Простейшие  интегральные микросхемы

Простейшие  интегральные микросхемы: Технические средства автоматизации, Шахворостов С.А., 2011 читать онлайн, скачать pdf, djvu, fb2 скачать на телефон Учебное пособие содержит информацию о теоретических основах, принципах действия и методологии практического использования основных групп устройств Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

Простейшие  интегральные микросхемы

В современной электроавтоматике бесконтактные диоднотранзисторные логические элементы практически не применяются. Основой для построения логических автоматов малой и средней сложности являются интегральные микросхемы различных серий, изготовленных по различным технологиям. Наибольшее распространение в области практического применения в настоящее время нашли интегральные микросхемы серий К555 (ТТЛ логика) и К561 (КМОП технология) [5]. Кроме технологических особенностей эти серии различаются по номенклатуре элементной базы.

В состав серии К555 входят следующие основные микросхемы

(рис.5.6).

ЛИ2 «И»        ЛИ3 «И»        ЛИ6 «И»        ЛЛ1 «ИЛИ»   ЛН1 «НЕ»

Рис.5.6. Состав и цоколевка некоторых микросхем серии К555

Микросхемы этой серии имеют повышенную выходную мощность (милливатты) и высокую частоту переключения (10…20 МГц). Уровни входных сигналов составляют соответственно: для «1» больше 2,4 В  и для «0» меньше 0,4 В. Напряжение питания «+ Uпит»

= 5 В. При монтаже выводы №14 указанных микросхем подключаются к шине питания «+Uпит», а выводы №7 к шине питания «0бщ» (            ).

В состав серии К561 входят следующие основные микросхемы

(рис.5.7).

ЛА7«И-НЕ»

ЛА9«И-НЕ»

ЛА8«И-НЕ»

ЛИ1«И-НЕ»

ЛН2«НЕ»

ЛЕ5 «ИЛИ-НЕ»

ЛЕ10«ИЛИ-НЕ»

ЛЕ6«ИЛИ-НЕ»

плюс «НЕ»

Рис.5.7. Состав и цоколевка некоторых микросхем серии К561

Микросхемы этой серии имеют меньшую выходную мощность (микроватты), а частоту переключения около 3 МГц. Уровни входных сигналов составляют соответственно: для «1» больше 0,5 Uпит     и для «0» также менее 0,4 В. Напряжение питания «+ Uпит» = 3…15 В. При монтаже выводы №14 микросхем этой серии также подключаются к шине питания «+Uпит», а выводы №7 к шине питания «0бщ»

(           ).

Значительный диапазон питающего напряжения позволяет использовать микросхемы серии К561 совместно с микросхемами других серий, например К555 (Uпит= + 5 В) или К176 (Uпит= + 9 В), без использования дополнительных согласующих устройств [5].

Принцип действия основных логических элементов, входящих в состав микросхем,  поясняется на примерах транзисторных усилителей, работающих в ключевом режиме.

Логический элемент «НЕ» инвертор можно представить в виде однокаскадного усилителя (рис.5.8), на вход которого подаются сигналы либо низкого (    ), либо высокого (+Uпит) уровня.

В первом случае, пока микропереключатель еще не сработал (Х=0),

n-p-n транзистор VT закрыт и, значит, на выходе усилителя устанавливается сигнал с уровнем Uпит, т.е. Y = 1. При срабатывании переключателя (X = 1) прямая связь базы транзистора с

«землей» обрывается и на нее через резистор R1 поступает положительный потенциал.

При этом транзистор открывается

и на выходе усилителя устанавливается    Рис.5.8. Инвертор сигнал практически нулевого уровня, т.е.

Y = 0.

Логическая функция «И-НЕ», имеющая название «штрих Шеффера», объединяет две элементарные функции «И» и «НЕ». Обычно в литературе физический смысл конъюнкции поясняют на

примере работы диодно-резисторной сборки (рис.5.9).

При анализе этой схемы предполагается, что переключатели меняют свое состояние мгновенно и не имеют промежуточных состояний. Очевидно, что если хотя бы один з переключателей находится в состоянии, указанном на схеме, то потенциал точки А будет UА=0. Следовательно, и значение функции будет Y=0. И только в том случае, когда оба переключателя примут

второе состояние (Х1=1 и Х2=1), потенциал точки А достигнет значения UA=Uпит, т.е. Y = 1.

В действительности любой механический переключатель имеет некоторое запаздывание на срабатывание, т.е. в какой-то момент времени значение Xi  не будет соответствовать ни «0», ни «1», что недопустимо для осуществления логических операций. Поэтому для исключения указанной некорректности следует    осуществлять формирование входных сигналов с помощью размыкающих контактов, неподвижные части которых во избежание режима короткого замыкания подключаются к шине питания +Uпит  через балластные резисторы. Организованный таким образом логический элемент «И» подключается к инвертору, что позволяет создать искомый элемент

«И-НЕ» (рис.5.10).

+Uпит

R1       R2

VD

X1       1

R3       R4

Y

X2       VD2    VT

Рис.5.10. Эквивалентная схема логического элемента «И-НЕ»

Логическая функция «ИЛИ-НЕ», называемая также «стрелкой Пирса», как и в предыдущем примере, объединяет две элементарные функции «ИЛИ» и «НЕ».

Логическое сложение легко осуществляется с помощью параллельного прямого соединения диодов (рис.5.11). Если хотя бы один их переключателей сработает (Xi=1), потенциал точки А достигнет значения UA=Uпит, поскольку встречное включение диодов исключает

«стекание» тока на шину питания (           ),

т.е. Y=1.

Подключение рассмотренной схемы к входу инвертора позволяет реализовать логическую функцию «ИЛИ-НЕ» (рис.5.12).

+U пит

R1       R 2      R3

VD 1

X1       Y

X2       VD 2

R1=R2<<R4

VT

R4

Рис.5.12. Эквивалентная схема логического элемента «ИЛИ-НЕ»

Следует отметить, что на практике диодные сборки для реализации логических функций «И» и «ИЛИ» применяются крайне редко ввиду их низкой нагрузочной способности. То есть выход такой сборки можно подключать одновременно не более чем к трем логическим элементам. Поэтому для реализации этих функций обычно применяют соответственно элементы «И-НЕ» или «И-НЕ», последовательно соединенные с инверторами.

Технические средства автоматизации

Технические средства автоматизации

Обсуждение Технические средства автоматизации

Комментарии, рецензии и отзывы

Простейшие&nbsp; интегральные микросхемы: Технические средства автоматизации, Шахворостов С.А., 2011 читать онлайн, скачать pdf, djvu, fb2 скачать на телефон Учебное пособие содержит информацию о теоретических основах, принципах действия и методологии практического использования основных групп устройств Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).