Puces logiques. 3e partie

Puces logiques. Partie 1

Puces logiques. Partie 2 - Portes

Rencontrez la puce numérique

Dans la deuxième partie de l'article, nous avons parlé des désignations graphiques conditionnelles des éléments logiques et des fonctions exercées par ces éléments.

Pour expliquer le principe de fonctionnement, des circuits de contact remplissant les fonctions logiques ET, OU, NON et ET-NON ont été donnés. Vous pouvez maintenant commencer à vous familiariser avec les microcircuits de la série K155.

Apparence et design

L'élément de base de la 155e série est la puce K155LA3. Il s'agit d'un boîtier en plastique avec 14 fils, sur le côté supérieur duquel est marqué et une clé qui indique la première sortie de la puce.

La clé est une petite marque ronde. Si vous regardez le microcircuit d'en haut (du côté du boîtier), les conclusions doivent être comptées dans le sens antihoraire, et si d'en bas, puis dans le sens horaire.

Un dessin du boîtier du microcircuit est illustré à la figure 1. Un tel boîtier est appelé DIP-14, ce qui en traduction de l'anglais signifie un boîtier en plastique avec une disposition à deux rangées de broches. De nombreux microcircuits ont un plus grand nombre de broches, et le boîtier peut donc être DIP-16, DIP-20, DIP-24 et même DIP-40.

Figure 1. Boîtier DIP-14.

Contenu de cette affaire

Dans le boîtier DIP-14 du microcircuit K155LA3 contient 4 éléments indépendants 2I-NOT. La seule chose qui les unit n'est que les conclusions générales sur la puissance: la 14e sortie du microcircuit est + la source d'alimentation, et la broche 7 est le pôle négatif de la source.

Afin de ne pas encombrer le circuit avec des éléments inutiles, les lignes électriques, en règle générale, ne sont pas représentées. Cela n'est pas non plus fait car chacun des quatre éléments 2I-NOT peut être situé à différents endroits du circuit. Habituellement, ils écrivent simplement sur les circuits: «+ 5V conduisent aux conclusions 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V conduit aux conclusions 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. ". Les éléments situés séparément sont désignés par DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. La figure 2 montre que la puce K155LA3 se compose de quatre éléments 2I-NOT. Comme déjà mentionné dans la deuxième partie de l'article, les conclusions d'entrée sont situées à gauche et les sorties à droite.

L'analogue étranger de K155LA3 est la puce SN7400 et il peut être utilisé en toute sécurité pour toutes les expériences décrites ci-dessous. Pour être plus précis, toute la série de puces K155 est un analogue de la série SN74 étrangère, donc les vendeurs sur les marchés de la radio offrent exactement cela.

Figure 2. Le brochage de la puce K155LA3.

Pour mener des expériences avec un microcircuit, vous aurez besoin alimentation Tension 5V. La façon la plus simple de créer une telle source est d'utiliser la puce stabilisatrice K142EN5A ou sa version importée, qui s'appelle 7805. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'enrouler le transformateur, de souder le pont, d'installer des condensateurs. Après tout, il y aura toujours une carte réseau chinoise avec une tension de 12V, à laquelle il suffit de connecter le 7805, comme le montre la figure 3.

Figure 3. Une source d'alimentation simple pour les expériences.

Pour mener des expériences avec le microcircuit, vous devrez faire une planche à pain de petite taille. Il s'agit d'un morceau de getinax, de fibre de verre ou d'un autre matériau isolant similaire avec des dimensions de 100 * 70 mm. Même du contreplaqué simple ou du carton épais convient à de telles fins.

Le long des côtés longs de la carte, les conducteurs étamés doivent être renforcés avec une épaisseur d'environ 1,5 mm, à travers laquelle l'alimentation sera fournie aux microcircuits (bus d'alimentation). Entre les conducteurs sur toute la surface de la planche à pain, percez des trous d'un diamètre ne dépassant pas 1 mm.

Lors de la réalisation d'expériences, il sera possible d'y insérer des morceaux de fil étamé, auxquels des condensateurs, des résistances et d'autres composants radio seront soudés. Aux coins de la planche, vous devez faire des jambes basses, cela permettra de placer les fils par le bas.La conception de la planche à pain est illustrée à la figure 4.

Figure 4. Carte de développement.

Une fois que la maquette est prête, vous pouvez commencer à expérimenter. Pour ce faire, au moins une puce K155LA3 doit être installée dessus: souder les broches 14 et 7 aux bus d'alimentation et plier les broches restantes de manière à ce qu'elles reposent sur la carte.

Avant de commencer les expériences, vous devez vérifier la fiabilité de la soudure, la connexion correcte de la tension d'alimentation (la connexion de la tension d'alimentation en polarité inversée peut endommager le microcircuit), et également vérifier s'il y a un court-circuit entre les bornes adjacentes. Après cette vérification, vous pouvez mettre sous tension et démarrer les expériences.

Idéal pour les mesures voltmètre à cadrandont l'impédance d'entrée est d'au moins 10K / V. Tout testeur, même chinois bon marché, satisfait pleinement à cette exigence.

Pourquoi est-il préférable de changer? Parce que, en observant les fluctuations de la flèche, vous pouvez remarquer des impulsions de tension, bien sûr d'une fréquence assez basse. Un multimètre numérique n'a pas cette capacité. Toutes les mesures doivent être effectuées par rapport au «moins» de la source d'alimentation.

Après la mise sous tension, mesurez la tension à toutes les broches du microcircuit: aux broches d'entrée 1 et 2, 4 et 5, 9 et 10, 12 et 13, la tension doit être de 1,4 V. Et aux bornes de sortie 3, 6, 8, 11 environ 0,3 V. Si toutes les tensions sont dans les limites spécifiées, le microcircuit est alors opérationnel.

Figure 5. Expériences simples avec un élément logique.

Le test du fonctionnement de l'élément logique 2 ET NON peut être démarré, par exemple, à partir du premier élément. Ses broches d'entrée 1 et 2, et sa sortie 3. Pour appliquer un signal zéro logique à l'entrée, il suffit de connecter simplement cette entrée au fil négatif (commun) de la source d'alimentation. Si une unité logique doit être entrée, cette entrée doit être connectée au bus + 5V, mais pas directement, mais via une résistance de limitation avec une résistance de 1 ... 1,5 KOhm.

Supposons que nous avons connecté l'entrée 2 à un fil commun, lui fournissant ainsi un zéro logique, et à l'entrée 1, nous avons alimenté une unité logique, comme cela vient d'être indiqué par la résistance de terminaison R1. Cette connexion est illustrée à la figure 5a. Si, avec une telle connexion, la tension à la sortie de l'élément est mesurée, le voltmètre affichera 3,5 ... 4,5 V, ce qui correspond à une unité logique. L'unité logique donnera une mesure de la tension à la broche 1.

Cela coïncide complètement avec ce qui a été montré dans la deuxième partie de l'article sur l'exemple du circuit relais-contact 2I-NOT. Sur la base des résultats des mesures, la conclusion suivante peut être tirée: lorsque l'une des entrées de l'élément 2I-NOT est élevée et l'autre faible, la sortie est sûre d'avoir un niveau élevé.

Ensuite, nous ferons l'expérience suivante - nous fournirons une unité aux deux entrées à la fois, comme indiqué sur la figure 5b, mais nous connecterons l'une des entrées, par exemple 2, à un fil commun à l'aide d'un cavalier. (À ces fins, il est préférable d'utiliser une aiguille à coudre ordinaire soudée à un câblage flexible). Si nous mesurons maintenant la tension à la sortie de l'élément, alors, comme dans le cas précédent, il y aura une unité logique.

Sans interrompre les mesures, nous retirons le cavalier de fil - le voltmètre affichera un niveau élevé à la sortie de l'élément. Cela est parfaitement cohérent avec la logique de l'élément 2I-NOT, qui peut être vérifié en se référant au diagramme de contact dans la deuxième partie de l'article, ainsi qu'en consultant la table de vérité qui y est présentée.

Si ce cavalier est maintenant périodiquement fermé au fil commun de l'une des entrées, simulant une alimentation de niveau bas et élevé, puis en utilisant un voltmètre, la sortie peut détecter des impulsions de tension - la flèche oscillera dans le temps avec le cavalier touchant l'entrée du microcircuit.

Les conclusions suivantes peuvent être tirées des expériences: la tension de bas niveau à la sortie n'apparaîtra que lorsqu'un niveau élevé est présent aux deux entrées, c'est-à-dire que la condition 2I est satisfaite aux entrées.Si au moins une des entrées contient un zéro logique, la sortie a une unité logique, on peut répéter que la logique du microcircuit est parfaitement cohérente avec la logique du circuit de contact 2I-NON considéré dans deuxième partie de l'article.

Ici, il convient de faire une autre expérience. Son sens est de désactiver toutes les broches d'entrée, de les laisser dans l'air et de mesurer la tension de sortie de l'élément. Qu'y aura-t-il? C'est vrai, il y aura une tension zéro logique. Cela suggère que les entrées non connectées des éléments logiques sont équivalentes aux entrées avec l'unité logique qui leur est appliquée. Vous ne devez pas oublier cette fonctionnalité, bien qu'il soit généralement recommandé de connecter les entrées inutilisées quelque part.

La figure 5c montre comment un élément logique 2I-NOT peut simplement être transformé en onduleur. Pour ce faire, connectez simplement ses deux entrées. (Même s'il y a quatre ou huit entrées, une telle connexion est acceptable).

Pour vous assurer que le signal à la sortie a une valeur opposée au signal à l'entrée, il suffit de connecter les entrées avec un cavalier à un fil commun, c'est-à-dire appliquer un zéro logique à l'entrée. Dans ce cas, un voltmètre connecté à la sortie de l'élément affichera une unité logique. Si vous ouvrez le cavalier, une tension de bas niveau apparaîtra à la sortie, ce qui est exactement l'opposé de la tension d'entrée.

Cette expérience suggère que l'onduleur est entièrement équivalent au fonctionnement du circuit de contact NON pris en compte dans la deuxième partie de l'article. Telles sont les propriétés généralement merveilleuses de la puce 2I-NOT. Pour répondre à la question de savoir comment tout cela se produit, vous devriez considérer le circuit électrique de l'élément 2I-NOT.

La structure interne de l'élément 2 n'est PAS

Jusqu'à présent, nous avons considéré un élément logique au niveau de sa désignation graphique, le prenant, comme on dit en mathématiques comme une «boîte noire»: sans entrer dans les détails de la structure interne de l'élément, nous avons examiné sa réponse aux signaux d'entrée. Il est maintenant temps d'étudier la structure interne de notre élément logique, comme le montre la figure 6.

Figure 6. Le circuit électrique de l'élément logique 2I-NOT.

Le circuit contient quatre transistors de structure n-p-n, trois diodes et cinq résistances. Il existe une connexion directe entre les transistors (sans condensateurs d'isolement), ce qui leur permet de fonctionner avec des tensions constantes. La charge de sortie de la puce est classiquement représentée sous la forme d'une résistance Rн. En fait, il s'agit le plus souvent de l'entrée ou de plusieurs entrées des mêmes circuits numériques.

Le premier transistor est multi-émetteur. C'est lui qui effectue l'opération logique d'entrée 2I, et les transistors suivants effectuent l'amplification et l'inversion du signal. Les microcircuits fabriqués selon un schéma similaire sont appelés logique transistor-transistor, abrégé en TTL.

Cette abréviation reflète le fait que les opérations logiques d'entrée et l'amplification et l'inversion subséquentes sont effectuées par des éléments de transistor du circuit. En plus du TTL, il existe également une logique diode-transistor (DTL), dont les étapes logiques d'entrée sont effectuées sur des diodes situées, bien entendu, à l'intérieur du microcircuit.

Figure 7

Aux entrées de l'élément logique 2I-NOT entre les émetteurs du transistor d'entrée et le fil commun, des diodes VD1 et VD2 sont installées. Leur but est de protéger l'entrée de la tension de polarité négative, qui peut se produire à la suite de l'auto-induction des éléments de montage lorsque le circuit fonctionne à des fréquences élevées, ou simplement déposée par erreur à partir de sources externes.

Le transistor d'entrée VT1 est connecté selon le schéma avec une base commune, et sa charge est le transistor VT2, qui a deux charges. Dans l'émetteur, c'est la résistance R3, et dans le collecteur R2. Ainsi, un inverseur de phase pour l'étage de sortie sur les transistors VT3 et VT4 est obtenu, ce qui les fait fonctionner en antiphase: lorsque VT3 est fermé, VT4 est ouvert et vice versa.

Supposons que les deux entrées de l'élément 2 ne soient PAS alimentées à un niveau bas. Pour ce faire, connectez simplement ces entrées à un fil commun.Dans ce cas, le transistor VT1 sera ouvert, ce qui entraînera la fermeture des transistors VT2 et VT4. Le transistor VT3 sera à l'état ouvert et à travers lui et la diode VD3, le courant circule dans la charge - à la sortie de l'élément est un état de haut niveau (unité logique).

Dans ce cas, si l'unité logique est appliquée aux deux entrées, le transistor VT1 se ferme, ce qui entraînera l'ouverture des transistors VT2 et VT4. En raison de leur ouverture, le transistor VT3 se ferme et le courant à travers la charge s'arrête. En sortie de l'élément, un état zéro ou basse tension est réglé.

Le niveau de basse tension est dû à une chute de tension à la jonction collecteur - émetteur du transistor ouvert VT4 et, selon les spécifications, ne dépasse pas 0,4 V.

La tension de haut niveau à la sortie de l'élément est inférieure à la tension d'alimentation de l'amplitude de la chute de tension aux bornes du transistor ouvert VT3 et de la diode VD3 dans le cas où le transistor VT4 est fermé. La tension de haut niveau à la sortie de l'élément dépend de la charge, mais ne doit pas être inférieure à 2,4 V.

Si une tension variant très lentement, variant de 0 ... 5v, est appliquée aux entrées d'un élément connecté ensemble, alors on peut voir que la transition de l'élément d'un niveau haut à un niveau bas se produit par étapes. Cette transition est effectuée au moment où la tension aux entrées atteint un niveau d'environ 1,2V. Cette tension pour la 155e série de microcircuits est appelée seuil.

Cela peut être considéré comme une connaissance générale de l'élément 2I-NON complet. Dans la prochaine partie de l'article, nous nous familiariserons avec le dispositif de divers dispositifs simples, tels que divers générateurs et façonneurs d'impulsions.

Boris Alaldyshkin

Suite de l'article: Puces logiques. Partie 4

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