Legendárne analógové čipy

Medzi mnohými čipmi prezentovanými na modernom trhu s mikroelektronickými súčiastkami sú skutočné legendy, ktoré si právom získali svoju dobrú povesť. V tomto článku sa zameriame na štyri takéto legendárne analógové mikroobvody, konkrétne: NE555, A741, TL431 a LM311.

Integrovaný časovač NE555

Analógový integrovaný obvod NE555 je univerzálny časovač. Úspešne slúži v mnohých moderných elektronických obvodoch na vytváranie opakujúcich sa alebo jednotlivých impulzov s konštantnými časovými charakteristikami. Čip je v podstate asynchrónny Spúšťač RSktoré majú špecifické vstupné prahy, ktoré sú presne definované vnútornými analógovými komparátormi a presným deličom napätia.

Integrovaná štruktúra mikroobvodu obsahuje 23 tranzistorov, 16 rezistorov a 2 diódy. NE555 je stále k dispozícii v rôznych baleniach, je však najobľúbenejší v prípade DIP-8 a SO-8 a práve v tejto forme je na mnohých doskách. Domáci výrobcovia vyrábajú analógy tohto časovača pod názvom KR1006VI1.

História čipu NE555 sa začína v roku 1970, keď Hans Kamensind, zamestnanec americkej mikroelektronickej spoločnosti Signetics, špecialista na PLL obvody, odladil PLL pomocou VCO, ktorého frekvencia bola teraz nezávislá od napätia, vypálená v dôsledku hospodárskej krízy.

Tento vývoj sa neskôr nazýval NE566 a obsahoval všetky prvky budúceho časovača NE555 vrátane komparátorov, delič napätiaspúšť a kľúč. Obvod by mohol generovať trojuholníkové impulzy s amplitúdou nastavenou vnútorným deličom a s frekvenciou nastavenou externým RC obvodom.

Hans Kamensind predal svoj vývoj spoločnosti Signetics a potom ponúkol jeho vylepšenie čakajúcemu multivibrátorovi - jedinému pulznému generátoru. Myšlienka nebola okamžite podporená, ale manažér predaja spoločnosti Signetics Art Fury trval na tom, aby bol projekt schválený, budúci čip bol nazvaný NE555 (NE od SigNEtics).

Zdokonaľovanie a ladenie časovača trvalo niekoľko mesiacov a nakoniec, v roku 1971, sa začal predaj NE555 v osemkolíkovej skrini za cenu 75 centov. Dnes sú funkčné analógy pôvodného NE555 dostupné v rôznych bipolárnych verziách a verziách CMOS od takmer všetkých hlavných výrobcov elektronických komponentov.

Teraz zvážte účel záverov integrovaného časovača NE555, čo umožní čitateľovi pochopiť dôvod, prečo tento čip získal obrovskú popularitu tak medzi odborníkmi, ako aj medzi amatérskymi rádiovými nadšencami.

• Prvým záverom je Zem. Je pripojený k zápornému vodiču zdroja energie.

• Druhým záverom je spúšť. Keď je napätie na tomto kolíku menšie ako 1/3 napájacieho napätia, spustí sa časovač. Súčasne prúd spotrebovaný týmto vstupom nepresahuje 500 nA.

• Tretí záver je cesta von. Keď je časovač zapnutý, napätie na tomto termináli je o 1,7 V nižšie ako napájacie napätie a maximálny prúd tohto terminálu dosahuje 200 mA.

• Štvrtý záver je vynulovaný. Ak je na tento výstup privedené nízke napätie, pod 0,7 voltu, mikroobvod sa vráti do pôvodného stavu. Ak nie je potrebný reset počas prevádzky v obvode, tento výstup sa jednoducho pripojí k plusu zdroja energie mikroobvodu.

• Piatym záverom je kontrola. Tento výstup je pod referenčným napätím a je pripojený k invertujúcemu vstupu prvého porovnávača.

• Šiestym záverom je prahová hodnota, zastávka. Keď je na tento výstup privedené napätie vyššie ako 2/3 napájacieho napätia, časovač sa zastaví a jeho výstup sa uvedie do pokojového stavu.

• Siedmy záver je absolutórium. Keď je výstupná úroveň mikroobvodu nízka, je tento kolík vo vnútri mikroobvodu pripojený k zemi a keď je výstup mikroobvodu vysoký, je tento kolík odpojený od zeme. Tento kolík je schopný odolať prúdom až do 200 mA.

• Ôsmym záverom je výživa. Tento kolík je pripojený k kladnému vodiču zdroja energie mikroobvodu, ktorého napätie môže byť od 4,5 do 16 voltov.

Čip NE555 je široko používaný kvôli svojej univerzálnosti. Na jej základe sa vyrábajú generátory, modulátory, časové relé, prahové zariadenia a mnoho ďalších komponentov rôznych elektronických zariadení, ktorých rozmanitosť je obmedzená iba fantáziou a tvorivým prístupom inžinierov a vývojárov.

Príklady úloh, ktoré je možné vyriešiť, sú: funkcia obnovenia digitálneho signálu skresleného v komunikačných linkách, chatovacie filtre, prepínanie napájacích zdrojov, zapínanie a vypínanie v automatických riadiacich systémoch, PWM regulátory, časovače a oveľa viac.

Ďalšie materiály o čipe NE555:

555 Integrovaný časovač - Prejdite si dátový list

555 integrovaných návrhov časovačov

Ochranný blok proti úniku vody

PWM - regulátor založený na integrovanom časovači NE555 pre stmievanie LED diód

Operačný zosilňovač uA741

uA741 je operačný zosilňovač založený na bipolárnych tranzistoroch. Tento operačný zosilňovač druhej generácie, vyvinutý v roku 1968 inžinierom Fairchild Semiconductor David Fullagar, je modifikáciou operačného zosilňovača LM101, ktorý vyžadoval externý kondenzátor korekcie frekvencie. Podľa uA741 už nebol potrebný externý kondenzátor, pretože tu je okamžite nainštalovaný na samotný čip.

Charakteristiky uA741 boli v tom čase perfektné a ľahké používanie mikroobvodu prispelo k jeho rozšírenému použitiu. UA741 sa tak stal univerzálnym štandardným operačným zosilňovačom a jeho analógy sa dodnes vyrábajú mnohými výrobcami mikroelektronických komponentov, napríklad: AD741, LM741 a domáci analóg - K140UD7. Tieto mikroobvody sú dostupné v DIP aj v čipových balíkoch.

Jadrom operačných zosilňovačov je rovnaký princíp, rozdiely sú iba v štruktúre. Operačné zosilňovače druhej a nasledujúcej generácie zahŕňajú nasledujúce funkčné bloky:

• Vstupným stupňom je diferenciálny zosilňovač, ktorý poskytuje zosilnenie pri vysokej vstupnej impedancii a pri nízkej hladine hluku.

• Vysokonapäťový zosilňovač, frekvenčná odozva klesá ako v prípade jednopólového dolnopriepustného filtra. Nejde o rozdiel, iba o východisko.

• Výstupný stupeň (zosilňovač), ktorý poskytuje vysokú nosnosť, nízky výstupný odpor a poskytuje ochranu proti skratu a obmedzeniu výstupného prúdu.

Integrovaný kondenzátor 30 pF poskytuje frekvenčne závislú negatívnu spätnú väzbu, ktorá zvyšuje stabilitu operačného zosilňovača pri práci s externou spätnou väzbou. Toto je tzv. Millerova kompenzácia, ktorá funguje takmer ako integrátor zabudovaný do operačného zosilňovača. Frekvenčná kompenzácia dáva operačnému zosilňovaču bezpodmienečnú stabilitu v širokom rozsahu podmienok, a tým zjednodušuje jeho použitie v širokom rozsahu elektronických zariadení.

Vo výstupnom stupni uA741 je rezistor s odporom 25 ohmov, ktorý slúži ako snímač prúdu. Spolu s tranzistorom Q17 tento rezistor obmedzuje prúd emitorového sledovača Q14 na približne 25 mA. V dolnom ramene výstupného stupňa push-pull je prúdové obmedzenie cez tranzistor Q20 uskutočňované pomocou meranie prúdu cez emitor tranzistora Q19 a následné obmedzenie prúdu tečúceho do bázy Q15. V modernejších modifikáciách obvodov uA741 sa môžu použiť spôsoby obmedzenia výstupného prúdu, ktoré sa mierne líšia od metód opísaných v tomto dokumente.

Čip má dva vyrovnávacie kolíky na vyváženie, čo vám umožňuje nastaviť vstupnú odchýlku operačného zosilňovača presne na nulu. Na tento účel je možné použiť externý potenciometer. Napájacie napätie mikroobvodu môže byť v rozsahu od +18 do +22 V, v závislosti od úpravy je však odporúčaný rozsah od -5 do +15 V.

Pozri tiež túto tému:

Čo sú operačné zosilňovače

Spätná väzba obvodov operačného zosilňovača

Obvody operačného zosilňovača spätnej väzby

Nastaviteľný regulátor napätia TL431

TL431 bol uvedený na trh spoločnosťou Texas Instruments v roku 1978 a bol umiestnený ako presný nastaviteľný regulátor napätia. Predchádzajúca verzia bola menej presným čipom TL430. Dnes TL431 vyrába veľa výrobcov pod značkami: LM431, KA431 a jeho domáci náprotivok - KR142EN19A.

TL431 je v podstate riadená zenerova dióda, ktorá sa často nachádza v balení s tromi kolíkmi TO-92. Tento čip možno vidieť na doske niektorého z moderných spínacie zdrojeaspoň - v schéme galvanického oddelenia sekundárnych obvodov.

Mikroobvod je celkom jednoducho regulovaný: keď sa do regulačnej elektródy privádza napätie nad prahovým napätím 2,5 voltu, vnútorný tranzistor, ktorý vykonáva funkciu zenerovej diódy, prejde do vodivého stavu.

Význam zistení je zrejmý z vývojového diagramu:

• Prvým záverom je kontrolná elektróda.

• Druhý záver - nesie funkciu anódy zenerovej diódy.

• Tretí záver - hrá úlohu katódy zenerovej diódy.

Pracovné napätie na katóde môže byť v rozsahu od 2,5 do 36 voltov a prúd vo vodivom stave by nemal prekročiť 100 mA, zatiaľ čo riadiaci prúd nepresahuje 4 μA. Referenčná hodnota vnútorného napätia má nominálnu hodnotu 2,5 voltu.

Mikroobvod je tak ľahko konfigurovateľný a použiteľný, že už našiel najširšiu aplikáciu v rôznych elektronických zariadeniach, počnúc prepínaním napájacích zdrojov, kde tradične spolupracuje s optočlenom a končí svetelnými a teplotnými snímačmi.

Dnes je ťažké nájsť domáci spotrebič, kdekoľvek je TL431, práve z tohto dôvodu je tento čip k dispozícii v mnohých rôznych prípadoch. TL431 je teda vynikajúci na vytváranie obvodov spätnej väzby v úplne odlišných aspektoch tohto konceptu.

Príklady použitia čipov TL431:

Jednoduchý regulátor teploty

Indikátory a signalizačné zariadenia na nastaviteľnej zenerovej dióde TL431

Analógový porovnávač LM311

Analógový porovnávač LM311 vyrába spoločnosť National Semiconductor od roku 1973 (od 23. septembra 2011 je spoločnosť oficiálne súčasťou spoločnosti Texas Instruments). Domáci analóg tohto porovnávača je KR554CA3.

Tento integrovaný porovnávač napätia sa vyznačuje veľmi malým vstupným prúdom (150 nA). Je špeciálne navrhnutý pre použitie v širokom rozsahu napájacích napätí: od štandardných + - 15 V do unipolárnych + 5 V, tradičné pre digitálnu logiku. Výstup komparátora je kompatibilný s úrovňami TTL, RTL, DTL a MOS.

Jeho výstupný stupeň s otvoreným kolektorom umožňuje priamo zaťažiť výstup do relé alebo žiarovky a prepnúť prúd až 50 mA pri napätí do 50 V. Spotreba energie mikroobvodu je iba 135 mW s napätím +15 ° V. Údaje na komparátore LM311 sú zobrazené. mnoho typických schém jeho aplikácií.

Mikroobvod obsahuje 20 odporov, 22 bipolárnych tranzistorov, 1 tranzistor s poľným efektom a 2 diódy. Vstup a výstup LM311 možno izolovať od uzemnenia obvodu tak, že výstupný obvod mikroobvodu pracuje na uzemnenej záťaži alebo na záťaži pripojenej k zápornému alebo kladnému pólu zdroja energie.

V porovnávacom obvode existujú možnosti vyvažovania posunu a hradlovania a výstupy niekoľkých LM311 sa môžu pripojiť pomocou káblového obvodu OR. Pravdepodobnosť falošných pozitív pre tento čip je veľmi nízka.

Ďalšie materiály na túto tému:

Ako je analógový komparátor usporiadaný a ako funguje

Porovnávacie obvody

Termostat pre pivnicu na komparátore LM311