Fichas lógicas. Parte 3

Fichas lógicas. Parte 1

Fichas lógicas. Parte 2 - Puertas

Conoce el chip digital

En la segunda parte del artículo, hablamos sobre las designaciones gráficas condicionales de elementos lógicos y sobre las funciones realizadas por estos elementos.

Para explicar el principio de funcionamiento, se dieron circuitos de contacto que realizan las funciones lógicas de AND, OR, NOT y AND-NOT. Ahora puede comenzar a familiarizarse con los microcircuitos de la serie K155.

Apariencia y diseño

El elemento básico de la serie 155 es el chip K155LA3. Es una caja de plástico con 14 cables, en el lado superior del cual está marcado y una tecla que indica la primera salida del chip.

La clave es una pequeña marca redonda. Si observa el microcircuito desde arriba (desde el costado del caso), las conclusiones deben contarse en sentido antihorario y, si es desde abajo, en sentido horario.

En la Figura 1 se muestra un dibujo de la caja del microcircuito. Tal caja se llama DIP-14, que en traducción del inglés significa una caja de plástico con una disposición de pines de dos filas. Muchos microcircuitos tienen un mayor número de pines y, por lo tanto, el caso puede ser DIP-16, DIP-20, DIP-24 e incluso DIP-40.

Figura 1. Recinto DIP-14.

Lo que contiene este caso

En el paquete DIP-14 del microcircuito K155LA3 contiene 4 elementos independientes 2I-NOT. Lo único que los une son solo las conclusiones generales de energía: la salida 14 del microcircuito es + la fuente de energía, y el pin 7 es el polo negativo de la fuente.

Para no saturar el circuito con elementos innecesarios, las líneas de alimentación, por regla general, no se muestran. Esto tampoco se hace porque cada uno de los cuatro elementos 2I-NOT se puede ubicar en diferentes lugares del circuito. Por lo general, simplemente escriben en los circuitos: “+ 5V llevan a conclusiones 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V conducen a conclusiones 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN ". Los elementos ubicados por separado se designan como DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. La Figura 2 muestra que el chip K155LA3 consta de cuatro elementos 2I-NOT. Como ya se mencionó en la segunda parte del artículo, las conclusiones de entrada se encuentran a la izquierda y las salidas a la derecha.

El análogo extraño de K155LA3 es el chip SN7400 y puede usarse de manera segura para todos los experimentos que se describen a continuación. Para ser más precisos, toda la serie de chips K155 es un análogo de la serie SN74 extranjera, por lo que los vendedores en los mercados de radio ofrecen exactamente eso.

Figura 2. El pinout del chip K155LA3.

Para realizar experimentos con un microcircuito, necesitará fuente de alimentación Voltaje de 5V. La forma más fácil de crear una fuente de este tipo es utilizando el chip estabilizador K142EN5A o su versión importada, que se llama 7805. En este caso, no es necesario enrollar el transformador, soldar el puente ni instalar condensadores. Después de todo, siempre habrá algún adaptador de red chino con un voltaje de 12V, al que es suficiente para conectar el 7805, como se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Una fuente de energía simple para experimentos.

Para realizar experimentos con el microcircuito, deberá hacer una placa de prueba de tamaño pequeño. Es una pieza de getinax, fibra de vidrio u otro material aislante similar con dimensiones de 100 * 70 mm. Incluso madera contrachapada simple o cartón grueso es adecuado para tales fines.

A lo largo de los lados largos de la placa, los conductores estañados deben reforzarse con un grosor de aproximadamente 1,5 mm, a través del cual se suministrará energía a los microcircuitos (buses de energía). Entre conductores en toda el área de la placa de pruebas, taladre agujeros con un diámetro de no más de 1 mm.

Al realizar experimentos, será posible insertar pedazos de alambre estañado en ellos, a los que se soldarán condensadores, resistencias y otros componentes de radio. En las esquinas del tablero, debe hacer patas bajas, esto permitirá colocar los cables desde abajo.El diseño de la placa se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Tablero de desarrollo.

Una vez que el tablero esté listo, puede comenzar a experimentar. Para hacer esto, se debe instalar al menos un chip K155LA3 en él: suelde los pines 14 y 7 a los buses de alimentación y doble los pines restantes para que queden en el tablero.

Antes de comenzar los experimentos, debe verificar la confiabilidad de la soldadura, la conexión correcta del voltaje de suministro (conectar el voltaje de suministro en la polaridad inversa puede dañar el microcircuito), y también verificar si hay un cortocircuito entre terminales adyacentes. Después de esta comprobación, puede encender la alimentación y comenzar los experimentos.

El más adecuado para mediciones voltímetro de marcacióncuya impedancia de entrada es al menos 10K / V. Cualquier probador, incluso chino barato, satisface completamente este requisito.

¿Por qué es mejor cambiar? Porque, observando las fluctuaciones de la flecha, puede notar los pulsos de voltaje, por supuesto, una frecuencia suficientemente baja. Un multímetro digital no tiene esta capacidad. Todas las mediciones deben realizarse en relación con el "menos" de la fuente de energía.

Después de encender la alimentación, mida el voltaje en todos los pines del microcircuito: en los pines de entrada 1 y 2, 4 y 5, 9 y 10, 12 y 13, el voltaje debe ser de 1.4V. Y en los terminales de salida 3, 6, 8, 11 aproximadamente 0.3V. Si todos los voltajes están dentro de los límites especificados, entonces el microcircuito está operativo.

Figura 5. Experimentos simples con un elemento lógico.

La prueba del funcionamiento del elemento lógico 2 Y NO se puede iniciar, por ejemplo, desde el primer elemento. Sus pines de entrada 1 y 2, y la salida 3. Para aplicar una señal lógica cero a la entrada, es suficiente simplemente conectar esta entrada al cable negativo (común) de la fuente de alimentación. Si se requiere la entrada de una unidad lógica, entonces esta entrada debe conectarse al bus + 5V, pero no directamente, sino a través de una resistencia limitadora con una resistencia de 1 ... 1.5 KOhm.

Supongamos que conectamos la entrada 2 a un cable común, proporcionándole un cero lógico, y a la entrada 1 alimentamos una unidad lógica, como se indicó a través de la resistencia terminal R1. Esta conexión se muestra en la Figura 5a. Si, con dicha conexión, se mide el voltaje en la salida del elemento, el voltímetro mostrará 3.5 ... 4.5V, que corresponde a una unidad lógica. La unidad lógica dará una medida de voltaje en el pin 1.

Esto coincide completamente con lo que se mostró en la segunda parte del artículo sobre el ejemplo del circuito de contacto de relé 2I-NOT. Según los resultados de las mediciones, se puede llegar a la siguiente conclusión: cuando una de las entradas del elemento 2AND NO es alta y la otra es baja, la salida está necesariamente presente en un nivel alto.

A continuación, haremos el siguiente experimento: suministraremos una unidad a ambas entradas a la vez, como se indica en la Figura 5b, pero conectaremos una de las entradas, por ejemplo 2, a un cable común utilizando un puente de cable. (Para tales propósitos, es mejor usar una aguja de coser regular soldada a un cableado flexible). Si ahora medimos el voltaje en la salida del elemento, entonces, como en el caso anterior, habrá una unidad lógica.

Sin interrumpir las mediciones, retiramos el puente de alambre: el voltímetro mostrará un nivel alto en la salida del elemento. Esto es totalmente coherente con la lógica del elemento 2I-NOT, que puede verificarse consultando el diagrama de contacto en la segunda parte del artículo, así como mirando la tabla de verdad que se muestra allí.

Si este puente está ahora cerrado periódicamente al cable común de cualquiera de las entradas, simulando un suministro de bajo y alto nivel, entonces, utilizando un voltímetro, la salida puede detectar pulsos de voltaje: la flecha oscilará a tiempo con el puente tocando la entrada del microcircuito.

De los experimentos se pueden sacar las siguientes conclusiones: el voltaje de bajo nivel en la salida aparece solo cuando ambas entradas tienen un nivel alto, es decir, la condición 2I se cumple en las entradas.Si al menos una de las entradas contiene un cero lógico, la salida tiene una unidad lógica, podemos repetir que la lógica del microcircuito es totalmente coherente con la lógica del circuito de contacto 2I-NO considerado en segunda parte del artículo.

Aquí es apropiado hacer un experimento más. Su significado es apagar todos los pines de entrada, simplemente dejarlos en el "aire" y medir el voltaje de salida del elemento. ¿Qué habrá allí? Así es, habrá un voltaje cero lógico. Esto sugiere que las entradas no conectadas de los elementos lógicos son equivalentes a las entradas con la unidad lógica aplicada a ellas. No debe olvidarse de esta característica, aunque generalmente se recomienda que las entradas no utilizadas se conecten en algún lugar.

La figura 5c muestra cómo un elemento lógico 2I-NOT simplemente puede convertirse en un inversor. Para hacer esto, solo conecte sus dos entradas. (Incluso si hay cuatro u ocho entradas, dicha conexión es aceptable).

Para asegurarse de que la señal en la salida tenga un valor opuesto a la señal en la entrada, es suficiente conectar las entradas con un puente de cable a un cable común, es decir, aplicar un cero lógico a la entrada. En este caso, un voltímetro conectado a la salida del elemento mostrará una unidad lógica. Si abre el puente, aparecerá un voltaje de bajo nivel en la salida, que es exactamente lo contrario del voltaje de entrada.

Esta experiencia sugiere que el inversor es totalmente equivalente al funcionamiento del circuito de contacto NO considerado en la segunda parte del artículo. Tales son las propiedades generalmente maravillosas del chip 2I-NOT. Para responder a la pregunta de cómo sucede todo esto, debe considerar el circuito eléctrico del elemento 2I-NOT.

La estructura interna del elemento 2 NO es

Hasta ahora, hemos considerado un elemento lógico a nivel de su designación gráfica, tomándolo, como dicen en matemáticas, como una "caja negra": sin entrar en detalles de la estructura interna del elemento, examinamos su respuesta a las señales de entrada. Ahora es el momento de estudiar la estructura interna de nuestro elemento lógico, que se muestra en la Figura 6.

Figura 6. El circuito eléctrico del elemento lógico 2I-NOT.

El circuito contiene cuatro transistores de la estructura n-p-n, tres diodos y cinco resistencias. Existe una conexión directa entre los transistores (sin condensadores de aislamiento), lo que les permite trabajar con voltajes constantes. La carga de salida del chip se muestra convencionalmente como una resistencia Rн. De hecho, esta suele ser la entrada o varias entradas de los mismos circuitos digitales.

El primer transistor es multi-emisor. Es él quien realiza la operación lógica de entrada 2I, y los siguientes transistores realizan la amplificación e inversión de la señal. Los microcircuitos hechos de acuerdo con un esquema similar se denominan lógica transistor-transistor, abreviada como TTL.

Esta abreviatura refleja el hecho de que las operaciones lógicas de entrada y la subsiguiente amplificación e inversión son realizadas por elementos transistores del circuito. Además de TTL, también hay lógica de diodo-transistor (DTL), cuyas etapas lógicas de entrada se realizan en diodos ubicados, por supuesto, dentro del microcircuito.

Figura 7

En las entradas del elemento lógico 2I-NOT entre los emisores del transistor de entrada y el cable común, se instalan los diodos VD1 y VD2. Su propósito es proteger la entrada del voltaje de polaridad negativa, que puede ocurrir como resultado de la autoinducción de los elementos de montaje cuando el circuito opera a altas frecuencias, o simplemente archivado por error de fuentes externas.

El transistor de entrada VT1 está conectado de acuerdo con el esquema con una base común, y su carga es el transistor VT2, que tiene dos cargas. En el emisor, esta es la resistencia R3, y en el colector R2. Por lo tanto, se obtiene un inversor de fase para la etapa de salida en los transistores VT3 y VT4, que los hace trabajar en antifase: cuando VT3 está cerrado, VT4 está abierto y viceversa.

Suponga que ambas entradas del elemento 2 NO reciben un nivel bajo. Para hacer esto, simplemente conecte estas entradas a un cable común.En este caso, el transistor VT1 estará abierto, lo que implicará el cierre de los transistores VT2 y VT4. El transistor VT3 estará en estado abierto y, a través de él y del diodo VD3, la corriente fluye hacia la carga; en la salida del elemento hay un estado de alto nivel (unidad lógica).

En ese caso, si la unidad lógica se aplica a ambas entradas, el transistor VT1 se cierra, lo que conducirá a la apertura de los transistores VT2 y VT4. Debido a su apertura, el transistor VT3 se cierra y la corriente a través de la carga se detiene. En la salida del elemento, se establece un estado cero o bajo voltaje.

El bajo nivel de voltaje se debe a una caída de voltaje en la unión colector - emisor del transistor abierto VT4 y, según las especificaciones, no excede 0.4V.

El voltaje de alto nivel en la salida del elemento es menor que el voltaje de suministro por la magnitud de la caída de voltaje a través del transistor abierto VT3 y el diodo VD3 en el caso en que el transistor VT4 está cerrado. El alto nivel de voltaje en la salida del elemento depende de la carga, pero no debe ser inferior a 2.4V.

Si se aplica un voltaje que varía muy lentamente, que varía de 0 ... 5V, a las entradas de un elemento conectado entre sí, entonces se puede ver que la transición del elemento de un nivel alto a uno bajo se produce paso a paso. Esta transición se realiza en el momento en que el voltaje en las entradas alcanza un nivel de aproximadamente 1.2V. Tal voltaje para la 155a serie de microcircuitos se llama umbral.

Esto puede considerarse un conocimiento general del elemento 2I-NOT completo. En la siguiente parte del artículo, nos familiarizaremos con el dispositivo de varios dispositivos simples, como varios generadores y formadores de pulso.

Boris Alaldyshkin

Continuación del artículo: Fichas lógicas. Parte 4

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