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Connaissance pratique du microcircuit numérique. Radio - pour les débutants
Annuaire / Radio - pour les débutants Dans une variété d'instruments et d'appareils de technologie numérique, conçus par des radioamateurs, la puce K155LAZ est la plus largement utilisée. Nous pensons que la connaissance pratique des microcircuits de cette série devrait commencer par elle. L'apparence et la désignation graphique symbolique de ce microcircuit sont illustrées à la fig. 1. Structurellement, il s'agit d'un boîtier en plastique rectangulaire avec 14 fils de plaque (certains microcircuits de cette série ont 16 ou même 24 fils) situés le long des deux côtés longs du boîtier. Sur le dessus du boîtier, il y a une clé conditionnelle - une petite marque ronde indiquant l'emplacement de la broche 1. Le reste des broches est compté à partir de celle-ci. Si vous regardez le microcircuit d'en haut - du côté du marquage, vous devez alors compter les conclusions dans le sens antihoraire, et si d'en bas - puis dans le sens horaire. Cette règle s'applique à tous les microcircuits, et pas seulement à la série K155. Quelle est la structure du microcircuit K155LAZ? Il se compose de quatre éléments logiques 2I-NOT (le numéro 2 indique le nombre d'entrées de chaque élément), alimentés par une source de tension continue externe commune.
Chacun de ses éléments logiques fonctionne indépendamment. Il n'est pas difficile de sélectionner des éléments par les numéros de broches indiqués sur la désignation du circuit graphique du microcircuit. Ainsi, les broches d'entrée 1, 2 et la broche de sortie 3 font référence à l'un de ses éléments, par exemple, le premier, l'entrée 4, 5 et la sortie 6 - au deuxième élément, etc. Non représenté sur la Fig. 1, b les conclusions 7 et 14 du microcircuit sont utilisées pour alimenter tous les éléments. Il n'est pas habituel de représenter ces conclusions sur un schéma afin de ne pas l'encombrer de lignes électriques, et aussi parce que les éléments sont généralement situés sur le schéma de circuit de l'appareil et non ensemble, comme sur la Fig. 1b, a séparément dans différentes zones. Les chaînes d'alimentation des éléments restent communes. De plus, pour le microcircuit K.155LAZ, la sortie 14 doit être connectée au positif et la sortie 7 aux pôles négatifs de la source d'alimentation. Le microcircuit K155LAZ, comme tous les autres microcircuits de cette série, est conçu pour être alimenté à partir d'une source de courant continu de 5 V. Vous pouvez également utiliser une batterie de cellules galvaniques avec une tension inférieure de 0,5 V, par exemple une batterie 3336. Mais au cours des expériences, sa tension diminuera davantage, ce qui, bien sûr, affectera le mode de fonctionnement du microcircuit, et avec une certaine décharge de la batterie, le microcircuit cessera généralement de fonctionner normalement. Par conséquent, il est souhaitable d'utiliser une alimentation fournissant une tension stable de 5 V. Une telle alimentation peut être assemblée, par exemple, selon celle illustrée à la fig. 2 régime. Dans celui-ci, la source de courant constant GB1 est constituée de deux batteries 3336 connectées en série. L'alimentation est fournie au microcircuit via un régulateur de tension formé d'une diode Zener VD1, d'une résistance de ballast R3 et d'un transistor de régulation VT1. La capacité du condensateur à oxyde C1 peut être de 20 ... 50 microfarads et celle du condensateur céramique ou mica C2 - 0,033 ... 0,047 microfarads. Comment fonctionne le régulateur de tension d'une telle alimentation à microcircuit? La résistance R3 et la diode Zener VD1 forment un diviseur de tension de batterie GB1. La tension agissant sur la diode zener est égale à sa tension de stabilisation (pour la diode zener KS168A, elle est de 6,8 V). La tension retirée de la diode Zener est transmise à travers la résistance ajustable R2 à la base du transistor VT1, et elle s'ouvre. Plus la tension à la base de ce transistor est élevée (et donc plus le courant de base est important), plus il est ouvert, plus la tension à la sortie du stabilisateur et le courant traversant sa charge sont importants. La tension à la sortie de l'unité, égale à 5 V, règle la résistance d'accord (ou variable) R2 à l'aide d'un voltmètre CC de commande. Le stabilisateur maintiendra une telle tension sur la charge pratiquement inchangée lorsque la tension de la batterie GB1 chutera à 7 ... 7,5 V. Le condensateur C1 atténue les ondulations dans le circuit d'alimentation du microcircuit à basse fréquence et C2 à haute fréquence d'oscillations électriques, protégeant le microcircuit de l'influence de diverses interférences électriques sur son fonctionnement. La résistance R1 est nécessaire pour que même lorsque le microcircuit est éteint, le stabilisateur ne reste pas sans charge. Le panneau de maquette (Fig. 3, a), nécessaire pour mener des expériences, tester les performances d'appareils et d'appareils simples, peut être constitué de fibre de verre, de getinaks ou d'un autre matériau isolant en feuille d'une épaisseur de 1,5 ... 2 mm. Dans les cas extrêmes, du contreplaqué bien collé, des panneaux durs et même du carton dur feront l'affaire. Les dimensions approximatives du panneau sont de 120x80 mm. Renforcez les conducteurs en cuivre pré-étamé de 1,2 ... 1,5 mm d'épaisseur le long de ses côtés longs - ce seront les lignes électriques. Sur toute la surface restante, tous les 10 mm, percez des trous d'un diamètre de 0,8 ... 1 mm, dans lesquels, si nécessaire, vous insérerez des morceaux de fil étamé (ou d'étroites bandes d'étain), courbés comme des boucles - ils être des points de référence temporaires pour les fils des résistances, des condensateurs, des conducteurs de montage. Par le bas, aux coins du panneau, fixez des pieds bas et procédez aux expériences. Placez le microcircuit n'importe où sur la planche à pain avec les broches vers le bas, après avoir plié leurs extrémités étroites afin qu'elles soient bien ajustées contre le panneau. Avec des segments du fil de montage, connectez la sortie 14 du microcircuit au positif et la sortie 7 aux lignes d'alimentation négatives (communes) (Fig. 3, b). Afin de ne pas surchauffer le microcircuit lors de la soudure, la puissance du fer à souder ne doit pas dépasser 40 W et la durée de soudure des cordons ne doit pas dépasser 2 s.
Après avoir vérifié la fiabilité et l'exactitude de la soudure, et également vérifié qu'il n'y a pas de court-circuit entre les broches du microcircuit, connectez la source d'alimentation aux lignes. À l'aide d'un voltmètre CC avec une résistance d'entrée relative d'au moins 5 kOhm / V (avomètre), mesurez la tension à toutes les sorties logiques des éléments. Pour ce faire, connectez la sonde négative du voltmètre à une ligne commune, et touchez alternativement les bornes d'entrée 1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, 13, puis les bornes de sortie 3, 6, 8, 11 Lorsque la tension d'alimentation est de 5 V, le voltmètre doit indiquer environ 1,4 V aux bornes d'entrée des éléments et environ 0,3 V à la sortie. Si ce n'est pas le cas, le microcircuit est défectueux. Une vérification expérimentale de la logique d'action des éléments d'un microcircuit 2I-NOT peut être lancée avec n'importe lequel d'entre eux, par exemple, à partir du premier - DD1.1 avec les broches 1-3 (Fig. 4). Tout d'abord, connectez l'une des bornes d'entrée, par exemple la borne 2, à une ligne négative commune et la borne 1 au positif, mais via une résistance d'une résistance de 1 ... 1,5 kOhm (sur la Fig. 4, a-Rl ). Connecter le voltmètre PU3 à la borne de sortie 1.1 de l'élément DD1. Que montre l'aiguille du voltmètre ? Une tension égale à environ 3,5 ... 4 V, c'est-à-dire correspondant à un niveau haut. Mesurez ensuite la tension à la broche d'entrée 1 avec un voltmètre.Et ici, comme vous pouvez le voir, il y a aussi un niveau de tension élevé. D'où la conclusion : lorsque l'une des entrées de l'élément 2I-NOT a un niveau de tension élevé et que l'autre a un niveau de tension bas, la sortie aura un niveau de tension élevé. En d'autres termes, l'élément est dans un seul état. Connectez maintenant la borne d'entrée 2 de l'élément à travers une résistance d'une résistance de 1 ... 1,5 kOhm avec une ligne positive et en même temps avec un cavalier avec un fil commun (Fig. 4, b). Mesurez la tension à la borne de sortie. Sur celui-ci, comme dans le cas précédent, il y aura un niveau de tension élevé. En suivant la flèche de l'avomètre, retirez le cavalier afin qu'un niveau de haute tension apparaisse à la deuxième entrée de l'élément. Que détecte le voltmètre à la sortie de l'élément ? La tension est d'environ 0,3 V, correspondant à un niveau bas. L'élément est donc passé d'un état unique à un état zéro. Avec le même cavalier filaire, fermez la première entrée à la ligne commune. Dans le même temps, un niveau de haute tension apparaîtra immédiatement à la sortie. Et si l'une des bornes d'entrée est périodiquement fermée à une ligne commune, comme si elle simulait l'alimentation d'une tension de bas niveau? Avec le même taux de répétition, des impulsions électriques apparaîtront à la sortie de l'élément et la flèche du voltmètre qui lui est connecté oscillera. Vérifiez-le expérimentalement. Que disent les expériences ? Ils confirment la logique de l'élément 2I-NOT, précédemment testé sur son homologue électrique : lorsqu'une tension de niveau haut est appliquée sur les deux entrées, une tension de niveau bas apparaît en sortie de l'élément, ou, en d'autres termes, le l'élément passe d'un état unique à zéro. Une autre expérience : déconnectez les deux bornes d'entrée de l'élément des autres pièces et conducteurs. Quelle est la sortie maintenant ? Basse tension. C'est comme il se doit, car ne pas connecter les broches d'entrée revient à leur appliquer un niveau de tension élevé et, par conséquent, à mettre l'élément à zéro. N'oubliez pas cette fonctionnalité des éléments logiques à l'avenir ! L'expérience suivante consiste à vérifier le fonctionnement du même élément logique 2I-NOT lorsqu'il est activé par l'onduleur, c'est-à-dire en tant qu'élément NOT. Fermez les deux bornes d'entrée l'une à l'autre et connectez-les à la ligne d'alimentation positive via une résistance d'une résistance de 1 .... 1.5 kΩ (Fig. 8, c). Que montre le voltmètre connecté à la sortie de l'élément ? Basse tension. Sans déconnecter la résistance de cette ligne, fermez l'entrée combinée à la ligne négative (indiquée par des flèches en pointillés) et surveillez en même temps la réaction du voltmètre. Il affichera un niveau de tension élevé. De cette façon, vous vous assurez que le signal à la sortie de l'onduleur est toujours opposé à l'entrée. Effectuez des expériences similaires avec d'autres éléments logiques de la puce K155LAZ et tirez les conclusions appropriées. Interrompons un instant les expériences pour répondre à la question : qu'y a-t-il à l'intérieur de l'élément logique 2I-NOT ? Jusqu'à présent, nous avons considéré un élément logique comme une sorte de "boîte noire" à deux entrées et une sortie. Maintenant, comme si nous regardions à l'intérieur de l'élément, familiarisons-nous avec son "bourrage" électronique (Fig. 5). Il se compose de quatre transistors npn, trois diodes et cinq résistances. La connexion entre les transistors est directe. La résistance Ri, représentée en pointillés, symbolise la charge connectée à la sortie de l'élément. De tels dispositifs électroniques de technologie numérique sont appelés puces logiques transistor-transistor, ou, en abrégé, TTL. Cela reflète le fait que les opérations logiques d'entrée (ou, comme on dit souvent, la logique d'entrée) sont effectuées par un transistor multi-émetteur (la première lettre J), l'amplification et l'inversion du signal sont également des transistors (la deuxième lettre T).
Le transistor d'entrée VT1, connecté selon le circuit de base commun, est à deux émetteurs. De plus, les émetteurs sont connectés à un fil d'alimentation commun via les diodes VD1, VD2 - ils protègent le transistor d'une tension de polarité négative accidentelle sur les émetteurs. Le transistor VT2 forme un amplificateur à deux charges : émetteur (résistance R3) et collecteur (résistance R2). Les signaux en opposition de phase qui en sont extraits (de niveau opposé: si le niveau de tension est haut sur le collecteur, bas sur l'émetteur) sont acheminés vers les bases des transistors de sortie VT3 et VT4. Ainsi, les transistors de sortie pendant le fonctionnement sont toujours dans des états opposés - l'un est fermé et le second est ouvert à ce moment. S'il y a un élément de tension de bas niveau sur une ou les deux entrées (par exemple, lorsqu'elles sont connectées à un fil commun), le transistor VT1 sera ouvert et saturé, les transistors VT2 et VT4 sont fermés et le transistor VT3 est ouvert et à travers elle, la diode VD3 et la charge RH circuleront - élément à l'état unique. Dans le même cas, lorsqu'un niveau de tension élevé est appliqué aux deux entrées, le transistor VT1 se fermera et les transistors VT2 et VT4 s'ouvriront et fermeront ainsi le transistor VT3. Dans ce cas, le courant traversant la charge s'arrêtera pratiquement, puisque l'élément prendra un état zéro. Le niveau de tension bas à la sortie de l'élément logique est égal à la tension au collecteur du transistor ouvert VT4 et ne dépasse pas 0,4 V. Le niveau de tension haut à la sortie de l'élément logique (lorsque le transistor VT4 est fermé) est inférieure à la tension de la source d'alimentation par la valeur de la chute de tension aux bornes du transistor VT3 et de la diode VD3 - pas moins de 2,4 V. En fait, la tension des niveaux logiques bas et haut à la sortie de l'élément dépend de la résistance de charge et peut différer légèrement de celle indiquée ci-dessus. Le passage d'un élément d'un état unique à zéro se produit brutalement lorsque sa tension d'entrée passe par une valeur d'environ 1,2 V, appelée seuil.
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