Chips de lógica. Parte 3

Chips de lógica. Parte 1

Chips de lógica. Parte 2 - Portões

Conheça o chip digital

Na segunda parte do artigo, falamos sobre as designações gráficas condicionais de elementos lógicos e sobre as funções desempenhadas por esses elementos.

Para explicar o princípio de operação, foram fornecidos circuitos de contato que executam as funções lógicas de AND, OR, NOT e AND-NOT. Agora você pode começar a se familiarizar com os microcircuitos da série K155.

Aparência e design

O elemento básico da série 155 é o chip K155LA3. É uma caixa de plástico com 14 derivações, na parte superior marcada e uma chave que indica a primeira saída do chip.

A chave é uma pequena marca redonda. Se você observar o microcircuito de cima (do lado do gabinete), as conclusões deverão ser contadas no sentido anti-horário e, se for de baixo, no sentido horário.

Um desenho da caixa do microcircuito é mostrado na Figura 1. Esse caso é chamado DIP-14, que na tradução do inglês significa uma caixa de plástico com um arranjo de pinos em duas filas. Muitos microcircuitos têm um número maior de pinos e, portanto, o gabinete pode ser DIP-16, DIP-20, DIP-24 e até DIP-40.

Figura 1. Gabinete DIP-14.

O que está contido neste caso

Na embalagem DIP-14 do microcircuito K155LA3 contém 4 elementos independentes 2I-NOT. A única coisa que os une são apenas as conclusões gerais de energia: a 14ª saída do microcircuito é + a fonte de energia e o pino 7 é o pólo negativo da fonte.

Para não obstruir o circuito com elementos desnecessários, as linhas de energia, como regra, não são mostradas. Isso também não é feito porque cada um dos quatro elementos 2I-NOT pode estar localizado em locais diferentes do circuito. Geralmente eles simplesmente escrevem nos circuitos: “+ 5V levam a conclusões 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V levam a conclusões 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. ". Elementos localizados separadamente são designados como DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. A Figura 2 mostra que o chip K155LA3 consiste em quatro elementos 2I-NOT. Como já mencionado na segunda parte do artigo, as conclusões de entrada estão localizadas à esquerda e as saídas à direita.

O análogo estrangeiro do K155LA3 é o chip SN7400 e pode ser usado com segurança em todos os experimentos descritos abaixo. Para ser mais preciso, toda a série de chips K155 é análoga à série SN74 estrangeira; portanto, os vendedores nos mercados de rádio oferecem exatamente isso.

Figura 2. A pinagem do chip K155LA3.

Para realizar experimentos com um microcircuito, você precisará fonte de alimentação Tensão de 5V. A maneira mais fácil de criar essa fonte é usando o chip estabilizador K142EN5A ou sua versão importada, chamada 7805. Nesse caso, não é necessário enrolar o transformador, soldar a ponte, instalar capacitores. Afinal, sempre haverá algum adaptador de rede chinês com uma voltagem de 12V, ao qual basta conectar o 7805, como mostra a Figura 3.

Figura 3. Uma fonte de energia simples para experimentos.

Para realizar experimentos com o microcircuito, você precisará fazer uma placa de ensaio de tamanho pequeno. É um pedaço de getinax, fibra de vidro ou outro material isolante semelhante, com dimensões de 100 * 70 mm. Mesmo compensado simples ou papelão grosso é adequado para esses fins.

Nos lados longos da placa, os condutores estanhados devem ser reforçados com uma espessura de cerca de 1,5 mm, através da qual a energia será fornecida aos microcircuitos (barramentos de força). Entre condutores em toda a área da tábua de pão, faça furos com um diâmetro não superior a 1 mm.

Ao realizar experimentos, será possível inserir pedaços de arame estanhado neles, nos quais os capacitores, resistores e outros componentes de rádio serão soldados. Nos cantos do quadro, você deve fazer pernas baixas, isso permitirá colocar os fios por baixo.O design da tábua de pão é mostrado na Figura 4.

Figura 4. Placa de desenvolvimento.

Depois que a placa de ensaio estiver pronta, você poderá começar a experimentar. Para fazer isso, pelo menos um chip K155LA3 deve ser instalado: pinos de solda 14 e 7 nos barramentos de energia e dobre os pinos restantes para que fiquem na placa.

Antes de iniciar os experimentos, verifique a confiabilidade da solda, a conexão correta da tensão de alimentação (conectar a tensão de alimentação na polaridade reversa pode danificar o microcircuito) e também verifique se há um curto-circuito entre os terminais adjacentes. Após essa verificação, você pode ligar a alimentação e iniciar os experimentos.

Mais adequado para medições voltímetro de discagemcuja impedância de entrada é de pelo menos 10K / V. Qualquer testador, mesmo chinês barato, satisfaz plenamente esse requisito.

Por que é melhor mudar? Porque, observando as flutuações da seta, você pode notar os pulsos de tensão, é claro, uma frequência suficientemente baixa. Um multímetro digital não possui essa capacidade. Todas as medições devem ser realizadas em relação ao "menos" da fonte de energia.

Depois que a energia for ligada, meça a tensão em todos os pinos do microcircuito: nos pinos de entrada 1 e 2, 4 e 5, 9 e 10, 12 e 13, a tensão deve ser de 1,4V. E nos terminais de saída 3, 6, 8, 11 cerca de 0,3V. Se todas as tensões estiverem dentro dos limites especificados, o microcircuito estará operacional.

Figura 5. Experimentos simples com um elemento lógico.

O teste da operação do elemento lógico 2 AND NOT pode ser iniciado, por exemplo, a partir do primeiro elemento. Seus pinos de entrada 1 e 2 e saída 3. Para aplicar um sinal lógico zero à entrada, basta conectar essa entrada ao fio negativo (comum) da fonte de energia. Se for necessária a entrada de uma unidade lógica, essa entrada deve ser conectada ao barramento de + 5V, mas não diretamente, mas através de um resistor limitador com uma resistência de 1 ... 1,5 KOhm.

Suponha que conectamos a entrada 2 a um fio comum, fornecendo um zero lógico a ele e à entrada 1 alimentamos uma unidade lógica, como foi indicado apenas através do resistor de terminação R1. Essa conexão é mostrada na Figura 5a. Se, com essa conexão, a tensão na saída do elemento for medida, o voltímetro mostrará 3,5 ... 4,5V, o que corresponde a uma unidade lógica. A unidade lógica fará uma medição da tensão no pino 1.

Isso coincide completamente com o que foi mostrado na segunda parte do artigo no exemplo do circuito de contato de relé 2I-NOT. Com base nos resultados das medições, pode-se concluir a seguinte: quando uma das entradas do elemento 2I-NOT estiver alta e a outra baixa, a saída certamente terá um nível alto.

Em seguida, faremos o seguinte experimento - forneceremos uma unidade para as duas entradas de uma só vez, conforme indicado na Figura 5b, mas conectaremos uma das entradas, por exemplo 2, a um fio comum usando um jumper. (Para tais fins, é melhor usar uma agulha de costura comum soldada à fiação flexível). Se agora medirmos a tensão na saída do elemento, então, como no caso anterior, haverá uma unidade lógica.

Sem interromper as medições, removemos o jumper de fio - o voltímetro mostrará um nível alto na saída do elemento. Isso é totalmente consistente com a lógica do elemento 2I-NOT, que pode ser verificada consultando o diagrama de contato na segunda parte do artigo, bem como observando a tabela verdade mostrada lá.

Se esse jumper agora for fechado periodicamente ao fio comum de qualquer uma das entradas, simulando uma alimentação de nível baixo e alto, usando um voltímetro a saída poderá detectar pulsos de tensão - a seta irá oscilar no tempo com o jumper tocando na entrada do microcircuito.

As seguintes conclusões podem ser tiradas das experiências: a tensão de baixo nível na saída aparecerá apenas quando um nível alto estiver presente nas duas entradas, ou seja, a condição 2I for satisfeita nas entradas.Se pelo menos uma das entradas contiver um zero lógico, a saída possuir uma unidade lógica, podemos repetir que a lógica do microcircuito é totalmente consistente com a lógica do circuito de contato 2I-NÃO considerado em segunda parte do artigo.

Aqui é apropriado fazer mais um experimento. Seu significado é desligar todos os pinos de entrada, apenas deixá-los no ar e medir a tensão de saída do elemento. O que vai estar aí? É isso mesmo, haverá uma tensão zero lógica. Isso sugere que as entradas não conectadas dos elementos lógicos são equivalentes às entradas com a unidade lógica aplicada a eles. Você não deve esquecer esse recurso, embora as entradas não utilizadas sejam geralmente recomendadas para serem conectadas em algum lugar.

A Figura 5c mostra como um elemento lógico 2I-NOT pode ser simplesmente transformado em um inversor. Para fazer isso, basta conectar as duas entradas. (Mesmo que haja quatro ou oito entradas, essa conexão é aceitável).

Para garantir que o sinal na saída tenha um valor oposto ao sinal na entrada, basta conectar as entradas com um jumper de fio a um fio comum, ou seja, aplicar um zero lógico à entrada. Nesse caso, um voltímetro conectado à saída do elemento mostrará uma unidade lógica. Se você abrir o jumper, uma tensão de baixo nível aparecerá na saída, exatamente o oposto da tensão de entrada.

Essa experiência sugere que o inversor é totalmente equivalente à operação do circuito de contato NÃO considerado na segunda parte do artigo. Tais são as propriedades geralmente maravilhosas do chip 2I-NOT. Para responder à pergunta de como tudo isso acontece, considere o circuito elétrico do elemento 2I-NOT.

A estrutura interna do elemento 2 NÃO é

Até agora, consideramos um elemento lógico no nível de sua designação gráfica, tomando-o, como se costuma dizer em matemática, como uma “caixa preta”: sem entrar em detalhes da estrutura interna do elemento, examinamos sua resposta aos sinais de entrada. Agora é hora de estudar a estrutura interna do nosso elemento lógico, que é mostrada na Figura 6.

Figura 6. O circuito elétrico do elemento lógico 2I-NOT.

O circuito contém quatro transistores da estrutura n-p-n, três diodos e cinco resistores. Existe uma conexão direta entre transistores (sem capacitores de isolamento), o que lhes permite trabalhar com tensões constantes. A carga de saída do chip é convencionalmente mostrada como um resistor Rn. De fato, essa é geralmente a entrada ou várias entradas dos mesmos circuitos digitais.

O primeiro transistor é multi-emissor. É ele quem realiza a operação lógica de entrada 2I, e os seguintes transistores realizam a amplificação e inversão do sinal. Microcircuitos feitos de acordo com um esquema semelhante são chamados de lógica transistor-transistor, abreviados como TTL.

Esta abreviação reflete o fato de que as operações lógicas de entrada e a subsequente amplificação e inversão são realizadas pelos elementos transistores do circuito. Além do TTL, também há lógica diodo-transistor (DTL), cujos estágios lógicos de entrada são realizados em diodos localizados, é claro, dentro do microcircuito.

Figura 7

Nas entradas do elemento lógico 2I-NOT entre os emissores do transistor de entrada e o fio comum, os diodos VD1 e VD2 são instalados. Seu objetivo é proteger a entrada da tensão de polaridade negativa, que pode ocorrer como resultado da autoindução de elementos de montagem quando o circuito opera em altas frequências ou simplesmente arquivado por engano de fontes externas.

O transistor de entrada VT1 é conectado de acordo com o esquema com uma base comum e sua carga é o transistor VT2, que possui duas cargas. No emissor, este é o resistor R3 e no coletor R2. Assim, é obtido um inversor de fase para o estágio de saída nos transistores VT3 e VT4, o que os faz trabalhar na fase antifásica: quando o VT3 é fechado, o VT4 é aberto e vice-versa.

Suponha que ambas as entradas do elemento 2 NÃO sejam alimentadas com um nível baixo. Para fazer isso, basta conectar essas entradas a um fio comum.Nesse caso, o transistor VT1 estará aberto, o que implicará o fechamento dos transistores VT2 e VT4. O transistor VT3 estará no estado aberto e, através dele e do diodo VD3, a corrente flui para a carga - na saída do elemento está um estado de alto nível (unidade lógica).

Caso o transistor lógico VT1 seja fechado nas duas entradas, ele abrirá os transistores VT2 e VT4. Devido à sua abertura, o transistor VT3 se fecha e a corrente através da carga para. Na saída do elemento, é definido um estado zero ou baixa tensão.

O nível de baixa tensão é devido a uma queda de tensão na junção coletor-emissor do transistor aberto VT4 e, de acordo com as especificações, não excede 0,4V.

A tensão de alto nível na saída do elemento é menor que a tensão de alimentação pela magnitude da queda de tensão no transistor aberto VT3 e no diodo VD3 no caso em que o transistor VT4 está fechado. A tensão de alto nível na saída do elemento depende da carga, mas não deve ser inferior a 2,4V.

Se uma tensão de variação muito lenta, variando de 0 a 5v, for aplicada às entradas do elemento conectado em conjunto, pode-se observar que a transição do elemento de um nível alto para um baixo ocorre passo a passo. Essa transição é realizada no momento em que a tensão nas entradas atinge um nível de aproximadamente 1,2V. Essa tensão para a 155ª série de microcircuitos é chamada limiar.

Isso pode ser considerado um conhecimento geral do elemento 2I-NÃO completo. Na próxima parte do artigo, vamos nos familiarizar com o dispositivo de vários dispositivos simples, como vários geradores e modeladores de pulso.

Boris Alaldyshkin

Continuação do artigo: Chips de lógica. Parte 4

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