Рубрики
Электромастерская

Логические микросхемы. Часть 3

Логические микросхемы. Часть 1 Логические микросхемы. Часть 2 Знакомимся с цифровой микросхемой Во 2-ой части статьи было поведано об условных графических обозначениях логических частей

Логические микросхемы. Часть 3Логические микросхемы. Часть 1

Логические микросхемы. Часть 2

Знакомимся с цифровой микросхемой

Во 2-ой части статьи было поведано об условных графических обозначениях логических частей и о функциях выполняемых этими элементами.

Для разъяснения механизма работы были приведены контактные схемы выполняющие логические функции И, Либо, НЕ и И-НЕ. Сейчас можно приступить к практическому знакомству с микросхемами серии К155.

Внешний облик и конструктивное выполнение

Логические микросхемы. Часть 3Базисным элементом 155-й серии считается микросхема К155ЛА3. Она представляет собой пластмассовый корпус с 14-ю выводами, на верхней стороне которого нанесена маркировка и ключ, обозначающий 1-ый вывод микросхемы.

Ключ представляет собой маленькую круглую метку. Если глядеть на микросхему сверху (со стороны корпуса), то отсчет выводов следует вести против часовой стрелки, а если снизу, то по часовой стрелке.

Чертеж корпуса микросхемы показан на рисунке 1. Таковой корпус именуется DIP-14, что в переводе с британского значит пластмассовый корпус с двухрядным расположением выводов. Многие микросхемы имеют большее число выводов и потому корпуса могут быть DIP-16, DIP-20, DIP-24 и даже DIP-40.

Логические микросхемы. Часть 3

Набросок 1. Корпус DIP-14.

Что содержится в этом корпусе

В корпусе DIP-14 микросхемы К155ЛА3 содержится 4 независящих друг от друга элемента 2И-НЕ. Единственное, что их соединяет воединыжды это только общие выводы питания: 14-й вывод микросхемы это + источника питания, а вывод 7 — отрицательный полюс источника.

Чтоб не загромождать схемы излишними элементами, полосы питания, обычно, не показываются. Не делается это к тому же поэтому, что любой из 4 частей 2И-НЕ может находиться в различных местах схемы. Обычно на схемах просто пишут: «+5В подвести к выводам 14 DD1, DD2, DD3…DDN. -5В подвести к выводам 07 DD1, DD2, DD3…DDN.». раздельно расположенные элементы обозначаются как DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. На рисунке 2 показано, что микросхема К155ЛА3 состоит из 4 частей 2И-НЕ. Как уже говорилось во 2-ой части статьи слева размещены входные выводы, справа — выходы.

Забугорным аналогом К155ЛА3 является микросхема SN7400 и ее смело можно использовать для всех обрисованных ниже тестов. Если сказать поточнее, то вся серия микросхем К155 является аналогом забугорной серии SN74, потому торговцы на радиорынках предлагают конкретно ее.

Логические микросхемы. Часть 3

Набросок 2. Цоколевка микросхемы К155ЛА3.

Для проведения опытов с микросхемой пригодится источник питания на напряжение 5В. Проще всего таковой источник сделать, применив микросхему стабилизатора К142ЕН5А либо ее ввезенный вариант, который именуется 7805. При всем этом совсем необязательно мотать трансформатор, паять мостик, ставить конденсаторы. Ведь всегда найдется какой-либо китайский сетевой адаптер с напряжением 12В, к которому довольно подсоединить 7805, как показано на рисунке 3.

Логические микросхемы. Часть 3

Набросок 3. Обычный источник питания для опытов.

Для проведения опытов с микросхемой пригодится сделать маленьких размеров макетную плату. Она представляет собой кусочек гетинакса, стеклотекстолита либо другого схожего изоляционного материала размерами 100*70 мм. Подойдет для схожих целей даже обычная фанера либо плотный картон.

Повдоль длинноватых сторон платы следует укрепить облуженные проводники, шириной около 1,5 мм, через которые к микросхемам будет подаваться питание (шины питания). Меж проводниками по всей площади макетной платы следует просверлить отверстия поперечником менее 1 мм.

При проведении опытов в их будет можно вставлять отрезки луженого провода, к которым будут припаиваться конденсаторы, резисторы и остальные радиодетали. По углам платы следует сделать низкие ножки, это даст возможность располагать провода снизу. Конструкция макетной платы показана на рисунке 4.

Логические микросхемы. Часть 3

Набросок 4. Макетная плата.

После того, как макетная плата будет готова, можно приступать к опытам. Для этого на ней следует установить хотя бы одну микросхему К155ЛА3: выводы 14 и 7 припаять к шинам питания, а другие выводы согнуть так, чтоб они прилегали к плате.

До этого, чем начинать опыты следует проверить надежность пайки, корректность подключения питающего напряжения (подключение напряжения питания в оборотной полярности может вывести микросхему из строя), также проверить, нет ли замыкания меж примыкающими выводами. После этой проверки можно включать питание и приступать к опытам.

Для проведения измерений идеальнее всего подойдет стрелочный вольтметр, входное сопротивление которого более 10Ком/В. Такому требованию полностью удовлетворяет хоть какой тестер, даже дешевенький китайский. Почему лучше стрелочный? Поэтому, что, следя за колебаниями стрелки, можно увидеть импульсы напряжения, естественно довольно низкой частоты. Цифровой мультиметр таковой способностью не обладает. Все измерения должны проводиться относительно «минуса» источника питания.

После того, как питание включено, померяйте напряжение на всех выводах микросхемы: на входных выводах 1 и 2, 4 и 5, 9 и 10, 12 и 13 напряжение должно быть 1,4В. А на выходных выводах 3, 6, 8, 11 около 0,3В. Если все напряжения находятся в обозначенных границах, то микросхема исправна.

Логические микросхемы. Часть 3

Набросок 5. Обыкновенные опыты с логическим элементом.

Проверку работы логического элемента 2И-НЕ можно начать, к примеру, с первого элемента. Его входные выводы 1 и 2, а выход 3. Для того, чтоб подать на вход сигнал логического нуля довольно этот вход просто подсоединить к минусовому (общему) проводу источника питания. Если же на вход требуется подать логическую единицу, то этот вход следует подключить к шине +5В, но не впрямую, а через ограничительный резистор сопротивлением 1…1,5КОм.

Представим, что мы соединили вход 2 с общим проводом,- тем, подав на него логический нуль, а на вход 1 подали логическую единицу, как что было обозначено через ограничительный резистор R1. Это соединение показано на рисунке 5а. Если при таком подключении измерить напряжение на выходе элемента, то вольтметр покажет 3,5…4,5В, что соответствует логической единице. Логическую же единицу даст измерение напряжения на выводе 1.

Это стопроцентно совпадает с тем, что было показано во 2-ой части статьи на примере релейно — контактной схемы 2И-НЕ. По результатам проведенных измерений можно сделать последующий вывод: когда на одном из входов элемента 2И-НЕ высочайший уровень, а на другом маленький, на выходе непременно находится высочайший уровень.

Дальше проделаем последующий опыт — подадим единицу на оба входа сходу, как обозначено на рисунке 5б, но один из входов, к примеру 2, соединим с общим проводом при помощи проволочной перемычки. (Для схожих целей идеальнее всего использовать обыденную швейную иголку, припаянную на гибкий проводок). Если на данный момент померить напряжение на выходе элемента, то, как и в прошлом случае, там будет логическая единица.

Не прерывая измерения, уберем проволочную перемычку, — вольтметр покажет высочайший уровень на выходе элемента. Это стопроцентно соответствует логике работы элемента 2И-НЕ, в чем можно убедиться, обратившись к контактной схеме во 2-ой части статьи, также посмотрев в таблицу истинности, показанную там же.

Если сейчас этой перемычкой замыкать временами на общий провод хоть какой из входов, имитируя подачу низкого и высочайшего уровня, то при помощи вольтметра на выходе можно найти импульсы напряжения — стрелка будет колебаться в такт касаниям перемычкой входа микросхемы.

Из проведенных опытов можно сделать последующие выводы: напряжение малого уровня на выходе появится только в этом случае, когда на обоих входах находится высочайший уровень, другими словами по входам производится условие 2И. Если же хоть на одном из входов находится логический нуль, на выходе имеется логическая единица, можно повторить, что логика работы микросхемы стопроцентно соответствует логике работы контактной схемы 2И-НЕ, рассмотренной во 2-ой части статьи.

Вот здесь уместно сделать очередной опыт. Смысл его в том, чтоб отключить все входные выводы, просто бросить их в «воздухе» и померить выходное напряжение элемента. Что там будет? Верно, там будет напряжение логического нуля. Это гласит о том, что неподключенные входы логических частей эквивалентны входам с поданной на их логической единицей. Об этой особенности забывать не следует, хотя неиспользуемые входы, обычно, рекомендуется куда-нибудь подключать.

На рисунке 5в показано как логический элемент 2И-НЕ можно перевоплотить просто в инвертор. Для этого довольно соединить совместно оба его входа. (Даже если входов будет четыре либо восемь, схожее соединение полностью допустимо).

Чтоб убедиться в том, что сигнал на выходе имеет значение обратное сигналу на входе, довольно входы при помощи проволочной перемычки соединить с общим проводом, другими словами подать на вход логический нуль. При всем этом вольтметр, присоединенный к выходу элемента, покажет логическую единицу. Если же перемычку разомкнуть, то на выходе появится напряжение малого уровня, что как раз обратно входному.

Этот опыт гласит о том, что работа инвертора стопроцентно эквивалентна работе контактной схемы НЕ, рассмотренной во 2-ой части статьи. Таковы в целом волшебные характеристики микросхемы 2И-НЕ. Чтоб ответить на вопрос, как все это происходит, следует разглядеть электронную схему элемента 2И-НЕ.

Внутреннее устройство элемента 2И-НЕ

До сего времени мы рассматривали логический элемент на уровне его графического обозначения, принимая его, как молвят в арифметике за «черный ящик»: не вдаваясь в подробности внутреннего устройства элемента, мы изучили его реакцию на входные сигналы. Сейчас пришло время изучить внутреннее устройство нашего логического элемента, которое показано на рисунке 6.

Логические микросхемы. Часть 3

Набросок 6. Электронная схема логического элемента 2И-НЕ.

Схема содержит четыре транзистора структуры n-p-n, три диодика и 5 резисторов. Меж транзисторами существует конкретная связь (без разделительных конденсаторов), что позволяет им работать с неизменными напряжениями. Выходная нагрузка микросхемы условно показана в виде резистора Rн. По сути это в большинстве случаев вход либо несколько входов таких же цифровых микросхем.

1-ый транзистор многоэмиттерный. Конкретно он делает входную логическую операцию 2И, а последующие за ним транзисторы делают усиление и инвертирование сигнала. Микросхемы, выполненные по схожей схеме, именуются транзисторно-транзисторной логикой, сокращенно ТТЛ.

В этой аббревиатуре отражен тот факт, что входные логические операции и следующее усиление и инвертирование производятся транзисторными элементами схемы. Не считая ТТЛ существует еще диодно-транзисторная логика (ДТЛ), входные логические каскады которой выполнены на диодиках, расположенных, естественно снутри микросхемы.

Логические микросхемы. Часть 3

Набросок 7.

На входах логического элемента 2И-НЕ меж эмиттерами входного транзистора и общим проводом установлены диоды VD1 и VD2. Их предназначение защитить вход от напряжения отрицательной полярности, которое может появиться в итоге самоиндукции частей монтажа при работе схемы на больших частотах, или просто подано по ошибке от наружных источников.

Входной транзистор VT1 включен по схеме с общей базой, а его нагрузкой служит транзистор VT2, который имеет две нагрузки. В эмиттере это резистор R3, а в коллекторе R2. Таким макаром, выходит фазоинвертор для выходного каскада на транзисторах VT3 и VT4, что принуждает работать их в противофазе: когда закрыт VT3, открыт VT4 и напротив.

Представим, что на оба входа элемента 2И-НЕ подан малый уровень. Для этого довольно легко соединить эти входы с общим проводом. В данном случае транзистор VT1 будет открыт, что повлечет за собой закрытие транзисторов VT2 и VT4. Транзистор же VT3 окажется в открытом состоянии и через него и диодик VD3 ток течет в нагрузку — на выходе элемента состояние высочайшего уровня (логическая единица).

В этом случае, если на оба входа подать логическую единицу транзистор VT1 закроется, что приведет к открытию транзисторов VT2 и VT4. За счет их открытия транзистор VT3 закроется и ток через нагрузку закончится. На выходе элемента устанавливается нулевое состояние либо напряжение малого уровня.

Напряжение малого уровня обосновано падением напряжения на переходе коллектор — эмиттер открытого транзистора VT4 и согласно техническим условиям не превосходит 0,4В.

Напряжение высочайшего уровня на выходе элемента меньше, чем напряжение питания на величину падения напряжения на открытом транзисторе VT3 и диодике VD3 в этом случае, когда транзистор VT4 закрыт. Напряжение высочайшего уровня на выходе элемента находится в зависимости от нагрузки, но не должно быть наименее 2,4В.

Если на входы элемента, соединенные совместно, подать очень медлительно изменяющееся напряжение, меняющееся от 0…5в, то можно проследить что переход элемента из высочайшего уровня в маленький происходит скачкообразно. Этот переход производится тогда, когда напряжение на входах добивается уровня приблизительно 1,2В. Такое напряжение для 155 — й серии микросхем именуется пороговым.

На этом можно считать общее знакомство с элементом 2И-НЕ законченным. В последующей части статьи мы познакомимся с устройством разных простых устройств, таких как разные генераторы и формирователи импульсов.

Борис Алалдышкин

Продолжение статьи: Логические микросхемы. Часть 4.