Как работает микросхема К561Лн3. Каковы особенности ее схемы включения. Где применяются цифровые микросхемы на основе транзисторов серии К561. Какие преимущества дает использование К561Лн3 в цифровых устройствах.
Особенности микросхемы К561Лн3 и ее схема включения
К561Лн3 представляет собой микросхему, содержащую 6 инверторов на МОП-транзисторах. Ее основные характеристики:
- Напряжение питания: 3-15 В
- Выходной ток: до 0,5 мА
- Время задержки распространения: около 100 нс
- Потребляемая мощность: менее 1 мВт на инвертор
Типовая схема включения одного инвертора К561Лн3 выглядит следующим образом:
- Вход подключается к источнику входного сигнала
- Выход соединяется с нагрузкой
- Вывод питания (+Ucc) подключается к положительному полюсу источника питания
- Общий вывод соединяется с «землей» схемы
При этом между входом и общим проводом рекомендуется установить подтягивающий резистор номиналом 100-470 кОм для защиты от помех.
Применение К561Лн3 в цифровых устройствах
Микросхема К561Лн3 широко используется в различных цифровых устройствах благодаря своим преимуществам:
- Низкое энергопотребление
- Широкий диапазон напряжений питания
- Высокая помехоустойчивость
- Простота применения
Основные области применения К561Лн3:
- Формирователи импульсов
- Генераторы прямоугольных сигналов
- Устройства согласования логических уровней
- Буферные каскады
- Элементы цифровых фильтров
Сравнение К561Лн3 с аналогами других серий
По сравнению с микросхемами ТТЛ-логики (например, К155ЛН1), К561Лн3 имеет следующие отличия:
- Более низкое энергопотребление (в 10-100 раз меньше)
- Более высокое входное сопротивление
- Меньшее быстродействие
- Более широкий диапазон напряжений питания
При этом К561Лн3 обеспечивает лучшую помехоустойчивость и надежность работы в сложных условиях эксплуатации.
Особенности проектирования устройств на основе К561Лн3
При разработке схем с использованием К561Лн3 следует учитывать некоторые особенности:
- Необходимость защиты входов от статического электричества
- Желательность установки подтягивающих резисторов на неиспользуемых входах
- Ограничение максимальной частоты входных сигналов (до 2-5 МГц)
- Соблюдение правил монтажа КМОП-микросхем
При соблюдении этих рекомендаций можно обеспечить надежную работу устройств на основе К561Лн3 в различных условиях эксплуатации.
Типовые схемы применения К561Лн3
Рассмотрим несколько примеров использования микросхемы К561Лн3:
1. Формирователь коротких импульсов
Схема на двух инверторах К561Лн3 позволяет получить короткие импульсы из длинных входных сигналов:
- Вход первого инвертора — входной сигнал
- Между выходом первого и входом второго инвертора — RC-цепочка
- Выход второго инвертора — сформированные короткие импульсы
2. Генератор прямоугольных импульсов
Три инвертора К561Лн3, соединенные последовательно с обратной связью через RC-цепь, образуют простой генератор:
- Частота генерации зависит от номиналов R и C
- Скважность импульсов близка к 2
- Диапазон частот — от единиц Гц до сотен кГц
3. Преобразователь уровней
Один инвертор К561Лн3 может использоваться для согласования логических уровней разных типов микросхем:
- На вход подается сигнал от ТТЛ-микросхемы
- Питание К561Лн3 — от источника с нужным напряжением
- На выходе формируется сигнал с требуемыми уровнями
Особенности монтажа и эксплуатации К561Лн3
При работе с микросхемой К561Лн3 необходимо соблюдать следующие правила:
- Использовать антистатические меры защиты при монтаже
- Не допускать превышения максимально допустимых напряжений на выводах
- Обеспечивать надежное заземление корпуса микросхемы
- Избегать воздействия сильных электромагнитных помех
- Соблюдать температурный режим эксплуатации (обычно от -45°C до +85°C)
При соблюдении этих требований К561Лн3 обеспечивает длительную и надежную работу в составе различных цифровых устройств.
Перспективы развития микросхем серии К561
Несмотря на появление более современных серий КМОП-микросхем, К561 продолжает использоваться во многих приложениях благодаря своим преимуществам:
- Низкое энергопотребление
- Широкий диапазон напряжений питания
- Высокая помехоустойчивость
- Доступность и невысокая стоимость
Перспективные направления развития микросхем этого типа включают:
- Повышение быстродействия при сохранении низкого энергопотребления
- Уменьшение размеров корпуса и числа выводов
- Интеграция дополнительных функций защиты от помех и перегрузок
- Расширение температурного диапазона эксплуатации
Эти усовершенствования позволят расширить область применения микросхем серии К561 в современной электронной аппаратуре.
Цифровые микросхемы транзисторы.
Поиск по сайту
Микросхемы ТТЛ (74…).
На рисунке показана схема самого распространенного логического элемента — основы микросхем серии К155 и ее зарубежного аналога — серии 74. Эти серии принято называть стандартными (СТТЛ). Логический элемент микросхем серии К155 имеет среднее быстродействие tзд,р,ср.= 13 нс. и среднее значение тока потребления Iпот = 1,5…2 мА. Таким образом, энергия, затрачиваемая этим элементом на перенос одного бита информации, примерно 100 пДж.
Для обеспечения выходного напряжения высокого уровня U1вых. 2,5 В в схему на рисунке потребовалось добавить диод сдвига уровня VD4, падение напряжения на котором равно 0,7 В. Таким способом была реализована совместимость различных серий ТТЛ по логическим уровням. Микросхемы на основе инвертора, показанного на рисунке (серии К155, К555, К1533, К1531, К134, К131, К531), имеют очень большую номенклатуру и широко применяются.
| ТТЛ серия | Параметр | Нагрузка | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Российские | Зарубежные | Pпот. мВт. | tзд.р. нс | Эпот. пДж. | Cн. пФ. | Rн. кОм. |
| К155 КМ155 | 74 | 10 | 9 | 90 | 15 | 0,4 |
| К134 | 74L | 1 | 33 | 33 | 50 | 4 |
| К131 | 74H | 22 | 6 | 132 | 25 | 0,28 |
| К555 | 74LS | 2 | 9,5 | 19 | 15 | 2 |
| К531 | 74S | 19 | 3 | 57 | 15 | 0,28 |
| К1533 | 74ALS | 1,2 | 4 | 4,8 | 15 | 2 |
| К1531 | 74F | 4 | 3 | 12 | 15 | 0,28 |
При совместном использовании микросхем ТТЛ высокоскоростных, стандартных и микромощных следует учитывать, что микросхемы серии К531 дают увеличенный уровень помех по шинам питания из-за больших по силе и коротких по времени импульсов сквозного тока короткого замыкания выходных транзисторов логических элементов.
| Нагружаемый выход |
Число входов-нагрузок из серий | ||
|---|---|---|---|
| К555 (74LS) | К155 (74) | К531 (74S) | |
| К155, КM155, (74) | 40 | 10 | 8 |
| К155, КM155, (74), буферная | 60 | 30 | 24 |
| К555 (74LS) | 20 | 5 | 4 |
| К555 (74LS), буферная | 60 | 15 | 12 |
| К531 (74S) | 50 | 12 | 10 |
| К531 (74S), буферная | 150 | 37 | 30 |
Выходы однокристальных, т.
е. расположенных в одном корпусе, логических элементов ТТЛ, можно соединять вместе. При этом надо учитывать, что импульсная помеха от сквозного тока по проводу питания пропорционально возрастет. Реально на печатной плате остаются неиспользованные входы и даже микросхемы (часто их специально «закладывают про запас») Такие входы логического элемента можно соединять вместе, при этом ток Ioвх. не увеличивается. Как правило, микросхемы ТТЛ с логическими функциями И, ИЛИ потребляют от источников питании меньшие токи, если на всех входах присутствуют напряжения низкого уровня. Из-за этого входы таких неиспользуемых элементов ТТЛ следует заземлять.
| Параметр | Условия измерения | К155 | К555 | К531 | К1531 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Мин. |
Тип. | Макс. | Мин. | Тип. | Макс. | Мин. | Тип. | Макс. | Мин. | Макс. | ||
| U1вх, В схема |
U1вх или U0вх Присутствуют на всех входах | 2 | 2 | 2 | 2 | |||||||
| U0 вх, В схема |
0,8 | 0,8 | 0,8 | |||||||||
| U0вых, В схема | Uи.п.= 4,5 В | 0,4 | 0,35 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | ||||||
| I0вых= 16 мА | I0вых= 8 мА | I0вых= 20 мА | ||||||||||
| U1вых, В схема |
Uи. п.= 4,5 В |
2,4 | 3,5 | 2,7 | 3,4 | 2,7 | 3,4 | 2,7 | ||||
| I1вых= -0,8 мА | I1вых= -0,4 мА | I1вых= -1 мА | ||||||||||
| I1вых, мкА с ОК схема | U1и.п.= 4,5 В, U1вых=5,5 В | 250 | 100 | 250 | ||||||||
| I1вых, мкА Состояние Z схема |
U1и.п.= 5,5 В, U1вых= 2,4 В на входе разрешения Е1 Uвх= 2 В | 40 | 20 | 50 | ||||||||
| I0вых, мкА Состояние Z схема |
U1и. п.= 5,5 В, Uвых= 0,4 В, Uвх= 2 В |
-40 | -20 | -50 | ||||||||
| I1вх, мкА схема | U1и.п.= 5,5 В, U1вх= 2,7 В | 40 | 20 | 50 | 20 | |||||||
| I1вх, max, мА | U1и.п.= 5,5 В, U1вх= 10 В | 1 | 0,1 | 1 | 0,1 | |||||||
| I0вх, мА схема |
U1и.п.= 5,5 В, U0вх= 0,4 В | -1,6 | -0,4 | -2,0 | -0,6 | |||||||
Iк. з., мА | U1и.п.= 5,5 В, U0вых= 0 В | -18 | -55 | -100 | -100 | -60 | -150 | |||||
3 Разработка принципиальной схемы
Принципиальная схема автомобильного речевого информатора будет разработана на основе современной элементной базе. Автомобильный речевой информатор предназначен для приёма и проверки датчиков, расположенных в автомобиле, и передачи их автовладельцу.
Информатор (рисунок 3.1) состоит из микропроцессора DD1, управляющего работой всех основных узлов, памяти программ DS1, памяти звука DS2, DS3, входных портов DD8…DD10, ЦАП DD4, фильтра низких частот R35R36C14C15DA8 с усилителем звуковых частот DA9 и линейки входных компараторов на ОУ DA1…DA6 и DD5.1…DD5.4.
Рисунок 3.1 – Схема
электрическая принципиальная
автомобильного речевого информатора
с использованием ЦАП.
К входу компараторов DA1DA4 подключены датчик уровня топлива в баке, два датчика температуры двигателя и датчик давления масла соответственно. Резисторы R10, R14, R17, R20 обеспечивают электрический гистерезис ОУ и повышают их помехоустойчивость. Со стабилитрона VD4 снимается образцовое напряжение для установки порога срабатывания компараторов.
Датчики уровня жидкости (тормозной и стеклоомывателя) и датчик освещения подключены к входным портам через триггеры Шмитта DD5.1…DD5.4.
На элементах DD6.3, DD6.2, DD7.1…DD7.4 собраны адресные шифраторы входных портов. Входы портов DD8 и DD10 через резисторы сборок DR1, DR3 соединены с плюсовым проводом питания, что вместе с защитными диодами VD6…VD16 позволяет защитить порты от попадания на них напряжения, большего 5 В. Порт DD9 тоже защищен по входу резистивными делителями R28…R33, DR2.
Микропроцессор
DD1 извлекает с частотой 8 кГц из ПЗУ DS2,
DS3 оцифрованный сигнал звукового
сообщения и передает его на выходы
регистра звука DD3.
ЦАП DD4 преобразует
сигнал в аналоговую форму. После этого
преобразования сигнал сильно «загрязнен»
коммутационными помехами. Фильтр НЧ
второго порядка с частотой среза 4 кГц
отсеивает эти помехи.
Усилитель 3Ч DA9 в стандартном включении нагружен динамической головкой сопротивлением 8 Ом. Если автомобиль оборудован аудиоаппаратурой, можно использовать ее громкоговорители. Для этого случая предусмотрен транзистор VT1 и реле К1, контакты которого коммутируют выходные цепи.
В нормальном режиме бортовой радиоприемник (или магнитола) соединен контактами реле со своим громкоговорителем. При возникновении на борту какого-либо отклонения от нормы на выходе TXD микропроцессора возникает высокий уровень, открывается транзистор VT1, срабатывает реле К1 и его контакты переключают громкоговоритель с выхода приемника на выход информатора. После окончания сообщения снова звучит радиоприемник.
Звуковая информация,
т. е. измеренные с определенной частотой
мгновенные значения амплитуды звукового
сигнала, записана в ПЗУ DS2, DS3.
Для того
чтобы без потерь оцифровать звуковой
сигнал, частота дискретизации должна
быть как минимум вдвое выше максимальной
частоты сигнала (включая гармоники).
Если частоту дискретизации выбрать
равной 8 кГц, то максимальный спектр
сигнала будет ограничен 4 кГц, это при
восьмиразрядной амплитудной дискретизации
по качеству звука примерно соответствует
тому, что мы слышим по телефонной линии.
Электрическая принципиальная схема автомобильного речевого информатора с использованием ЦАП представлена на чертеже ДП 2-400202.016.300 Э3.
Таблица 4.1 — Перечень элементов входящих в состав автомобильного речевого информатора
Позиция
Характеристика
Наименование и/или примечание
Кол.
1
2
3
4
Конденсаторы
С1,С2
27Ф
Электрохимический
2
С3
15мкФ 16В
Электролитический
1
С4
0,022мкФ
Плёночный
1
С5
30мкФ 12В
Электролитический
1
С6-С9
0,047мкФ
Плёночный
4
С10
330мкФ 16В
Электролитический
1
С11
330мкФ 6,3В
Электролитический
1
С12,С13,С16
0,22мкФ
Плёночный
3
С14,С15
0,01мкФ
Плёночный
2
С17,С19
100мкФ 16В
Электролитический
2
С18
0,1мкФ
Плёночный
1
Микросхемы
DA1- DA6,DA8
К140УД7
7
DA7
КР142ЕН5А
1
DA9
К174УН14
1
DD1
КР1816ИУ31
1
DD2
К555ИР22
1
DD3
К555ИР23
1
DD4
К572ПА1
1
DD5
К561ТЛ1
1
DD6.
DD7К561ЛЕ5
2
DD8-
DD10
К561ЛН3
3
DR1,DR3,DR4
НР 1-4-6-4,7к
Резисторная сборка
3
DR2
НР 1-4-6-2,2к
Резисторная сборка
1
DS1
M2764AF1
ПЗУ
1
DS2,DS3
M27C512-15F1
ПЗУ
2
Реле
K1
РЭС 60
1
Резисторы
R1
7,5кОм
1
R2
300Ом
1
R3-R5
300кОм
3
R6
2,7кОм
1
R7
330кОм
1
R8,R13,
R16,R19,
R22,R27
10кОм
6
R9
200кОм
1
R10,R14,
R17,R20
3МОм
4
R11,R15,
R18,R21,
R23,R24,
R26,R37,
R38
12кОм
9
R12
470Ом
1
R25
10кОм
1
R28-R33
4,3кОм
6
R34
3,9кОм
1
R35
6,8кОм
1
R36,R43
4,7кОм
2
R39
22кОм
1
R40
220Ом
1
R41
1Ом
1
R42
22Ом
1
R44
2,2кОм
1
R45
3,3кОм
1
Диоды
VD1
КД208А
1
VD2,VD3,
VD6-VD25
КД521А
22
VD4
КС210Ж
1
VD5
КС133В
1
Транзистор
VT1
КТ315А
1
Выключатель
SB1
КУ011201
1
Соединения контактные
X1
Вилка
1
Фильтр кварцевый
ZQ1
6Мг
1
DD7Заключение
За время прохождения
практики я разработал две части с
дипломного проекта по теме «Разработка
автомобильного речевого информатора
с использованием ЦАП».
В разделе анализ технического задания проанализировал литературные источники, интернет ресурсы по теме дипломного проекта. Рассмотрел существующие аналоги и их возможности.
На основании анализа разработал структурную схему автомобильного речевого информатора с использованием ЦАП, которая содержит десять блоков: блок вывода фраз, разъём подключения к автомобильной панели, блок памяти звуковой информации, цифро-аналоговый преобразователь, блок фильтрации низких частот, усилитель звуковых частот, блок память программы, блок формирования звуковой информации, блок подключения датчиков, блок управления. Указал назначение блоков и взаимосвязи между блоками,и разработал чертёж структурной схемы устройства.
На основании
структурной схемы разработал схему
электрическую принципиальную и описал
её принцип работы. На основании
разработаной схемы электрической
паринципиальной составил чертёж
принципиальной схемы и определил
элементную базу.
Список литературы
1. Колодочкин Ты только что-нибудь скажи. — За рулем, 1998, ╧12, с. 78, 79.
2. Власкин А., Годин С. Цифровой ревербератор. Сб.: «В помощь радиолюбителю», вып. 95, с. 29—41. — М.: ДОСААФ, 1986.
3. Лукьянов Д. Музыка нулей и единиц. — Радио, 1985, ╧ 5, с. 42—46; ╧ 6, с. 40—42; ╧ 8, с. 36—38; ╧ 9, с 36—39.
4. Алексееве. Контроль исправности сигнальных ламп. — Радио, 1997, ╧ 5, с. 42,43.
5. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. — М.: Транспорт,1995.
6. Чуднов В. Квазианалоговый тахометр. — Радио, 1992, ╧ 8, С. 25, 26.
Адреса в Интернете
Википедия
Адрес в Интернет: www.wikipedia.org
Кафедра промышленной электроники
Адрес в Интернет
www.
