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LIVROS E ARTIGOS
Conhecimento prático de microcircuito digital. Rádio - para iniciantes
Diretório / Rádio - para iniciantes Em uma variedade de instrumentos e dispositivos digitais projetados por rádios amadores, o microcircuito K155LAZ é o mais amplamente utilizado. Acreditamos que é aqui que você deve começar seu conhecimento prático dos microcircuitos desta série. A aparência e a designação gráfica simbólica deste microcircuito são mostradas na Fig. 1. Estruturalmente, é uma caixa plástica retangular com 14 pinos de placa (alguns microcircuitos desta série têm 16 ou até 24 pinos) localizados ao longo de ambos os lados longos da caixa. Na parte superior do gabinete há uma chave condicional - uma pequena marca redonda indicando a localização do pino 1. Os pinos restantes são contados a partir dela. Se você olhar o microcircuito de cima - do lado da marcação - então você precisa contar os pinos no sentido anti-horário, e se for de baixo - então no sentido horário. Esta regra se aplica a todos os microcircuitos, e não apenas à série K 155. O que é estruturalmente o microcircuito K155LAZ? É composto por quatro elementos lógicos 2I-NOT (o número 2 indica o número de entradas de cada elemento), alimentados por uma fonte externa comum de tensão DC.
Cada um dos seus elementos lógicos funciona de forma independente. É fácil identificar os elementos pelos números dos pinos marcados na designação gráfica do circuito do microcircuito. Assim, os pinos de entrada 1, 2 e o pino de saída 3 referem-se a um de seus elementos, por exemplo, o primeiro, a entrada 4, 5 e a saída 6 - ao segundo elemento, etc. Não indicado na Fig. 1b, os pinos 7 e 14 do microcircuito são usados para fornecer energia a todos os elementos. Não é habitual representar estas conclusões no diagrama, para não sobrecarregá-lo com linhas de energia, e também porque os elementos normalmente não são colocados juntos no diagrama de circuito do dispositivo, como na Fig. 1, b, a separadamente em diferentes áreas. Os circuitos de alimentação dos elementos permanecem comuns. Além disso, para o microcircuito K.155LAZ, o pino 14 deve ser conectado ao pólo positivo e o pino 7 ao pólo negativo da fonte de alimentação. O microcircuito K155LAZ, como todos os outros microcircuitos desta série, foi projetado para ser alimentado por uma fonte DC com tensão de 5 V. Você também pode usar uma bateria de células galvânicas com tensão inferior em 0,5 V, por exemplo, uma 3336 bateria... Mas durante os experimentos sua tensão será maior e diminuirá ainda mais, o que naturalmente afetará o modo de operação do microcircuito, e quando a bateria estiver descarregada até certo ponto, o microcircuito irá parar de funcionar normalmente. Portanto, é aconselhável utilizar uma fonte de alimentação que forneça uma tensão estável de 5 V. Tal fonte de alimentação pode ser montada, por exemplo, conforme mostrado na Fig. 2 esquema. Nele, a fonte DC GB1 são duas baterias 3336 conectadas em série. A energia é fornecida ao microcircuito através de um estabilizador de tensão formado por um diodo zener VD1, um resistor de lastro R3 e um transistor de controle VT1. A capacitância do capacitor de óxido C1 pode ser de 20...50 μF, e a capacidade do capacitor de cerâmica ou mica C2 pode ser de 0,033...0,047 μF. Como funciona o estabilizador de tensão dessa fonte de alimentação de microcircuito? O resistor R3 e o diodo zener VD1 formam um divisor de tensão para a bateria GB1. A tensão que atua no diodo zener é igual à sua tensão de estabilização (para o diodo zener KS168A é igual a 6,8 V). A tensão removida do diodo zener é fornecida à base do transistor VT2 através do resistor de corte R1, e ele abre. Quanto maior a tensão na base deste transistor (e, portanto, maior a corrente de base), quanto mais aberto ele for, maior será a tensão na saída do estabilizador e a corrente através de sua carga. A tensão na saída da unidade, igual a 5 V, é ajustada usando um voltímetro de controle DC com resistor trimmer (ou variável) R2. O estabilizador manterá esta tensão na carga praticamente inalterada quando a tensão da bateria GB1 diminuir para 7...7,5 V. O capacitor C1 suaviza as ondulações no circuito de alimentação do microcircuito em baixas frequências, e C2 suaviza as ondulações em oscilações elétricas de alta frequência, protegendo o microcircuito da influência de diversos ruídos elétricos em seu funcionamento. O resistor R1 é necessário para que mesmo quando o microcircuito estiver desconectado, o estabilizador não fique sem carga. O painel protótipo (Fig. 3, a), necessário para a realização de experimentos e testes de desempenho de instrumentos e dispositivos simples, pode ser feito de fibra de vidro, getinax ou outro material isolante de folha com espessura de 1,5...2 mm. Em casos extremos, compensado bem colado, cartão duro e até papelão duro servirão. As dimensões aproximadas do painel são 120x80 mm. Ao longo de seus lados longos, reforce os condutores de cobre pré-estanhados com espessura de 1,2...1,5 mm - essas serão as linhas de energia. Em toda a área restante, a cada 10 mm, faça furos com diâmetro de 0,8...1 mm, nos quais, se necessário, você inserirá pedaços de arame estanhado (ou tiras estreitas de estanho), dobrados como laços - eles vão ser pontos de referência temporários para os terminais do resistor, capacitores, condutores de instalação. Prenda suportes baixos nos cantos inferiores do painel e comece os experimentos. Coloque o microcircuito em qualquer lugar da placa de ensaio com os pinos para baixo, primeiro dobrando suas extremidades estreitas para que se encaixem perfeitamente no painel. Usando pedaços de fio de montagem, conecte o pino 14 do microcircuito ao positivo e o pino 7 às linhas de alimentação negativas (comuns) (Fig. 3, b). Para evitar o superaquecimento do microcircuito durante a soldagem, a potência do ferro de solda não deve exceder 40 W e a duração da soldagem dos cabos não deve exceder 2 s.
Após verificar a confiabilidade e correção da soldagem, e também certificar-se de que não há curto-circuito entre os pinos do microcircuito, conecte uma fonte de alimentação às linhas. Utilizando um voltímetro DC com resistência de entrada relativa de pelo menos 5 kOhm/V (avômetro), meça a tensão em todos os terminais lógicos dos elementos. Para fazer isso, conecte a ponta de prova negativa do voltímetro à linha comum e toque alternadamente a ponta de prova positiva nos terminais de entrada 1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, 13 e, em seguida, nos terminais de saída 3, 6, 8 , 11. Com uma tensão de fonte de alimentação de 5 V o voltímetro deve mostrar cerca de 1,4 V nos terminais de entrada dos elementos e cerca de 0,3 V nos terminais de saída. Caso contrário, o microcircuito está com defeito. Um teste experimental da lógica de funcionamento dos elementos 2I-NOT do microcircuito pode ser iniciado com qualquer um deles, por exemplo, com o primeiro - DD1.1 com pinos 1-3 (Fig. 4). Primeiro, conecte um dos pinos de entrada, por exemplo o pino 2, a uma linha negativa comum, e o pino 1c a uma linha positiva, mas através de um resistor com resistência de 1...1,5 kOhm (na Fig. 4,a- Rl). Conecte o voltímetro PU3 ao pino de saída 1.1 do elemento DD1. O que mostra a agulha do voltímetro? Uma tensão de aproximadamente 3,5...4 V, ou seja, correspondendo a um nível alto. Em seguida, meça com um voltímetro a tensão no pino de entrada 1. E aqui, como você verá, o nível de tensão também é alto. Daí a conclusão: quando uma das entradas do elemento 2I-NOT possui um nível de tensão alto e a outra é baixa, a saída terá um nível de tensão alto. Em outras palavras, o elemento está em um único estado. Agora conecte o terminal de entrada do elemento 2 através de um resistor com resistência de 1...1,5 kOhm à linha positiva e ao mesmo tempo com um jumper de fio comum (Fig. 4, b). Meça a tensão no pino de saída. Como no caso anterior, terá um alto nível de tensão. Seguindo a seta do avômetro, remova o fio jumper para que um nível de alta tensão apareça na segunda entrada do elemento. O que o voltímetro registra na saída do elemento? A tensão é de cerca de 0,3 V, correspondendo a um nível baixo. O elemento, portanto, mudou do estado unitário para o estado zero. Use o mesmo fio jumper para conectar a primeira entrada à linha comum. Um nível de alta tensão aparecerá imediatamente na saída. E se algum dos pinos de entrada entrar em curto-circuito periodicamente com uma linha comum, como se estivesse simulando o fornecimento de uma tensão de baixo nível para ele? Com a mesma frequência de repetição, pulsos elétricos aparecerão na saída do elemento e a agulha do voltímetro conectado a ele oscilará. Verifique isso experimentalmente. O que dizem os experimentos realizados? Eles confirmam a lógica de funcionamento do elemento 2I-NOT, previamente testado em seu análogo elétrico: quando uma tensão de alto nível é aplicada em ambas as entradas, uma tensão de baixo nível aparece na saída do elemento, ou, em outras palavras, o elemento muda de um estado único para um estado zero. Outra experiência: desconecte os dois pinos de entrada do elemento das outras peças e condutores. Qual é o resultado agora? Nível de baixa tensão. É assim que deveria ser, pois não conectar os pinos de entrada equivale a aplicar-lhes um alto nível de tensão e, portanto, colocar o elemento no estado zero. Não se esqueça desse recurso dos elementos lógicos no futuro! O próximo experimento é verificar o funcionamento do mesmo elemento lógico 2I-NOT quando ele é ligado pelo inversor, ou seja, como elemento NOT. Conecte os dois terminais de entrada entre si e conecte-os à linha de alimentação positiva através de um resistor com resistência de 1...1.5 kOhm (Fig. 8, c). O que mostra um voltímetro conectado à saída do elemento? Nível de baixa tensão. Sem desconectar o resistor desta linha, feche a entrada combinada da linha negativa (mostrada pelas setas tracejadas) e ao mesmo tempo monitore a reação do voltímetro. Ele mostrará um nível de alta tensão. Desta forma, você garantirá que o sinal de saída do inversor seja sempre oposto ao sinal de entrada. Realize experimentos semelhantes com outros elementos lógicos do microcircuito K155LAZ e tire as conclusões apropriadas. Vamos interromper um pouco os experimentos para responder à pergunta: o que há dentro do elemento lógico 2I-NOT? Até agora, consideramos um elemento lógico como uma espécie de “caixa preta” com duas entradas e uma saída. Agora vamos, como se estivéssemos olhando para dentro do elemento, conhecer seu “recheio” eletrônico (Fig. 5). Consiste em quatro transistores npn, três diodos e cinco resistores. A conexão entre os transistores é direta. O resistor Ri, mostrado em linhas tracejadas, simboliza a carga conectada à saída do elemento. Esses dispositivos eletrônicos digitais são chamados de chips lógicos transistor-transistor, ou TTL, para abreviar. Isso reflete o fato de que as operações lógicas de entrada (ou, como costumam dizer, lógica de entrada) são realizadas por um transistor multiemissor (a primeira letra J), e a amplificação e inversão do sinal também são realizadas por transistores (a segunda letra T) .
O transistor de entrada VT1, conectado de acordo com um circuito de base comum, é de emissor duplo. Além disso, os emissores são conectados ao fio de alimentação comum através dos diodos VD1, VD2 - eles protegem o transistor de contato acidental com tensão de polaridade negativa nos emissores. O transistor VT2 forma um amplificador com duas cargas: emissor (resistor R3) e coletor (resistor R2). Os sinais antifásicos retirados deles (nível oposto: se o nível de tensão no coletor for alto, o nível de tensão no emissor é baixo) são enviados para as bases dos transistores de saída VT3 e VT4. Assim, os transistores de saída estão sempre em estados opostos durante a operação - um está fechado e o segundo está aberto neste momento. Se houver uma tensão de baixo nível em uma ou ambas as entradas do elemento (por exemplo, ao conectá-los a um fio comum), o transistor VT1 estará aberto e saturado, os transistores VT2 e VT4 estarão fechados e o transistor VT3 estará aberto e a corrente fluirá através dele, diodo VD3 e carga RH. item em condição única. No mesmo caso, quando um nível de alta tensão é aplicado a ambas as entradas, o transistor VT1 fechará e os transistores VT2 e VT4 abrirão e, assim, fecharão o transistor VT3. Neste caso, a corrente que passa pela carga irá praticamente parar, pois o elemento assumirá o estado zero. O nível de baixa tensão na saída do elemento lógico é igual à tensão no coletor do transistor aberto VT4 e não excede 0,4 V. O nível de alta tensão na saída do elemento lógico (quando o transistor VT4 está fechado) é menos que a tensão da fonte de alimentação pelo valor da queda de tensão no transistor VT3 e no diodo VD3 - pelo menos 2,4 V. Na verdade, a tensão dos níveis lógicos baixo e alto na saída do elemento depende da resistência da carga e pode diferir ligeiramente do indicado acima. A transição de um elemento de um estado único para um estado zero ocorre abruptamente quando sua tensão de entrada passa por um valor de cerca de 1,2 V, chamado limite.
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