На первый взгляд это нечто невероятное.
Начнём
с самого простого примера. Аккумулятор. Его можно заряжать, при этом клеммы
(две штуки) являются входом для напряжения зарядки, а когда от аккумулятора
питается нагрузка эти же клеммы становятся выходом. Как видите ничего необычного в таком совмещении нет.
Уровень напряжения на шине питания переключает режим. Когда уровень ниже 12В аккумулятор отдаёт энергию и работает источником питания, а когда превышает 12В (Обычно в бортсети это напряжение около 14В), то он заряжается и его клеммы становятся входом.
Любой
конденсатор заряжается и разряжается. Значит ли это, что у него совмещён вход и выход?
Получается, что и любой другой элемент схемы с двумя выводами совмещает свойства входа и выхода?
Этот пример не столь убедителен, так как втекает ток или вытекает не есть главный признак входа и выхода.
А какой признак главный?
Попробуем в этом разобраться.
Если
обыкновенный резистор соединяет линию сигнала с общим проводом, то он
привносит своё сопротивление в параллель с выходным сопротивлением
источника сигнала и входным сопротивлением приёмника сигнала. Иногда это сказывается на сигнале самым радикальным образом.
Да, сигнал при этом скорее всего уменьшится по напряжению, но при этом могут многократно уменьшиться помехи.
Общее сопротивление такого узла, измеряемое относительно общего провода, математически равно сопротивлению трёх параллельно соединённых сопротивлений: выходному сопротивлению, входному сопротивлению (подключенному к этому выходу) и нашего резистора. Часто один из этих резисторов на порядки меньше остальных и именно он определяет сопротивление узла.
В этом случае вход и выход неразделимы и действуют одновременно, без переключений. Входное и выходное сопротивление одинаково и равно номиналу резистора.
Стабилитрон,
который открывается при определённом напряжении ограничивает напряжение
сигнала и снижает его если оно превышает допустимый уровень. Это
параметрический стабилизатор. Он забирает на себя ту мощность, которая в
противном случае пошла бы на повышение
напряжения. В зависимости от входного тока (IN) и выходного тока (OUT) через стабилитрон протекает больший или меньший ток. Не ток заряда и разряда, а просто больший или меньший. Отключили нагрузку (OUT) и через стабилитрон потёк весь ток, который раньше тёк через нагрузку. Повысилось напряжение источника (IN) сигнала (питания) и стабилитрон начинает пропускать повышенный ток, который поможет обуздать это никому не нужное повышение. Стабилитрон будет биться с лишним напряжением до последнего издыхания и может сгореть от перегрузки.
Казалось бы, какой выход, если ток только потребляется стабилитроном? Но стоит потребителю на выходе увеличить ток потребления, как стабилитрон "отказывается" от своего питания и как бы отдаёт ресурс в нагрузку. Чем не выход? Не хуже, чем у аккумулятора.
Она представляет из себя усилитель с положительной обратной связью. Это может быть любой усилитель, но мы возьмём КМДП логический элемент, повторитель: единица на входе - единица на выходе. Например К561ПУ4. (Или, если хотите - CD4050BE; MC14050BCP).
Эти микросхемы даже отечественного производства имеют неплохие параметры.
Это
схема памяти состояния информационной шины, которая поддерживает
логический уровень на этой шине в то время, как на неё нет никакого
входного воздействия. Например для поддержания состояния горения у светильника с сенсорным управлением. К этой шине могут быть подключено множество светильников и выключателей и все они будут взаимодействовать с ней. Обычно таких шин бывает несколько для управления режимами света, звука, охраны...
Для создания обратной связи выход логического элемента соединён со входом через резистор. Благодаря положительной обратной связи этот элемент является триггером-защёлкой, поддерживающим своё состояние (ноль или единица).
Информация с этой шины может быть считана логическими схемами или изменена более энергичным воздействием. Всегда надо иметь ввиду, что при считывании на шину не должно быть воздействия, способного переключить её.
Номинал резистора не определён, так как схема работоспособна с резисторами абсолютно любого номинала.
Переключение триггера происходит при смене состояния шины, вызванной любой внешней причиной (например нажатием на кнопку S1 или S2).
Резистор R1 (102) добавлен, чтобы избежать короткого замыкания источника питания при одновременном нажатии двух кнопок.
Резистор R определяет, как жёстко будет поддерживаться текущее состояние инфошины.
Воздействие переключения должно преодолеть силу удержания. Если резистор равен 100КОм (105), то выходное сопротивление управляющего сигнала должно быть на порядок меньше, то есть не выше 10КОм (104).
Поскольку существует выходное сопротивление логического элемента (порядка
нескольких килоОм), то можно обойтись вовсе без резистора.
Входное/выходное сопротивление информационной шины будет равно именно
этой величине. Это требует энергичного переключающего сигнала, например
замыкания механических контактов. Простого логического сигнала от других
элементов может не хватить для преодоления удержания.Пример: Устройство измерения времени реакции содержит светодиод и выключатель. При загорании светодиода нажатие на выключатель гасит его и время задержки отражает скорость реакции. Четыре провода (два для светодиода и два для выключателя) можно превратить в два. Закорачивая выключателем питание светодиода мы переводим шину в положение "0". Зажигает шину контроллер, выключатель - гасит, а время горения светодиода и есть время реакции. Естественно, должны быть приняты схемотехнические меры, для безопасного замыкания шины.