Микросхема как работает – Микросхемы как работают — Здраствуйте пожалусто обьясните как работают микросхемы и всё содержимое на ней? — 22 ответа

Содержание

это что такое? Микросхема и принцип работы

Компаратор – это устройство, предназначенное для сравнения каких-либо величин (от лат. comparare – «сравнивать»). Является операционным усилителем с большим коэффициентом умножения. Имеет входы: прямой и инверсный. При необходимости опорный сигнал может быть подключен к любому из них.

Как работает компаратор?

На один из входов подается постоянный сигнал, который называется опорным. Он используется как образец для сравнения. Ко второму поступает испытуемый сигнал. На выходе стоит транзистор, меняющий свое состояние в зависимости от условий:

  • Напряжение прямого входа выше инверсного – транзистор открыт.
  • Напряжение инверсного входа выше прямого – закрыт.

Соответственно, выходное напряжение меняется скачком от минимума до максимума, или наоборот.

Напряжение выходных каскадов соответствует входным уровням большинства цифровых микросхем. Это необходимо для случаев, когда компаратор – это формирователь импульса, управляющего работой логических элементов.

Применение компаратора

Используются в схемах измерения электрических сигналов и в аналогово-цифровых преобразователях. В логических цепях работают элементы «или» и «не», также являющиеся компараторами. Соответственно, использование этого компонента не ограничивается конкретными примерами, поскольку он применяется повсеместно.

Стоит отметить, что устройство сравнения можно сделать из любого операционного усилителя, но не наоборот. Коэффициент усиления компаратора достаточно высок. Соответственно, его входы очень чувствительны к разнице напряжений между ними. Расхождение в несколько милливольт значительно изменяет напряжение выхода.

Таким образом, компаратор позволяет наблюдать минимальные колебания уровней входных напряжений. Это делает его незаменимым элементом схем сравнения и измерительных приборов высокой точности:

  • индикаторы уровня входящего сигнала;
  • металлоискатели;
  • микро- и милливольтметры;
  • детекторы электромагнитных излучений;
  • лабораторные датчики;
  • компараторы массы;
  • газоанализаторы.

Принцип действия аналогового компаратора

Аналоговый компаратор сравнивает непрерывные сигналы – входной измеряемый и входной опорный. Как работает устройство, показано на графике ниже.

При медленном изменении входного сигнала, происходит многократное переключение компаратора за малый отрезок времени. Такое явление называют «электронным дребезгом». Его наличие значительно снижает эффективность сравнения. Поскольку часто повторяющиеся смены состояния выхода, вводят оконечный транзистор в состояние насыщения.

Для уменьшения эффекта «электронного дребезга», в схему вводят ПОС – положительную обратную связь. Она обеспечивает гистерезис – небольшую разницу между уровнем напряжения включения и отключения. Некоторые компараторы имеют встроенную ПОС, что уменьшает количество дополнительных элементов построения конструкции. Например, при незначительной потери чувствительности, добиваются стабильной работы компаратора.

Особенности цифрового компаратора

Цифровой компаратор – это однобитный аналогово-цифровой преобразователь. Напряжение выхода представляет либо логический «0», либо «1». На вход может быть подан как аналоговый, так и цифровой сигнал. Устройство используется в качестве формирователя импульсов для сопряжения схем датчиков и устройств отображения. Может применяться для анализа спектра звукового или светового сигнала. Компаратор – это также логические элементы «или» и «не», используемые в вычислительной технике.

Теоретически при незначительно малых колебаниях уровня входного сигнала, может возникать состояние неопределенности выхода. На практике равенство измеряемого и опорного напряжений не наступает. Поскольку компаратор имеет ограниченный коэффициент усиления или положительную обратную связь.

Характерным примером является триггер Шмитта (ТШ). У него не совпадают уровни включения и выключения, что определяется ПОС. Это позволяет пренебречь дискретной помехой при работе компаратора.

Компаратор-микросхема

Промышленность выпускает компараторы в виде интегральных схем. Их использование позволяет создавать компактные приборы, с минимумом навесных элементов. Также преимущество малогабаритных деталей в незначительной длине соединительных проводников. В условиях повышенного электромагнитного излучения они являются приемными антеннами для всевозможных электрических помех.

Компаратор на операционном усилителе

У компараторов есть немалое сходство с операционными усилителями:

  • коэффициент усиления;
  • входное сопротивление;
  • значение входных токов;
  • состояние насыщения.

Чувствительность, по-другому разрешающая способность, – это специфический параметр. Она определяет точность сравнения. Характеризуется минимальной разностью сигналов, при которой происходит срабатывание компаратора. Ее значение у интегральных микросхем имеет сотен микровольт. Это несколько хуже, чем у компараторов на операционных усилителях.

Время переключения характеризует быстродействие компараторов. Определяется минимальным временем изменения выходного сигнала: от момента сравнения до момента срабатывания. Зависит от разности сигналов на входах. Значения времени переключения составляют десятки и сотни наносекунд.

Как сделать компаратор своими руками?

Кто умеет читать принципиальные схемы и паять, без труда соберет простейшие компараторы для использования в быту. Область применения весьма обширна. На них можно построить массу конструкций с минимальными затратами. Простейший компаратор – это операционный усилитель без положительной обратной связи.

В качестве основы для компаратора используется ОУ серии LM339. Для контроля и наглядности работы схемы введены красный и зеленый индикаторы. При подключении питания на ОУ должен засветиться один из светодиодов, причем какой из них — неважно. Это определяется множеством факторов: сетевые наводки на схему, особенности партии и параметров ОУ. Даже если взять несколько одинаковых микросхем, получатся различные результаты.

Если входной сигнал близок к «0» – будет светиться зеленый, а если близкое к напряжению питания, то красный светодиод. Затем можно попробовать сменить логическое состояние компаратора, подав на один из входов напряжение равное, например, половине напряжения питания ОУ. Сигнал на выходе не зависит от абсолютного значения напряжений на прямом и инверсном входе. А только от разницы напряжений.

Данные опыты демонстрируют работу компаратора без ПОС. Такой компаратор может быть использован там, где не требуется особой точности измерений. Такими приборами являются бытовые термостаты, зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов, устройства десульфатации (восстановления) автоаккумуляторов, фотореле.

Пример практического применения компаратора

На принципиальной схеме представлен датчик освещенности.

Опорное напряжение задается резисторами RV1 и R2. При этом, RV1 служит регулятором чувствительности конструкции. Индикация реализована на светодиоде D1. Датчиком является элемент LDR1, который меняет омическое сопротивление в зависимости от освещенности. Собственно компаратор представлен операционным усилителем LM324. Это простое устройство демонстрирует то, как работает компаратор на практике.

Компараторы массы: понятие

Компаратор массы это устройство, предназначенное для уточнения разности значений массы гирь при контроле стандартов массы и веса, а также, для прецизионного взвешивания. Наиболее точные компараторы массы способны взвесить любой образец и сравнить его с иным, подобным ему. Происходит это на уровне атомов. Необходимость в таких устройствах возникает по причине несовершенства эталонных образцов мер веса и объема жидкости.

Примеры и использование устройств уточнения веса

Российским стандартом массы является платиновый цилиндр. Он был скопирован с французского образца 125 лет назад. За прошедшие годы, эталон потерял в виде окислов около 40 мкг от первоначального веса. Соответственно, его использование для нужд производств, с высокой точностью измерения массы сейчас затруднительно.

Был разработан новый стандарт массы. Ученые назначили таковым кремниевый шар с четным количеством атомов. Сейчас это наиболее точный вариант эталона килограмма. Его характеристики приняты международным сообществом для использования.

Созданный образец нуждается в многократном копировании. Так как современные направления в науке, особенно фармакология, биоинженерия, компьютерная электроника, нанотехнологические разработки требуют прецизионной точности измерений. Для таких областей науки и техники критичны сотые доли микрограмма. Эту задачу должен решить атомный компаратор массы – устройство способное определить разницу в несколько частиц.

Атомный компаратор использует для измерений опорный сигнал, полученный от высокоточного кварцевого генератора. Измеряемое напряжение берется с квантового дискриминатора, определяющего стабильность линии мельчайших частиц. Ее изменения вызываются расхождением в количестве атомов образца. Поэтому сейчас – это самый точный прибор измерения.

Существуют и менее точные компараторы массы. Их стоимость гораздо ниже атомных, но для них всех находится работа в промышленности, торговле, стандартизации.

fb.ru

Как устроены интегральные схемы

Дата
Категория: it

Компьютеры строятся на основе двух типов интегральных схем: логической и ЗУ (запоминающее устройство). Логические микросхемы используются в арифметическом логическом модуле (АЛМ), где производятся вычисления, в то время как кристаллы ЗУ хранят данные и программы. Существует множество разновидностей логических микросхем, простых и сложных; микропроцессорная схема (нижняя правая иллюстрация на стр. 23) выполняет роль центральной нервной системы ПК и является ярким примером сложной логической схемы. Иногда функции логических схем и ЗУ комбинируются в одной схеме.

Микропроцессор служит центральным процессорным устройством (ЦПУ) компьютера, включающим контроллер и оперативную логическую схему. Другие, примыкающие к процессору схемы включают: генератор синхроимпульсов, который производит сигналы, обеспечивающие пошаговую деятельность компьютера; контроллер ввода/вывода, который координирует ввод и вывод данных; различные сопроцессоры — процессоры, специализированные для одного вида задач и выполняющие их с огромной скоростью. Дополнительные контроллерные схемы оперируют со связующими схемами, магнитными дисками и графическими терминалами.
Кристаллы ЗУ подразделяются на постоянные и оперативные запоминающие устройства (ПЗУ и ОЗУ). Схемы ПЗУ сохраняют данные, даже если машина выключена, они используются для хранения завершенных программ, которые не нуждаются в изменениях. Большинство схем ОЗУ не являются постоянными, то есть их содержимое стирается, если компьютер выключен или произошел сбой в напряжении. Компьютер может считывать с них информацию и записывать ее — вносить в них новые данные.

Устройство интегральной схемы

величенная в 2500 раз структура МОП — металл-оксид-полупроводник для отрицательного канала -является распространенным типом ИС транзистора. Обычно этот переключатель закрыт; ток (голубая стрелка) не может пройти от источника к стоку. Но напряжение (красная стрелка), примыкающее к логической схеме, притягивает электроны (точечки), образуя канал, который пропускает электрический ток.

Схемы ИС в корпусах

Прежде чем ИС будет смонтирована на печатной плате, она должна быть заключена в защитный футляр, или корпус, и снабжена внешними связующими штырями, или выводами. На иллюстрации справа представлено несколько разновидностей корпусов, получивших свое название по форме и организации выводов корпуса. DIP — переключатель, или двухрядный корпус, имеет два ряда выводов. PLP — это уплощенный корпус, с выводами по двум сторонам. LCC — керамический кристаллодержатель без выводов. ZIP — плоский корпус со штырьковыми выводами, расположенными зигзагообразно. QFP — это плоский корпус с четырьмя рядами выводов по бокам. SIP — корпус с однорядным расположением выводов.

Монолитный микропроцессор

Схема на изображении внизу включает микропроцессор, а также схемы ПЗУ, ОЗУ и контроллеры (регуляторы ввода/вывода). Эти компьютерные схемы широко применяются для управления машинным оборудованием и многими бытовыми приборами.

Ряды схем. Печатная плата на илл. слева, объединительная плата ПК, содержит несколько видов ИС, включая микропроцессор, контроллерные схемы и ЗУ.

information-technology.ru

Реверс-инжиниринг TL431, крайне распространенной микросхемы, о которой вы и не слышали

Кен, как и планировал, провёл реверс-инжиниринг микросхемы по фотографиям, сделанным BarsMonster. Барс в статье упомянул своё общение с Кеном, но этой переводимой статьи тогда еще не было.

Фото кристалла интересной, но малоизвестной, микросхемы TL431, используемой в блоках питания, даёт возможность разобраться в том, как аналоговые схемы реализуются в кремнии. Несмотря на то, что схема на фото выглядит как какой-то лабиринт, сама микросхема относительно проста, и может быть исследована без большого труда. В своей статье я попытаюсь объяснить каким образом транзисторы, резисторы и другие радиодетали запакованы в кремний для выполнения своих функций.


Фото кристалла TL431. Оригинал Zeptobars.


TL431 является «программируемым прецизионным источником опорного напряжения» [1] и обычно используется в импульсных источниках питания для реализации обратной связи в случае, когда выходное напряжение слишком велико или, наоборот, мало. Используя участок цепи, называемый бандгапом (источник опорного напряжения, величина которого определяется шириной запрещённой зоны), TL431 предоставляет стабильный источник опорного напряжения в широком температурном диапазоне. На блок-схеме TL431 видны 2.5-вольтовый источник опорного сигнала и компаратор, но, глядя на фото кристалла, можно заметить, что внутреннее устройство микросхемы отличается от чертежа.


Блок-схема TL431, взятая из даташита.


У TL431 длинная история: он был выпущен еще в 1978 [2] году и с тех пор побывал во множестве устройств. Он помогал стабилизировать напряжение в блоке питания для Apple II, а сейчас используется в большинстве ATX блоков питания [3] и даже в зарядных устройствах для iPhone и прочих девайсов. И MagSafe-коннекторы, и адаптеры для ноутбуков, и микрокомпьютеры, LED драйверы, блоки питания для аудиотехники, видеоприставки, телевизоры [4]. Во всей этой электронике присутствует TL431.

Фотографии ниже показывают TL431 внутри шести различных БП. TL431 выпускается самых разных форм и размеров. Два наиболее популярных форм-фактора показаны ниже. [5] Возможно, причина того, что TL431 не привлекает особого внимания, заключается в том, что он больше похож на обычный транзистор чем на микросхему.


Шесть примеров схем БП, использующих TL431. Верхний ряд: дешёвый 5-вольтовый БП, дешёвое ЗУ для телефона, ЗУ для Apple iPhone (на фото можно еще заметить GB9-вариацию). Нижний ряд: MagSafe адаптер, ЗУ KMS USB, Dell ATX БП (на переднем плане — оптопары)

Как же радиоэлектронные компоненты выглядят в кремнии?

TL431 очень простая микросхема, и вполне возможно понять её логику на кремниевом уровне пристальным изучением фото. Я покажу, каким же образом транзисторы, резисторы, перемычки и конденсаторы реализованы. А затем уже проведу полный реверс-инжиниринг данной микросхемы.

Реализация транзисторов различных типов

Микросхема использует как n-p-n, так и p-n-p биполярные транзисторы (в отличие от микросхем навроде 6502, в которых использовались MOSFET). Если вы изучали электронику в школе или в университете, вы возможно видели схему n-p-n транзистора (вроде той, что ниже), на которой показаны коллектор (обозначен как C), база (B) и эмиттер (E). Транзистор изображен в виде своеобразного бутерброда с P-слоем между двумя N-слоями, такое расположение слоёв характеризует транзистор как n-p-n. Однако, выясняется, что в микросхеме нет совершенно ничего схожего с этой схемой. Даже база находится не в центре!

Символьное обозначение и структура n-p-n транзистора.

На фотографии ниже можно рассмотреть один из транзисторов TL431. Цветовые различия в розовых и фиолетовых регионах вызваны разным легированием кремния, для формирования N и P областей. Светло-желтые области — металлический слой микросхемы, располагающийся поверх кремниевого. Такие области нужны для обеспечения возможности подключения проводников к коллектору, эмиттеру и базе.

В нижней части фотографии нарисовано поперечное сечение, примерно изображающее как конструируется транзистор. [6] Можно заметить, что на нём куда больше деталей, чем в n-p-n бутерброде из книг, Однако, если внимательно присмотреться, то в поперечном сечении под эмиттером (E) можно найти то самое n-p-n, которое формирует транзистор. Проводник эмиттера соединяется с N+ кремнием. Под ним располагается P-слой, подключенный к контакту базы. Еще ниже — слой N+, соединенный с коллектором (не напрямую). [7] Транзистор заключен в P+ кольцо для изоляции от соседних компонентов. Так как большинство транзисторов в TL431 принадлежат к n-p-n типу, то, после того как разобрались в первый раз, их очень просто находить на фотографии и определять нужные контакты.


n-p-n транзистор из фотографии кристалла TL431, и его структура в кремнии.

Выходной n-p-n транзистор намного больше остальных, так как ему необходимо выдерживать полную нагрузку по току. Большинство транзисторов работает с микроамперами, а этот выходной транзистор поддерживает ток до 100 миллиампер. Для работы с такими токами он и сделан более крупным (занимает 6% всего кристалла), и имеет широкие металлические коннекторы на эмиттере и коллекторе.

Топология выходного транзистора сильно отличается от других n-p-n транзисторов. Он создаётся, так сказать, боком, планарная структура вместо глубинной, и база располагается между эмиттером и коллектором. Металл слева подсоединён к десяти эмиттерам (синеватый кремний N-типа), каждый из которых окружен розовым P-слоем, который является базой (средний проводник). Коллектор (правая часть) имеет только один большой контакт. Проводники эмиттера и базы образуют вложенную «гребёнку». Обратите внимание, что металл коллектора становится шире сверху вниз для того, чтобы поддерживать большие токи на нижней части транзистора.


Транзисторы p-n-p типа имеют совершенно другое строение. Они состоят из округлого эмиттера (P), окруженного кольцом базы (N), которую, в свою очередь, обступает коллектор (P). Таким образом, получается горизонтальный бутерброд, вместо обычной вертикальной структуры n-p-n транзисторов. [8]

Схема снизу показывает один из таких p-n-p транзисторов, а поперечное сечение изображает кремниевую структуру. Стоит отметить то, что хотя металлический контакт для базы находится в углу транзистора, он электрически соединен через N и N+ области с активным кольцом, пролегающим между коллектором и эмиттером.


Структура p-n-p транзистора.

Реализация резисторов в микросхеме

Резисторы являются ключевым компонентом почти в любой аналоговой схеме. Они реализованы как длинная полоса легированного кремния. (Похоже, что в этой микросхеме использовался кремний P-типа). Различные сопротивления достигаются использованием различной площади материала — сопротивление пропорционально площади.

Снизу заметно три резистора — их формируют три длинных горизонтальных полоски кремния. Желтоватые металлические проводники проходят через них. Места соединения металлического слоя и резистора выглядят как квадраты. Расположение этих контактов и задаёт длину резистора и, соответственно, его сопротивление. К примеру, сопротивление нижнего резистора немного больше остальных потому, что контакты расположены на большем расстоянии. Верхние два резистора объединены в пару металлическим слоем сверху слева.


Резисторы.

Резисторы в микросхемах имеют очень плохой допуск — сопротивление может различаться на 20% между микросхемами из-за вариаций в производственном процессе. Очевидно, что это серьезная проблема для таких точных микросхем, как TL431. Поэтому TL431 спроектирован таким образом, что важной характеристикой является не конкретное сопротивление, а отношение сопротивлений. Конкретные значения сопротивлений не сильно важны, если сопротивления меняются в одной пропорции. Вторым методом уменьшения зависимости от эффекта изменчивости является сама топология микросхемы. Резисторы располагаются на параллельных дорожках одинаковой ширины для снижения эффекта от любой асимметрии в сопротивлении кремния. Кроме того, они размещены рядом друг с другом для минимизации отклонений в свойствах кремния между разными частями микросхемы. Помимо всего этого, в следующей главе я расскажу о том, как перед корпусированием кристалла можно настроить сопротивления для регулирования производительности микросхемы.

Кремниевые перемычки для настройки сопротивлений

Вот чего я не ожидал в TL431, так это перемычек для подстройки сопротивлений. Во время производства микросхем эти перемычки могут быть удалены для того, чтобы отрегулировать сопротивления и повысить точность микросхемы. На некоторых более дорогих микросхемах есть сопротивления, которые могут быть удалены лазером, просто выжигающим часть резистора перед корпусированием. Точность настройки таким методом куда выше чем у перемычек.

Цепь с перемычкой показана на фото снизу. Она содержит параллельных два резистора (на фото они выглядят как один элемент) и перемычку. В обычном состоянии, эта перемычка шунтирует резисторы. При изготовлении микросхемы, её характеристики могут быть замерены, и если требуется большее сопротивление, то два щупа подсоединяются к площадкам и подаётся высокий ток. Этот процесс сжигает перемычку, добавляя немного сопротивления цепи. Таким образом, сопротивление всей схемы может быть немного подкорректировано для улучшения характеристик микросхемы.


Перемычка для настройки сопротивления

Конденсаторы

TL431 содержит всего два внутренних конденсатора, но они выполнены в двух совершенно разных манерах.

Первый конденсатор (под текстом «TLR431A») сформирован обратносмещенным диодом (красноватые и фиолетовые полосы). У инверсного слоя в диоде есть ёмкостное сопротивление, которое может быть использовано для формирования конденсатора (подробнее). Главное ограничение такого типа конденсаторов в том, что ёмкостное сопротивление разнится в зависимости от напряжения, потому что меняется ширина инверсного слоя.


Конденсатор, образованный p-n переходом. Вендорная строка написана с помощью металла, нанесенного поверх кремния.

Второй конденсатор сконструирован совершенно другим методом, и больше похож на обычный конденсатор с двумя пластинами. Даже не на что поглядеть — он состоит из большой металлической пластины с подложкой из N+ кремния в качестве второй пластины. Для того чтобы уместиться рядом с другими частями цепи, он имеет неправильную форму. Данный конденсатор занимает около 14% площади кристалла, иллюстрируя то, что конденсаторы в микросхемах очень неэффективно используют пространство. В даташите упоминается, что оба конденсатора по 20 пикоФарад, но я не знаю насколько этому можно верить.


Конденсатор.

Реверс-инжиниринг TL431


Промаркированный кристалл TL431.

На схеме сверху выделены и поименованы элементы на кристалле, и затем перенесены на чертеж снизу. После всех разъяснений ранее, я думаю, структура любого элемента должна быть ясна. Три пина микросхемы подсоединены к площадкам «ref», «anode» и «cathode». Микросхема имеет один уровень металлизации (светло-желтый) для соединения компонентов. На чертеже сопротивление задаётся относительно неизвестного R. Наверное, 100 Ом вполне подходит, но я не знаю точного значения. Самым большим сюрпризом было то, что характеристики элементов сильно отличились от тех, что были опубликованы ранее в других схемах. Данные характеристики фундаментально сказываются на том, как в целом работает стабилитрон с напряжением запрещённой зоны. [9]


Чертеж TL431

Как работает микросхема?

Работа TL431 извне выглядит довольно незатейливо — если на контакт «ref» подаётся напряжение выше 2.5 вольт, то выходной транзистор проводит ток между катодом и анодом. В блоке питания это увеличивает ток, идущий к управляющей микросхеме (косвенно), и влечёт за собой уменьшение мощности БП, после чего происходит спад напряжения до нормального уровня. Таким образом, БП используют TL431 для того, чтобы стабильно держать необходимое выходное напряжение.

Наиболее интересная часть микросхемы это источник опорного напряжения, равного ширине запрещённой зоны. [10]. Ключевые элементы видны на фото кристалла: область эмиттера транзистора Q5 в 8 раз больше чем у Q4, поэтому два транзистора по-разному реагируют на температуру. Выходные сигналы с транзисторов объединяются через резисторы R2, R3, R4 в нужной пропорции для компенсации температурных эффектов, и формируют стабильный опорный сигнал. [11] [12]

Напряжения из стабилизированного по температуре бандгапа посылаются в компаратор, входом которого являются Q6 и Q1, а Q8 и Q9 управляют им. Наконец, выход компаратара проходит через Q10 для управления выходным транзистором Q11.

«Открываем» микросхему низко-технологичным методом

Получение фотографии кристалла микросхемы обычно требует её растворения в опасных кислотах, и фотографирование самого кристалла с помощью дорогого металлографического микроскопа. (Zeptobars описывал этот процесс здесь). Мне было интересно что получится, если я просто разломаю TL431 зажимными щипцами и взгляну на него в дешёвый микроскоп. В процессе я переломил кристалл пополам, но всё равно получил интересные результаты. На изображении виден большой медный анод внутри корпуса, который еще работает и как радиатор. Рядом с ним кристалл (по крайней мере, большая его часть), который был установлен на аноде внутри белого круга. Заметили, насколько сам кристалл меньше своего корпуса?


Корпус TL431, внутренний анод и большая часть от кристалла.

Используя простой микроскоп, я получил фото снизу. Несмотря на то, что, очевидно, я не получил такого же качественного снимка как у Zeptobars, структура микросхемы видна значительно лучше чем я ожидал. Данный эксперимент показывает, что вы можете проводить снятие корпуса микросхем и фотографирование кристалла даже не касаясь разных опасных кислот. Сравнивая свой снимок дешевого TL431, заказанного на eBay, с TL431, сфотографированного Zeptobars, вижу их идентичность. Так как его микросхема не совпадает с опубликованными чертежами, то я гадаю, не прекратили ли они в определенный момент производство того странного варианта микросхемы. Но думаю, что это предположение неверно.


Кусок кристалла, сфотографированный через микроскоп.

Заключение

На самом ли деле TL431 наиболее распространенная микросхема о которой не слышали люди? Нет надежного способа проверить, но я думаю что это хороший кандидат. Похоже, никто не публиковал данные, в которых другая микросхема была бы произведена в больших количествах. Некоторые источники утверждают что таймер 555 является наиболее распространенной микросхемой с миллиардными тиражами каждый год (не очень мне верится в такое большое число). Но TL431 точно располагается достаточно высоко в списке по распространенности. Вы, скорее всего, имеете TL431 в каком-то устройстве на расстоянии вытянутой руки прямо сейчас (ЗУ для телефона, адаптер питания для ноутбука, блок питания PC или монитора). Разница между 555 или 741 и TL431 в том, что эти микросхемы настолько широко известны, что уже стали чуть ли не частью поп-культуры — книги, майки и даже кружки. Но если вы не работаете с блоками питания, достаточно высоки шансы, что вы никогда и не слышали о TL431. Таким образом, я отдаю свой голос TL431 в такой странной номинации. Если у вас есть какие-то другие варианты микросхем, которые незаслуженно обошли вниманием, оставляйте комментарии.

Признательности

Снимки кристалла сделаны Zeptobars (за исключением моего). Чертёж и анализ основываются на работе Cristophe Basso [12] Кроме того, я значительно улучшил свой анализ с помощью дискуссий с Михаилом из Zeptobars и Visual 6502 group, в частности B. Engl.

Заметки и ссылки

1. Из-за того, что у TL431 не самая обычная функция, стандартного названия для элемента такого рода не существует. Разные даташиты дают такие имена: «регулируемый шунтирующий стабилизатор», «программируемый прецизионный источник опорного напряжения», «программируемый шунтирующий источник опорного напряжения», «программируемый стабилитрон». ↑

2. Я раскопал истоки возникновения TL431 в Voltage Regulator Handbook, опубликованным Texas Instruments в 1977 году. Предшественником этой микросхемы был TL430, выпущенный как регулируемый шунтирующий стабилизатор в 1976. TL431 был создан в том же 1976 как обновление для TL430 с улучшенной точностью и стабильностью, и поэтому был назван как регулируемый прецизионный шунтирующий стабилизатор. В 1977 его анонсировали как один из будущих продуктов TI, а выпустили в продажу уже в 1978. Другим анонсом являлся TL432, который должен был бы называться «Компоновочный блок из таймера/стабилизатора/компаратора» и состоять из источника опорного напряжения, компаратора и транзисторного усилителя, согласно предварительному даташиту. Но на момент выпуска TL432, план по предоставлению «компоновочных блоков» был забыт. TL432 превратился в аналог TL431 с другими расположением контактов для более удобной разводки плат (даташит). ↑

3. Современные ATX блоки питания (пример раз, пример два) зачастую содержат по три TL431. Один для обратной связи при резервном питании, второй для обратной связи в основной схеме питания, а третий берётся в качестве линейного регулятора для 3.3В выходного напряжения. ↑

4. Интересно взглянуть на импульсные БП, которые не используют TL431. Более ранние модели использовали опорный стабилитрон в качестве источника опорного напряжения. Например, такое практиковалось в первых экземплярах блоков питания для Apple II (Astec AA11040), но вскорости в них сделали замену стабилитрона на TL431 — Astec AA11040, ревизия B. В Commodore CBM-II, модель B, применялось необычное решение — TL430 вместо TL431. Оригинальный блок питания для IBM PC использовал опорный стабилитрон (вместе с кучей операционных усилителей). Позднее БП для PC часто использовали ШИМ-контроллер TL494, который уже содержал источник опорного напряжения для вторичной цепи. Другие БП могли содержать SG6105, уже включающий в себя два TL431.
В зарядных устройствах для телефонов обычно применяют TL431. Редко можно встретить дешёвую подделку этого элемента: проще взять опорный стабилитрон вместо него и сэкономить пару центов. Другим исключением могут являться такие зарядные устройства, как для iPad’a. В них реализована стабилизация в первичной цепи и не требуется совсем никакой обратной связи от выходного напряжения. В своей статье про блоки питания я описал это подробнее. ↑

5. TL431 доступен в большем числе вариантов корпуса чем я думал. На двух фотографиях TL431 выполнен в «транзисторном» корпусе с тремя ножками (TO-92). На остальных фотографиях показан SMD-вариант в SOT23-3. TL431 также может быть в 4-контактном, 5-контактном, 6-контактном и 8-контактном SMD-корпусе (SOT-89, SOT23-5, SOT323-6, SO-8 или MSOP-8). Кроме того, его можно встретить в более крупном варианте TO-252 или даже в виде 8-контактного микросхемы (DIP-8). (картинки). ↑

6. Более детальную информацию о том, как устроен в кремнии биполярный транзистор, можно найти много где. Semiconductor Technology даёт неплохой обзор об устройстве n-p-n транзистора. Презентация Basic Integrated Circuit Processing очень детально описывает производство микросхем. Даже схемы с википедии очень интересны. ↑

7. Возможно, вы гадаете, почему это идёт терминологическое разделение на коллектор и эмиттер, если в нашей простой схеме транзистора они абсолютно симметричны? Ведь оба подключаются к N-слою, чему там различаться? Но как можете видеть на фото кристалла, коллектор и эмиттер не только сильно отличаются по размеру, но и легирование проходит по-разному. Если поменять коллектор и эмиттер местами, по у транзистора будет очень слабый коэффициент передачи. ↑

8. p-n-p транзисторы в TL431 имеют круговую структуру, которая их очень сильно отличает от n-p-n. Эта круговая структура проиллюстрирована в книге Designing Analog Chips от Hans Camenzind, автора таймера 555. Если вы хотите узнать больше о том, как работают аналоговые микросхемы, то я рекомендую эту книгу, в которой детально разъясняется этот вопрос с минимумом математики. Бесплатный PDF или бумажная версия.
Кроме того, о структуре p-n-p транзисторов можно почитать в «Principles of Semiconductor». А книга «Analysis and Design of Analog Integrated Circuits» рассказывает о детальных моделях биполярных транзисторов и о том, как они имплементируются в микросхемах. ↑

9. Транзисторы и резисторы на кристалле, который я исследовал, имеют совершенно другие характеристики по сравнению с теми, что публиковались ранее. Эти характеристики фундаментально задают работу стабилитрона с напряжением запрещённой зоны. Конкретно говоря, на предыдущих схемах R2 и R3 были в отношении 1 к 3, а у Q5 зона эмиттера была в два раза больше чем у Q4. Глядя на фото кристалла, я вижу что R2 и R3 имеют одинаковое сопротивление, а Q5 имеет зону эмиттера в 8 раз большую по сравнению с Q4. Исходя из таких отношений между характеристиками, мы получим другое ΔVbe. Для того чтобы компенсировать разницу между фактическими характеристиками и вычисленными, в прошлых схемах R1 и R4 так же были сделаны иными чем на кристалле. Я разъясню этот момент более подробно дальше в статье, но просто отмечу: Vref = 2*Vbe + (2*R1+R2)/R4 * ΔVbe должно быть около 2.5 вольт. Обратите внимание, важно не конкретное сопротивление резисторов, а именно их отношения. Как я писал ранее, это помогает нейтрализовать плохой допуск резисторов в микросхеме. На кристалле Q8 сформирован из двух параллельных транзисторов. Но я не могу понять, что стоит за этим странным решением. Я ожидал, что Q8 и Q9 будут идентичны, чтобы построить сбалансированный компаратор. Моя основная теория заключается в том, что это сделано для настройки опорного напряжения, чтобы оно достигало 2.5В. B. Engl предположил, что это могло помогать устройству лучше работать при низком напряжении. ↑

10. Я не буду здесь углубляться в детали реализации стабилитрона с напряжением запрещённой зоны, разве упомяну что пусть его название и звучит как имя какого-то безумного квантового устройства, но, на самом деле, это просто пара транзисторов. Чтобы разобраться в том, как работает данный стабилитрон, можете поглядеть статью «How to make a bandgap voltage reference in one easy lesson» за авторством Paul Brokaw, изобретателя одноименного стабилитрона опорного напряжения. Кроме того есть еще такая презентация. ↑

11. В известном смысле, цепь бандгапа в TL431 работает в противоположном направлении, по сравнению с обычным бандгапом, который подводит к эмиттеру правильные напряжения, чтобы получить на выходе необходимое значение. TL431 же берёт опорное напряжение в качестве входного, а эмиттеры использует как входные сигналы для компаратора. Другими словами, в противоположность блок-схеме, внутри TL431 входной «ref» сигнал не сравнивается ни с каким стабильным опорным напряжением. Вместо этого, вход «ref» генерирует два сигнала для компаратара, которые совпадают если входное напряжение 2.5 вольта. ↑

12. Существует много статей о TL431, но они все с уклоном в матан и ожидают от читателя каких-либо начальных знаний по теории автоматического управления, графикам Боде, и так далее. «The TL431 in Switch-Mode Power Supplies loops» — классическая статья от Christophe Basso и Petr Kadanka. Она объясняет работу TL431 в цепи компенсации обратной связи в действующих блоках питания. Книжка содержит детальные чертежи и описания внутреннего устройства элемента. Еще есть интересные статьи на powerelectronics.com. В статье «Designing with the TL431» от Ray Ridley, для Switching Power Magazine, содержится подробное объяснение того, как использовать TL431 в цепях обратной связи для БП и так же объясняется работа компенсатора. Можно обратить внимание на презентацию «The TL431 in the Control of Switching Power Supplies» от ON Semiconductor. Конечно же, даташит тоже содержит чертежи внутреннего устройства микросхемы. Странно, но сопротивления на этих чертежах отличаются от тех, что я получил, исследуя фото кристалла. ↑

habr.com

2.2. Принцип работы микросхем ЭНН

2.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ МИКРОСХЕМ ЭНН

Рассмотрим структуру и принцип работы микросхемы ЭНН на примере широко распространенной микросхемы фирмы «SAMSUNG» КS5805А(рис. 2.2).


При подаче напряжения питания схема начальной установки приводит все узлы микросхемы НН в исходное состояние. При нажатии на одну из кнопок клавиатуры включается тактовый генератор с частотой 4 кГц, которая устанавливается RC-цепью, подключаемой к выводам 7, 8, в. Импульсы с тактового генератора поступают на формирователь тактовых импульсов, который формирует импульсы, управляющие работой всех узлов схемы. Формирователь импульсного сигнала в зависимости от кода, поступающего со схемы выбора частоты набора формирует временной интервал межсерийной паузы (800 или 400 мс).

Схема опроса клавиатуры в момент нажатия кнопки (например «1») клавиатуры — tl формирует на входах X1 и Х2 опроса клавиатуры синфазные последовательности положительных импульсов, а на входах Yl, Y2, Y3 — синфазные последовательности отрицательных импульсов частотой 800 Гц и скважностью 2 (рис. 2.3). На входе Y0 при этом устанавливается, а на входе Х0 удерживается низкий уровень.


При замыкании кнопки (в течение интервала порядка 1 мс) её контакты входят в соприкосновение друг с другом обычно от 10 до 100 раз. Чтобы на одно

нажатие кнопки микросхема не набирала несколько раз одну и ту же цифру применяется схема устранения дребезга. Схема устранения дребезга через 10 мс (длительность времени «антидребезга») включает схему разрешения преобразования, которая управляет работой шифратора двоичного кода и схемой управления ОЗУ. Схема управления ОЗУ при поступлении импульса со схемы разрешения преобразования записывает код набранной цифры в ОЗУ, а при поступлении импульса с дешифратора двоичного кода считывает из ОЗУ.

В момент отпускания кнопки на входе Х0 появляются положительные, а на входе Y0 отрицательные импульсы, синхронные с импульсами на соответствующих Х и Y входах. По окончании набора заданной цифры (момент времени t3) на входах Х0, XI, Х2 вновь устанавливается исходный низкий уровень, а на входах Y0, Yl, Y2, Y3 — исходный высокий уровень. При нажатии кнопки сброса «отбой» на входе схемы начальной установки (выводе 17 микросхемы) (момент времени t4), на всех входах Х — устанавливается, а на Y — удерживается высокий ypовень до момента отпускания кнопки (15), после чего на входах вновь устанавливается исходное состояние.

По окончании временного интервала межсерийной паузы формирователь выходных сигналов разрешает работу дешифратора двоичного кода, который через схему управления ОЗУ разрешает считывание двоичного кода набранной цифры. Дешифратор двоичного кода преобразует код во временной интервал, на время которого снимается удержание с триггеров формирователя выходных сигналов и на выходе 18 микросхемы (NSI) появляется последовательность импульсов частотой 10 Гц. Число импульсов соответствует цифре нажатой кнопки. Выход разговорного ключа (NSA) с момента нажатия кнопки открывается и закрывается через б мс после прохождения последнего импульса набора.

Схема выбора частоты набора в зависимости от логического состояния входа DRS (вывод 10), устанавливает частоту импульсов набора при «низком» уровне — 10 Гц, при «высоком» — 20 Гц и длительность межсерийной паузы соответственно 800 и 400 мс. Временные диаграммы выходов импульсного и разговорного ключей микросхемы KS5805A приведены на рис. 2.7.

В зависимости от логического состояния входа схемы выбора импульсного коэффициента M/S (вывод 11), импульсный коэффициент принимает значения:

— 1,5 при уровне «0» на выводе 11;

— 2,0 при уровне «1» на выводе 11 (рис. 2.4).


Вход HS («отбой») через встроенный диод соединён с входом питания микросхемы U (вывод 1). Это защищает ИС от перенапряжений на входе HS и поддерживает питание ОЗУ при уложенной на рычаг трубке, сохраняя тем самым последний набранный номер. Минимальное напряжение, которое необходимо для удержания номера в ОЗУ составляет 1,0 В.

Особенностью большинства зарубежных ИС ЭНН является то, что они имеют встроенный по питанию стабилитрон с номинальным напряжением стабилизации 3,0 В. Анод стабилитрона имеет отдельный вывод OVS. Поэтому, для обеспечения питания ИС достаточно подать напряжение на вход U с линии или с

разговорного узла через резистор, обеспечивающий номинальный ток стабилизации Iст., значение которого для ряда микросхем НН приведено в таблице 2.7. Вывод OVS следует подключить на корпус.

Наличие отдельного вывода анода стабилитрона позволяет в ряде случаев восстановить работоспособность ИС. Это возможно, если пробитый накоротко стабилитрон шунтирует питание ИС. Отключив вывод анода от корпуса, необходимо обеспечить ИС напряжением питания порядка 3 В от внешнего стабилитрона.

Выход ИК имеет защиту от перенапряжений. С выхода ИК на землю включен стабилитрон (на рис 2.2 не показан), напряжение стабилизации которого Uзащ. для некоторых типов ИС приведено в таблице 2.7.

В связи с отличиями схемотехники ТА зарубежного и- отечественного производства, кратко рассмотренными в главе 1, целесообразно также рассмотреть структуру и принцип работы базовой отечественной микросхемы КР1008ВЖ1 (рис. 2.6), которую производят на з-де «ЭКСИТОН» в г. Павловский Посад и на з.де «ГРАВИТОН» в г. Черновцы.

При подаче напряжения питания схема начальной установки устанавливает все триггеры микросхемы в исходное состояние, после чего формирует сигнал, отключающий генератор. При нажатии на одну из кнопок клавиатуры включается тактовый генератор с частотой 18 кГц, и формирователь импульсов опроса клавиатуры формирует на выводах 19, 20 и 21 последовательности импульсов с частотой 200 Гц и скважностью 3. Эти последовательности сдвинуты


по фазе относительно друг друга (рис. 2.6). При нажатии кнопки одна из последовательностей поступает на соответствующий вход микросхемы (22, 1, 2, 5), преобразуется в двоичный код и поступает в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Схема устранения дребезга устраняет дребезг и анализирует истинность нажатия кнопки (время замыкания не менее 10 мс и сопротивление замыкания не более 1 кОм). При истинном нажатии формирователь сигнала разрешения преобразования формирует сигнал разрешения преобразования и разрешает завись двоичного кода цифры в ОЗУ. Одновременно срабатывает схема управления дешифратором, я дешифратор двоичного кода преобразует код, поступающий со схемы программирования межсерийной паузы во временной интервал, соответствующий длительности межсерийной паузы.

По окончании этого интервала в схеме управления дешифратором формируется сигнал разрешения считывания из ОЗУ кода набранного числа. Этот код, поступив в дешифратор двоичного кода, также преобразуется во временной интервал. На время этого интервала снимается удержание с триггеров формирователя выходных сигналов и на «логическом» выходе NSI микросхемы появляется последовательность импульсов частотой 10 Гц. Число импульсов соответствует номеру нажатой кнопки. Скважность импульсов соответствует двоичному коду, поступающему со схемы программирования импульсного коэффициента. После обработки набранной цифры тактовый генератор отключается.

Временные диаграммы выходов микросхемы КР1008ВЖ1 приведены на рис. 2.8.

На выводе 4 (TON) микросхема формирует серии импульсов частотой 2,4 кГц и длительностью 50 мс при каждом истинном нажатии кнопки (момент времени tl и t2 на рис 2.8). После заполнения ОЗУ (22 нажатия) при нажатии любой кнопки на этом выводе появляется непрерывный сигнал с указанной частотой. Этот вывод используется для формирования сигнала нажатия кнопки и подаётся непосредственно на пьезоэлектрический излучатель типа ЗП-3, ЗП-5 и т. п., или на вход усилителя приёма.

На выводе 10 (IDP) формируются положительные импульсы длительностью межсерийной паузы.

На выводе 11 (KS) «ключ подпитки» на период следования импульсов набора устанавливается «высокий» уровень, обеспечивающий, при необходимости подпитку ОЗУ микросхемы.

В микросхеме есть два выхода «разговорный ключ» — вывод 16 (NSA1) и вывод 18 (NSA2). На выводе 16 на протяжении всего набора номера удерживается «низкий» уровень, а на выводе 18 «низкий» уровень удерживается только на период следования импульсов набора. Использование выхода NSA2 предпочтительнее, поскольку позволяет в течение межсерийной паузы прослушивать линию. Если произойдёт сбой. Вы услышите гудок и не будете дожидаться окончания набора всего номера.


Микросхема приводится в исходное состояние нажатием кнопки «#» («отбой») или подачей на вход HS (вывод 16) напряжения «высокого» уровня. Следует отметить, что все микросхемы номеронабирателей, как отечественного, так и зарубежного производства приводятся в исходное состояние при подаче на вход HS «высокого» уровня. Кнопка «#» в большинстве импортных телефонах используется для повторного набора номера.

В микросхеме КР1008ВЖ1 для повторного набора номера используется кнопка «*», которую после снятия режима «отбой» необходимо кратковременно нажать. Если кнопка «*» нажата после любой цифровой кнопки, то по обработке цифры, соответствующей этой кнопке, межсерийная пауза будет увеличена на 2,6 с. Это можно использовать при наборе междугородного номера, где для подключения к междугородной телефонной станции необходима увеличенная пауза.

Во многих зарубежных ТА кнопка «*» часто используется для отключения микрофона и ни к одному из выводов микросхемы не подключена.

Плюс напряжения питания микросхемы (от 2,6 до 6,0 В) подаётся на вывод 6 (U1). Вывод 17 (OV) соединяется с общим проводом (корпус). Через вывод 3 (U2) осуществляется подпитка ОЗУ в дежурном режиме (когда трубка лежит на аппарате).

ИС КР1008ВЖ1 позволяет изменять длительность межсерийной паузы и значение импульсного коэффициента. Изменение этих параметров осуществляется изменением управляющих воздействий на входах схемы программирования межсерийной паузы (M/S) и схемы программирования импульсного коэффициента (IPS). Значения этих параметров приведены в табл. 2.2.

Табл. 2.2. Программирование величины межсерийной паузы и импульсного коэффициента ИС КР1008ВЖ1 .

Программирование величины импульсного коэффициента

Программирование величины межсерийной паузы

Соединить вывод 13 (M/S)

Величина импульсного коэффициента

Соединить вывод 14 (IPS)

Величина межсерийной паузы, мс

с выводом 8 (С) с выводом 6 (U) с выводом 17 (OV) с выводом в (R)

2.3 2,0 1,6 1,0

с выводом 8 (С) с выводом в (U) с выводом 17 (OV)

640 740 840

Сравнивая структурные схемы ИС KS6805A и ИС КР1008ВЖ1 несложно заметить, что их функциональное построение сходно. И, если не затрагивать отличий в частотах тактовых генераторов, сигналах управления клавиатурой, и разных функционально-сервисных возможностях, которые и во многих зарубежных микросхемах разные, то можно выделить лишь одно принципиальное отличие — микросхема КР1008ВЖ1 предназначена для работы только совместно с разговорным ключом. Попробуем это объяснить.

Если сравнивать временные диаграммы выходов разговорного ключа (NSA) (рис. 2.7 и 2.8), то нетрудно заметить, что до набора и после набора номера у обеих микросхем «высокий» уровень. Во время прохождения импульсов набора — «низкий». Следовательно, логика работы выходов разговорного ключа у обеих микросхем одинакова. На выходе импульсного ключа (NSI) до набора номера у микросхемы КР1008ВЖ1 — «низкий» уровень, а у микросхемы KS5805A —«высокий». Это принципиальное отличие, так как «низкий» уровень удерживает ИК схемы в закрытом состоянии и он не может использоваться для коммутации разговорного узла, как в схеме на рис. 1.16. Как это отличие обойти при замене микросхем описано в разделе 6.2. Импульсы набора как первая, так и вторая микросхема формирует «низкого» уровня, т. е. низкий уровень на выходе NSI микросхемы во время набора номера размыкает линию, а «высокий» — замыкает. Причём это характерно для всех микросхем ЭНН.

 

lib.qrz.ru

цифровые микросхемы — начинающим ( занятие_1 ) — Теоретические материалы — Теория

ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ (занятие №1).

Цифровая
микросхема, да и микросхема вообще, это миниатюрный электронный прибор, содержащий
в себе кремниевый кристалл, в котором, особым способом, на заводе изготовителе введены
примеси. В .результате, отдельные «участки этого кристалла приобретают функции
диодов, транзисторов,  сопротивлений, просто проводников, и даже конденсаторов
(эффект барьерной емкости диода, как у варикапа). Общее число этих «микроэлементов»
может достигать сотен тысяч и более на один кристалл. Эти микроскопические участки
кристалла соединяются между собой, внутри этого кристалла и образуют некую схему,
некий узел, выполняющий определенные функции.

Радиолюбители,
да и специалисты, часто воспринимают микросхему как некий «черный ящик»
выполняющий определенные функции и имеющий определенные свойства, либо как набор
таких «ящичков», которые можно соединить определенным способом и получить
нужное устройство. Одним из таких «ящичков» является ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ,
которых в одной цифровой микросхеме может несколько.

Микросхемы
бывают различных серий и логик. Мы в наших опытах будем использовать микросхемы
логик МОП и КМОП, серий К176 и К561. Это наиболее часто применяемые микро­схемы
в радиолюбительских конструкциях, потому что они имеют минимальный ток потребления
и работают в достаточно широком диапазоне питающих напряжений.
Но им . свойственен один не­достаток — «бедняги» боятся статических разрядов
и перегрева  при пайке (впрочем, как и почти все другие радиоэлементы).

   Поэтому желательно для экспериментов
сделать макетные платки, такие как предложил наш постоянный автор Сергей Павлов
в журнале «РКМ2-99 (стр.46)».

В серию
К561 входит более 50-ти типов микросхем разной степени интеграции и функционального назначения. Основой
многих из них служат ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, — «черные ящички», реализующие
простейшие функции алгебры логики. С них и начнем знакомство.

На
практике, наиболее часто используются элементы пяти типов : И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-
НЕ. При том элементы И, ИЛИ, НЕ — основные, а элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ представляют
собой комбинацию двух элементов.

Но
прежде всего уточним :- в основу описания работы логических элементов, да и цифровых
микросхем вообще, положена двоичная система исчисления, состоящая всего из двух
цифр 0 и 1. И эти микросхемы и их элементы могут принимать только два этих состояния
: О — когда напряжение, почти равно нулю, и 1 — когда напряжение, почти равно напряжению
питания микросхемы (на практике «почти» почти никогда не учитывается).

Всего
две цифры — 0 и 1, но эти две цифры позволяют записывать и «запоминать»,
обрабатывать, практически любые числа. Например десятичное число 168 в нулях и единицах
выглядит так : 10101000. Перевести десятичное число в двоичное достаточно просто,
нужно делить число на 2, затем брать результат — целое число и снора делить на
2. И каждый раз записывать «1» если есть остаток и «0» если
делится без остатка. Например : 168/2=84 (пишем 0), 84/2=42 (пишем 0), 42/2=21
(пишем 0), 21/2=10,5 (пишем 1), 10/2=5 (пишем 0)), 5/2=2,5 (пишем 1), 2/2=1 (пишем
0), 1/2=0,5 (пишем 1). 0 делить нельзя, поэтому процесс закончен, теперь записываем
в обратном порядке: 10101000.

 

Графическое
изображение логического элемента НЕ показано на рисунке 1. Этот элемент еще называют
инвертором. Работает он предельно просто : когда на его входе 1 — на
его выходе 0, когда на его входе 0 — на его выходе 1. То есть, он отрицает
то, что поступает на его вход, «говорит НЕ», — на входе 1 — на выходе
«НЕ 1» (0), на входе 0 — на выходе «НЕ 0» (1).

Следующий
логический элемент «И» (рисунок 2), он обозначается символом
«&». Входов у этого элемента может быть сколь угодно много, но наш,
пока будет с двумя. Логика работы такова. На выходе будет

единица только тогда, когда на
обеих входах (или на всех сколько их там еще) будет по единице. Во всех других случаях
— только ноль.

То
есть, если на вход Х1 подали 1, а на вход Х2 — 0, то на выходе — 0. Если на вход
Х1 подали 0, а на вход Х2 — 1, то
на выходе опять ноль. Если на Х1 — 0 и на Х2 — 0, — снова на выходе 0. Но если на
оба входа, и на Х1 и на Х2 подали по единице, тогда и на выходе тоже будет единица.

   Разобраться получше поможет простая
схема с двумя выключателями и лампочкой (рисунок 3). Пусть выключа­тели это входы.
Когда выключатель включен — 1, когда выключен — 0, а лампа — выход, если горит значит
1, погашена — 0. Смотрите, сколько не замыкая Х1, если Х2 разомкнут
лампа не загорится. Тоже касается и Х2. Лампа будет гореть только если оба этих
выключателя замкнуть, на оба входа подать 1.

Получается
так : хочешь единицу на выходе подавай единицы на оба входа. Если нужен нуль на
выходе, — подай нуль на любой вход или на оба входа, как угодно.

Следующий
элемент ИЛИ. Его условный символ — 1 в квадратике (рисунок 4). Входов этих элементов
тоже может быть много, но нашего будет два. Работает он совсем наоборот чем И.
Нуль на его выходе может быть только тогда, когда на оба входа (или на все сколько
есть) поступает нуль. Во всех других случаях на выходе будет единица. Подадим на
вход Х1 — 0, а на вход Х2 -1, на выходе 1. Подадим на Х1 — 1, а на Х2 — 0 , все
равно на выходе 1. Подадим на Х1 -1 и на Х2 — 1, на выходе снова 1. Но если подадим
на Х1 — 0 и на Х2 — 0 , на выходе будет тоже 0.

 

Схема
с лампочкой для элемента И показана на рисунке 5. Лампа будет гореть при любом включенном
выключателе, хоть Х1, хоть Х2, хоть оба сразу. Но погаснет только если их оба выключить.

То
есть, если хочешь чтобы на выходе был нуль, подай нули на все входы. Нужна единица
на выходе — подай единицу на любой вход или на оба сразу, все равно.

Теперь
по поводу элементов И-НЕ (рисунок 6) и ИЛИ-НЕ (рисунок 7). Все очень просто — после
элемента И или ИЛИ включаем НЕ, и выходные сигналы «переворачиваются».
Вместо единиц на выходе нули, а вместо нулей на выходе единицы.

 

Например
И-НЕ работает так : нуль на выходе будет только тогда, когда на оба входа поступят
единицы. Во всех других случаях на выходе будет единица.

А элемент
ИЛИ-НЕ работает так : единица на выходе будет только тогда, когда на обеих входах
будут нули. Во всех других случаях на выходе будет нуль.

Обозначение
отличается тем, что выход обозначают кружочком. Кружочек — значит инверсия, значит
на выходе стоит элемент НЕ.

(продолжение следует)

cxema.my1.ru

Что Такое Микросхема И Как Она Работает ~ Повседневные вопросы

что такое микросхема и как она работает

Работа мотора — это исконный компромисс меж многими параметрами, нормами, потребностями и способностями. Основными аспектами для разработчиков ПО для контроллеров систем впрыска сейчас является экономичность, ресурс мотора и токсичность выхлопа. Ожесточающиеся с каждым годом нормы по уровню токсичности выхлопа движков принуждают разработчиков переводить ДВС на работу с более обеднёнными растворами и устанавливать каталитические нейтрализаторы вредных выбросов в выхлопных газах и жесткую систему контроля за уровнем вредных выбросов в атмосферу. В российских системах уже применяется одно- и двухуровневые системы контроля.

Несложно додуматься что тюнеры — это люди специализирующиеся тюнингом :). Но, как и в любом обществе, тут все не так просто и идет классовое расслоение. Так кто же они такие?

Весь массовый народный (спортсменов дипломатически опускаем) чип — тюнинг начался с рекламы на веб-сайте Инжектор ВАЗ , где предлагались к продаже спортивные прошивки для серийных авто. Они, сырые и неготовые, были первыми ласточками и дали мощнейший толчок в развитии неофициального, народного чип-тюнинга. Через недолговременное время они появились в Вебе и одномоментно распространились по всей местности Рф. С возникновением же компьютерных программ , позволяющих оперативно и наглядно изменять калибровки, возникновение новых, в главном, оживленных и не всегда корректных версий зополучило лавинообразный нрав. Отсюда появляется большая просьба ко всем, кто решил заниматься народным чип — тюнингом: не выбрасывайте в воззвание сырые, не опробованные во всех режимах прошивки, аккомпанируйте их подробным описанием и, не нужно смущяться, авторством. Обращайте повышенное внимание на заглавие прошивки, оно хоть как — то должно соответствовать принятому эталону; к примеру, прошивка J5V03G21, с отключенным ДК должна называться уже J5V13G21, т.е соответствовать заглавием нормам Рф, а не Евро 2. Так же замечу, что выложенные тут прошивки не один раз испытаны либо поступили от надежного источника.

Несколько слов об эконом прошивках. Ставить их имеет смысл только флегматичным водителям с стальными нервишками, способными индеферентно следить обгоняющие и исчезающие вдалеке авто. В неприятном случае — активное педалирование приведет к обратному эффекту. Вообщем, самым обычным методом экономии горючего является механическое ограничение хода педали акселератора, к примеру, при помощи штатного резинового коврика :)). Я, правда, таких флегматиков за рулем переднеприводных ВАЗов фактически не встречал.

Вы прочли статью, написанную мной в 2003 году, которая может может поставить рекорд по количеству краж и перепечаток от собственного имени и, естественно, без указания первоисточника. Что поделать, когда бог не одарил ни мозгом, ни мыслительным процессом, ни словарным припасом, а выделиться очень охото? Конечно, выдать чужое за свое. В наилучшем случае это пересказ своими словами, подглядывая в текст, в худшем — очевидная перепечатка буковка в буковку.

сhiptuner.ru 2001 — н.в . Оборудование и ПО для проф диагностики и чиптюнинга.

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит только справочно — информационный нрав и ни при каких критериях не является общественной офертой, определяемой положениями, описанными в части 2 на стр. 437 Штатского Кодекса Русской Федерации.

Разработка студии FireSite. Перепечатка материалов без согласия создателя запрещена.

Тезисы

Как работает микросхема. Никогда не мог осознать как она работает. Неважно какая микросхема это Что такое элемент. Микросхема — это Что такое Микросхема. сближаются и, как микросхем работает над что такое «Микросхема» в. Что такое интегральная микросхема (ИМС). Печатная плата — Википедия. 1-ая российская микросхема была сближаются и, как маленький и напротив, что. Что такое ЖК-дисплей и как он работает — ремонт. 2010 Что такое ЖК-дисплей и как он работает. В ближайшее время всё большей популярностью. Что такое симистор и как он работает. Азы — VidInfo. Что такое симистор и как он работает. Микросхема 555 Как она работает. РадиоКот :: Что такое контроллер, и с чем его едят. Что такое контроллер, и с чем его едят? как работает контроллер, Для чего она. Компаратор — это что такое? Микросхема и принцип. это что такое? Микросхема и принцип Как работает компаратор? Она обеспечивает. Что такое синхронизация в телефоне, что она. Что такое синхронизация в телефоне и как она работает? какая-то микросхема, и ты не. Что такое кэш процессора, и как он работает |. Что такое кэш процессора, и как он работает. и при замещении она обязательно должна.

Похожие вопросы

kartaklada.ru

1. Цифровые микросхемы

1.2. Микросхемы комбинационного типа малой степени интеграции

Существует много типов микросхем ТТЛ малой степени интеграции, различающихся по функциональному назначению, нагрузочной способности, схеме выходного каскада. Работа логических элементов этих микросхем достаточно проста. Для элементов И выходной уровень лог. 1 формируется при подаче на все входы элемента уровней лог. 1, для элемента ИЛИ для формирования уровня лог. 1 на выходе достаточно подачи хотя бы на один вход уровня лог. 1. Элементы И-НЕ (основной элемент серий ТТЛ) и ИЛИ-НЕ дополнительно инвертируют выходной сигнал, элемент И-ИЛИ-НЕ состоит из нескольких элементов И, выходы которых подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ.

По нагрузочной способности микросхемы можно разделить на стандартные (№10 для серий К 155 и КР531 и N = 20 и 40 для микросхем серий К555 и КР1533 соответственно), микросхемы с повышенной нагрузочной способностью (N = 30 и более), микросхемы со специальным выходным каскадом, обеспечивающим значительно более высокую нагрузочную способность в одном из логических состояний. Некоторые типы микросхем выпускают с так называемым «открытым» коллекторным выходом.

Отдельно следует отметить специальный класс микросхем с третьим состоянием выходного каскада, называемым также еще «высокоимпедансным», или «Z-состоянием», при котором микросхема отключается по своему выходу от нагрузки. Это, как правило, буферные элементы с относительно большой нагрузочной способностью.

На рис. 2 приведены графические обозначения микросхем ТТЛ, выполняющих функции И-НЕ — самой многочисленной группы простых логических микросхем.

МикросхемыЛА1 -ЛА4 имеют стандартную для своей серии нагрузочную способность, микросхемыЛА6 иЛА12 всех серий, КР1533ЛА21КР1533ЛА24 — втрое большую (здесь и далее в тексте в названии оставлена только та его часть, которая определяет тип триггера, счетчика, логического элемента и т. п., если такие же обозначения используются в микросхемах нескольких серий).

МикросхемыЛА7ЛА11,ЛА13, КР1533ЛА23 выполнены с открытым коллектором, нагрузочная способность для ЛА7- ЛА11 в состоянии лог. 0 стандартная, для ЛА13 и КР1533ЛА23 — втрое большая. Максимально допустимое напряжение, которое можно подавать

на выход микросхемы ЛА11, находящейся в состоянии лог. 1, — 12 В, для остальных — 5,5 В.

МикросхемаКР531ЛА16 (рис. 2) — два мощных магистральных усилителя, выполняющих функцию 4И-НЕ. Нагрузочная способность каждого усилителя 60 мА в состоянии лог. 0 и 40 мА в состоянии лог. 1 при выходном напряжении 2 В, что позволяет работать на линию связи с волновым сопротивлением 50 Ом, нагруженную на конце. Кроме того, гарантируется, что при выходном напряжении 2,7 В в состоянии лог. 1 выходной ток составляет не менее 3 мА.

МикросхемаКР531ЛА17 (рис. 2) — два элемента 4И-НЕ с возможностью перевода выхода в высокоимпедансное состояние при подаче на вход Е лог. 1. При подаче на вход Е лог. 0 выходы активны, допустимые выходные токи составляют 50 мА в состоянии лог. 0 и 32 мА в состоянии лог. 1 при выходном напряжении 2 В, что обеспечивает возможность работы на линию связи с волновым сопротивлением 75 Ом. Дополнительно гарантируется, что при выходном напряжении 2,7 В в состоянии лог. 1 выходной ток составляет не менее 3 мА.

Входные токи микросхем КР531ЛА12, КР531ЛА13, КР531ЛА16, КР531ЛА17 по сигнальным входам в состоянии лог. 0-4 мА, по входам Е — 2 мА.

Микросхема К155ЛА18 (рис. 2) выполнена с открытым коллектором, ее выходное напряжение в состоянии лог. 0 не более 0,5 В при выходном втекающем токе 100 мА и не более 0,8 В при токе 300 мА. Максимальное напряжение на выходе в состоянии лог. 1 — 30 В, что позволяет коммутировать нагрузку мощностью до 9 Вт — электромагнитные реле, маломощные электродвигатели. Лампы накаливания, однако, можно использовать на номинальный ток не более 60 мА, так как сопротивление нити лампы в холодном состоянии значительно меньше номинального.

МикросхемаКР531ЛА19(рис. 2) — двенадцативходовый элемент И-НЕ с возможностью перевода выхода в высокоимпедансное состояние при подаче лог. 1 на вход Е. В состоянии лог. 1 при выходном напряжении 2,4 В микросхема допускает выходной ток до 6,5 мА, в состоянии лог. 0-20 мА.

Микросхема К155ЛП7 (рис. 2) — два стандартных логических элемента И-НЕ с двумя объединенными входами и два n-р-n транзистора с предельно допустимым коллекторным напряжением 30 В и максимальным током коллектора 300 мА. Подложка микросхемы подключена к выводу 8, что позволяет, подключив ее к источнику отрицательного напряжения, коммутировать транзистором и отрицательные сигналы, не выходящие по амплитуде за напряжение этого источника.

На рис. 3 приведены графические обозначения микросхем, выполняющих функцию ИЛИ-НЕ. На входах микросхемК155ЛЕ2, К155ЛЕЗ установлены дополнительные элементы И, позволяющие стробировать входные сигналы. Нагрузочная способность микросхем ЛЕ1ЛЕ4, КР531ЛЕ7 стандартная для соответствующей серии, микросхемК155ЛЕ5иК155ЛЕ6 в состоянии лог. 0-48 мА, что соответствует N = 30, в состоянии лог. 1 — выше. Микросхема К155ЛЕ5 может обеспечить при выходном напряжении 2,4 В вытекающий ток 2,4 мА, микросхема К155ЛЕ6 — 13,2 мА. Для микросхемы К155ЛЕ6


нормирован также ток при выходном напряжении 2 В — он составляет не менее 42,4 мА, то есть эта микросхема может обеспечивать работу на нагрузку 50 Ом, например, на коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом, согласованный на конце.

МикросхемыКР1533ЛЕ10и КР1533ЛЕ11 имеют нагрузочную способность втрое большую стандартной для микросхем этой серии. Микросхема КР1533ЛЕ11 выполнена с открытым коллектором, максимальное напряжение, которое можно подать на ее выход в закрытом состоянии, — 5,5 В.

На рис. 4 приведены графические обозначения микросхем, выполняющих функцию И. МикросхемыЛИ1, ЛИЗ, ЛИ6 имеют стандартную для своих серий нагрузочную способность, микросхемыЛИ2


и ЛИ4 выполнены с открытым коллектором, их нагрузочная способность в состоянии лог. 0 стандартная, в состоянии лог. 1 допускается подача напряжения 5,5 В.

МикросхемаК155ЛИ5 выполнена с открытым коллектором, ее нагрузочная способность такая же, как у К155ЛА18.


МикросхемыКР1533ЛИ8 и КР1533ЛИ10

имеют нагрузочную способность втрое большую стандартной для микросхем этой серии.

На рис. 5 приведены графические обозначения микросхем, выполняющих функцию ИЛИ. Микросхема ЛЛ1 имеет стандартную нагрузочную способность, микросхема К155ЛЛ2 выполнена с открытым коллектором и имеет нагрузочную способность такую же, как К155ЛА18.

МикросхемаКР1533ЛЛ4 имеет нагрузоч ную способность втрое большую стандартной для микросхем этой серии

На рис. 6 приведены графические обозначения микросхем, выполняющих функцию НЕ (инверторы). МикросхемыЛН1 имеют стандартную нагрузочную способность, аЛН2, К155ЛНЗ, К155ЛН5 выполнены с открытым коллектором и имеют стандартную нагрузочную способность в состоянии лог. 0. Для К155ЛНЗ и К155ЛН5 дополнительно гарантируется, что при втекающем токе 40 мА выходное напряжение в состоянии лог. 0 не превышает 0,7 В. Допустимое напряжение на выходе микросхемы в состоянии лог. 1 составляет 5,5, 30 и 15 В для ЛН2, К155ЛНЗ и К155ЛН5 соответственно.

МикросхемаК155ЛН6 (рис. 6) — шесть мощных инверторов с возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. Управление состоянием выходов производится по двум равноправным входам управления Е (1 и 15), собранным по схеме, выполняющей функцию И. При подаче на оба указанных входа лог. 0 выходы инверторов переходят в активное состояние и инвертируют входные сигналы, при подаче хотя бы на один вход лог. 1 — переходят в высокоимпедансное состояние.

Нагрузочная способность инверторов довольно велика — при лог. 0 на выходе выходной втекающий ток может достигать 32 мА, при этом выходное напряжение не более 0,4 В, при лог. 1 на выходе выходной вытекающий ток — до 5,2 мА при выходном напряжении 2,4 В.

МикросхемаКР1533ЛН7 (рис. 6) — шесть инверторов с повышенной нагрузочной способностью и возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. Инверторы объединены в две группы,


у каждой из которых свой вход управления. Подача лог. 0 на вход Е1 включает инверторы с выходами 1-4, на вход Е2 — с выходами 5 и 6. Нагрузочная способность микросхемы 12 мА при 0,4 В в состоянии лог. 0 и 3 мА при 2,4 В в состоянии лог. 1.

МикросхемаКР1533ЛН8 (рис. 6) — шесть инверторов с повышенной нагрузочной способностью; максимальный уровень в состоянии лог. 0 -0,4 В при втекающем токе 12 мА и 0,5 В при 24 мА, минимальный уровень в состоянии лог. 1 2,4 В при вытекающем токе 3,0 мА и 2,5 В при 0,4 мА.

МикросхемаКР1533ЛН10 имеет нагрузочную способность втрое большую стандартной для микросхем этой серии. Микросхема выполнена с открытым коллектором, максимальное напряжение, которое можно подать на ее выход в закрытом состоянии — 5,5 В.

На рис. 7 приведены графические обозначения микросхем, выполняющих функцию И-ИЛИ-НЕ и расширителей И-ИЛИ. Все микросхемы И-ИЛИ-НЕ имеют стандартные выходы, кромеКР531ЛР10, которая выполнена с открытым коллектором, допустимое напряжение для нее в состоянии лог. 1 — 5,5 В. Следует отметить различие микросхемК155ЛР4 и К555ЛР4, КР1533ЛР4, а такжеК555ЛР11, КР1533ЛР11 и КР531ЛР11. МикросхемыК155ЛР1, К155ЛРЗ, К155ЛР4 имеют входы для подключения расширителей И-ИЛИ К155ЛД1 и К155ЛД2, увеличивающих число групп И в функции ИЛИ этих микросхем. Аналогичные входы для расширения числа входов по ИЛИ имеет микросхемаК155ЛЕ2.

Однако более простой способ построения элементов И или ИЛИ с большим числом входов — каскадное соединение микросхем,


выполняющих функции И-НЕ и ИЛИ-НЕ. На рис. 8 (а) приведена схема элемента И на 16 входов, на рис. 8 (б) — элемента ИЛИ на 32 входа. На рис. 8 (в) приведена схема элемента совпадения, формирующего на своем выходе лог. 1 при лог. 1 на четырех верхних по схеме входах и лог. 0 на трех нижних. Такой элемент может использоваться для дешифрации определенных состояний счетчиков и других устройств.

На рис. 9 приведены графические обозначения микросхем — повторителей входного сигнала.

МикросхемаЛП8 — четыре повторителя входного сигнала с высокоимпедансным состоянием. При лог. 0 на управляющем входе Е сигналы с входа D элемента проходят на выход элемента без инверсии. При лог. 1 на входе Е выход элемента переходит в высокоимпедансное состояние. При лог. 0 на выходе микросхема К155ЛП8 обеспечивает втекающий ток 16 мА, при лог. 1 — вытекающий 5,2 мА, К555ЛП8 — 24 мА и 2,6 мА соответственно.

МикросхемаК155ЛП9 (рис. 9) — шесть повторителей входного сигнала с открытым коллектором, ее выходные параметры такие же, как и у К155ЛНЗ.

МикросхемаК155ЛП10 (рис. 9) — шесть мощных повторителей с возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние.


Логика управления и нагрузочная способность этой микросхемы такие же, как и у К155ЛН6.

МикросхемаК155ЛП11 (рис. 9) — шесть мощных повторителей, подобных повторителям микросхемы К155ЛП10, но разбитых на две группы, каждая из которых имеет свой вход управления. Подача лог. 0 на вход Е1 включает повторители с выходами 1-4, вход Е2 управляет выходами 5 и 6. Нагрузочная способность микросхемы К155ЛП11 такая же, как у К155ЛН6.

МикросхемыКР1533ЛП16 и КР1533ЛП17 имеют нагрузочную способность втрое большую стандартной для микросхем этой серии. Микросхема КР1533ЛП17 выполнена с открытым коллектором,


максимальное напряжение, которое можно подать на ее выход в закрытом состоянии — 5,5 В.

Основное назначение микросхем-повторителей входного сигнала, имеющих возможность перевода выходов в высокоимпедансное состояние, — поочередная подача на одну магистраль сигналов от различных источников. Причем благодаря большой нагрузочной способности микросхем магистраль может иметь большую емкость и большое число подключенных к ней нагрузок и источников сигналов. Эти микросхемы находят широкое применение также в качестве буферных элементов, в особенности в микропроцессорных микросхемах. Для таких же целей служат далее рассматриваемые микросхемы, графические обозначения которых приведены на рис. 10.

МикросхемаКР531АП2 — четыре пары буферных неинвертирующих элементов с открытым коллектором, частично соединенных между собой. Сигналы могут передаваться со входов А1 — А4 на двунаправленные выходы С1 — С4 при лог. 0 на входе ЕА и лог 1 на входе ЕВ, с двунаправленных выводов С1 — С4 на выходы В1 — В4 при лог. 0 на входе ЕВ и лог. 1 на входе ЕА. При подаче лог. 1 на оба входа ЕА и ЕВ выходы В1 — В4 и С1 — С4 переходят в высокоимпедансное состояние. Одновременная подача лог. 0 на входе ЕА и ЕВ не допускается. Попарное соединение выводов А1 — А4 и В1 — В4 превращает микросхему в четыре двунаправленных ключа, максимальный выходной ток в состоянии лог. 0-60 мА, максимальные входное и выходное напряжения в состоянии лог. 1-10,5 В, входной ток в состоянии лог. 0 не превышает 0,15 мА.

МикросхемаАПЗ (рис. 10) — восемь инвертирующих буферных элементов с повышенной нагрузочной способностью и возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. Элементы разбиты на две группы по четыре, у каждой из групп свой вход управления для включения элементов и их перевода в третье состояние (Е1 и Е2). Включение элементов каждой группы происходит при подаче на соответствующий вход (Е1 и Е2) лог. О, переход в высокоимпедансное состояние — при подаче лог. 1. Выходной втекающий ток микросхемы К555АПЗ в состоянии лог. О при напряжении на выходе 0,5 В может достигать 24 мА, вытекающий в состоянии лог. 1 при напряжении на выходе 2 В — 15 мА. Для микросхем КР1533АПЗ максимальный уровень лог. 0 0,4 В при втекающем токе 12 мА и 0,5 В при 24 мА. Минимальный уровень лог. 1 2,4 В при вытекающем токе 3 мА и 2,5 В при 0,4 мА. Нагрузочная способность микросхемы КР531АПЗ в состоянии лог. 0 64 мА, в состоянии лог. 1 3 мА при выходном


напряжении 2,4 В и 15 мА при 2 В. Входные токи по сигнальным входам D1 — D8 в состоянии лог. 0 0,4 мА.

МикросхемаАП4 (рис. 10) — восемь аналогичных буферных элементов без инверсии. Отличие ее в том, что один из входов включения элементов и их перевода в третье состояние (El) — инверсный, подобно АПЗ, второй (Е2) — прямой. Нагрузочная способность этой микросхемы такая же, как у АПЗ.

МикросхемаАП5 (рис. 10) — восемь неинвертирующих буферных элементов, обе группы которых имеют инверсные входы управления включением. В остальном эта микросхема аналогична АП4.

Микросхемы АПЗ — АП5 служат для буферизации и коммутации сигналов в микропроцессорных устройствах, например, сигналов адреса, сигналов управления при организации внутренних и внешних шин микро-ЭВМ. Основное их назначение — обеспечение однонаправленной передачи информации. Однако при необходимости с их помощью можно обеспечить и двунаправленную передачу. На рис. 11 в качестве примера показано соединение выводов микросхемы АП4 для получения двунаправленного буферного элемента. При подаче лог. 0 на объединенные между собой входы Е1 и Е2 происходит передача сигнала

от расположенных слева по рисунку выводов микросхемы (входы А1 -А4) к правым (В1 — В4), при подаче лог. 1 — наоборот: от В1 — В4 к А1 -А4. Два треугольника в среднем поле графического обозначения микросхемы символизируют усиление и направление передачи сигнала, верхний — при подаче активного сигнала на вход Е1 (для инверсного входа — лог. 0), нижний — на вход Е2 (для прямого входа — лог. 1).


Интересно отметить, что расположение информационных входов и выходов микросхем АПЗ — АП5 сделано специально такое, как показано на рис. 11, — для удобного их соединения.

Однако для организации двунаправленной передачи информации удобнее использовать специально предназначенные для этой цели микросхемы, описываемые далее.

Микросхема АП6 (см. рис. 10) — восемь двунаправленных неинвертирующих буферных элементов. Кроме двух групп информационных выводов А1 — А8 и В1 — В8, микросхема имеет два входа управления — Е и Т. Сигнал лог. 0, подаваемый на

вход Е, разрешает включение буферных элементов, лог. 1 — переводит все выводы микросхемы в Z-состояние. Сигнал на входе Т действует при лог. 0 на входе Е и определяет направление передачи сигналов — при лог. 1 на входе Т выводы А1 — А8 являются входами, В1 — В8 — выходами, при лог. 0 — наоборот; В1 — В8 — входы, А1 — А8 — выходы. Два треугольника у входа Т символизируют усиление и направление распространения сигнала, верхний — при лог. 1 на входе Т, нижний — при лог. 0.

Микросхема АП6 по своему функционированию (но, к сожалению, не по разводке выводов) соответствует микросхеме КР580ВА86, но потребляет в 1,7 раза меньшую мощность (К555АП6).

МикросхемаКР1533АП14 (рис. 10) содержит восемь однонаправленных буферных элементов с возможностью перевода их выходов в высокоимпедансное состояние. При подаче на оба входа разрешения Е лог. 0 выходы микросхемы переходят в активное состояние и на них появляются без инверсии сигналы с соответствующих входов D1 — D8. При поступлении на любой из входов Е лог. 1 выходы переходят в высокоимпедансное состояние. Микросхема КР1533АП15 (рис. 10) аналогична микросхеме КР1533АП14, только она инвертирует входные сигналы.

МикросхемаКР1533АП16 (рис. 10) состоит из восьми двунаправленных буферных элементов и, в основном, аналогична микросхеме

КР1533АП6. Она инвертирует сигналы при передаче их с выводов А на выводы В и не инвертирует их при передаче в обратном направлении. На графическом изображении микросхемы КР1533АП16 для отражения этого свойства у вывода Т, определяющего направление передачи информации, верхний треугольник, символизирующий передачу сигналов с выводов А на выводы В при подаче на вход Т лог. 1, дополнен кружком инверсии, а нижний треугольник (на входе Т — лог. 0) показан без такого кружка.

МикросхемаИП6 (рис. 10) — четыре двунаправленных инвертирующих буферных элемента. Логика работы входов управления Е1 и Е2


следующая: при лог. 0 на обоих входах передача сигналов происходит от выводов А1 — А4 к выводам В1 — В4, при лог. 1 на обоих входах — от выводов В1 — В4 к А1 — А4. При лог. 1 на входе Е1 и лог. 0 на входе Е2 все информационные выводы микросхемы переходят в Z-состояние, подача лог. 0 на вход Е1 и лог. 1 на вход Е2 одновременно недопустима. Треугольники на графическом обозначении микросхемы и входов Е1 и Е2 символизируют усиление и направление распространения информации при подаче активных сигналов на эти входы.

Нагрузочная способность микросхемы ИП6 такая же, как у АПЗ.

МикросхемаИП7 отличается от ИП6 только тем, что не инвертирует сигналы.

На рис. 12 в качестве примера показано использование буферных микросхем для подключения внешних устройств к компьютеру «Радио-86РК». Если из всех внешних устройств ограничиться лишь таймером КР580ВИ53, его вполне можно смонтировать на

плате компьютера без буферных элементов. Если же предполагается подключение нескольких внешних устройств (таймер, часы, АЦПУ, модем и др.), из-за малой нагрузочной способности центрального процессора КР580ВМ80 необходимы буферные элементы.

На рис. 12 микросхема DD3 обеспечивает буферизацию управляющих сигналов RD, WR, RES и двух младших адресов АО и А1. Микросхема DD2 буферизирует двунаправленную шину данных. Включение этой микросхемы по входу Е должно происходить лишь при обращении к внешним устройствам, что обеспечивается микросхемой DD1 и элементами D10.4 и D10.3.

В основном варианте компьютера «Радио-86РК» адреса А000Н -BFFFH использованы для микросхемы D14. Практически используются только четыре адреса — А000Н, А001Н, А002Н, А00ЗН. Установкой дешифратора DD1 можно обеспечить при сохранении этих адресов для D14 использование следующих четырех адресов А004Н, АООЗН, А006Н, А007Н — для первого внешнего устройства, например таймера;

следующих четырех А00ЗН — А00ВН — для второго; следующих четырех А00СН — A00FH — для третьего и т. д., всего можно будет подключить семь дополнительных внешних устройств, для каждого из которых будет отведено четыре адреса. Если входы 1,2,4 дешифратора DD1 подключить к другим выходам адреса микропроцессора D6, например, А10, All, A12, на каждое внешнее устройство будет отведено по 1024 адреса.

Элементы D10.4 и D10.3 необходимы для выключения DD2 при обращении микропроцессора к D14, то есть по адресам А000Н — А00ЗН. В этом случае лог. 0 с выхода О DD1 включает D10.3 и лог. 1 с его выхода выключает DD2. Направление передачи сигнала через DD2 определяется сигналом RD. При чтении из внешнего устройства сигнал RD


принимает значение лог. 0 и происходит передача сигналов через DD2 от внешнего устройства к микропроцессору, в остальных случаях — от микропроцессора к внешнему устройству.

На рис. 13 приведены микросхемы -инвертирующие триггеры Шмитта. Микросхема К155ТЛ1 — два четырехвходовых элемента И-НЕ, микросхемаТЛЗ — четыре двухвходовых, микросхемаТЛ2 — шесть инверторов.

Указанные микросхемы при плавном изменении входного сигнала обеспечивают

скачкообразное переключение выходного (рис. 14). При повышении напряжения на входе элемента микросхемы от нуля выходное напряжение скачком изменяется с лог. 1 на лог. 0 при напряжении на входе около 1,65 В. При снижении напряжения на входе обратное изменение выходного напряжения происходит при напряжении на входе около 0,85 В для триггеров Шмитта серий К155 и К555ТЛ2 и около 1,2 В для КР531ТЛЗ.


Триггеры Шмитта применяют для формирования ТТЛ-сигнала из синусоидального, для приема сигналов при большом уровне помех, в формирователях и генераторах импульсов и в других случаях.

На рис. 15, а показана схема формирователя импульса сброса при включении питания, обеспечивающего крутой фронт при большой длительности импульса, на рис. 15, б — простейшего генератора импульсов.


Изучение работы более сложных микросхем удобно продолжить с микросхем последовательностного типа.

 

lib.qrz.ru