kategória: Praktická elektronika, Začiatočníci elektrikári
Počet zobrazení: 100,127
Komentáre k článku: 2
Logické čipy. Časť 3
Zoznámte sa s digitálnym čipom
V druhej časti článku sme hovorili o podmienených grafických označeniach logických prvkov ao funkciách, ktoré tieto prvky vykonávajú.
Na vysvetlenie princípu činnosti boli uvedené kontaktné obvody, ktoré vykonávajú logické funkcie AND, OR, NOT a AND-NOT. Teraz môžete začať s praktickým zoznámením sa s mikroobvodmi série K155.
Vzhľad a dizajn
Základným prvkom 155. série je čip K155LA3. Jedná sa o plastové puzdro so 14 zvodmi, na ktorého hornej strane je označené a kľúčom, ktorý označuje prvý výstup z čipu.
Kľúčom je malá okrúhla značka. Ak sa pozriete na mikroobvod zhora (zo strany puzdra), potom by sa závery mali počítať proti smeru hodinových ručičiek, a ak sú zdola, potom v smere hodinových ručičiek.
Výkres prípadu mikroobvodu je znázornený na obrázku 1. Takýto prípad sa nazýva DIP-14, ktorý je preložený z angličtiny ako plastové puzdro s dvojradovým usporiadaním kolíkov. Mnoho mikroobvodov má väčší počet kolíkov, a preto sa môže jednať o DIP-16, DIP-20, DIP-24 a dokonca aj DIP-40.
Obrázok 1. Kryt DIP-14.
Čo je obsiahnuté v tomto prípade
V balení DIP-14 mikroobvodu K155LA3 obsahuje 4 nezávislé prvky 2I-NOT. Jediné, čo ich spája, sú iba všeobecné závery o energii: 14. výstup mikroobvodu je + zdroj energie a pin 7 je záporný pól zdroja.
Aby sa nepreplnil obvod zbytočnými prvkami, nie sú elektrické vedenia spravidla zobrazené. To sa tiež nedeje, pretože každý zo štyroch prvkov 2I-NOT sa môže nachádzať na rôznych miestach v obvode. Zvyčajne jednoducho zapíšu do obvodov: „+ 5V vedie k záverom 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V vedie k záverom 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. “. Samostatne umiestnené prvky sa označujú ako DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. Obrázok 2 zobrazuje, že čip K155LA3 pozostáva zo štyroch prvkov 2I-NOT. Ako už bolo spomenuté v druhej časti článku, vstupné závery sú umiestnené vľavo a výstupy vpravo.
Cudzím analógom K155LA3 je čip SN7400 a môže byť bezpečne použitý pri všetkých nižšie opísaných experimentoch. Presnejšie povedané, celá séria čipov K155 je analógom zahraničnej série SN74, takže predajcovia na trhoch s rádiom to ponúkajú.
Obrázok 2. Pinout čipu K155LA3.
Na vykonanie experimentov s mikroobvodom budete potrebovať zdroj energie Napätie 5 V. Najjednoduchší spôsob výroby takéhoto zdroja je použitie stabilizačného čipu K142EN5A alebo jeho importovanej verzie, ktorá sa nazýva 7805. V tomto prípade nie je potrebné transformátor transformovať, spájkovať mostík, inštalovať kondenzátory. Koniec koncov, vždy bude existovať nejaký čínsky sieťový adaptér s napätím 12V, čo stačí na pripojenie 7805, ako je znázornené na obrázku 3.
Obrázok 3. Jednoduchý zdroj energie pre experimenty.
Ak chcete experimentovať s mikroobvodom, musíte si vyrobiť malú dosku. Je to kus getinaxu, laminátu alebo iného podobného izolačného materiálu s rozmermi 100 x 70 mm. Na tieto účely je vhodná aj jednoduchá preglejka alebo hrubá lepenka.
Pozdĺžne strany dosky by mali byť pocínované vodiče zosilnené hrúbkou asi 1,5 mm, cez ktorú bude dodávaná energia do mikroobvodov (napájacie zbernice). Medzi vodičmi po celej ploche doštičky vyvŕtajte otvory s priemerom nie väčším ako 1 mm.
Pri vykonávaní experimentov bude možné do nich vložiť kúsky pocínovaného drôtu, do ktorých sa budú spájkovať kondenzátory, rezistory a ďalšie rádiové komponenty. V rohoch dosky by mali byť vytvorené nízke nohy, čo umožní umiestnenie vodičov zdola.Konštrukcia doštičky je znázornená na obrázku 4.
Obrázok 4. Vývojová doska.
Keď je doštička pripravená, môžete začať experimentovať. Na tento účel by mal byť nainštalovaný najmenej jeden čip K155LA3: spájkovacie kolíky 14 a 7 k napájacím autobusom a zostávajúce kolíky ohnite tak, aby ležali na doske.
Pred začatím experimentov by ste mali skontrolovať spoľahlivosť spájkovania, správne pripojenie napájacieho napätia (pripojenie napájacieho napätia v opačnej polarite môže poškodiť mikroobvod) a tiež skontrolovať, či medzi susednými svorkami nie je skrat. Po tejto kontrole môžete zapnúť napájanie a začať experimenty.
Najlepšie sa hodí na meranie číselník voltmeterktorého vstupná impedancia je najmenej 10 K / V. Každý tester, dokonca aj lacný čínsky, túto požiadavku úplne spĺňa.
Prečo je lepšie prejsť? Pretože pri pozorovaní kolísania šípky si môžete všimnúť napäťové impulzy, samozrejme dostatočne nízku frekvenciu. Digitálny multimeter túto schopnosť nemá. Všetky merania by sa mali vykonávať vzhľadom na „mínus“ zdroja energie.
Po zapnutí napájania zmerajte napätie na všetkých kolíkoch mikroobvodu: na vstupných kolíkoch 1 a 2, 4 a 5, 9 a 10, 12 a 13 by malo byť napätie 1,4 V. A na výstupných svorkách 3, 6, 8, 11 približne 0,3 V. Ak sú všetky napätia v rámci špecifikovaných limitov, potom je mikroobvod funkčný.
Obrázok 5. Jednoduché experimenty s logickým prvkom.
Testovanie činnosti logického prvku 2 A NIE je možné spustiť napríklad od prvého prvku. Jeho vstupné kolíky 1 a 2 a výstup 3. Aby bolo možné na vstup priviesť signál logickej nuly, stačí tento vstup jednoducho pripojiť k zápornému (spoločnému) vodiču zdroja energie. Ak sa vyžaduje vstup logickej jednotky, tento vstup by mal byť pripojený na zbernicu + 5 V, ale nie priamo, ale prostredníctvom obmedzovacieho odporu s odporom 1 ... 1,5 KOhm.
Predpokladajme, že sme pripojili vstup 2 na spoločný vodič, čím sme do neho dostali logickú nulu a na vstup 1 sme použili logickú nulu, ako to bolo práve naznačené cez zakončovací odpor R1. Toto spojenie je znázornené na obrázku 5a. Ak pri takomto pripojení zmeriame napätie na výstupe prvku, voltmeter ukáže 3,5 ... 4,5V, čo zodpovedá logickej jednotke. Logická jednotka poskytne meranie napätia na pine 1.
To sa úplne zhoduje s tým, čo bolo ukázané v druhej časti článku na príklade reléového kontaktného obvodu 2I-NOT. Podľa výsledkov meraní je možné urobiť nasledujúci záver: keď jeden zo vstupov prvku 2AND NIE JE vysoký a druhý nízky, výstup je nevyhnutne prítomný na vysokej úrovni.
Ďalej urobíme nasledujúci experiment - dodáme jednotku na oba vstupy naraz, ako je to znázornené na obrázku 5b, ale jeden zo vstupov, napríklad 2, spojíme pomocou bežného vodiča so spoločným vodičom. (Na tieto účely je najlepšie použiť bežnú šijaciu ihlu spájkovanú na flexibilné vedenie). Ak teraz zmeráme napätie na výstupe prvku, tak ako v predchádzajúcom prípade bude existovať logická jednotka.
Bez prerušenia meraní odstránime prepojku vodiča - voltmeter ukáže na výstupe prvku vysokú úroveň. Je to úplne v súlade s logikou prvku 2I-NOT, ktorý sa dá overiť odkazom na schému kontaktov v druhej časti článku, ako aj na tam zobrazenú tabuľku pravdy.
Ak je tento prepojovací kábel teraz pravidelne zatvorený k spoločnému vodiču ktoréhokoľvek zo vstupov, simuluje nízko a vysokoúrovňové napájanie, potom výstup môže detekovať napäťové impulzy - šípka sa bude časom kmitať a prepojka sa bude dotýkať vstupu mikroobvodu.
Z experimentov je možné vyvodiť nasledujúce závery: nízkoúrovňové napätie na výstupe sa objaví iba vtedy, keď je na obidvoch vstupoch prítomná vysoká úroveň, to znamená, že na vstupoch je splnená podmienka 2I.Ak aspoň jeden zo vstupov obsahuje logickú nulu, výstup má logickú jednotku, môžeme zopakovať, že logika mikroobvodu je plne konzistentná s logikou kontaktného obvodu 2I-NOT, ktorá sa zvažuje v druhá časť článku.
Tu je vhodné urobiť ešte jeden experiment. Jeho zmyslom je vypnúť všetky vstupné kolíky, nechať ich vo vzduchu a zmerať výstupné napätie prvku. Čo tam bude? Správne, bude existovať logické nulové napätie. To naznačuje, že neprepojené vstupy logických prvkov sú ekvivalentné vstupom s aplikovanou logickou jednotkou. Na túto funkciu by ste nemali zabúdať, hoci nepoužité vstupy sa zvyčajne odporúčajú niekde pripojiť.
Obrázok 5c zobrazuje, ako možno logický prvok 2I-NOT jednoducho premeniť na invertor. K tomu stačí pripojiť obidva vstupy. (Aj keď existujú štyri alebo osem vstupov, takéto pripojenie je prijateľné).
Aby sa zabezpečilo, že signál na výstupe má opačnú hodnotu ako signál na vstupe, stačí prepojiť vstupy pomocou prepojky na bežný vodič, to znamená na vstup priviesť logickú nulu. V tomto prípade voltmeter pripojený k výstupu prvku zobrazí logickú jednotku. Ak otvoríte prepojku, na výstupe sa objaví nízke napätie, ktoré je presne opačné ako vstupné napätie.
Táto skúsenosť naznačuje, že menič je úplne ekvivalentný prevádzke kontaktného obvodu, ktorý NIE je zvažovaný v druhej časti článku. Toto sú všeobecne nádherné vlastnosti čipu 2I-NOT. Ak chcete odpovedať na otázku, ako sa to všetko deje, mali by ste zvážiť elektrický obvod prvku 2I-NOT.
Vnútorná štruktúra prvku 2 NIE JE
Až doteraz sme považovali logický prvok na úrovni jeho grafického označenia, pričom ho považujeme, ako sa hovorí v matematike, za „čiernu skrinku“: bez toho, aby sme sa podrobne zaoberali vnútornou štruktúrou prvku, skúmali sme jeho reakciu na vstupné signály. Teraz je čas študovať vnútornú štruktúru nášho logického prvku, ktorý je zobrazený na obrázku 6.
Obrázok 6. Elektrický obvod logického prvku 2I-NOT.
Obvod obsahuje štyri tranzistory štruktúry n-p-n, tri diódy a päť odporov. Existuje priame spojenie medzi tranzistormi (bez izolačných kondenzátorov), čo im umožňuje pracovať s konštantným napätím. Výstupné zaťaženie čipu sa obvykle zobrazuje ako odpor R8. V skutočnosti je to najčastejšie vstup alebo niekoľko vstupov rovnakých digitálnych obvodov.
Prvý tranzistor je multi-emitor. Je to on, kto vykonáva vstupnú logickú operáciu 21, a nasledujúce tranzistory vykonávajú zosilňovanie a inverziu signálu. Mikroobvody vyrobené podľa podobnej schémy sa nazývajú tranzistor-tranzistorová logika, skrátene TTL.
Táto skratka odráža skutočnosť, že vstupné logické operácie a následné zosilnenie a inverzia sú uskutočňované tranzistorovými prvkami obvodu. Okrem TTL existuje aj diódovo-tranzistorová logika (DTL), ktorej vstupné logické stupne sa vykonávajú na dióde, ktoré sa samozrejme nachádza vo vnútri mikroobvodu.
Obrázok 7
Na vstupoch logického prvku 2I-NOT medzi žiaričmi vstupného tranzistora a spoločným vodičom sú nainštalované diódy VD1 a VD2. Ich účelom je chrániť vstup pred napätím so zápornou polaritou, ku ktorému môže dôjsť v dôsledku samoindukcie montážnych prvkov, keď obvod pracuje pri vysokých frekvenciách, alebo jednoducho omylom z externých zdrojov.
Vstupný tranzistor VT1 je podľa schémy spojený so spoločnou základňou a jeho záťažou je tranzistor VT2, ktorý má dve záťaže. V emitore je to rezistor R3 a v kolektore R2. Takto sa získa fázový menič pre výstupný stupeň na tranzistoroch VT3 a VT4, čo ich vedie k činnosti v antifáze: keď je VT3 uzavretý, VT4 je otvorený a naopak.
Predpokladajme, že obidva vstupy prvku 2 NIE sú napájané nízkou úrovňou. Stačí len pripojiť tieto vstupy k spoločnému vodiču.V tomto prípade bude tranzistor VT1 otvorený, čo bude mať za následok uzavretie tranzistorov VT2 a VT4. Tranzistor VT3 bude v otvorenom stave a cez neho a dióda VD3 prúd prúdi do záťaže - na výstupe prvku je stav vysokej úrovne (logická jednotka).
V prípade, že logický tranzistor VT1 je uzavretý na obidvoch vstupoch, otvorí tranzistory VT2 a VT4. Kvôli ich otvoreniu sa tranzistor VT3 uzavrie a prúd cez záťaž sa zastaví. Na výstupe prvku je nastavený nulový stav alebo nízke napätie.
Nízka úroveň napätia je spôsobená poklesom napätia na spoji kolektor-emitor otvoreného tranzistora VT4 a podľa špecifikácií nepresahuje 0,4V.
Vysoké napätie na výstupe prvku je menšie ako napájacie napätie o veľkosť poklesu napätia cez otvorený tranzistor VT3 a diódu VD3 v prípade, keď je tranzistor VT4 uzavretý. Vysoké napätie na výstupe prvku závisí od zaťaženia, ale nemalo by byť menšie ako 2,4 V.
Ak je na vstupy vzájomne spojených prvkov privedené veľmi pomaly sa meniace napätie, ktoré sa mení od 0 ... 5 V, potom je zrejmé, že k prechodu prvku z vysokej úrovne na nízke dôjde postupne. Tento prechod sa uskutoční vo chvíli, keď napätie na vstupoch dosiahne úroveň približne 1,2 V. Takéto napätie pre 155. sériu mikroobvodov sa nazýva prah.
To možno považovať za všeobecné zoznámenie sa s prvkom 2I-NIE JE kompletný. V ďalšej časti článku sa oboznámime so zariadením rôznych jednoduchých zariadení, ako sú rôzne generátory a impulzové formovače.
Boris Alaldyshkin
Pokračovanie článku: Logické čipy. Časť 4
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: