Цифровые микросхемы — начинающим (занятие №13) — мультиплексор к561кп1

Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

Правило №2: у качественных ИБП в конструкции блока должен работать надежный фильтр в/ч сигналов.

Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

1. в/ч помехи могут приходить из бытовой сети в блок питания;
2. импульсы высокочастотного тока генерируются встроенным преобразователем и выходят из него в домашнюю проводку.

Причины появления помех в бытовой сети:

• апериодические составляющие переходных процессов, возникающие от коммутации мощных нагрузок;
• работы близкорасположенных приборов с сильными электромагнитными полями, например, сварочных аппаратов, мощных тяговых электродвигателей, силовых трансформаторов;
• последствия погашенных импульсов атмосферных разрядов и других факторов, включая наложение высокочастотных гармоник.

Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания.

Основу фильтра составляет дроссель, выполненный двумя обмотками на одном сердечнике.

Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках.

Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки. (Принцип: чем больше — тем и лучше.)

Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля. В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети.

Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

Конденсаторы подобраны так, что закорачивают ослабленные дросселем в/ч сигналы помех, направляя их на потенциал земли.

Принцип работы фильтра в/ч помех от проникновения на блок питания входных сигналов показан на картинке ниже.

Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать 220 вольт на корпус прибора.

Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать 400 вольт, а лучше — 630. Они обычно имеют форму параллепипеда.

Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала.

У импульсного блока питания важно предотвратить выход в/ч помех в бытовую сеть. Эту возможность реализует другое решение

Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.

Третья схема в/ч фильтра считается универсальной. Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя.

У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами.

Сразу же показываю схему расположения фильтров на всех цепочках блока питания: входе и выходе.

Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией

Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра.

Принцип действия

Перейдем к рассмотрению процедуры формирования канальных импульсов на примере первого ждущего мультивибратора, собранного на DD2.2. В исходном состоянии (после окончания предыдущей командной посылки) напряжение на тактовом входе «С2» (рис. 2, а) низкое.

Поскольку на входе «J2» высокий потенциал, а «К2» соединен с корпусом, на выходе «Q2» логический О (рис. 2, б). Наличие диода VD2 обеспечивает низкий потенциал и на входе «R2» (рис. 2, г).

На инверсном выходе «Q 2» потенциал всегда противоположен потенциалу прямого выхода (рис. 2, в). Конденсатор С5, очевидно, заряжен до напряжения питания (положительный потенциал на верхней по схеме обкладке).

С приходом положительного перепада на вход «С2» (момент времени t|) напряжение на выходе «Q2» скачком меняется на высокое. Конденсатор С5 начинает от этого напряжения перезаряжаться через резистор R3, напряжение на его нижней обкладке (а значит и на входе «R2») растет практически линейно (рис. 2, г). Напряжение логической единицы для входов микросхем серии КМОП составляет величину, примерно равную половине напряжения питания.

При достижении этого уровня на входе «R2» (момент времени t2) в соответствии с ранее рассмотренной логикой работы триггера происходит обнуление выхода «Q2».

Таким образом, на этом выходе формируется положительный прямоугольный импульс, длительность которого определяется положением движка потенциометра R3.

Низкий потенциал на выходе Q2 и высокий на выходе Q2 переводят схему в исходное состояние. Конденсатор С5 через открытый диод VD2 быстро заряжается до прежнего значения, подготавливая схему к следующему такту.

Рис. 2. Диаграммы работы многоканального шифратора на триггерах К561ТВ1.

Положительный перепад с инверсного выхода подается на тактовый вход «С1» верхнего триггера микросхемы, запуская аналогичный процесс формирования второго канального импульса, и т. д.

Выходные импульсы всех каналов (рис. 3, б—д) подаются на входы соответствующих дифференцирующих цепей (например C7R5 для первого). Короткие положительные всплески, пройдя через соответствующие развязывающие диоды, суммируются на резисторе R11.

Рис. 3. Формирование кодовой посылки.

Каждый из них, пересекая уровень опрокидывания элемента DD1.3 (примерно 2,5 В), формирует на его выходе короткие отрицательные импульсы. Эти импульсы быстро разряжают конденсатор С13 через открывающийся диод VD10.

Конденсатор затем медленно заряжается через резистор R12. В результате двукратного превышения уровня опрокидывания элемента DD1 .4 напряжением на конденсаторе, на выходе этого элемента формируются нормированные по амплитуде и длительности импульсы командной посылки (рис. 3, е).

Стабилизатор напряжения DA1 делает схему некритичной к напряжению используемого источника питания.

Очевидно, что количество каналов в рассмотренном шифраторе можно произвольно менять от одного до восьми путем исключения (добавления) звеньев ждущих мультивибраторов, дифференцирующих цепочек и развязывающих диодов.

Промежуточная форма представления данных для описания топологии ИС

Промежуточная форма представления данных CIF2.0 (сокращение от «Caltech Intermediate form»), разработанная в Калифорнийском технологическом институте, является средством описания графических элементарных групп (характеристик фотошаблона). Файлы в форме CIF создаются средствами САПР (топологическими редакторами, например Ledit Tanner EDA) на базе других форм представления данных, таких как символический язык геометрической структуры. Идея, положенная в основу этой формы записи, состоит в литеральном описании каждого геометрического объекта с достаточной степенью точности.

Независимо от метода проектирования топологии, полученные проекты преобразуются в форму CIF, являющуюся промежуточной формой представления данных, перед следующей трансляцией проекта применительно к различным формам выходных устройств, таких как графопостроители, устройства генерации изображений.

Назначение микросхем

В интегральном исполнении в настоящее время выполняются самые разнообразные электронные узлы с различной степенью интеграции. Из них, как из кубиков, можно собирать различные электронные устройства. Так, схему радиоприемника можно реализовать различными способами. Начальный вариант – воспользоваться микросхемами-наборами транзисторов. Соединив их выводы, можно выполнить приёмное устройство. Следующий этап – использовать отдельные узлы в интегральном исполнении (каждое в своём корпусе):

• усилитель радиочастоты;
• гетеродин;
• смеситель;
• усилитель звуковой частоты.

Наконец, самый современный вариант – весь приемник в одной микросхеме, надо лишь добавить несколько внешних пассивных элементов. Очевидно, что с ростом степени интеграции построение схем упрощается. Даже полноценный компьютер в настоящее время можно реализовать на одной микросхеме. Его производительность пока будет ниже, чем у обычных вычислительных устройств, но с развитием технологий, возможно, и этот момент удастся победить.

Логические КМОП (КМДП) элементы «ИЛИ»

Логический элемент «ИЛИ», выполненный на КМОП
транзисторах, представляет собой параллельное соединение ключей с электронным управлением. Отличие от упрощенной схемы
«2ИЛИ», рассмотренной ранее, заключается в том, что нагрузка подключается не к общему проводу схемы, а к источнику питания.
В результате образуется логический элемент «2ИЛИ-НЕ». Вместо резистора в качестве нагрузки используются p-МОП транзисторы.
Принципиальная схема логического элемента «2ИЛИ-НЕ», выполненного на комплементарных МОП-транзисторах приведена
на рисунке 6.

В схеме КМОП логического элемента «2ИЛИ-НЕ» в качестве нагрузки используются последовательно
включенные p-МОП транзисторы. В ней ток от источника питания на выход КМОП микросхемы будет поступать только если все
транзисторы в верхнем плече будут открыты, т.е. если сразу на всех входах будет присутствовать низкий потенциал
(). Если же хотя бы на одном из
входов будет присутствовать уровень логической единицы, то верхнее плечо двухтактного каскада, собранного на КМОП
транзисторах, будет закрыто и ток от источника питания поступать на выход КМОП-микросхемы не будет.

Таблица истинности логического элемента «2ИЛИ-НЕ», реализуемая КМОП микросхемой, приведена в
таблице 2, а условно-графическое обозначение этих элементов приведено на рисунке 7.

Четыре триггера Шмитта с входной логикой 2И – НЕ _ К561ТЛ1

Микросхема представляет собой четыре триггера Шмитта с входной логикой 2И-НЕ. На выходе ИС (инвертирующий триггер Шмитта) можно получить прямоугольные импульсы при входном сигнале произвольной формы. Передаточная характеристика этого логического элемента по каждому входу имеет два порога: верхний, срабатывания, и нижний, отпускания. Разность этих напряжений, (гистерезис) составляет 0,6 В при Uип = 5 В и 2 В при Uип = 10 В. Выпускается в корпусе типа 201.14-1, масса не более 1 г.

Назначение выводов: 1, 2, 5, б, 8, 9, 12, 13 – входы; 3, 4, 10, 11 – выходы; 7 – общий; 14 – напряжение питания.

Таблица истинности для одной ячейки

Номинальное напряжение питания	3…15 В
Выходное напряжение низкого уровня	<= 1 В
Выходное напряжение высокого уровня	>= 9 В
Ток потребления	<= 2 мкА
Входной ток низкого уровня	<= 0,05 мкА
Входной ток высокого уровня	<= 0,05 мкА
Выходной ток низкого уровня	>= 1,3 мА
Выходной ток высокого уровня	>= 1,3 мА
Время задержки распространения при включении (выключении)	<= 300 нс

Функциональная схема и принцип работы импульсного блока питания телевизора ЗУСЦТ

Рис. 1. Функциональная схема импульсного блока питания телевизора ЗУСЦТ:

1 — сетевой выпрямитель; 2 — формирователь импульсов запуска; 3 — транзистор импульсного генератора, 4 — каскад управления; 5 — устройство стабилизации; 6 — устройство защиты; 7 — импульсный трансформатор блока питания телевизоров 3усцт; 8 — выпрямитель; 9 — нагрузка

Пусть в начальный момент времени в устройстве 2 будет сформирован импульс, который откроет транзистор импульсного генератора 3. При этом через обмотку импульсного трансформатора с выводами 19, 1 начнет протекать линейно нарастающий пилообразный ток. Одновременно в магнитном поле сердечника трансформатора будет накапливаться энергия, значение которой определяется временем открытого состояния транзистора импульсного генератора. Вторичная обмотка (выводы 6, 12) импульсного трансформатора намотана и подключена таким образом, что в период накопления магнитной энергии к аноду диода VD приложен отрицательный потенциал и он закрыт. Спустя некоторое время каскад управления 4 закрывает транзистор импульсного генератора. Так как ток в обмотке трансформатора 7 из-за накопленной магнитной энергии не может мгновенно измениться, возникает ЭДС самоиндукции обратного знака. Диод VD открывается, и ток вторичной обмотки (выводы 6, 12) резко возрастает. Таким образом, если в начальный период времени магнитное поле было связано с током, который протекал через обмотку 1, 19, то теперь оно создается током обмотки 6, 12. Когда вся энергия, накопленная за время замкнутого состояния ключа 3, перейдет в нагрузку, то во вторичной обмотке достигнет нулевого значения.

Из приведенного примера можно сделать вывод, что, регулируя длительность открытого состояния транзистора в импульсном генераторе, можно управлять количеством энергии, которое поступает в нагрузку. Такая регулировка осуществляется с помощью каскада управления 4 по сигналу обратной связи — напряжению на выводах обмотки 7, 13 импульсного трансформатора. Сигнал обратной связи на выводах этой обмотки пропорционален напряжению на нагрузке 9.

Если напряжение на нагрузке по каким-либо причинам уменьшится, то уменьшится и напряжение, которое поступает в устройство стабилизации 5. В свою очередь, устройство стабилизации через каскад управления начнет закрывать транзистор импульсного генератора позже. Это увеличит время, в течение которого через обмотку 1, 19 будет течь ток, и соответственно возрастет количество энергии, передаваемой в нагрузку.

Момент очередного открывания транзистора 3 определяется устройством стабилизации, где анализируется сигнал, поступающий с обмотки 13, 7, что позволяет автоматически поддерживать среднее значение выходного постоянного напряжения.

Применение импульсного трансформатора дает возможность получить различные по амплитуде напряжения в обмотках и устраняет гальваническую связь между цепями вторичных выпрямленных напряжений и питающей электрической сетью. Каскад управления 4 определяет размах импульсов, создаваемых генератором, и при необходимости отключает его. Отключение генератора осуществляется при уменьшении напряжения сети ниже 150 В и понижении потребляемой мощности до 20 Вт, когда каскад стабилизации перестает функционировать. При неработающем каскаде стабилизации, импульсный генератор оказывается неуправляемым, что может привести к возникновению в нем больших импульсов тока и к выходу из строя транзистора импульсного генератора.

Возможно, вам также будет интересно

Все статьи цикла Процедурные назначения (Procedural Assignments) О непрерывных назначениях уже было сказано. Приведенное здесь описание основных идей подчеркнет различия между назначениями — непрерывными и процедурными. Итак, непрерывные назначения управляют цепями тем же способом, что и вентили, которые выдают свои выходные сигналы в цепи. И выражения на правой стороне можно трактовать как комбинаторную схему, которая

Один из способов измерения тока в электрической цепи — это измерение падения напряжения на токоизмерительном резисторе (шунте) известного сопротивления, включенном последовательно с нагрузкой. Чтобы сопротивление шунта оказывало минимальное воздействие на режим работы нагрузки, оно выбирается минимально возможной величины, что предполагает последующее усиление сигнала. В таблице 1 перечислены производители электронных компонентов, выпускающие как специализированные изделия, предназначенные для

Компания Raystar Optronics, Inc представляет графические OLED-дисплейные модули серии REA012864A с разрешением 128×64 точек. Дополнительная печатная плата позволяет сэкономить время на разработке собственной конструкции печатной платы, а дополнительная рамка с четырьмя отверстиями под винт обеспечивает быстрый монтаж модуля.
Новые дисплейные модули предназначены для домашних интеллектуальных бытовых приборов, медицинского оборудования, инструментальных панелей, переносных измерительных приборов, счетчиков и т. д.
Малоформатные дисплеи выполнены по технологии «кристалл на стекле» …

Десятичный дешифратор

Рассмотрим пример разработки схемы дешифратора из двоичного кода в десятичный. Десятичный код обычно отображается одним
битом на одну десятичную цифру. В десятичном коде десять цифр, поэтому для отображения одного десятичного разряда требуется
десять выходов дешифратора. Сигнал с этих выводов можно подать на . В простейшем случае над светодиодом можно просто подписать индицируемую цифру.Таблица истинности
десятичного дешифратора приведена в таблице 1.

Таблица 1.
Таблица истинности десятичного дешифратора.

Входы	Выходы
8	4	2	1	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1
1	1
1	1
1	1	1
1	1
1	1	1
1	1	1
1	1	1	1
1	1
1	1	1

Микросхемы дешифратора на принципиальных
схемах приведено на рисунке 2. На этом рисунке приведено обозначение двоично-десятичного дешифратора, полная внутренняя
принципиальная схема которого изображена на рисунке 1.

Точно таким же образом можно получить принципиальную схему и для любого другого декодера (дешифратора). Наиболее
распространены схемы восьмеричных и шестнадцатеричных дешифраторов. Для индикации такие дешифраторы в настоящее
время практически не используются. В основном такие дешифраторы используются как составная часть более сложных цифровых
модулей.

Логические уровни КМОП-микросхем

Логические уровни КМОП-микросхем существенно отличаются от . При отсутствии тока нагрузки напряжение на выходе КМОП-микросхемы совпадает с напряжением
питания (логический уровень единицы) или с потенциалом общего провода (логический уровень нуля). При увеличении тока нагрузки
напряжение логической единицы может уменьшается на 2,8В от напряжения питания (U_п=15В). Допустимый уровень напряжения
на выходе цифровой КМОП микросхемы (серия микросхем К561) при пятивольтовом питании показан на рисунке 9.

Как уже говорилось ранее, напряжение на входе цифровой микросхемы по сравнению с выходом обычно допускается в больших
пределах. Для КМОП-микросхем договорились о 30% запасе. Границы уровней логического нуля и единицы для КМОП-микросхем
при пятивольтовом питании приведены на рисунке 10.

Детали и конструкция

Печатная плата для четырехканального варианта приведена на рис. 4

При монтаже деталей необходимо обратить внимание на наличие перемычек П1—П5, которые следует впаять в первую очередь. Требования к используемым деталям обычные

Рис. 4. Печатная плата четырхканального шифратора.

Времязадающие конденсаторы C3 — С5, С8, С9 и С13 — пленочные. Конденсаторы дифференцирующих цепей С6, С7, CIO—С12 можно использовать керамические (КМ6, например) из группы по ТКЕ не хуже М4700.

Потенциометры регулировки длительностей канальных импульсов должны иметь как можно большую износостойкость и характеристику типа «А». Вместо триггеров К561ТВ1 можно установить их зарубежный аналог CD4027.

Поскольку элементы DD1 используются в качестве инверторов, допустима их замена на K561J1A7. Стабилизатор напряжения DA1 — любого типа на напряжение 5 В. Все диоды типа КД521(522) с любым буквенным индексом.

Внутреннее устройство цифровых микросхем ТТЛ

Все семейства цифровых микросхем, основываются на базовых логических элементах. Для всех микросхем семейства ТТЛ таким элементом является элемент 2И-НЕ, который имеет следующее внутреннее устройство. Ниже показано схема элемента 2И-НЕ и его переходная характеристика

Схема базового элемента ТТЛ 2И-НЕ и его переходная характеристика.

На входе элемента стоит многоэмиттерный транзистор VT1, затем усилительный каскад на транзисторе VT2 и двухтактный выходной каскада на транзисторах VT3, VT4.

Опишем работу логического элемента 2И-НЕ. В исходном состоянии входное напряжение не превышает 0,5 В, а эмиттерный переход транзистора VT1 открыт, данного напряжения не достаточно для перевода коллекторного перехода в открытое состояние, то же относится и к эмиттерным переходам транзисторов VT2, VT4. Поэтому данные транзисторы закрыты, а транзистор VT3 – открыт, напряжением, поступающим с R2. Диод VD3 оказывается открытым и на выходе элемента напряжение составляет примерно 3…4 В (точка А). Когда начинается увеличиваться напряжение на эмиттерах VT1, то транзистор VT2 начинает открываться, а транзистор VT3 плавно закрываться (участок А – Б). Дальнейшее увеличение напряжения на входном транзисторе приводит к тому, что транзистор VT2 ещё больше открывается, напряжение на R3 тоже возрастает и открывается транзистор VT4. В результате, эмиттерный переход транзистора VT4 шунтирует резистор R3, и транзистор VT2 резко открывается, а напряжение на выходе элемента уменьшается. В этот момент (участок Б – В) все транзисторы открыты и находятся в активном режиме. Если продолжать увеличивать входное напряжение, то транзисторы VT2 и VT4 перейдут в режим насыщения (участок В – Г), а транзистор VT3 закроется и значение выходного напряжения станет равным напряжению насыщения транзистора VT4, а ток будет ограничен резистором R4.

Участок Б – В переходной характеристики можно использовать для обработки аналоговых сигналов, в данном режиме переходная характеристика обладает высокой линейностью и максимальной потребляемой мощностью.

Принципиальная схема

Его схема приведена на рис. 1. Тактовый генератор собран на элементах DD1.1, DD1.2 по традиционной схеме. Требуемый период повторения командных посылок устанавливается подбором величины резистора R1.

Основой формирователей канальных импульсов являются JK-триггеры К561ТВ1. Для выяснения принципа их работы в качестве ждущих мультивибраторов необходимо разобраться с их собственными возможностями.

Прежде всего отметим, что каждый корпус микросхемы содержит по два одинаковых триггера. Каждый триггер имеет синхронные входы «J» и «К», сигналы на которых изменяют состояние выходов «Q» и «Q» только по приходу положительного перепада напряжения на тактовый вход «С».

Отрицательный перепад на этом входе на состояние триггера не влияет. Асинхронные входы «S» и «R» не нуждаются в подаче тактовых импульсов и определяют состояние выходов триггера непосредственно.

Для используемого варианта включения, когда на входы «S» всегда принудительно подключен корпус (логический 0), подача высокого уровня на вход «R», вне зависимости от комбинации сигналов на других входах, приведет к установлению низкого уровня на выходе «Q».

Рис. 1. Принципиальная схема многоканального шифратора на триггерах К561ТВ1.

Когда же на входе «R» низкий потенциал, состояние триггера будет определяться только сигналами входов «J» и «К». Вход «J» в схеме постоянно подключен к плюсу источника, а вход «К» — к корпусу. В таком состоянии до прихода тактового импульса на вход «С» на выходе «Q» будет низкий потенциал, а по положительному перепаду на входе он скачком изменится на высокий.

Семисегментный дешифратор

Для отображения десятичных и шестнадцатеричных цифр часто используется
.
Изображение семисегментного индикатора и название его сегментов приведено на рисунке 3.

Для изображения на таком индикаторе цифры 0 достаточно зажечь сегменты a, b, c, d, e, f. Для изображения цифры «1»
зажигают сегменты b и c. Точно таким же образом можно получить изображения всех остальных
десятичных или шестнадцатеричных цифр. Все комбинации
таких изображений получили название семисегментного кода.

Составим таблицу истинности дешифратора, который позволит преобразовывать двоичный код в семисегментный.
Пусть сегменты зажигаются нулевым потенциалом. Тогда таблица истинности семисегментного дешифратора
примет вид, приведенный в таблице 2. Конкретное значение сигналов на выходе дешифратора зависит от
к выходу микросхемы.
Эти схемы мы рассмотрим позднее, в главе, посвящённой отображению различных видов информации.

Таблица 2. Таблица истинности семисегментного дешифратора

Входы	Выходы
8	4	2	1	a	b	c	d	e	f	g
1
1	1	1	1	1	1
1	1	1
1	1	1	1
1	1	1	1
1	1	1	1
1	1	1
1	1	1	1	1	1	1
1
1	1	1

В соответствии с принципами построения произвольной таблицы истинности по произвольной таблице истинности получим
принципиальную схему семисегментного дешифратора, реализующего таблицу истинности, приведённую в таблице 2. На
этот раз не будем подробно расписывать процесс разработки схемы. Полученная принципиальная схема семисегментного
дешифратора приведена на рисунке 4.

2.5 Конструкция узла

Проектируемый двоичный шифратор 10>4 состоит из двух ИМС К155ЛА6, одной ИМС К155ЛН2, одной ИМС К155ЛЕ1 и четырех керамических конденсаторов типа КМ емкостью 0,1 мкФ.

Элементы установлены на односторонней печатной плате, изготовленной по субтрактивной технологии.

Печатная плата соответствует 3 классу плотности согласно ГОСТ 2.414?78 и имеет следующие параметры:

Материал текстолит фольгированный СФ?1Н?50Г?1,2. Шаг координатной сетки 1,25 мм

Ширина проводника t=0,25мм

Ширина пояска печатной площадки b=0,1мм

Толщина фольги печатной платы hф=50 мкм (без лужения) Толщина фольги печатной платы hф’=90 мкм (с лужением)