Leģendārie analogie čipi

Starp daudzajām mikroshēmām, kas tiek prezentētas mūsdienu mikroelektronisko komponentu tirgū, ir īstas leģendas, kuras pamatoti ir nopelnījušas savu augsto reputāciju. Šajā rakstā mēs pievērsīsim uzmanību četrām šādām leģendārām analogām mikroshēmām, proti: NE555, A741, TL431 un LM311.

Integrēts taimeris NE555

Analogā integrālā shēma NE555 ir universāls taimeris. Tas veiksmīgi kalpo daudzās mūsdienu elektroniskās shēmās, lai iegūtu atkārtotus vai vienreizējus impulsus ar nemainīgiem laika parametriem. Mikroshēma būtībā ir asinhrona RS sprūdaar īpašiem ieejas sliekšņiem, kurus precīzi nosaka iekšējie analogie salīdzinātāji un precīzs sprieguma dalītājs.

Mikroshēmas integrētajā struktūrā ietilpst 23 tranzistori, 16 rezistori un 2 diodes. NE555 joprojām ir pieejams dažādos iepakojumos, taču tas ir vispopulārākais DIP-8 un SO-8 gadījumos, un šādā formā to var atrast uz daudziem dēļiem. Vietējie ražotāji ražo šī taimera analogus ar nosaukumu KR1006VI1.

NE555 mikroshēmas vēsture sākas 1970. gadā, kad amerikāņu mikroelektronikas uzņēmuma Signetics darbinieks Hanss Kamensinds, PLL shēmu speciālists, atkļūdoja PLL ar VCO, kura frekvence tagad bija neatkarīga no sprieguma, atlaida ekonomiskās krīzes dēļ.

Šo attīstību vēlāk sauca par NE566, un tajā bija visi topošā NE555 taimera elementi, ieskaitot salīdzinātājus, sprieguma dalītājssprūda un atslēga. Ķēde varētu radīt trīsstūrveida impulsus ar iekšējā dalītāja iestatīto amplitūdu un ar ārējās RC ķēdes iestatīto frekvenci.

Hanss Kamensinds pārdeva savu attīstību firmai Signetics un pēc tam piedāvāja to uzlabot līdz gaidīšanas multivibratoram - viena impulsa ģeneratoram. Ideja netika uzreiz atbalstīta, bet Signetics pārdošanas menedžeris Art Fury uzstāja, un projekts tika apstiprināts, nākotnes mikroshēma sauca NE555 (NE no SigNEtics).

Taimera uzlabošana un atkļūdošana prasīja vēl vairākus mēnešus, un galu galā 1971. gadā NE555 pārdošana astoņu kontaktu gadījumā sākās ar cenu 75 centi. Mūsdienās oriģinālo NE555 funkcionālie analogi ir pieejami dažādās bipolāru un CMOS versijās gandrīz visiem galvenajiem elektronisko komponentu ražotājiem.

Tagad apsvērsim NE555 integrētā taimera secinājumu mērķi, tas lasītājam ļaus saprast iemeslu, kāpēc šī mikroshēma ir ieguvusi milzīgu popularitāti gan speciālistu, gan radioamatieru entuziastu vidū.

• Pirmais secinājums ir zeme. Tas ir savienots ar strāvas avota negatīvo vadu.

• Otrais secinājums ir sprūda. Kad spriegums šajā tapā ir zemāks par 1/3 no barošanas sprieguma, taimeris ieslēdzas. Tajā pašā laikā šīs ieejas patērētā strāva nepārsniedz 500 nA.

• Trešais secinājums ir izeja. Kad taimeris ir ieslēgts, spriegums šajā spailē ir par 1,7 voltiem mazāks nekā barošanas spriegums, un šī spailes maksimālā strāva sasniedz 200 mA.

• Ceturtais secinājums tiek atiestatīts. Kad šai izejai tiek piegādāts zems spriegums zem 0,7 voltiem, mikroshēma atgriežas sākotnējā stāvoklī. Ja atiestatīšana ķēdes darbības laikā nav nepieciešama, šī izeja tiek vienkārši savienota ar mikroshēmas enerģijas avota plusu.

• Piektais secinājums ir kontrole. Šī izeja atrodas zem atsauces sprieguma un ir savienota ar pirmā salīdzinātāja apgriezto ieeju.

• Sestais secinājums ir slieksnis, apstājieties. Kad šai izejai tiek piegādāts spriegums, kas lielāks par 2/3 no barošanas sprieguma, taimeris apstāsies un tā izeja tiks nodota miera stāvoklī.

• Septītais secinājums ir budžeta izpildes apstiprināšana. Kad mikroshēmas izejas līmenis ir zems, šī mikroshēmas iekšpusē esošā tapa ir savienota ar zemi, un, kad mikroshēmas izeja ir augsta, šī tapa tiek atvienota no zemes. Šis tapa spēj izturēt strāvu līdz 200 mA.

• Astotais secinājums ir uzturs. Šī tapa ir savienota ar mikroshēmas enerģijas avota pozitīvo vadu, kura spriegums var būt no 4,5 līdz 16 voltiem.

NE555 mikroshēma ir plaši izmantota tās daudzpusības dēļ. Uz tā pamata tiek būvēti ģeneratori, modulatori, laika releji, sliekšņa ierīces un daudzi citi dažādu elektronisko iekārtu mezgli, kuru daudzveidību ierobežo tikai inženieru un izstrādātāju iztēle un radošā pieeja.

Risināmo uzdevumu piemēri ir: sakaru līnijās izkropļota digitālā signāla atjaunošanas funkcija, pļāpāšanas filtri, barošanas avotu ieslēgšana, automātiskās vadības sistēmu ieslēgšanas un izslēgšanas kontrolieri, PWM kontrolieri, taimeri un daudz kas cits.

Papildu materiāli par mikroshēmu NE555:

555 Integrētais taimeris - ceļojiet caur datu lapu

555 integrētie taimera modeļi

Aizsardzības bloks no ūdens noplūdes

PWM - kontrolieris, kura pamatā ir NE555 integrētais taimeris gaismas diožu tuvināšanai

Darbības pastiprinātājs uA741

uA741 ir darbības pastiprinātājs, kura pamatā ir bipolāri tranzistori. Šis otrās paaudzes operacionālais pastiprinātājs, kuru 1968. gadā izstrādāja Fairchild Semiconductor inženieris Deivids Fullagars, ir LM101 operacionālā pastiprinātāja modifikācija, kam bija nepieciešams ārējs frekvences korekcijas kondensators. Līdz uA741 ārējais kondensators vairs nebija vajadzīgs, jo šeit tas tiek nekavējoties uzstādīts uz pašas mikroshēmas.

UA741 raksturlielumi tam laikam bija perfekti, un mikroshēmas lietošanas ērtums veicināja tā plašu izmantošanu. Tātad uA741 ir kļuvis par universālu standarta darbības pastiprinātāju, un līdz šai dienai tā analogus ražo daudzi mikroelektronisko komponentu ražotāji, piemēram: AD741, LM741 un vietējais analogs - K140UD7. Šīs mikroshēmas ir pieejamas gan DIP, gan mikroshēmu paketēs.

Operatīvo pastiprinātāju centrā ir tas pats princips, atšķirības ir tikai struktūrā. Otrās un nākamās paaudzes darbības pastiprinātāji ietver šādus funkcionālos blokus:

• Ievades pakāpe ir diferenciālais pastiprinātājs, kas nodrošina pastiprināšanu ar lielu ieejas pretestību un zemu trokšņa līmeni.

• Augstsprieguma pastiprinātājs, frekvences reakcija samazinās tāpat kā viena pola zemfrekvences filtrā. Tā nav atšķirība, vienīgā izeja.

• Izejas pakāpe (pastiprinātājs), kas nodrošina lielu kravnesību, zemu izejas pretestību un nodrošina aizsardzību pret īssavienojumu un izejas strāvas ierobežošanu.

Integrēts 30 pF kondensators nodrošina no frekvences atkarīgu negatīvu atgriezenisko saiti, kas palielina darbības pastiprinātāja stabilitāti, strādājot ar ārēju atgriezenisko saiti. Šī ir tā saucamā Millera kompensācija, kas darbojas gandrīz kā integrators, kas uzbūvēts uz darbības pastiprinātāja. Frekvences kompensācija nodrošina darbības pastiprinātāju beznosacījuma stabilitāti plašā diapazonā un tādējādi vienkāršo tā izmantošanu plašā elektronisko ierīču klāstā.

Izvades posmā uA741 ir rezistors ar pretestību 25 omi, kas kalpo kā strāvas sensors. Kopā ar tranzistoru Q17 šis rezistors ierobežo emitētāja sekotāja Q14 strāvu līdz aptuveni 25 mA. Stumšanas-izvades pakāpes apakšējā daļā strāvas ierobežošanu caur Q20 tranzistoru veic strāvas mērīšana caur tranzistora Q19 emitētāju un sekojošo strāvas ierobežošanu, kas plūst uz Q15 pamatni. Mūsdienīgākās uA741 shēmas modifikācijās var izmantot izejas strāvas ierobežošanas metodes, kas nedaudz atšķiras no šeit aprakstītajām.

Mikroshēmai ir divi balansēšanas nobīdes spraudītes, kas ļauj pielāgot operatīvā pastiprinātāja ieejas traucējumus precīzi nullei. Šim nolūkam var izmantot ārēju potenciometru. Mikroshēmas barošanas spriegums var sasniegt no + -18 līdz + -22 voltiem, atkarībā no modifikācijas, tomēr ieteicamais diapazons ir no + -5 līdz + -15 voltiem.

Skatīt arī par šo tēmu:

Kas ir darbības pastiprinātāji?

Atsauksmes darbības pastiprinātāja shēma

Atsauksmes par darbības pastiprinātāja shēmām

Regulējams sprieguma regulators TL431

TL431 sāka tirgot Texas Instruments 1978. gadā, un tas tika pozicionēts kā precīzi regulējams sprieguma regulators. Iepriekšējā versija bija mazāk precīza TL430 mikroshēma. Mūsdienās TL431 ražo daudzi ražotāji ar marķējumu: LM431, KA431 un tā vietējais līdzinieks - KR142EN19A.

TL431 būtībā ir kontrolēta Zener diode, kas bieži sastopama trīskontaktu TO-92 paketē. Iespējams, ka šo mikroshēmu var redzēt uz jebkura modernā paneļa komutācijas barošanas bloki, vismaz - sekundāro ķēžu galvaniskās izolācijas shēmā.

Mikroshēma tiek diezgan vienkārši regulēta: kad vadības elektrodam tiek uzlikts 2,5 voltu spriegums, iekšējais tranzistors, kas pilda Zener diodes funkciju, nonāk vadošā stāvoklī.

Rezultātu nozīme ir acīmredzama no diagrammas:

• Pirmais secinājums ir vadības elektrods.

• Otrais secinājums - veic Zener diodes anoda funkciju.

• Trešais secinājums - spēlē Zener diodes katoda lomu.

Darba spriegums pie katoda var būt diapazonā no 2,5 līdz 36 voltiem, un strāva vadošā stāvoklī nedrīkst pārsniegt 100 mA, savukārt vadības strāva nepārsniedz 4 μA. Iekšējā sprieguma atsauces nominālvērtība ir 2,5 volti.

Mikroshēmu ir tik viegli konfigurēt un lietot, ka tā jau ir atradusi visplašāko pielietojumu dažādās elektroniskās ierīcēs, sākot ar barošanas bloku pārslēgšanu, kur tā tradicionāli darbojas kopā ar optoelementu, beidzot ar gaismas un temperatūras sensoriem.

Mūsdienās ir grūti atrast sadzīves tehniku ​​visur, kur atrodas TL431, tieši šī iemesla dēļ šī mikroshēma ir pieejama daudzos dažādos gadījumos. Tādējādi TL431 ir lieliski piemērots, lai veidotu atgriezeniskās saites ķēdes pilnīgi dažādos šīs koncepcijas aspektos.

Čipu lietošanas piemēri TL431:

Vienkāršs temperatūras kontrolieris

Indikatori un signālierīces uz regulējamas Zener diodes TL431

Analogais salīdzinātājs LM311

LM311 analogo salīdzināšanas ierīci National Semiconductor ražo kopš 1973. gada (kopš 2011. gada 23. septembra uzņēmums oficiāli ir daļa no Texas Instruments). Šī salīdzinātāja vietējais analogs ir KR554CA3.

Šo integrēto sprieguma salīdzinātāju raksturo ļoti maza ieejas strāva (150 nA). Tas ir īpaši izstrādāts izmantošanai plašā barošanas sprieguma diapazonā: no standarta + - 15 V līdz vienpolāram + 5 V, kas ir tradicionāls digitālajai loģikai. Salīdzinātāja izeja ir savietojama ar TTL, RTL, DTL un MOS līmeņiem.

Tās izvades pakāpe ar atvērtu kolektoru ļauj tieši ielādēt izvadi uz releju vai kvēlspuldzi un pārslēgt strāvu līdz 50 mA pie sprieguma līdz 50 V. Mikroshēmas enerģijas patēriņš ir tikai 135 mW ar spriegumu + -15 V. Tiek parādīti dati par LM311. daudzas tipiskas tā pielietojuma shēmas.

Mikroshēmā ir 20 rezistori, 22 bipolāri tranzistori, 1 lauka efekta tranzistors un 2 diodes. LM311 ieeju un izeju var izolēt no ķēdes zemes, lai mikroshēmas izejas ķēde darbotos uz iezemētas slodzes vai uz slodzes, kas savienota ar enerģijas avota negatīvo vai pozitīvo polu.

Salīdzināšanas shēmā ir iespējas līdzsvarot nobīdi un vārtu veidošanu, un vairāku LM311 izejas var savienot, izmantojot vadu VAI ķēdi. Viltus pozitīvu pozitīvu varbūtība šai mikroshēmai ir ļoti zema.

Papildu materiāli par šo tēmu:

Kā tiek sakārtots un darbojas analogs salīdzinātājs

Komparatoru shēmas

Termostats pagrabā uz salīdzināšanas ierīces LM311