Logikchips. Del 3

Logikchips. Del 1

Logikchips. Del 2 - Gates

Möt Digital Chip

I den andra delen av artikeln pratade vi om de villkorade grafiska beteckningarna för logiska element och om funktionerna som utförs av dessa element.

För att förklara driftsprincipen gavs kontaktkretsar som utför de logiska funktionerna för AND, OR, NOT och AND-NOT. Nu kan du börja praktiskt bekanta dig med K155-seriens mikrokretsar.

Utseende och design

Det grundläggande elementet i den 155: e serien är K155LA3-chipet. Det är ett plasthölje med 14 ledningar, på vars övre sida är markerad och en nyckel som indikerar chipets första utgång.

Nyckeln är en liten rund markering. Om du tittar på mikrokretsen ovanifrån (från sidan av fallet), bör slutsatserna räknas moturs, och om nedifrån, sedan medurs.

En ritning av höljet på mikrokretsen visas i figur 1. Ett sådant fall kallas DIP-14, som på översättning från engelska betyder ett plasthölje med ett tvåraderarrangemang av stift. Många mikrokretsar har ett större antal stift och därför kan fallet vara DIP-16, DIP-20, DIP-24 och till och med DIP-40.

Bild 1. DIP-14 kapsling.

Vad finns i detta fall

I DIP-14-paketet i K155LA3-mikrokretsen innehåller fyra oberoende element 2I-NOT. Det enda som förenar dem är bara de allmänna effektkonklusionerna: den 14: e utgången från mikrokretsen är + kraftkällan, och stift 7 är källans negativa pol.

För att inte ringa kretsen med onödiga element visas kraftledningar som regel inte. Detta görs inte heller eftersom var och en av de fyra 2I-NOT-elementen kan placeras på olika platser i kretsen. Vanligtvis skriver de helt enkelt på kretsarna: “+ 5V leder till slutsatser 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V leder till slutsatser 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. ". Separat placerade element betecknas DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. Figur 2 visar att K155LA3-chipet består av fyra 2I-NOT-element. Som redan nämnts i den andra delen av artikeln finns input-slutsatser till vänster och utgångar till höger.

Den främmande analogen till K155LA3 är SN7400-chipet och det kan säkert användas för alla experiment som beskrivs nedan. För att vara mer exakt är hela K155-seriens chips en analog till den utländska SN74-serien, så säljare på radiomarknaderna erbjuder just det.

Bild 2. Utdraget på K155LA3-chipet.

För att genomföra experiment med en mikrokrets behöver du strömförsörjning 5V spänning. Det enklaste sättet att skapa en sådan källa är genom att använda K142EN5A-stabilisatormikrokretsen eller dess importerade version, kallad 7805. I det här fallet är det inte nödvändigt att linda transformatorn, luta bron, installera kondensatorer. När allt kommer omkring kommer det alltid att finnas en kinesisk nätverksadapter med en spänning på 12V, till vilken det räcker att ansluta 7805, som visas i figur 3.

Figur 3. En enkel kraftkälla för experiment.

För att genomföra experiment med mikrokretsen måste du skapa en liten brödskiva. Det är en bit getinax, glasfiber eller annat liknande isoleringsmaterial med måtten 100 * 70 mm. Även enkel plywood eller tjock kartong är lämplig för sådana ändamål.

Längs långsidorna på brädet bör konserverade ledare förstärkas med en tjocklek av cirka 1,5 mm, genom vilken kraft tillförs mikrokretsarna (kraftbussar). Borra hål med en diameter på högst 1 mm mellan ledare över hela brädskivans område.

Vid genomförande av experiment kommer det att vara möjligt att sätta in bitar av konserverad tråd i dem, till vilka kondensatorer, motstånd och andra radiokomponenter kommer att lödas. I hörnen på brädet bör du göra låga ben, detta gör det möjligt att placera ledningarna underifrån.Brödskivans utformning visas i figur 4.

Bild 4. Utvecklingskort.

När brödskivan är klar kan du börja experimentera. För att göra detta ska minst ett K155LA3-chip installeras på det: lödstift 14 och 7 till kraftbussarna och böja de återstående stiften så att de ligger på kortet.

Innan experimenten påbörjas bör du kontrollera lödningens tillförlitlighet, korrekt anslutning av matningsspänningen (anslutning av matningsspänningen i omvänd polaritet kan skada mikrokretsen), och även kontrollera om det finns en kortslutning mellan angränsande terminaler. Efter denna kontroll kan du slå på strömmen och starta experimenten.

Bäst lämpad för mätningar slå voltmetervars ingångsimpedans är minst 10K / V. Alla testare, till och med billiga kineser, uppfyller helt och hållet detta krav.

Varför är det bättre att byta? Eftersom du observerar pilens fluktuationer kan du märka spänningspulserna, naturligtvis en tillräckligt låg frekvens. En digital multimeter har inte denna förmåga. Alla mätningar bör utföras relativt kraftkällans "minus".

När strömmen är på, mät spänningen vid alla stift i mikrokretsen: vid ingångsstiften 1 och 2, 4 och 5, 9 och 10, 12 och 13 bör spänningen vara 1,4V. Och vid utgångsterminalerna 3, 6, 8, 11 cirka 0,3V. Om alla spänningar ligger inom de angivna gränserna är mikrokretsen i drift.

Figur 5. Enkla experiment med ett logiskt element.

Testning av funktionen för det logiska elementet 2 OCH INTE kan t ex startas från det första elementet. Dess ingångsstift 1 och 2 och utgång 3. För att applicera en logisk nollsignal på ingången räcker det att helt enkelt ansluta denna ingång till den negativa (vanliga) kabeln i strömkällan. Om en logisk enhet måste matas in, bör denna ingång anslutas till + 5V-bussen, men inte direkt, men genom ett begränsande motstånd med ett motstånd på 1 ... 1,5 KOhm.

Anta att vi anslutit ingång 2 till en gemensam tråd, och därmed tillförde en logisk noll till den, och till ingången 1 matade vi en logisk enhet, som precis anges genom avslutningsmotståndet R1. Denna anslutning visas i figur 5a. Om spänningen vid utgången från elementet mäts med en sådan anslutning, visar voltmetern 3,5 ... 4,5V, vilket motsvarar en logisk enhet. Den logiska enheten ger en mätning av spänningen vid stift 1.

Detta sammanfaller helt med vad som visades i den andra delen av artikeln på exemplet med reläkontaktkretsen 2I-NOT. Enligt resultaten från mätningarna kan följande slutsats göras: när en av ingångarna till 2I-NOT-elementet är hög, och den andra är låg, är det säkert att utgången har en hög nivå.

Därefter kommer vi att göra följande experiment - vi kommer att leverera en enhet till båda ingångarna på en gång, som anges i figur 5b, men vi kommer att ansluta en av ingångarna, till exempel 2, till en gemensam tråd med en trådhoppare. (För sådana ändamål är det bäst att använda en vanlig synål lödd till flexibel ledning). Om vi ​​nu mäter spänningen vid utgången från elementet kommer det, som i föregående fall, att finnas en logisk enhet.

Utan att avbryta mätningarna avlägsnar vi trådbygeln - voltmetern visar en hög nivå vid utgången från elementet. Detta överensstämmer helt med logiken för elementet 2I-NOT, som kan verifieras genom att hänvisa till kontaktdiagrammet i den andra delen av artikeln, samt genom att titta på sanningstabellen som visas där.

Om denna bygel nu är stängd med jämna mellanrum för den gemensamma tråden i någon av ingångarna, simulerar en låg- och högnivåförsörjning, och med hjälp av en voltmeter kan utgången detektera spänningspulser - pilen kommer att svänga i tid med jumpern vid beröring av mikrokretsens ingång.

Följande slutsatser kan dras från experimenten: lågnivåspänningen vid utgången visas endast när båda ingångarna har en hög nivå, det vill säga villkor 2I är uppfyllt vid ingångarna.Om åtminstone en av ingångarna innehåller en logisk noll, utgången har en logisk enhet, kan vi upprepa att logik för mikrokretsen är helt i överensstämmelse med logiken för kontaktkretsen 2I-INTE beaktas i andra delen av artikeln.

Här är det lämpligt att göra ytterligare ett experiment. Dess betydelse är att stänga av alla ingångsstiften, bara lämna dem i “luften” och mäta elementets utspänning. Vad kommer att finnas där? Det stämmer, det kommer att finnas en logisk nollspänning. Detta antyder att de okopplade ingångarna till de logiska elementen är likvärdiga med ingångarna med den logiska enheten applicerad på dem. Du bör inte glömma bort den här funktionen, även om oanvända ingångar vanligtvis rekommenderas att anslutas någonstans.

Figur 5c visar hur ett 2I-NOT logiskt element helt enkelt kan förvandlas till en inverterare. För att göra detta, anslut bara båda dess ingångar. (Även om det finns fyra eller åtta ingångar, är en sådan anslutning acceptabel).

För att se till att signalen vid utgången har ett motsatt värde än signalen vid ingången, räcker det att ansluta ingångarna med en trådhoppare till en gemensam tråd, det vill säga tillämpa en logisk noll på ingången. I detta fall visar en voltmeter ansluten till elementets utgång en logisk enhet. Om du öppnar bygeln kommer en lågspänning att visas vid utgången, vilket är precis motsatsen till ingångsspänningen.

Denna erfarenhet antyder att växelriktaren helt motsvarar driften av kontaktkretsen som INTE beaktas i den andra delen av artikeln. Sådana är de generellt underbara egenskaperna hos 2I-NOT-chipet. För att besvara frågan om hur allt detta händer bör du tänka på den elektriska kretsen för elementet 2I-NOT.

Elementets 2 inre struktur är INTE

Fram till nu har vi betraktat ett logiskt element på nivån av dess grafiska beteckning och tar det, som de säger i matematik som en "svart ruta": utan att gå in på detaljer om elementets interna struktur, undersökte vi dess svar på insignaler. Nu är det dags att studera den inre strukturen för vårt logiska element, vilket visas i figur 6.

Bild 6. Den elektriska kretsen för det logiska elementet 2I-NOT.

Kretsen innehåller fyra transistorer med n-p-n-strukturen, tre dioder och fem motstånd. Det finns en direkt förbindelse mellan transistorer (utan isoleringskondensatorer), som gör att de kan arbeta med konstant spänning. Chipets utgångsbelastning visas konventionellt som ett motstånd RN. I själva verket är detta oftast ingången eller flera ingångar på samma digitala kretsar.

Den första transistorn är multi-emitter. Det är han som utför den logiska ingången 2I, och följande transistorer utför förstärkningen och inversionen av signalen. Mikrokretsar tillverkade enligt ett liknande schema kallas transistor-transistor-logik, förkortat TTL.

Denna förkortning återspeglar det faktum att de ingående logiska operationerna och den efterföljande förstärkningen och inversionen utförs av kretsens transistorelement. Förutom TTL finns det också diode-transistor-logik (DTL), vars ingångslogiska steg utförs på dioder, som naturligtvis finns inuti mikrokretsen.

Figur 7

Vid ingångarna till det logiska elementet 2I-NOT mellan emitterarna från ingångstransistorn och den gemensamma tråden installeras dioderna VD1 och VD2. Deras syfte är att skydda ingången från spänning med negativ polaritet, som kan uppstå som ett resultat av självinduktion av monteringselement när kretsen arbetar med höga frekvenser, eller helt enkelt lagras av misstag från externa källor.

Ingångstransistorn VT1 är ansluten enligt schemat med en gemensam bas, och dess belastning är transistorn VT2, som har två belastningar. I sändaren är detta motståndet R3 och i samlaren R2. Således erhålls en fasomformare för utgångssteget på transistorerna VT3 och VT4, vilket får dem att fungera i antifas: när VT3 är stängd, är VT4 öppen och vice versa.

Anta att båda ingångarna till element 2 INTE matas en låg nivå. För att göra detta, helt enkelt ansluta dessa ingångar till en vanlig tråd.I detta fall kommer transistorn VT1 att vara öppen, vilket kommer att medföra stängning av transistorerna VT2 och VT4. Transistorn VT3 kommer att vara i öppet tillstånd och genom den och VD3-dioden flyter strömmen in i lasten - vid utgången från elementet är ett högt nivåstillstånd (logisk enhet).

I händelse av att den logiska transistorn VT1 är stängd vid båda ingångarna kommer den att öppna transistorerna VT2 och VT4. På grund av deras öppning stängs VT3-transistorn och strömmen genom lasten stannar. Vid utgången från elementet ställs nolltillstånd eller lågspänning in.

Lågspänningsnivån beror på ett spänningsfall vid kollektor-emitterkorsningen på den öppna VT4-transistorn och överstiger enligt specifikationer inte 0,4V.

Högnivåspänningen vid utgången från elementet är mindre än matningsspänningen med storleken på spänningsfallet över den öppna transistorn VT3 och dioden VD3 i fallet då transistorn VT4 är stängd. Den höga nivån spänningen vid utgången från elementet beror på belastningen, men bör inte vara mindre än 2,4V.

Om en mycket långsamt varierande spänning, som varierar från 0 ... 5v, appliceras på ingångarna på elementet som är anslutna tillsammans, kan man se att övergången från elementet från en hög nivå till en låg sker stegvis. Denna övergång utförs i det ögonblick då spänningen vid ingångarna når en nivå på ungefär 1,2V. En sådan spänning för den 155: e serien av mikrokretsar kallas tröskel.

Detta kan betraktas som en allmän bekant med elementet 2I-NOT komplett. I nästa del av artikeln kommer vi att bekanta oss med enheten för olika enkla enheter, till exempel olika generatorer och pulsformare.

Boris Alaldyshkin

Fortsättning av artikeln: Logikchips. Del 4

E-bok -Nybörjarguide för AVR-mikrokontroller