Цифровые микросхемы - начинающим (занятие 2) - К176ЛА7

На прошлом занятии мы познакомились с простыми логическими элементами НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Теперь начнем знакомство непосредственно с микросхемами серий К561 или К176, на примере микросхемы К561ЛА7 (или К176ЛА7, в принципе они одинаковые, различаются только некоторые электрические параметры).

Микросхема содержит четыре элемента И- НЕ, это одна из наиболее часто используемых микросхем в радиолюбительской практике. Микросхема К561ЛА7 (или К176ЛА7) имеет прямоугольный пластмассовый черный, коричневый или серый корпус с 14-ю выводами, расположенными по его длинным краям. Эти выводы изогнуты в одну сторону. На рисунках 1А, 1Б и 1В показано как производится нумерация выводов. Вы берете микросхему маркировкой к себе, при этом выводы оказываются повернуты в противоположную от вас строну. Первый вывод определяется по "ключу". "Ключ" — это выштампованная углубленная метка на корпусе микросхемы, она может быть в форме паза (рисунок 1А), в форме маленькой точки-углубления, поставленной возле первого вывода (рисунок 1Б), или в форме большой углубленной окружности (рисунок 1 В). В любом случае отсчет выводов ведется от помеченного "ключом" торца корпуса микросхемы. Как отсчитываются выводы показано на этих рисунках. Если микросхему перевернуть "на спину", то есть маркировкой от себя , а "ногами" (выводами) к себе, то положение выводов 1-7 и 8-14, естественно поменяются местами. Это понятно, но многие начинающие радиолюбители эту мелочь забывают и это приводит к неправильной распайке микросхемы, в результате чего конструкция не работает, да и микросхема может выйти из строя.

На рисунке 2 показано содержимое микросхемы (при этом микросхема изображена "ногами к вам", в перевернутом виде). В микросхеме есть четыре элемента 2И-НЕ и показано как их входы и выходы подключены на выводы микросхемы. Питание подключается так : плюс — на вывод 14, а минус — на вывод 7. При этом общим проводом считается минус. Паять выводы микросхемы нужно очень осторожно и использовать паяльник мощностью не более 25 Вт. Жало этого паяльника нужно заточить так, чтобы ширина его рабочей части была 2-3 мм. Время пайки каждого вывода не должно быть более 4 секунд. Лучше всего микросхемы для опытов разместить на специальных макетных платах, вроде той, что предложил наш постоянный автор Сергей Павлов в журнале иРК-12-99" (страница 46).

Напомним, что цифровые микросхемы понимают только два уровня входного напряжения "О" - когда напряжение на входе около нуля питания, и "1" — когда напряжение близко к напряжению питания. Проведём эксперимент (рисунок 3) превратим элемент 2И-НЕ в элемент НЕ (для этого его входы нужно соединить вместе) и будем подавать на эти входы напряжение с переменного резистора R1 (подойдет любой на любое сопротивление от 10 кОм до 100 кОм), а на выходе подключим светодиод VD1 через резистор R2 (Светодиод может быть любой излучающий видимый свет, например АЛ307). Затем подключим питание (не перепутайте полюса) — две последовательно соединенные "плоские" батареи по 4,5 В каждая (или одна "Крона" на 9В). Теперь поворачивая движок резистора R1 следите за светодиодом, в какой то момент сретодиод будет гаснуть, а в какой то зажигаться (если светодиод не горит вообще, это значит, что вы его неправильно подпаяли, поменяйте его выводы местами и все будет нормально).

Теперь подключите вольтметр (РА1) так как показано на рисунке 3 (в качестве вольтметра можно использовать любой тестер или мультиметр, включенный на изменение постоянного напряжения). Поворачивая движок R1 заметьте при каком напряжении на входах элемента микросхемы светодиод горит, а при каком гаснет.

На рисунке 4 показана схема простого реле времени. Рассмотрим как она работает. В тот момент, когда контакты выключателя S1 замкнуты конденсатор С1 разряжен через них, и напряжение на входах элемента равно логической единице (близко к напряжению питания). Поскольку этот элемент у нас работает как НЕ (оба входа И замкнуты вместе) на его выходе при этом будет логический нуль, и светодиод гореть не будет. Теперь размыкаем контакты S1. Конденсатор С1 начинает медленно заряжаться через резистор R1. И напряжение на этом конденсаторе будет расти, а напряжение на R1 падать. В какой то момент это напряжение достигнет уровня логического нуля и микросхема Переключится", на выходе элемента будет логическая единица — светодиод загорится. Вы можете поэкспериментировать устанавливая на место R1 резисторы разного сопротивления, а на место С1 конденсаторы разных емкостей, и обнаружить интересную зависимость — чем больше емкость и сопротивление тем больше времени будет проходить с момента размыкания S1 до зажигания светодиода. И наоборот чем меньше емкость и сопротивление тем меньше времени проходит от размыкания S1 до зажигания светодиода. Если резистор R1 заменить переменным можно поворачивая его движок каждый раз изменять время, которое будет отрабатывать это реле времени. Запуск этого реле времени производится кратковременным замыканием контактов S1 (можно вместо S1 просто пинцетом или проволочкой замыкать выводы С1 между собой разряжая таким образом С1.

Если места подключения резистора и конденсатора поменять (рисунок 5) схема будет работать наоборот, — при замыкании контактов S1 светодиод зажигается сразу, а гаснет через некоторое время после их размыкания.

Собрав схему, показанную на рисунке 6 — мультивибратор из двух логических элементов, можно сделать простую "мигалку" — светодиод будет мигать, а частота этого мигания будет зависить от сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора С1. Чем меньше будут эти величины тем быстрее будет мигать светодиод, и наоборот, чем больше — тем медленнее (если светодиод не мигает вообще — это значит, что он неправильно подключен, нужно поменять местами его выводы).

Теперь внесем изменения в схему' мультивибратора (рисунок 7) — отключим вывод 2 от вывода 1 первого элемента (D1.1) и подключим вывод 2 к такой же цепи из конденсатора и резистора, как в опытах с реле. времени. Теперь смотрите что будет : пока S1 замкнут напряжение на одном из входов элемента D1.1 равно нулю. Но это элемент И-НЕ, а значит, что если на его один вход подан нуль, то независимо от того что происходит на его втором входе, на его выходе все равно будет 1 единица. Эта единица поступает на оба входа элемента D 1.2, и на выходе D 1.2 будет ноль. А раз так, то светодиод загорится и будет гореть постоянным светом. После размыкания S1 конденсатор С2 будет медленно заряжаться через R3 и напряжение на С2 будет расти. В какой то момент оно станет равным логической единице. В этот момент выходной уровень L элемента D1.1 станет зависеть от уровня на его втором входе — выводе 1 и мультивибратор начнет работать, а светодиод станет мигать.

Если С2 и R3 поменять местами (рисунок 8) схема будет работать наоборот — вначале светодиод будет мигать, а поистечении некоторого времени после размыкания S1 он перестанет мигать и будет гореть постоянно.

Теперь перейдем в область звуковых частот — соберите схему, показанную на рисунке 9. Когда вы подключите питание в динамике будет слышен писк. Чем больше С1 и R1 тем ниже будет тон писка, а чем они меньше, тем выше тон звука. Соберите схему показанную на рисунке 10.

Это готовое реле времени. Если на ручку R3 нанести шкалу, то им можно пользоваться, например при фотопечати. ВЫ замыкаете S1, установите резистором R3 нужное время, и затем размыкаете S1, После того как это время истечет динамик станет пищать. Схема работает почти также как показанная на рисунке 7.

На следующем занятии попробуем собрать несколько полезных в быту приборов на микросхемах К561ЛА7 (или K176J1A7).