Xips analògics llegendaris

Entre els nombrosos xips que es presenten al modern mercat de components microelectrònics, hi ha llegendes reals que han guanyat, amb raó, la seva gran reputació. En aquest article, ens centrarem en quatre microcrèdits analògics llegendaris, a saber: NE555, A741, TL431 i LM311.

Temporitzador integrat NE555

Circuit integrat analògic NE555 és un temporitzador universal. Serveix amb èxit en molts circuits electrònics moderns per produir polsos repetitius o únics amb característiques de temps constants. El xip és essencialment asíncron Trigger de RSque té uns llindars d’entrada específics definits amb precisió per comparadors analògics interns i un divisor de tensió precís.

L’estructura integrada del microcircuit inclou 23 transistors, 16 resistències i 2 díodes. NE555 encara està disponible en diversos paquets, però és més popular en els casos DIP-8 i SO-8, i és d'aquesta forma que es pot trobar en molts taulers. Els fabricants nacionals produeixen anàlegs d’aquest temporitzador amb el nom de KR1006VI1.

La història del xip NE555 va començar el 1970, quan Hans Kamensind, un empleat de l'empresa microelectrònica nord-americana Signetics, especialista en circuits PLL, va depurar un PLL amb un VCO, la freqüència del qual ara era independent de la tensió, es va disparar per la crisi econòmica.

Aquest desenvolupament es va anomenar més endavant NE566 i contenia tots els elements del futur temporitzador NE555, inclosos els comparadors, divisor de tensiógatillo i clau. El circuit podria generar polsos triangulars amb l'amplitud fixada pel divisor intern i amb la freqüència establerta pel circuit RC extern.

Hans Kamensind va vendre el seu desenvolupament a Signetics, i després es va oferir a perfeccionar-lo al multivibrador en espera: un únic generador de pols. La idea no es va recolzar immediatament, però el director de vendes de Signetics, Art Fury, va insistir i el projecte va ser aprovat, el futur xip es va anomenar NE555 (NE de SigNEtics).

El perfeccionament i la depuració del temporitzador van trigar uns quants mesos més, i al final, el 1971, van començar les vendes de NE555 en un estoig de vuit pins a un preu de 75 cèntims. Avui en dia, els analògics funcionals de l'original NE555 estan disponibles en una varietat de versions bipolars i CMOS per gairebé tots els principals fabricants de components electrònics.

Ara considerem el propòsit de les conclusions del temporitzador integrat NE555, això permetrà al lector entendre la raó per la qual aquest xip ha guanyat una gran popularitat tant entre especialistes com entre aficionats a la ràdio.

• La primera conclusió és la terra. Està connectat al fil negatiu de la font d’energia.

• La segona conclusió és el detonant. Quan la tensió en aquest pin és inferior a 1/3 de la tensió d'alimentació, s'inicia el temporitzador. Al mateix temps, el corrent que consumeix aquesta entrada no supera els 500 nA.

• La tercera conclusió és la sortida. Quan el temporitzador està en marxa, la tensió d’aquest terminal és d’1,7 volts menys que la tensió d’alimentació i el corrent màxim d’aquest terminal arriba als 200 mA.

• La quarta conclusió es restableix. Quan es proporciona una tensió de baix nivell a aquesta sortida, per sota de 0,7 volts, el microcircuit torna al seu estat original. Si no es requereix un restabliment durant el funcionament al circuit, aquesta sortida es connecta simplement a la font d’alimentació del microcircuit.

• La cinquena conclusió és el control. Aquesta sortida està sota tensió de referència i està connectada a l’entrada d’inversió del primer comparador.

• La sisena conclusió és el llindar, parada. Quan es subministra una tensió superior a 2/3 del voltatge d'alimentació a aquesta sortida, el temporitzador s'aturarà i la seva sortida es posarà en un estat tranquil.

• La setena conclusió és l’alta. Quan el nivell de sortida del microcircuit és baix, aquest pin dins del microcircuit està connectat a terra, i quan la sortida del microcircuit és alta, aquest pin es desconnecta del terra. Aquest pin pot resistir corrents de fins a 200 mA.

• La vuitena conclusió és la nutrició. Aquest pin està connectat al fil positiu de la font d’alimentació del microcircuit, la tensió del qual pot ser de 4,5 a 16 volts.

El xip NE555 ha estat àmpliament utilitzat per la seva versatilitat. Sobre la seva base, es construeixen generadors, moduladors, relés de temps, dispositius llindar i molts altres components de diversos equips electrònics, la varietat dels quals només està limitada per la imaginació i l'enfocament creatiu dels enginyers i desenvolupadors.

Uns exemples de tasques a resoldre són: la funció de restaurar un senyal digital distorsionat a les línies de comunicació, filtres de conversa, fonts d'alimentació de commutació, controladors on-off en sistemes de control automàtic, controladors PWM, temporitzadors i molt més.

Materials addicionals sobre el xip NE555:

555 Temporitzador Integrat - Viatgeu per la fitxa de dades

555 Dissenys integrats del temporitzador

Bloc de protecció de fuites d'aigua

PWM: controlador basat en el temporitzador integrat NE555 per a leds de difusió

Amplificador operatiu uA741

uA741 és un amplificador operatiu basat en transistors bipolars. Aquest amplificador operatiu de segona generació, desenvolupat el 1968 per l’enginyer Fairchild Semiconductor David Fullagar, és una modificació de l’amplificador operatiu LM101, que requeria un condensador de correcció de freqüència extern. Per uA741, ja no era necessari un condensador extern, ja que aquí s’instal·la immediatament en el xip mateix.

Les característiques del uA741 eren perfectes per a aquell moment, i la facilitat d’ús del microcircuit va contribuir al seu ús generalitzat. Així doncs, uA741 s’ha convertit en un amplificador de funcionament estàndard universal, i fins avui, els seus anàlegs són produïts per molts fabricants de components microelectrònics, per exemple: AD741, LM741 i l’anàleg nacional - K140UD7. Aquests microcircuits estan disponibles tant en paquets DIP com en xips.

Al mateix nucli dels amplificadors operatius hi ha el mateix principi, les diferències només estan en estructura. Els amplificadors operatius de la segona i de les properes generacions inclouen els següents blocs funcionals:

• L’etapa d’entrada és un amplificador diferencial que proporciona amplificació a alta impedància d’entrada i a nivell de soroll baix.

• Amplificador d’alta tensió, la resposta de freqüència disminueix com en un filtre de pas baix d’un sol pol. No es tracta d’un diferencial, l’única sortida.

• L’estadi de sortida (amplificador), que proporciona gran capacitat de càrrega, baixa resistència de sortida i proporciona protecció contra curtcircuits i limitació del corrent de sortida.

Un condensador integrat de 30 pF proporciona una retroalimentació negativa depenent de la freqüència que augmenta l'estabilitat de l'amplificador operatiu quan es treballa amb feedback extern. Es tracta de l’anomenada compensació Miller, que funciona gairebé com un integrador integrat en un amplificador operatiu. La compensació de freqüència dóna a l'amplificador operatiu una estabilitat incondicional en un ampli ventall de condicions i simplifica així el seu ús en una àmplia gamma de dispositius electrònics.

A l’etapa de sortida uA741 hi ha una resistència amb una resistència de 25 ohms, que serveix de sensor de corrent. Junt amb el transistor Q17, aquesta resistència limita el corrent del seguidor emissor Q14 a uns 25 mA. Al braç inferior de l'etapa de sortida push-pull es realitza la limitació de corrent mitjançant el transistor Q20 mesurament del corrent a través de l'emissor del transistor Q19 i la posterior limitació del corrent que flueix cap a la base de Q15. En modificacions més modernes del circuit uA741, es poden fer servir mètodes per limitar el corrent de sortida que són lleugerament diferents dels descrits aquí.

El xip té dos pins offset per equilibrar, el que permet ajustar el biaix d'entrada de l'amplificador operatiu a zero exactament. Per a aquest propòsit es pot utilitzar un potenciòmetre extern. La tensió d’alimentació del microcircuit pot arribar des de + -18 a + -22 volts, depenent de la modificació, però, l’interval recomanat és de + -5 a + -15 volts.

Vegeu també aquest tema:

Què són amplificadors operatius

Circuits amplificadors operatius de retroalimentació

Circuits amplificadors operatius de comentaris

Regulador de tensió regulable TL431

El TL431 va ser llançat per Texas Instruments el 1978 i es va situar com un regulador de tensió regulable de precisió. La versió anterior era un xip TL430 menys precís. Avui en dia, TL431 és produït per molts fabricants sota les marques: LM431, KA431 i el seu homòleg nacional - KR142EN19A.

El TL431 és essencialment un díode zener controlat, sovint es troba en el paquet TO-92 de tres pins. Potser aquest xip es pot veure a la pissarra de qualsevol dels moderns fonts d'alimentació de commutacióSi més no, en l'esquema d'aïllament galvànic de circuits secundaris.

El microcircuit està simplement regulat: quan se subministra una tensió a l'elèctrode de control per sobre d'un voltatge llindar de 2,5 volts, el transistor intern, que fa la funció d'un díode zener, entra en un estat conductor.

El significat de les troballes és evident al diagrama de flux:

• La primera conclusió és l’elèctrode de control.

• La segona conclusió: porta la funció de l’ànode del díode zener.

• La tercera conclusió: juga el paper del càtode del díode zener.

El voltatge de treball al càtode pot estar en un rang de 2,5 a 36 volts, i el corrent en l'estat conductor no hauria de superar els 100 mA, mentre que el corrent de control no excedeixi de 4 μA. La referència de tensió interna té un valor nominal de 2,5 volts.

El microcircuit és tan fàcil de configurar i d’utilitzar que ja ha trobat l’aplicació més àmplia en diversos dispositius electrònics, començant per les fonts d’alimentació de commutació, on tradicionalment funciona conjuntament amb un optocupador, acabant amb sensors de llum i temperatura.

Avui és difícil trobar un electrodomèstic allà on hi hagi un TL431, per aquest motiu aquest xip està disponible en molts casos diferents. Així, TL431 és ideal per crear circuits de retroalimentació en aspectes completament diferents d’aquest concepte.

Exemples d’ús de xip TL431:

Controlador de temperatura simple

Indicadors i dispositius de senyalització en un díode zener regulable TL431

Comparador analògic LM311

El comparador analògic LM311 ha estat fabricat per National Semiconductor des de 1973 (des del 23 de setembre de 2011, l'empresa forma part oficialment de Texas Instruments). L’analogi nacional d’aquest comparador és KR554CA3.

Aquest comparador de tensió integrat es caracteritza per un corrent d’entrada molt petit (150 nA). Està dissenyat específicament per utilitzar-lo en una àmplia gamma de tensions d'alimentació: des de la norma + - 15V fins a unipolar + 5V, tradicional per a la lògica digital. La sortida del comparador és compatible amb els nivells TTL, RTL, DTL i MOS.

La seva fase de sortida amb un col·lector obert permet carregar directament la sortida a un relé o a una làmpada incandescent i canviar la corrent de fins a 50 mA a una tensió de fins a 50 V. El consum d’energia del microcircuit només és de 135 mW amb una tensió de +15 V. Es mostren les dades del comparador LM311. molts esquemes típics de les seves aplicacions.

El microcircuit conté 20 resistències, 22 transistors bipolars, 1 transistor d'efecte de camp i 2 díodes. L’entrada i sortida LM311 es pot aïllar del terra del circuit de manera que el circuit de sortida del microcircuit funcioni sobre una càrrega a terra o sobre una càrrega connectada al pol negatiu o positiu de la font d’energia.

Al circuit comparatiu hi ha possibilitats d’equilibrar el canvi i el comportament, i les sortides de diversos LM311 es poden connectar mitjançant un circuit OR cablejat. La probabilitat de falsos positius per a aquest xip és molt baixa.

Materials addicionals sobre aquest tema:

Com s’ordena i funciona el comparador analògic

Circuits comparadors

Termostat per a la bodega del comparador LM311