Legendární analogové čipy

Mezi mnoha čipy prezentovanými na moderním trhu s mikroelektronickými součástkami jsou skutečné legendy, které si právem získaly svou vysokou reputaci. V tomto článku se zaměříme na čtyři takové legendární analogové mikroobvody, konkrétně: NE555, A741, TL431 a LM311.

Integrovaný časovač NE555

Analogový integrovaný obvod NE555 je univerzální časovač. Úspěšně slouží v mnoha moderních elektronických obvodech k vytváření opakujících se nebo jednotlivých impulsů s konstantními časovými charakteristikami. Čip je v podstatě asynchronní RS triggermající specifické vstupní prahy, které jsou přesně definovány interními analogovými komparátory a přesným děličem napětí.

Integrovaná struktura mikroobvodu zahrnuje 23 tranzistorů, 16 rezistorů a 2 diody. NE555 je stále k dispozici v různých balíčcích, ale je nejoblíbenější v případech DIP-8 a SO-8 a je v této podobě, že ji lze nalézt na mnoha deskách. Domácí výrobci vyrábějí analoga tohoto časovače pod názvem KR1006VI1.

Historie čipu NE555 začala v roce 1970, kdy Hans Kamensind, zaměstnanec americké mikroelektronické společnosti Signetics, specialista na obvody PLL, odladil PLL pomocí VCO, jehož frekvence byla nyní nezávislá na napětí, vypálená kvůli hospodářské krizi.

Tento vývoj byl později nazván NE566 a obsahoval všechny prvky budoucího časovače NE555, včetně komparátorů, dělič napětíspoušť a klíč. Obvod by mohl generovat trojúhelníkové impulsy s amplitudou nastavenou interním děličem a s frekvencí nastavenou externím RC obvodem.

Hans Kamensind prodal svůj vývoj společnosti Signetics a poté nabídl jeho upřesnění čekajícímu multivibrátoru - jedinému pulznímu generátoru. Myšlenka nebyla okamžitě podporována, ale obchodní manažer Signetics Art Fury trval na tom, že projekt byl schválen, budoucí čip byl nazván NE555 (NE od SigNEtics).

Vylepšení a odladění časovače trvalo několik měsíců, a konečně v roce 1971 začal prodej NE555 v osmičkovém pouzdru za cenu 75 centů. Dnes jsou funkční analogy původního NE555 dostupné v různých bipolárních a CMOS verzích téměř všech hlavních výrobců elektronických součástek.

Nyní zvažte účel závěrů integrovaného časovače NE555, což umožní čtenáři pochopit důvod, proč tento čip získal obrovskou popularitu jak mezi odborníky, tak mezi amatérskými rádiovými nadšenci.

• Prvním závěrem je Země. Je připojen k zápornému vodiči zdroje energie.

• Druhým závěrem je spouštěč. Pokud je napětí na tomto pinu menší než 1/3 napájecího napětí, spustí se časovač. Současně proud spotřebovaný tímto vstupem nepřesahuje 500 nA.

• Třetí závěr je cesta ven. Když je časovač zapnutý, napětí na této svorce je o 1,7 V menší než napájecí napětí a maximální proud této svorky dosáhne 200 mA.

• Čtvrtý závěr je resetován. Když je na tento výstup přivedeno nízké napětí, pod 0,7 V, mikroobvod se vrátí do svého původního stavu. Pokud není nutný reset během provozu v obvodu, je tento výstup jednoduše připojen k plusu zdroje napájení mikroobvodu.

• Pátým závěrem je kontrola. Tento výstup je pod referenčním napětím a je připojen k invertujícímu vstupu prvního komparátoru.

• Šestým závěrem je práh, stop. Když je na tento výstup přivedeno napětí vyšší než 2/3 napájecího napětí, časovač se zastaví a jeho výstup se uvede do klidového stavu.

• Sedmý závěr je absolutorium. Když je výstupní úroveň mikroobvodu nízká, je tento kolík uvnitř mikroobvodu připojen k zemi a když je výstup mikroobvodu vysoký, je tento kolík odpojen od země. Tento pin je schopen odolat proudům až do 200 mA.

• Osmým závěrem je výživa. Tento kolík je připojen k kladnému drátu zdroje energie mikroobvodu, jehož napětí může být od 4,5 do 16 voltů.

Čip NE555 je široce používán kvůli své univerzálnosti. Na jeho základě jsou vytvářeny generátory, modulátory, časová relé, prahová zařízení a mnoho dalších uzlů různých elektronických zařízení, jejichž rozmanitost je omezena pouze imaginací a tvůrčím přístupem inženýrů a vývojářů.

Příklady úkolů, které je třeba řešit, jsou: funkce obnovení digitálního signálu zkresleného v komunikačních linkách, chvění filtrů, přepínání napájecích zdrojů, vypínačů v automatických řídicích systémech, regulátorů PWM, časovačů a mnoho dalšího.

Další materiály o čipu NE555:

555 Integrovaný časovač - Projděte si datový list

555 Integrované návrhy časovačů

Ochranný blok proti úniku vody

PWM - regulátor založený na integrovaném časovači NE555 pro stmívání LED

Operační zesilovač uA741

uA741 je operační zesilovač založený na bipolárních tranzistorech. Tento operační zesilovač druhé generace, vyvinutý v roce 1968 technikem Fairchild Semiconductor David Fullagar, je úpravou operačního zesilovače LM101, který vyžadoval externí kondenzátor korekce frekvence. UA741 již nebyl vyžadován externí kondenzátor, protože zde je okamžitě nainstalován na samotný čip.

Vlastnosti uA741 byly v té době perfektní a snadné používání mikroobvodu přispělo k jeho rozsáhlému použití. UA741 se tak stal univerzálním standardním operačním zesilovačem a dodnes jsou jeho analogy vyráběny mnoha výrobci mikroelektronických součástí, například: AD741, LM741 a domácím analogem - K140UD7. Tyto mikroobvody jsou k dispozici v balení DIP i čipu.

V jádru operačních zesilovačů je stejný princip, rozdíly jsou pouze ve struktuře. Operační zesilovače druhé a další generace zahrnují následující funkční bloky:

• Vstupní stupeň je diferenciální zesilovač, který poskytuje zesílení při vysoké vstupní impedanci a při nízké hladině hluku.

• Vysokonapěťový zesilovač, frekvenční odezva klesá jako u jednopólového dolního propusti. Nejedná se o rozdíl, pouze o východ.

• Výstupní stupeň (zesilovač), který poskytuje vysokou zátěžovou kapacitu, nízký výstupní odpor a poskytuje ochranu před zkratem a omezením výstupního proudu.

Integrovaný kondenzátor 30 pF poskytuje frekvenčně závislou negativní zpětnou vazbu, která zvyšuje stabilitu operačního zesilovače při práci s externí zpětnou vazbou. Jedná se o tzv. Millerovu kompenzaci, která funguje téměř jako integrátor zabudovaný v operačním zesilovači. Frekvenční kompenzace dává operačnímu zesilovači bezpodmínečnou stabilitu v širokém rozsahu podmínek, a tím zjednodušuje jeho použití v široké škále elektronických zařízení.

Ve výstupním stupni uA741 je rezistor s odporem 25 ohmů, který slouží jako proudový senzor. Spolu s tranzistorem Q17 tento odpor omezuje proud emitorového sledovače Q14 na přibližně 25 mA. Ve spodním rameni výstupního stupně push-pull se provádí proudové omezení tranzistorem Q20 měření proudu přes emitor tranzistoru Q19 a následné omezení proudu tekoucího do báze Q15. V modernějších modifikacích obvodů uA741 lze použít způsoby omezení výstupního proudu, které se mírně liší od zde popsaných.

Čip má dva vyrovnávací výstupy pro vyvážení, což vám umožňuje nastavit vstupní zkreslení operačního zesilovače přesně na nulu. K tomuto účelu lze použít externí potenciometr. Napájecí napětí mikroobvodu může dosahovat od +18 do +22 V, v závislosti na úpravě je však doporučený rozsah od -5 do +15 voltů.

Viz také toto téma:

Co jsou operační zesilovače

Obvody operačních zesilovačů zpětné vazby

Obvody operačních zesilovačů zpětné vazby

Nastavitelný regulátor napětí TL431

TL431 byl zahájen společností Texas Instruments v roce 1978 a byl umístěn jako přesný nastavitelný regulátor napětí. Předchozí verzí byl méně přesný čip TL430. Dnes je TL431 vyráběn mnoha výrobci pod značkami: LM431, KA431 a jeho domácí protějšek - KR142EN19A.

TL431 je v podstatě řízená zenerova dioda, která se často nachází v balíčku se třemi kolíky TO-92. Tento čip lze snad vidět na desce kteréhokoli moderního spínací zdroje napájení, alespoň - ve schématu galvanické izolace sekundárních obvodů.

Mikroobvod je zcela jednoduše regulován: když je na regulační elektrodu přivedeno napětí 2,5 V, vnitřní tranzistor, který vykonává funkci zenerovy diody, přejde do vodivého stavu.

Význam nálezů je zřejmý z vývojového diagramu:

• Prvním závěrem je kontrolní elektroda.

• Druhý závěr - nese funkci anody zenerovy diody.

• Třetí závěr - hraje roli katody zenerovy diody.

Pracovní napětí na katodě může být v rozsahu od 2,5 do 36 voltů a proud ve vodivém stavu by neměl překročit 100 mA, zatímco řídicí proud nepřesahuje 4 μA. Interní referenční napětí má jmenovitou hodnotu 2,5 voltu.

Mikroobvod je tak snadno konfigurovatelný a použitelný, že již našel nejširší aplikaci v různých elektronických zařízeních, počínaje spínanými napájecími zdroji, kde tradičně pracuje ve spojení s optočlenem, končící světelnými a teplotními senzory.

Dnes je obtížné najít domácí spotřebič, kdekoli je TL431, proto je tento čip k dispozici v mnoha různých případech. TL431 je tedy skvělý pro vytváření obvodů zpětné vazby ve zcela odlišných aspektech tohoto konceptu.

Příklady použití čipu TL431:

Jednoduchý regulátor teploty

Indikátory a signalizační zařízení na nastavitelné zenerově diodě TL431

Analogový komparátor LM311

Analogový komparátor LM311 vyrábí National Semiconductor od roku 1973 (od 23. září 2011 je společnost oficiálně součástí Texas Instruments). Domácí analogem tohoto komparátoru je KR554CA3.

Tento integrovaný komparátor napětí se vyznačuje velmi malým vstupním proudem (150 nA). Je navržen speciálně pro použití v širokém rozsahu napájecích napětí: od standardních + - 15V do unipolárních + 5V, tradiční pro digitální logiku. Výstup komparátoru je kompatibilní s úrovněmi TTL, RTL, DTL a MOS.

Jeho výstupní stupeň s otevřeným kolektorem vám umožňuje přímo načíst výstup do relé nebo žárovky a přepínat proud až 50 mA při napětí až 50 V. Spotřeba energie mikroobvodu je pouze 135 mW s napětím + -15 V. Údaje na komparátoru LM311 jsou zobrazeny. mnoho typických schémat jeho aplikací.

Mikroobvod obsahuje 20 rezistorů, 22 bipolárních tranzistorů, 1 tranzistor s polním efektem a 2 diody. Vstup a výstup LM311 lze izolovat od uzemnění obvodu, takže výstupní obvod mikroobvodu pracuje na uzemněné zátěži nebo na zátěži připojené k zápornému nebo kladnému pólu zdroje energie.

V komparátorovém obvodu existují možnosti vyvažování posunu a hradlování a výstupy několika LM311 lze připojit pomocí kabelového obvodu OR. Pravděpodobnost falešných pozitiv pro tento čip je velmi nízká.

Další materiály k tomuto tématu:

Jak je analogový komparátor uspořádán a jak funguje

Srovnávací obvody

Termostat pro sklep na komparátoru LM311