ЗНАКОМСТВО С ЦИФРОВОЙ МИКРОСХЕМОЙ

April 6, 2010 by admin Комментировать »

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

Внешний вид и условное графическое изображение микросхемы показаны на рис. 5. Она представляет собой пластмассовый корпус прямоугольной формы с 14 пластинчатыми выводами (некоторые микросхемы этой серии имеют по 16 выводов), расположенными вдоль обе их длинных сторон корпуса. Сверху на корпусе условный ключ – небольшая круглая метка. От нее и ведется нумерация выводов. Если смотреть на микросхему сверху, то отсчитывать выводы нужно против движения часовой стрелки, а если снизу – то по часовой стрелке. Такое правило распространено на все микросхемы серии К155.

clip_image002

Рис. 5. Внешний вид и условное графическое обозначение микросхемы К155ЛАЗ

Что же представляет собой микросхема К155ЛАЗ? Она состоит из четырех логических элементов 2И-НЕ, питающихся от общего источника постоянного тока. Каждый ее логический элемент

clip_image004

Рис. 6. Простейший блок питания микросхем серии KISS

работает как самостоятельная микросхема. Выделить элементы нетрудно по номерам выводов, представленным на схематическом изображении микросхемы. Так, входные выводы 1, 2 и выходной вывод 3 относятся к одному из ее эле– ментов, входные выводы 4, 5 и выходной 6-ко второму элементу и т. д. Не обозначенные на схематическом изображении микросхемы выводы 7 и 14 служат для подачи питания на все элементы. Эти выводы не принято обозначать на схемах потому, что элементы обычно изображают не слитно, как на рис. 5, б, а раздельно в разных участках принципиальной электрической схемы устройства. Цепи же питания элементов остаются общими, причем для микросхемы К155ЛАЗ вывод 14 должен соединяться с ,положитель-ным, а вывод 7 – с отрицательным полюсами источника питания.

Микросхема К155ЛАЗ, как и,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 3336Л. Но во время опытов ее напряжение будет еще более снижаться, что, естественно, скажется на режиме работы микросхемы, а при определенной разрядке батареи микросхема вообще перестанет работать. Поэтому желательно использовать блок питания, обеспечивающий стабильное напряжение 5 В. Такой блок питания можно собрать, например, по приведенной на рис. 6 схеме. В нем источником постоянного тока GB1 служат две батареи 3336Л, соединенные последовательно. Питание на микросхему подается через стабилизатор напряжения, образованный стабилитроном VD1, балластным резистором R3 и регу лирующим транзистором VT1. Емкость электролитического конденсатора С1 может быть 20…50 мкФ, а керамического или слюдяного конденсатора С2- 0,033…0,047 мкФ.

clip_image006

Рис. 7. Макетная панель для опытной проверки работы микросхем

Как работает стабилизатор напряжения такого блока питания микросхемы? Резистор R3 и стабилитрон VD1 образуют делитель напряжения батареи GB1. Напряжение, действующее на стабилитроне, равно em напряжению стабилизации (для стабилитрона КС 168А оно составляет 5,6 В). Напряжение, снимаемое со стабилизатора, через подстроечный резистор R2 подается на базу регулирующего транзистора VT1 и открывает его. Чем больше напряжение на базе этого транзистора, тем больше он открывается, тем больше напряжение на выходе стабилизатора и ток в его нагрузке.

Напряжение на выходе блока, равное 5 В, устанавливайте по контрольному вольтметру постоянного тока подстроеч-ным (или переменным) резистором R2. Такое напряжение на нагрузке будет поддерживаться практически неизменным при снижении напряжения батареи до 7…7,5 В.

Конденсатор С 1 блокирует цепь питания микросхемы по низшим частотам, а С 2-по высшим частотам электрических колебаний, что защищает микросхему от влияния на ее работу различных -электрических помех. Резистор R1 необходим для тощ, чтобы и при отключенной нагрузке регулирующий транзистор стабилизатора работал как усилитель тока.

Макетную панель (рис. 7,в), 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 картов. Ориентировочные размеры панели 80×120 мм. Вдоль длинных ее сторон укрепите предварительно облу-женные медные проводники толщиной 1,2…1,5 мм-они будут выполнять роль токонесущих шин источника питания. По всей оставшейся-площади через каждые 10 мм насверлите отверстия Диаметром 0,8…! мм, в которые по мере надобности будете вставлять узкие полоски жести, изогнутые наподобие петель,- они будут временными опорными точками выводов резисторов, конденсаторов, монтажных проводников. Снизу по углам панели прикрепите невысокие ножки и приступайте к опытам.

clip_image008

Рис. 8. Опыт с логическим элементом 2И-НЕ

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 ("заземленной") шинами питания (рис. 7, б). Мощность пальяника не должна превышать 40 Вт, а продолжительность пайки-2 с. , Проверив надежность и правильность пайки, а также убедившись в отсутствии замыкания между выводами микросхемы, подключите к шинам источник хпитания. Вольтметром постоянного тока X относительным входным сопротивление не менее 5 кОм/В измерьте напряжений на всех логических выводах элементов. Для этого отрицательный щуп вольтметра соедините с общей ("заземленной") шиной, а положительным 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 выводах – около 0,3 В. Если это не так, значит микросхема неисправна.

Опытную проверку логики действия элементов 2И-НЕ можно проводить в любом порядке. Предположим, решили начать с первого элемента (с выводами 1-3). Тогда сначала один из входных выводов, например вывод 2, соедините с общей минусовой шиной источника питания, а вывод 1-с плюсовой, но через резистор сопротивлением 1…1.5 кОм (на рис. 8, а-R1). К выходному выводу 3 элемента подключите вольтметр PU. Что показывает стрелка вольтметра, выполняющего в данном случае роль индикатора? Напряжение, равное примерно 3,5…4 В, т. е. соответствующее высокому уровню напряжения.

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 вьюод 2 элемента соедините через резистор сопротивлением Г…1,5 кОм с плюсовой шиной, а проволочной перемычкой-с общей (рис. 8, б). Измерьте напряжение на вы-ходном выводе. На нем, как и в предыдущем случае, будет высокий уровень напряжения. Следя за стрелкой индикатора, удалите проволочную перемычку, чтобы и на втором входе элемента появился высокий уровень напряжения. Что фиксирует вольтметр на выходе элемента? Напряжение около 0,3 В, т. е. соответствующее низкому уровню. Элемент, следовательно, из единичного состояния переключился в нулевое.

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

О чем говорят проведенные опыты? Они подтверждают логику действия элемента И-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 неподключение входных выводов равнозначно подаче на них высокого уровня напряжения и, следовательно, установке элемента в нулевое состояние. Не забывайте 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 шиной источника питания (рис. 8, в). Что показывает вольтметр, подключенный к выходу элемента? Низкий уровень напряжения. Не отключая резистора от этой шины, замкните объединенный вход на минусовую шину (показано штриховой линией) и одновременно проследите за реакцией стрелки вольтметра. Она 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: что внутри логического элемента 2И-НЕ?

До сих пор мы рассматривали этот логический элемент как некий "черный ящик" с двумя входами и одним выходом,, Теперь заглянем внутрь элемента и познакомимся с его электронной "начинкой" (рис. 9). Он состоит из четырех транзисторов структуры п-р-п, трех диодов и пяти резисторов.. Связь между транзисторами непосредственная. Резистор RH. показанный штриховыми линиями, символизирует нагрузку, подключенную к выходу элемента. Подобные электронные устройства цифровой техники называют микросхемами транзисторно-транзисторной логики или, сокращено, ТТЛ. Потому что входная логика осуществляется транзистором (первая буква Т), а усиление и инверсия-также транзисторами (вторая буква Т).

Входной транзистор VT1, включенный по схеме с общей базой, двухэмит-терный, 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 усилительный каскад 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 транзисторов VT3 и VT4 выходного каскада. Таким образом, выходные транзисторы во время работы всегда находятся в противоположных состояниях- один закрыт, а второй в это время открыт. Этому способствует и диод VD3.

clip_image010

Рис. 9. Схема логического элемента 2И-НЕ микросхемы К155ЛАЗ

При наличии на одном или обоих входах элемента напряжения низкого уровня (например, при соединении их с общим проводом источника питания), транзистор VT1 открыт и насыщен, транзисторы VT2 и VT4 закрыты, а транзистор VT3 выходного каскада открыт и через него, диод VD3 и нагрузку Re течет ток. 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 прекратится, 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) отличается от напряжения источника питания на значение падения напряжения на транзисторе VT3 и диоде VD3 и составляет не менее 2,4 В. Фактически же логические уровни низкого и высокого напряжений на выходе элемента зависят от сопротивления нагрузки и могут быть в пределах 0,1…0,15 и 3,5…3,9 В соответственно.

Переход элемента из единичного состояния в нулевое происходит скачкообразно при подаче на его входы напряжения около 1,2 В, называемого пороговым.

Продолжим опыты с микросхемой К155ЛАЗ.

1 комментарий

  1. Профи says:

    Много лишней информации. О корпусе и “счетных палочках”.
    Нужно говорить о мультивибраторах, звуке, светомузыке и сигнализации, тригер-замок в общем о логической единице).

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты