Legendás analóg chipek

A modern mikroelektronikai alkatrészek piacán bemutatott sok chip között vannak olyan valós legendák, amelyek jogszerűen szerezték jó hírnevüket. Ebben a cikkben négy ilyen legendás analóg mikroáramkörre összpontosítunk, nevezetesen: NE555, A741, TL431 és LM311.

Integrált időzítő NE555

Analóg integrált áramkör NE555 egy univerzális időzítő. Sikeresen szolgál számos modern elektronikus áramkörben ismétlődő vagy egyetlen impulzus előállítására, állandó időjellemzőkkel. A chip lényegében aszinkron RS ravaszspecifikus bemeneti küszöbökkel, amelyeket a belső analóg komparátorok pontosan meghatároznak, és pontos feszültség-megosztóval rendelkeznek.

A mikroáramkör integrált felépítése 23 tranzisztort, 16 ellenállást és 2 diódát tartalmaz. Az NE555 továbbra is különféle csomagokban kapható, de a DIP-8 és SO-8 esetekben a legnépszerűbb, és ebben a formában sok táblán megtalálható. A háztartási gyártók ezen időzítő analógjait KR1006VI1 néven gyártják.

Az NE555 chip története 1970-ben kezdődött, amikor Hans Kamensind, az amerikai Signetics mikroelektronikai cég alkalmazottja, a PLL áramkörök szakembere egy PLL-t hibajavított egy VCO-val, amelynek frekvenciája már független a feszültségtől, és a gazdasági válság miatt kirúgták.

Ezt a fejlesztést később NE566-nak hívták, és a jövőbeli NE555 időzítő összes elemét tartalmazza, beleértve az összehasonlítókat, feszültségválasztóravasz és kulcs. Az áramkör háromszög impulzusokat generálhat a belső elválasztó által beállított amplitúdóval és a külső RC áramkör által beállított frekvenciával.

Hans Kamensind eladta fejlesztését a Signetics számára, majd felajánlotta, hogy finomítja azt a várakozó multivibrátorra - egyetlen impulzusgenerátorra. A gondolatot nem támogatták azonnal, de a Signetics értékesítési igazgatója, Art Fury ragaszkodott ahhoz, hogy a projektet jóváhagyják, a jövőbeli chipet NE555-nek hívták (NE a SigNEtics-től).

Az időzítő finomítása és hibakeresése még több hónapot vett igénybe, és végül, 1971-ben, az NE555 eladása nyolc tűs tokban 75 cent áron kezdődött. Manapság az eredeti NE555 funkcionális analógjai számos bipoláris és CMOS verzióban rendelkezésre állnak szinte az összes nagy elektronikai alkatrészgyártó számára.

Most mérlegeljük az NE555 beépített időzítő következtetéseinek célját, ez lehetővé teszi az olvasó számára, hogy megértse azt az okot, hogy miért ez a chip óriási népszerűséget nyert mind a szakemberek, mind az amatőr rádió rajongói körében.

• Az első következtetés a föld. Csatlakoztatva van az áramforrás negatív vezetékéhez.

• A második következtetés az indító. Ha a feszültség ezen a tüskénél alacsonyabb a tápfeszültség 1/3-án, akkor az időzítő elindul. Ugyanakkor az ezen bemenet által fogyasztott áram nem haladja meg az 500 nA-t.

• A harmadik következtetés a kiút. Ha az időzítő be van kapcsolva, ezen a terminálon a feszültség 1,7 volt alacsonyabb, mint a tápfeszültségnél, és a terminál maximális árama eléri a 200 mA-t.

• A negyedik következtetést visszaállítják. Ha alacsony kimeneti feszültséget szolgáltat ez a kimenet, 0,7 volt alatt, akkor a mikroáramkör visszatér eredeti állapotába. Ha az áramkör működése közben nincs szükség visszaállításra, akkor ezt a kimenetet egyszerűen össze kell kapcsolni a mikroáramkör áramforrásának pluszjával.

• Az ötödik következtetés a kontroll. Ez a kimenet referenciafeszültség alatt van, és az első komparátor invertáló bemenetéhez csatlakozik.

• A hatodik következtetés a küszöb, stop. Ha a tápfeszültség 2/3-nál nagyobb feszültséget táplálnak erre a kimenetre, akkor az időzítő leáll, és kimenete nyugalmi állapotba kerül.

• A hetedik következtetés a mentesítés. Ha a mikroáramkör kimeneti szintje alacsony, akkor a mikroáramkör belsejében lévő csap a földhöz kapcsolódik, és ha a mikroáramkör kimenete magas, ez a csap leválasztódik a földtől. Ez a tüske 200 mA-ig képes ellenállni az áramoknak.

• A nyolcadik következtetés a táplálkozás. Ez a tű csatlakozik a mikroáramkör áramforrásának pozitív vezetékéhez, amelynek feszültsége 4,5-16 volt lehet.

Az NE555 chipet sokoldalúságának köszönhetően széles körben használják. Ennek alapján generátorokat, modulátorokat, időreléket, küszöbértékeket és számos más elektronikus alkatrészt építenek be, amelyek változatosságát csak a mérnökök és fejlesztők fantáziája és kreatív megközelítése korlátozza.

Példák a megoldandó feladatokra: a kommunikációs vonalakban torzult digitális jel helyreállítása, beszédszűrők, tápegységek kapcsolása, automatikus vezérlő rendszerek be- és kikapcsoló vezérlői, PWM vezérlők, időzítők és még sok más.

További anyagok a chipről NE555:

555 Integrált időzítő - Utazás az adatlapon

555 integrált időzítő formatervezés

Vízszivárgásgátló blokk

PWM - az NE555 integrált időzítőn alapuló vezérlő a LED-ek tompításához

UA741 működési erősítő

Az uA741 bipoláris tranzisztorokon alapuló operációs erősítő. Ez a második generációs operációs erősítő, amelyet 1968-ban fejlesztett ki a Fairchild Semiconductor mérnök, David Fullagar, az LM101 operációs erősítő módosítása, amelyhez külső frekvenciajavító kondenzátorra volt szükség. Az uA741 szerint már nem volt szükség külső kondenzátorra, mert itt azonnal telepítik magára a chipre.

Az uA741 tulajdonságai tökéletesek voltak abban az időben, és a mikroáramkör könnyű használata hozzájárult annak széles körű használatához. Az uA741 tehát univerzális szabványos operációs erősítővé vált, és ennek analógjait ma a mikroelektronikai alkatrészek sok gyártója gyártja, például: AD741, LM741 és a háztartási analóg - K140UD7. Ezek a mikroáramkörök DIP és chip csomagokban egyaránt rendelkezésre állnak.

A működési erősítők középpontjában ugyanaz az elv van, a különbségek csak szerkezetükben vannak. A második és a következő generációs operációs erősítők a következő funkcionális blokkokat tartalmazzák:

• A bemeneti fokozat egy differenciális erősítő, amely nagy bemeneti impedanciával és alacsony zajszinttel képes erősíteni.

• Nagyfeszültségű erősítő, a frekvenciaválasz csökken, mint az egypólusú aluláteresztő szűrőknél. Ez nem különbség, az egyetlen kiút.

• A kimeneti fokozat (erősítő), amely nagy terhelhetőséget, alacsony kimeneti ellenállást biztosít, és védelmet nyújt a rövidzárlat és a kimeneti áram korlátozása ellen.

Az integrált 30 pF-os kondenzátor frekvenciafüggő negatív visszacsatolást biztosít, amely növeli az operációs erősítő stabilitását, amikor külső visszacsatolással dolgozik. Ez az úgynevezett Miller-kompenzáció, amely szinte úgy működik, mint egy operációs erősítőre épített integrátor. A frekvenciakompenzáció az operációs erősítőt feltétel nélküli stabilitással biztosítja széles körülmények között, és ezáltal egyszerűbbé teszi az alkalmazást az elektronikus eszközök széles skálájában.

Az uA741 kimeneti szakaszban van egy 25 ohmos ellenállású ellenállás, amely áramérzékelőként szolgál. A Q17 tranzisztorral együtt ez az ellenállás a Q14 emitterkövető áramát kb. 25 mA-ra korlátozza. A push-pull kimeneti szakasz alsó karjában az áramerősség korlátozását a Q20 tranzisztoron keresztül a árammérés a Q19 tranzisztor emitterén keresztül és a Q15 alapjába áramló áram ezt követő korlátozása. Az uA741 áramkör korszerűbb módosításaiban a kimeneti áram korlátozására olyan módszereket lehet alkalmazni, amelyek kissé eltérnek az itt leírtól.

A chipnek két ofszettapja van a kiegyensúlyozáshoz, amely lehetővé teszi az operációs erősítő bemeneti előfeszítésének pontosan nullára állítását. Erre a célra egy külső potenciométer is használható. A mikroáram tápfeszültsége a módosítástól függően + -18 és + -22 volt között lehet, azonban az ajánlott tartomány + -5 és + -15 volt között van.

Lásd még ebben a témában:

Mik azok az operációs erősítők?

Visszajelzés az operációs erősítő áramköre

Visszacsatolás működési erősítő áramkörök

Állítható feszültségszabályozó TL431

A TL431-et a Texas Instruments 1978-ban indította el, és precíziósan állítható feszültségszabályozóként helyezte el. Az előző verzió kevésbé pontos TL430 chip volt. Manapság számos gyártó gyártja a TL431-et jelölésekkel: LM431, KA431 és hazai megfelelőjét - KR142EN19A.

A TL431 alapvetően egy vezérelt zener dióda, gyakran megtalálható a három tűs TO-92 csomagban. Ez a chip valószínűleg a modern fórumon látható kapcsoló tápegységek, legalábbis - a szekunder áramkörök galvanikus leválasztásának rendszerében.

A mikroáramkör meglehetősen egyszerűen szabályozott: amikor a feszültség a vezérlőelektródra táplálkozik egy 2,5 voltos küszöbfeszültség felett, akkor a belső tranzisztor, amely egy zener-dióda funkcióját látja el, vezető állapotba kerül.

A megállapítások jelentése a folyamatábrából nyilvánvaló:

• Az első következtetés a vezérlő elektróda.

• A második következtetés - a zener dióda anódjának funkcióját viseli.

• A harmadik következtetés - a zener dióda katódjának szerepe.

A katód üzemi feszültsége 2,5 és 36 V között lehet, a vezetőképesség árama pedig nem haladhatja meg a 100 mA-t, miközben a vezérlőáram nem haladja meg a 4 μA-t. A belső feszültség referencia névleges értéke 2,5 volt.

A mikroáramkört annyira könnyű konfigurálni és használni, hogy a legszélesebb körű alkalmazást találta a különféle elektronikai eszközökben, kezdve a tápegységek kapcsolásával, ahol hagyományosan egy optocsatolóval működik együtt, befejezve a fény- és hőmérséklet-érzékelőket.

Manapság nehéz megtalálni a háztartási készüléket, bárhol is legyen a TL431, éppen ezért ez a chip sokféle esetben elérhető. Így a TL431 kiválóan alkalmas visszacsatoló áramkörök felépítésére ennek a koncepciónak teljesen más aspektusaiban.

Chiphasználati példák TL431:

Egyszerű hőmérsékletszabályozó

Jelzőlámpák és jelzőberendezések egy állítható TL431 zener-diódán

LM311 analóg komparátor

Az LM311 analóg komparátort 1973 óta gyártja a National Semiconductor (2011. szeptember 23. óta a cég hivatalosan a Texas Instruments részét képezi). Ennek az összehasonlítónak a hazai analógja a KR554CA3.

Ezt az integrált feszültség-komparátort nagyon kicsi bemeneti áram jellemzi (150 nA). Kifejezetten a tápfeszültség széles tartományában való felhasználásra tervezték: a szabványos + - 15 V-tól az egypólusú + 5 V-ig, a digitális logika számára hagyományos. Az összehasonlító kimenet kompatibilis a TTL, RTL, DTL és MOS szintekkel.

Kimeneti fázisa nyitott kollektorral lehetővé teszi a kimenet közvetlen relébe vagy izzólámpába töltését és 50 mA-ig 50 V-os feszültségre történő átkapcsolását. A mikroáramkör energiafogyasztása csak 135 mW + -15 V feszültséggel. Az LM311 komparátor adatai alkalmazásának sok tipikus sémája.

A mikroáramkör 20 ellenállást, 22 bipoláris tranzisztort, 1 terepi tranzisztort és 2 diódát tartalmaz. Az LM311 bemenetet és kimenetet az áramkör talajától el lehet különíteni úgy, hogy a mikroáramkör kimeneti áramköre földelt terhelésre vagy az áramforrás negatív vagy pozitív pólusához kapcsolt terhelésre működjön.

Az összehasonlító áramkörben lehetőség van az eltolás és a kapu kiegyensúlyozására, és több LM311 kimenete vezetékes VAGY áramkör segítségével csatlakoztatható. A hamis pozitívok valószínűsége ezen a chipnél nagyon alacsony.

További anyagok a témában:

Hogyan működik az analóg komparátor?

Komparátor áramkörök

Termosztát a pincehez az LM311 komparátoron