Sin puerta, si obtiene una entrada 0 (Apagado), le da una salida 1 (Encendido). Y si obtiene una entrada 1 (On), devuelve una salida 0 (Off).
Ahora, si pudiera devolver la salida a la entrada de la no puerta, ¿qué sucederá? Si la compuerta está recibiendo una entrada 1, está dando una salida 0, y luego si está recibiendo una entrada 0, está dando una salida 1.
La situación suena como un modelo físico de una "autocontradicción" (falsa) (como cuando el niño atacado por la fiebre, Bertrand Russel, esperando ser engañado por su hermano en abril, preparándose contra todos los trucos posibles, el de Bertrand Russel el hermano convirtió a Bertrand en un tonto de abril al hacer "no-tonto de abril" y si el hermano de Bertrand usa algún truco de abril, Bertrand no será engañado, y si el hermano de Bertrand no usa ningún tonto de abril, eso significa que Bertrand ha sido engañado por abril por su hermano).
Ahora, ¿qué sucederá en el caso del hardware real llamado puerta NO ?
ASUMO las posibilidades;
la puerta siempre permanecerá como salida 0 (desactivada).
la puerta siempre permanecerá como salida 1 (activada).
La puerta estará "PULSANDO"; una vez que saldrá 1; en el momento siguiente, después de recibir esa señal 1 (activada), emitirá una señal Cero (desactivada) y el ciclo continuará y continuará. La frecuencia de esta oscilación dependerá de las características físicas del componente del circuito.
el circuito se dañará (debido a alguna corriente anómala, sobrecalentamiento, etc.) y pronto dejará de funcionar permanentemente.
¿Sucederá algo dentro de estos supuestos?
PD. Estoy pensando en este problema desde mis días de escuela, pero desde entonces no sé cómo ensamblar un no-gate en un circuito, desde dónde se pueden comprar, etc. Todavía no pude probarlo experimentalmente.
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Respuestas:
Lo que sucede generalmente son los casos 3. o 5.
No ha definido el caso 5 :-)
74HC14: cuando se utiliza una puerta activada por Schmitt, es casi seguro que se produzca una oscilación.
Suponga que Vin-out inicialmente = bajo = 0.
Cuando la entrada = 0 la salida pasará a 1. El
tiempo para hacer esto es el retraso de propagación de la puerta (generalmente nos depende según el tipo.
Cuando la salida comienza a ser alta, la tasa de cambio será afectados por la carga.
Aquí, el de carga es la capacidad de entrada de puerta + cualquier capacitancia cableado parásita impulsado a través de la resistencia de salida puerta y cualquier resistencia del cableado.
Cin_gate está en la hoja de datos y puede estar en el orden de 10 pF (varía con la familia).
en La capacidad de cableado de la PCB será baja.
En esta situación, la inductancia en serie también puede tener un efecto pequeño pero generalmente tan pequeño como para ser ignorable. La resistencia de salida varía ampliamente con el tipo de puerta.
Muy aproximadamente Rout_effective = V / I = Vout / Iout_max.
Por ejemplo, si dd = 5V, Iout max = 20 mA, entonces Rout ~~~ = 5 / .020 = 250 Ohms. Esto es muy dinámico pero da una idea.
Cuando Vout = 1 ha llevado a Cin a un nivel alto a través de Rseries + Rout, la puerta verá VIn = 1 y comenzará a cambiar a Vo = 0. Después de un retraso de propagación, la salida comienza a caer.
Y así continúa.
74HC04 : cuando se utiliza una puerta no activada por Schmitt, la oscilación PUEDE ocurrir por el mecanismo anterior, pero es más probable que la puerta se asiente en un modo lineal con Vin-Vout a aproximadamente la mitad del suministro.
Los pares de transistores-conmutadores internos que están destinados a tener una salida alta o baja la mayor parte del tiempo pueden mantenerse en un estado intermedio. Esto puede conducir a un alto consumo de corriente y puede conducir a la destrucción de IC, pero también puede no serlo.
Como una guía:
Hoja de datos del inversor 74HC04 Retardo de propagación ~~ = 20 ns Hoja de datos del inversor 74HC14 Retraso de propagación ~~ = 35 ns
El retraso de propagación del 74HC14 es aproximadamente un 50% más que para el 74HC04, pero la histéresis de la puerta de entrada de activación Schmitt menas Vin tarda un poco más en aumentar, por lo que probablemente signifique un retraso general de aproximadamente el doble para la puerta activada de Schmitt.
Si Cin = 10 pF y Rout = 250 Ohms, entonces la constante de tiempo de conducción Vout Cin = t = RC = 250 x 10E-12
~~ = 3E-9 = 3 ns.
Los pares de números a continuación separados por "/" son para 74HC04 / 74HC14 Como el retardo de propagación ~ = 20/40 ns ('04 / '14) (vea la figura 6 en la hoja de datos 74HC04), luego el tiempo total bajo a alto y bajo a alto para 1 ciclo de oscilación es quizás 50/100 ns, por lo que se sugiere una oscilación de alrededor de 20/10 Mhz. En la práctica, esto se siente "un poco alto" para el 74HC14, pero es probable que la oscilación en el rango de MHz no tenga otras cargas a 5V. El 74HC04 probablemente no oscilará, pero si lo hace, probablemente lo hará a una frecuencia más alta.
Nota: La compuerta Schmitt oscilará a una frecuencia más baja debido a un mayor retraso de propagación y porque los umbrales de alta frecuencia están definidos y separados por el voltaje de histéresis, por lo que Cin tarda un poco más en cargarse. La puerta no Schmitt probablemente oscilará más alto si oscila, pero es más probable que entre en un modo lineal, posiblemente con una oscilación de baja amplitud superpuesta.
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¿Qué hay adentro?:
Mario ha mostrado el diagrama conceptual de un inversor simple como un 74C04. Estas fueron algunas de las primeras puertas CMOS, pero la unidad de bajo rendimiento era 'molesta' y las puertas amortiguadas con más unidades pronto llegaron. Para obtener la unidad de corriente adicional, tienen una etapa de salida de corriente alta separada de la etapa de entrada. Como ambos invierten, el resultado general NO es un inversor, por lo que agregan una tercera etapa de inversión para obtener la inversión general. El resultado final es "un inversor" externamente y una caja negra de casualidad desconocida cuando se maneja semi-analógicamente.
Para el 74HC04, el diagrama a continuación es el que se muestra en las hojas de datos
Fairchild y
TI y
NXP
PERO
ENCENDIDO-Semi ,
solo para ser diferente, haga que la segunda etapa sea un búfer con una entrada inversora. El resultado es el mismo, lógicamente sabio. Por lo tanto, en general, no se garantiza lo que sucederá cuando se permita que funcione de manera semi-analógica.
Un inversor de 6 en 74HC04:
Tenga en cuenta que esto es solo para la versión ONE CMOS: hay muchas otras versiones CMOS.
CMOS es el TTL, LSTTL, STTL más comúnmente usado pero original. ECL y más.
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lo que estás describiendo se llama un oscilador de anillo
Su salida oscilará con una cierta frecuencia dependiendo del retraso de la puerta de su puerta NO.
Una puerta NO perfecta oscilaría con una frecuencia alta infinita.
Como no existe un dispositivo tan perfecto, su frecuencia será
donde t es el retraso de la puerta NOT que usa.
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Mirando el esquema del transistor, se puede ver que el circuito resultante consta de dos transistores que tienen sus puertas conectadas a sus drenajes. Este denominado transistor "conectado por diodo" actúa como una resistencia no lineal.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Básicamente terminas con un divisor de voltaje y, dependiendo de las dimensiones reales del transistor, obtendrás un voltaje que debería ser aproximadamente la mitad del voltaje de suministro.
Un solo inversor no oscilará ya que no tiene suficiente desplazamiento de fase. Para un oscilador necesitaría al menos tres inversores en serie.
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Esto puede depender de la tecnología, pero al menos una puerta TTL NOT (transistores bipolares) a menudo se puede ver como un amplificador inversor de alta ganancia.
Al conectar la entrada a la salida, crea una fuerte retroalimentación negativa, por lo que el amplificador se estabilizará en algún lugar entre 0 lógico y 1 lógico.
Si conecta la entrada a la salida a través de una resistencia, es posible alimentar y amplificar la señal analógica externa.
Los elementos internos de una sola puerta generalmente no tienen suficiente capacidad parásita (por lo tanto, retraso) para producir oscilaciones si se conecta de esta manera. Sin embargo, un anillo de 3, 5 o más puertas puede tener suficiente retraso para generar una señal de alta frecuencia en lugar de entrar en un estado estable.
He visto tales soluciones "analógicas digitales" en estabilizadores de voltaje (muy elegantes, un chip digital estabiliza 5V por sí mismo) y generadores (una cadena de 3 puertas funciona como oscilador, en algún lugar a unos 8 MHz) en la antigua literatura rusa. Estos diagramas hacen referencia a los chips de la serie K155 (creo que algo como las series antiguas de 7400 debería ser el análogo occidental).
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No es una nueva respuesta, sino una forma simple de entender ese "punto 5". (eso fue explicado por otros usuarios), con una simple analogía mecánica .
UNA no-puerta podría compararse con una palanca, con un punto de apoyo fijo y de descanso en el centro de la palanca. (Como en una tijera).
Si su un extremo (supuesta como entrada de gama) pressed- abajo , el otro extremo (se supone, como de extremo de salida) RISE- arriba .
Y en contrario , si la entrada de gama snatched- hasta el extremo de salida deeps- abajo .
Suponemos,
Arriba = 1
Abajo = 0
En este modelo mecánico, no hay una forma simple de unir la entrada con la salida, por lo que vamos a una ligera indirecta . ...
qué sucede cuando se ensamblan más de 1 puertas sin compuerta en combinación en serie.
Un número ODD de no puerta en serie (oscilador de anillo bastante parecido) se comporta como un solo No puerta . Lo mismo está en nuestro representante mecánico.
1 palanca (que contiene 1 fulcro y 2 extremos) = 1 no puerta.
Ahora, dado que esta combinación actuaría como una sola puerta, no, y su salida podría interactuar con su entrada , de esta manera.
Los soportes se dibujan solo para significar, los puntos de apoyo se mantienen fijos en un lugar definido, y la unión de 2 palancas separadas (= puertas no separadas) puede moverse hacia arriba o hacia abajo
Entonces, si pudiéramos unir el inicio y el final (y podríamos dar el sistema adecuado para tolerar el exceso de presión entre 2 palancas vecinas) ...
Todo esto formaría un círculo plano; sin extremos en 0 o 1. Pero en ...
... 0.5. La posición intermedia.
Me gusta esto:
En esta última imagen, la imagen de la izquierda es una palanca única, representada exactamente como el mapa del mundo dibujado en la página 2d, con un poco de Alaska a un lado del extremo este de Rusia, y un poco de Rusia en el Oeste de Alaska
En la última imagen, la imagen derecha, muestra la posición horizontal plana con un valor de 0.5.
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Una compuerta normal (no disparador de schmitt) no se puede ver esencialmente como un tipo de amplificador inversor que normalmente funciona en saturación. Al conectar la salida a la entrada, aplicamos retroalimentación negativa a este amplificador.
Los resultados de esto dependen de la respuesta de frecuencia. Una puerta no de una sola etapa tendrá una respuesta de primer orden y se estabilizará a un nivel en algún lugar entre los dos rieles de potencia.
Una puerta de tres etapas ("amortiguada") no tendrá una respuesta de tercer orden. A frecuencias más allá de la segunda frecuencia de ruptura, esto provocará un cambio de fase de aproximadamente 180 grados, convirtiendo la retroalimentación negativa en retroalimentación positiva. Si la puerta aún tiene ganancia en esas frecuencias, entonces tendrá un oscilador.
Cada amplificador actúa como un filtro de paso bajo. En general, un amplificador de una sola etapa tiene una respuesta de primer orden.
Un filtro con una respuesta de primer orden se puede aproximar mediante dos líneas rectas en un gráfico con una escala log-log. En esta aproximación, la ganancia permanece plana hasta que la frecuencia de ruptura cae a una velocidad de 20 dB por década (~ 6 dB por octava). Antes de la frecuencia de corte, la entrada está en fase con la salida. Después de la frecuencia de corte, la salida está desfasada 90 grados con la entrada.
Un filtro con una respuesta de segundo orden tiene dos frecuencias de corte y se puede aproximar mediante tres líneas rectas en nuestro gráfico log-log. Nuevamente, en esta aplicación, la ganancia permanece plana con un cambio de fase 0 hasta la primera frecuencia de ruptura. Luego cae a 20dB por década con 90 grados de cambio de fase hasta la segunda frecuencia de ruptura. Finalmente cae a 40db por década con 180 grados de cambio de fase.
Un filtro con una respuesta de tercer orden se puede aproximar por cuatro líneas rectas en nuestro gráfico de log-log en la aproximación después de la primera frecuencia de ruptura, tiene un rolloff de 20 dB / década y un cambio de fase de 90 grados, después de la segunda frecuencia de ruptura tiene un roll-off de 40 dB / década y un cambio de fase de 180 grados y después de la tercera frecuencia de ruptura tiene un cambio de fase de 270 grados y un roll off de 60 dB / década.
Esta aproximación no es perfecta, en realidad hay una transición más suave de magnitud y fase en el área alrededor de cada frecuencia de ruptura, pero es lo suficientemente buena para nuestros propósitos.
Cuando ponemos tres amplificadores cada uno con una respuesta de primer orden en secuencia, terminamos con un sistema que tiene una respuesta de tercer orden.
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P: ¿Es útil esta respuesta?
A: eso creo. (Algunos pueden no :-)).
Utiliza el humor en la forma de la implementación de una broma muy antigua, y se ocupa de la inversión y la oscilación de manera análoga al inversor en esta pregunta.
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El recién llegado Ben publicó un enlace a algo que algunos consideraron irrelevante.
En realidad es apropiado y casi útil y también algo divertido.
Siempre confundido informó que el sitio tenía problemas de firewall: mi sistema, que es (nocionalmente) seguro, no se 'quejó' cuando accedí al sitio.
Este enlace que Ben suministró es un video de 40 segundos que muestra a un "científico" que experimenta dejando caer tostadas con mantequilla y un gato y observa cómo aterrizan. Lo que hace a continuación coincide con una broma estándar. En el fondo, su Igor como asistente está trabajando duro. Brindis, gato, algo de cinta adhesiva y el aparato de Igor producen algo relevante para esta pregunta. Implica inversión y oscilación y (posiblemente retroalimentación). Además de un toque de humor.
Me gusta el experimento de caída de tostadas ~ = 20 mm, y el resultado poco probable.
Eso se aproxima al corto duro en la pregunta, y tal vez el resultado.
Además, Ben señaló "... y produce un poder ilimitado". .
Eso tiene sentido en el contexto de tostadas + gato, pero no es demasiado relevante para esta pregunta.
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