Простейшие интегральные микросхемы
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.
Обсуждение Технические средства автоматизации
Комментарии, рецензии и отзывы