Практическое знакомство с цифровой микросхемой. Схема, описание

КНИГИ И СТАТЬИ
Бесплатная библиотека / Справочник / Радио - начинающим

Практическое знакомство с цифровой микросхемой. Радио - начинающим

Радио - начинающим

В разнообразных приборах и устройствах цифровой техники, конструируемых радиолюбителями, наиболее широко используется микросхема К155ЛАЗ. С нее, полагаем, и следует начинать практическое знакомство c микросхемами этой серии.

Внешний вид и условное графическое обозначение этой микросхемы показаны на рис. 1. Конструктивно она представляет собой пластмассовый корпус прямоугольной формы с 14 пластинчатыми выводами (некоторые микросхемы этой серии имеют по 16 и даже 24 вывода), расположенными вдоль обеих длинных сторон корпуса. Сверху на корпусе есть условный ключ - небольшая круглая метка, означающая местоположение вывода 1. От него ведут отсчет остальных выводов.

Если смотреть на микросхему сверху - со стороны маркировки,- то отсчитывать выводы нужно против движения часовой стрелки, а если снизу - то по часовой стрелке. Такое правило распространено на все микросхемы, и не только серии К155.Что же представляет собой микросхема К155ЛАЗ структурно? Она состоит из четырех логических элементов 2И-НЕ(цифра 2 указывает число входов каждого элемента), питающихся от общего внешнего источника напряжения постоянного тока.

Практическое знакомство с цифровой микросхемой
Рис. 1 Микросхема К155ЛАЗ Рис. 2 Блок питания

Каждый ее логический элемент работает самостоятельно. Выделить элементы нетрудно по номерам выводов, проставленным на графическом схемном обозначении микросхемы. Так, входные выводы 1, 2 п выходной вывод 3 относятся к одному из ее элементов, например, первому, входные 4, 5 и выходной 6 - ко второму элементу и т. д.

Не обозначенные на рис. 1, б выводы 7 и 14 микросхемы служат для подачи питания на все элементы. Эти выводы не принято изображать на схеме, чтобы ее не загромождать линиями питания, а также потому, что элементы обычно располагают на принципиальной электрической схеме устройства не слитно, как на рис. 1, б, а раздельно в разных участках. Цепи же питания элементов остаются общими. Причем для микросхемы К.155ЛАЗ вывод 14 должен быть соединен с плюсовым, а вывод 7 - с минусовым полюсами источника питания.

Микросхема К155ЛАЗ, как и все другие микросхемы этой серии, рассчитана на питание от источника постоянного тока напряжением 5 В. Можно использовать и батарею гальванических элементов с меньшим на 0,5 В напряжением, например, батарею 3336. Но в процессе опытов ее напряжение будет еще более снижаться, что, естественно, скажется на режиме работы микросхемы, а при определенной разрядке батареи микросхема вообще перестанет нормально работать. Поэтому желательно использовать блок питания, обеспечивающий стабильное напряжение 5 В. Такой блок питания можно собрать, например, по изображенной на рис. 2 схеме. В нем источником постоянного тока GB1 служат две батареи 3336, соединенные последовательно.

Питание на микросхему подают через стабилизатор напряжения, образованный стабилитроном VD1, балластным резистором R3 и регулирующим транзистором VT1. Емкость оксидного конденсатора С1 может быть 20... 50 мкФ, а керамического или слюдяного конденсатора С2 - 0,033 ... 0,047 мкФ.

Как работает стабилизатор напряжения такого блока питания микросхемы? Резистор R3 и стабилитрон VD1 образуют делитель напряжения батареи GB1. Напряжение, действующее на стабилитроне, равно его напряжению стабилизации (для стабилитрона КС168А оно равно 6,8 В). Напряжение, снимаемое со стабилитрона, через подстроечный резистор R2 поступает на базу транзистора VT1, и он открывается.

Чем больше напряжение на базе этого транзистора (а значит, и больше базовый ток), тем в большей степени он открыт, тем больше напряжение на выходе стабилизатора и ток через его нагрузку. Напряжение на выходе блока, равное 5 В, устанавливайте по контрольному вольтметру постоянного тока подстроечный (или переменным) резистором R2. Такое напряжение на нагрузке стабилизатор будет поддерживать практически неизменным при снижении напряжения батареи GB1 до 7... 7,5 В.

Конденсатор С1 сглаживает пульсации в цепи питания микросхемы по низкой, а С2 - по высокой частоте электрических колебаний, защищая микросхему от влияния на ее работу различных электрических помех. Резистор R1 необходим для того, чтобы и при отключенной микросхеме стабилизатор не оставался без нагрузки.

Макетную панель (рис. 3, а), необходимую для проведения опытов, проверки работоспособности простых приборов и устройств, можно сделать из стеклотекстолита, гетинакса или другого листового изоляционного материала толщиной 1,5... 2 мм. В крайнем случае подойдут хорошо проклеенная фанера, оргалит и даже твердый картон. Ориентировочные размеры панели-120х80 мм. Вдоль длинных ее сторон укрепите предварительно облуженные медные проводники толщиной 1,2... 1,5 мм-это будут линии питания. По всей оставшейся площади через каждые 10 мм насверлите отверстия диаметром 0,8... 1 мм, в которые по мере надобности будете вставлять отрезки луженого провода (или узкие полоски жести), изогнутые наподобие петель, - они будут временными опорными точками выводов резисторов, конденсаторов, монтажных проводников. Снизу по углам панели прикрепите невысокие ножки-подставки и приступайте к опытам. Микросхему разместите в любом месте макетной панели выводами вниз, предварительно отогнув их узкие концы так, чтобы они плотно прилегали к панели.

Отрезками монтажного провода вывод 14 микросхемы соедините с плюсовой, а вывод 7 - с минусовой (общей) линиями питания (рис. 3, б). Чтобы при пайке не перегреть микросхему, мощность паяльника не должна превышать 40 Вт, а продолжительность пайки выводов - 2с.

Практическое знакомство с цифровой микросхемой
Рис. 3(7) Макетная панель. Рис. 4 Опытная проверка логики.

Проверив надежность и правильность пайки, а также убедившись в отсутствии замыкания между выводами микросхемы, подключите к линиям источник питания. Вольтметром постоянного тока с относительным входным сопротивлением не менее 5 кОм/В (авометром) измерьте напряжение на всех логических выводах элементов. Для этого минусовой щуп вольтметра соедините с общей линией, а плюсовым поочередно коснитесь входных выводов 1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, 13, а затем выходных выводов 3, 6, 8, 11. При напряжении источника питания 5 В вольтметр должен показать на входных выводах элементов около 1,4 В, а на выходных- около 0,3 В. Если это не так, значит микросхема неисправна.

Опытную проверку логики действия элементов 2И-НЕ микросхемы можно начать с любого из них, предположим, с первого - DD1.1 с выводами 1-3 (рис. 4). Сначала один из входных выводов, например вывод 2, соедините с общей минусовой линией, а вывод 1-с плюсовой, но через резистор сопротивлением 1...1,5 кОм (на рис. 4,a-Rl). К выходному выводу 3 элемента DD1.1 подключите вольтметр PU1. Что показывает стрелка вольтметра? Напряжение, равное примерно 3,5...4 В, т. е. соответствующее высокому уровню.

Затем измерьте вольтметром напряжение на входном выводе 1. И здесь, как увидите, тоже высокий уровень напряжения. Отсюда вывод: когда на одном из входов элемента 2И-НЕ высокий уровень напряжения, а на другом низкий, на выходе будет высокий уровень напряжения. Иначе говоря, элемент находится в единичном состоянии.

Теперь и входной вывод 2 элемента соедините через резистор сопротивлением 1...1,5 кОм с плюсовой линией и одновременно проволочной перемычкой-с общей (рис. 4, б). Измерьте напряжение на выходном выводе. На нем, как и в предыдущем случае, будет высокий уровень напряжения. Следя за стрелкой авометра, удалите проволочную перемычку, чтобы и на втором входе элемента появился высокий уровень напряжения. Что фиксирует вольтметр на выходе элемента? Напряжение около 0,3 В, соответствующее низкому уровню. Элемент, следовательно, из единичного состояния переключился в нулевое.

Той же проволочной перемычкой замкните первый вход на общую линию. На выходе при этом сразу появится высокий уровень напряжения. А если любой из входных выводов периодически замыкать на общую линию, как бы имитируя подачу на него напряжения низкого уровня? С такой же частотой следования на выходе элемента будут появляться электрические импульсы и будет колебаться стрелка подключенного к нему вольтметра. Проверьте это опытным путем.

О чем говорят проведенные опыты? Они подтверждают логику действия элемента 2И-НЕ, проверенную ранее на его электрическом аналоге: при подаче напряжения высокого уровня на оба входа на выходе элемента появляется напряжение низкого уровня, или, говоря иначе, элемент из единичного состояния переключается в нулевое.

Еще один опыт: отключите оба входных вывода элемента от других деталей и проводников. Что теперь на выходе? Низкий уровень напряжения. Так и должно быть, потому что не подключение входных выводов равнозначно подаче на них высокого уровня напряжения и, следовательно, установке элемента в нулевое состояние. Не забывайте в будущем об этой особенности логических элементов!

Следующий опыт - проверка действия того же логического элемента 2И-НЕ при включении его инвертором, т. е. как элемент НЕ. Замкните между собой оба входных вывода и через резистор сопротивлением 1....1.5 кОм соедините их с плюсовой линией питания (рис. 8, в). Что показывает вольтметр, подключенный к выходу элемента? Низкий уровень напряжения. Не отключая резистора от этой линии, замкните объединенный вход на минусовую линию (показано штриховыми стрелками) и одновременно проследите за реакцией вольтметра. Он покажет высокий уровень напряжения. Таким образом, вы убедитесь, что сигнал на выходе инвертора всегда противоположен входному.

Проведите подобные опыты с другими логическими элементами микросхемы К155ЛАЗ и сделайте соответствующие выводы.

Прервем на некоторое время опыты, чтобы ответить на вопрос: а что же внутри логического элемента 2И-НЕ?

До сих пор мы рассматривали логический элемент как некий "черный ящик"с двумя входами и одним выходом. Теперь давайте, как бы заглядывая внутрь элемента, познакомимся с его электронной "начинкой"(рис. 5). Она состоит из четырех транзисторов структуры n-p-n, трех диодов и пяти резисторов. Связь между транзисторами непосредственная. Резистор Rи, показанный штриховыми линиями, символизирует нагрузку, подключенную к выходу элемента.

Подобные электронные устройства цифровой техники называют микросхемами транзисторно-транзисторной логики, или, сокращенно, ТТЛ. В этом отражен тот факт, что входные логические операции (или, как часто говорят,- входную логику) выполняет многоэмиттерный транзистор (первая буква J), усиление и инверсию сигнала - также транзисторы (вторая буква Т).

Практическое знакомство с цифровой микросхемой
Рис.5 Электронная начинка

Входной транзистор VT1 включенный по схеме с общей базой,- двуэмиттерный. Причем эмиттеры соединены с общим проводом питания через диоды VD1, VD2 - они защищают транзистор от случайного попадания на эмиттеры напряжения отрицательной полярности. Транзистор VT2 образует усилитель с двумя нагрузками: эмиттерной (резистор R3) и коллекторной (резистор R2). Снимаемые с них противофазные сигналы (противоположные по уровню: если на коллекторе высокий уровень напряжения, на эмиттере- низкий) поступают на базы выходных транзисторов VT3 и VT4. Таким образом, выходные транзисторы во время работы всегда находятся в противоположных состояниях- один закрыт, а второй в это время открыт.

При наличии на одном или обоих входах элемента напряжения низкого уровня (например, при соединении их с общим проводом) транзистор VT1 будет открыт и насыщен, транзисторы VT2 и VT4 закрыты, а транзистор VT3 открыт и через него, диод VD3 и нагрузку RH течет ток-элемент в единичном состоянии. В том же случае, когда на оба входа будет подан высокий уровень напряжения, транзистор VT1 закроется, а транзисторы VT2 и VT4 откроются и тем самым закроют транзистор VT3. При этом ток через нагрузку практически прекратиться, так как элемент примет нулевое состояние.

Низкий уровень напряжения на выходе логического элемента равен напряжению на коллекторе открытого транзистора VT4 и не превышает 0,4 В. Высокий же уровень напряжения на выходе логического элемента (когда транзистор VT4 закрыт) меньше напряжения источника питания на значение падения напряжения на транзисторе VT3 и диоде VD3-не менее 2,4 В. Фактически же напряжение логических уровней низкого и высокого на выходе элемента зависит от сопротивления нагрузки и может несколько отличаться от указанного выше. Переход элемента из единичного состояния в нулевое происходит скачкообразно при переходе его входного напряжения через значение около 1,2 В, называемое пороговым.

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Случайная новость из Архива

Новым лампам BMW не потребуется замена 21.04.2014

Компания BMW Group собирается оснащать свои автомобили оптикой на основе органических светодиодов (OLED), которые имеют множество преимуществ по сравнению с распространенными сейчас LED-элементами. Тестируемая немецким автопроизводителем технология именуется как Organic Light.

В отличие от обычных светодиодов, в конструкции которых применяются полупроводниковые кристаллы, в OLED-элементах используются органические полимеры, обладающие свойствами полупроводников. Свет генерируется в тонких полупроводниковых слоях, общая толщина которых составляет всего 40 нм, что в 150 раз тоньше человеческого волоса. Толщина всего OLED-компонента не превышает 1,5 мм.

По мнению BMW, технология Organic Light отличается высокой яркостью и низким потреблением, что позволит использовать ее для подсветки интерьера и для наружной светотехники. Первоначально OLED-освещение планируется внедрить в задние фонари, а в поворотниках и стоп-сигналах останутся светодиоды. В будущем автопроизводитель надеется полностью перейти на органический свет, который, как утверждают разработчики, не потребует замены во время всего периода эксплуатации машины.

OLED-элементы могут принимать практически любую форму, они не требуют установки линз и отражателей, что открывает широкие возможности для дизайнеров и знаменуют новый подход в автомобильном проектировании. Кроме того, органические светодиоды обладают незначительным весом, потребляют меньше энергии и выделяют меньше вредных веществ по сравнению с другими источниками света, используемыми на автомобильном рынке, поэтому OLED-компоненты могут найти широкое применение в гибридных и электрических транспортных средствах.

Приступить к серийному производству автомобилей с органическими светодиодами BMW планирует в ближайшие три года. Пока же немецкая компания готовится вывести на рынок первый серийный автомобиль с лазерными фарами. Речь идет о гибридном спорткаре BMW i8, выход которого намечен на осень 2014 г.

Что касается технологии OLED, ее тестируют и другие автомобилестроительные компании. В июле 2013 г. стало известно о создании первой в мире трехмерной автомобильной оптики, в которой используются органические светодиоды. Разработали ее Philips и Audi. Новинка позволяет формировать сложные "рисунки" светотехники и менять их прозрачность.

Другие интересные новости:

▪ Прогноз об отказе о телевизоров не подтвердился

▪ Карта, составленная треской

▪ Найдена недостающая часть Вселенной

▪ Робот-ленивец

▪ Apple перейдет на переработанный кобальт, золото, олово и редкоземельные элементы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Молниезащита. Подборка статей

▪ статья Накачка мяча без иглы. Советы домашнему мастеру

▪ статья Существуют ли сейчас семь чудес света? Подробный ответ

▪ статья Локва. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Диапазонные фильтры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Индикатор электрического поля на аналоге ИПТ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

All languages of this page

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте