufzeit als auch aufgrund der durch die Hysteresespannung definierten und getrennten Hi-Lo-Schwellen mit einer niedrigeren Frequenz. Das Laden von Cin dauert daher etwas länger. Das Nicht-Schmitt-Gate wird wahrscheinlich höher schwingen, wenn es schwingt, geht jedoch eher in einen linearen Modus über - möglicherweise mit überlagerter Oszillation mit geringer Amplitude.

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Was ist drin?:

Mario hat das konzeptionelle Diagramm eines einfachen Wechselrichters wie eines 74C04 gezeigt. Diese gehörten zu den ersten CMOS-Gattern - aber das Laufwerk mit niedriger Ausgangsleistung war ärgerlich und gepufferte Gatter mit mehr Laufwerk kamen bald an. Um den zusätzlichen Stromantrieb zu erhalten, haben sie eine von der Eingangsstufe getrennte Hochstrom-Ausgangsstufe. Da beide invertieren, ist das Gesamtergebnis KEIN Inverter. Sie fügen daher eine dritte Invertierungsstufe hinzu, um eine Gesamtinversion zu erhalten. Das Endergebnis ist "ein Wechselrichter" von außen und eine Blackbox mit unbekanntem Zufall, wenn sie halbanalog betrieben wird.

Für die 74HC04 unterhalb Das Diagramm ist in der , wie gezeigt
Fairchild und
TI und den
NXP Datenblätter
BUT
ON-Semi ,
werden nur die anders geartete der 2. Stufe ein Puffer mit einem invertierenden Eingang. Das Ergebnis ist logisch gesehen dasselbe. Insgesamt kann also nicht garantiert werden, was passieren wird, wenn eine halbanaloge Funktion zugelassen wird.

Ein Wechselrichter von 6 in 74HC04:

Beachten Sie, dass dies nur für EINE CMOS-basierte Version gilt - es gibt viele andere CMOS-Versionen.

CMOS ist das am häufigsten verwendete, aber originale TTL, LSTTL, STTL. ECL und mehr.

Was Sie beschreiben, wird als Ringoszillator bezeichnet

Ihr Ausgang oszilliert mit einer bestimmten Frequenz, abhängig von der Gate-Verzögerung Ihres NOT-Gatters.

Ein perfektes NOT Gate würde mit einer unendlich hohen Frequenz schwingen.

Da solch ein perfektes Gerät nicht existiert, wird Ihre Frequenz sein

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

Dabei ist t die Gate-Verzögerung des von Ihnen verwendeten NOT-Gatters.

Im Transistorschema ist zu sehen, dass die resultierende Schaltung aus zwei Transistoren besteht, deren Gates mit ihren Drains verbunden sind. Dieser sogenannte "Dioden-verbundene" Transistor wirkt wie ein nichtlinearer Widerstand.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Grundsätzlich haben Sie einen Spannungsteiler und abhängig von den tatsächlichen Transistorabmessungen erhalten Sie eine Spannung, die ungefähr bei der Hälfte der Versorgungsspannung liegen sollte.

Ein einzelner Wechselrichter schwingt nicht, da er keine ausreichende Phasenverschiebung aufweist. Für einen Oszillator würden Sie mindestens drei Inverter in Reihe benötigen.

Dies kann technologieabhängig sein, aber zumindest ein TTL-NICHT-Gate (Bipolartransistoren) kann oft nur als invertierender Verstärker mit hoher Verstärkung angesehen werden.

Indem Sie den Eingang mit dem Ausgang verbinden, erzeugen Sie eine starke Gegenkopplung, sodass sich der Verstärker irgendwo zwischen logisch 0 und logisch 1 stabilisiert.

Wenn Sie den Eingang über einen Widerstand mit dem Ausgang verbinden, kann möglicherweise ein externes Analogsignal eingespeist und verstärkt werden.

Die internen Elemente eines einzelnen Gatters haben normalerweise nicht genügend parasitäre Kapazität (also Verzögerung), um Oszillationen zu erzeugen, wenn sie auf diese Weise verbunden werden. Ein Ring mit 3, 5 oder mehr Gattern kann jedoch eine ausreichende Verzögerung aufweisen, um ein Hochfrequenzsignal zu erzeugen, anstatt in einen stabilen Zustand zu gelangen.

Ich habe solche "digital-analogen" Lösungen in Spannungsstabilisatoren (sehr elegant - ein digitaler Chip stabilisiert 5 V für sich selbst) und Generatoren (eine Kette von 3 Gattern arbeitet als Oszillator, irgendwo ungefähr 8 MHz) in der alten russischen Literatur gesehen. Diese Diagramme beziehen sich auf die Chips der K155-Serie (ich denke, so etwas wie die alte 7400-Serie sollte das westliche Analog sein).

Keine neue Antwort, aber so einfach wie möglich zu verstehen, dass "Punkt-5". (das wurde von anderen Usern erklärt), mit einer einfachen mechanischen Analogie .

Ein Nicht-Tor könnte mit einem Hebel verglichen werden, bei dem sich ein feststehender Drehpunkt in der Mitte des Hebels befindet. (Wie in einer Schere).

Wenn das eine Ende (als Eingabeende angenommen) gedrückt wird , steigt das andere Ende (als Ausgabeende angenommen) an .

Und in gegenüberliegenden , wenn die eingangsseitige snatched- up , deeps- das Ausgabe-Ende nach unten .

Wir gehen davon aus,

Up = 1

Unten = 0

In diesem mechanischen Modell gibt es keinen einfachen Weg, um die Eingabe mit der Ausgabe zu verbinden, also gehen wir zu einem leichten indirekten Weg. ...

Was passiert, wenn mehr als ein Tor in einer Serienkombination montiert wird?

Eine ODD-Nummer eines Nicht-Gatters in Reihe (ziemlich ähnlicher Ringoszillator) verhält sich wie ein einzelnes Nicht-Gatter . Gleiches gilt für unseren mechanischen Vertreter.

1 Hebel (mit 1 Drehpunkt und 2 Enden) = 1 Tor nicht.

Da diese Kombination als einzelnes Nicht-Gatter fungieren würde, könnte ihr Ausgang mit ihrem Eingang wie folgt interagieren .

Die gezeichneten Ständer bedeuten nur, dass die Drehpunkte an einem bestimmten Ort fixiert sind und die Verbindung von 2 separaten Hebeln (= separate nicht Tore) sich nach oben oder unten bewegen kann

Also, wenn wir uns dem Anfang und dem Ende anschließen könnten (und das richtige System geben könnten, um Überdruck zwischen 2 benachbarten Hebeln zu tolerieren) ...

Das Ganze würde einen ebenen Kreis bilden; mit Nullen auf 0 oder 1. Aber auf ...

... 0,5. Die Zwischenposition.

So was:

In diesem letzten Bild ist das linke Bild ein einziger Hebel, der genau wie die auf einer 2-D-Seite gezeichnete Weltkarte dargestellt ist, mit einem Stück Alaska am östlichen Ende Russlands und einem Stück Russland am östlichen Ende Russlands Westlich von Alaska.

Im letzten Bild zeigt das rechte Bild die flache horizontale Position mit einem Wert von 0,5.

Ein reguläres Nicht-Gate (kein Schmitt-Trigger) kann im Wesentlichen als eine Art invertierender Verstärker angesehen werden, der normalerweise in Sättigung betrieben wird. Indem wir den Ausgang mit dem Eingang verbinden, legen wir eine negative Rückkopplung an diesen Verstärker an.

Die Ergebnisse hängen vom Frequenzgang ab. Ein einstufiges Nicht-Tor hat eine Reaktion erster Ordnung und stabilisiert sich irgendwo zwischen den beiden Stromschienen.

Ein dreistufiges ("gepuffertes") Nicht-Gate hat eine Antwort dritter Ordnung. Bei Frequenzen nach der zweiten Unterbrechungsfrequenz führt dies zu einer Phasenverschiebung von etwa 180 Grad, wodurch negative Rückkopplung in positive Rückkopplung umgewandelt wird. Wenn das Gate bei diesen Frequenzen noch Verstärkung hat, haben Sie einen Oszillator.

Was ist die "Antwort dritter Ordnung"? Was ist die "zweite Pausenfrequenz"?

Jeder Verstärker wirkt als Tiefpassfilter. Im Allgemeinen hat ein einstufiger Verstärker ein Ansprechen erster Ordnung.

Ein Filter mit einer Antwort erster Ordnung kann durch zwei gerade Linien in einem Diagramm mit einer Log-Log-Skala approximiert werden. In dieser Näherung bleibt die Verstärkung flach, bis die Unterbrechungsfrequenz mit einer Rate von 20 dB pro Jahrzehnt (~ 6 dB pro Oktave) abfällt. Vor der Pausenfrequenz ist der Eingang mit dem Ausgang in Phase. Nach der Pausenfrequenz ist der Ausgang gegenüber dem Eingang um 90 Grad phasenverschoben.

Ein Filter mit einer Antwort zweiter Ordnung hat zwei Unterbrechungsfrequenzen und kann durch drei gerade Linien in unserem Log-Log-Diagramm angenähert werden. Auch bei dieser Annäherung bleibt die Verstärkung bei Phasenänderung 0 bis zur ersten Unterbrechungsfrequenz flach. Dann fällt sie mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad bis zur zweiten Unterbrechungsfrequenz bei 20 dB pro Jahrzehnt ab. Schließlich fällt sie mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad auf 40 dB pro Jahrzehnt ab.

Ein Filter mit einer Antwort dritter Ordnung kann durch vier gerade Linien in unserem Log-Log-Diagramm approximiert werden, und zwar in der Näherung nach der ersten Unterbrechungsfrequenz mit einem Rolloff von 20 dB / Dekade und einer Phasenverschiebung von 90 Grad nach der zweiten Unterbrechungsfrequenz Ein Rolloff von 40 dB / Dekade und eine Phasenverschiebung von 180 Grad. Nach der dritten Unterbrechungsfrequenz haben Sie eine Phasenverschiebung von 270 Grad und einen Rolloff von 60 dB / Dekade.

Diese Annäherung ist nicht perfekt, in Wirklichkeit gibt es einen sanfteren Übergang von Betrag und Phase in dem Bereich um jede Unterbrechungsfrequenz herum, aber es ist gut genug für unsere Zwecke.

Wenn wir drei Verstärker mit einer Antwort erster Ordnung hintereinander schalten, erhalten wir ein System mit einer Antwort dritter Ordnung.

F: Ist diese Antwort nützlich?
A: Ich denke schon. (Manche mögen es nicht :-)).

Es verwendet Humor in Form der Umsetzung eines sehr alten Witzes - und behandelt Inversion und Oszillation auf analoge Weise wie der Inverter in dieser Frage.

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Der Newcomer Ben hat einen Link zu etwas gepostet, das von einigen für irrelevant gehalten wurde.
Es ist eigentlich passend und fast nützlich und auch etwas amüsant.
Immer verwirrt meldete die Site Firewall-Probleme - mein System, das (fiktiv) sicher ist, hat sich nicht beschwert, als ich auf die Site zugegriffen habe.

Dieser Link, den Ben zur Verfügung stellte, ist ein 40-Sekunden-Video, das einen "Wissenschaftler" zeigt, der damit experimentiert, Butterbrot und eine Katze fallen zu lassen und feststellt, wie sie landen. Was er als nächstes tut, passt zu einem normalen Witz. Im Hintergrund arbeitet sein Igor-ähnlicher Assistent hart. Toast, Katze, etwas Klebeband und Igor's Apparat ergeben etwas, das für diese Frage relevant ist. Es beinhaltet Inversion und Oszillation und (wohl Feedback). Dazu ein bisschen Humor.

Ich mag das ~ = 20mm Toast Drop Experiment - und das unwahrscheinliche Ergebnis.
Das entspricht ungefähr dem harten Kurzschluss in der Frage - und vielleicht dem Ergebnis.

Darüber hinaus bemerkte Ben, "... und es produziert unbegrenzte Leistung." .
Das ist im Zusammenhang mit toast + cat sinnvoll, aber für diese Frage nicht allzu relevant.