Логические микросхемы. часть 6

Логические микросхемы. Часть 6

Каждое из этих устройств может применяться в разных конструкциях в качестве задающих генераторов и формирователей импульсов нужной продолжительности. Беря во внимание то, что статья носит ознакомительный нрав, а не описание какой-либо определенной сложной схемы, ограничимся рассмотрением нескольких обычных устройств с применением упомянутых схем.

Обыкновенные схемы на мультивибраторах

Мультивибратор является устройством довольно универсальным, потому его применение очень многообразно. В четвертой части статьи была показана схема мультивибратора на 3-х логических элементах. Чтоб не находить эту часть, схема показана снова на рисунке 1.

Частота колебаний при номиналах, обозначенных на схеме, будет около 1 Гц. Дополнив таковой мультивибратор светодиодным индикатором, можно получить обычный генератор световых импульсов.

Если транзистор взять довольно массивным, к примеру КТ972, полностью может быть сделать маленькую гирлянду для малеханькой елки. Подключив заместо светодиода телефонный капсюль ДЭМ-4м, можно будет услышать щелчки при переключении мультивибратора.

Такое устройство можно применить в качестве метронома при обучении игре на музыкальных инструментах.

Логические микросхемы. Часть 6

Набросок 1. Мультивибратор на 3-х элементах.

На базе мультивибратора до боли просто сделать генератор звуковых частот. Для этого нужно, чтоб конденсатор был емкостью 1мкФ, а в качестве резистора R1 применить переменный сопротивлением 1,5…2,2 КОм.

Весь звуковой спектр таковой генератор, естественно, не перекроет, но в неких границах частоту колебаний можно будет изменять.

Если нужен генератор с более широким спектром частот, это можно сделать, изменяя емкость конденсатора с помощью тумблера.

Генератор прерывающегося звукового сигнала

В качестве примера использования мультивибратора можно вспомнить схему, издающую прерывающийся звуковой сигнал. Для ее сотворения потребуются уже два мультивибратора. В этой схеме мультивибраторы на 2-ух логических элементах, что позволяет собрать таковой генератор всего на одной микросхеме. Его схема показана на рисунке 2.

Логические микросхемы. Часть 6

Набросок 2. Генератор прерывающегося звукового сигнала.

Генератор на элементах DD1.3 и DD1.4 производит колебания звуковой частоты, которые воспроизводит телефонный капсюль ДЭМ-4м. Заместо него можно применить хоть какой с сопротивлением обмотки около 600 Ом. При обозначенных на схеме номиналах С2 и R2 частота звуковых колебаний около 1000 Гц.

Но звук будет раздаваться только в то время, когда на выводе 6 мультивибратора на элементах DD1.1 и DD1.2 будет высочайший уровень, который разрешит работу мультивибратора на элементах DD1.3, DD1.4.

В случае, когда на выходе первого мультивибратора малый уровень 2-ой мультивибратор остановлен, звука в телефонном капсюле нет.

Для проверки работы звукового генератора можно 10-й вывод элемента DD1.3 отключить от вывода 6 DD1.2. В данном случае должен зазвучать непрерывный звуковой сигнал (не запамятовывайте, что если вход логического элемента никуда не подключен, то такое его состояние рассматривается как высочайший уровень).

Если 10-й вывод соединить с общим проводом, к примеру, проволочной перемычкой, то звук в телефоне закончится. (То же самое можно сделать и, не нарушая соединения десятого вывода).

Этот опыт гласит о том, что звуковой сигнал раздается только тогда, когда на выводе 6 элемента DD1.2 высочайший уровень. Таким макаром, 1-ый мультивибратор тактирует работу второго.

Схожую схему можно применить, к примеру, в устройствах сигнализации.

Вообщем, проволочная перемычка, соединенная с общим проводом, обширно применяется при исследовании и ремонте цифровых схем в качестве сигнала малого уровня. Можно сказать, что это классика жанра.

Опаски что-либо таким способом «сжечь» совсем напрасны. При всем этом на «землю» можно «сажать» не только лишь входы, да и выходы цифровых микросхем всех серий.

Это эквивалентно открытому выходному транзистору либо уровню логического нуля, низкому уровню.

В противоположность только-только произнесенному Совсем Неприемлимо ВЫХОД МИКРОСХЕМ ПОДКЛЮЧАТЬ К ЦЕПИ +5В: если выходной транзистор в это время будет открыт (все напряжение источника питания будет приложено к участку коллектор — эмиттер открытого выходного транзистора), то микросхема выйдет из строя. Беря во внимание то, что все цифровые схемы не стоят на месте, а что-то всегда «делают», работают в импульсном режиме, открытого состояния выходного транзистора ожидать придется совершенно недолго.

Пробник для ремонта радиоаппаратуры

Используя логические элементы 2И-НЕ можно сделать обычный генератор для опции и ремонта радиоприемников. На его выходе можно получить колебания звуковой частоты (ЗЧ), и колебания радиочастоты (РЧ) промодулированные ЗЧ. Схема генератора показана на рисунке 3.

Логические микросхемы. Часть 6

Набросок 3. Генератор для проверки приемников.

На элементах DD1.3 и DD1.4 собран уже знакомый нам мультивибратор. С его помощью вырабатываются колебания звуковой частоты, которые через инвертор DD2.2 и конденсатор С5 через разъем ХА1 употребляются для проверки усилителя низкой частоты.

Генератор высокочастотных колебаний выполнен на элементах DD1.1 и DD1.2. Это также уже знакомый нам мультивибратор, только тут появился новый элемент — катушка индуктивности L1, соединенная поочередно с конденсаторами С1 и С2. частота этого генератора в главном определяется параметрами катушки L1 и в малозначительных границах может подстраиваться конденсатором С1.

На элементе DD2.1 собран смеситель радиочастоты, которая подана на вход 1, а на вход 2 подана частота звукового спектра. Тут звуковая частота тактирует радиочастоту в точности так же, как в схеме прерывающегося звукового сигнала на рисунке 2: напряжение радиочастоты на выводе 3 элемента DD2.1 появится тогда, когда на выводе 11 элемента DD1.4 высочайший уровень.

Для получения радиочастоты в спектре 3…7 МГц катушку L1 можно намотать на каркасе поперечником 8 мм. Вовнутрь катушки следует воткнуть отрезок стержня от магнитной антенны из феррита марки Ф600НМ. Катушка L1 содержит 50…60 витков провода ПЭВ-2 0,2…0,3 мм. Конструкция пробника случайная.

Для питания генератора-пробника лучше использовать источник стабилизированного напряжения, но можно и гальваническую батарею.

Применение одновибратора

В качестве простого внедрения одновибратора можно именовать световой сигнализатор. На его базе можно сделать мишень для стрельбы теннисными шариками. Схема светового сигнализатора показана на рисунке 4.

Логические микросхемы. Часть 6

Набросок 4. Световой сигнализатор.

Фактически мишень может быть довольно огромных размеров (картон либо фанера), а ее «яблочко» это железная пластинка поперечником около 80 мм. На электронной схеме это контакт SF1.

При попадании в центр мишени контакты замыкаются очень краткосрочно, потому мерцания лампочки можно и не увидеть.

Для предотвращения таковой ситуации и служит в этом случае одновибратор: от недлинного запускающего импульса лампочка угасает более чем на секунду. В этом случае происходит удлинение запускающего импульса.

Если охото, чтоб лампа при попадании не угасала, а напротив вспыхивала, следует в схеме индикатора применить транзистор типа КТ814 поменяв местами выводы коллектора и эмиттера. При таком подключении в базисную цепь транзистора резистор можно не ставить.

В качестве генератора одиночных импульсов одновибратор нередко используется при ремонте цифровой техники для проверки работоспособности как отдельных микросхем, так и целых каскадов. Об этом будет поведано несколько позже. Также без одновибратора не обходится ни один стрелочный, либо как его именуют, аналоговый частотомер.

Обычный частотомер

На 4 логических элементах микросхемы К155ЛА3 можно собрать обычный частотомер, позволяющий измерить сигналы частотой 20…20 000 Гц. Для того, чтоб можно было измерить частоту сигнала хоть какой формы, к примеру, синусоиды, его нужно конвертировать в прямоугольные импульсы.

Обычно такое преобразование делается с помощью триггера Шмитта. Если можно так сказать он конвертирует «импульсы» синусоиды с пологими фронтами в прямоугольники с крутыми фронтами и спадами. Триггер Шмитта имеет порог срабатывания.

Если входной сигнал ниже этого порога на выходе триггера импульсной последовательности не будет.

Знакомство с работой триггера Шмитта можно начать с проведения легкого опыта. Схема его проведения показана на рисунке 5.

Логические микросхемы. Часть 6

Набросок 5. Триггер Шмитта и графики его работы.

Чтоб смоделировать входной синусоидальный сигнал употребляются гальванические батареи GB1 и GB2: перемещение движка переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение имитирует положительную полуволну синусоиды, а перемещение вниз отрицательную.

Опыт следует начать с того, что вращением движка переменного резистора R1 выставить на нем нулевое напряжение, естественно контролируя его вольтметром. В этом положении на выходе элемента DD1.1 единичное состояние, высочайший уровень, а на выходе элемента DD1.2 логический нуль. Это начальное состояние в отсутствии сигнала.

Подключим вольтметр к выходу элемента DD1.2. Как было написано выше, на выходе мы увидим малый уровень.

Если сейчас довольно медлительно крутить движок переменного резистора до упора ввысь по схеме, а позже вниз также до упора и назад на выходе DD1.

2 прибор покажет переключение элемента с низкого на высочайший уровень и назад. Другими словами на выходе DD1.2 находятся прямоугольные импульсы положительной полярности.

Работа такового триггера Шмитта поясняется графиком на рисунке 5б. Синусоида на входе триггера Шмитта получена вращением переменного резистора. Ее амплитуда до 3В.

До того времени, пока напряжение положительной полуволны не превосходит порогового (Uпор1), на выходе устройства сохраняется логический нуль (начальное состояние). При увеличении входного напряжения вращением переменного резистора в момент t1 входное напряжение достигнет порогового (около 1,7В).

Оба элементы переключатся в обратное начальному состояние: на выходе устройства (элемент DD1.2) будет напряжение высочайшего уровня. Предстоящее увеличение входного напряжения, прямо до амплитудного значения (3В), к изменению выходного состояния устройства не приводит.

Сейчас давайте крутить переменный резистор в оборотную сторону. Устройство переключится в начальное состояние, когда входное напряжение снизится до второго, нижнего, порогового напряжения Uпор2, как показано на графике. Таким макаром на выходе устройства вновь устанавливается логический нуль.

Отличительной особенностью триггера Шмитта является наличие вот этих 2-ух пороговых уровней. Конкретно ими обоснован гистерезис срабатывания триггера Шмитта. Ширина петли гистерезиса устанавливается подбором резистора R3, правда не в очень огромных границах.

Предстоящее вращение переменного резистора вниз по схеме сформировывает на входе устройства отрицательную полуволну синусоиды. Но, входные диоды, установленные снутри микросхемы, просто замыкают отрицательную полуволну входного сигнала на общий провод. Потому на работу устройства отрицательный сигнал не повлияет.

Логические микросхемы. Часть 6

Набросок 6. Схема частотомера.

На рисунке 6 показана схема простого частотомера, выполненного всего на одной микросхеме К155ЛА3. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран триггер Шмитта, с устройством и работой которого мы только-только познакомились.

Другие два элемента микросхемы применены для построения формирователя измерительных импульсов. Дело в том, что продолжительность прямоугольных импульсов на выходе триггера Шмитта находится в зависимости от частоты измеряемого сигнала.

В таком виде будет измеряться все что угодно, только не частота.

Читайте также:  Достоинства и недостатки энергосберегающих ламп

К уже знакомому нам триггеру Шмитта добавилось еще несколько частей. На входе установлен конденсатор С1. Его задачка пропустить на вход частотомера колебания звуковой частоты, ведь частотомер предназначен для работе конкретно в таком спектре, и преградить прохождение неизменной составляющей сигнала.

Диодик VD1 предназначается для ограничения уровня положительной полуволны до уровня напряжения источника питания, а VD2 срезает отрицательные полуволны входного сигнала.

В принципе с этой задачей полностью управится и внутренний защитный диодик микросхемы, потому VD2 можно и не устанавливать. Потому входное напряжение такового частотомера находится в границах 3…8 В.

Для увеличения чувствительности прибора на входе можно установить усилитель.

Импульсы положительной полярности, сформированные из входного сигнала триггером Шмитта, поступают на вход формирователя измерительных импульсов, выполненного на элементах DD1.3 и DD1.4.

При возникновении на входе элемента DD1.3 напряжения малого уровня он переключится в единицу. Потому через него и резистор R4 будет заряжаться один из конденсаторов С2…С4. При всем этом будет возрастать напряжение на нижнем по схеме входе элемента DD1.4 и, в конце концов, достигнет высочайшего уровня.

Но, не глядя на это, элемент DD1.4 остается в состоянии логической единицы, так как на его верхнем входе до сего времени находится логический нуль с выхода триггера Шмитта (DD1.2 выход 6). Потому через измерительный прибор РА1 протекает очень малозначительный ток, стрелка прибора фактически не отклоняется.

Возникновение на выходе триггера Шмитта логической единицы переключит элемент DD1.4 в состояние логического нуля. Потому через стрелочный прибор РА1 протекает ток ограниченный сопротивлением резисторов R5…R7.

Та же единица на выходе триггера Шмитта переключит в нулевое состояние элемент DD1.3. При всем этом конденсатор формирователя начинает разряжаться.

Понижение напряжения на нем приведет к тому, что элемент DD1.4 опять установится в состояние логической единицы, тем, заканчивая формирование импульса малого уровня.

Положение измерительного импульса относительно измеряемого сигнала показано на рисунке 5г.

Для каждого предела измерения продолжительность измерительного импульса постоянна во всем спектре, потому угол отличия стрелки микроамперметра зависит только от частоты следования этого самого измерительного импульса.

Для различных частот продолжительность измерительного импульса различна. Для более больших частот измерительный импульс должен быть маленьким, а для низких несколько огромным.

Потому для обеспечения измерений во всем спектре звуковых частот употребляются три времязадающих конденсатора С2…С4.

При емкости конденсатора 0,2 мкф измеряются частоты 20…200 Гц, 0,02 мкф — 200…2000 Гц, а при емкости 2000 пФ 2…20 КГц.

Градуировку частотомера проще всего сделать с помощью звукового генератора, начиная с самого низкочастотного спектра. Для этого нужно подать на вход сигнал частотой 20 Гц и отметить на шкале положение стрелки.

После чего подать сигнал частотой 200 Гц, а вращением резистора R5 установить стрелку на последнее деление шкалы. Подавая частоты 30, 40, 50…190 Гц отметить положение стрелки на шкале. Аналогичным образом производится настройка и в других спектрах. Может быть, что пригодится более четкий подбор конденсаторов С3 и С4 чтоб начало шкалы совпало с отметкой 200 Гц в первом спектре.

На описаниях этих легких конструкций позвольте окончить эту часть статьи. В последующей части будет поведано о триггерах и счетчиках на их базе. Без этого рассказ о логических микросхемах будет неполным.

Борис Аладышкин

Продолжение статьи: Логические микросхемы. Часть 7. Триггеры. RS — триггер

Логические микросхемы. Часть 6

Логические микросхемы. Часть 6В предыдущих частях статьи были рассмотрены простейшие устройства на логических элементах 2И-НЕ. Это автоколебательный мультивибратор и одновибратор. Давайте посмотрим, что же можно создать на их основе.

Каждое из этих устройств может применяться в различных конструкциях в качестве задающих генераторов и формирователей импульсов необходимой длительности. Учитывая то, что статья носит ознакомительный характер, а не описание какой-нибудь конкретной сложной схемы, ограничимся рассмотрением нескольких простых устройств с применением упомянутых схем.

Простые схемы на мультивибраторах

Мультивибратор является устройством достаточно универсальным, поэтому его применение очень разнообразно. В четвертой части статьи была показана схема мультивибратора на трех логических элементах. Чтобы не искать эту часть, схема показана еще раз на рисунке 1.

Частота колебаний при номиналах, указанных на схеме, будет около 1 Гц. Дополнив такой мультивибратор светодиодным индикатором, можно получить простой генератор световых импульсов.

Если транзистор взять достаточно мощным, например КТ972, вполне возможно сделать небольшую гирлянду для маленькой елки. Подключив вместо светодиода телефонный капсюль ДЭМ-4м, можно будет услышать щелчки при переключении мультивибратора.

Такое устройство можно применить в качестве метронома при обучении игре на музыкальных инструментах.

Логические микросхемы. Часть 6

Рисунок 1. Мультивибратор на трех элементах.

На базе мультивибратора очень просто сделать генератор звуковых частот. Для этого необходимо, чтобы конденсатор был емкостью 1мкФ, а в качестве резистора R1 применить переменный сопротивлением 1,5…2,2 КОм.

Весь звуковой диапазон такой генератор, конечно, не перекроет, но в некоторых пределах частоту колебаний можно будет изменять.

Если необходим генератор с более широким диапазоном частот, это можно сделать, изменяя емкость конденсатора при помощи переключателя.

Генератор прерывистого звукового сигнала

В качестве примера использования мультивибратора можно вспомнить схему, издающую прерывистый звуковой сигнал. Для ее создания потребуются уже два мультивибратора. В этой схеме мультивибраторы на двух логических элементах, что позволяет собрать такой генератор всего на одной микросхеме. Его схема показана на рисунке 2.

Логические микросхемы. Часть 6

Рисунок 2. Генератор прерывистого звукового сигнала.

Генератор на элементах DD1.3 и DD1.4 вырабатывает колебания звуковой частоты, которые воспроизводит телефонный капсюль ДЭМ-4м. Вместо него можно применить любой с сопротивлением обмотки около 600 Ом. При указанных на схеме номиналах С2 и R2 частота звуковых колебаний около 1000 Гц.

Но звук будет раздаваться лишь в то время, когда на выводе 6 мультивибратора на элементах DD1.1 и DD1.2 будет высокий уровень, который разрешит работу мультивибратора на элементах DD1.3, DD1.4.

В случае, когда на выходе первого мультивибратора низкий уровень второй мультивибратор остановлен, звука в телефонном капсюле нет.

Для проверки работы звукового генератора можно 10-й вывод элемента DD1.3 отключить от вывода 6 DD1.2. В этом случае должен зазвучать непрерывный звуковой сигнал (не забывайте, что если вход логического элемента никуда не подключен, то такое его состояние рассматривается как высокий уровень).

Если 10-й вывод соединить с общим проводом, например, проволочной перемычкой, то звук в телефоне прекратится. (То же самое можно сделать и, не нарушая соединения десятого вывода).

Этот опыт говорит о том, что звуковой сигнал раздается лишь тогда, когда на выводе 6 элемента DD1.2 высокий уровень. Таким образом, первый мультивибратор тактирует работу второго.

Подобную схему можно применить, например, в устройствах сигнализации.

Вообще, проволочная перемычка, соединенная с общим проводом, широко используется при исследовании и ремонте цифровых схем в качестве сигнала низкого уровня. Можно сказать, что это классика жанра.

Опасения что-либо таким методом «сжечь» совершенно напрасны. При этом на «землю» можно «сажать» не только входы, но и выходы цифровых микросхем любых серий.

Это эквивалентно открытому выходному транзистору или уровню логического нуля, низкому уровню.

В противоположность только что сказанному СОВЕРШЕННО НЕДОПУСТИМО ВЫХОД МИКРОСХЕМ ПОДКЛЮЧАТЬ К ЦЕПИ +5В: если выходной транзистор в это время будет открыт (все напряжение источника питания будет приложено к участку коллектор – эмиттер открытого выходного транзистора), то микросхема выйдет из строя. Учитывая то, что все цифровые схемы не стоят на месте, а что-то все время «делают», работают в импульсном режиме, открытого состояния выходного транзистора ждать придется совсем недолго.

Пробник для ремонта радиоаппаратуры

Используя логические элементы 2И-НЕ можно создать простой генератор для настройки и ремонта радиоприемников. На его выходе можно получить колебания звуковой частоты (ЗЧ), и колебания радиочастоты (РЧ) промодулированные ЗЧ. Схема генератора показана на рисунке 3.

Логические микросхемы. Часть 6

Рисунок 3. Генератор для проверки приемников.

На элементах DD1.3 и DD1.4 собран уже знакомый нам мультивибратор. С его помощью вырабатываются колебания звуковой частоты, которые через инвертор DD2.2 и конденсатор С5 через разъем ХА1 используются для проверки усилителя низкой частоты.

Генератор высокочастотных колебаний выполнен на элементах DD1.1 и DD1.2. Это также уже знакомый нам мультивибратор, только здесь появился новый элемент – катушка индуктивности L1, соединенная последовательно с конденсаторами С1 и С2. частота этого генератора в основном определяется параметрами катушки L1 и в незначительных пределах может подстраиваться конденсатором С1.

На элементе DD2.1 собран смеситель радиочастоты, которая подана на вход 1, а на вход 2 подана частота звукового диапазона. Здесь звуковая частота тактирует радиочастоту в точности так же, как в схеме прерывистого звукового сигнала на рисунке 2: напряжение радиочастоты на выводе 3 элемента DD2.1 появится в тот момент, когда на выводе 11 элемента DD1.4 высокий уровень.

Для получения радиочастоты в диапазоне 3…7 МГц катушку L1 можно намотать на каркасе диаметром 8 мм. Внутрь катушки следует вставить отрезок стержня от магнитной антенны из феррита марки Ф600НМ. Катушка L1 содержит 50…60 витков провода ПЭВ-2 0,2…0,3 мм. Конструкция пробника произвольная.

Для питания генератора-пробника лучше использовать источник стабилизированного напряжения, но можно и гальваническую батарею.

Применение одновибратора

В качестве простейшего применения одновибратора можно назвать световой сигнализатор. На его основе можно создать мишень для стрельбы теннисными шариками. Схема светового сигнализатора показана на рисунке 4.

Логические микросхемы. Часть 6

Рисунок 4. Световой сигнализатор.

Собственно мишень может быть достаточно больших размеров (картон или фанера), а ее «яблочко» это металлическая пластина диаметром около 80 мм. На электрической схеме это контакт SF1.

При попадании в центр мишени контакты замыкаются весьма кратковременно, поэтому мигания лампочки можно и не заметить.

Для предотвращения такой ситуации и служит в данном случае одновибратор: от короткого запускающего импульса лампочка гаснет не менее чем на секунду. В данном случае происходит удлинение запускающего импульса.

Если хочется, чтобы лампа при попадании не гасла, а наоборот вспыхивала, следует в схеме индикатора применить транзистор типа КТ814 поменяв местами выводы коллектора и эмиттера. При таком подключении в базовую цепь транзистора резистор можно не ставить.

В качестве генератора одиночных импульсов одновибратор часто применяется при ремонте цифровой техники для проверки работоспособности как отдельных микросхем, так и целых каскадов. Об этом будет рассказано несколько позднее. Также без одновибратора не обходится ни один стрелочный, или как его называют, аналоговый частотомер.

Читайте также:  Основные виды конструкций трансформаторов

Простой частотомер

На четырех логических элементах микросхемы К155ЛА3 можно собрать простой частотомер, позволяющий измерить сигналы частотой 20…20 000 Гц. Для того, чтобы можно было измерить частоту сигнала любой формы, например, синусоиды, его надо преобразовать в прямоугольные импульсы.

Обычно такое преобразование делается при помощи триггера Шмитта. Если можно так сказать он преобразует «импульсы» синусоиды с пологими фронтами в прямоугольники с крутыми фронтами и спадами. Триггер Шмитта имеет порог срабатывания.

Если входной сигнал ниже этого порога на выходе триггера импульсной последовательности не будет.

Знакомство с работой триггера Шмитта можно начать с проведения несложного опыта. Схема его проведения показана на рисунке 5.

Логические микросхемы. Часть 6

Рисунок 5. Триггер Шмитта и графики его работы.

Чтобы смоделировать входной синусоидальный сигнал используются гальванические батареи GB1 и GB2: перемещение движка переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение имитирует положительную полуволну синусоиды, а перемещение вниз отрицательную.

Опыт следует начать с того, что вращением движка переменного резистора R1 выставить на нем нулевое напряжение, естественно контролируя его вольтметром. В этом положении на выходе элемента DD1.1 единичное состояние, высокий уровень, а на выходе элемента DD1.2 логический нуль. Это исходное состояние в отсутствии сигнала.

Подключим вольтметр к выходу элемента DD1.2. Как было написано выше, на выходе мы увидим низкий уровень.

Если теперь достаточно медленно вращать движок переменного резистора до упора вверх по схеме, а потом вниз также до упора и обратно на выходе DD1.

2 прибор покажет переключение элемента с низкого на высокий уровень и обратно. Другими словами на выходе DD1.2 присутствуют прямоугольные импульсы положительной полярности.

Работа такого триггера Шмитта поясняется графиком на рисунке 5б. Синусоида на входе триггера Шмитта получена вращением переменного резистора. Ее амплитуда до 3В.

До тех пор, пока напряжение положительной полуволны не превышает порогового (Uпор1), на выходе устройства сохраняется логический нуль (исходное состояние). При увеличении входного напряжения вращением переменного резистора в момент t1 входное напряжение достигнет порогового (около 1,7В).

Оба элементы переключатся в противоположное исходному состояние: на выходе устройства (элемент DD1.2) будет напряжение высокого уровня. Дальнейшее повышение входного напряжения, вплоть до амплитудного значения (3В), к изменению выходного состояния устройства не приводит.

Теперь давайте вращать переменный резистор в обратную сторону. Устройство переключится в исходное состояние, когда входное напряжение снизится до второго, нижнего, порогового напряжения Uпор2, как показано на графике. Таким образом на выходе устройства вновь устанавливается логический нуль.

Отличительной особенностью триггера Шмитта является наличие вот этих двух пороговых уровней. Именно ими обусловлен гистерезис срабатывания триггера Шмитта. Ширина петли гистерезиса устанавливается подбором резистора R3, правда не в очень больших пределах.

Дальнейшее вращение переменного резистора вниз по схеме формирует на входе устройства отрицательную полуволну синусоиды. Однако, входные диоды, установленные внутри микросхемы, просто замыкают отрицательную полуволну входного сигнала на общий провод. Поэтому на работу устройства отрицательный сигнал не воздействует.

Логические микросхемы. Часть 6

Рисунок 6. Схема частотомера.

На рисунке 6 показана схема простейшего частотомера, выполненного всего на одной микросхеме К155ЛА3. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран триггер Шмитта, с устройством и работой которого мы только что познакомились.

Остальные два элемента микросхемы использованы для построения формирователя измерительных импульсов. Дело в том, что длительность прямоугольных импульсов на выходе триггера Шмитта зависит от частоты измеряемого сигнала.

В таком виде будет измеряться все что угодно, только не частота.

К уже знакомому нам триггеру Шмитта добавилось еще несколько элементов. На входе установлен конденсатор С1. Его задача пропустить на вход частотомера колебания звуковой частоты, ведь частотомер предназначен для работе именно в таком диапазоне, и преградить прохождение постоянной составляющей сигнала.

Диод VD1 предназначается для ограничения уровня положительной полуволны до уровня напряжения источника питания, а VD2 срезает отрицательные полуволны входного сигнала.

В принципе с этой задачей вполне справится и внутренний защитный диод микросхемы, поэтому VD2 можно и не устанавливать. Поэтому входное напряжение такого частотомера находится в пределах 3…8 В.

Для повышения чувствительности прибора на входе можно установить усилитель.

Импульсы положительной полярности, сформированные из входного сигнала триггером Шмитта, поступают на вход формирователя измерительных импульсов, выполненного на элементах DD1.3 и DD1.4.

При появлении на входе элемента DD1.3 напряжения низкого уровня он переключится в единицу. Поэтому через него и резистор R4 будет заряжаться один из конденсаторов С2…С4. При этом будет возрастать напряжение на нижнем по схеме входе элемента DD1.4 и, в конце концов, достигнет высокого уровня.

Но, не смотря на это, элемент DD1.4 остается в состоянии логической единицы, поскольку на его верхнем входе до сих пор присутствует логический нуль с выхода триггера Шмитта (DD1.2 выход 6).

Поэтому через измерительный прибор РА1 протекает очень незначительный ток, стрелка прибора практически не отклоняется.

Появление на выходе триггера Шмитта логической единицы переключит элемент DD1.4 в состояние логического нуля. Поэтому через стрелочный прибор РА1 протекает ток ограниченный сопротивлением резисторов R5…R7.

Та же единица на выходе триггера Шмитта переключит в нулевое состояние элемент DD1.3. При этом конденсатор формирователя начинает разряжаться. Снижение напряжения на нем приведет к тому, что элемент DD1.

4 снова установится в состояние логической единицы, тем самым, заканчивая формирование импульса низкого уровня. Положение измерительного импульса относительно измеряемого сигнала показано на рисунке 5г.

Для каждого предела измерения длительность измерительного импульса постоянна во всем диапазоне, поэтому угол отклонения стрелки микроамперметра зависит лишь от частоты следования этого самого измерительного импульса.

Для разных частот длительность измерительного импульса различна. Для более высоких частот измерительный импульс должен быть коротким, а для низких несколько большим.

Поэтому для обеспечения измерений во всем диапазоне звуковых частот используются три времязадающих конденсатора С2…С4.

При емкости конденсатора 0,2 мкф измеряются частоты 20…200 Гц, 0,02 мкф – 200…2000 Гц, а при емкости 2000 пФ 2…20 КГц.

Градуировку частотомера проще всего сделать при помощи звукового генератора, начиная с самого низкочастотного диапазона. Для этого надо подать на вход сигнал частотой 20 Гц и отметить на шкале положение стрелки.

После этого подать сигнал частотой 200 Гц, а вращением резистора R5 установить стрелку на последнее деление шкалы. Подавая частоты 30, 40, 50…190 Гц отметить положение стрелки на шкале. Аналогичным образом выполняется настройка и в остальных диапазонах. Возможно, что понадобится более точный подбор конденсаторов С3 и С4 чтобы начало шкалы совпало с отметкой 200 Гц в первом диапазоне.

На описаниях этих несложных конструкций позвольте закончить эту часть статьи. В следующей части будет рассказано о триггерах и счетчиках на их основе. Без этого рассказ о логических микросхемах будет неполным.

Борис Аладышкин

Продолжение статьи: Логические микросхемы. Часть 7. Триггеры. RS — триггер

Электронная книга — руководство про микроконтроллеры AVR для начинающих

Интегральная схема

Запрос «БИС» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Интегра́льная (микро)схе́ма (ИС, ИМС, IC (англ.)), микросхе́ма, м/сх, чип (англ. chip «тонкая пластинка»: первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или плёнке) и помещённая в неразборный корпус или без такового в случае вхождения в состав микросборки[1].

Бо́льшая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.

Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение чип-компоненты означает «компоненты для поверхностного монтажа» (в отличие от компонентов для пайки в отверстия на плате).

История

Подробнее по этой теме см. Изобретение интегральной схемы.

7 мая 1952 года британский радиотехник Джеффри Даммер (англ. Geoffrey Dummer) впервые выдвинул идею объединения множества стандартных электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника. Осуществление этих предложений в те годы не могло состояться из-за недостаточного развития технологий.

В конце 1958 года и в первой половине 1959 года в полупроводниковой промышленности состоялся прорыв. Три человека, представлявшие три частные американские корпорации, решили три фундаментальные проблемы, препятствовавшие созданию интегральных схем.

Джек Килби из Texas Instruments запатентовал принцип объединения, создал первые несовершенные прототипы ИС и довёл их до серийного производства.

Курт Леговец из Sprague Electric Company изобрёл способ электрической изоляции компонентов, сформированных на одном кристалле полупроводника (изоляцию p-n-переходом (англ. P–n junction isolation)).

Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor изобрёл способ электрического соединения компонентов ИС (металлизацию алюминием) и предложил усовершенствованный вариант изоляции компонентов на базе новейшей планарной технологии Жана Эрни (англ. Jean Hoerni). 27 сентября 1960 года группа Джея Ласта (англ.

 Jay Last) создала на Fairchild Semiconductor первую работоспособную полупроводниковую ИС по идеям Нойса и Эрни. Texas Instruments, владевшая патентом на изобретение Килби, развязала против конкурентов патентную войну, завершившуюся в 1966 году мировым соглашением о перекрёстном лицензировании технологий.

Ранние логические ИС упомянутых серий строились буквально из стандартных компонентов, размеры и конфигурации которых были заданы технологическим процессом.

Схемотехники, проектировавшие логические ИС конкретного семейства, оперировали одними и теми же типовыми диодами и транзисторами. В 1961—1962 гг.

парадигму проектирования сломал ведущий разработчик Sylvania Том Лонго, впервые использовав в одной ИС различныеконфигурации транзисторов в зависимости от их функций в схеме. В конце 1962 г.

Sylvania выпустила в продажу первое семейство разработанной Лонго транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) — исторически первый тип интегральной логики, сумевший надолго закрепиться на рынке. В аналоговой схемотехнике прорыв подобного уровня совершил в 1964—1965 годах разработчик операционных усилителей Fairchild Боб Видлар.

Первая отечественная микросхема была создана в 1961 году в ТРТИ (Таганрогском радиотехническом институте) под руководством Л. Н. Колесова.

[2] Это событие привлекло внимание научной общественности страны, и ТРТИ был утверждён головным в системе минвуза по проблеме создания микроэлектронной аппаратуры высокой надёжности и автоматизации её производства. Сам же Л.

 Н. Колесов был назначен Председателем координационного совета по этой проблеме.

Первая в СССР гибридная толстоплёночная интегральная микросхема (серия 201 «Тропа») была разработана в 1963-65 годах в НИИ точной технологии («Ангстрем»), серийное производство с 1965 года. В разработке принимали участие специалисты НИЭМ (ныне НИИ «Аргон»)[3][4].

Читайте также:  Какой датчик температуры лучше, критерии выбора датчика

Первая в СССР полупроводниковая интегральная микросхема была создана на основе планарной технологии, разработанной в начале 1960 года в НИИ-35 (затем переименован в НИИ «Пульсар») коллективом, который в дальнейшем был переведён в НИИМЭ («Микрон»).

Создание первой отечественной кремниевой интегральной схемы было сконцентрировано на разработке и производстве с военной приёмкой серии интегральных кремниевых схем ТС-100 (37 элементов — эквивалент схемотехнической сложности триггера, аналога американских ИС серии SN-51 фирмы Texas Instruments).

Образцы-прототипы и производственные образцы кремниевых интегральных схем для воспроизводства были получены из США. Работы проводились в НИИ-35 (директор Трутко) и Фрязинским полупроводниковым заводом (директор Колмогоров) по оборонному заказу для использования в автономном высотомере системы наведения баллистической ракеты.

Разработка включала шесть типовых интегральных кремниевых планарных схем серии ТС-100 и с организацией опытного производства заняла в НИИ-35 три года (с 1962 по 1965 год). Ещё два года ушло на освоение заводского производства с военной приёмкой во Фрязине (1967 год)[5].

7400-й серии интегральные схемы — 7400-series integrated circuits

7400 чип, содержащий четыре NANDs . Префикс SN указывает , что этот чип был изготовлен Texas Instruments N суффикса код конкретного производителя , указывающий PDIP упаковку. Вторая строка чисел (7645) представляет собой код даты; этот чип был изготовлен на 45 — й неделе 1976 года.

Поверхностный монтаж 74HC595 регистров сдвига на в печатной плате . Этот 74HC вариант 74595 использует уровни напряжения сигнализации CMOS в то время как 74HCT595 вариант использует сигнальные уровни TTL.

Серии 7400 на транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) интегральные схемы являются наиболее популярным семейство логики схемы TTL интегрированы. Быстро заменить диодно-транзисторная логика , она была использована для создания мини и мэйнфреймы 1960 — х и 1970 — х годов. Несколько поколений пин-совместимых потомков оригинальной семьи с тех пор стали де — факто стандартными электронными компонентами.

обзор

Серии 7400 содержит сотни устройств , которые обеспечивают все от основных логических вентилей , триггеров и счетчиков, специальных приемопередатчиков назначения шины и арифметико — логических устройств (АЛУ). Конкретные функции описаны в списке серий интегральных микросхем 7400 . Некоторые ТТЛ логические части были сделаны с расширенным температурным диапазоном военно-спецификации.

Эти части имеют префикс 54 , а не 74 числа деталей. Короткоживущего 64 Префикс Texas Instruments частей указано в промышленном диапазоне температур; этот префикс был исключен из литературы TI по 1973. С 1970 — х годов, новые семейства продуктов были выпущены для замены оригинальных 7400 серии. более поздние логики TTL семьи разработаны CMOS или технологии BiCMOS , а не TTL.

Сегодня, монтируемые на поверхность КМОП — версия серии 7400 используется в различных областях применения в электронике и для клеевого логики в компьютерах и промышленной электронике.

Оригинальные сквозные отверстия устройства в двойных пакетах в линии (DIP / DIL) были основой отрасли на протяжении многих десятилетий. Они полезны для быстрого макетирования -prototyping и образования и по- прежнему доступны от большинства производителей.

Самые быстрые типы и очень низкое напряжение версия , как правило , для поверхностного монтажа только, однако.

Первая часть число в серии, 7400, представляет собой 14-контактный IC , содержащий четыре-два входных логических элементов .

Каждые ворота использует два входных булавки и один выходной вывод, с оставшимися двумя штифтами будучи мощности (+5 В) и землей.

Эта часть была сделана в различных сквозных отверстий и поверхностного монтажа, в том числе плоской упаковке и пластик / керамика двойной в линии. Дополнительные символы в номере детали идентифицировать пакет и другие варианты.

Хотя разработан как семейство цифровой логики, некоторые TTL чипы используются в аналоговых схемах, таких как Триггер Шмитта .

Как и в серии 4000 , новый КМОП версия серии 7400 можно также использовать в качестве аналоговых усилителей с использованием отрицательной обратной связи (аналогичную операционных усилители с только инвертирующим входом).

Тем не менее, этот тип схемы страдает от значительных гармонических искажений и сокращения срока службы компонентов. Поскольку детали не предназначены для работы в частично вкл / выкл области , за исключением при переключении состояний, теплообразование может быть серьезным.

история

Хотя серия 7400 был первым де — факто отраслевым стандартом TTL логика семьи (т.е. второй-источников несколько компаний по производству полупроводников), были ранее TTL логики семейства , такие как:

7400 Quad Вентиль был первым продуктом в серии, введенной Texas Instruments в военном классе металл плоского пакете (7400W) в октябре 1964 года чрезвычайно популярные коммерческий класс пластиковых DIP — (7400N) с последующей в третьем квартале 1966 года.

Серии 5400 и 7400 были использованы во многих популярных миникомпьютеров в 1970 — х и начале 1980 — х годов. Некоторые модели DEC PDP «Minis» -рядов использовали 74181 АЛУ в качестве основного вычислительного элемента в CPU . Другие примеры были Data General Nova серия и Hewlett-Packard 21MX, 1000 и 3000 серии.

Любители и студенты , оснащенные накрутка инструментов, а « макетная » и 5-вольтовый источник питание могут также экспериментировать с цифровой логикой ссылаясь на то, как к статьям в Byte журнале и Popular Electronics , которые показали примеры схем почти в каждом выпуске.

В первые дни крупномасштабного развития ИС, прототип новой крупномасштабной интегральной схемы , возможно, были разработаны с использованием микросхемы ТТЛ на нескольких платах, перед тем , чтобы изготовить из целевого устройства в IC форме.

Это позволило имитацию готовой продукции и тестирования логики до наличия программного обеспечения моделирования интегральных схем.

В 1965 году , типичное количество-одна оценка для SN5400 (военного класса, в керамическом сваренной разборные ) составляла около 22 долларов США . В 2007 году отдельные микросхемы коммерческого класса в формованные эпоксидных (пластик) пакеты могут быть приобретены в течение примерно 0,25 USD каждый, в зависимости от конкретного чипа.

Семьи

Часть серии 7400: каскадируемый 8-разрядное АЛУ Texas Instruments SN74AS888

Die из 74HC595 8-битового в регистр сдвига

Части серии 7400 были построены с использованием биполярных транзисторов , образуя то , что называется транзисторно-транзисторной логики или TTL . Новые серии, более или менее совместимы в функции и логическом уровне с оригинальными частями, использовать CMOS технологии или сочетание двух ( BiCMOS ). Изначально биполярные схемы при условии , более высокую скорость , но потребляется больше энергии , чем конкурирующий 4000 серии устройств CMOS. Биполярные устройства также ограничены фиксированное напряжение питания, как правило , 5 V, в то время как КМОП деталь часто поддерживает диапазон напряжений питания.

MILSPEC -Номинального устройство для использования в расширенных температурных условиях доступны в виде серии 5400. Texas Instruments также производится радиационными закаленными устройства с приставкой РСНА , и компания предложила лучевые отведения босых плашек для интеграции в гибридные схемы с BL приставкой обозначением.

Регулярные быстродействующие TTL части были также доступны в течение времени , в серии 6400 — это была расширенный промышленный диапазон температур от -40 ° C до + 85 ° С.

В то время как такие компании, как Mullard перечисленные 6400-серии совместимых частей в 1970 паспортах, к 1973 году не было никакого упоминания о 6400 семьи в Texas Instruments TTL Book данных .

Некоторые компании также предлагают промышленный расширенный температурный диапазон варианты , используя обычные номера деталей 7400-серии с приставкой или суффиксом для обозначения класса температуры.

Как интегральные схемы в серии 7400 были сделаны в различных технологий, как правило , совместимость была сохранена с исходными логическими уровнями ТТЛ и напряжением питания.

Интегральная схема выполнены в CMOS не является TTL — чипа, так как он использует полевые транзисторы (полевые транзисторы) , а не биполярные транзисторы, но аналогичные номера деталей сохраняются , чтобы идентифицировать подобные логические функции и электрическую (мощность и напряжение ввода / вывода) Совместимость в различных подсемейств. Более 40 различных логическое подсемейства использовать эту стандартизированную схему номера детали.

  • биполярный
    • 74 — Стандартный TTL. оригинальная логика семьи не было никаких писем между «74» и номер детали. 10 нс Задержка затвора, 10 мВт диссипации, 4.75-5.25 В, выпущенный в 1966 году.
    • 74L — Маломощные. Большие резисторы допускается 1 мВт рассеиваемой за счет очень медленного 33 нс задержки затвора. Вышло из употребления, заменены 74LS или КМОП-технологии. Введенный 1971.
    • 74H — Высокоскоростной. 6 нс задержки затвора, но 22 мВт рассеиваемой мощности. Используется в 1970-е годы эры суперкомпьютеров. Тем не менее производится, но в целом вытеснены серии 74S. Введенный в 1971 году.
    • 74S — Высокоскоростной Шоттки. Реализовано с Шоттки диод зажимы на входах для предотвращения накопления заряда, это обеспечивает более быструю работу , чем серии 74 и 74H на счет увеличения потребляемой мощности и стоимости. 3 нс задержки затвора, 20 мВт рассеиваемой, выпущенный в 1971 году.
    • 74LS — Маломощные Шоттки. Реализовано с использованием той же технологии, как 74S, но с пониженным потреблением энергии и скоростью переключения. Типичный 10 нс Задержка затвора, замечательный (в течение времени) диссипации 2 мВт, 4.75-5.25 В.
    • 74AS — Advanced Шоттки, следующая итерация серии 74S с большей скоростью и разветвления , несмотря на более низкое энергопотребление. Реализовано с использованием технологии в 74s с « мельником убийцей » схемой для ускорения низкого до высокого перехода. 1,7 нс Задержка затвора, 8 мВт, 4,5-5,5 В.
    • 74ALS — Advanced маломощных Шоттки. То же технология, как 74AS, но с скоростью / мощностью компромиссом в 74LS. 4 нс, 1,2 мВт, 4,5-5,5 В.
    • 74F — Быстро. версия Fairchild о 74AS TI. 3.4 нс, 6 мВт, 4,5-5,5 В. Введенный в 1978 году.
  • CMOS
    • С — 4-15 КМОП операция V похожа на буферном серии 4000 (4000B).
    • HC — Высокоскоростные CMOS, аналогичные показатели для 74LS, 12 нс. 2,0-6,0 В.
    • HCT — Высокая скорость, совместимые логические уровни в биполярных часть.
    • AC — Advanced CMOS, производительность в целом между 74S и 74F.
    • ACT — Advanced CMOS, производительность в целом между 74S и 74F. Совместимые логические уровни на биполярных часть.
    • ПОЛ — Advanced CMOS с Quiet выходами.
    • AHC — Advanced высокоскоростной CMOS, три раза быстрее, чем 74HC, толерантный к 5.5V на входе.
    • ALVC — низкого напряжения — 1.8-3.3 В, время задержки распространения (ТПД)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector