Цифровые микросхемы - начинающим (занятие 3) - К176ЛА7

На этом занятии рассмотрим (и попытаемся собрать) схемы четырех электронных приборов построенных на микросхеме К561ЛА7 (К176ЛА7).

Принципиальная схема первого прибора показана на рисунке 1. Это мигающий фонарь. Микросхема вырабатывает импульсы, которые поступают на базу транзистора VT1 и в те моменты, когда на его базу поступает напряжение единичного логического уровня (через резистор R2) он открывается и включает лампу накаливания, а в те моменты, когда напряжение на выводе 11 микросхемы равно нулевому уровню лампа гаснет. График, иллюстрирующий напряжение на выводе 11 микросхемы показан на рисунке 1 А.

Микросхема содержит четыре логических элемента "2И-НЕ", входы которые соединены вместе. В результате получается четыре инвертора ("НЕ ). На первых двух D1.1 и D1.2 собран мультивибратор, вырабатывающий импульсы (на выводе 4), форма которых показана на рисунке 1А. Частота этих импульсов зависит от параметров цепи, состоящей из конденсатора С1 и резистора R1. Приблизительно (без учета параметров микросхемы) эту частоту можно рассчитать по формуле F = 1/(CxR).

Работу такого мультивибратора можно пояснить так : когда на выходе D1.1 единица, на выходе D1.2 — нуль, это приводит к тому, что конденсатор С1 начинает заряжаться через R1, а вход элемента D1.1 следит за напряжением на С1. И как только это напряжение достигнет уровня логической единицы, схема как-бы "переворачивается", теперь на выходе D1.1 будет ноль, а на выходе D1.2 единица.

Теперь уже конденсатор станет разряжаться через резистор, а вход D1.1 будет следить за этим процессом, и как только напряжение на нем станет равно логическому нуля схема опять "перевернется". В результате уровень на выходе D1.2 будут импульсы, а на выходе D1.1 тоже будут импульсы, но противофазные импульсам на выходе D1.2 (рисунок 1А).

На элементах D1.3 и D1.4 выполнен усилитель мощности, без которого, в принципе, можно обойтись.

В данной схеме можно использовать детали самых разных номиналов, пределы, в которые должны укладывать параметры деталей отмечены на схеме. Например, R1 может иметь сопротивление от 470 кОм до 910 кОм, конденсатор С1 иметь емкость от 0,22 мкФ до 1,5 мкФ, резистор R2 — от 2 кОм до 3 кОм, таким же образом подписаны номиналы деталей и на других схемах.

Лампа накаливания — от карманного фонаря, а батарея питания — либо "плоская" на 4,5В, либо "Крона" на 9В, но лучше если взять две "плоские", включенные последовательно. Цоколевка (расположение выводов) транзистора КТ815 показана на рисунке 1Б.

Второе устройство — реле времени, таймер со звуковой сигнализацией окончания установленного временного промежутка (рисунок 2).

В основе лежит мультивибратор, частота кото рого сильно увеличена, по сравнению с предыдущей конструкцией, за счет уменьшения емкости конденсатора. Мультивибратор выполнен на элементах D1.2 и D1.3. Резистор R2 взять такой же как R1 в схеме на рисунке 1, а конденсатор (в данном случае С2) имеет значительно меньшую емкость, в пределах 1500-3300 пФ. В результате импульсы на выходе такого мультивибратора (вывод 4) имеют звуковую частоту. Эти импульсы поступают на усилитель, собранный на элементе D1.4 и на пъезокрамический звукоизлучатель, который при работе мультивибратора издает звук высокого или среднего тона. Звукоизлучатель — пъезокерамический зуммер, например от звонка телефона-трубки. Если он имеет три вывода нужно подпаять любые два из них, а потом опытным путем выбрать из трех два таких, при подключении которых громкость звука максимальная.

Мультивибратор работает только тогда, когда на выводе 2 D1.2 будет единица, если ноль — мультивибратор не генерирует. Происходит это потому, что элемент D1.2 это элемент "2И-НЕ", который, как известно (см. занятие №1), отличается тем, что если на его один вход подать нуль, то на его выходе будет единица независимо от того, что происходит на его втором входе. Таким образом, когда на вывод 2 D1.2 поступает нуль, этому элементу будет веера вно разряжен или заряжен конденсатор С2, не зависимо от того, что происходит на выводе 1, на выводе 3 будет единица. Если на вывод 2 подать единицу ситуация изменится на обратную и мультивибратор станет генерировать импульсы.

Управление мультивибратором происходит при помощи элемента D1.1. Для запуска реле времени нужно нажать на кнопку S1 и отпустить её (замкнуть и разомкнуть её контакты). При этом конденсатор С1, при замыкании S1 разрядится и, при размыкании контактов S1 начнет заряжаться через R1. Все это время пока он заряжается уровень на входах D1.1 будет единичным и на выходе этого элемента будет нуль, а значит мультивибратор работать не будет, а в результате — тишина. Как только С1 зарядится на R1 будет низкое напряжение, соответствующее уровню логического нуля и такой же уровень будет на входах D1.1. Следовательно на выходе D1.1 будет единица и мультивибратор запустится, раздастся звук, сообщающий о том, что установленное время истекло.

Время, в течении которого заряжается С1 зависит от сопротивления R1 и чем R1 больше тем больше время. Резистор R1 переменный, если на него накрепить круг со шкалой, проградуированной в секундах, поворачивая его вал, на который нужно надеть ручку, можно будет устанавливать время, через которое, после кратковременного нажатия и отпускания S1 должен прозвучать сигнал. Разместив это устройство в подходящем корпусе можно сделать несложное реле времени для фотопечати.

Третье устройство — охранная сигнализация, которая реагирует на обрыв тонкого контрольного провода, — "шлейфа", в качестве которого может быть использован тонкий намоточный провод в лаковой изоляции. Устройство может, например, охранять багаж, в этом случае шлейфом нужно обвязать багажную сумку, так, чтобы если ее поднять шлейф обрывался. В момент обрыва включится прерывистый звуковой сигнал, который будет продолжаться пока не выключат питание или не восстановят шлейф.

Принципиальная схема охранного устройства показана на рисунке 3.

В данной схеме используются два мультивибратора, первый на элементах D1.1 и D1.2, вырабатывающий импульсы низкой частоты, такие как в "мигающем фонаре" (рисунок 1), второй на элементах D1.3 и D1.4 вырабатывает звуковые импульсы, такие как в схеме на рисунке 2. На выходе этого мультивибратора включен усилитель мощности на транзисторе VT1, в коллекторной цепи которого включен небольшой динамик от радиприемника (подойдет любой динамик).