Logikai chipek. 3. rész

Logikai chipek. 1. rész

Logikai chipek. 2. rész - Kapuk

Ismerje meg a Digital Chip-et

A cikk második részében a logikai elemek feltételes grafikus megnevezéséről és az ezek által elvégzett funkciókról beszéltünk.

A működés elvének magyarázata érdekében megkaptuk az AND, OR, NOT és AND-NOT logikai funkcióit végrehajtó érintkező áramköröket. Most elkezdheti a K155 sorozatú mikroáramkörök gyakorlati megismerését.

Megjelenés és formatervezés

A 155. sorozat alapvető eleme a K155LA3 chip. Ez egy műanyag tok, 14 vezetékkel, amelynek felső oldalán jelölés van, és egy kulcs, amely jelzi a chip első kimenetét.

A kulcs egy kis kerek jel. Ha felülnézzük a mikroáramkört (a ház oldaláról), akkor a következtetéseket az óramutató járásával ellentétesen, és ha alulról, akkor az óramutató járásával megegyezően kell számolni.

A mikroáramkör házának rajzát az 1. ábra szemlélteti. Egy ilyen esetet DIP-14-nek hívunk, amelyet angolul műanyag tokként fordítunk, kétsoros elrendezéssel. Sok mikroáramkörnél nagyobb számú csap van, ezért a helyzet lehet DIP-16, DIP-20, DIP-24 és akár DIP-40.

1. ábra. DIP-14 ház.

Amit ebben az esetben tartalmaz

A K155LA3 DIP-14 csomagjában a mikroáramkör 4 független elemet tartalmaz, 2I-NOT. Az egyetlen dolog, amely egyesíti őket, az csak az általános hatalmi következtetések: a mikroáramkör 14. kimenete + az áramforrás, a 7. tű pedig a forrás negatív pólusa.

Annak érdekében, hogy ne zavarja az áramkört felesleges elemekkel, a tápvezetékeket általában nem mutatják. Ez szintén nem történik meg, mert a négy 2I-NOT elem mind az áramkör különböző helyein elhelyezhető. Általában egyszerűen az áramkörökre írják: „+ 5 V vezet a 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN következtetésekhez. -5 V a következtetésekhez vezet: 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. " Az elkülönülten elhelyezett elemeket DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4 jelölik. A 2. ábra azt mutatja, hogy a K155LA3 chip négy 2I-NOT elemből áll. Mint a cikk második részében már említésre került, a bemeneti következtetések a bal oldalon, a kimenetek a jobb oldalon találhatók.

A K155LA3 idegen megfelelője az SN7400 chip, és biztonságosan használható az alább leírt összes kísérlethez. Pontosabban: a teljes K155 chipek sorozata a külföldi SN74 sorozat analógja, tehát a rádiópiacok eladói ezt kínálják.

2. ábra: A K155LA3 chip elindítása.

Mikroáramkörrel végzett kísérletek elvégzéséhez szüksége lesz áramforrás 5 V feszültség. Ilyen forrás legegyszerűbb módja a K142EN5A stabilizátor mikroáramkör vagy annak 7805 elnevezésű importált változatának használata. Ugyanakkor nem szükséges a transzformátort tekercselni, a híd forrasztására, a kondenzátorok beszerelésére használni. Végül is mindig van valami 12 V-os feszültségű kínai hálózati adapter, amelyhez elegendő a 7805-es csatlakoztatás, amint az a 3. ábrán látható.

3. ábra: Egyszerű áramforrás a kísérletekhez.

A mikroáramkörrel végzett kísérletek elvégzéséhez kicsi méretű kenyeret kell készíteni. Ez egy darab getinax, üvegszálas vagy más hasonló szigetelő anyag, amelynek mérete 100 * 70 mm. Ilyen célokra még egyszerű rétegelt lemez vagy vastag karton is alkalmas.

A tábla hosszú oldala mentén az ónozott vezetékeket kb. 1,5 mm vastagságban meg kell erősíteni, amelyeken keresztül áramot kell juttatni a mikroáramkörökhöz (erőátviteli buszok). A kábelek között a kenyérlemez teljes területén fúrjon át legfeljebb 1 mm átmérőjű lyukakat.

Kísérletek elvégzésekor lehetséges az ónozott huzal darabjait behelyezni, amelyekbe a kondenzátorok, ellenállások és egyéb rádió alkatrészek be vannak forrasztva. A deszka sarkában alacsony lábakat kell készíteni, ez lehetővé teszi a vezetékek alulról történő elhelyezését.A kenyérlemez kialakítását a 4. ábra mutatja.

4. ábra: Fejlesztő tábla.

Miután a kenyérdeszka készen áll, megkezdheti a kísérleteket. Ehhez telepítsen legalább egy K155LA3 chipet: a 14. és a 7. forrasztócsapot a teljesítménybuszokra, és hajtsa meg a fennmaradó csapokat úgy, hogy azok a táblán fekszenek.

A kísérletek megkezdése előtt ellenőrizze a forrasztás megbízhatóságát, a tápfeszültség megfelelő csatlakoztatását (a tápfeszültség csatlakoztatása a fordított polaritásban károsíthatja a mikroáramkört), és ellenőrizze, hogy nincs-e rövidzárlat a szomszédos kapcsok között. Ellenőrzés után bekapcsolhatja a készüléket és elindíthatja a kísérleteket.

A mérésekhez leginkább megfelelő tárcsás voltmérőamelynek bemeneti impedanciája legalább 10K / V. Bármely tesztelő, még olcsó kínai is, teljesíti ezt a követelményt.

Miért jobb váltani? Mivel a nyíl ingadozásait megfigyelve feszültségimpulzusokat észlelhet, természetesen meglehetősen alacsony frekvencián. A digitális multiméter nem rendelkezik ezzel a képességgel. Minden mérést az áramforrás "mínusz" értékéhez viszonyítva kell elvégezni.

A tápellátás bekapcsolása után mérje meg a feszültséget a mikroáramkör összes érintkezőjén: az 1. és 2., 4. és 5., 9. és 10., 12. és 13. bemeneti érintkezőnél a feszültségnek 1,4 V-nak kell lennie. És a 3., 6., 8., 11. kimeneti kapcson kb. 0,3 V. Ha az összes feszültség a megadott határokon belül van, akkor a mikroáramkör működőképes.

5. ábra. Egyszerű kísérletek logikai elemmel.

A 2 és NEM logikai elem működésének tesztelése elindítható például az első elemről. Az 1. és 2. bemeneti érintkező és a 3. kimenet. Ahhoz, hogy a bemeneten logikai nulla jelet lehessen adni, elegendő ezt a bemenetet egyszerűen csatlakoztatni az áramforrás negatív (közös) vezetékéhez. Ha logikai egységet kell bevinni, akkor ezt a bemenetet a + 5 V buszra kell csatlakoztatni, de nem közvetlenül, hanem egy korlátozó ellenálláson keresztül, amelynek ellenállása 1 ... 1,5 KOhm.

Tegyük fel, hogy a 2. bemenetet egy közös vezetékhez csatlakoztattuk, ezzel logikai nullát szolgáltatva hozzá, és az 1. bemenethez egy logikai egységet tápláltunk, amint azt csak az R1 végálláson jeleztük. Ezt a kapcsolatot az 5a. Ábra mutatja. Ha egy ilyen csatlakozásnál megmérik az elem kimenetén a feszültséget, akkor a voltmérő 3,5 ... 4,5 V értéket mutat, amely logikai egységnek felel meg. A logikai egység mérni fogja a feszültséget az 1. érintkezőn.

Ez teljesen egybeesik azzal, amit a cikk második részében mutatunk be a 2I-NEM relé-érintkező áramkör példáján. A mérési eredmények szerint a következő következtetést lehet levonni: ha a 2AND elem egyik bemenete NEM magas, a másik pedig alacsony, akkor a kimenet szükségszerűen magas szintű.

Ezután a következő kísérletet fogjuk elvégezni - mindkét bemenetet egyidejűleg ellátjuk egy egységgel, amint az az 5b. Ábrán látható, de az egyik bemenetet, például a 2-et, egy drótháló segítségével összekötjük egy közös vezetékkel. (Ilyen célokra a legjobb, ha a rugalmas huzalozáshoz forrasztott normál varrótűt használunk). Ha most megmérjük a feszültséget az elem kimenetén, akkor, mint az előző esetben, logikai egység lesz.

A mérések megszakítása nélkül eltávolítjuk a huzal-áthidalót - a voltmérő magas szintet mutat az elem kimenetén. Ez teljes mértékben összhangban van a 2I-NOT elem logikájával, amelyet a cikk második részében található kapcsolattartási diagramra hivatkozással, valamint az ott bemutatott igazságtáblázattal lehet ellenőrizni.

Ha ezt az áthidalót periodikusan lezárják bármelyik bemenet közös vezetékére, alacsony és magas szintű táplálást szimulálva, akkor egy voltmérővel a kimenet feszültségimpulzusokat képes felismerni - a nyíl időben oszcillál, amikor az áthidaló megérinti a mikroáramkör bemenetét.

A kísérletekből a következő következtetéseket lehet levonni: a kimeneti alacsony szintű feszültség csak akkor jelenik meg, ha mindkét bemenetnél magas szint van, vagyis a 2I feltétel teljesül a bemeneteknél.Ha legalább egy bemenet tartalmaz logikai nullát, a kimenetnek van logikai egysége, megismételhetjük, hogy a mikroáramkör logikája teljes mértékben összhangban van a 2I-NEM érintkező áramkör logikájával, amelyet a a cikk második része.

Itt helyénvaló még egy kísérletet elvégezni. Ennek értelme az összes bemeneti érintkező kikapcsolása, csak hagyja őket a levegőben, és mérje meg az elem kimeneti feszültségét. Mi lesz ott? Így van, logikus nulla feszültség lesz. Ez azt sugallja, hogy a logikai elemek nem kapcsolt bemenetei egyenértékűek a bemenetekkel, ha a logikai egységet rájuk alkalmazzák. Ne felejtse el ezt a funkciót, bár a nem használt bemeneteket általában ajánlott valahol csatlakoztatni.

Az 5c ábra bemutatja, hogyan lehet a 2I-NOT logikai elemet egyszerűen átalakítani inverterré. Ehhez csak csatlakoztassa mindkét bemenetet. (Még ha négy vagy nyolc bemenet is van, ilyen kapcsolat elfogadható).

Annak biztosítása érdekében, hogy a kimeneten lévő jel értéke a bemeneten lévővel ellentétes értékkel elegendő, ha a bemeneteket drótvágóval összeköti a közös vezetékkel, azaz a logikai nullát alkalmazza a bemenetre. Ebben az esetben az elem kimenetéhez csatlakoztatott voltmérő logikai egységet mutat. Ha kinyitja az áthidalót, akkor alacsony szintű feszültség jelenik meg a kimeneten, amely pontosan ellentétes a bemeneti feszültséggel.

Ez a tapasztalat azt sugallja, hogy a frekvenciaváltó teljes mértékben megegyezik a cikk második részében NEM figyelembe vett érintkező áramkör működésével. Ilyenek a 2I-NOT chip általában csodálatos tulajdonságai. Annak a kérdésnek a megválaszolásához, hogy mindez hogyan történik, mérlegelnie kell a 2I-NOT elem elektromos áramkörét.

A 2 elem belső felépítése NEM

Mostanáig logikai elemet vettünk szem előtt a grafikai megnevezés szintjén, és úgy vettük, mint a matematikában „fekete doboznak” nevezzük: anélkül, hogy alaposan megvizsgálnánk az elem belső felépítését, megvizsgáltuk annak válaszát a bemeneti jelekre. Itt az ideje megvizsgálni logikai elemünk belső szerkezetét, amelyet a 6. ábra mutat.

6. ábra. A 2I-NEM logikai elem elektromos áramköre.

Az áramkör négy n-p-n szerkezetű tranzisztort, három diódát és öt ellenállást tartalmaz. A tranzisztorok között közvetlen kapcsolat van (elszigetelő kondenzátorok nélkül), amely lehetővé teszi számukra, hogy állandó feszültséggel működjenek. A chip kimeneti terhelését hagyományosan Rн ellenállásként mutatják. Valójában ez leggyakrabban ugyanazon digitális áramkör bemenete vagy több bemenete.

Az első tranzisztor multi-emitter. Ő az, aki végrehajtja a 2I bemeneti logikai műveletet, és a következő tranzisztorok hajtják végre a jel erősítését és inverzióját. A hasonló séma szerint készített mikroáramköröket tranzisztor-tranzisztor logikának nevezzük, TTL rövidítéssel.

Ez a rövidítés azt a tényt tükrözi, hogy a bemeneti logikai műveleteket, valamint az azt követő erősítést és inverziót az áramkör tranzisztor elemei hajtják végre. A TTL mellett létezik dióda-tranzisztor logika (DTL) is, amelynek bemeneti logikai lépéseit olyan diódákon hajtják végre, amelyek természetesen a mikroáramkör belsejében vannak.

7. ábra

A 2I-NOT logikai elem bemenetein a bemeneti tranzisztor emitterei és a közös vezeték között a VD1 és VD2 diódák vannak felszerelve. Céljuk, hogy megvédjék a bemenetet a negatív polaritás feszültségétől, amely a szerelőelemek önindukciójának eredményeként fordulhat elő, amikor az áramkör magas frekvencián működik, vagy egyszerűen csak külső forrásokból származik.

A VT1 bemeneti tranzisztor a séma szerint egy közös alappal van összekötve, és terhelése a VT2 tranzisztor, amelynek két terhelése van. A kibocsátóban ez az R3 ellenállás, és az R2 kollektorban. Így megkapjuk a VT3 és VT4 tranzisztorok kimeneti szakaszának fázisinvertert, amely antifázisban működik: ha a VT3 zárva van, a VT4 nyitva van és fordítva.

Tegyük fel, hogy a 2. elem mindkét bemenete NEM alacsony szintű. Ehhez egyszerűen csatlakoztassa ezeket a bemeneteket egy közös vezetékhez.Ebben az esetben a VT1 tranzisztor nyitva van, ami a VT2 és a VT4 tranzisztorok bezárását vonja maga után. A VT3 tranzisztor nyitott állapotban lesz, rajta és a VD3 diódán keresztül az áram terhelésre áramlik - az elem kimenetekor magas szintű állapot (logikai egység) van.

Ebben az esetben, ha a logikai egységet mindkét bemenetre alkalmazzák, a VT1 tranzisztor bezáródik, ami a VT2 és a VT4 tranzisztorok kinyílásához vezet. Nyitásuk miatt a VT3 tranzisztor bezáródik, és a terhelésen áthaladó áram leáll. Az elem kimenetén nulla vagy alacsony feszültség van beállítva.

Az alacsony feszültségszint a VT4 nyitott tranzisztor kollektor-kibocsátó csatlakozásánál fellépő feszültségcsökkenés miatt, és az előírás szerint nem haladja meg a 0,4 V-ot.

Az elem kimenetén a magas szintű feszültség kisebb, mint a tápfeszültség a VT3 nyitott tranzisztor és a VD3 dióda közötti feszültségcsökkenés nagysága esetén, ha a VT4 tranzisztor zárva van. Az elem kimenetén a magas feszültség a terheléstől függ, de nem lehet kevesebb, mint 2,4 V.

Ha egy nagyon összekapcsolt elem bemenetére nagyon lassan változó, 0 ... 5 V közötti feszültséget alkalmazunk, akkor láthatjuk, hogy az elem áttérése a magas szintről az alacsonyra egy lépésenként történik. Ezt az átmenetet abban a pillanatban hajtják végre, amikor a bemenetek feszültsége megközelíti az 1,2 V szintet. A mikroáramkör 155. sorozatának ilyen feszültségét küszöbértéknek nevezzük.

Ez a 2I-NEM teljes elem általános ismeretének tekinthető. A cikk következő részében megismerjük a különféle egyszerű eszközök, például a különféle generátorok és impulzusformázók eszközét.

Boris Alaldyshkin

A cikk folytatása: Logikai chipek. 4. rész

E-könyv -Kezdő útmutató az AVR mikrovezérlőkhöz