Was passiert, wenn der Ausgang eines NICHT-Gatters in seinen EIGENEN Eingang ZURÜCK eingespeist wird?

Was passiert, ist normalerweise Fall 3. oder 5.

Sie haben Fall 5 nicht definiert :-)

• 5. Der verbundene Eingang-Ausgang liegt bei einer gewissen Spannung in der Nähe der Mitte der Versorgung.

74HC14: Wenn ein Schmitt-getriggertes Gate verwendet wird, tritt mit ziemlicher Sicherheit eine Oszillation auf.
Angenommen, Vin-out ist anfänglich = niedrig = 0.
Wenn der Eingang = 0 ist, geht der Ausgang auf 1 über.
Die Zeit dafür ist die Ausbreitungsverzögerung des Gates (normalerweise ns für uns, je nach Typ.
Wenn der Ausgang beginnt, hoch zu gehen, wird die Änderungsrate sein von der Last beeinflusst.Hier
ist die Last die Gate-Eingangskapazität + jede Streuleitungskapazität, die über den Gate-Ausgangswiderstand und jeden Leitungswiderstand getrieben
wird.Cin_gate ist im Datenblatt und kann in der Größenordnung von 10 pF liegen (variiert je nach Familie)
.Ein eine PCB-Verdrahtungskapazität ist niedrig.
In dieser Situation kann die Serieninduktivität ebenfalls einen kleinen Effekt haben, aber normalerweise so klein, dass sie vernachlässigt werden kann. Der Ausgangswiderstand variiert stark mit dem Gate-Typ.
Sehr ungefähr Rout_effektiv = V/I = Vout/Iout_max.
zB wenn dd = 5V, Iout max = 20 mA dann Rout ~~~= 5/.020 = 250 Ohm. Dies ist sehr dynamisch, gibt aber eine Vorstellung.

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 Laufzeitverzögerung beginnt der Ausgang zu fallen.
Und so geht es weiter.

74HC04 : Wenn ein nicht Schmitt-getriggertes Gate verwendet wird, KANN eine Oszillation durch den obigen Mechanismus auftreten, aber es ist wahrscheinlicher, dass sich das Gate in einen linearen Modus mit Vin-Vout bei etwa der halben Versorgung einpendelt.
Interne Transistor-Schalter-Paare, die die meiste Zeit über 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, muss es aber auch nicht.

Als Leitfaden:

74HC04 Wechselrichter Datenblatt Laufzeitverzögerung ~~= 20 ns 74HC14 Wechselrichter Datenblatt Laufzeitverzögerung ~~= 35 ns

Die Ausbreitungsverzögerung des 74HC14 ist etwa 50% höher als beim 74HC04, aber die Hysterese des Schmitt-Trigger-Eingangsgates dauert etwas länger, um anzusteigen, was wahrscheinlich bedeutet, dass die Gesamtverzögerung für das Schmitt-Trigger-Gate etwa doppelt so hoch ist.

Wenn Cin = 10 pF und Rout = 250 Ohm, dann ist die Zeitkonstante von Vout, die Cin = t = RC = 250 x 10E-12
~~= 3E-9 = 3 ns antreibt.
Die durch "/" getrennten Zahlenpaare unten sind für 74HC04 / 74HC14. Da die Ausbreitungsverzögerung ~ = 20 /40 ns ('04/'14) beträgt (siehe Abb. 6 im 74HC04-Datenblatt), dann die Gesamtzeit von niedrig nach hoch und von niedrig nach hoch für 1 Oszillationszyklus sind es vielleicht 50/100 ns, also wird eine Oszillation um 20/10 MHz vorgeschlagen. In der Praxis fühlt sich das für den 74HC14 vielleicht "etwas hoch" an, aber Schwingungen im MHz-Bereich sind wahrscheinlich, wenn keine anderen Lasten bei 5 V vorhanden sind. Der 74HC04 wird wahrscheinlich nicht oszillieren, aber wenn doch, dann wahrscheinlich mit einer höheren Frequenz.

Hinweis: Das Schmitt-Gatter schwingt mit einer niedrigeren Frequenz, sowohl aufgrund der längeren Ausbreitungsverzögerung als auch, weil die Hi-Lo-Schwellenwerte definiert und durch die Hysteresespannung getrennt sind - daher dauert das Aufladen von Cin geringfügig länger. Das Nicht-Schmitt-Gate wird wahrscheinlich höher oszillieren, wenn es oszilliert, aber es ist wahrscheinlicher, dass es in einen linearen Modus übergeht - möglicherweise mit überlagerter Oszillation mit niedriger Amplitude.

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Was ist drin?:

Mario hat das Konzeptdiagramm eines einfachen Wechselrichters wie eines 74C04 gezeigt. Diese gehörten zu den ersten CMOS-Gattern – aber die Ansteuerung mit niedriger Ausgangsleistung war „nervig“, und bald kamen gepufferte Gates mit mehr Ansteuerung. Um den zusätzlichen Stromantrieb zu erhalten, haben sie eine von der Eingangsstufe getrennte Hochstrom-Ausgangsstufe. Da sie beide invertieren, ist das Gesamtergebnis KEIN Inverter, also fügen sie eine dritte invertierende Stufe hinzu, um eine Gesamtinversion zu erhalten. Das Endergebnis ist extern "ein Wechselrichter" und eine Blackbox unbekannten Zufalls, wenn sie halbanalog betrieben wird.

Für den 74HC04 ist das folgende Diagramm wie in den Datenblättern von
Fairchild und
TI und
NXP
gezeigt, ABER
ON-Semi ,
nur um anders zu sein, machen Sie die 2. Stufe zu einem Puffer mit einem invertierenden Eingang. Das Ergebnis ist logischerweise dasselbe. Insgesamt also keine Garantie dafür, was passiert, wenn es halbanalog funktioniert.

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 ursprüngliche TTL, LSTTL, STTL. ECL und mehr.

Was Sie beschreiben, wird als Ringoszillator bezeichnet

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

Ein perfektes NICHT-Gatter würde mit einer unendlich hohen Frequenz schwingen.

Da es ein so perfektes Gerät nicht gibt, wird Ihre Frequenz sein

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

wobei t die Gate-Verzögerung des NOT-Gatters ist, das Sie verwenden.

Beim Betrachten des Transistorschemas ist ersichtlich, dass die resultierende Schaltung aus zwei Transistoren besteht, deren Gates mit ihren Drains verbunden sind. Dieser sogenannte "diodengeschaltete" Transistor wirkt wie ein nichtlinearer Widerstand.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Grundsätzlich erhalten Sie einen Spannungsteiler und abhängig von den tatsächlichen Transistorabmessungen erhalten Sie eine Spannung, die etwa die Hälfte der Versorgungsspannung betragen sollte.

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

Dies mag technologieabhängig sein, aber zumindest ein TTL-NOT-Gatter (Bipolartransistoren) kann oft nur als ein invertierender Verstärker mit hoher Verstärkung angesehen werden.

Indem Sie den Eingang mit dem Ausgang verbinden, erzeugen Sie die starke negative Rückkopplung, 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 Gates haben normalerweise nicht genug parasitäre Kapazität (also Verzögerung), um Schwingungen zu erzeugen, wenn sie auf diese Weise verbunden sind. Ein Ring aus 3, 5 oder mehr Gattern kann jedoch eine ausreichende Verzögerung aufweisen, um ein Hochfrequenzsignal zu erzeugen, anstatt in einen stabilen Zustand überzugehen.

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

Keine neue Antwort, aber als einfache Möglichkeit, diesen "Punkt 5" zu verstehen. (das wurde von anderen Benutzern erklärt), mit einer einfachen mechanischen Analogie .

Ein Nicht-Gatter könnte mit einem Hebel verglichen werden, mit einem festen, ruhenden Drehpunkt in der Mitte des Hebels. (Wie in einer Schere).

Wenn das eine Ende (angeblich als Eingangsende) nach unten gedrückt wird, steigt das andere Ende (angeblich als Ausgangsende) an .

Und im Gegensatz dazu , wenn das Input-Ende nach oben schnappt , taucht das Output-Ende tief ein .

Wir nehmen an,

Auf = 1

Unten=0

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

Was passiert, wenn mehr als 1 Not-Gatter in einer Reihenkombination zusammengebaut werden?

Eine ungerade Anzahl von Nicht-Gattern in Reihe (ganz ähnlicher Ringoszillator) verhält sich wie ein Einzel-Nicht-Gatter . Gleiches gilt für unsere Mechanik-Vertretung.

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

Nun, da diese Kombination als einzelnes Nicht-Gatter fungieren würde und ihr Ausgang mit ihrem Eingang interagieren könnte , so.

Die Ständer sind nur so gezeichnet, 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 den Anfang und das Ende verbinden könnten (und das richtige System geben könnten, um überschüssigen Druck 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 Einhebel, dargestellt wie die auf der 2. Seite gezeichnete Weltkarte, mit einem Stück Alaska neben dem östlichen Ende Russlands und einem Stück Russland am Ende Westlich von Alaska.

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

Ein reguläres (Nicht-Schmitt-Trigger) Not-Gate kann im Wesentlichen als eine Art invertierender Verstärker angesehen werden, der normalerweise in Sättigung betrieben wird. Indem wir den Ausgang mit dem Eingang verbinden, wenden wir eine negative Rückkopplung auf diesen Verstärker an.

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

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

Was ist die „Third Order Response“? Was ist die "zweite Unterbrechungsfrequenz"?

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

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

Ein Filter mit einer Reaktion 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 flach mit 0 Phasenänderung bis zur ersten Unterbrechungsfrequenz. Dann fällt es mit 20 dB pro Dekade mit 90 Grad Phasenverschiebung bis zur zweiten Break-Frequenz ab. Schließlich fällt es bei 40 dB pro Dekade mit 180 Grad Phasenverschiebung ab.

Ein Filter mit einem Frequenzgang dritter Ordnung kann durch vier gerade Linien auf unserem Log-Log-Diagramm angenähert werden, in der Näherung, dass Sie nach der ersten Break-Frequenz einen 20-dB/Dekade-Rolloff und eine 90-Grad-Phasenverschiebung haben, nach der zweiten Break-Frequenz haben Sie ein Rolloff von 40 dB/Dekade und eine Phasenverschiebung von 180 Grad und nach der dritten Unterbrechungsfrequenz haben Sie eine Phasenverschiebung von 270 Grad und ein Rolloff von 60 dB/Dekade.

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

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

F: Ist diese Antwort „nützlich“?
A: Ich denke schon. (Einige vielleicht nicht :-) ).

Es nutzt Humor in Form der Umsetzung eines uralten Witzes - und behandelt Inversion und Oszillation in einer Weise, die analog zum Inverter in dieser Frage ist.

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Newcomer Ben hat einen Link zu etwas gepostet, das von einigen als irrelevant angesehen wurde.
Es ist eigentlich passend und fast nützlich und auch etwas amüsant.
Immer verwirrt berichtete, dass die Site Firewall-Probleme hatte – mein System, das (scheinbar) sicher ist, hat sich nicht „beschwert“, als ich auf die Site zugegriffen habe.

Dieser Link, den Ben zur Verfügung gestellt hat, führt zu einem 40-Sekunden-Video, das einen „Wissenschaftler“ zeigt, der damit experimentiert, gebutterten Toast und eine Katze fallen zu lassen, und feststellt, wie sie landen. Was er als nächstes tut, entspricht einem Standardwitz. Im Hintergrund ist sein Igor-ähnlicher Assistent fleißig am Werk. Toast, Katze, etwas Klebeband und Igors Apparat ergeben etwas Relevantes für diese Frage. Es beinhaltet Inversion und Oszillation und (wohl Feedback). Dazu eine Prise Humor.

Ich mag das ~= 20-mm-Toasttropfen-Experiment - und das unwahrscheinliche Ergebnis.
Das nähert sich dem harten Kurzschluss in der Frage - und vielleicht dem Ergebnis.

Darüber hinaus bemerkte Ben: "... und es produziert unbegrenzte Energie." .
Das macht im Zusammenhang mit Toast + Katze Sinn, ist aber für diese Frage nicht übermäßig relevant.