Legendaariset analogiset sirut

Mikroelektronisten komponenttien nykyaikaisilla markkinoilla esiteltyjen monien sirujen joukossa on todellisia legendoja, jotka ovat perustellusti saaneet hyvän maineen. Tässä artikkelissa keskitymme neljään tällaiseen legendaariseen analogiseen mikropiiriin, nimittäin: NE555, A741, TL431 ja LM311.

Integroitu ajastin NE555

Analoginen integroitu piiri NE555 on yleinen ajastin. Se toimii menestyksekkäästi monissa nykyaikaisissa elektronisissa piireissä tuottamaan toistuvia tai yksittäisiä pulsseja vakioaikaominaisuuksilla. Siru on olennaisesti asynkroninen RS-liipaisinjoilla on erityiset tulokynnykset, jotka sisäiset analogiset vertailijat määrittelevät tarkasti ja tarkka jännitteenjakaja.

Mikropiirin integroitu rakenne sisältää 23 transistoria, 16 vastuksia ja 2 diodia. NE555 on edelleen saatavana erilaisissa pakkauksissa, mutta se on suosituin DIP-8 ja SO-8 tapauksissa, ja se on tässä muodossa, että se löytyy monilta levyiltä. Kotimaiset valmistajat tuottavat tämän ajastimen analogeja nimellä KR1006VI1.

NE555-sirun historia alkaa vuonna 1970, kun amerikkalaisen mikroelektroniikkayhtiö Signeticsin työntekijä, joka on PLL-piirien asiantuntija, Hans Kamensind viritti PLL: n VCO: n kanssa, jonka taajuus oli nyt riippumaton jännitteestä, potkut talouskriisin vuoksi.

Tätä kehitystä kutsuttiin myöhemmin NE566: ksi, ja se sisälsi kaikki tulevan NE555-ajastimen elementit, mukaan lukien vertailijat, jännitteenjakajaliipaisin ja avain. Piiri voisi tuottaa kolmion muotoisia pulsseja sisäisen jakajan asettamalla amplitudilla ja ulkoisen RC-piirin asettamalla taajuudella.

Hans Kamensind myi kehitystyönsä Signeticsille ja tarjosi sitten tarkentaa sitä odottavalle multivibraattorille - yhdelle pulssigeneraattorille. Ideaa ei tuettu heti, mutta Signeticsin myyntipäällikkö Art Fury vaati, ja projekti hyväksyttiin. Tulevan sirun nimi oli NE555 (NE SigNEticsiltä).

Ajastimen tarkennus ja virheenkorjaus kestivät vielä useita kuukausia, ja lopulta vuonna 1971 NE555: n myynti kahdeksanastaisessa kotelossa alkoi hinnalla 75 senttiä. Nykyään melkein kaikki suuret elektroniikkakomponenttien valmistajat ovat saatavana alkuperäisen NE555 toiminnallisia analogeja moninaisina bipolaarisina ja CMOS-versioina.

Harkitse nyt integroidun NE555-ajastimen päätelmien tarkoitusta. Tämän avulla lukija ymmärtää syyn, miksi tämä siru on saavuttanut valtavan suosion sekä asiantuntijoiden että radioamatöörien keskuudessa.

• Ensimmäinen johtopäätös on maa. Se on kytketty virtalähteen negatiiviseen johtoon.

• Toinen johtopäätös on laukaista. Kun tämän navan jännite on pienempi kuin 1/3 syöttöjännitteestä, ajastin käynnistyy. Samaan aikaan tämän tulon kuluttama virta ei ylitä 500 nA.

• Kolmas päätelmä on tie ulos. Kun ajastin on päällä, tämän navan jännite on 1,7 volttia pienempi kuin syöttöjännite ja tämän navan maksimivirta saavuttaa 200 mA.

• Neljäs päätelmä nollataan. Kun matalajännite syötetään tähän ulostuloon, alle 0,7 volttia, mikropiiri palaa alkuperäiseen tilaansa. Jos palautusta piirin käytön aikana ei tarvita, tämä lähtö kytketään yksinkertaisesti mikrosirun virtalähteen plussana.

• Viides päätelmä on hallinta. Tämä lähtö on referenssijännitteen alapuolella ja kytketty ensimmäisen vertailijan käänteiseen tuloon.

• Kuudes päätelmä on kynnys, lopeta. Kun jännite, joka on yli 2/3 syöttöjännitteestä, syötetään tähän ulostuloon, ajastin pysähtyy ja sen lähtö asetetaan lepotilaan.

• Seitsemäs päätelmä on vastuuvapaus. Kun mikrosirun lähtötaso on alhainen, tämä mikrosirun sisällä oleva tappi on kytketty maahan, ja kun mikrosirun lähtö on korkea, tämä tappi irtoaa maasta. Tämä nasta pystyy kestämään jopa 200 mA: n virran.

• Kahdeksas päätelmä on ravitsemus. Tämä nasta on kytketty mikropiirin virtalähteen positiiviseen johtoon, jonka jännite voi olla 4,5-16 volttia.

NE555-sirua on käytetty laajasti monipuolisuudensa vuoksi. Sen perusteella rakennetaan generaattoreita, modulaattoreita, aikareleitä, kynnyslaitteita ja monia muita erilaisten elektronisten laitteiden solmuja, joiden laajuutta rajoittaa vain insinöörien ja kehittäjien mielikuvitus ja luova lähestymistapa.

Esimerkkejä ratkaistavista tehtävistä ovat: viestintälinjoilla vääristyneen digitaalisen signaalin palauttaminen, chattailusuodattimet, virtalähteiden kytkentä, automaattisen ohjausjärjestelmän on-off-ohjaimet, PWM-ohjaimet, ajastimet ja paljon muuta.

Lisämateriaalia sirusta NE555:

555 Integroitu ajastin - Kulje käyttöturvallisuustiedotteen läpi

555 integroitua ajastinsuunnittelua

Vesivuotojen suojalohko

PWM - ohjain, joka perustuu integroituun ajastimeen NE555 ajastimeen LEDien himmentämiseksi

Operaatiovahvistin uA741

uA741 on bipolaaritransistoreihin perustuva operaatiovahvistin. Tämä toisen sukupolven operaatiovahvistin, jonka Fairchild Semiconductor -insinööri David Fullagar kehitti vuonna 1968, on LM101-operaatiovahvistimen modifikaatio, joka vaati ulkoisen taajuudenkorjauskondensaattorin. UA741: n mukaan ulkoista kondensaattoria ei enää tarvita, koska tässä se asennetaan heti itse sirulle.

UA741: n ominaisuudet olivat täydelliset tuohon aikaan, ja mikrosirun helppo käyttö auttoi sen laajaa käyttöä. Joten uA741: stä on tullut yleinen vakiovahvistin, ja tähän päivään mennessä sen analogia tuottavat monet mikroelektronisten komponenttien valmistajat, esimerkiksi: AD741, LM741 ja kotimainen analogi - K140UD7. Nämä mikrosirut ovat saatavana sekä DIP- että sirupaketeina.

Operaatiovahvistimien ytimessä on sama periaate, erot ovat vain rakenteessa. Toisen ja seuraavan sukupolven operaatiovahvistimet sisältävät seuraavat toiminnalliset lohkot:

• Tuloaste on differentiaalinen vahvistin, joka tarjoaa vahvistusta korkealla tuloimpedanssilla ja alhaisella kohinatasolla.

• Suurjännitevahvistimen taajuusvaste laskee kuten yksinapaisella alipäästösuodimella. Tämä ei ole ero, ainoa tie.

• Lähtöaste (vahvistin), joka antaa suuren kuormituskapasiteetin, alhaisen lähtövastuksen ja suojaa oikosululta ja lähtövirran rajoituksilta.

Integroitu 30 pF -kondensaattori tarjoaa taajuudesta riippuvan negatiivisen takaisinkytkennän, joka lisää operaatiovahvistimen vakautta työskennellessä ulkoisen takaisinkytkennän kanssa. Tämä on ns. Miller-kompensointi, joka toimii melkein kuin operaatiovahvistimeen rakennettu integraattori. Taajuuden kompensointi antaa operaatiovahvistimelle ehdottoman vakauden monissa olosuhteissa ja siten yksinkertaistaa sen käyttöä monissa elektronisissa laitteissa.

Lähtövaiheessa uA741 on vastus, jonka resistanssi on 25 ohmia, joka toimii virta-anturina. Yhdessä transistorin Q17 kanssa tämä vastus rajoittaa emitterin seuraajan Q14 virran noin 25 mA: iin. Push-pull-lähtövaiheen alavartassa virranrajoituksen Q20-transistorin läpi suorittaa virran mittaus transistorin Q19 emitterin läpi ja Q15: n kantaan virtaavan virran myöhempi rajoittaminen. UA741-piirin nykyaikaisemmissa modifikaatioissa voidaan käyttää menetelmiä lähtövirran rajoittamiseksi, jotka ovat hiukan erilaisia ​​kuin tässä kuvatut.

Sirulla on kaksi offset-lähtöä tasapainottamista varten, jolloin voit säätää operaatiovahvistimen tulon esijännityksen tarkalleen nollaan. Tätä tarkoitusta varten voidaan käyttää ulkoista potentiometriä. Mikropiirin syöttöjännite voi olla välillä + -18 - + -22 volttia, modifikaatiosta riippuen, mutta suositeltava alue on + -5 - + -15 volttia.

Katso myös tästä aiheesta:

Mitä ovat operaatiovahvistimet?

Palaute operaatiovahvistinpiirit

Palaute Operaatiovahvistinpiirit

Säädettävä jännitesäädin TL431

Texas Instruments toi markkinoille TL431: n vuonna 1978, ja se sijoitettiin tarkkuussäädettäväksi jännitesäätimeksi. Edellinen versio oli vähemmän tarkka TL430-siru. Nykyään monet valmistajat tuottavat TL431: ää merkinnöillä: LM431, KA431 ja sen kotimaista vastinetta - KR142EN19A.

TL431 on pääosin ohjattu zener-diodi, joka löytyy usein kolminastaisesta TO-92-paketista. Tämä siru voidaan ehkä nähdä minkä tahansa modernin taululla kytkentävirtalähteetainakin - toissijaisten piirien galvaanisen eristyksen kaaviossa.

Mikropiiri säädetään melko yksinkertaisesti: kun ohjauselektrodille syötetään jännitettä, joka on yli 2,5 voltin kynnysjännitteen, zener-diodin toimintaa suorittava sisäinen transistori siirtyy johtavaan tilaan.

Havaintojen merkitys käy ilmi vuokaaviosta:

• Ensimmäinen johtopäätös on ohjauselektrodi.

• Toinen johtopäätös - suorittaa zener-diodin anodin toiminnan.

• Kolmas johtopäätös - pelaa zener-diodin katodin roolia.

Katodin työjännite voi olla välillä 2,5-36 volttia, ja johtavan tilan virran ei tulisi olla yli 100 mA, kun taas ohjausvirta ei ylitä 4 μA. Sisäisen jännitereferenssin nimellisarvo on 2,5 volttia.

Mikropiiri on niin helppo konfiguroida ja käyttää, että se on jo löytänyt laajimman sovelluksen useissa elektronisissa laitteissa, aloittaen virtalähteiden kytkemisestä, jossa se toimii perinteisesti yhdessä optoerottimen kanssa ja päättyy valo- ja lämpötila-antureihin.

Nykyään on vaikea löytää kotitalouslaitetta mistä tahansa TL431: stä, tästä syystä tämä siru on saatavana monissa eri tapauksissa. Siksi TL431 on hieno rakentamaan palautepiirejä tämän käsitteen täysin eri puolilla.

Chip-käyttöesimerkkejä TL431:

Yksinkertainen lämpötilansäädin

Säädettävän zener-diodin TL431 osoittimet ja merkkivalot

Analoginen komparaattori LM311

National Semiconductor on valmistanut analogisen LM311-vertailijan vuodesta 1973 (23. syyskuuta 2011 lähtien yritys on ollut virallisesti osa Texas Instrumentsia). Tämän vertailijan kotimainen analogi on KR554CA3.

Tälle kiinteälle jännitevertailulle on ominaista erittäin pieni tulovirta (150 nA). Se on erityisesti suunniteltu käytettäväksi monenlaisissa syöttöjännitteissä: vakiona + - 15 V yksinapaiseen + 5 V, perinteinen digitaaliseen logiikkaan. Vertailulähtö on yhteensopiva TTL-, RTL-, DTL- ja MOS-tasojen kanssa.

Sen lähtövaihe avoimen kollektorin avulla antaa sinun ladata lähtö suoraan releeseen tai hehkulamppuun ja kytkeä virran jopa 50 mA: n jännitteellä jopa 50 V. Mikropiirin virrankulutus on vain 135 mW jännitteellä + -15 V. Tiedot LM311-vertailussa näytetään monia sen sovellusten tyypillisiä kaavioita.

Mikropiiri sisältää 20 vastusta, 22 bipolaarista transistoria, 1 kenttäefektitransistorin ja 2 diodia. LM311-tulo ja -lähtö voidaan eristää piirin maasta siten, että mikropiirin lähtöpiiri toimii maadoitetulla kuormalla tai virtalähteen negatiiviseen tai positiiviseen napaan kytketyllä kuormalla.

Vertailupiirissä on mahdollisuuksia tasapainottaa siirto ja portit, ja useiden LM311: n lähdöt voidaan kytkeä langallisella TAI-piirillä. Väärien positiivisten todennäköisyys tälle sirulle on hyvin pieni.

Lisämateriaalia aiheesta:

Kuinka analoginen vertailutila on järjestetty ja toimii

Komparaattoripiirit

Termostaatti kellariin vertailussa LM311