Микросхемы и их применение

Содержание

Что такое аналоговая электроника?

Аналоговая электроника — это электроника, которая, в отличие от цифровой, работает не с дискретными сигналами, а с переменными непрерывными сигналами. Мы говорим, что цифровая электроника дискретна из-за того, что каждый сигнал может иметь только два значения. С другой стороны, в аналоговой электронике каждый сигнал имеет переменный диапазон.

Аналоговая электроника используется в аппаратном обеспечении ПК для ряда конкретных утилит, но следует особенно учитывать, что мир работает аналоговым образом и что во многих случаях необходимо преобразование цифрового сигнала в аналоговый и наоборот. .

Таким образом, наиболее очевидным примером этого являются ЦАП, цифро-аналоговые преобразователи и АЦП, аналого-цифровые преобразователи. И с этим мы также можем понять, какая из основных утилит является одной из самых популярных — утилит для динамиков и микрофонов. В первом из них цифровой сигнал преобразуется в аналоговый и через них генерируется звук. Во втором случае все наоборот, аналоговый сигнал оцифровывается.

Внутреннее устройство цифровых микросхем КМОП

Так же как и в ТТЛ семействе, КМОП микросхемах базовым элементом является 2И-НЕ, внутреннее устройство которого показано ниже


Микросхемы и их применение
Схема базового элемента КМОП 2И-НЕ и его переходная характеристика.

В данном логическом элементе работают комплементарные полевые транзисторы. Транзисторы с каналом р-типа (VT1, VT2) подключены к положительному проводнику источника питания, с каналом n-типа (VT3, VT4) соединены последовательно.

При входном напряжении 2 В и менее транзисторы VT1 и VT2 открыты, так как напряжение на участках затвор – исток (при напряжении питания 9 В) составляет не менее 7 В. Напряжение на таких же участках транзисторов VT3 и VT4 оказывается недостаточным для их открывания, поэтому на выходе элемента будет напряжение, почти равное напряжению питания, то есть около 9 В (точка А). По мере увеличения входного напряжения транзисторы начинают открываться, а VT1 и VT2 закрываться. На участке А – Б этот процесс происходит сравнительно плавно, а на участке Б – В он ускоряется и наиболее линеен. В точке В транзисторы VT1 и VT2 почти полностью закрыты, а VT3 и VT4 открыты. Выходное напряжение в этом случае невелико и при дальнейшем увеличении входного напряжения до уровня источника питания оно стремиться к нулю (точка Г).

Структурная интегральная схема внутри чипа

Итак, процесс создания интегральной схемы начинается от монокристалла кремния, напоминающего по форме длинную сплошную трубу, «нарезанную» тонкими дисками — пластинами. Такие пластины размечаются на множество одинаковых квадратных или прямоугольных областей, каждая из которых представляет один кремниевый чип (микрочип). Пример внутренней структуры интегральной схемы, демонстрирующий возможности такой уникальной технологии интеграции полноценных электронных схемотехнических решений.

Будет интересно Как выбрать флюс для пайки микросхем

Затем на каждом таком чипе создаются тысячи, миллионы или даже миллиарды компонентов путём легирования различных участков поверхности — превращения в кремний N-типа или P-типа. Легирование осуществляется различными способами. Один из вариантов — распыление, когда ионами легирующего материала «бомбардируют» кремниевую пластину.

Другой вариант — осаждение из паровой фазы, включающий введение легирующего материала газовой фазой с последующей конденсацией. В результате такого ввода примесные атомы образуют тонкую пленку на поверхности кремниевой пластины. Самым точным вариантом осаждения считается молекулярно-лучевая эпитаксия.

Микросхемы и их применение

Конечно, создание интегральных микросхем, когда упаковываются сотни, миллионы или миллиарды компонентов в кремниевый чип размером с ноготь, видится сложнейшим процессом. Можно представить, какой хаос принесёт даже небольшая крупинка в условиях работы в микроскопическом (наноскопическом) масштабе. Вот почему полупроводники производятся в лабораторных условиях безупречно чистых. Воздух лабораторных помещений тщательно фильтруется, а рабочие обязательно проходят защитные шлюзы и облачаются в защитную одежду.

Кто создал интегральную схему?

Разработка интегральной схемы приписывается двум физикам — Джеку Килби и Роберту Нойсу, как совместное изобретение. Однако фактически Килби и Нойс вынашивали идею интегральной схемы независимо друг от друга. Между учёными даже существовала своего рода конкуренция за права на изобретение.

Джек Килби трудился в «Texas Instruments», когда учёному удалось реализовать идею монолитного принципа размещения различных частей электронной схемы на кремниевом чипе. Учёный вручную создал первую в мире интегральную микросхему (1958 год), использовав чип на основе германия. спустя год подала заявку на патент.

Тем временем представитель другой — Роберт Нойс, проводил эксперименты с миниатюрными цепями своего устройства. Благодаря серии фотографических и химических методов (планарный процесс), учёный всего лишь на год позже Килби создал практичную интегральную схему. Методика получения также была оформлена заявкой на патент.

Микросхемы и их применение
Микросхемы на плате

Напряжение и ток – понятия

Для работы любого электронного компонента требуется наличие электрического тока. Он создается электрическим потенциалом, то есть «напором» частиц. Самого потенциала недостаточно для течения тока. Нужен также проводник, способный пропустить его через себя. Если проводника нет, то потенциал уходит в воздух, который очень хорошо препятствует распространению тока. Объекты, которые останавливают ток, называются диэлектриками, а позволяющие протекать через них – проводниками.

Помимо проводника, для течения тока нужна разность потенциалов, возникающая в цепи. Аналогию можно провести с водопроводной трубой. Если с обеих ее сторон подается одинаковый напор, то каким бы сильным он ни был, вода не будет течь. Разность потенциалов называется напряжением. Оно обозначается буквой «U» и измеряется в вольтах. Сила тока же обозначается «I» и измеряется в амперах.

Важно! По общей договоренности считают, что ток течет от плюса к минусу, но на самом деле это условность. Все дело в том, что отрицательные электроны были открыты уже после этой договоренности

В схемах и на практике никто не вспоминает, откуда и куда течет ток.

Микросхемы и их применение

Торговая марка Power Cap — DS9034PC (только литиевая батарейка)

Все базовые модули с хронометрами используют Power Cap DS9034PCX (литиевая батарея и контроллер часов). В сборке Power Cap сохраняют плотный захват базы модуля и выдерживают целостность даже при вибрации и ударе. Съем Power Cap осуществляют с помощью отвертки. При установке и съеме (рис. 4, а, б) Power Cap категорически запрещается нажатие на центральную часть верха корпуса. Полный модуль с узлом Power Cap имеет в торговом названии дополнительный индекс Р. Например, базовая часть имеет название DS12xxY/AB/W. Соответственно, модуль будет иметь название DS12xxYP/ABP/WP.

Микросхемы и их применение
Рис. 4. Установка и съем PowerCap

Выбор модуля энергонезависимой СОЗУ стандартного или расширенного варианта можно сделать, используя табл. 4.

Если вы остановили свой выбор на часах реального времени с энергонезависимым СОЗУ, то в выборе поможет табл. 5.

Хронометры сторожевой схемы с энергонезависимым СОЗУ представлены в табл. 6. Базовая схема DS1386 выпускается в 32-выводном DIP-корпусе и содержит контроллер часов реального времени с полным набором функциональных возможностей: тревога, таймер сторожевой схемы, таймер интервала. Все это доступно в байтовом формате. В DS1386 содержится также кварцевый резонатор, литиевая батарейка и кристалл СОЗУ.

Популярные статьи  Костюм чеснока

Таблица 4

Memory Size Nonvolatile SRAMs
Standard Enhanced
5-Volt 3.3-Volt 5-Volt 3.3-Volt
8k x 8        
32k x 8 DS1230YP/ABP DS1230WP DS1330YP/ABP DS1330WP
128k x 8 DS1245YP/ABP DS1245WP DS1345YP/ABP DS1345WP
512k x 8 DS1250YP/ABP DS1250WP DS1350YP/ABP DS1350WP

Таблица 5

Memory Size Timekeeping RAMs Phantom Clocks
Y2K-Compliant
5-Volt 5-Volt 3.3-Volt 5-Volt 3.3-Volt
8k x 8 DS1643P DS1743P DS1743WP    
32k x 8 DS1644P DS1744P DS1744WP DS1244YP DS1244WP
128k x 8 DS1646P DS1746P DS1746WP DS1248YP DS1248WP
512k x 8 DS1647P DS1747P DS1747WP DS1251P DS1251WP

Таблица 6

Memory Size       Y2K-Compliant
5-Volt 5-Volt 3.3-Volt 5-Volt 3.3-Volt
8k x 8 DS1386P-8 DS1543P DS1543WP DS1553P DS1553WP
32k x 8 DS1386P-32     DS1554P DS1554WP
128k x 8 DS1486P DS1556P DS1556WP
512k x 8       DS1557P DS1557WP

Для модульного блока Power Cap выпускается базовая часть с памятью, монитором и контроллером батарей (к названию добавляется индекс Р), корпус Power Cap с литиевой батареей и кварцевый резонатор на 32,768 кГц.

Почему неон необходим для производства чипов

Современные процессоры изготавливаются методом фотолитографии. Суть данной технологии заключается в получении необходимого рисунка на светочувствительной пленке методом засвета через фотошаблон (маску). Для этого на кремниевую пластину вначале наносится фоторезист, то есть светочувствительная поверхность. Она меняет свои свойства, когда на нее попадает свет определенной волны.

Неон используют не только для изготовления светящихся вывесок, но и при производстве процессоров

Затем эта пленка засвечивается через маску с заданным рисунком при помощи ультрафиолетового газового лазера. В итоге на фоторезисте отпечатывается рисунок. А причем тут неон, спросите вы? Он является основным инертным газом в газовой смеси, которая обеспечивает необходимую длину волны лазера.

Таким образом, без неона не будут работать лазеры, необходимые для производства чипов. Кроме того, неон используется при производстве LCD-мониторов и телевизоров.

Функциональный генератор (прямоугольник, пила, синус)

Микросхемы и их применение

Рис. 6. Схема функционального генератора на микросхеме К561ЛЕ5.

На основе КМОП-микросхемы может быть собран функциональный генератор (рис. 6) . К таким генераторам относят устройства, вырабатывающие синхронно изменяющиеся во времени сигналы разной формы. Устройство вырабатывает сигналы прямоугольной формы (выход 1), треугольной формы (выход 2) и синусоидальный сигнал (выход 3).

На первых двух инверторах выполнен обычный генератор прямоугольных импульсов. Соотношение пауза — длительность импульса регулируется потенциометром R1. Следующий каскад является интегратором.

На его выходе синтезируется сигнал, по форме приближающийся к треугольному. Форма этого сигнала регулируется в некоторых пределах потенциометром R6. Последний, четвертый инвертор микросхемы работает в режиме усиления (см. рис. 3).

За счет неидеальности передачи сигнала треугольной формы (его сглаживания) на выходе усилителя форма сигнала приближается к синусоиде. Большую степень приближения к синусоиде можно получить после простейшего фильтра, выделяющего первую и подавляющего высшие гармоники.

Недостатком функциональных генераторов является сложность перестройки их по частоте, т.к. условия формирования сигналов необходимой формы с изменением частоты меняются, неизменным по форме остается только сигнал прямоугольной формы.

Элементы для проектирования аналоговых схем

Аналоговые схемы, как и цифровые, тоже состоят из полупроводников, но в них используются совершенно другие компоненты. Помимо преобразования сигналов, одним из применений аналоговых схем является обработка электричества и распределения через материнская плата или печатная плата карты расширения.

Значительная часть элементов, которые мы собираемся определить дальше, будет казаться вам знакомой по базовой электронике, которую некоторые из вас использовали в средних школах. Таким образом, мы говорим не о каких-либо научно-фантастических технологиях, а об общих компонентах, которые можно найти повсюду.

Резисторы

Резисторы являются одним из основных компонентов для построения аналоговых схем, поскольку среди их основных функций является то, что они могут адекватно распределять ток и напряжение между различными частями электронной схемы.

Резисторы используются для уменьшения силы тока за счет уменьшения его напряжения. Вот почему, если вы посмотрите на электронную схему с процессором посередине, вы увидите, как это цепь последовательного резистора. Которые используются для последовательного деления напряжения.

Любопытно, что в старых аналоговых видеосистемах использовалась система резисторов, поскольку вывод того или иного цвета через видеосигнал зависел от напряжения, с которым сигнал передавался.

Конденсаторы

Конденсаторы, также называемые конденсаторами по их английскому названию, являются очень распространенными элементами в схемотехнике. Его функция — временно сохранять электрический заряд, а затем высвобождать его. Это достигается за счет использования двух токопроводящих пластин, разделенных изоляционным материалом.

Чтобы понять функциональность конденсатора, вы должны представить поток электрического тока в виде реки с большой силой, которая внезапно встречает плотину, которая замедляет эту силу и выводит воду более плавным образом. Разница в том, что конденсатор делает это с достигающим его электрическим током.

Трансформаторы

Да, в блоке питания вашего ПК есть аналоговая схема. Какая у вас функция? Ну, что о повышении и понижении напряжения в электрической цепи переменного тока. В этом процессе теряется электрическая мощность, поэтому входная мощность не совпадает с выходной. Когда мы говорим об эффективности трансформатора, мы говорим о проценте мощности, которая теряется в процессе.

Диоды

Диоды — это электронные компоненты с двумя выводами, которые допускают электрическую циркуляцию только в одном из двух направлений. Мы называем один из выводов анодом, и это заставляет ток всегда течь в направлении другого конца, который является катодом.

В мире вычислений и до появления ПЗУ данные, предназначенные только для чтения, хранились путем создания взаимосвязанных диодных схем. Сегодня диоды больше не используются в этом смысле, но распространенным типом диодов является светодиодный диод, который используется для освещения определенных областей для передачи информации о различных состояниях.

Биполярные транзисторы

Транзисторы являются основой цифровой электроники, поскольку память и процессоры, которые мы используем ежедневно, состоят из сотен и даже миллиардов транзисторов очень небольшого размера, но транзисторы зародились в аналоговых схемах, являющихся одним из самых известных приложений. «транзисторное» радио, которое заменило использование электронных ламп и отправило в небытие старые мебельные радиоприемники.

Чаще всего в аналоговых схемах используются так называемые биполярные транзисторы, которые мы можем найти не только в аппаратном обеспечении ПК, но и в бытовой электронике. Его название — это размер английского термина «передаточный резистор», который переводится как передаточное сопротивление. Его функциональность? Они выполняют функции усилителя, переключателя, генератора или выпрямителя электрического сигнала, поэтому они очень универсальны и позволяют создавать более сложные электронные схемы, чем те, которые мы видели.

Ваша прибыль? Разнообразные, они используются для усиления сигнала, что очень важно на радио, телевидении и даже при использовании музыкальных инструментов. Они также используются для генерации новых сигналов, например радиочастотных сигналов, таких как Wi-Fi

Его коммутационная способность не только позволяет вам управлять источниками питания и действовать как переключатели, но с их помощью вы можете построить схему широтно-импульсной модуляции или ШИМ-схему для управления вентилятором видеокарты.

Усилители на логических элементах

Для использования логических элементов в качестве усилителей сигналов необходимо вывести рабочую точку на линейный участок передаточной характеристики. Основные характеристики таких усилителей приведены в таблице ниже.

Серия Схемавывода влинейныйрежим КУС,дБ Fmax,МГц РпотрмВт Uвых Rвх,кОм Rвых,кОм R1,кОм R2,кОм
К155 OOC 18 40 20 1,2 0,6 0,05 0,68 0,68
Ток 21 0,8 1,9
К176 ООС 25 5,5 5 … 20 1,5 0,4 0,05 7,5 5,1
Ток 17 3 … 4 5,0 3,5 6 6,2 4
561 OOC 25 1000 7 1000 1000
Популярные статьи  Вертикальный ветрогенератор

Схема простейшего усилителя на элементе ТТЛ приведена ниже. Регулировка усилителя сводится к установке подстроечным резистором R1рабочей точки элемента на середине линейного участка передаточной характеристики.

Простейший усилитель на ТТЛ элементе

Недостатком простых усилителей является невысокое входное сопротивление, что ограничивает область их применения. К тому же коэффициент усиления небольшой. Устраняется данный недостаток использованием совместно с транзисторами. Коэффициент усиления повышается включением последовательно нескольких каскадов. Кроме того, цифровая микросхема содержит несколько идентичных элементов, это позволяет создавать многоканальные усилители. Примером может служить схема показанная ниже. Основные характеристики усилителя: коэффициент усиления – 50; выходное сопротивление 50 Ом, входное сопротивление 5 кОм, верхняя граничная частота 40 МГц.


Микросхемы и их применение
Схема усилителя с транзистором на входе

Элементы КМОП также можно использовать для усилителей, схема одного из ни приведена ниже. Общий недостаток усилителей на элементах КМОП – высокое выходное сопротивление. Устранить его можно установкой на выходе логического элемента эмиттерного повторителя на транзисторе и включения его в цепь ООС.


Микросхемы и их применение
Схемы усилителей на элементах КМОП.

Простейшие схемы

Первая схема представляет собой простейший пробник для прозвонки электрических цепей. С помощью данного пробника можно определить надёжность электрического контакта, найти обрыв в цепи, проверить исправность резисторов и полупроводниковых диодов и транзисторов.


Микросхемы и их применение
Схема пробника для прозвонки электрической цепи.

Опишем его работу. При разомкнутых щупах ХТ на входах логического элемента DD1 относительно общего провода устанавливается высокий логический уровень напряжения. Соответственно на выходе элемента DD1 будет низкий логический уровень, при этом светодиод VD1 не будет гореть. Если щупы замкнуть между собой, то на входе DD1 будет низкий логический уровень, а на выходе – высокий. Светящийся диод сообщит о том, что выходы замкнуты между собой. Таким образом, при подключении щупов к исправной цепи будет загораться светодиод, а если светодиод не горит – значит, в цепи имеется обрыв.

Следующая схема, представленная ниже, представляет собой логический пробник. Предназначенный он для определения логического уровня напряжения в электрических цепях цифровых устройств.


Микросхемы и их применение
Схема логического пробника.

В исходном состоянии на входах логического элемента DD1 и выходе DD2 устанавливается высокий логический уровень, соответственно светодиод VD1 горит. При включении светодиодов в цепь с высоким логическим уровнем светодиод VD1 продолжает гореть, а когда на входе DD1 появится низкий логический уровень, то светодиод VD1 соответственно погаснет.

Дальнейшее повествование о применении цифровых микросхем не возможно без знания внутреннего устройства цифровых ТТЛ и КМОП микросхем и их передаточных характеристиках.

Стандартная энергонезависимая память СОЗУ

Выпускаемая DSC энергонезависимая СОЗУ (табл. 2) имеет отдельный литиевый источник энергии и схему управления, которая постоянно контролирует основной источник питания Uпит по условию выхода напряжения из допуска. Когда напряжение Uпит снижается, выходя за пределы допуска, автоматически включается литиевая батарейка, и защита записи предотвращает нарушение целостности данных. Данные сохраняются, защита от записи остается до тех пор, пока Uпит вернется к номиналу, определяемому допуском. После этого литиевый источник выключается и память снова доступна. Поскольку эти блоки памяти основаны на СОЗУ технологии, время доступа для записи и чтения одинаково, а число этих операций не ограничено. Выпускаются приборы в корпусах DIP (600-mil) или Power Cap.

Таблица 2

Memory Size 5-Volt 3.3-Volt
2k x 8 DS1220AB/AD  
8k x 8 DS1225AB/AD  
32k x 8 DS1230Y/AB DS1230W
128k x 8 DS1245Y/AB DS1245W
256k x 8 DS1249Y/AB  
512k x 8 DS1250Y/AB DS1250W
1024k x 8 DS1265Y/AB  
2048k x 8 DS1270Y/AB  

Функциональная схема и описание прибора

Функционально таймер состоит из 5 компонентов. Выводов у схемы больше, чем внутренних блоков, что и говорит о возможной гибкости включения в различные схемные решения с участием данной микросхемы.

Функциональная схема таймера NE555

Входной внутренний делитель напряжения задает опорные напряжения для двух компараторов — верхнего и нижнего. RS-триггер принимает их сигналы и формирует выходной сигнал, который отправляет на усилитель мощности. Еще имеется дополнительный транзистор с выведенным наружу коллектором, который используется для подключения внешней времязадающей цепочки.

Выводы схемы расположены одинаково, независимо от исполнения микросхемы

С одной стороны с первого по четвертый (сверху вниз), с другой — с пятого по восьмой (снизу вверх).

Таймер 555 и его выводы

Описание выводов схемы

Приведенный ниже даташит содержит выводы и подаваемые на них сигналы, откуда становится немного понятной работа микросхемы. Хотя очень многое зависит от ее подключения.

  1. Земля –
Минусовой общий вывод питания 0 В Плюсовой вывод питания – 8
  1. Запуск
Вход компаратора №2 (нижнего).

Сигнал низкого уровня – аналоговый или импульсный.

Таймер срабатывает на сигнал (аналоговый или импульсный) низкого уровня (порог – 1/3 Vпит) На 3 выводе появляется выходной сигнал высокого уровня
  1. Выход
Выходной сигнал (высокий уровень) зависит от питания: Vпит – 1,7 В

Низкий уровень (нет сигнала) – примерно 0,25 В

Временная характеристика выходного сигнала определяется внешней времязадающей цепочкой, состоящей из резистора (или резисторов) и емкости.
  1. Сброс
Срабатывает по сигналу низкого уровня (≤ 0,7 В) Немедленный сброс выходного сигнала Входной сигнал не зависит от напряжения питания
  1. Контроль
Управление опорным напряжением компаратора №1 Величина напряжения управляет длительностью выходных импульсов (одновибратор) или их частотой (мультивибратор).
  1. Останов
Сбрасывающий сигнал высокого уровня – аналоговый или импульсный
  1. Разряд
Цепь разряда времязадающего конденсатора С
  1. Питание +
Плюсовой провод питания Vпит = от 4,5 В до 18 В Минусовой – 1

Одновибратор

Самая простая схема подключения Емкость С и резистор R задают длительность импульса t, выдаваемого схемой в ответ на сигнал по входу Input (вывод 2). Напряжение питания влияет не на длительность, а на амплитуду выходного сигнала. При выдаче импульса изменение входного сигнала схемой не воспринимается. Через время t схема выдает задний фронт выходного сигнала и возвращается в исходное состояние, после чего готова снова реагировать на входной сигнал. Таким образом, она может выделять информативные всплески (низкого уровня) на фоне помех, так как сигнал на входе в общем случае аналоговый. Может работать как антидребезговая схема.

Генератор импульсов (мультивибратор)

Мультивибратору не нужно подавать на вход никаких сигналов, он начинает работать сразу после включения питания.

Вторая схема подключения

Разряженный в начале конденсатор С задает на вход низкий уровень, отчего таймер срабатывает, выдавая на выход высокий потенциал. Его длительность определяется зарядкой конденсатора C через резисторы R1 и R2. Далее происходит разрядка C через R2 и вход 7, что и определяет длительность паузы на таймере. После этого все повторяется, и на выходе получаются импульсы заданной напряжением питания амплитуды и длительностями t1 и t2, то есть частотой f

Формула

и скважностью S = T/t1. Скважность в данном простейшем подключении более 2 быть не может, так как время импульса t1 всегда > времени паузы t2

  • Что такое паяльный флюс?
  • Электротехнический инвертор
  • Транзистор: описание электронного компонента

Электроника на практике

ПЭ – это раздел электроники, на практике показывающий основные закономерности электричества. Именно в практической части изучается каждый элемент цепи отдельно и применяется на деле в совокупности с другими. С этим названием вышла и книга, в которой можно найти много интересных статей по электротехнике, сформулированных на общедоступном языке.

Популярные статьи  Получение огня из пустой зажигалки

Материал включает в себя фотографии и опыты, к которым даны полные инструкции. Прочитав его, можно спокойно разбираться во всех электронных и радиотехнических терминах, овладеть пайкой и получить навыки дл чтения простых схем.

Важно! Прошло второе переиздание книги, в котором были отредактированы небольшие ошибки и опечатки, учтены пожелания читателей. Второе издание стало стоящим и полезным учебником для начинающих радиолюбителей

Узкополосный НЧ фильтр

На рис. 4 приведен пример использования КМОП-микросхемы в качестве узкополосного НЧ фильтра [Fs 8/79-134]. Рабочая частота фильтра определяется как f=1/2nRC, где R и С — параметры резисторов и конденсаторов.

Микросхемы и их применение

Рис. 4. Схема узкополосного НЧ фильтра на цифровой микросхеме К561ЛЕ5.

Добротностью фильтра (крутизной, остротой спада или подъема сигнала от частоты) можно управлять, перестраивая потенциометр R3.

На основе нескольких подобных фильтров, настроенных на разные частоты, может быть собрано устройство цветомузыкального сопровождения. Для этого достаточно на выходе фильтров включить простейшие усилители постоянного (или переменного) тока, нагруженные на светоизлучающие приборы (светодиоды, лампы накаливания).

Выделенные фильтрами низкочастотные сигналы можно также через согласующие каскады подавать на управляющие электроды тиристоров или симисторов. Питают тиристоры пульсирующим током, симисторы — переменным.

Начало изучения радиотехники начинающими

Перед тем, как изучать радиотехнику или электронику, нужно понять, зачем именно это нужно человеку

Если это увлечение на пару дней или месяцев, то лучше сразу бросить затею, поскольку, если относиться к электронике халатно и не соблюдать меры предосторожности, можно нанести сильный вред своему организму. Если данная сфера увлекала еще с детства, но не было времени начать заниматься, то сейчас самое время начать

Постепенное погружение подразумевает:

  • Получение или закрепление теоретических знаний физики. Для начала достаточно будет школьных знаний по электрофизике, включающих подробное изучение закона Ома – основы всей электрики.
  • Ознакомление с теорией. От более абстрактных вещей физики следует перейти к более осязаемым. Теория подразумевает точное и полное описание всех понятий, деталей, инструментов и приборов, которые будут использоваться на практике. Садиться и начать что-либо паять без теоретических основ не получится.
  • Применение на практике. Логическое завершение теории, позволяющее закрепить весь изученный материал и применить его при создании конкретных схем или приборов.

Микросхемы и их применение

Режимы работы NE555

Таймер 555 серии работает в одном из трёх режимов, рассмотрим их более детально на примере микросхемы NE555.

Одновибратор

Принципиальная электрическая схема одновибратора приведена на рисунке. Для формирования одиночных импульсов, кроме микросхемы NE555, понадобится сопротивление и полярный конденсатор. Схема работает следующим образом. На вход таймера (2) подают одиночный импульс низкого уровня, который приводит к переключению микросхемы и появлению на выходе (3) высокого уровня сигнала. Продолжительность сигнала рассчитывается в секундах по формуле:

t=1,1*R*C.

По истечении заданного времени (t) на выходе формируется сигнал низкого уровня (исходное состояние). По умолчанию вывод 4 объединен с выводом 8, то есть имеет высокий потенциал.

Во время разработки схем нужно учесть 2 нюанса:

  1. Напряжение источника питания не влияет на длительность импульсов. Чем больше напряжение питания, тем выше скорость заряда времязадающего конденсатора и тем больше амплитуда выходного сигнала.
  2. Дополнительный импульс, который можно подать на вход после основного, не повлияет на работу таймера, пока не истечет время t.

На работу генератора одиночных импульсов можно влиять извне двумя способами:

  • подать на Reset сигнал низкого уровня, который переведёт таймер в исходное состояние;
  • пока на вход 2 поступает сигнал низкого уровня, на выходе будет оставаться высокий потенциал.

Таким образом, с помощью одиночных сигналов на входе и параметров времязадающей цепочки можно получать на выходе импульсы прямоугольной формы с чётко заданной длительностью.

Мультивибратор

Мультивибратор представляет собой генератор периодических импульсов прямоугольной формы с заданной амплитудой, длительностью или частотой, в зависимости от поставленной задачи. Его отличие от одновибратора состоит в отсутствии внешнего возмущающего воздействия для нормального функционирования устройства. Принципиальная схема мультивибратора на базе NE555 показана на рисунке.

В формировании повторяющихся импульсов участвуют резисторы R1, R2 и конденсатор С1

Время импульса (t1), время паузы(t2), период (T) и частоту (f) рассчитывают по нижеприведенным формулам: Из данных формул несложно заметить, что время паузы не сможет превысить время импульса, то есть достичь скважности (S=T/t1) более 2 единиц не удастся. Для решения проблемы в схему добавляют диод, катод которого соединяют с выводом 6, а анод с выводом 7. Схема работает следующим образом

В момент подачи питания конденсатор С1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 UПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 UПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим

Схема работает следующим образом. В момент подачи питания конденсатор С1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 UПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 UПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим.

Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером

Внутри таймера NE555 встроен двухпопроговый компаратор и RS-триггер, что позволяет реализовывать прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером на аппаратном уровне. Входное напряжение делится компаратором на три части, при достижении каждой из которых происходит очередное переключение. При этом величина гистерезиса (обратного переключения) равна 1/3 UПИТ. Возможность применения NE555 в качестве прецизионного триггера востребована в построении систем автоматического регулирования.

Аналоговые и цифровые микросхемы

Микросхемы выпускаются различных типов, они могут быть как аналоговыми так и цифровыми. Первые, как становится ясно из названия, работают с аналоговой формой сигнала, вторые же работают с цифровой формой сигнала. Аналоговый сигнал может принимать различную форму.

Микросхемы и их применение

Аналоговый сигнал рисунок

Цифровой сигнал это последовательность единиц и нулей, высокого и низкого уровня сигналов. Высокий уровень обеспечивается подачей на вывод 5 вольт или напряжения близкого к этому, низкий уровень это отсутствие напряжения или 0 вольт.

Микросхемы и их применение

Цифровя форма сигнала рисунок

Существуют также микросхемыАЦП (аналогово — цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро — аналоговый преобразователь) которые осуществляет преобразование сигнала из аналогового в цифровой, и наоборот. Типичный пример АЦП используется в мультиметре, для преобразования измеряемых электрических величин и отображения их на экране мультиметра. На рисунке ниже АЦП — это черная капля, к которой со всех сторон подходят дорожки.

Фото АЦП мультиметра

Оцените статью
Денис Серебряков
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Микросхемы и их применение
Как поменять колесо без домкрата