Legendarne układy analogowe

Wśród wielu układów prezentowanych na współczesnym rynku elementów mikroelektronicznych istnieją prawdziwe legendy, które słusznie zasłużyły sobie na wysoką reputację. W tym artykule skupimy się na czterech takich legendarnych mikroukładach analogowych, a mianowicie: NE555, A741, TL431 i LM311.

Zintegrowany zegar NE555

Analogowy układ scalony NE555 jest uniwersalnym zegarem. Z powodzeniem służy w wielu nowoczesnych układach elektronicznych do wytwarzania powtarzalnych lub pojedynczych impulsów o stałej charakterystyce czasowej. Układ jest zasadniczo asynchroniczny Wyzwalacz RSposiadające określone progi wejściowe, które są precyzyjnie określone przez wewnętrzne komparatory analogowe i dokładny dzielnik napięcia.

Zintegrowana struktura mikroukładu zawiera 23 tranzystory, 16 rezystorów i 2 diody. NE555 jest nadal dostępny w różnych pakietach, ale jest najbardziej popularny w obudowach DIP-8 i SO-8, i w tej formie można go znaleźć na wielu płytach. Krajowi producenci produkują analogi tego timera pod nazwą KR1006VI1.

Historia układu NE555 zaczyna się w 1970 roku, kiedy Hans Kamensind, pracownik amerykańskiej firmy mikroelektronicznej Signetics, specjalista od obwodów PLL, debugował PLL za pomocą VCO, którego częstotliwość była teraz niezależna od napięcia, wystrzelonego z powodu kryzysu gospodarczego.

Rozwój ten nazwano później NE566 i zawierał wszystkie elementy przyszłego timera NE555, w tym komparatory, dzielnik napięciaspust i klucz. Obwód może generować trójkątne impulsy o amplitudzie ustawionej przez wewnętrzny dzielnik oraz o częstotliwości ustawionej przez zewnętrzny obwód RC.

Hans Kamensind sprzedał swój projekt firmie Signetics, a następnie zaoferował udoskonalenie go oczekującemu multiwibratorowi - generatorowi pojedynczego impulsu. Pomysł nie został natychmiast poparty, ale kierownik sprzedaży Signetics, Art Fury, nalegał i projekt został zatwierdzony, a przyszły układ nazwano NE555 (NE z SigNEtics).

Udoskonalenie i debugowanie licznika zajęło kilka miesięcy, a ostatecznie, w 1971 r., Sprzedaż NE555 w ośmiopinowej skrzynce rozpoczęła się od ceny 75 centów. Obecnie funkcjonalne analogi oryginalnego NE555 są dostępne w różnych wersjach bipolarnych i CMOS przez prawie wszystkich głównych producentów komponentów elektronicznych.

Rozważmy teraz cel wniosków zintegrowanego timera NE555, pozwoli to czytelnikowi zrozumieć powód, dla którego ten układ zyskał ogromną popularność zarówno wśród specjalistów, jak i entuzjastów amatorskiego radia.

• Pierwszym wnioskiem jest ziemia. Jest podłączony do ujemnego przewodu źródła zasilania.

• Drugi wniosek to wyzwalacz. Gdy napięcie na tym pinie jest niższe niż 1/3 napięcia zasilania, włącza się zegar. Jednocześnie prąd pobierany przez to wejście nie przekracza 500 nA.

• Trzeci wniosek to wyjście. Gdy timer jest włączony, napięcie na tym zacisku jest o 1,7 wolta niższe niż napięcie zasilania, a maksymalny prąd na tym zacisku osiąga 200 mA.

• Czwarty wniosek został zresetowany. Gdy do tego wyjścia zostanie doprowadzone niskie napięcie, poniżej 0,7 wolt, mikroukład powraca do pierwotnego stanu. Jeśli resetowanie podczas pracy w obwodzie nie jest wymagane, wyjście to jest po prostu podłączone do plusa źródła zasilania mikroukładu.

• Piąty wniosek to kontrola. Wyjście to znajduje się pod napięciem odniesienia i jest podłączone do wejścia odwracającego pierwszego komparatora.

• Szósty wniosek to próg, stop. Kiedy napięcie wyższe niż 2/3 napięcia zasilania zostanie dostarczone do tego wyjścia, zegar zatrzyma się, a jego wyjście zostanie przełączone w stan spoczynku.

• Siódmy wniosek to absolutorium. Gdy poziom wyjściowy mikroukładu jest niski, ten kołek wewnątrz mikroukładu jest podłączony do ziemi, a gdy moc wyjściowa mikroukładu jest wysoka, ten pin jest odłączany od ziemi. Ten pin jest w stanie wytrzymać prądy do 200 mA.

• Ósmy wniosek to żywienie. Ten pin jest podłączony do dodatniego przewodu źródła zasilania mikroukładu, którego napięcie może wynosić od 4,5 do 16 woltów.

Układ NE555 jest szeroko stosowany ze względu na swoją wszechstronność. Na jego podstawie budowane są generatory, modulatory, przekaźniki czasowe, urządzenia progowe i wiele innych węzłów różnych urządzeń elektronicznych, których różnorodność jest ograniczona jedynie wyobraźnią i kreatywnym podejściem inżynierów i programistów.

Przykłady zadań do rozwiązania to: funkcja przywracania zniekształconego sygnału cyfrowego w liniach komunikacyjnych, filtry drżące, przełączanie zasilaczy, kontrolery włączania i wyłączania w automatycznych systemach sterowania, kontrolery PWM, timery i wiele innych.

Dodatkowe materiały o chipie NE555:

555 Zintegrowany zegar - przejazd przez kartę danych

555 Zintegrowane projekty timerów

Blok ochronny przed wyciekiem wody

PWM - sterownik oparty na zintegrowanym zegarze NE555 do ściemniania diod LED

Wzmacniacz operacyjny uA741

uA741 to wzmacniacz operacyjny oparty na tranzystorach bipolarnych. Ten wzmacniacz operacyjny drugiej generacji, opracowany w 1968 roku przez inżyniera Fairchild Semiconductor, Davida Fullagara, jest modyfikacją wzmacniacza operacyjnego LM101, który wymagał zewnętrznego kondensatora z korekcją częstotliwości. Przez uA741 zewnętrzny kondensator nie był już wymagany, ponieważ tutaj jest natychmiast instalowany na samym układzie.

Właściwości uA741 były idealne w tym czasie, a łatwość użytkowania mikroukładu przyczyniła się do jego powszechnego zastosowania. Tak więc uA741 stał się uniwersalnym standardowym wzmacniaczem operacyjnym i do dziś jego analogi są produkowane przez wielu producentów elementów mikroelektronicznych, na przykład: AD741, LM741, a także krajowy analog - K140UD7. Te mikroukłady są dostępne zarówno w pakietach DIP, jak i chipach.

W sercu wzmacniaczy operacyjnych jest ta sama zasada, różnice są tylko w strukturze. Wzmacniacze operacyjne drugiej i następnej generacji obejmują następujące bloki funkcjonalne:

• Stopień wejściowy to wzmacniacz różnicowy, który zapewnia wzmocnienie przy wysokiej impedancji wejściowej i niskim poziomie szumu.

• Wzmacniacz wysokiego napięcia, odpowiedź częstotliwościowa maleje jak w jednobiegunowym filtrze dolnoprzepustowym. To nie jest różnica, jedyne wyjście.

• Stopień wyjściowy (wzmacniacz), który zapewnia wysoką obciążalność, niską rezystancję wyjściową oraz zapewnia ochronę przed zwarciem i ograniczeniem prądu wyjściowego.

Zintegrowany kondensator 30 pF zapewnia zależne od częstotliwości ujemne sprzężenie zwrotne, które zwiększa stabilność wzmacniacza operacyjnego podczas pracy z zewnętrznym sprzężeniem zwrotnym. Jest to tak zwana kompensacja Millera, która działa prawie jak integrator zbudowany na wzmacniaczu operacyjnym. Kompensacja częstotliwości zapewnia wzmacniaczowi operacyjnemu bezwarunkową stabilność w szerokim zakresie warunków, a tym samym upraszcza jego stosowanie w szerokiej gamie urządzeń elektronicznych.

W stopniu wyjściowym uA741 znajduje się rezystor o rezystancji 25 omów, który służy jako czujnik prądu. Wraz z tranzystorem Q17 rezystor ten ogranicza prąd popychacza nadajnika Q14 do około 25 mA. W dolnym ramieniu stopnia wyjściowego push-pull następuje ograniczenie prądu przez tranzystor Q20 pomiar prądu przez emiter tranzystora Q19 i kolejne ograniczenie prądu przepływającego do podstawy Q15. W bardziej nowoczesnych modyfikacjach obwodu uA741 można zastosować metody ograniczania prądu wyjściowego, które nieco różnią się od opisanych tutaj.

Układ ma dwa wyjścia przesunięcia do równoważenia, co pozwala wyregulować napięcie wejściowe wzmacniacza operacyjnego do dokładnie zerowego. W tym celu można użyć zewnętrznego potencjometru. Napięcie zasilania mikroukładu może wynosić od + -18 do + -22 woltów, w zależności od modyfikacji, jednak zalecany zakres wynosi od + -5 do + -15 woltów.

Zobacz także na ten temat:

Jakie są wzmacniacze operacyjne

Sprzężenie zwrotne wzmacniacza operacyjnego

Sprzężenie zwrotne Operacyjne obwody wzmacniacza

Regulowany regulator napięcia TL431

TL431 został wydany przez Texas Instruments w 1978 roku i został ustawiony jako precyzyjny regulowany regulator napięcia. Poprzednia wersja była mniej dokładnym układem TL430. Dzisiaj TL431 jest produkowany przez wielu producentów pod oznaczeniami: LM431, KA431 i jego krajowy odpowiednik - KR142EN19A.

TL431 to zasadniczo kontrolowana dioda Zenera, często znajdująca się w trzy-pinowym pakiecie TO-92. Ten układ może być prawdopodobnie widoczny na płycie dowolnego z nowoczesnych przełączanie zasilaczy, przynajmniej - w schemacie galwanicznej izolacji obwodów wtórnych.

Mikroukład jest po prostu regulowany: kiedy napięcie jest dostarczane do elektrody kontrolnej powyżej napięcia progowego wynoszącego 2,5 wolta, wewnętrzny tranzystor, który pełni funkcję diody Zenera, przechodzi w stan przewodzenia.

Znaczenie wyników jest oczywiste ze schematu blokowego:

• Pierwszym wnioskiem jest elektroda kontrolna.

• Drugi wniosek - pełni funkcję anody diody Zenera.

• Trzeci wniosek - pełni rolę katody diody Zenera.

Napięcie robocze na katodzie może wynosić od 2,5 do 36 woltów, a prąd w stanie przewodzenia nie powinien przekraczać 100 mA, a prąd sterujący nie przekracza 4 μA. Wewnętrzne napięcie odniesienia ma wartość nominalną 2,5 wolta.

Mikroukład jest tak łatwy w konfiguracji i obsłudze, że znalazł już najszersze zastosowanie w różnych urządzeniach elektronicznych, zaczynając od przełączania zasilaczy, gdzie tradycyjnie działa w połączeniu z transoptorem, kończąc na czujnikach światła i temperatury.

Dzisiaj trudno jest znaleźć urządzenie gospodarstwa domowego, gdziekolwiek jest TL431, z tego właśnie powodu ten układ jest dostępny w wielu różnych przypadkach. Dlatego TL431 doskonale nadaje się do budowy obwodów sprzężenia zwrotnego w całkowicie różnych aspektach tej koncepcji.

Przykłady użycia żetonów TL431:

Prosty kontroler temperatury

Wskaźniki i urządzenia sygnalizacyjne na regulowanej diodzie Zenera TL431

Komparator analogowy LM311

Komparator analogowy LM311 jest produkowany przez National Semiconductor od 1973 r. (Od 23 września 2011 r. Firma oficjalnie jest częścią Texas Instruments). Domowym analogiem tego komparatora jest KR554CA3.

Ten zintegrowany komparator napięcia charakteryzuje się bardzo małym prądem wejściowym (150 nA). Jest specjalnie zaprojektowany do stosowania w szerokim zakresie napięć zasilania: od standardowego + - 15 V do unipolarnego + 5 V, tradycyjnego dla logiki cyfrowej. Wyjście komparatora jest zgodne z poziomami TTL, RTL, DTL i MOS.

Jego stopień wyjściowy z otwartym kolektorem pozwala bezpośrednio załadować wyjście do przekaźnika lub żarówki i przełączać prąd do 50 mA przy napięciu do 50 V. Zużycie energii przez mikroukład wynosi jedynie 135 mW przy napięciu + -15 V. Pokazane są dane na komparatorze LM311 wiele typowych schematów jego zastosowań.

Mikroukład zawiera 20 rezystorów, 22 tranzystory bipolarne, 1 tranzystor polowy i 2 diody. Wejścia i wyjścia LM311 mogą być izolowane od masy obwodu, tak że obwód wyjściowy mikroukładu działa na uziemionym obciążeniu lub na obciążeniu podłączonym do ujemnego lub dodatniego bieguna źródła zasilania.

W obwodzie komparatora istnieją możliwości równoważenia przesunięcia i bramkowania, a wyjścia kilku LM311 można podłączyć za pomocą przewodowego obwodu OR. Prawdopodobieństwo fałszywych trafień dla tego układu jest bardzo niskie.

Dodatkowe materiały na ten temat:

Jak ustawiony i działa komparator analogowy

Obwody komparatora

Termostat do piwnicy na komparatorze LM311