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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE
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Appareil de commande programmable. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Horloges, temporisateurs, relais, interrupteurs de charge

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Pour contrôler différents types d'installations électriques dans la vie quotidienne et au travail, il devient souvent nécessaire de les allumer et de les éteindre à plusieurs reprises à certains intervalles de temps. Cette tâche est généralement résolue avec succès à l'aide de minuteries numériques avec mémoire. Dans l'article publié ci-dessous, les lecteurs se voient proposer une description d'une variante d'un dispositif à cet effet, qui peut être réalisée indépendamment.

La machine programmable est conçue pour contrôler les appareils électriques du réseau de faible et moyenne puissance (jusqu'à 1 kW). Dans la vie de tous les jours, il peut être utilisé, par exemple, pour contrôler un lustre Chizhevsky ou des radiateurs électriques dans une zone résidentielle. L'auteur a utilisé un automate pour contrôler un ordinateur qui communique avec le BBS la nuit.

La machine contient deux canaux programmables indépendants identiques, chacun contrôlant une charge. Le nombre de canaux peut être arbitrairement augmenté sans modifications fondamentales des unités de base de l'appareil lui-même. Lors de son fonctionnement, le temps réel est compté et la valeur courante est affichée en heures et minutes, ainsi que les numéros d'ordre (de 1 à 7) des jours de la semaine.

La durée maximale du programme de contrôle dans chacun des canaux est d'un jour, cependant, si nécessaire, l'utilisateur peut activer ou désactiver l'exécution du programme journalier enregistré dans la mémoire sur n'importe lequel des sept jours de la semaine. L'intervalle minimum programmable entre deux événements est d'une minute. Un événement désigne ici l'activation ou la désactivation d'une charge contrôlée. Ainsi, le nombre maximum d'événements programmables est égal au nombre de minutes dans une journée, soit 1440. A tout moment, à l'aide des commandes, vous pouvez modifier les états courants des charges. L'effacement (mise à zéro) de la mémoire avant la programmation est effectué par énumération automatique des adresses à la commande de l'utilisateur dans les deux canaux à la fois ou dans chacun séparément.

Lors de la programmation, il est possible à la fois d'écrire adresse par adresse et d'effacer adresse par adresse des données en mémoire. La machine dispose d'un générateur AF qui peut émettre des signaux sonores aux moments d'occurrence de chaque événement programmé. Lorsque la tension secteur est coupée, la partie numérique (basse tension) de l'appareil est automatiquement alimentée par la batterie de secours, ce qui vous permet de garder un décompte continu du temps et d'éviter les changements dans les états actuels des déclencheurs qui contrôler les charges.

Le schéma fonctionnel de l'automate est représenté sur la fig. 1. Il se compose d'une unité de comptage et d'indication, de deux unités de canaux identiques, de relais électroniques et d'un générateur AF pouvant être connecté à n'importe lequel des canaux (dans le schéma, par exemple, au canal 1).

Machine de contrôle programmable

Dans le bloc de comptage et d'indication, l'heure actuelle et le jour de la semaine sont comptés, leurs valeurs sont affichées sur les indicateurs, ainsi que la formation d'adresses pour les canaux RAM.

La centrale règle les compteurs sur la position souhaitée et effectue les opérations avec la mémoire de canal. Le synchroniseur génère des séquences de comptage et de contrôle d'impulsions. La RAM stocke le programme de gestion de l'état des charges dans chacune des voies. Les nœuds d'état convertissent les signaux d'impulsion lus dans la RAM en tensions d'un certain niveau logique, qui contrôlent les relais électroniques qui commutent la tension secteur fournie aux charges.

Le schéma de principe de l'unité de comptage et d'indication est illustré à la fig. 2. C'est une montre électronique. Les fonctions de la source de comptage et de contrôle des séquences d'impulsions (synchroniseur) y sont assurées par une puce d'horloge spécialisée DD12 (K176IE18), contenant un oscillateur à quartz. Les signaux suivants sont tirés de ses conclusions: de la broche. 10 - impulsions minute de comptage (1/60 Hz), qui sont alimentées par le circuit de raccourcissement sur les éléments DD1.5, DD1.6, C15, R18 et les éléments DD13.4, DD4.3, DD4.2 à l'entrée de comptage du compteur d'unités de minutes DD7.1 .one ; avec épingle. 4 - deuxièmes impulsions utilisées pour indiquer le deuxième rythme LED HL1 ; avec épingle. 11 - impulsions d'une fréquence de 1024 Hz, qui traversent le compteur-diviseur en deux DD2.2, après quoi leur fréquence diminue à 512 Hz; avec épingle. 6 - impulsions avec une fréquence de 2 Hz, assurant le clignotement de la familiarité des indicateurs HG1 - HG4 dans le mode de réglage de leurs lectures.

Machine de contrôle programmable

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La partie comptage du bloc considéré est construite selon un schéma commun avec connexion en série de compteurs avec des facteurs de conversion spécifiés et indication statique de leurs états par des indicateurs à sept segments HG1 - HG5. Le bus d'adresse AO - A15 est formé des microcircuits DD7, DD10, DD14 impliqués dans le comptage des bits. Une caractéristique de la solution de circuiterie proposée est la possibilité de changer rapidement l'état de chacun des compteurs par l'utilisateur, ce qui facilite l'écriture dans la mémoire de données lors de la programmation.

Le bloc est contrôlé par les boutons SB1 - "Installation", SB2 - "Recherche de familiarité" et SB3 - "Mode". Dans l'état initial sur la broche. 6 du décodeur DD6 il y a un niveau logique haut, donc toutes ses sorties (broche 1, 5, 2, 4, 12, 14, 15, 11) auront des niveaux bas qui interdisent le passage des impulsions de réglage du bouton SB1 vers les compteurs DD7.1, DD7.2, DD10.1, DD10.2 à travers les éléments DD4.1, DD5.4, DD9.3, DD11.3 et permettant la conversion des décodeurs DD16 - DD19. Lorsque le bouton SB3 est appuyé une fois, le déclencheur DD8.1 passe dans un état unique, permettant le fonctionnement des commutateurs du décodeur DD6, sur l'une des sorties (broche 1, 5, 2, 4) dont un niveau haut apparaît, et de l'autre (broche 12, 14 , 15, 11) - impulsions avec une fréquence de 2 Hz. En conséquence, l'un des quatre espaces de familiarité HG1 - H4 commence à clignoter à la fréquence spécifiée. À l'aide du bouton SB1, l'état du compteur de cette familiarité est modifié (lectures de l'indicateur). "L'activité" de l'une ou l'autre familiarité dépend de l'état du compteur DD2.1 au moment de l'appui sur le bouton SB3. Vous pouvez modifier l'état du compteur DD2.1 à l'aide du bouton SB2. Ainsi, en réglant séquentiellement les lectures des voyants de chaque familiarité, on peut régler très rapidement l'heure souhaitée (adresse sur le bus d'adresse).

L'état du compteur du jour de la semaine DD14 est réglé en transférant l'état du compteur des dizaines d'heures DD10.2 lors de la mise à l'heure. Il convient de noter qu'il est plus pratique de commencer à définir les lectures d'indicateur requises à partir de quelques minutes et de terminer par les jours de la semaine, car la valeur déjà définie dans la familiarité supérieure sera augmentée de un par le transfert qui peut se produire lorsque réglage de la valeur dans la familiarité inférieure. Le bouton SB5 "Réglage initial" est conçu pour un réglage précis (jusqu'à quelques secondes) de l'horloge en fonction de la source de temps de référence. Au moment où ce bouton est enfoncé, le compteur interne de secondes du microcircuit DD12 et les compteurs d'unités et de dizaines de minutes des microcircuits DD7.1, DD7.2 sont réinitialisés.

En plus des signaux d'adresse AO - A15, plusieurs autres signaux de commande sont retirés de l'unité de comptage et d'affichage: de la broche. 4 microcircuits DD3.2 (circuit 1) - impulsions minutes courtes, réglage des impulsions à partir du bouton SB1; avec épingle. 6 microcircuits DD15.3 (circuit 2) - impulsions du bouton "Enregistrer" SB6, ainsi que des impulsions à une fréquence de 512 Hz (en mode d'effacement de la mémoire); avec épingle. 13 microcircuits DD8 (circuit 3) - un signal statique dont le niveau haut assure la mise en œuvre du mode de nettoyage de la mémoire.

Le mode de nettoyage de la mémoire est défini en appuyant une fois sur le bouton "Effacer" SB4 si les contacts de l'interrupteur de déverrouillage du nettoyage SA1 sont fermés. Dans ce mode, la gâchette DD8.2 passe à l'état 1 logique, le passage d'impulsions minute à l'entrée de comptage du compteur DD7.1 à travers l'élément DD13.4 est interdit, et le passage d'impulsions de fréquence 512 Hz via l'élément DD4.4 est autorisé. Le résultat est un comptage (énumération d'adresses) avec une fréquence de 512 Hz. Une nouvelle pression sur le bouton SB4 ramène le déclencheur DD8.2 à son état initial de zéro logique. A la première mise sous tension, les deux gâchettes DD8 sont mises à un état logique zéro par le circuit C13R11.

Les boutons SB1, SB6 ont un dispositif de protection contre les rebonds de contact réalisé sur les éléments DD1.1, DD1.2, DD15.1, DD15.2. Le circuit DD1.5, C15, R18, DD1.6 raccourcit une longue impulsion minute de la broche. 10 puces DD12. Sinon, cette impulsion de plusieurs dizaines de secondes toutes les minutes interdirait de régler l'état du compteur DD7.1 avec le bouton SB1.

Sur la fig. La figure 3 montre un schéma de principe du bloc de voies de la machine programmable. Il montre également un schéma d'un dispositif commun aux deux voies, réalisé sur les éléments DD1, DD2, DD3.1, DD3.2, DD4.1, DD4.2, DD5.1, DD5.2, qui génère des signaux qui commandent la mémoire.

Considérons maintenant le fonctionnement du premier canal en mode enregistrement avec comptage en temps réel. Comme le montre la fig. 3, le bit A15 est affecté à partir du bus d'adresse AO - A12. Le choix de la puce RAM à laquelle accéder dépend de son état. Supposons qu'au moment où ce bit est dans un seul état et que la puce DD10 est sélectionnée pour le niveau bas actif du signal CE (broche 7 DD8, DD7). La puce DD8 dans ce cas est réglée sur la sortie dans le troisième état.

Machine de contrôle programmable

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Lors du changement d'adresse sur le bus d'adresse AO - A15 (le long du front de l'impulsion minute ou réglage provenant de l'unité de comptage et d'indication), le vibreur unique DD1.1 génère une impulsion de haut niveau, pendant laquelle l'accès à la puce DD7 est interdit afin d'éviter de lire les données de la mémoire à ce moment. Dans les intervalles entre les impulsions générées par la puce DD1.1, la sortie de la puce DD7 (broche 7) est mise à un niveau logique correspondant au bit de données lu à l'adresse courante.

Pour écrire un bit de données en mémoire à l'adresse souhaitée, l'utilisateur doit le positionner sur le bus à l'aide des boutons de commande de l'unité de comptage et d'indication. Ensuite, le commutateur SA3 doit sélectionner le niveau destiné à l'enregistrement : zéro logique ou un logique. Si l'un est sélectionné, un événement sera enregistré dans la mémoire qui se produira à l'heure définie. Lors de l'écriture du zéro, vous pouvez par exemple effacer un événement précédemment enregistré à cette adresse. Ensuite, vous devez appuyer une fois sur le bouton "Enregistrer" du SB6 (voir Fig. 2). Le long du front de l'impulsion, qui est transmise par le circuit 2 au vibrateur unique DD1.2, ce dernier générera des impulsions d'enregistrement à ses sorties (Fig. 4, a).

Machine de contrôle programmable

De la sortie directe du microcircuit DD1.2 (broche 10), l'impulsion d'écriture entre dans l'unité pour générer de courtes impulsions le long du front et le long de la chute de l'impulsion d'écriture, faites sur les éléments DD2.1, R3, C13, DD2.2 .2.3, DD1.2. À partir de la sortie inverse de la puce DD9 (broche 5.1), l'impulsion d'écriture entre dans le nœud de retard sur les éléments DD4, R14, C5.2, DD8, puis sur la broche. 7 puces mémoire DD8, DD8. Le temps de retard est choisi de telle manière qu'aux moments où le signal (impulsion) change, l'enregistrement sur la broche. 7 du microcircuit DD10, l'accès à celui-ci était interdit à ceux qui venaient à sa broche. 10 impulsions courtes avec broche. 2.3 puces DD537. Ainsi, les conditions nécessaires sont créées pour le bon fonctionnement des puces de RAM cadencées KR2RU1 conformément au mode passeport [10]. Après la fin de la deuxième impulsion courte avec vyv. 2.3 microcircuits DD7 sur broche. 7 de la puce DD4 est réglé sur un niveau logique correspondant au bit de données qui vient d'être écrit (Fig. XNUMX, a).

Les bits A13 - A15 du compteur du jour de la semaine (voir Fig. 2) ne sont pas envoyés aux puces de mémoire, mais sont transmis au décodeur DD14 en tant qu'adresse de la clé électronique commutée de la puce. Les entrées des clés électroniques DD14 (vyv. 14, 15, 12, 1, 5, 2, 4) et les interrupteurs SA7-SA13 correspondent aux jours de la semaine, du lundi au dimanche. Si l'un des interrupteurs est fermé le jour de la semaine correspondant, le niveau de haute tension est présent en même temps sur la broche. 3 puces DD14, permet le passage d'un niveau logique haut depuis la broche. 7 RAM DD7, DD8 via puce DD4.3. Lorsque les interrupteurs sont ouverts, le niveau bas sur la broche. 3 puces DD14 interdit le passage cité plus haut. Le circuit C18R12 génère une impulsion de commutation de déclenchement de tension de niveau haut DD13.1 sur le front de la tension de niveau haut lue dans la mémoire. L'utilisateur peut changer l'état du déclencheur à tout moment à l'aide du bouton SB1, en le contrôlant par la présence ou l'absence de la LED HL3. Si la programmation est effectuée avec la charge connectée, elle doit être temporairement désactivée par l'interrupteur SA6. Son état est surveillé par la lueur de la LED HL4. Chaque fois qu'une impulsion de commutation arrive à l'entrée C (broche 3) du déclencheur DD13.1, un bref bip aigu se fait entendre dans le téléphone BF1, généré par un générateur 3H sur les éléments C17, R10, DD5.3, DD3.3. XNUMX.

Avant d'écrire des programmes en mémoire, il est nécessaire de l'effacer, c'est-à-dire d'écrire des zéros logiques à toutes les adresses disponibles. L'énumération des adresses lors du nettoyage s'effectue avec une fréquence relativement basse de 512 Hz (Fig. 4,b), ce qui permet visuellement (par l'absence de clignotement de la LED HL2) et sonore (par la disparition du signal reproduit par le téléphone BF1) pour contrôler l'absence d'unités logiques en mémoire. Il est conseillé de répéter le cycle de nettoyage (énumération de toutes les valeurs de temps) 2-3 fois. Cela ne prend que quelques secondes. L'interrupteur SA3 doit être préalablement mis en position "0". Si vous voulez travailler avec la mémoire d'un seul canal sans affecter le contenu de la mémoire d'un autre, alors vous pouvez bloquer l'accès à ce dernier en déplaçant le commutateur correspondant SA1 ou SA2 "Memory Lock" vers la position inférieure selon le diagramme. Pendant le mode de nettoyage, les déclencheurs d'état de charge DD13.1 et DD13.2 dans les deux canaux sont transférés à un état logique zéro par un niveau haut à l'entrée R (broches 4 et 10). Le générateur de sons d'alarme, réalisé sur la puce DD6, est connecté à la sortie par l'entrée d'activation (broche 1 DD6). 3 microcircuits DD11.1 du premier ou à la broche. 10 puces DD11.3 deuxième canal. Dans le cas d'une lecture de la mémoire de haut niveau à un instant donné, avec l'interrupteur "Alarm Clock" du SA4 fermé, un signal intermittent retentira pendant une minute.

Un schéma de principe des relais électroniques et de l'alimentation de la machine programmable est représenté sur la fig. 5. La partie numérique des relais électroniques est basée sur le dispositif décrit dans [3]. Les commutateurs triac VS1, VS2 sont utilisés comme éléments de puissance de relais électroniques, dont l'inconvénient est la présence de surtensions de commutation et la distorsion de la forme sinusoïdale du courant lors du contrôle de charges réactives puissantes. Dans le dispositif proposé, la charge est commutée au moment où la tension secteur passe par zéro, par conséquent, lors de la commutation de charges purement actives, il était possible de se débarrasser complètement des émissions.

Machine de contrôle programmable

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Les chronogrammes expliquant le fonctionnement de l'unité de relais électronique sont illustrés à la fig. 6.

Machine de contrôle programmable

Une chute de tension positive venant allumer la charge à l'entrée D du trigger (broche 5 DD2.1) à un instant quelconque t1 ne sera transférée sur la sortie (broche 1 DD2.1) qu'à l'instant où elle arrivera sur son entrée C (broche 3 DD2.1 .1.2) une courte impulsion coïncidant dans le temps avec le passage à zéro de la tension secteur. La présence d'un nœud de retard d'impulsion courte sur les éléments DD9, R7, C1.3, DD1 n'est pas obligatoire et fondamentale, cependant, elle vous permet de faire coïncider avec précision dans le temps le front montant de l'impulsion arrivant à l'entrée C de le déclenchement au moment où la tension secteur passe par zéro (creux de la tension pulsée sur les broches 2, 1.1 de la puce DDXNUMX).

L'utilisation d'optocoupleurs U1 - U4 a permis de découpler complètement l'unité de relais électronique et la partie numérique de la machine.

L'alimentation a deux stabilisateurs intégrés DA1 et DA2. Le premier d'entre eux alimente la partie numérique de la machine. Sa tension d'entrée est sauvegardée par une batterie GB1 avec un circuit d'allumage automatique basé sur des diodes VD2, VD3. Le deuxième stabilisateur est utilisé pour alimenter les optocoupleurs, les LED et les indicateurs à sept segments. Le filtre de ligne C8L2L3C9 supprime les surtensions et les perturbations de la tension secteur.

Il n'y a pas d'exigences strictes pour la base d'éléments de l'automate.

L'auteur a utilisé des résistances OMLT indiquées sur les schémas de puissance, des condensateurs à oxyde - K50-16, le reste - KM, KLS; boutons SB1 - SB6 (voir Fig. 2) et SB1, SB2 (voir Fig. 3) - KM1-1 ; interrupteurs SA1, SA2 (voir fig. 3) - МТЗ, SA3, SA6, SA15 (voir fig. 3) et SA1 (voir fig. 2) - МТ1, SA4 (voir fig. 3), SA1(cm Fig. 5) - PK4-1, interrupteurs "Jours de la semaine" SA7 - SA13, SA16 - SA22 - ensembles de micro-interrupteurs VDM1-8. Le huitième interrupteur de l'assemblage est utilisé comme SA5, SA14 ("Son"). Tous les indicateurs LED à sept segments avec une cathode commune (il est préférable d'utiliser des indicateurs importés, par exemple, LTS547AP). Transistors KT315 avec n'importe quel index de lettre, résonateur à quartz BQ1 à une fréquence de 32 768 Hz, capsule téléphonique BF1 - toute résistance de 200 ... 300 Ohms, par exemple, DH30F importé. Les triacs KU208G peuvent être remplacés par des plus puissants, par exemple TS112-16-10-7, cependant, la distorsion de la forme sinusoïdale du courant lors du contrôle des charges inductives deviendra plus perceptible dans ce cas. En tant que relais électroniques, vous pouvez utiliser les "relais statiques" intégrés D2410 ou D2475 d'IR, dans lesquels l'activation est mise en œuvre par une tension secteur nulle et la désactivation - par un courant nul à travers la charge [4].

Le transformateur T1 doit fournir une tension alternative d'environ 8 V sur l'enroulement secondaire à un courant de charge de 600 mA. Les bobines de filtre L1 - L3 sont enroulées sur des anneaux (20x10x4 mm) en ferrite M2000NM-1 avec un fil MGTF 0,5 jusqu'à ce qu'elles soient remplies, et les bobines L2, L3 sont enroulées simultanément avec deux fils.

Le GB1 utilise une batterie de six cellules digitales. Le courant consommé par la partie numérique de l'appareil à partir de la batterie, en l'absence de tension secteur, ne dépasse pas 35 mA.

La machine est placée dans un boîtier aux dimensions de 265x200x100 mm. Sur son panneau avant, il y a des commandes et des indications, et à l'arrière - des prises pour connecter la charge. Les triacs VS1, VS2 sont installés sur des dissipateurs thermiques d'une surface d'environ 150 cm2, et le stabilisateur DA2 est installé sur un dissipateur thermique d'une surface de 50 cm2.

L'unité de comptage et d'indication et l'unité de voie sont montées sur des cartes séparées de dimensions 185x80 mm, les éléments de relais électroniques (sauf pour les triacs VS1, VS2) et d'alimentation (sauf pour les condensateurs C1 - C3, les microcircuits DA1, DA2, la batterie GB1 et transformateur T1) sont placés sur une carte commune de dimensions 170x80 mm. Les condensateurs C3-C10 dans l'unité de comptage et d'indication et C2-C10 dans l'unité de voie sont soudés entre les bornes "commun" et "plus puissance" des puces RAM, des compteurs et des déclencheurs.

Avec des pièces réparables et une installation correcte, la partie numérique de la machine commence à fonctionner immédiatement. L'établissement d'une unité de comptage et d'affichage se réduit à régler la fréquence d'un oscillateur à quartz sur une puce DD12 avec un condensateur C18. Lors de l'établissement d'un bloc de canaux en sélectionnant les résistances R10, R20, vous devez définir la tonalité souhaitée des générateurs de sons de canal et en sélectionnant le condensateur C16 - un générateur de réveil. La durée souhaitée des sons d'alarme est sélectionnée par le condensateur C15. Lors de l'établissement d'un bloc de relais électroniques, la résistance R8 doit être sélectionnée de manière à ce que les impulsions de bas niveau à l'entrée du déclencheur de Schmitt DD1.1 (broches 1, 2) assurent sa commutation stable. En sélectionnant la résistance R9 dans le circuit à retard, il faut faire coïncider dans le temps le front de l'impulsion sur la broche. 10 microcircuits DD1.3 avec le point inférieur de l'impulsion sur la broche. 1, 2 microcircuits DD1.1 (Fig. 6).

Lors du démarrage de la programmation de la machine, les éléments suivants doivent être pris en compte. Si le programme contient un nombre suffisamment important d'événements, il est recommandé de construire un chronogramme, sur lequel le niveau haut indique l'état allumé de la charge, bas - éteint, et les différences entre les niveaux - événements. Après avoir défini les moments d'événements souhaités, vous devez écrire les unités à ces adresses dans la mémoire, définir l'heure exacte actuelle sur les indicateurs, connecter la charge à l'appareil et définir l'état initial de la charge conformément au schéma construit à l'aide le bouton "Paramètre d'état".

Lors de l'écriture et de la surveillance des données, vous ne pouvez pas utiliser le bouton "Configuration initiale", car lorsque vous cliquez dessus, l'état du bus d'adresse change, mais la lecture correcte de la mémoire à une nouvelle adresse n'est pas obtenue.

En analysant le fonctionnement de la machine, il est facile de voir qu'en excluant du nombre d'adresses fournies aux puces RAM les bits du compteur d'unités de minutes AO - A3 et en incluant les bits du compteur de jours A13 - A15, vous peut obtenir un appareil programmé pour une semaine. Étant donné que, par conséquent, la largeur en bits du bus d'adresse RAM deviendra un de moins, il sera possible de se débrouiller avec une puce mémoire par canal, et également d'exclure les décodeurs DD14, DD15. L'intervalle minimum entre les événements dans ce cas deviendra égal à dix minutes et le nombre maximum d'événements dans le programme hebdomadaire diminuera à 144x7=1008.

littérature

  1. Baranov V. V., Bekin N. V., Gordonov A. Yu. et al. Dispositifs de mémoire LSI à semi-conducteurs. Annuaire. - M. : Radio et communication, 1986.
  2. Shilo VL Circuits numériques populaires. Annuaire. - Tcheliabinsk : Métallurgie, Département de Tcheliabinsk, 1989.
  3. Nechaev et. Un régulateur simple et sans interférence. - Radio, 1991, n° 2, p. 67,68.
  4. Horowitz P., Hill W. L'art des circuits. - M. : Mir, 1993.

Auteur: P.Redkin, Oulianovsk

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