Categories: Electrònica pràctica, Electricistes novells
Nombre de visualitzacions: 100.127
Comentaris sobre l'article: 2
Xips de lògica. 3ª part
Coneix el Xip Digital
A la segona part de l’article, vam parlar de les designacions gràfiques condicionades d’elements lògics i de les funcions que realitzen aquests elements.
Per explicar el principi de funcionament, es van donar circuits de contacte que realitzen les funcions lògiques de AND, O, NOT i I-NO. Ara podeu començar a conèixer de forma pràctica els microcircuits de la sèrie K155.
Aspecte i disseny
L’element bàsic de la 155a sèrie és el xip K155LA3. Es tracta d’una caixa de plàstic amb 14 cables, a la part superior dels quals està marcada i una clau que indica la primera sortida del xip.
La clau és una petita marca rodona. Si observeu el microcircuit des de dalt (des del costat del cas), aleshores les conclusions s’han de comptar en el sentit de les agulles del rellotge, i si des de baix, en el sentit de les agulles del rellotge.
A la figura 1. es mostra un dibuix del cas del microcircuit. Aquest cas s'anomena DIP-14, que en traducció de l'anglès significa un estoig de plàstic amb una disposició de pins de dues files. Molts microcircuits tenen un nombre més gran de pins i, per tant, el cas pot ser DIP-16, DIP-20, DIP-24 i fins i tot DIP-40.
Figura 1. Recinte DIP-14.
Què conté aquest cas
Al paquet DIP-14 del microcircuit K155LA3 hi ha 4 elements independents 2I-NOT. L’únic que els uneix només són les conclusions generals d’energia: la 14a sortida del microcircuit és + la font d’energia, i el pin 7 és el pol negatiu de la font.
Per tal de no desordenar el circuit amb elements innecessaris, les línies elèctriques, per regla general, no es mostren. Això tampoc no es fa perquè cadascun dels quatre elements 2I-NOT es pot ubicar en diferents llocs del circuit. Normalment escriuen simplement als circuits: “+ 5V condueixen a conclusions 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V condueixen a conclusions 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. " Elements separats es designen com DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. La figura 2 mostra que el xip K155LA3 consta de quatre elements 2I-NOT. Com ja s’ha esmentat a la segona part de l’article, les conclusions d’entrada es troben a l’esquerra i les sortides a la dreta.
L'anàleg estranger de K155LA3 és el xip SN7400 i es pot utilitzar de forma segura per a tots els experiments descrits a continuació. Per ser més precisos, tota la sèrie de xips K155 és un analògic de la sèrie SN74 estrangera, per la qual cosa els venedors als mercats de ràdio ofereixen exactament això.
Figura 2. El pinzell del xip K155LA3.
Per realitzar experiments amb un microcircuit, necessitareu font d’alimentació Tensió 5V. La manera més senzilla de produir aquesta font és mitjançant l’ús del microcircuit estabilitzador K142EN5A o la seva versió importada, anomenada 7805. En aquest cas, no és necessari bobinar el transformador, soldar el pont i instal·lar condensadors. Al cap i a la fi, sempre hi haurà algun adaptador de xarxa xinès amb un voltatge de 12V, al qual n’hi ha prou per connectar 7805, tal com es mostra a la figura 3.
Figura 3. Una font d’alimentació senzilla per a experiments.
Per realitzar experiments amb el microcircuit, haureu de fer un tauler de mida petita. És un tros de gotinax, fibra de vidre o un altre aïllant similar amb unes dimensions de 100 * 70 mm. Fins i tot es pot adaptar a un simple contraxapat o cartró gruixut.
Al llarg dels costats llargs de la placa, s’han de reforçar els conductors de llauna amb un gruix d’uns 1,5 mm, a través dels quals es subministrarà potència als microcircuits (bus de potència). Entre els conductors de tota la zona de la placa del forat, foradar forats amb un diàmetre no superior a 1 mm.
Quan es realitzin experiments, serà possible inserir-hi peces de filferro estanyat, a les quals seran soldats condensadors, resistències i altres components de ràdio. A les cantonades del tauler, haureu de fer potes baixes, això permetrà situar els cables des de baix.A la figura 4 es mostra el disseny del panell.
Figura 4. Taula de desenvolupament.
Després que el panell estigui preparat, podeu començar a experimentar. Per fer-ho, s’hauria d’instal·lar almenys un xip K155LA3 al damunt: pins 14 i 7 de soldadura als busos d’energia, i doblar els pins restants perquè quedin al tauler.
Abans d’iniciar els experiments, heu de comprovar la fiabilitat de la soldadura, la connexió correcta de la tensió d’alimentació (connectar la tensió d’alimentació a la polaritat inversa pot danyar el microcircuit) i també comprovar si hi ha un curtcircuit entre els terminals adjacents. Després d’aquesta comprovació, podeu encendre l’alimentació i iniciar els experiments.
Més adequat per a mesures voltímetre de marcacióla impedància d'entrada del qual és d'almenys 10K / V. Qualsevol testador, fins i tot xinès barat, compleix plenament aquest requisit.
Per què és millor canviar? Perquè, observant les fluctuacions de la fletxa, podeu notar els polsos de tensió, per descomptat, una freqüència prou baixa. Un multímetre digital no té aquesta capacitat. Totes les mesures s’han de realitzar en relació amb el “menys” de la font d’energia.
Després d’encendre l’alimentació, mesureu el voltatge a tots els pins del microcircuit: als pins d’entrada 1 i 2, 4 i 5, 9 i 10, 12 i 13, el voltatge ha de ser d’1,4 V. I als terminals de sortida 3, 6, 8, 11 uns 0,3V. Si totes les tensions estan dins dels límits especificats, el microcircuit és operatiu.
Figura 5. Experiments senzills amb un element lògic.
Provar el funcionament de l’element lògic 2 I NO es pot iniciar, per exemple, des del primer element. Els seus pins 1 i 2 d’entrada i la sortida 3. Per aplicar un senyal lògic zero a l’entrada, n’hi ha prou amb connectar aquesta entrada al fil negatiu (comú) de la font d’energia. Si cal introduir una unitat lògica, aquesta entrada s'ha de connectar al bus + 5V, però no directament, sinó a través d'una resistència limitant amb una resistència d'1 ... 1,5 KOhm.
Suposem que vam connectar l’entrada 2 a un cable comú, aportant-li així un zero lògic, i a l’entrada 1 vam alimentar una unitat lògica, tal com s’acaba d’indicar a través de la resistència de finalització R1. Aquesta connexió es mostra a la figura 5a. Si, amb aquesta connexió, es mesura el voltatge a la sortida de l’element, aleshores el voltímetre mostrarà 3,5 ... 4,5V, que correspon a una unitat lògica. La unitat lògica donarà una mesura de la tensió al pin 1.
Això coincideix completament amb el que es mostra a la segona part de l’article sobre l’exemple del circuit de contacte relé 2I-NOT. Segons els resultats de les mesures, es pot fer la conclusió següent: quan una de les entrades de l’element 2AND NO és alta i l’altra baixa, la sortida està necessàriament present a un nivell alt.
A continuació, farem el següent experiment: subministrem una unitat a les dues entrades alhora, tal com s’indica a la figura 5b, però connectarem una de les entrades, per exemple 2, a un cable comú mitjançant un pont de fil. (Amb aquest propòsit, és millor utilitzar una agulla de cosir regular soldada a cablejat flexible). Si ara mesurem el voltatge a la sortida de l’element, llavors, com en el cas anterior, hi haurà una unitat lògica.
Sense interrompre les mesures, eliminem el pont de filferro: el voltímetre mostrarà un nivell alt a la sortida de l’element. Això és totalment coherent amb la lògica de l’element 2I-NOT, que es pot verificar fent referència al diagrama de contactes de la segona part de l’article, així com si es mira la taula de veritat que s’hi mostra.
Si aquest pont es tanca periòdicament al cable comú de qualsevol de les entrades, simulant un subministrament de nivell baix i alt, llavors amb un voltímetre la sortida pot detectar pulsions de tensió: la fletxa oscil·larà en el temps amb el pont tocant l’entrada del microcircuit.
A partir dels experiments es poden treure les conclusions següents: el voltatge de baix nivell a la sortida només apareix quan ambdues entrades tenen un nivell alt, és a dir, la condició 2I es compleix amb les entrades.Si almenys una de les entrades conté un zero lògic, la sortida té una unitat lògica, podem repetir que la lògica del microcircuit correspon totalment a la lògica del circuit de contacte 2I-NO considerada a segona part de l'article.
Aquí convé fer un experiment més. El seu significat és apagar tots els pins d'entrada, només deixar-los a l'aire i mesurar el voltatge de sortida de l'element. Què hi haurà? És així, hi haurà una tensió zero lògica. Això suggereix que les entrades no connectades dels elements lògics són equivalents a les entrades amb la unitat lògica que se'ls aplica. No us heu d’oblidar d’aquesta característica, tot i que normalment es recomana que les entrades no utilitzades estiguin connectades en algun lloc.
La figura 5c mostra com un element lògic 2I-NOT simplement es pot convertir en inversor. Per fer-ho, només cal que connecteu les dues entrades. (Fins i tot si hi ha quatre o vuit entrades, aquesta connexió és acceptable).
Per assegurar-se que el senyal a la sortida té un valor oposat al senyal a l’entrada, n’hi ha prou de connectar les entrades amb un pont de fil a un cable comú, és a dir, aplicar un lògic zero a l’entrada. En aquest cas, un voltímetre connectat a la sortida de l’element mostrarà una unitat lògica. Si obriu el pont, apareixerà un voltatge de baix nivell a la sortida, exactament el contrari del voltatge d’entrada.
Aquesta experiència suggereix que l’inversor és totalment equivalent al funcionament del circuit de contacte NO considerat a la segona part de l’article. Aquestes són les propietats generalment meravelloses del xip 2I-NOT. Per respondre a la pregunta de com succeeix tot això, heu de considerar el circuit elèctric de l’element 2I-NOT.
L’estructura interna de l’element 2 NO és
Fins ara, hem considerat un element lògic al nivell de la seva designació gràfica, prenent-lo, com diuen en matemàtiques com a "caixa negra": sense entrar en detalls de l'estructura interna de l'element, vam examinar la seva resposta als senyals d'entrada. Ara és hora d’estudiar l’estructura interna del nostre element lògic, que es mostra a la figura 6.
Figura 6. El circuit elèctric de l’element lògic 2I-NOT.
El circuit conté quatre transistors de l'estructura n-p-n, tres díodes i cinc resistències. Hi ha una connexió directa entre transistors (sense condensadors d’aïllament), que els permet treballar amb tensions constants. La càrrega de sortida del xip es mostra convencionalment com una resistència Rн. De fet, aquest és el més sovint l’entrada o diverses entrades dels mateixos circuits digitals.
El primer transistor és multi-emissor. És ell qui realitza l’operació lògica d’entrada 2I, i els transistors següents realitzen l’amplificació i la inversió del senyal. Els microcircuits realitzats segons un esquema similar s’anomenen lògica transistor-transistor, abreujada com a TTL.
Aquesta abreviació reflecteix el fet que les operacions lògiques d’entrada i la posterior amplificació i inversió són realitzades per elements transistors del circuit. A més del TTL, també hi ha una lògica de transistor de díodes (DTL), les etapes de la lògica d’entrada que es realitzen en díodes situats, per descomptat, dins del microcircuit.
Figura 7
A les entrades de l’element lògic 2I-NOT entre els emissors del transistor d’entrada i el cable comú s’instal·len els díodes VD1 i VD2. El seu propòsit és protegir l’entrada de la tensió de polaritat negativa, que pot produir-se com a conseqüència d’una autoinducció d’elements de muntatge quan el circuit funciona a altes freqüències, o simplement arxivat per error de fonts externes.
El transistor d'entrada VT1 està connectat segons l'esquema amb una base comuna i la seva càrrega és el transistor VT2, que té dues càrregues. A l'emissor, aquesta és la resistència R3, i al col·lector R2. Així, s’obté un inversor de fase per a l’etapa de sortida als transistors VT3 i VT4, que els fa funcionar en antifase: quan VT3 es tanca, VT4 és obert i viceversa.
Suposem que les dues entrades de l’element 2 NO s’alimenten d’un nivell baix. Per fer-ho, simplement connecteu aquestes entrades a un cable comú.En aquest cas, estarà obert el transistor VT1, que comportarà el tancament dels transistors VT2 i VT4. El transistor VT3 estarà en estat obert i a través d'ell i el díode VD3, el corrent flueix a la càrrega - a la sortida de l'element hi ha un estat d'alt nivell (unitat lògica).
En el cas que el transistor lògic VT1 es tanqui a les dues entrades, s’obriran els transistors VT2 i VT4. A causa de la seva obertura, el transistor VT3 es tanca i el corrent a través de la càrrega s’atura. A la sortida de l’element s’estableix un estat zero o una tensió baixa.
El nivell de baixa tensió es deu a una caiguda de tensió a la unió col·lector-emissor del transistor obert VT4 i, segons les especificacions, no supera el 0,4V.
La tensió d'alt nivell a la sortida de l'element és inferior a la tensió d'alimentació per la magnitud de la caiguda de tensió a través del transistor obert VT3 i el díode VD3 en el cas que el transistor VT4 estigui tancat. El voltatge d’alt nivell a la sortida de l’element depèn de la càrrega, però no ha de ser inferior a 2,4 V.
Si s’aplica un voltatge molt lentament, que varia de 0 ... 5V, a les entrades d’un element connectat entre si, es pot veure que la transició de l’element d’un nivell alt a un baix es produeix pas a pas. Aquesta transició es realitza en el moment en què la tensió a les entrades arriba a un nivell d'aproximadament 1,2V. Aquest voltatge per a la 15a sèrie de microcircuits s'anomena llindar.
Es pot considerar que és un coneixement general de l’element 2I-NOT complet. A la propera part de l’article coneixerem el dispositiu de diversos dispositius senzills, com ara diversos generadors i formadors de pols.
Boris Alaldyshkin
Continuació de l'article: Xips de lògica. 4a part
Llibre electrònic -Guia d’iniciació als microcontroladors AVR
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: