Микросхемы — «кирпичи» – Цифровая техника

June 26, 2015 by admin Комментировать »

К этому виду «стройматериалов» относятся микросхемы малой степени интеграции, (т. е. внутри которых не очень много «деталек»), к которым, в свою очередь, относятся все логические элементы и некоторые триггеры. Логические элементы — самый примитивный вид микросхем; в зоологии соответствуют черви-паразиты, которые без организма хозяина при обилии пищи в окружающей среде могут умереть от голода. Логические элементы могут только анализировать информацию на своих входах, но сделать с ней что-нибудь они не в состоянии. Тем не менее ни одна более-менее сложная схема не «обходится» без логических элементов — при изготовлении сложных микросхем («панелей») абсолютно все «случаи жизни» предусмотреть невозможно — такая микросхема по размерам, стоимости и количеству выводов соответствовала бы современному компьютерному процессору (страшно даже подумать, на что бы был похож этот самый процессор), поэтому сложные микросхемы выпускаются в несколько «упрощенном» виде и для согласования их с остальной схемой используют логические элементы. Но на самом деле на основе одних только логических элементов собрать что-нибудь путное почти невозможно.

Триггеры немножко сложнее логических элементов. Если продолжить экскурс в мою любимую науку зоологию, то триггер можно сравнить с вороной, которая, падая с ветки, больно ударилась головой о землю и теперь сидит, видит кота, расправила крылья, а что дальше делать, не знает. Но если шлепнуть ее газетой, то она очухается и улетит. Так и триггер, он почти что «сложная микросхема»; от логических элементов отличается способностью запоминать информацию, благодаря чему может выполнять простейшие действия с данными. Если соединить несколько триггеров вместе, получится или счетчик, или регистр. Все зависит от того, как их подключить к простейшим микросхемам — «кирпичам». Триггеры я рассмотрел только по причине их изменений «многофункциональности» — среди радиолюбителей очень широко распространен обычай затыкать все «дырки» в схемах этими двумя видами микросхем. «Панелями» же затыкать дыры Неудобно. И не очень красиво.

Как видно из предыдущих двух абзацев, логические элементы и триггеры являются чуть ли не самыми распространенными микросхемами. Поэтому, несмотря на то что их много разных, принцип действия и схемы включения их нужно знать В этом нет Ничего сложного, главное — понять. Ну, и немножко запомнить Пока вы не нандете общий язык с микросхемами — «кирпичами», о самостоятельном творчестве приносящем удовольствие от «покорения очеред ной вершины» можно и не думать.

КМОПмикросхемы

Самая распро траненная сегодня структура микросхем — это комплементарные интегральные микросхемы на транзисторах структуры металл окисел полупроводник, или, сокращенно, КМОП-ИМС. Слово «окисел» заменяют на диэлектрик (получается КМДП) — это одно и то же. Из отечественны микросхем такую структуру имеют серий К176, К561, К564,

КР1561, из импортных — серии «4ххх», где «ххх» — любые три цифры Кроме КМОП-микросхем существуют также микросхемы транзисторно транзисторной логики (ТТЛ-ИМС) и ТТЛ-микросхемы с ускоряющими диодами Шоттки (ТТЛШ-ИМС). Нынче КМОПмикросхемы успешно вытесняют микросхемы ТТЛ, так как они лучше по всем параметрам.

1.         У микросхем ТТЛ ток потребления в статическом режиме равен 0,5…50 мА, у КМОП — 0,05…10 нА (1 мА = 1000 000 нА) Столь низкии ток потребления снимает все ограничения на применение КМОП ИМС в уетроист вах с автономным (батарейки, аккумуляторы) или альтернативным (солнечные батареи) источником питания — схема на нескольких микросхемах, находящихся в статическом режиме, потребляет ток в десятки раз меньше тока саморазряда батарейки. Поэтому источник, питания можно не отключать и информация из статической памяти устройства не сотрется.

2.         ТТЛ-ИМС работоспособны при напряжении питания 3,5…6 В, КМОП-ИМС — при напряжении питания 1,5…20 В. Выводы делайте сами

3.         Огромное входное сопротивление. У ТТЛ-ИМС оно равно пяти (К155) или 200 кОм (К555, КР1553), у КМОП-ИМС оно около 10 ГОм (1 ГОм = 1000 МОм = 1000 000 кОм). Зная входное сопротивление, по закону Ома (формула (1) легко вычислить управляющий ток (ток, потребляемый от источника сигнала). Ничтожный входной ток КМОП-ИМС снимает все ограничения на сопротивление внешних резисторов (резисторы сопротивлением более 10 МОм очень редки и практически не используются), а также позволяет подключать датчики с большим выходным напряжением и низким током (электромагнитные, пьезокерамические) непосредственно к входу микросхемы, без всяких предварительных усилителей.

Единственный недостаток описанных выше КМОП-ИМС — в небольшой максимальной частоте переключения (1…10 МГц, то есть если их переключать чаще чем 10 миллионов раз в секунду, то они начнут «захлебываться»). У самой экономичной ТТЛ-серии КР1533 максимальная частота — 50 МГц. Но столь высокие частоты переключения чаще всего и не нужны — большинство радиолюбительских конструкций работает на низких частотах, для которых КМОПмикросхемы подходят идеально. А для сверхвысоких частот уже сегодня выпускаются специализированные микросхемы, которые работают на частотах до 200…500 МГц при статическом токе потребления менее 1 мкА.

Еще один недостаток КМОП-ИМС — это следствие их высокого входного сопротивления: чувствительность микросхем к статическому электричеству. Статическое электричество со всех сторон окружает человека, а также все то, что он держит в руках. Если у вас на голове есть волосы или если вы носите одежду из синтетических тканей, то вы наверняка замечали проявления статического электричества — при расчесывании сухих волос сухой пластмассовой расческой или при снимании джемпера из «синтетики» слышен треск и видны искры (миниатюрные «короткие замыкания»: ток — ничтожный, напряжение — до десятков тысяч вольт), а волосы после расчесывания стоят дыбом (электростатическое отталкивание одноименно заряженных друг друга и разноименно — относительно кожи головы отдельных волосинок, при этом напряжение также достигает тысяч вольт). Если сунуть в такой «реактор» КМОП-микросхему, из строя она выйдет сразу. Также нужно учитывать, что человеческое тело электропроводно, а все проводники обладают электрической емкостью. Поэтому статическое электричество может скапливаться не только на «синтетике», но и на вашем теле. Вы наверняка замечали, что в сухую погоду некоторые металлические предметы (например, ручка двери) или руки вашего собеседника «бьются током». Никто никого не бьет, просто разность потенциалов достигла столь большой величины, что стало возможным возникновение электрической искры (микромолнии).

Бороться со статическим электрическим очень просто — для этого нужно только работать заземленными инструментами. А если у вас низковольтный паяльник (напряжение не превышает 20 В и оно гальванически развязано от сети, т. е. для понижения напряжения используется трансформатор), то заземление не нужно вообще, достаточно хотя бы изредка касаться жала паяльника пальцем, чтобы электростатические потенциалы вашего тела и паяльника выравнивались таким образом, а не через выводы припаиваемой микросхемы.

Так называемые защитные диоды, которые есть в большинстве микросхем, от статического электричества защищают очень плохо. Поэтому пренебрегать упомянутыми выше правилами нельзя. Впрочем, если бы не было защитных диодов, то с микросхемами невозможно было бы работать…

ТТЛ-микросхемы к статическому электричеству абсолютно нечувствительны. Вообще они довольно «дубовые» по сравнению с КМОП, поэтому знакомство с цифровыми микросхемами лучше начинать со схем ТТЛ. Но, как я уже убедился на собственном опыте, переучитывать гораздо сложней, чем учиться. Поэтому в этой книге ТТЛ-микросхемам будет выделено очень мало места. Впрочем, все то, что относится к КМОП-ИМС, справедливо и для ТТЛ. Нужно только помнить перечисленные выше три пункта.

Источник: А. С. Колдунов, Радиолюбительская азбука. Том 1. Цифровая техника. / А. С. Колдунов — М.: СОЛОН-Пресс, 2003. 272 с. — (Серия «СОЛОН — радиолюбителям» Выпуск 18)

Оставить комментарий

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