O que acontecerá se a saída de um gate NOT injetar BACK na sua própria entrada?

Sem porta, se obtiver uma entrada 0 (desativada), fornece uma saída 1 (ativada). E se obtiver uma entrada 1 (Ligada), retornará uma saída 0 (Desligada).

Agora, se eu pudesse trazer a saída de volta para a entrada do not-gate, o que acontecerá? Se o gate está recebendo uma entrada 1, está dando uma saída 0 e, se estiver recebendo uma entrada 0, está dando uma saída 1.

A situação parece um modelo físico de uma "auto-contradição" (auto-falsa) (como quando o garoto atacado pela febre, Bertrand Russel, esperava ser enganado por seu irmão, preparando-se contra todos os truques possíveis, o de Bertrand Russel o irmão fez de Bertrand um tolo de abril fazendo "nenhum tolo de abril"; e se o irmão de Bertrand usar algum truque de abril, Bertrand não será enganado, e se o irmão de Bertrand não usar nenhum tolo de abril, isso significa que Bertrand enganado por seu irmão).

Agora, o que acontecerá no caso do hardware real chamado de gate NOT ?

ASSUMO as possibilidades;

1. o portão sempre permanecerá com saída 0 (desativada).

2. o portão sempre permanecerá com 1 (on) saída.

3. O portão será "PULSANTE"; uma vez que ele irá 1 saída; no momento seguinte, depois de receber esse sinal 1 (ativado), ele emitirá um sinal de Zero (desativado) e o ciclo continuará. A frequência dessa oscilação dependerá das características físicas do componente do circuito.

4. o circuito será danificado (devido a alguma corrente anômala, superaquecimento etc.) e logo deixará de funcionar permanentemente.

Algo acontecerá dentro dessas suposições?

PS. Estou pensando neste problema desde os tempos de escola, mas, como ainda não sei, como montar um não-portão em um circuito, de onde eles poderiam ser comprados, etc; Eu ainda não pude testá-lo experimentalmente.

O que acontece geralmente são os casos 3. ou 5.

Você não definiu o caso 5 :-)

• 5. A entrada / saída unida fica em alguma voltagem perto do meio da fonte.

74HC14: Quando uma porta acionada por Schmitt é usada, a oscilação quase certamente ocorrerá.
Suponha Vin-out inicialmente = baixo = 0.
Quando a entrada = 0, a saída mudará para 1. O
tempo para fazer isso é o atraso de propagação do gate (geralmente ns para nós, dependendo do tipo.
Quando a saída começar a subir, a taxa de alteração será afetado pela carga.Nesta
Aqui, a carga é a capacitância de entrada portão + qualquer capacitância fiação disperso conduzido por meio da resistência de saída da porta e qualquer resistência da cablagem.
Cin_gate está na folha de dados e podem ser da ordem de 10 pF (varia com a família).
em a capacitância da fiação da placa de circuito impresso será baixa.
Nesta situação, a indutância em série também pode ter um efeito pequeno, mas geralmente tão pequeno que pode ser ignorado. A resistência de saída varia muito com o tipo de porta.
Muito aproximadamente Rout_effective = V / I = Vout / Iout_max.
por exemplo, se dd = 5V, máximo = 20 mA, então Rout ~~~ = 5 / .020 = 250 Ohms. Isso é muito dinâmico, mas dá uma idéia.

Quando Vout = 1 elevou Cin a um nível alto via Rseries + Rout, o gate verá VIn = 1 e começará a mudar para Vo = 0. Após um atraso de propagação, a saída começa a cair.
E assim continua.

74HC04 : Quando uma porta não acionada por Schmitt é usada, a oscilação PODE ocorrer pelo mecanismo acima, mas é mais provável que a porta se estabeleça em um modo linear com Vin-Vout em cerca da metade da fonte.
Os pares internos de comutador de transistor que se destinam a ter uma saída alta ou baixa na maioria das vezes podem ser mantidos em um estado intermediário. Isso pode levar ao alto consumo de corrente e à destruição do IC, mas também não pode.

Como um guia:

Folha de dados do inversor 74HC04 Atraso de propagação ~~ = 20 ns Folha de dados do inversor 74HC04 Atraso de propagação ~~ = 35 ns

O atraso de propagação do 74HC14 é cerca de 50% a mais do que o 74HC04, mas a histerese das entradas do gatilho de Schmitt diminui um pouco mais o tempo para subir, então provavelmente significa um atraso geral de cerca de duas vezes para o portão disparado de Schmitt.

Se Cin = 10 pF e Rota = 250 Ohms, a constante de tempo de condução Vout é Cin = t = RC = 250 x 10E-12
~~ = 3E-9 = 3 ns.
Os pares de números abaixo separados por "/" são para 74HC04 / 74HC14 Como atraso de propagação ~ = 20/40 ns ('04 / '14) (consulte a figura 6 na folha de dados 74HC04), então o tempo total total para 1 ciclo de oscilação é talvez 50/100 ns, sugerindo uma oscilação em torno de 20/10 Mhz. Na prática, isso talvez pareça "um pouco alto" para o 74HC14, mas é provável que haja oscilação na faixa de MHz sem outras cargas a 5V. O 74HC04 provavelmente não irá oscilar, mas se o fizer, provavelmente o fará com uma frequência mais alta.

Nota: A porta Schmitt irá oscilar em uma frequência mais baixa, devido a um atraso de propagação mais longo e porque os limiares hi-lo são definidos e separados pela tensão de histerese - portanto, o Cin demora um pouco mais para carregar. A porta não Schmitt provavelmente irá oscilar mais alto se oscilar, mas é mais provável que entre no modo linear - possivelmente com oscilação de baixa amplitude sobreposta.

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O que há dentro ?:

Mario mostrou o diagrama conceitual de um inversor simples como um 74C04. Estes estavam entre os primeiros portões do CMOS - mas a unidade de saída baixa era 'irritante' e os portões com mais unidades logo chegaram. Para obter o inversor de corrente extra, eles têm um estágio de saída de corrente alto separado do estágio de entrada. Como ambos invertem, o resultado geral NÃO é um inversor, então eles adicionam um terceiro estágio de inversão para obter a inversão geral. O resultado final é "um inversor" externamente e uma caixa preta de ocorrência desconhecida quando acionada semi analogicamente.

Para o 74HC04, o diagrama abaixo é como mostrado nas folhas de dados
Fairchild e
TI e
NXP
MAS
ON-Semi ,
apenas para serem diferentes, faça do 2º estágio um buffer com uma entrada inversora. O resultado é o mesmo, em termos de lógica. Portanto, no geral, não há garantia do que acontecerá quando for permitido que funcione de maneira semi-analógica.

Um inversor de 6 em 74HC04:

Observe que isso é apenas para uma versão baseada em CMOS - existem muitas outras versões de CMOS.

O CMOS é o TTL, LSTTL, STTL mais comumente usado, mas original. ECL e mais.

o que você está descrevendo é chamado de oscilador de anel

Sua saída oscilará com uma certa frequência, dependendo do atraso do gate do seu NOT.

Uma porta NOT perfeita oscilaria com uma frequência infinita e alta.

Como não existe um dispositivo tão perfeito, sua frequência será

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

onde t é o atraso do gate NOT que você usa.

Observando o esquema do transistor, pode-se ver que o circuito resultante consiste em dois transistores que têm suas portas conectadas aos drenos. Esse chamado transistor "conectado por diodo" atua como um resistor não linear.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Basicamente, você acaba com um divisor de tensão e, dependendo das dimensões reais do transistor, obterá uma tensão que deve ser cerca da metade da tensão de alimentação.

Um único inversor não irá oscilar, pois não possui mudança de fase suficiente. Para um oscilador, você precisaria de pelo menos três inversores em série.

Isso pode depender da tecnologia, mas pelo menos uma porta TTL NOT (transistores bipolares) pode ser vista como apenas um amplificador inversor de alto ganho.

Ao conectar a entrada à saída, você cria um forte feedback negativo, para que o amplificador se estabilize em algum lugar entre 0 lógico e 1 lógico.

Se você conectar a entrada à saída através de um resistor, pode ser possível alimentar e amplificar o sinal analógico externo.

Os elementos internos de um único portão geralmente não têm capacidade parasitária suficiente (portanto, atraso) para produzir oscilações se conectados dessa maneira. No entanto, um anel de 3, 5 ou mais portas pode ter atraso suficiente para gerar um sinal de alta frequência em vez de entrar em estado estável.

Eu já vi essas soluções "analógicas digitais" em estabilizadores de tensão (muito elegantes - um chip digital estabiliza 5V por si mesmo) e geradores (uma cadeia de 3 portas funciona como oscilador, em torno de 8 MHz) na antiga literatura russa. Esses diagramas referenciavam os chips da série K155 (acho que algo como a antiga série 7400 deveria ser o analógico ocidental).

Não é uma resposta nova, mas é uma maneira simples de entender que o "ponto 5". (isso foi explicado por outros usuários), com uma analogia mecânica simples .

Um não-portão pode ser comparado com uma alavanca, com um ponto de apoio fixo e em repouso no centro da alavanca. (Como em uma tesoura).

Se a sua extremidade (suposta como extremidade de entrada) for pressionada , a outra extremidade (suposta como extremidade de saída) aumentará .

E em frente , se a entrada de gama snatched- -se , a saída-end deeps- para baixo .

Nós supomos,

Acima = 1

Abaixo = 0

Neste modelo mecânico, não há uma maneira simples de associar a entrada à saída, então vamos a um pequeno indireto . ...

o que acontece quando mais de um portão não é montado na combinação de séries.

Um número ODD de não portão em série (oscilador de anel parecido) se comporta como um único portão não . O mesmo está em nosso representante mecânico.

1 alavanca (contendo 1 ponto de apoio e 2 extremidades) = 1 sem porta.

Agora, como essa combinação atuaria como um único não-portão, e sua saída poderia interagir com sua entrada , assim.

Os suportes são desenhados apenas para significar, os pontos de apoio são mantidos fixos em local definido e a junção de 2 alavancas separadas (= portas separadas não) pode mover-se para cima ou para baixo

Portanto, se pudéssemos juntar-se ao início e ao fim (e podermos fornecer o sistema adequado para tolerar o excesso de pressão entre duas alavancas vizinhas) ...

A coisa toda formaria um círculo plano; sem fim em 0 ou 1. Mas em ...

... 0,5. A posição intermediária.

Como isso:

Nesta última imagem, a imagem da esquerda é uma alavanca única, representada exatamente como o mapa do mundo desenhado na 2ª página, com um pouco do Alasca ao lado do extremo leste da Rússia e um pouco da Rússia no Oeste do Alasca.

Na última imagem, a imagem direita, mostra a posição horizontal e plana, com valor 0,5.

Um gate normal (não um gatilho schmitt) não pode ser essencialmente visto como um tipo de amplificador inversor que normalmente é operado em saturação. Ao conectar a saída à entrada, aplicamos feedback negativo a este amplificador.

Os resultados disso dependem da resposta em frequência. Um portão não monofásico terá uma resposta de primeira ordem e se estabilizará em um nível entre os dois trilhos de força.

Um gate de três estágios ("em buffer") não terá uma resposta de terceira ordem. Em frequências além da segunda frequência de interrupção, isso causará uma mudança de fase de cerca de 180 graus, transformando o feedback negativo em feedback positivo. Se o portão ainda tiver ganho nessas frequências, você terá um oscilador.

Qual é a "resposta de terceira ordem"? Qual é a "frequência do segundo intervalo"?

Todo amplificador atua como um filtro passa-baixo. Em geral, um amplificador de estágio único tem uma resposta de primeira ordem.

Um filtro com uma resposta de primeira ordem pode ser aproximado por duas linhas retas em um gráfico com uma escala de log-log. Nesta aproximação, o ganho permanece estável até que a frequência de interrupção diminua a uma taxa de 20dB por década (~ 6dB por oitava). Antes da frequência de interrupção, a entrada está em fase com a saída. Após a frequência de interrupção, a saída fica 90 graus fora de fase com a entrada.

Um filtro com uma resposta de segunda ordem possui duas frequências de interrupção e pode ser aproximado por três linhas retas em nosso gráfico de log-log. Novamente nesta aplicação, o ganho permanece estável com 0 mudança de fase até a primeira frequência de interrupção. Em seguida, cai para 20dB por década, com 90 graus de mudança de fase até a segunda frequência de interrupção. Finalmente, cai para 40db por década com 180 graus de mudança de fase.

Um filtro com uma resposta de terceira ordem pode ser aproximado por quatro linhas retas em nosso gráfico de log-log na aproximação após a primeira frequência de interrupção, você tem um rolloff de 20 dB / década e um deslocamento de fase de 90 graus, após a segunda frequência de interrupção que você possui um rolloff de 40 dB / década e um deslocamento de fase de 180 graus e após a terceira frequência de interrupção, você tem um deslocamento de fase de 270 graus e um rolloff de 60 dB / década.

Essa aproximação não é perfeita, na realidade há uma transição mais suave de magnitude e fase na área em torno de cada frequência de interrupção, mas é boa o suficiente para nossos propósitos.

Quando colocamos três amplificadores cada um com uma resposta de primeira ordem em sequência, acabamos com um sistema que possui uma resposta de terceira ordem.

P: Esta resposta é útil?
A: Eu acho que sim. (Alguns podem não :-)).

Ele usa humor na forma de implementação de uma piada muito antiga - e passa a lidar com inversão e oscilação de maneira análoga ao inversor nesta questão.

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O recém-chegado Ben postou um link para algo que foi considerado irrelevante por alguns.
Na verdade, é apropriado e quase útil e também divertido.
Sempre confuso relatou que o site estava com problemas de firewall - meu sistema, que é (principalmente) seguro, não 'reclamava' quando eu acessava o site.

Este link que Ben forneceu é para um vídeo de 40 segundos, mostrando um "cientista" experimentando torradas com manteiga e um gato e observando como eles pousam. O que ele faz a seguir corresponde a uma piada comum. No fundo, seu Igor como assistente trabalha duro. Torradas, gatos, fita adesiva e o aparelho de Igor produzem algo de relevante para essa questão. Envolve inversão e oscilação e (indiscutivelmente feedback). Além de uma pitada de humor.

Gosto do experimento de queda de brinde de ~ = 20 mm - e do resultado improvável.
Isso aproxima o curto e difícil da questão - e talvez o resultado.

Além disso, Ben observou "... e produz energia ilimitada". .
Isso faz sentido no contexto de brinde + gato, mas não é muito relevante para esta questão.