Legendarni analogni čipovi

Među brojnim čipovima predstavljenim na suvremenom tržištu mikroelektronskih komponenti, postoje i prave legende koje su s pravom zaslužile svoj visoki ugled. U ovom ćemo se članku usredotočiti na četiri takva legendarna analogna mikrocirkula, naime: NE555, A741, TL431 i LM311.

Integrirani tajmer NE555

Analogni integrirani krug NE555 je univerzalni tajmer. Uspješno služi u mnogim modernim elektronskim krugovima za proizvodnju ponavljajućih ili pojedinačnih impulsa sa karakteristikama stalnog vremena. Čip je u osnovi asinkroni RS okidačs određenim ulaznim pragovima koji su precizno definirani unutarnjim analognim usporednicima i točnim razdjelnikom napona.

Integrirana struktura mikrokruge uključuje 23 tranzistora, 16 otpornika i 2 diode. NE555 je i dalje dostupan u raznim paketima, ali je najpopularniji u slučajevima DIP-8 i SO-8 i upravo se u ovom obliku može naći na mnogim pločama. Domaći proizvođači proizvode analoge ovog timera pod imenom KR1006VI1.

Povijest čipa NE555 počinje 1970. kada je Hans Kamensind, zaposlenik američke mikroelektroničke tvrtke Signetics, stručnjak za PLL sklopove, otklonio PLL s VCO, čija frekvencija sada nije bila ovisna o naponu, ispalila zbog ekonomske krize.

Taj se razvoj kasnije nazvao NE566 i sadržavao je sve elemente budućeg časovnika NE555, uključujući usporednike, razdjelnik naponaokidač i tipka. Krug može generirati trokutaste impulse s amplitudom postavljenom unutarnjim razdjelnikom i frekvencijom postavljenom vanjskim RC krugom.

Hans Kamensind je svoj razvoj prodao kompaniji Signetics, a zatim ponudio da je rafinira na multivibratoru koji čeka, jedinom generatoru impulsa. Ideja nije odmah podržana, ali menadžer prodaje kompanije Signetics, Art Fury, inzistirao je i projekt je odobren, budući čip nazvan je NE555 (NE iz tvrtke SigNEtics).

Poboljšanje i uklanjanje pogrešaka vremena uključivalo je još nekoliko mjeseci, a napokon je 1971. započela prodaja NE555 u 8-polnom kućištu po cijeni od 75 centi. Danas su funkcionalni analozi originalnog NE555 dostupni u raznim bipolarnim i CMOS verzijama gotovo svih velikih proizvođača elektroničkih komponenti.

Sada razmotrite svrhu zaključaka integriranog časovnika NE555, ovo će omogućiti čitatelju da razumi razlog zašto je ovaj čip stekao ogromnu popularnost i među stručnjacima i među ljubiteljima radioamatera.

• Prvi zaključak je zemlja. Povezan je s negativnom žicom izvora napajanja.

• Drugi zaključak je okidač. Kad je napon na ovom pinu niži od 1/3 napona napajanja, uključuje se timer. Istovremeno, struja potrošena ovim ulazom ne prelazi 500 nA.

• Treći zaključak je izlaz. Kad je tajmer uključen, napon na ovom priključku je 1,7 volti manji od napona napajanja, a maksimalna struja ovog terminala doseže 200 mA.

• Četvrti zaključak je resetiran. Kad se naponu niske razine dovede na ovaj izlaz, ispod 0,7 volta, mikrovezje se vraća u prvobitno stanje. Ako resetiranje tijekom rada u krugu nije potrebno, ovaj se izlaz jednostavno povezuje s plusom napajanja mikro kruga.

• Peti zaključak je kontrola. Ovaj je izlaz ispod referentnog napona i povezan je s invertirajućim ulazom prvog komparatora.

• Šesti zaključak je prag, stop. Kad se naponu većem od 2/3 napona napaja na ovaj izlaz, odbrojavač će se zaustaviti i njegov će se izlaz dovesti u stanje mirovanja.

• Sedmi zaključak je iscjedak. Kad je izlazna razina mikro kruga niska, taj se pin unutar mikro kruga spaja sa zemljom, a kada je izlaz mikro kruga visok, taj se pinov odvaja od zemlje. Ovaj pin može izdržati struje do 200 mA.

• Osmi zaključak je prehrana. Ovaj je pin povezan s pozitivnom žicom izvora napajanja mikro kruga, čiji napon može biti od 4,5 do 16 volti.

Čip NE555 široko se koristio zbog svoje svestranosti. Na njegovoj osnovi grade se generatori, modulatori, vremenski releji, pragovi i mnogi drugi čvorovi razne elektroničke opreme, čija je raznolikost ograničena samo maštom i kreativnim pristupom inženjera i programera.

Primjeri zadataka koje treba riješiti su: funkcija vraćanja digitalnog signala iskrivljenog u komunikacijskim linijama, brbljajući filtri, prebacivanje napajanja, prekidača za isključivanje u automatskim upravljačkim sustavima, PWM kontrolera, tajmera i još mnogo toga.

Dodatni materijali o čipu NE555:

555 Integrirani tajmer - Putovanje kroz podatkovni list

555 integrirani vremenski dizajni

Blok za zaštitu od curenja vode

PWM - kontroler zasnovan na NE555 integriranom timeru za zatamnjenje LED

Operativno pojačalo uA741

uA741 je operativno pojačalo bazirano na bipolarnim tranzistorima. Ovo operativno pojačalo druge generacije, koje je 1968. godine razvio Fairchild Semiconductor inženjer David Fullagar, modifikacija je operativnog pojačala LM101, za koji je bio potreban kondenzator za korekciju vanjske frekvencije. Po uA741, vanjski kondenzator više nije potreban, jer se ovdje odmah instalira na sam čip.

Karakteristike uA741 bile su savršene za to vrijeme, a lakoća korištenja čipa pridonijela je njegovoj širokoj upotrebi. Tako je uA741 postao univerzalno standardno operativno pojačalo, a do danas njegove analoge proizvode mnogi proizvođači mikroelektronskih komponenti, na primjer: AD741, LM741 i domaći analogni - K140UD7. Ti su mikro krugovi dostupni i u DIP i čipovima.

U središtu operativnih pojačala je isti princip, razlike su samo u strukturi. Operativni pojačivači druge i sljedeće generacije uključuju sljedeće funkcionalne blokove:

• Ulazni stupanj je diferencijalno pojačalo koje pruža pojačanje pri velikoj ulaznoj impedanciji i pri niskoj razini buke.

• Visokonaponsko pojačalo, frekvencijski odziv se smanjuje kao kod jednopolnog niskopropusnog filtra. Ovo nije razlika, jedini izlaz.

• Izlazna faza (pojačalo), koja daje visoku nosivost, nizak izlazni otpor i pruža zaštitu od kratkog spoja i ograničenja izlazne struje.

Integrirani kondenzator od 30 pF pruža negativnu povratnu vezu ovisnu o frekvenciji koja povećava stabilnost operativnog pojačala pri radu s vanjskim povratnim informacijama. Riječ je o takozvanoj Millerovoj kompenzaciji, koja djeluje gotovo poput integratora ugrađenog na operativno pojačalo. Nadoknada frekvencije daje bezuvjetnu stabilnost operativnog pojačala u širokom rasponu uvjeta i time pojednostavljuje njegovu upotrebu u širokom rasponu elektroničkih uređaja.

U izlaznom stupnju uA741 nalazi se otpornik s otporom 25 ohma, koji služi kao senzor struje. Zajedno s tranzistorom Q17, ovaj otpornik ograničava struju pratilaca Q14 na oko 25 mA. U donjem kraku izlazne faze push-pull, ograničavanje struje kroz tranzistor Q20 provodi: mjerenje struje kroz emiter tranzistora Q19 i naknadno ograničavanje struje koja teče do baze Q15. U modernijim modifikacijama sklopa uA741 mogu se koristiti metode ograničavanja izlazne struje neznatno različite od ovdje opisanih.

Čip ima dva offset izlaza za balansiranje, što vam omogućuje podešavanje ulazne pristranosti operativnog pojačala na točno nulu. U tu se svrhu može koristiti vanjski potenciometar. Napon napajanja mikro kruga može doseći od + -18 do + -22 volti, ovisno o modifikaciji, međutim, preporučeni raspon je od + -5 do + -15 volti.

Pogledajte i ovu temu:

Što su operativna pojačala

Povratni krug operativnog pojačala

Povratne veze Operativni krugovi pojačala

Podesivi regulator napona TL431

TL431 lansirao je Texas Instruments 1978. godine i pozicioniran je kao precizno podesiv regulator napona. Prethodna verzija bila je manje precizan TL430 čip. TL431 danas proizvode mnogi proizvođači pod oznakama: LM431, KA431 i njegov domaći kolega - KR142EN19A.

TL431 je u osnovi kontrolirana zener dioda, koja se često nalazi u tro-pinskom paketu TO-92. Ovaj se čip možda može vidjeti na ploči bilo kojeg modernog prebacivanje napajanja, barem - u shemi galvanske izolacije sekundarnih krugova.

Mikrocirku se jednostavno regulira: kada se napon dovede do upravljačke elektrode iznad praga napona od 2,5 volta, unutarnji tranzistor, koji obavlja funkciju zener diode, prelazi u provodničko stanje.

Značenje nalaza otkriveno je iz dijagrama tijeka:

• Prvi zaključak je upravljačka elektroda.

• Drugi zaključak - nosi funkciju anode zener diode.

• Treći zaključak - igra ulogu katode zener diode.

Radni napon na katodi može biti u rasponu od 2,5 do 36 volti, a struja u provodnom stanju ne smije prelaziti 100 mA, dok upravljačka struja ne prelazi 4 μA. Interni napon ima nominalnu vrijednost 2,5 volta.

Mikrocirku je lako konfigurirati i koristiti da je već pronašao najšire primjenu u raznim elektroničkim uređajima, počevši od prebacivanja napajanja, gdje tradicionalno djeluje zajedno s optoelektričnim sklopnikom, završavajući senzorima svjetla i temperature.

Danas je teško pronaći kućanski aparat gdje god se nalazio TL431, upravo iz tog razloga je ovaj čip dostupan u mnogim različitim slučajevima. Dakle, TL431 je sjajan za izgradnju krugova povratnih informacija u potpuno različitim aspektima ovog koncepta.

Primjeri upotrebe čipsa TL431:

Jednostavan regulator temperature

Indikatori i signalni uređaji na podesivoj zener diodi TL431

Analogni komparator LM311

Analogni komparator LM311 proizvodi National Semiconductor od 1973. (od 23. rujna 2011. tvrtka je službeno dio Texas Instruments-a). Domaći analog ovog usporednika je KR554CA3.

Ovaj integrirani usporednik napona karakterizira vrlo mala ulazna struja (150 nA). Posebno je dizajniran za uporabu u širokom rasponu opskrbnih napona: od standardnih + - 15V do unipolarnih + 5V, tradicionalnih za digitalnu logiku. Izlaz komparatora kompatibilan je s razinama TTL, RTL, DTL i MOS.

Njegov izlazni stupanj s otvorenim kolektorom omogućava vam izravno učitavanje izlaza na relej ili žarulju sa žarnom niti, i prebacivanje struje do 50 mA na napon do 50 V. Potrošnja energije mikrostrukog kruga iznosi samo 135 mW s naponom od +15 V. Prikazani su podaci na komparatoru LM311 mnoge tipične sheme njegovih primjena.

Mikrocirkus sadrži 20 otpornika, 22 bipolarna tranzistora, 1 tranzistor s efektom polja i 2 diode. Ulaz i izlaz LM311 mogu se izolirati od mase kruga tako da izlazni krug mikrokontrole djeluje na uzemljeno opterećenje ili na opterećenje povezano s negativnim ili pozitivnim polom izvora napajanja.

U komparacijskom krugu postoje mogućnosti uravnoteženja pomaka i zakretanja, a izlazi nekoliko LM311 mogu se spojiti pomoću žičnog ILI kruga. Vjerojatnost lažnih pozitivnih rezultata za ovaj čip vrlo je mala.

Dodatni materijali o ovoj temi:

Kako je analogni komparator raspoređen i funkcionira

Komparacijski sklopovi

Termostat za podrum na komparatoru LM311