Разделы сайта
Наш опрос
Как вам этот сайт?
Полезные материалы
10  
Метки и теги

Новости сайта
Спаммерские атаки
  • 16 июнь
  • Здравствуйте, уважаемые! Нас долгое время не было, а тут такое... Спаммеры, коих мильёны, дошли и до нас. Наплодили кучу профилей с ссылками.
    В новом году мы будем больше!
  • 2 январь
  • В 2011 году планируется залить на сайт несколько тысяч книг и журналов, тысячи радиолюбительских схем и конструкций, кучу полезных программ и прочего!
    С Новым годом!
  • 1 январь
  • Дорогие читатели, с Новым годом вас! Всех благ и успехов во всех начинаниях! Ура!!! Будем радовать вас максимум полезной информации!
    Журналы Радио
  • 29 декабрь
  • На сайте началась загрузка журналов "Радио" от 1946 года до 2010. Каждый пост будет содержать журналы за конкретный год.
    Наполняемся мало помалу...
  • 23 декабрь
  • Первым делом я решил залить на сайт научно-технической периодической литературы (журналы и книги).
    Архив новостей
    Поиск даташитов
    Например TDA7294

    ЧТО ТАКОЕ ИМС?

    Практикум пятнадцатый

    ЧТО ТАКОЕ ИМС!

     

    Всего лет двадцать пять назад радиолюбителям и спе­циалистам старшего поколения пришлось заниматься

    изучением новых по тому времени приборов — транзи­сторов. Нелегко было отказываться от электронных ламп, к которым так привыкли, и переключаться на теснящее и все разрастающееся «семейство» полупроводниковых приборов. А сейчас это «семейство» все больше и боль­ше стало уступать свое место в радиотехнике и элект­ронике полупроводниковым приборам новейшею поко­ления — интегральным микросхемам, часто называемым сокращенно ИМС.

    Интегральная микросхема представляет собой миниа­тюрный электронный блок, содержащий в общем корпу­се транзисторы, диоды, резисторы и другие активные и пассивные-элементы, число которых может достигать не­скольких десятков тысяч. Одна микросхема Может за­менить целый блок радиоприемника, электронной вычис­лительной машины (ЭВМ) и электронного автомата. «Ме­ханизм» наручных электронных часов, например, — это всего лишь одна большей микросхема.

    По своему функциональному назначению интеграль­ные микросхемы делятся на две основные группы: ана­логовые, или линейно-импульсные, и логические, или циф­ровые, микросхемы. Аналоговые микросхемы предназна­чаются для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний разных частот, например, для приемников, усилителей, а логические — для использова­ния в устройствах автоматики, в приборах с цифровым отсчетом времени, в ЭВМ.

    Этот практикум посвящается знакомству с устройст­вом, принципом работы и возможным применением са­мых простых аналоговых и логических интегральных мик­росхем.

    На аналоговой микросхеме. Из огромного «семейст­ва» аналоговых самыми простыми являются микросхе­мы-близнецы» К118УН1А (К1УС181А) и К118УН1Б (К1УС181Б), входящие в серию К118. Каждая из них представляет собой усилитель, содержащий... Впрочем, об электронной «начинке» лучше поговорить лозже. А пока будем считать их «черными ящичками» с выво­дами для подключения к ним источников питания, до­полнительных деталей, входных и выходных цепей. Раз­ница же между ними заключается только в их коэффи­циентах усиления колебаний низких частот: коэффи­циент усиления микросхемы К118УН1А на частоте 12 кГц составляет 250, а микросхемы К118УН1Б — 400. На высоких частотах коэффи­циент усиления этих мик­росхем одинаков — при­мерно 50. Так что любая из них может быть ис­пользована для усиления колебаний как низких, так и высоких частот, а зна­чит, и для наших опытов. Внешний вид и услов­ное обозначение этих микросхем-усилителей на принципиальных схемах устройств показаны на рис, 88. Корпус у них пластмассовый прямо­угольной формы. Сверху на корпусе — метка, слу­жащая точкой отсчета но­меров выводов. Микро­схемы .рассчитаны на пи­тание от источника посто­янного тока напряжением 6,3 В, которое подают че­рез выводы 7 (+Uпит) и 14 ( — Uпит). Источником питания может быть сете­вой блок питания с регу­лируемым выходным на­пряжением или батарея, составленная из четырех элементов 334 и 343.

    Первый опыт с микро­схемой К118УН1А (или К118УН1Б) проводи по схеме, приведенной на рис. 89. В качестве монтажной платы используй картон­ную пластинку размерами примерно 50X40 мм. Микро­схему выводами 1, 7, 8 и 14 припаяй к проволочным скобкам, пропущенным через проколы в картоне. Все они будут выполнять роль стоек, удерживающих микро­схему на плате, а скобки выводов 7. и 14, кроме того, соединительными контактами с батареей GB1 (или сете­вым блоком питания). Между ними с обеих сторон от микросхемы укрепи еще по два-три контакта, кото­рые будут промежуточными для дополнительных дета­лей. Смонтируй на плате конденсаторы С1 (типа К50-6 или К50-3) и С2 (КЯС, БМ, МБМ), подключи к выходу микросхемы головные телефоны В2.

    Ко входу микросхемы подключи (через конденсатор С1) электродинамический микрофон В1 любого типа или телефонный капсюль ДЭМ-4м, включи питание и, при­жав поплотнее телефоны к ушам, постучи легонько ка­рандашом по микрофону. Если ошибок в монтаже нет, в телефонах должны быть слышны звуки, напомина­ющие щелчки по барабану. Попроси товарища сказать что-то перед микрофоном — в телефонах услышишь его голос. Вместо микрофона ко входу микросхемы мо­жешь подключить радиотрансляционный (абонентский) громкоговоритель с его согласующим трансформато­ром. Эффект будет примерно таким же.

    Продолжая опыт с телефонным устройством одно­стороннего действия, включи между общим (минусо­вым) проводником цепи питания и выводом 12 микро­схемы электролитический конденсатор СЗ, обозначен­ный на схеме штриховыми линиями. При этом громкость звука в телефонах должна возрасти. Телефоны станут звучать еще громче, если такой же конденсатор вклю­чить в цепь вывода 5 (на рис, 89 — конденсатор С4). Но если при этом усилитель возбудится, то между общим проводом и выводом 11 придется включить электроли­тический конденсатор емкостью 5 — 10 мкФ на. номи­нальное напряжение 10 В.

    Еще один опыт: включи между выводами 10 и 3 мик­росхемы керамический или бумажный конденсатор ем­костью 5 — 10 тыс. пикофарад. Что получилось? В теле­фонах появился непрекращающийся -звук средней то­нальности. С увеличением емкости этого конденсатора тон звука в телефонах должен понижаться, а с уменьше­нием повышаться. Проверь это.

    А теперь раскроем этот «черный ящичек» и рассмот­рим его «начинку» (рис. 90). Да, это двухкаскадный уси­литель с непосредственной связью между его транзи­сторами. Транзисторы кремниевые, структуры n-р-n. Низкочастотный сигнал, создаваемый микрофоном, по­ступает (через конденсатор С1) на вход микросхемы (вывод 3). Падение напряжения, создающееся на рези­сторе R6 в эмиттерной цепи транзистора V2, через резисторы R4 и R5 подается на базу транзистора VI и от­крывает его. Резистор R1 — нагрузка этого транзистора. Снимаемый с него усилен­ный сигнал поступает на ба­зу транзистора V2 для до­полнительного усиления.

    В опытном усилителе на­грузкой транзистора V2 бы­ли головные телефоны, включенные в его коллек­торную цепь, которые пре­образовывали низкочастот­ный сигнал в звук. Но его нагрузкой мог бы быть рези­стор R5 микросхемы, если соединить вместе выводы 10 и 9. В таком случае телефоны надо включать между общим проводом и точкой соединения этих выводов че­рез электролитический конденсатор емкостью в несколь­ко микрофарад (положительной обкладкой к микро­схеме).

    При включении конденсатора между общим прово­дом и выводом 12 микросхемы громкость звука увели­чилась, Почему? Потому что он, шунтируя резистор R6 микросхемы, ослабил действующую в ней отрицатель­ную обратную связь по переменному току. Отрицатель­ная обратная связь стала еще слабее, когда ты второй конденсатор включил в базовую цепь транзистора V1. А третий конденсатор, включенный между общим про­водом и выводом 11, образовал с резистором R7 мик­росхемы развязывающий фильтр, предотвращающий возбуждение усилителя.

    Что получилось при включении конденсатора между выводами 10 и 5? Он создал между выходом и входом усилителя положительную обратную связь, которая пре­вратила его в генератор колебаний звуковой частоты.

    Итак, как видишь, микросхема К118УН1Б (или К118УН1А) — это усилитель, который может быть низ-кочастотным или высокочастотным, например, в прием­нике. Но он может стать и генератором электрических колебаний как низких, так и высоких частот.

    Предлагаем испытать эту микросхему в высокоча­стотном тракте приемника, собранного, например, по схеме, приведенной на рис. 91. Входной контур магнит­ной антенны такого приемни­ка образуют катушка L1 и конденсатор переменной ем­кости С1. Высокочастотный сигнал радиостанции, на вол­ну которой контур настроен, через катушку связи L2 и разделительный конденсатор С2 поступает на вход (вывод 3) микросхемы Л1. С выхода микросхемы (вывод 10, соединенный с выводом 9) усиленный сигнал подается через конденсатор С4 на детектор, диоды VI и V2 кото­рого включены по схеме умножения напряжения, а выде­ленный им низкочастотный сигнал телефоны В1 преобра­зуют в звук. Приемник питается от батареи GB1, состав­ленной из четырех элементов 332, 316 или пяти аккуму­ляторов Д-01.

    Сравни схему этого приемника со схемой высокоча­стотного тракта приемника прямого усиления, знакомо­го тебе по тринадцатому практикуму (см. рис. 76). В том приемнике, как видишь, усилитель высокочастотного тракта образуют транзисторы, а в этом — микросхема. Только в этом и заключается разница между ними. Имея опыт предыдущих практикумов, ты, надеюсь, смо­жешь самостоятельно смонтировать иг наладить такой приемник и даже, если пожелаешь, дополнить его уси­лителем НЧгдля громкоговорящего радиоприема.

    А теперь...

    На логической микросхеме. Составной частью мно­гих цифровых интегральных микросхем является логиче­ский элемент И-НЕ, условное обозначение которого ты видишь на рис. 92, а. Его символом служит знак «&», по­мещаемый внутри прямоугольника, обычно в верхнем левом углу, заменяющий союз «И» в английском язы­ке. Слева два или больше входов, справа — один выход. Небольшой кружок, которым начинается линия связи выходного сигнала, символизирует логическое Отрица­ние «НЕ» на выходе микросхемы. На языке цифровой техники «НЕ» означает, что элемент И-НЕ является ин­вертором, то есть устройством, выходные параметры которого противоположны входным.

    Электрическое состояние и работу логического элемента характеризуют уровнями сигналов на его входах и выходе. Сигнал небольшого (или нулевого) напряже­ния, уровень которого не превышает 0,3 — 0,4 В, приня­то (в соответствии с двоичной системой счисления) на­зывать логическим нулем (0), а сигнал более высокого напряжения (по сравнению с логическим 0), уровень которого может быть 2,5 — 3,5 В, — логической единицей (1). Например, говорят: «на выходе элемента логическая 1». Это значит, что в данный момент на выходе элемен­та появился сигнал, напряжение которого соответствует уровню логической 1.

    Чтобы не углубляться в технологию и устройство эле­мента И-НЕ, будем рассматривать его как «черный ящи­чек», у которого для электрического сигнала есть два входа и один выход. Логика же элемента заключается в том, что при подаче на один из его входов логического О, а на второй вход логической 1, на выходе появляется сигнал логической 1, который исчезает при подаче на оба входа сигналов, соответствующих логической 1. Для опытов, закрепляющих в памяти это свойство элемента, потребуются наиболее распространенная микросхема К155ЛАЗ, вольтметр постоянного тока, свежая батарея 3336Л и два резистора сопротивлением 1...1,2 кОм.

    Микросхема К155ЛАЗ состоит из четырех элементов 2И-НЕ (рис. 92, б), питающихся от одного общего источ­ника постоянного тока напряжением 5 В, но каждый из них работает как самостоятельное логическое устройст­во. Цифра 2 в названии микросхемы указывает на то, что ее элементы имеют по два входа. Внешним видом и конструктивно она, как и все микросхемы серии К155, не отличается от уже знакомой тебе аналоговой микро­схемы К118УН1, только полярность подключения источ­ника питания иная. Поэтому сделанная ранее тобой кар­тонная плата подойдет и для опытов с этой микросхе­мой. Источник питания подключают: +5 В — к выводу 7» — 5 В — к выводу 14. Но эти выводы не принято обоз­начать на схематическом изображении микросхемы. Объясняется это тем, что на принципиальных электриче­ских схемах элементы, составляющие микросхему, изоб­ражают раздельно, например, как на рис. 92, в. Для опытов можно использовать любой из ее четырех эле­ментов.

    Микросхему выводами 1, 7, 8 и 14 припаяй к прово­лочным стойкам на картонной плате (как на рис. 89). Один из входных выводов любого из ее элементов, на­пример, элемента с выводами 13, соедини через ре-.зистор сопротивлением 1...1.2 кОм с выводом 14, вывод второго входа — непосредственно с общим («заземлен­ным») проводником цепи питания, а к выходу элемента подключи вольтметр постоянного тока (рис. 93, а). ВклкЗ-чи питание. Что показывает вольтметр? Напряжение, рав­ное примерно 3 В. Это напряжение соответствует сиг­налу логической 1 на выходе элемента. Тем же вольт­метром измерь напряжение на выводе первого входа, И здесь, как видишь, тоже логическая 1. Следовательно, когда на одном из входов элемента логическая 1, а на втором логический 0, на выходе будет логическая 1.

    Теперь вывод и второго входа соедини через рези­стор сопротивлением 1...1.2 кОм с выводом 14 и одно­временно проволочной перемычкой — с общим провод­ником, как показано на рис. 93, б. При этом на выходе, как и в первом опыте, будет логическая 1. Далее, следя за стрелкой вольтметра, удали проволочную перемычку, чтобы и на второй вход подать сигнал, соответству­ющий логической 1. Что фиксирует вольтметр? Сигнал на выходе элемента преобразовался в логический 0. Так оно и должно быть! А если любой из входов периоди­чески замыкать на общий провод и тем самым имити­ровать подачу на него логического 0, то с такой же ча­стотой на выходе элемента станут появляться импульсы тока, о чем будут свидетельствовать колебания стрелки вольтметра. Проверь это опытным путем.

    Свойство элемента И-НЕ изменять свое состояние под воздействием входных управляющих сигналов ши­роко используется в различных устройствах цифровой вычислительной техники. Радиолюбители же, особенно начинающие, очень часто используют логический эле­мент как инвертор — устройство, сигнал на выходе ко­торого противоположен входному сигналу.

    Подтвердить такое свойство элемента может следу­ющий опыт. Соедини вместе выводы обоих входов эле­мента и через резистор сопротивлением 1...1,2 кОм под­ключи их к выводу 14 (рис. 93, в). Так ты подашь на об­щий вход элемента сигнал, соответствующий логической 1, напряжение которого можно измерить вольтметром. Что при этом получается на выходе? Стрелка вольтмет­ра, подключенного к нему, чуть отклонилась от нуле­вой отметки шкалы. Здесь, следовательно, как и пред­полагалось, сигнал соответствует логическому 0. Затем, не отключая резистор от вывода 14 микросхемы, не­сколько раз подряд замкни проволочной перемычкой вход элемента на общий проводник (на рис. 93, в пока­зано штриховой линией со стрелками) и одновременно следи за стрелкой вольтметра. Так ты убедишься в том, что когда на входе инвертора логический 0, на выходе в это время логическая 1 и, наоборот, когда на входе логическая 1 — на выходе логический 0.

    Так работает инвертор, особенно часто используемый радиолюбителями в конструируемых ими импульсных устройствах.

    Примером такого устройства может служить генера­тор импульсов, собранный по схеме, приведенной на рис. 94. В его работоспособности ты можешь убедиться сейчас же, затратив на это всего несколько минут. Вы­ход элемента D1.1 соедини с входами элемента D1.2 той же микросхемы, его выход — с входами элемента DJ.3, а выход этого элемента (вывод 8) — с входом элемента D1.1 через пере­менный резистор R1. К вы­ходу элемента D1.3 (меж­ду выводом 8 и общим проводником) подключи головные телефоны B1, a параллельно элементам D1.1 и D1.2 электролити­ческий конденсатор С1. Движок переменного ре­зистора установи в правое (по схеме) положение и включи питание — в телефонах услышишь звук, тональность которого можно изменять переменным резистором.

    В этом эксперименте элементы D1.1, D1.2 и D1.3, со­единенные между собой последовательно, подобно тран­зисторам трехкаскадного усилителя, образовали мульти­вибратор — генератор электрических импульсов прямо­угольной формы. Микросхема стала генератором благо­даря конденсатору и резистору, создавшим между выходом и входом элементов частотозависимые цепи об­ратной связи. Переменным резистором частоту импуль­сов, генерируемых мультивибратором, можно плавно из­менять примерно от 300 Гц до 10 кГц.

    Какое практическое применение может найти такое импульсное устройство? Оно может стать, например, квартирным звонком, пробником для проверки работо­способности каскадов приемника и усилителя НЧ, гене­ратором для тренировок по приему на слух телеграфной азбуки.

    Подобное устройство можно превратить в игровой автомат «Красный или зеленый?». Схема такого имлульсного устройства приведена на рис. 95. Здесь элементы D1.1, D1.2, D1.3 той же (или такой же) микросхемы К155ЛАЗ и конденсатор С1 образуют аналогичный муль­тивибратор, импульсы которого управляют транзистора­ми VI и V2, включенными по схеме с общим эмитте­ром. Элемент D1.4 работает как инвертор. Благодаря ему импульсы мультивибратора поступают на базы тран­зисторов в противофазе и открывают их поочередно. Так, например, когда на входе инвертора уровень логи­ческой 1, а на выходе уровень логического 0, то в Эти моменты, времени транзистор В1 открыт и лампочка HI в его коллекторной цепи горит, а транзистор V2 закрыт и его лампочка Н2 не горит. При следующем им­пульсе инвертор изменит свое состояние на обратное. Теперь откроется транзистор V2 и загорится лампочка Н2, а транзистор VI закроется и лампочка H1 погаснет.

    Но частота импульсов, генерируемых мультивибрато­ром, сравнительно высокая (не меньше 15 кГц) и лам­почки, естественно, не могут реагировать на каждый им­пульс. Поэтому они светятся тускло. Но стоит нажать на кнопку S1, чтобы ее контактами замкнуть накоротко конденсатор С1 и тем самым сорвать генерацию мульти­вибратора, как тут же ярко загорится лампочка того из транзисторов, на базе которого в этот момент окажется напряжение, соответствующее логической 1, а другая лампочка совсем погаснет. Заранее невозможно сказать, какая из лампочек после нажатия на кнопку будет про­должать гореть — можно только гадать. В этом смысл игры.

    Игровой автомат вместе с батареей питания (3336Л или три элемента 343, соединенные последовательно) можно разместить в коробке небольших размеров, на­пример в корпусе «карманного» приемника. Лампочки накаливания HI и Н2 (МН2,5-0,068 или МН2,5-0,15) раз­мести под отверстиями в лицевой стенке корпуса и за­крой их колпачками или пластинками органического стек­ла красного и зеленого цветов. Здесь же укрепи выклю­чатель питания (тумблер ТВ-1) и кнопочный выключатель §1 (типа П2К или КМ-Н) остановки мультивибратора.

    Налаживание игрового автомата заключается в тща­тельном подборе резистора R1. Его сопротивление должно быть таким, чтобы при остановке мультивибра­тора кнопкой S1 по крайней мере 80 — 100 раз число за­гораний каждой из лампочек было примерно одинаково.

    Сначала проверь, работает ли мультивибратор. Для этого параллельно конденсатору С1, е,мкость которого может быть 0,1...0,5 мкФ, подключи электролитический конденсатор емкостью 20...30 мкФ, а к выходу мульти­вибратора головные телефоны — в телефонах должен появиться звук низкой тональности. Этот звук — признак работы мультивибратора. Затем удали электролитиче­ский конденсатор, резистор R1 замени подстроечным резистором сопротивлением 1,2...1,3 кОм, а между вы­водами 8 и 11 элементов DI.3 и D1.4 включи вольтметр постоянного тока. Изменением сопротивления подстро-ечного резистора добейся такого положения, чтобы вольтметр показывал нулевое напряжение между выхо­дами этих элементов микросхемы.

    Число играющих может быть любое. Каждый по оче­реди нажимает на кнопку остановки мультивибратора. Выигрывает тот, кто при равном числе ходов, например двадцати нажатий на кнопку, большее число раз угада­ет цвета загорающихся лампочек после остановки муль­тивибратора.

    К сожалению, частота мультивибратора описанного здесь простейшего игрового автомата из-за разрядки батареи несколько изменяется, что, конечно, сказывает­ся на равновероятности зажигания разных лампочек, по­этому лучше питать его от источника стабилизированного напряжения 5 В.

     

    * * *

     

    Наши практикумы закончены. Они, надеемся, помогли тебе разобраться в некоторых вопросах элементарной радиотехники и электроники, построить измерительный прибор, несложные усилитель низкой частоты, приемник прямого усиления, супергетеродин, познакомиться с ИМС. Считай это первым шагом на пути к радиоделу.

    Каким может быть следующий шаг? Если заинтере­суешься радиовещательной аппаратурой, то, видимо, ста­нешь продолжать изучать и строить более сложные су­пергетеродинные приемники. А если увлечешься техни­кой записи и воспроизведения звука, то, возможно, нач­нешь конструировать высококачественные усилители НЧ, магнитофоны — сначала моно-, а затем стереофони­ческие. Д может...

    Впрочем, не стоит гадать. Займешься тем, что тебя больше всего интересует и что пригодится тебе в буду­щей трудовой деятельности.

    Желаем всяческих успехов!



    Другие статьи по теме: