Что представляет собой микросхема К176ЛА7. Какие функции выполняет К176ЛА7 в электронных схемах. Каковы основные характеристики и параметры микросхемы К176ЛА7. Как правильно подключать и использовать К176ЛА7 в радиолюбительских конструкциях. Какие схемы можно собрать на основе К176ЛА7.
Основные характеристики микросхемы К176ЛА7
Микросхема К176ЛА7 представляет собой интегральную схему, выполненную по КМОП-технологии. Она содержит 4 логических элемента 2И-НЕ и относится к серии К176 микросхем малой степени интеграции.
Основные параметры К176ЛА7:
- Напряжение питания: 3-15 В
- Потребляемый ток: не более 1 мкА
- Быстродействие: до 5 МГц
- Количество логических элементов: 4
- Тип корпуса: DIP-14
Благодаря низкому энергопотреблению и широкому диапазону питающих напряжений, К176ЛА7 часто используется в портативных устройствах с батарейным питанием.
Функциональное назначение и применение К176ЛА7
Микросхема К176ЛА7 выполняет функцию логических элементов 2И-НЕ. Каждый из 4-х элементов имеет два входа и один выход. Логическая функция элемента: Y = (A * B)’. То есть на выходе формируется инверсия результата логического умножения входных сигналов.
Основные области применения К176ЛА7:
- Построение простых логических схем
- Создание генераторов импульсов (мультивибраторов)
- Формирование сигналов управления в цифровых устройствах
- Реализация триггеров и счетчиков
- Схемы задержки и формирования импульсов
Простота применения и универсальность делают К176ЛА7 популярной среди радиолюбителей для создания различных электронных устройств.
Схема включения и особенности подключения К176ЛА7
При подключении микросхемы К176ЛА7 необходимо соблюдать следующие правила:
- Напряжение питания подается на вывод 14 (+Ucc), общий провод — на вывод 7 (GND)
- Неиспользуемые входы следует подключать к общему проводу или Ucc
- Рекомендуется установить блокировочный конденсатор 0.1 мкФ между Ucc и GND
- При работе с микросхемой необходимо соблюдать меры защиты от статического электричества
Типовая схема включения одного логического элемента К176ЛА7:
+Ucc
|
|----|
| |
--|A |
--|B |--Y
| |
|----|
|
GND
При проектировании устройств на К176ЛА7 важно учитывать, что это КМОП-микросхема, чувствительная к статическому электричеству. Рекомендуется использовать заземленный паяльник и антистатический браслет при монтаже.
Создание мультивибратора на К176ЛА7
Одно из популярных применений К176ЛА7 — построение мультивибратора. Мультивибратор представляет собой генератор прямоугольных импульсов и широко используется в различных электронных устройствах.
Схема симметричного мультивибратора на К176ЛА7:
+Ucc
|
--|>o--|
|--| | |
| |---| |
R1 C1 R2
| |
|--------|
| | |
C2 R3 |>o--|
| | |
GND |--|
В данной схеме используются два логических элемента К176ЛА7. Частота генерации определяется номиналами резисторов R1, R2 и конденсаторов C1, C2. При R1=R2 и C1=C2 период колебаний можно рассчитать по формуле:
T = 2.2 * R * C
где R — сопротивление резисторов в Омах, C — емкость конденсаторов в Фарадах.
Применение К176ЛА7 в цифровых устройствах
Микросхема К176ЛА7 находит широкое применение в различных цифровых устройствах благодаря своей универсальности. Рассмотрим некоторые примеры использования:
Формирователь коротких импульсов
На основе одного логического элемента К176ЛА7 можно собрать простой формирователь коротких импульсов:
+Ucc
|
--|>o--|
|--| | |
| |---| |
R C |
| OUT
IN
При подаче фронта входного сигнала на вход IN, на выходе OUT формируется короткий отрицательный импульс. Длительность импульса определяется постоянной времени RC-цепочки.
D-триггер на К176ЛА7
Используя два логических элемента К176ЛА7, можно реализовать простейший D-триггер:
+Ucc
|
D --|>o--|
| | |
C --| |--|>o--| Q
| | | |
|---| |--|
|
GND
Такой триггер может использоваться для хранения одного бита информации или деления частоты входного сигнала на 2.
Сравнение К176ЛА7 с аналогами других серий
Микросхема К176ЛА7 имеет аналоги в других сериях логических микросхем. Рассмотрим основные отличия:
| Параметр | К176ЛА7 (КМОП) | К155ЛА3 (ТТЛ) | К561ЛА7 (КМОП) |
|---|---|---|---|
| Напряжение питания | 3-15 В | 5 В ±5% | 3-15 В |
| Потребляемый ток | ~1 мкА | ~16 мА | ~1 мкА |
| Быстродействие | до 5 МГц | до 25 МГц | до 10 МГц |
Как видно из сравнения, К176ЛА7 и К561ЛА7 имеют схожие характеристики, так как обе относятся к КМОП-сериям. К155ЛА3 имеет более высокое быстродействие, но и значительно больший ток потребления.
Особенности работы с КМОП-микросхемами
При использовании К176ЛА7 и других КМОП-микросхем важно учитывать их особенности:
- Высокая чувствительность к статическому электричеству
- Необходимость подключения неиспользуемых входов
- Возможность работы в широком диапазоне напряжений питания
- Очень низкое энергопотребление в статическом режиме
Для защиты от статического электричества рекомендуется:
- Использовать антистатический браслет при работе с микросхемами
- Хранить микросхемы в антистатической упаковке
- Паять микросхемы заземленным паяльником
- Не касаться выводов микросхемы руками
Соблюдение этих правил поможет избежать выхода микросхем из строя и обеспечит их надежную работу в устройстве.
Практические советы по применению К176ЛА7
При разработке устройств на основе К176ЛА7 полезно учитывать следующие рекомендации:
- Используйте блокировочные конденсаторы 0.1 мкФ между выводами питания и общим проводом для уменьшения помех
- При работе на высоких частотах минимизируйте длину проводников
- Для повышения нагрузочной способности можно параллельно соединять выходы нескольких элементов
- При использовании в качестве генератора, добавьте резистор 100-470 Ом последовательно с выходом для ограничения выходного тока
- Для защиты входов от перенапряжения можно использовать диоды Шоттки, включенные на общий провод и шину питания
Соблюдение этих рекомендаций поможет повысить надежность и стабильность работы устройств на основе К176ЛА7.
14. Согласующее устройство для бис
Для усиления по току и напряжению маломощных выходов БИС наручных часов, рассчитанных на ЖКИ, при применении индикаторов другого типа между выходом БИС и входом соответствующего сегмента индикатора должно быть согласующее устройство. Наиболее просто оно выполняется на транзисторе типа р-n-р, например КТ361.
Схема включения транзисторов при
использовании люминесцентного
индикатора типа ИВ-6, ИВ-11 приведена
на рис. 59. Резисторы, стоящие в базовых
цепях транзисторов, подключаются к
выходам БИС, коллекторы транзисторов
— к анодам соответствующих сегментов
цифровых индикаторов. Эмиттеры
транзисторов подсоединяются к выводу
микросхемы, который раньше соединялся
с подложкой ЖКИ. Сюда же подается
напряжение +27 В от источника питания,
а — 27 В — на катод индикатора. Сетка
индикатора подключается к этому же
проводу через резистор сопротивлением
10 — 12 кОм. Следует иметь в виду, что на
диоды сегментов индикатора будут
подаваться импульсы, модулированные
с частотой 32 или 64 Гц.
Питающее устройство часов с люминесцентными индикаторами должно обеспечить три различных напряжения (рис. 60): переменное напряжение 1 — 1(5 В для питания накала ламп (ток 0,3 А), постоянное напряжение 20 — 27 В для питания сегментов (100 мА), постоянное напряжение 3 В для питания электронной платы (0,1 мА). Обмотка трансформатора этого напряжения должна иметь среднюю точку для обеспечения работы кнопок коррекции. Моточные данные зависят от типа и размеров сердечника, поэтому здесь не приводятся. Варианты согласующих устройств с индикаторами других типов рассмотрены в § 8.
Рис. 59. Принципиальная схема согласующего устройства для крупногабаритных часов на основе БИС
Рис.
60. Принципиальная
схема питающего устройства для
крупногабаритных часов на основе БИС
Принципиальная схема часов на БИС К145ИК1901 приведена на рис. 61. Основные функциональные узлы электронных часов объединены в кристалле БИС: генератор, счетчики минут и часов, формирователь семиэлементно-го кода для управления катодолюминесцентньши индикаторами (выводы 13, 14, 16 — 20), формирователь сигналов выборки индикатора (выводы 44 — 47),
устройство установки времени (будильник), компаратор, обеспечивающий форми-. роваиие сигналов управления сигнальным устройством (выводы 26, 27), а также устройства, обеспечивающие пуск часов, коррекцию и установку времени, останов индикатора. Для реализации режима ЗГ к БИС необходимо
подключить радиодетали с параметрами,
указанными на рис. 61, и кварцевый
резонатор с собственной частотой
32768Гц. Колебания с этой частотой
следования могут быть выведены из БИС
через выход 2.
Управление индикаторами построено по принципу динамической индикации (см. § 1), в соответствии с которым одноименные сегменты всех индикаторов объединены и управляются сигналами с соответствующих выводов микросхемы. Например, объединенные сегменты индикаторов ИВ-11 с номером вывода 6 подключены к выходу микросхемы с номером 13. Сигналы выборки индикатора управляют потенциалом сеток индикаторных ламп, обеспечивая их поочередное включение. Частота повторения этих сигналов достаточно высокая для того, чтобы свечение индикаторов казалось непрерывным.
Принципиальная схема включает также
сигнальное устройство на микросхеме
К176ЛА7 (DD2.1 — DD2.4) и транзисторе
КТ361В с пьезоэлектрическим телефоном
в цепи коллектора. Устройство представляет
собой два последовательно соединенных
мультивибратора, управляемых сигналами
с выходов 26 и 27 БИС. Эти сигналы
появляются при достижении времени
установки будильника и запускают
мультивибраторы.
Через 1 мин действие
сигналов автоматически прекращается.
Сигнал с вывода 26 следует с частотой
2 Гц, обеспечивая работу мультивибратора
(элементы DD2.1, DD2.2) в режиме прерывания. Для изменения
громкости звучания телефона введен
переключатель 57 напряжения питания
выходного ключа
Блок питания обеспечивает два стабилизированных напряжения: — 27 В для БИС и — 9 В для сигнального устройства. Следует заметить, что микросхема К176ЛА7 подключена к общей точке часов выводом 14, а к шине с напряжением — 9 В выводом 7.
Для управления часами предусмотрены
четыре нефиксируемые нормально
разомкнутые кнопки S1
— S4 и три
переключателя S5 — 57. Кратковременным замыканием кнопки S1 осуществляется
пуск часов, а кнопки S2 — выключение индикатора, при этом
часы продолжают работать, и при нажатии
кнопки S1 индикатор
покажет текущее время.
Кнопки 53, S4 служат для установки показаний
индикаторов соответственно часов и
минут. Установка производится с частотой
2 Гц.
Рис. 61. Принципиальная схема часов на БИС КН5ИК1901
Тумблер S5 предназначен для подключения к индикатору будильника. Установка времени будильника производится при замкнутом S5 кнопками S3, S4. Заметим, что при первом после пуска часов включении будильника индикатор во всех разрядах показывает цифру 5. После установки будильника тумблер S5 размыкается, а затем замыкается кнопка S1 и на индикаторе появляются показания текущего времени.
Тумблер S6 включается
для коррекции часов по сигналам точного
времени. При включенном S6 нажатием кнопки S2 индикатор в разрядах десятков и
единиц минут устанавливается в 0.
После
коррекции тумблер S6 размыкается.
Рассмотренная схема представляет собой один из вариантов реализации возможностей БИС К.145ИК1901, перечень которых приведен в § 4.
Мультивибратор на микросхеме.
Если посмотреть на путь развития радиоэлектроники, то нетрудно заметить, что прогресс двигался не только от простого к сложному, но и от большого и громоздкого к маленькому и даже миниатюрному. Современное развитие нанотехнологий позволяет создавать устройства, которые можно увидеть только в микроскоп, хотя в обозримом прошлом они имели размеры с хороший стол .
Такое несложное устройство как мультивибратор изначально собиралось на электронных лампах, затем наступила очередь транзисторов. На сайте уже рассказывалось о том, как собрать мультивибратор на транзисторах.
На смену транзисторам пришли интегральные схемы с малой степенью интеграции. Сначала микросхемы выполнялись на биполярных транзисторах. Самой недорогой и широко распространённой была серия К155 (К133 её полный аналог, выпускавшийся в планарном корпусе и используемый в оборонной промышленности).
К сериям ТТЛ логики относятся 155, 555, 1533 серии. Их отличает высокое быстродействие и работа на более высоких частотах, но и большой потребляемый ток.
Основным недостатком ТТЛ логики был большой ток потребления и жёсткая привязка к напряжению питания + 5 вольт. В состав серии входил полный набор логических элементов, в том числе широко известная микросхема К155ЛА3, на которой собрать симметричный мультивибратор было очень просто. Микросхема содержала четыре логических элемента 2И – НЕ.
На двух элементах собирался сам мультивибратор, а ещё два элемента можно было использовать как инверторы и для формирования фронтов импульсов. Логические элементы могут быть с любым числом входов, так как в любом случае они объединяются и логический элемент используется как инвертор.
Вот классическая схема симметричного мультивибратора на двух логических элементах 2ИЛИ – НЕ (2И – НЕ). Здесь указана микросхема 561 серии. Её можно заменить на любую микросхему из серий приведённых ниже.
Большее распространение получили микросхемы 176, 561, 564, 1561 серии, выполненные по КМОП технологии, то есть не на биполярных, а на полевых транзисторах с изолированным затвором, что позволило снизить потребляемый ток до десятков микроампер.
Серии на КМОП структурах удобны тем, что они не критичны к напряжению питания, например микросхемы серии 1561 работоспособны при напряжении питания от 3 до 18 вольт. Но эти микросхемы, как и полевые транзисторы смертельно боятся статического электричества. При работе с ними паяльник рекомендуется заземлять, а на руку надевать специальный браслет так же соединённый с общим проводом. Иначе можно испортить микросхему.
При соблюдении равенств R1=R2, C1=C2 период следования импульсов определяется по формуле: T=1,4*R*C.
Симметричный мультивибратор легко собирается на интегральном D триггере. У него имеются вход установки SET, сброса RESET, счётный вход С, вход D ( задержка) и два выхода прямой и инверсный.
На схеме видно, что входы C и D соединены между собой и заземлены, а сам триггер за счёт заряда-разряда конденсаторов С1 и С2 по входам установки и сброса переходит из одного состояния в другое 100 раз в секунду.
Мультивибраторы широко применяются во всевозможных радиолюбительских конструкциях, но поскольку единственное, что делает мультивибратор, это генерирует импульсы определённой частоты, то область применения таких схем достаточно узка. Хотя часто мультивибратор используется в более сложных схемах в качестве, например, генератора тактовой частоты.
Вот схема простейшего электронного звонка на двух логических элементах 2И – НЕ (пример). Кнопка включения на схеме не показана, через неё подаётся напряжение питания, и мультивибратор сразу начинает работать.
С помощью подстроечных резисторов можно поэкспериментировать с частотой и длительностью импульсов. Так же можно менять ёмкости конденсаторов. Для усиления сигнала лучше использовать усилительный каскад на одном транзисторе.
Вот более сложная схема мелодичного электронного звонка на двух мультивибраторах и усилительном каскаде на транзисторе VT2. Данную схему усилительного каскада можно использовать и в первой схеме.
Поскольку здесь применяется микросхема К176ЛА7 на КМОП структуре напряжение питания можно выбрать от 4 до 12 вольт, главное соблюдать все требования по защите от статического электричества.
Очень часто бывает так, что правильно собранная схема не работает. Это означает то, что микросхема скорее всего вышла из строя по причине электростатического пробоя.
Напряжение питания от блока питания подключается через кнопку в точку соединения коллекторов транзисторов VT1 и VT2. Схема представляет собой два мультивибратора.
Первый управляет работой второго. За счёт разных величин ёмкостей конденсаторов С1 и С3, на выходе получается модулированное переливчатое звучание. С помощью резисторов PR1 и PR2 можно регулировать частоту каждого генератора, тем самым меняя характер звучания.
Если подойти к работе творчески и использовать несколько мультивибраторов то, настроив их на определённые ноты можно получить звучание аккорда. Для этого придётся использовать логические элементы с большим числом входов для объединения генераторов по схеме логическое «И».
