для нотаток:               Хмельницький професійний ліцей

електроніки

 

 

 

 

 

Технологія обслуговування  та ремонту 

радіотелевізійної апаратури

 

 

 

МІКРОСХЕМИ

 

 

 

 

Уклав: викладач

                                                       Мартинюк О.О

 

 

 

Мікросхеми загальні поняття і різновиди

 Мікросхема- це, по-суті, вже готовий пристрій, який представляє собою якийсь повнофункціональний вузол.

Усередині корпусу мікросхеми міститься схема, що виконує певне завдання: підсилювач, стабілізатор, логічний пристрій, перетворювач і т.д. Деякі мікросхеми можуть містити від десятків тисяч до декількох мільйонів (а то і мільярдів !!!) активних і пасивних елементів (діоди, транзистори, конденсатори тощо), вже зібраних в готовий пристрій.

Ось так, наприклад, виглядає всередині мікросхема- стабілізатор AN7805

 

мал.1 мал.2

У першому випадку це підключення 8-го виводу через додатковий стабілітрон. (мал.1). В цьому випадку вихідна напруга мікросхеми збільшиться на значення напруги стабілізації стабілітрона. 

Другий варіант (мал.2) шляхом введення додаткового джерела напруги іншої полярності можна здійснити регулювання напруги в межах від 0 до максимуму (напруга мікросхеми + напругу стабілітрона).

виході буде з'являтися "поступово" - спочатку половина значення, потім повністю.

 

При включенні струму заряду конденсатора C3 на деякий час створить зсув на транзисторі VT1.

Поки транзистор буде відкритий, вивід 8 мікросхеми буде підключений до "спільного" і вихідна напруга буде 5V (для цієї схеми). Як тільки конденсатор зарядиться, то транзистор закриється і мікросхема 8 виводом виявиться підключеної вже через змінний резистор R2, і її вихідна напруга збільшиться.

3. Зміна вихідної напруги зовнішніми колами

При необхідності (наприклад відсутність потрібної мікросхеми) вихідна напруга можна змінити, використавши зовнішні кола 

 

За класифікацією всі мікросхеми можна умовно розділити на два види:

аналогові: ті, які призначені для роботи з аналоговими сигналами (підсилювачі, генератори, компаратори і т.д)

та цифрові (або логічні): мікросхеми, які працюють в логічному режимі, тобто у них всього лише два рівня сигналу: або "так" (ЛОГИЧЕСКАЯ ОДИНИЦЯ) або "ні" (Логічний НУЛЬ).

Мікросхеми аналогові

До аналоговим мікросхем відносяться мікросхеми, що працюють з аналоговим сигналом: тобто з таким сигналом, де рівень напружень може змінюватися в широкому діапазоні, в тому числі і з негативним потенціалом.

# Компаратори.

# Генератори сигналів.

# Фільтри (в тому числі на п'єзоефекті).

# Аналогові помножувачі.

# Аналогові атенюатори і регульовані підсилювачі.

# Стабілізатори джерел живлення: стабілізатори напруги і струму.

# Мікросхеми управління імпульсних блоків живлення.

# Перетворювачі сигналів.

# Схеми синхронізації.

# Різні датчики. часто одна мікросхема може виконувати кілька функцій одночасно:

наприклад мікросхема К174ХА11, що застосовується в вітчизняних телевізорах виконувала не тільки функцію задає          рядкової     розгортки, а        й        також селектор синхроімпульсів.

Основні області застосування аналогових мікросхем

У АВМ

     Операційні підсилювачі.

У блоках живлення

     Лінійні стабілізатори напруги

     Імпульсні стабілізатори напруги

У відеокамерах і фотоапаратах

     ПЗС-матриці

     ПЗС-лінійки

В апаратурі звукопідсилення і звуковідтворення

*          Підсилювачі потужності звукової частоти

*          Здвоєні УМЗЧ         для    стереофонічною   апаратури

(наприклад TDA1519 або TDA1557)

  "дрібниці" можна "обхитрити".

Особливості експлуатації мікросхем 142-й серії:

Захист від КЗ в навантаженні

Згідно з типовою схемою включення для її роботи на виході потрібна наявність конденсатора ємністю не більше 10 ... 50 мкФ. Справа в тому, що при більш великої місткості в разі КЗ в навантаженні виникне струм розряду, який може досягати десятків Ампер. І хоча це і дуже короткочасно, але може виявитися достатнім для руйнування мікросхеми. Тому якщо у вихідному колі використовується конденсатор великої ємності, то бажано захистити мікросхему від КЗ за допомогою нескладного кола з діодів:

 

Ступеневе включення мікросхеми

Нескладний додаток дозволить зробити так, що напруга на Скорочено на корпусі вказувалося: "КРЕН5А". (Або

"КРЕН8" і т.д.)

Конструктивно мікросхема виконана в корпусі з 3-ма виводами, що нагадує потужний транзистор, і для простоти можна вважати виводи розташовані зліва-направо так: "вхід-земля-вихід"

 

 

Але, як то кажуть, ідеального нічого не буває ...

При всій своїй простоті і вигідності у цього стабілізатора є і недоліки:

По-перше відсутність регулювання вихідної напруги, А по-друге обмеження по потужності.

Але із застосуванням додаткових зовнішніх кіл і ці 

*   Різні регулятори (К174УН12 - двоканальний регулятор гучності і балансу).

У вимірювальних приладах

*   Датчики тиску

*   Датчики магнітного поля

*   Датчики температури

 

У радіопередавальних і радіоприймальних пристроях

*   Детектори АМ сигналу

*   Детектори ЧМ сигналу

*   Змішувачі

*   Підсилювачі високої частоти

*   Підсилювачі проміжної частоти

*   Однокристальний радіоприймачі

В телевізорах (на прикладі вітчизняного виробництва)

*   В радіоканалі (К174УР8 - підсилювач з АРУ, детектор ПЧ зображення і звуку, К174УР2 - підсилювач напруги ПЧ зображення, синхронний детектор, попередній підсилювач відеосигналу,    система       ключовий   автоматичного регулювання посилення).

*   У каналі кольоровості (К174АФ5 - формувач колірних R-, G-, B-сигналів, К174ХА8 - електронний комутатор, підсилювач-обмежувач і демодулятор сигналів колірної інформації).

*   У вузлах розгортки (К174ГЛ1 - генератор кадрової розгортки).

*   У колах комутації, синхронізації, корекції і управління

(К174АФ1 - амплітудний селектор синхросигнала, генератор імпульсів малої частоти, вузол автоматичного підстроювання частоти і фази сигналу, формувач задають імпульсів рядкової розгортки, К174УП1 - підсилювач сигналу яскравості, електронний регулятор розмаху вихідного сигналу і рівня « чорного »).

Мікросхеми цифрові

Цифровими          (або   логічними) мікросхемами      прийнято називати пристрої, що працюють за логічною схемою: або є сигнал (логічна 1) або сигналу немає (логічний 0).

Рівень "0" у всіх цифрових мікросхем, як правило має дуже низький потенціал (напруга дуже мала). Логічна "1" як правило за рівнем напруги дуже близька до напруги живлення самої мікросхеми.

Логічними їх називають ще й тому, що в їх роботі присутня якась логіка.

 

напругами. Найбільш широкого поширення набула серія 142ЕН5 ... 8. (З фіксованою вихідною напругою від 5 до 12 Вольт). Причому після цифрового позначення на мікросхемі ставилося ще й буквений індекс, що позначає різновид параметрів.

Так, наприклад, мікросхема КР142ЕН8А має фіксовану вихідну напругу 9 Вольт, А КРЕ142ЕН8Б вже 12 Вольт.

Серед імпортних виробів-ще простіше: мікросхема маркується як "7805 ... 7812" з різними літерними індексами спереду: KA, KIA, AN і т.д. Останні дві цифри позначають вихідна напруга.

Є ще і мікросхеми для стабілізації негативного напруги у них маркування "7905..12"

А взагалі ці стабілізатори бувають різні з напругою на виході до 27 Вольт.

Навіть для складних пристроїв, де потрібно кілька джерел живлення, дуже часто застосовується всього-лише одне нестабілізоване джерело напруги з підключеними до нього декількома "Кренками". До речі: назва "Кренку" ця мікросхема отримала так:

Мікросхема має повну назву КР142ЕН ... (цифра в кінці вказує на вихідну напругу).

 

заряджатися вже в зворотному напрямку: з виходу елемента DD1.1 через R1 на вихід DD1.2. Через резистор R1 на вхід елемента буде надходити і напруга високого рівня, але це напруга буде шунтована зарядом конденсатора C1 і елемент DD1 буде утримуватися в стані логічної "1" до повного заряду конденсатора. Зарядившись повністю він перестане пропускати струм і вхід елемента DD1.1 виявиться під напругою високого рівня, отриманого через резистор R1, що переведе елемент в стан логічного

"0".

І весь процес почнеться заново.

Елемент DD1.3 в даній схемі грає роль інвертора і його можна виключити.

Частоту імпульсів генератора можна змінювати підбором ємності конденсатора C1 і регулюванням резистора R1.

Мікросхеми серії КР142

Продукція, що випускається промисловістю мікросхема- стабілізатор напруги серії КР142ЕН володіє малим кількістю додаткових деталей, відрізняється невисокою вартістю і хорошими технічними характеристиками.

Ці її властивості значно спростили завдання створення стабілізованих джерел живлення для електронних пристроїв.

Мікросхема     даної     серії     випускалася     в      декількох

модифікаціях: з регульованим і фіксованим вихідними  Наприклад: щоб отримати сигнал високого рівня на виході (логічна 1) необхідно подати одночасно на обидва входи також 1. (так працює елемент "І")

Для спрощення розрахунків стану логічних елементів прийнято використовувати формули, що відображають логічний рівень на виході елемента, щодо рівнів сигналу на вході (входах).

Надалі умовно позначимо вихід "Y", а входи "X" і для простоти будемо вважати що входів всього 2. (хоча їх може бути і більше). розглянемо приклади найпростіших логічних елементів:

 

 

як ми бачимо в даному елементі рівень логічної "1" можливий тільки при наявності "1" на обох входах.

 

 

тут (як видно з формули) щоб отримати рівень логічний "1" на виході досить подати "1" на будь-який з входів.

 

Нехай, наприклад, це буде елемент DD1.2: при включенні на його виході встановилася логічна "1". Конденсатор C1 починає заряджатися через коло: вихід DD1.2- резистор R1- вихід DD1.1.поки конденсатор зарядиться до повного стану на вході елемента DD1.1 буде утримуватися напруга високого рівня і він буде знаходиться в стані логічного "0".Але цей стан нестійкий: у міру зарядки конденсатора напруга на ньому буде падати і як тільки зменшиться до порогового, елемент DD1.1 переключиться в стан логічної "1" (на його виході- виводі 3 з'явиться напруга високого рівня). Елемент DD1.2 перейде в стан логічного "0" а елемент DD1.3 в стан "1". Тепер конденсатор C1 буде 

Вхід J (від англ. Jump - стрибок) аналогічний входу S у RSтригера. Вхід K (від англ. Kill - вбити) аналогічний входу R у RS-тригера.

 

На основі тригерів виконані інші різні пристрої, наприклад лічильники (пристрої, здатні          вважати      кількість     що надходять на їх вхід імпульсів), та й самі тригери дуже широко поширені в різних схемах автоматики. Мультивибратор на мікросхемі

Сама найпростіша схема, яку можна зібрати на логічних елементах це генератор імпульсів прямокутної форми.

Причому такий генератор буде працювати в режимі автогенерації, подібно транзисторного мультивібратора, тому його і назвали також: мультивібратор на мікросхемі.

На малюнку нижче-схема генератора, виконаного на логічної мікросхемі К155ЛА3.

При включенні живлення один з елементів хаотично прийме одне з двох можливих положень - або логічний "0" або "1" і вплине на роботу всіх інших елементів схеми.

Тут все набагато простіше: логічний вихід завжди в інверсії (протилежний входу)

Але    найбільш    розповсюджені    комбіновані          логічні елементи: наприклад "АБО-НІ" або "2 І-НЕ", тобто простий елемент "І", наприклад може мати інверсний вихід.

Є ще один логічний елемент на основі якого створюються різні пристрої: лічильники, пристрої пам'яті ...

Лічильники

Ну, в загалом тут і з назви зрозуміло, що мова у нас піде про пристрої, здатний рахувати входячи імпульси. Працює воно подібно тріггеру- змінює своє логічне стан в залежності від вхідного імпульсу, але зміна відбувається тільки при певному числі імпульсів на вході.

Так, в загалом, тригер і є простим лічильником на два: на його виході відбувається зміна рівня при кожному другому вхідному імпульсі.

По суті лічильник  складається з ланцюжка тригерів, включених послідовно:

 

Таке включення називають регістр зсуву. Якщо вихід останнього тригера з'єднати з входом першого тригера то ми отримаємо кільцевої зсувний регістр. Тобто під час роботи такого пристрою ми отримуємо наступну картину: Перед початком рахунку імпульсом початкової установки в нульовий розряд лічильника (Q0) записується логічна 1, в інші розряди - логічні 0. З початком рахунку кожен імпульс, що приходить з рахункових імпульсів Т перезаписує 1 в наступний тригер і число імпульсів, що надійшли,  визначається за номером виходу, на якому є 1. Передостанній (N-1) імпульс переведе в одиничний стан останній тригер, а імпульс перенесе цей стан на вихід нульового тригера, і рахунок почнеться спочатку. Таким чином, можна побудувати кільцевої лічильник з довільним коефіцієнтом рахунку (будь-якою основою числення), змінюючи лише число тригерів в колі. Але все ж  лічильники бувають різні, з різними коефіцієнтами числення. Для прикладу розглянемо мікросхему К155ИЕ5

 

(D від англ. Data- дані) працює трохи по-іншому: D-тригери мають, як мінімум, два входи: інформаційний D і синхронізації С.

Коли на вхід З надходить синхроимпульс, то тригер відкривається і на його виході з'являється той рівень, які в цей момент присутній на вході D. І це рівень буде зберігатися до тих пір, поки на вході C не з'явилося наступний синхроимпульс. Завдяки своїм властивостям Dтригер називають також тригером з запам'ятовуванням інформації або тригером-защіпкою.

 

Т-тригер (від англ. Toggle - перемикач) найпростіший різновид тріггера- він просто "перекидає" свій стан під час вступу імпульсу на вході. Іноді, так-же як і D- тригер, він може мати вхід синхроимпульса C.

JK-тригер працює так само як RS-тригер, з одним лише винятком: при подачі логічної одиниці на обидва входи J і K стан виходу тригера змінюється на протилежне.

 

один з його входів одиниці. При подачі одиниці на вхід S (від англ. Set - встановити) вихідний стан стає рівним логічної одиниці. А при подачі одиниці на вхід R (від англ. Reset - скинути) вихідний стан стає рівним логічному нулю.

 

 

Загалом-то в якості тригера можна використовувати і просту логічну мікросхему.

 

 

 

D-тригер

Мікросхема К155ИЕ5 містить лічильний тригер (вхід С1) і подільник на вісім (вхід С2) утворений трьома з'єднаними послідовно тригерами.Такий лічильник працює з коефіцієнтом рахунку К (модулем), кратним ступеня 2.Тобто на його виходах 1, 2, 4, 8 зміна логічного стану відбувається при кількості вхідних імпульсів, кратним 2 (це видно по діаграмі праворуч).Лічильник має виходи примусової установки в 0.Тріггери спрацьовують по зрізу вхідного імпульсу (по переходу з 1 в 0). Якщо з'єднати послідовно всі чотири тригери як на малюнку, то вийде лічильник по модулю 24 = 16. Максимальна збережене число при повному заповненні його одиницями дорівнює N = 24-1 = 15 = (111) 2.При різній комбінації виходов- входів можна отримати лічильники з іншим коефіцієнтом перерахунку:

 

При такому включенні ми отримаємо лічильник на 10 (їх ще називають "декадний")Для лічильника з К = 10 потрібні чотири тригери (так як 23 <10 <24) повинен мати десять стійких станів N == 0,1 ..., 8,9. В тому такті, коли він повинен був перейти в одинадцятий стійкий стан (N = 10), його необхідно скинути в вихідний нульовий стан. Для такого лічильника введені ланцюга зворотного зв'язку з виходів лічильника, відповідних числу 10 (тобто. Е. 2 і 8) на входи установки лічильника в 0 (вхід R). На самому початку 11-го стану (число 10) на обох входах елемента І мікросхеми з'являються логічні 1, що виробляють сигнал скидання всіх тригерів лічильника в нульовий стан. Зазначений вище приклад показує, що при комбінації різних входов-- виходів (або декількох мікросхем) можна отримати лічильники практично з будь-яким коефіцієнтом перерахунку.

 

Тригер

Тригером називають пристрій, здатний перебувати тривалий час в одному з стійких станів (для логічних елементів це або логічний "0" або логічна "1"). Причому цей стан під впливом зовнішнього управління може змінюватися практично миттєво.

  

У початковому стані обидва транзистора замкнені і на виході нульовий потенціал. Якщо подати на керуючий вхід сигнал (в даному випадку позитивна напруга), то транзистор VT1 відкриється і в колі R3- R2- КЕ- R1 з'явиться струм.

На резисторі R3 виникне падіння напруги, достатня для відкриття транзистора VT2.

При відкритому транзисторі VT2 на резисторі з'явитися позитивна напруга, яка надійде на базу VT1 і буде утримувати його у відкритому стані. Таким чином виходить що короткочасний позитивний імпульс на вході призведе до спрацьовування всієї схеми і на виході буде утримуватися позитивне напруга скільки завгодно довго.

І вимкнути такий тригер можна лише повністю знеструмивши схему.

Що ж стосується мікросхем- тригерів то тут є деякі особливості.

Тригери на мікросхемах поділяються за типом їх роботи на

*   RS- тригери

*   D- тригери

*   T- тригер

*   JK- тригер

RS- тригер:тригер, який зберігає своє попередній стан при нульових входах і змінює свій вихідний стан при подачі на