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BÜCHER UND ARTIKEL
Praktische Bekanntschaft mit der digitalen Mikroschaltung. Radio – für Einsteiger
Verzeichnis / Radio - für Anfänger In einer Vielzahl von Instrumenten und Geräten der Digitaltechnik, die von Funkamateuren entwickelt wurden, wird der K155LAZ-Chip am häufigsten verwendet. Wir glauben, dass die praktische Bekanntschaft mit Mikroschaltungen dieser Serie damit beginnen sollte. Das Aussehen und die symbolische grafische Bezeichnung dieser Mikroschaltung sind in Abb. 1 dargestellt. 14. Strukturell handelt es sich um ein rechteckiges Kunststoffgehäuse mit 16 Plattenanschlüssen (einige Mikroschaltungen dieser Serie haben 24 oder sogar 1 Anschlüsse), die sich an beiden Längsseiten des Gehäuses befinden. Oben auf dem Gehäuse befindet sich ein Bedingungsschlüssel – eine kleine runde Markierung, die die Position von Pin XNUMX anzeigt. Von dort aus werden die restlichen Pins gezählt. Wenn Sie den Mikroschaltkreis von oben betrachten - von der Seite der Markierung - müssen Sie die Schlussfolgerungen gegen den Uhrzeigersinn zählen, und wenn von unten, dann im Uhrzeigersinn. Diese Regel gilt für alle Mikroschaltkreise und nicht nur für die K155-Serie.Was ist der K155LAZ-Mikroschaltkreis strukturell? Es besteht aus vier logischen Elementen 2I-NOT (die Zahl 2 gibt die Anzahl der Eingänge jedes Elements an), die von einer gemeinsamen externen Gleichspannungsquelle gespeist werden.
Jedes seiner logischen Elemente arbeitet unabhängig voneinander. Es ist nicht schwierig, Elemente anhand der Pin-Nummern auszuwählen, die auf der grafischen Schaltungsbezeichnung der Mikroschaltung angegeben sind. Eingangspins 1, 2 und Ausgangspin 3 beziehen sich also auf eines seiner Elemente, zum Beispiel das erste, Eingang 4, 5 und Ausgang 6 - auf das zweite Element usw. Nicht in Abb. 1, b Schlussfolgerungen 7 und 14 der Mikroschaltung werden verwendet, um alle Elemente mit Strom zu versorgen. Es ist nicht üblich, diese Schlussfolgerungen auf einem Diagramm darzustellen, um es nicht mit Stromleitungen zu überladen, und auch, weil die Elemente normalerweise nicht zusammen auf dem Schaltplan des Geräts angeordnet sind, wie in Abb. 1b, a getrennt in verschiedenen Bereichen. Die Energieversorgungsketten der Elemente bleiben gemeinsam. Außerdem muss für die Mikroschaltung K.155LAZ der Ausgang 14 mit dem Pluspol und der Ausgang 7 mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden werden. Die Mikroschaltung K155LAZ ist wie alle anderen Mikroschaltungen dieser Serie für die Versorgung mit einer Gleichstromquelle von 5 V ausgelegt.Sie können auch eine Batterie aus galvanischen Zellen mit einer um 0,5 V niedrigeren Spannung verwenden, beispielsweise eine 3336-Batterie mehr, was sich natürlich auf den Betriebsmodus der Mikroschaltung auswirkt, und bei einer gewissen Entladung der Batterie funktioniert die Mikroschaltung im Allgemeinen nicht mehr normal. Daher ist es wünschenswert, ein Netzteil zu verwenden, das eine stabile Spannung von 5 V bereitstellt. Ein solches Netzteil kann beispielsweise gemäß dem in Fig. 2 gezeigten zusammengebaut werden. 1 Schema. Darin besteht die Konstantstromquelle GB3336 aus zwei in Reihe geschalteten XNUMX-Batterien. Die Mikroschaltung wird über einen Spannungsregler mit Strom versorgt, der aus einer Zenerdiode VD1, einem Ballastwiderstand R3 und einem Regeltransistor VT1 besteht. Die Kapazität des Oxidkondensators C1 kann 20 ... 50 Mikrofarad und des Keramik- oder Glimmerkondensators C2 - 0,033 ... 0,047 Mikrofarad betragen. Wie funktioniert der Spannungsregler eines solchen Mikroschaltkreis-Netzteils? Der Widerstand R3 und die Zenerdiode VD1 bilden einen Batteriespannungsteiler GB1. Die auf die Zenerdiode wirkende Spannung ist gleich ihrer Stabilisierungsspannung (für die Zenerdiode KS168A sind es 6,8 V). Die von der Zenerdiode entfernte Spannung wird über den Trimmerwiderstand R2 der Basis des Transistors VT1 zugeführt und öffnet. Je größer die Spannung an der Basis dieses Transistors (und damit je größer der Basisstrom), je offener er ist, desto größer ist die Spannung am Ausgang des Stabilisators und der Strom durch seine Last. Die Spannung am Ausgang des Geräts, gleich 5 V, stellt den Abstimmwiderstand (oder variablen) R2 mit einem Steuer-Gleichstrom-Voltmeter ein. Der Stabilisator hält eine solche Spannung an der Last praktisch unverändert, wenn die Spannung der GB1-Batterie auf 7 ... 7,5 V abfällt. Der Kondensator C1 glättet Welligkeiten im Stromversorgungskreis der Mikroschaltung bei einer niedrigen und C2 bei einer hohen Frequenz elektrischer Schwingungen und schützt die Mikroschaltung vor dem Einfluss verschiedener elektrischer Störungen auf ihren Betrieb. Der Widerstand R1 ist erforderlich, damit der Stabilisator auch beim Ausschalten des Mikrokreises nicht ohne Last bleibt. Die Modellplatte (Abb. 3, a), die für die Durchführung von Experimenten und die Überprüfung der Leistung einfacher Geräte und Geräte erforderlich ist, kann aus Glasfaser, Getinaken oder anderem Isoliermaterial mit einer Dicke von 1,5 ... 2 mm bestehen. Im Extremfall reichen gut verleimtes Sperrholz, Hartfaserplatten und sogar Hartpappe. Die ungefähren Abmessungen der Platte betragen 120 x 80 mm. Verstärken Sie an den Längsseiten vorverzinnte Kupferleiter mit einer Dicke von 1,2 ... 1,5 mm - dies sind die Stromleitungen. Bohren Sie auf der gesamten verbleibenden Fläche alle 10 mm Löcher mit einem Durchmesser von 0,8 ... 1 mm, in die Sie bei Bedarf verzinnte Drahtstücke (oder schmale Zinnstreifen) einführen, die wie Schlaufen gebogen sind - das werden sie vorübergehende Bezugspunkte für die Zuleitungen von Widerständen, Kondensatoren, Montageleitern sein. Bringen Sie von unten an den Ecken der Platte niedrige Beinständer an und fahren Sie mit den Experimenten fort. Legen Sie die Mikroschaltung mit den Stiften nach unten irgendwo auf das Steckbrett, nachdem Sie ihre schmalen Enden so gebogen haben, dass sie eng an der Platte anliegen. Verbinden Sie mit Segmenten des Befestigungsdrahts den Ausgang 14 der Mikroschaltung mit dem Pluspol und den Ausgang 7 mit den negativen (gemeinsamen) Stromleitungen (Abb. 3, b). Um den Mikroschaltkreis beim Löten nicht zu überhitzen, sollte die Leistung des Lötkolbens 40 W nicht überschreiten und die Lötdauer der Leitungen 2 s nicht überschreiten.
Nachdem Sie die Zuverlässigkeit und Korrektheit des Lötens überprüft und sichergestellt haben, dass kein Kurzschluss zwischen den Stiften der Mikroschaltung vorliegt, schließen Sie die Stromquelle an die Leitungen an. Messen Sie mit einem DC-Voltmeter mit einem relativen Eingangswiderstand von mindestens 5 kOhm / V (Avometer) die Spannung an allen Logikausgängen der Elemente. Schließen Sie dazu die negative Sonde des Voltmeters an eine gemeinsame Leitung an und berühren Sie abwechselnd die Eingangsklemmen 1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, 13 und dann die Ausgangsklemmen 3, 6, 8, 11 mit dem positiven. Wenn die Versorgungsspannung 5 V beträgt, sollte das Voltmeter an den Eingangsklemmen der Elemente etwa 1,4 V und am Ausgang etwa 0,3 V anzeigen. Wenn dies nicht der Fall ist, ist die Mikroschaltung defekt. Eine experimentelle Überprüfung der Funktionslogik der Elemente einer 2I-NOT-Mikroschaltung kann mit jedem von ihnen begonnen werden, beispielsweise mit dem ersten - DD1.1 mit den Pins 1-3 (Abb. 4). Verbinden Sie zunächst eine der Eingangsklemmen, zum Beispiel Klemme 2, mit einer gemeinsamen Minusleitung und Klemme 1 mit Plus, jedoch über einen Widerstand mit einem Widerstandswert von 1 ... 1,5 kOhm (in Abb. 4, a-Rl ). Schließen Sie das Voltmeter PU3 an die Ausgangsklemme 1.1 des DD1-Elements an. Was zeigt die Voltmeternadel an? Eine Spannung von ca. 3,5 ... 4 V, also entsprechend einem hohen Pegel. Messen Sie dann mit einem Voltmeter die Spannung am Eingang Pin 1. Und auch hier liegt, wie Sie sehen, ein hoher Spannungspegel an. Daher die Schlussfolgerung: Wenn einer der Eingänge des 2I-NOT-Elements einen hohen Spannungspegel hat und der andere einen niedrigen Spannungspegel hat, wird der Ausgang einen hohen Spannungspegel haben. Mit anderen Worten, das Element befindet sich in einem einzigen Zustand. Verbinden Sie nun die Eingangsklemme 2 des Elements über einen Widerstand mit einem Widerstand von 1 ... 1,5 kOhm mit einer positiven Leitung und gleichzeitig mit einer Drahtbrücke mit einer gemeinsamen (Abb. 4, b). Messen Sie die Spannung an der Ausgangsklemme. Darauf liegt wie im vorherigen Fall ein Hochspannungspegel an. Entfernen Sie die Drahtbrücke, indem Sie dem Pfeil des Avometers folgen, sodass am zweiten Eingang des Elements ein hoher Spannungspegel angezeigt wird. Was erkennt das Voltmeter am Ausgang des Elements? Die Spannung beträgt etwa 0,3 V, was einem Low-Pegel entspricht. Das Element wechselte daher von einem Einzelzustand in einen Nullzustand. Schließen Sie mit der gleichen Drahtbrücke den ersten Eingang an die gemeinsame Leitung. Gleichzeitig tritt am Ausgang sofort ein hoher Spannungspegel auf. Und wenn einer der Eingangsanschlüsse periodisch an eine gemeinsame Leitung geschlossen wird, als würde die Zufuhr einer Spannung mit niedrigem Pegel simuliert? Bei gleicher Wiederholrate erscheinen am Ausgang des Elements elektrische Impulse und der Pfeil des daran angeschlossenen Voltmeters schwingt. Probieren Sie es experimentell aus. Was sagen die Experimente? Sie bestätigen die Logik des 2I-NOT-Elements, das zuvor an seinem elektrischen Gegenstück getestet wurde: Wenn an beiden Eingängen eine Spannung mit hohem Pegel angelegt wird, erscheint am Ausgang des Elements, oder anders ausgedrückt, eine Spannung mit niedrigem Pegel Element wechselt von einem einzelnen Zustand zu Null. Eine weitere Erfahrung: Trennen Sie beide Eingangsanschlüsse des Elements von anderen Teilen und Leitern. Was ist jetzt die Ausgabe? Niederspannung. Dies ist so, wie es sein sollte, denn das Nichtbeschalten der Eingangspins ist gleichbedeutend mit dem Anlegen eines hohen Spannungspegels an sie und damit dem Setzen des Elements auf Null. Vergiss diese Logikelement-Funktion in Zukunft nicht! Das nächste Experiment besteht darin, den Betrieb desselben 2I-NOT-Logikelements zu prüfen, wenn es durch den Inverter eingeschaltet wird, d. h. als ein NOT-Element. Schließen Sie beide Eingangsklemmen zusammen und verbinden Sie sie über einen Widerstand mit einem Widerstand von 1 ... 1.5 kΩ mit der positiven Stromleitung (Abb. 8, c). Was zeigt das an den Ausgang des Elements angeschlossene Voltmeter an? Niederspannung. Ohne den Widerstand von dieser Leitung zu trennen, schließen Sie den kombinierten Eingang an die negative Leitung (durch gestrichelte Pfeile dargestellt) und überwachen Sie gleichzeitig die Reaktion des Voltmeters. Es zeigt einen hohen Spannungspegel an. Damit stellen Sie sicher, dass das Signal am Ausgang des Wechselrichters immer gegensätzlich zum Eingang ist. Führen Sie ähnliche Experimente mit anderen logischen Elementen des K155LAZ-Chips durch und ziehen Sie die entsprechenden Schlussfolgerungen. Lassen Sie uns die Experimente für eine Weile unterbrechen, um die Frage zu beantworten: Was befindet sich im logischen Element 2I-NOT? Bisher haben wir ein Logikelement als eine Art „Blackbox“ mit zwei Eingängen und einem Ausgang betrachtet. Machen wir uns nun, als würden wir in das Element hineinschauen, mit seiner elektronischen "Füllung" vertraut (Abb. 5). Es besteht aus vier npn-Transistoren, drei Dioden und fünf Widerständen. Die Verbindung zwischen Transistoren ist direkt. Der gestrichelt dargestellte Widerstand Ri symbolisiert die mit dem Ausgang des Elements verbundene Last. Solche elektronischen Geräte der Digitaltechnik werden als Transistor-Transistor-Logikchips oder kurz TTL bezeichnet. Dies spiegelt die Tatsache wider, dass die Eingangslogikoperationen (oder, wie sie oft sagen, die Eingangslogik) von einem Multi-Emitter-Transistor (der erste Buchstabe J) ausgeführt werden, Verstärkung und Signalinvertierung sind ebenfalls Transistoren (der zweite Buchstabe T).
Der nach Basisschaltung geschaltete Eingangstransistor VT1 hat zwei Emitter. Darüber hinaus sind die Emitter über die Dioden VD1, VD2 mit einem gemeinsamen Stromkabel verbunden - sie schützen den Transistor vor einer zufälligen Spannung mit negativer Polarität an den Emittern. Der Transistor VT2 bildet einen Verstärker mit zwei Lasten: Emitter (Widerstand R3) und Kollektor (Widerstand R2). Die von ihnen entnommenen gegenphasigen Signale (mit entgegengesetztem Pegel: wenn der Spannungspegel am Kollektor hoch ist, am Emitter niedrig) werden den Basen der Ausgangstransistoren VT3 und VT4 zugeführt. Somit befinden sich die Ausgangstransistoren während des Betriebs immer in entgegengesetzten Zuständen - einer ist geschlossen und der zweite ist zu diesem Zeitpunkt offen. Wenn an einem oder beiden Eingängen ein Spannungselement mit niedrigem Pegel vorhanden ist (z. B. wenn sie an einen gemeinsamen Draht angeschlossen sind), ist der Transistor VT1 offen und gesättigt, die Transistoren VT2 und VT4 sind geschlossen und der Transistor VT3 wird geöffnet und durch sie fließen die Diode VD3 und die Last RH - Element im Einzelzustand. Wenn im gleichen Fall an beide Eingänge ein hoher Spannungspegel angelegt wird, schließt der Transistor VT1, und die Transistoren VT2 und VT4 öffnen und schließen dadurch den Transistor VT3. In diesem Fall hört der Strom durch die Last praktisch auf, da das Element einen Nullzustand annimmt. Der niedrige Spannungspegel am Ausgang des Logikelements ist gleich der Spannung am Kollektor des offenen Transistors VT4 und überschreitet 0,4 V nicht. Der hohe Spannungspegel am Ausgang des Logikelements (wenn der Transistor VT4 geschlossen ist) ist kleiner als die Spannung der Stromquelle um den Wert des Spannungsabfalls über dem Transistor VT3 und der Diode VD3 - nicht weniger als 2,4 V. Tatsächlich hängt die Spannung von den niedrigen und hohen Logikpegeln am Ausgang des Elements ab Lastwiderstand und kann geringfügig von den oben angegebenen Werten abweichen. Der Übergang eines Elements von einem einzelnen Zustand zu Null erfolgt abrupt, wenn seine Eingangsspannung einen Wert von etwa 1,2 V durchläuft, der als Schwellenwert bezeichnet wird.
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