Logikchips. Teil 3

Logikchips. Teil 1

Logikchips. Teil 2 - Tore

Lernen Sie den digitalen Chip kennen

Im zweiten Teil des Artikels haben wir über die bedingten grafischen Bezeichnungen logischer Elemente und über die von diesen Elementen ausgeführten Funktionen gesprochen.

Zur Erläuterung des Funktionsprinzips wurden Kontaktschaltungen angegeben, die die logischen Funktionen von AND, OR, NOT und AND-NOT ausführen. Jetzt können Sie mit den Mikroschaltungen der K155-Serie praktisch vertraut werden.

Aussehen und Design

Das Grundelement der 155. Serie ist der K155LA3-Chip. Es handelt sich um ein Kunststoffgehäuse mit 14 Kabeln, auf deren Oberseite ein Schlüssel markiert ist, der die erste Ausgabe des Chips anzeigt.

Der Schlüssel ist eine kleine runde Markierung. Wenn Sie die Mikroschaltung von oben (von der Seite des Gehäuses) betrachten, sollten die Schlussfolgerungen gegen den Uhrzeigersinn und von unten im Uhrzeigersinn gezählt werden.

Eine Zeichnung des Gehäuses der Mikroschaltung ist in Abbildung 1 dargestellt. Ein solches Gehäuse heißt DIP-14, was in der englischen Übersetzung ein Kunststoffgehäuse mit einer zweireihigen Anordnung von Stiften bedeutet. Viele Mikroschaltungen haben eine größere Anzahl von Pins, und daher kann der Fall DIP-16, DIP-20, DIP-24 und sogar DIP-40 sein.

Abbildung 1. DIP-14-Gehäuse.

Was ist in diesem Fall enthalten

Das DIP-14-Paket des K155LA3-Mikroschaltkreises enthält 4 unabhängige Elemente 2I-NOT. Das einzige, was sie verbindet, sind nur die allgemeinen Leistungsschlussfolgerungen: Der 14. Ausgang der Mikroschaltung ist + die Stromquelle, und Pin 7 ist der negative Pol der Quelle.

Um die Schaltung nicht mit unnötigen Elementen zu überladen, werden Stromleitungen in der Regel nicht angezeigt. Dies geschieht auch nicht, da sich jedes der vier 2I-NOT-Elemente an verschiedenen Stellen in der Schaltung befinden kann. Normalerweise schreiben sie einfach auf die Schaltkreise: „+ 5V führen zu den Schlussfolgerungen 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V führen zu Schlussfolgerungen 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. ". Separat angeordnete Elemente werden als DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4 bezeichnet. Abbildung 2 zeigt, dass der K155LA3-Chip aus vier 2I-NOT-Elementen besteht. Wie bereits im zweiten Teil des Artikels erwähnt, befinden sich die Eingangsschlussfolgerungen links und die Ausgänge rechts.

Das Fremdanalogon von K155LA3 ist der SN7400-Chip und kann sicher für alle unten beschriebenen Experimente verwendet werden. Genauer gesagt ist die gesamte K155-Chipserie ein Analogon zur ausländischen SN74-Serie, daher bieten Verkäufer auf den Radiomärkten genau das an.

Abbildung 2. Die Pinbelegung des K155LA3-Chips.

Um Experimente mit einer Mikroschaltung durchzuführen, benötigen Sie Stromquelle 5V Spannung. Der einfachste Weg, eine solche Quelle herzustellen, ist die Verwendung des K142EN5A-Stabilisator-Mikrokreises oder seiner importierten Version mit der Bezeichnung 7805. Gleichzeitig ist es nicht erforderlich, den Transformator aufzuwickeln, die Brücke zu löten und Kondensatoren zu installieren. Immerhin wird es immer einen chinesischen Netzwerkadapter mit einer Spannung von 12 V geben, an den der Anschluss von 7805 ausreicht, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3. Eine einfache Stromquelle für Experimente.

Um Experimente mit der Mikroschaltung durchzuführen, müssen Sie ein kleines Steckbrett herstellen. Es ist ein Stück Getinax, Glasfaser oder ein ähnliches Isoliermaterial mit Abmessungen von 100 * 70 mm. Auch einfaches Sperrholz oder dicker Karton sind für solche Zwecke geeignet.

Entlang der Längsseiten der Platine sollten verzinnte Leiter mit einer Dicke von ca. 1,5 mm verstärkt werden, über die die Mikrokreise (Leistungsbusse) mit Strom versorgt werden. Bohren Sie zwischen den Leitern über den gesamten Bereich des Steckbretts Löcher mit einem Durchmesser von nicht mehr als 1 mm.

Bei der Durchführung von Experimenten können verzinnte Drahtstücke eingeführt werden, an die Kondensatoren, Widerstände und andere Funkkomponenten gelötet werden. An den Ecken der Platine sollten Sie niedrige Beine machen, damit die Drähte von unten platziert werden können.Das Design des Steckbretts ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4. Entwicklungsplatine.

Nachdem das Steckbrett fertig ist, können Sie mit dem Experimentieren beginnen. Dazu sollte mindestens ein K155LA3-Chip installiert sein: Löten Sie die Stifte 14 und 7 an die Leistungsbusse und biegen Sie die verbleibenden Stifte so, dass sie auf der Platine liegen.

Bevor Sie mit den Experimenten beginnen, sollten Sie die Zuverlässigkeit des Lötens, den korrekten Anschluss der Versorgungsspannung (das Anschließen der Versorgungsspannung in umgekehrter Polarität kann den Mikrokreis beschädigen) und den Kurzschluss zwischen benachbarten Klemmen überprüfen. Nach dieser Überprüfung können Sie die Stromversorgung einschalten und die Experimente starten.

Am besten für Messungen geeignet Wählvoltmeterderen Eingangsimpedanz mindestens 10K / V beträgt. Jeder Tester, auch billige Chinesen, erfüllt diese Anforderung voll und ganz.

Warum ist es besser zu wechseln? Denn wenn Sie die Schwankungen des Pfeils beobachten, können Sie Spannungsimpulse bemerken, natürlich mit einer ziemlich niedrigen Frequenz. Ein Digitalmultimeter verfügt nicht über diese Fähigkeit. Alle Messungen sollten relativ zum "Minus" der Stromquelle durchgeführt werden.

Messen Sie nach dem Einschalten die Spannung an allen Pins der Mikroschaltung: An den Eingangspins 1 und 2, 4 und 5, 9 und 10, 12 und 13 sollte die Spannung 1,4 V betragen. Und an den Ausgangsklemmen 3, 6, 8, 11 ca. 0,3V. Wenn alle Spannungen innerhalb der angegebenen Grenzen liegen, ist die Mikroschaltung betriebsbereit.

Abbildung 5. Einfache Experimente mit einem Logikelement.

Das Testen der Funktionsweise des logischen Elements 2 AND NOT kann beispielsweise vom ersten Element aus gestartet werden. Seine Eingangspins 1 und 2 sowie Ausgang 3. Um ein logisches Nullsignal an den Eingang anzulegen, reicht es aus, diesen Eingang einfach mit dem negativen (gemeinsamen) Draht der Stromquelle zu verbinden. Wenn eine logische Einheit eingegeben werden muss, sollte dieser Eingang an den + 5V-Bus angeschlossen werden, jedoch nicht direkt, sondern über einen Begrenzungswiderstand mit einem Widerstand von 1 ... 1,5 KOhm.

Angenommen, wir haben den Eingang 2 mit einem gemeinsamen Draht verbunden und damit eine logische Null geliefert, und dem Eingang 1 haben wir eine logische Einheit zugeführt, wie dies gerade durch den Abschlusswiderstand R1 angezeigt wurde. Diese Verbindung ist in Abbildung 5a dargestellt. Wenn bei einer solchen Verbindung die Spannung am Ausgang des Elements gemessen wird, zeigt das Voltmeter 3,5 ... 4,5 V an, was einer logischen Einheit entspricht. Die logische Einheit misst die Spannung an Pin 1.

Dies stimmt vollständig mit dem überein, was im zweiten Teil des Artikels am Beispiel der Relaiskontaktschaltung 2I-NOT gezeigt wurde. Basierend auf den Ergebnissen der Messungen kann die folgende Schlussfolgerung gezogen werden: Wenn einer der Eingänge des 2I-NOT-Elements hoch und der andere niedrig ist, hat der Ausgang mit Sicherheit einen hohen Pegel.

Als nächstes werden wir das folgende Experiment durchführen - wir werden eine Einheit an beide Eingänge gleichzeitig liefern, wie in Abbildung 5b gezeigt, aber wir werden einen der Eingänge, zum Beispiel 2, mit einem Drahtbrücken an einen gemeinsamen Draht anschließen. (Für solche Zwecke ist es am besten, eine normale Nähnadel zu verwenden, die an eine flexible Verkabelung gelötet ist.) Wenn wir nun die Spannung am Ausgang des Elements messen, gibt es wie im vorherigen Fall eine logische Einheit.

Ohne die Messungen zu unterbrechen, entfernen wir die Drahtbrücke - das Voltmeter zeigt am Ausgang des Elements einen hohen Pegel an. Dies stimmt voll und ganz mit der Logik des 2I-NOT-Elements überein, die anhand des Kontaktdiagramms im zweiten Teil des Artikels sowie anhand der dort gezeigten Wahrheitstabelle überprüft werden kann.

Wenn dieser Jumper jetzt regelmäßig mit dem gemeinsamen Kabel eines der Eingänge geschlossen wird, wodurch eine Versorgung mit niedrigem und hohem Pegel simuliert wird, kann der Ausgang mithilfe eines Voltmeters Spannungsimpulse erkennen. Der Pfeil schwingt mit der Zeit, wenn der Jumper den Eingang des Mikrokreises berührt.

Die folgenden Schlussfolgerungen können aus den Experimenten gezogen werden: Die Spannung mit niedrigem Pegel am Ausgang tritt nur auf, wenn beide Eingänge einen hohen Pegel haben, dh die Bedingung 2I ist an den Eingängen erfüllt.Wenn mindestens einer der Eingänge eine logische Null enthält, der Ausgang eine logische Einheit hat, können wir wiederholen, dass die Logik der Mikroschaltung vollständig mit der Logik der Kontaktschaltung 2I-NOT übereinstimmt, die in berücksichtigt wird zweiter Teil des Artikels.

Hier ist es angebracht, noch ein Experiment durchzuführen. Es bedeutet, alle Eingangsstifte auszuschalten, sie einfach in der Luft zu lassen und die Ausgangsspannung des Elements zu messen. Was wird da sein? Das ist richtig, es wird eine logische Nullspannung geben. Dies legt nahe, dass die nicht verbundenen Eingänge der Logikelemente den Eingängen mit der darauf angewendeten logischen Einheit entsprechen. Sie sollten diese Funktion nicht vergessen, obwohl nicht verwendete Eingänge normalerweise empfohlen werden, um sie irgendwo anzuschließen.

Abbildung 5c ​​zeigt, wie ein logisches 2I-NOT-Element einfach in einen Wechselrichter umgewandelt werden kann. Schließen Sie dazu einfach beide Eingänge an. (Selbst wenn es vier oder acht Eingänge gibt, ist eine solche Verbindung akzeptabel).

Um sicherzustellen, dass das Signal am Ausgang einen Wert hat, der dem Signal am Eingang entgegengesetzt ist, reicht es aus, die Eingänge mit einer Drahtbrücke mit einem gemeinsamen Draht zu verbinden, dh eine logische Null an den Eingang anzulegen. In diesem Fall zeigt ein am Ausgang des Elements angeschlossenes Voltmeter eine logische Einheit an. Wenn Sie den Jumper öffnen, wird am Ausgang eine niedrige Spannung angezeigt, die genau das Gegenteil der Eingangsspannung ist.

Diese Erfahrung legt nahe, dass der Wechselrichter dem Betrieb des Kontaktkreises, der im zweiten Teil des Artikels NICHT berücksichtigt wird, vollständig entspricht. Dies sind die allgemein wunderbaren Eigenschaften des 2I-NOT-Chips. Um die Frage zu beantworten, wie dies alles geschieht, sollten Sie den Stromkreis des 2I-NOT-Elements berücksichtigen.

Die interne Struktur des Elements 2 ist NICHT

Bisher haben wir ein logisches Element auf der Ebene seiner grafischen Bezeichnung betrachtet und es, wie es in der Mathematik heißt, als „Black Box“ betrachtet: Ohne auf Details der internen Struktur des Elements einzugehen, haben wir seine Reaktion auf Eingangssignale untersucht. Jetzt ist es Zeit, die interne Struktur unseres Logikelements zu untersuchen, die in Abbildung 6 dargestellt ist.

Abbildung 6. Die elektrische Schaltung des Logikelements 2I-NOT.

Die Schaltung enthält vier Transistoren der n-p-n-Struktur, drei Dioden und fünf Widerstände. Zwischen Transistoren (ohne Isolationskondensatoren) besteht eine direkte Verbindung, die es ihnen ermöglicht, mit konstanten Spannungen zu arbeiten. Die Ausgangslast des Chips ist herkömmlicherweise als Widerstand Rн dargestellt. Tatsächlich ist dies meistens der Eingang oder mehrere Eingänge derselben digitalen Schaltungen.

Der erste Transistor ist ein Multiemitter. Er führt die logische Eingangsoperation 2I aus, und die folgenden Transistoren führen die Verstärkung und Inversion des Signals durch. Mikroschaltungen, die nach einem ähnlichen Schema hergestellt wurden, werden Transistor-Transistor-Logik genannt, abgekürzt als TTL.

Diese Abkürzung spiegelt die Tatsache wider, dass die logischen Eingangsoperationen und die anschließende Verstärkung und Inversion von Transistorelementen der Schaltung ausgeführt werden. Zusätzlich zu TTL gibt es auch eine Diodentransistorlogik (DTL), deren logische Eingangsstufen an Dioden ausgeführt werden, die sich natürlich innerhalb der Mikroschaltung befinden.

Abbildung 7

An den Eingängen des Logikelements 2I-NOT zwischen den Emittern des Eingangstransistors und dem gemeinsamen Draht sind die Dioden VD1 und VD2 installiert. Ihr Zweck ist es, den Eingang vor einer Spannung mit negativer Polarität zu schützen, die infolge der Selbstinduktion von Montageelementen auftreten kann, wenn die Schaltung mit hohen Frequenzen arbeitet oder einfach versehentlich von externen Quellen abgelegt wird.

Der Eingangstransistor VT1 ist gemäß dem Schema mit einer gemeinsamen Basis verbunden, und seine Last ist der Transistor VT2, der zwei Lasten aufweist. Im Emitter ist dies der Widerstand R3 und im Kollektor R2. Somit wird ein Phaseninverter für die Ausgangsstufe an den Transistoren VT3 und VT4 erhalten, wodurch sie gegenphasig arbeiten: Wenn VT3 geschlossen ist, ist VT4 offen und umgekehrt.

Angenommen, beide Eingänge von Element 2 werden NICHT mit einem niedrigen Pegel gespeist. Verbinden Sie dazu einfach diese Eingänge mit einem gemeinsamen Kabel.In diesem Fall ist der Transistor VT1 offen, was das Schließen der Transistoren VT2 und VT4 zur Folge hat. Der Transistor VT3 befindet sich im offenen Zustand und durch ihn und die VD3-Diode fließt der Strom in die Last - am Ausgang des Elements befindet sich ein Zustand mit hohem Pegel (logische Einheit).

In diesem Fall schließt der Transistor VT1, wenn die Logikeinheit an beide Eingänge angelegt wird, was zum Öffnen der Transistoren VT2 und VT4 führt. Aufgrund ihrer Öffnung schließt der Transistor VT3 und der Strom durch die Last stoppt. Am Ausgang des Elements wird ein Nullzustand oder eine Niederspannung eingestellt.

Der niedrige Spannungspegel ist auf einen Spannungsabfall am Kollektor-Emitter-Übergang des offenen VT4-Transistors zurückzuführen und überschreitet gemäß den Spezifikationen nicht 0,4 V.

Die Hochpegelspannung am Ausgang des Elements ist um die Größe des Spannungsabfalls über dem offenen Transistor VT3 und der Diode VD3 kleiner als die Versorgungsspannung, wenn der Transistor VT4 geschlossen ist. Die hohe Spannung am Ausgang des Elements hängt von der Last ab, sollte jedoch nicht weniger als 2,4 V betragen.

Wenn eine sehr langsam variierende Spannung von 0 bis 5 V an die Eingänge eines miteinander verbundenen Elements angelegt wird, ist ersichtlich, dass der Übergang des Elements von einem hohen zu einem niedrigen Pegel schrittweise erfolgt. Dieser Übergang wird in dem Moment durchgeführt, in dem die Spannung an den Eingängen einen Pegel von ungefähr 1,2 V erreicht. Eine solche Spannung für die 155. Reihe von Mikroschaltungen wird als Schwelle bezeichnet.

Dies kann als allgemeine Bekanntschaft mit dem Element 2I-NOT complete angesehen werden. Im nächsten Teil des Artikels werden wir uns mit dem Gerät verschiedener einfacher Geräte wie verschiedenen Generatoren und Impulsformern vertraut machen.

Boris Alaldyshkin

Fortsetzung des Artikels: Logikchips. Teil 4

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