Легендарни аналогови чипове

Сред многото чипове, представени на съвременния пазар на микроелектронни компоненти, има истински легенди, които с право са спечелили високата си репутация. В тази статия ще се съсредоточим върху четири такива легендарни аналогови микросхема, а именно: NE555, A741, TL431 и LM311.

Интегриран таймер NE555

Аналогова интегрална схема NE555 е универсален таймер. Той успешно служи в много съвременни електронни схеми за създаване на повтарящи се или единични импулси с постоянни времеви характеристики. Чипът е по същество асинхронен RS спусъкимащи специфични входни прагове, които са точно определени от вътрешни аналогови сравнители и точен разделител на напрежението.

Интегрираната структура на микросхемата включва 23 транзистора, 16 резистора и 2 диода. NE555 все още се предлага в различни опаковки, но той е най-популярен в случаите с DIP-8 и SO-8 и именно в тази форма може да се намери на много табла. Вътрешните производители произвеждат аналози на този таймер под името KR1006VI1.

Историята на чипа NE555 започва през 1970 г., когато Ханс Каменсинд, служител на американската микроелектронна компания Signetics, специалист по PLL схеми, отстрани грешката в PLL с VCO, чиято честота сега беше независима от напрежението, се задейства поради икономическата криза.

По-късно това развитие беше наречено NE566 и съдържаше всички елементи на бъдещия таймер NE555, включително сравнители, разделител на напрежениетоспусък и ключ. Веригата може да генерира триъгълни импулси с амплитудата, зададена от вътрешния разделител, и с честотата, зададена от външната RC верига.

Ханс Каменсинд продаде разработката си на Signetics, след което предложи да я усъвършенства на чакащия мултивибратор - един генератор на импулси. Идеята не беше незабавно подкрепена, но мениджърът по продажбите на Signetics, Art Fury, настоя и проектът беше одобрен, бъдещият чип беше наречен NE555 (NE от SigNEtics).

Доусъвършенстването и отстраняването на грешки на таймера отне още няколко месеца и накрая през 1971 г. продажбите на NE555 в осем-пинов калъф започнаха на цена от 75 цента. Днес функционалните аналози на оригиналния NE555 се предлагат в различни биполярни и CMOS версии от почти всички големи производители на електронни компоненти.

Сега помислете за целта на заключенията на интегрирания таймер NE555, това ще позволи на читателя да разбере причината, поради която този чип придоби огромна популярност както сред специалистите, така и сред любителите радиолюбители.

• Първият извод е земята. Той е свързан с отрицателния проводник на източника на захранване.

• Вторият извод е спусъка. Когато напрежението на този щифт е по-ниско от 1/3 от захранващото напрежение, таймерът започва. В същото време консумираният от този вход ток не надвишава 500 nA.

• Третият извод е изходът. Когато таймерът е включен, напрежението на този терминал е 1,7 волта по-малко от захранващото напрежение, а максималният ток на този терминал достига 200 mA.

• Четвъртият извод е нулиран. Когато към този изход се подава ниско напрежение, под 0,7 волта, микросхемата се връща в първоначалното си състояние. Ако не се изисква нулиране по време на работа във веригата, този изход е просто свързан с плюса на източника на захранване на микросхемата.

• Петият извод е контролът. Този изход е под референтно напрежение и е свързан към инвертиращия вход на първия компаратор.

• Шестият извод е прагът, стоп. Когато напрежение, по-високо от 2/3 от захранващото напрежение, се подава към този изход, таймерът ще спре и изходът му ще бъде приведен в състояние на тишина.

• Седмият извод е освобождаване от отговорност. Когато нивото на изхода на микросхемата е ниско, този щифт вътре в микросхемата е свързан със земята, а когато изходът на микросхемата е висок, този щифт се изключва от земята. Този щифт е в състояние да издържи на токове до 200 mA.

• Осмият извод е храненето. Този щифт е свързан към положителния проводник на източника на захранване на микросхемата, напрежението на което може да бъде от 4,5 до 16 волта.

Чипът NE555 е широко използван поради своята универсалност. На негова основа са изградени генератори, модулатори, релета за време, прагови устройства и много други компоненти на различно електронно оборудване, разнообразието от които е ограничено само от въображението и творческия подход на инженерите и разработчиците.

Примери за задачи, които трябва да бъдат решени са: функцията за възстановяване на дигитален сигнал, изкривен в комуникационни линии, бъркащи филтри, превключване на захранващи устройства, контролери за изключване в автоматични системи за управление, PWM контролери, таймери и много други.

Допълнителни материали за чипа NE555:

555 Интегриран таймер - пътуване през информационния лист

555 Интегрирани дизайни на таймерите

Блок за защита от изтичане на вода

PWM - контролер на базата на интегриран таймер NE555 за затъмняване на светодиоди

Операционен усилвател uA741

uA741 е оперативен усилвател, базиран на биполярни транзистори. Този операционен усилвател от второ поколение, разработен през 1968 г. от инженера Fairchild Semiconductor David David Fullagar, е модификация на операционния усилвател LM101, който изискваше кондензатор за корекция на външната честота. От uA741 вече не е необходим външен кондензатор, защото тук той веднага се инсталира върху самия чип.

Характеристиките на uA741 бяха перфектни за онова време, а лекотата на използване на микросхемата допринесе за широкото й използване. Така uA741 се превърна в универсален стандартен операционен усилвател и до ден днешен неговите аналози се произвеждат от много производители на микроелектронни компоненти, например: AD741, LM741, и домашния аналог - K140UD7. Тези микросхеми се предлагат както в DIP, така и в чипове.

В основата на операционните усилватели е същият принцип, разликите са само в структурата. Операционните усилватели от второто и следващото поколение включват следните функционални блокове:

• Входният етап е диференциален усилвател, който осигурява усилване при висок входен импеданс и при ниско ниво на шума.

• Усилвател с високо напрежение, честотната характеристика намалява, както при еднополюсен нискочестотен филтър. Това не е разлика, единственият изход.

• Изходният етап (усилвател), който дава висока товароносимост, ниско изходно съпротивление и осигурява защита срещу късо съединение и ограничаване на изходния ток.

Интегрираният 30 pF кондензатор осигурява отрицателна обратна връзка, зависима от честотата, която увеличава стабилността на операционния усилвател при работа с външна обратна връзка. Това е така наречената компенсация на Милър, която функционира почти като интегратор, изграден на операционен усилвател. Компенсацията на честотата дава на оперативния усилвател безусловна стабилност в широк диапазон от условия и по този начин опростява използването му в широк спектър от електронни устройства.

В изходния етап uA741 има резистор със съпротивление 25 ома, който служи като сензор за ток. Заедно с транзистор Q17, този резистор ограничава тока на последователя на емитер Q14 до около 25 mA. В долната част на изходния етап на издърпване, ограничението на тока през транзистора Q20 се осъществява от измерване на тока през излъчвателя на транзистора Q19 и последващото ограничаване на тока, протичащ към основата на Q15. В по-модерни модификации на веригата uA741 могат да се използват методи за ограничаване на изходния ток, които са малко по-различни от описаните тук.

Чипът има два Offset изхода за балансиране, което ви позволява да регулирате входното отклонение на операционния усилвател точно до нула. За тази цел може да се използва външен потенциометър. Захранващото напрежение на микросхемата може да достигне от + -18 до + -22 волта, в зависимост от модификацията, но препоръчителният диапазон е от + -5 до + -15 волта.

Вижте също по тази тема:

Какво представляват операционните усилватели

Обратна връзка оперативна схема на усилвателя

Обратна връзка Операционни схеми на усилвателя

Регулируем регулатор на напрежението TL431

TL431 е лансиран от Texas Instruments през 1978 г. и е позициониран като прецизно регулируем регулатор на напрежението. Предишната версия беше по-малко точен чип TL430. Днес TL431 се произвежда от много производители под марките: LM431, KA431 и неговия вътрешен колега - KR142EN19A.

TL431 е по същество контролиран ценеров диод, който често се намира в три-пинов пакет TO-92. Този чип може би може да се види на дъската на който и да е от съвременните превключване на захранващи устройства, най-малко - в схемата на галванична изолация на вторичните вериги.

Микросхемата е доста просто регулирана: когато се подава напрежение към контролния електрод над прагово напрежение от 2,5 волта, вътрешният транзистор, който изпълнява функцията на ценеров диод, преминава в проводящо състояние.

Значението на констатациите е очевидно от схемата на потока:

• Първият извод е управляващият електрод.

• Вторият извод - носи функцията на анода на ценеровия диод.

• Третият извод - играе ролята на катода на ценеровия диод.

Работното напрежение на катода може да бъде в диапазона от 2,5 до 36 волта, а токът в проводящо състояние не трябва да надвишава 100 mA, докато управляващият ток не надвишава 4 μA. Вътрешното референтно напрежение има номинална стойност 2,5 волта.

Микросхемата е толкова лесна за конфигуриране и използване, че вече е намерила най-широко приложение в различни електронни устройства, като се започне с превключване на захранващите устройства, където традиционно работи заедно с оптрон, завършващ със сензори за светлина и температура.

Днес е трудно да се намери домакински уред, където и да е TL431, поради тази причина този чип се предлага в много различни случаи. По този начин TL431 е чудесен за изграждане на вериги за обратна връзка в напълно различни аспекти на тази концепция.

Примери за използване на чипове TL431:

Прост регулатор на температурата

Индикатори и сигнални устройства на регулируем ценеров диод TL431

Аналогов компаратор LM311

Аналоговият сравнител LM311 се произвежда от National Semiconductor от 1973 г. (от 23 септември 2011 г. компанията официално е част от Texas Instruments). Вътрешният аналог на този сравнител е KR554CA3.

Този интегриран сравнител на напрежение се характеризира с много малък входен ток (150 nA). Той е проектиран специално за използване в широк диапазон от захранващи напрежения: от стандартни + - 15V до еднополюсни + 5V, традиционни за цифрова логика. Изходът на сравнителя е съвместим с нивата на TTL, RTL, DTL и MOS.

Изходният му етап с отворен колектор ви позволява директно да заредите изхода към реле или лампа с нажежаема жичка и да превключите ток до 50 mA при напрежение до 50 V. Консумацията на енергия на микросхемата е само 135 mW с напрежение от + -15 V. Показват се данните на сравнителния LM311 много типични схеми на нейните приложения.

Микросхемата съдържа 20 резистора, 22 биполярни транзистора, 1 полеви транзистор и 2 диода. Входът и изходът LM311 могат да бъдат изолирани от земята на веригата, така че изходната верига на микросхемата да работи върху заземен товар или върху товар, свързан към отрицателния или положителен полюс на източника на захранване.

В сравнителната верига има възможности за балансиране на изместването и закрепването и изходите на няколко LM311 могат да бъдат свързани чрез използване на жична ИЛИ верига. Вероятността за фалшиви положителни резултати за този чип е много малка.

Допълнителни материали по тази тема:

Как е подреден и работи аналоговият сравнител

Сравнителни вериги

Термостат за мазето на компаратора LM311