/
Автор: Димитрова М.И. Пунджев В.П.
Теги: электротехника электроника цифровая электроника интегральные микросхемы
ISBN: 5-283-04383-5
Год: 1988
Текст
М. Димитрова, В. Пунджев
33
схемы
с логическими
элементами
И-НЕ
ББК 32.85
Д46
УДК 621.382.049.77
К- ф.-м. н. инж. Мария И. Димитрова
Инж. Владимир П. Пунджев
33 СХЕМИ С ЛОГИЧЕСКИЙ ЕЛЕМЕНТ И — НЕ
Държавно издателство «Техника», София
Димитрова М. И., Пунджев В. П.
Д46 33 схемы с логическими элементами И — НЕ:
Пер. с болг. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.
отд-ние, 1988. 112 с.: ил.
ISBN 5-283-04383-5
Рассмотрены структура и параметры базового логи-
ческого элемента И — НЕ ТТЛ. Даны правила обращения
с ним, параметры и характеристики. Описаны 33 характер-
ные схемы — логические и импульсные, принцип действия,
изготовление и использование. Перечислены условия выбора
элементов, приведены сведения об измерении режимов в
различных точках. Описаны вспомогательные устройства и
средства контроля.
Для инженерно-технических работников, занимающихся
электроникой, и студентов.
2403000000-106
д osifoiPes..... 248-88
ББК 32.85
ISBN 5-283-04383-5
© Дополнения. Държавно из-
дателство «Техника», София
1987
© Перевод на русский язык.
Энергоатомиздат, 1988
Предисловие переводчика
Предлагаемая вниманию читателя книга представ-
ляет собой начальное пособие по цифровым интег-
ральным микросхемам (ИМС). На примере одного
лишь логического элемента И—НЕ транзисторно-
транзисторной логики (ТТЛ) авторы показывают, ка-
кими огромными возможностями обладают современ-
ные микросхемы, даже самые простые. Шаг за шагом
читателя знакомят с устройством и принципом дейст-
вия логических элементов ТТЛ, особенностями пита-
ния, правилами соединения элементов с внешними
компонентами и между собой, способами организации
на их основе логических элементов других видов, а
также импульсных устройств. Подбор материала и
его построение позволяют читателю овладеть объе-
мом конкретных знаний, которые дадут возможность
сознательно, а не механически изготовлять различные
устройства, описанные в последней главе книги.
По замыслу авторов, книга предназначена для
лиц, приступающих к знакомству с предметом; дума-
ется, однако, полезное для себя в ней найдут и более
подготовленные читатели.
В ходе перевода и редактирования в книгу вне-
сены изменения и дополнения, необходимые для со-
ветского читателя. Терминология и иллюстрационный
материал были приведены в соответствие с действую-
щими в нашей стране стандартами и нормалями. За-
рубежные наименования типов приборов заменены
отечественными либо указаны изделия-аналоги. Биб-
лиографический список несколько расширен, добав-
ленный материал — поз. 20—24
Книга снабжена примечаниями авторов и перевод-
чика. Все примечания без указания на то, чьи они,
принадлежат авторам.
1*
3
Несколько практических советов тем, кто будет
самостоятельно изготовлять устройства, описанные в
книге. Основная микросхема, на которую ориентиру-
ются авторы,— тип 7400 — содержит в одном корпусе
четыре одинаковых двухвходовых логических элемен-
та И—НЕ, связанных только общим питанием. Оте-
чественным аналогом является микросхема типа
К155ЛАЗ (155ЛАЗ, КМ155ЛАЗ), старое название
К1ЛБ553. Можно также применять микросхему
К155ЛА12 — по структуре и назначению выводов она
подобна К155ЛАЗ, но потребляемая мощность у нее
в полтора раза больше. Другая советская микросхе-
ма— тип 133ЛАЗ (К133ЛАЗ) отличается от К155ЛАЗ
только конструкцией корпуса, в остальном, включая
и назначение внешних выводов, они совпадают. До-
пустимо также использование логических элементов
с большим числом входов, например К155ЛА4 (три
трехвходовых элемента И—НЕ), К155ЛА1 (два
четырехвходовых элемента И—НЕ) и других, при ус-
ловии, что лишние входы будут включены так, как
сказано в книге. В случае отсутствия микросхем се-
рии К155 можно применять изделия и других серий
ТТЛ (К555, К158 и др.), но в этом случае номиналы
внешних компонентов (резисторов, конденсаторов)
могут отличаться от указанных в книге, и поэтому
выбор следует делать после консультации с более
опытным товарищем.
Отзывы о книге, замечания и пожелания просьба
посылать по адресу: 191065, Ленинград, Марсово
поле, 1, Ленинградское отделение Энергоатомиздата.
Предисловие авторов
Книги, посвященные интегральным микросхемам,
в частности транзисторно-транзисторной логике, в
большинстве своем адресованы специалистам или
радиолюбителям с определенной подготовкой. Поль-
зование этими книгами затруднено для лиц, делающих
первые шаги в области цифровой интегральной схе-
мотехники. Книга «33 схемы с логическими элемен-
тами И—НЕ» рассчитана именно на эту категорию
читателей.
Основное содержание книги: знакомство с устрой-
ством и особенностями работы логического элемента
(ЛЭ) И—НЕ ТТЛ, описание 33 схем с рассмотрением
необходимых средств для их реализации, питания и
проверки. Все схемы базируются на двухвходовых
ЛЭ И—НЕ универсальных серий ИМС ТТЛ. Эти
ИМС производятся в больших количествах и легко
могут быть приобретены.
Авторы выбрали 33 схемы, которые часто исполь-
зуются в практических условиях: логические элемен-
ты И, ИЛИ, ИЛИ—НЕ, НЕ, различные триггеры,
мультивибраторы, формирователи и др. Показано,
как все эти схемы могут быть реализованы с приме-
нением одних лишь ЛЭ И—НЕ. Сразу же надо огово-
риться, что подобные схемы выпускаются промышлен-
ностью в интегральном исполнении и разработчики
аппаратуры предпочитают именно их использовать
в своих конструкциях. Однако вовсе нелишне знать
способы синтеза подобных устройств только из
ЛЭ И—НЕ.
Детальное знание структуры и конкретных пара-
метров компонентов базового ЛЭ желательно, но не-
обязательно. Каждый ЛЭ можно рассматривать как
«черный ящик», роль которого в устройстве опреде-
5
ляется только его входами и выходами. Однако для
успешной реализации различных устройств НЕОБ-
ХОДИМО СТРОГОЕ СОБЛЮДЕНИЕ ОГРАНИЧИ-
ТЕЛЬНЫХ ТРЕБОВАНИЙ к входным и выходным
токам и напряжениям, к параметрам пассивных ком-
понентов (резисторов или конденсаторов), подключа-
емых ко входам или выходам. Поэтому рекомендуем
до начала монтажа любой из схем внимательно про-
читать первую главу книги.
В представленные 33 схемы входят основные ло-
гические схемы и простейшие импульсные устройства.
Изложение ведется в порядке возрастания сложности
схем, но каждая из них может быть использована
самостоятельно. Всюду, где это необходимо, сделаны
ссылки на ранее рассмотренные рисунки и таблицы.
Научитесь пользоваться таблицами истинности. Это
существенно упростит понимание принципа действия
схемы, и, что важнее, привьет навыки, которые не-
сомненно окажутся полезными для будущей работы
в данной области.
Материал последних глав предназначен облегчить
практическую деятельность радиолюбителя. Даны
самые необходимые сведения, касающиеся вопросов
питания и проверки устройств. Небольшая подборка
схем конкретных устройств имеет целью, с одной
стороны, показать, как из отдельных элементарных
узлов можно создавать сложные устройства, и с дру-
гой — предоставить читателю возможность проявить
себя в творчестве.
В приложениях представлен справочный матери-
ал: размеры корпуса, назначение выводов, параметры
ИМС ТТЛ, сравнительная таблица обозначений ЛЭ
И—НЕ, производимых в разных странах, и другие
данные, что избавляет читателя от необходимости
обращения к справочникам и каталогам.
Главы 1—6 написаны М. И. Димитровой, гл. 7,
8 — В. П. Пунджевым.
Авторы благодарят рецензентов — канд. техн,
наук Кирила Конова и Ивана Доцинского за внима-
тельное прочтение материала и критические замеча-
ния, которые помогли в устранении некоторых недо-
статков и ошибок.
В заключение авторы желают всем своим чита-
телям успехов в деле освоения интегральных схем
ТТЛ.
6
Основные обозначения
ЛЭ — логический элемент
И — элемент И (схема совпа-
дения)
И — НЕ — элемент И (схема
совпадения) с инверсией вы-
ходного сигнала
ИЛИ — элемент (схема) ИЛИ
ИЛИ — НЕ — элемент (схема)
ИЛИ с инверсией выходного
сигнала
НЕ — элемент НЕ (инвертор)
ИМС — интегральная микро-
схема
ТТЛ—транзисторно-транзистор-
ная логика
DA — микросхема интеграль-
ная аналоговая
DD — микросхема интеграль-
ная цифровая, логический эле-
мент
А, В, С, . . — входы (или
входные сигналы) логического
элемента
А, В, С, ... — инверсные значе-
ния входных сигналов
X — выход (или выходной сиг-
нал) логического элемента
X — инверсное значение выход-
ного сигнала логического эле-
мента
R, S, R, S, D, Т, J, К — входы
(или входные сигналы) тригге-
ров
Q и § - прямой и инверсный
выход триггера или ждущего
мультивибратора
С — конденсатор
R — резистор
G — генератор колебаний
VD — диод, стабилитрон
VT — транзистор
НА — прибор звуковой сигна-
лизации
HG — индикатор символьный
HL — индикатор световой сиг-
нализации
S/4 — выключатель или пере-
ключатель
SB — выключатель кнопочный
FU — предохранитель плавкий
TV — трансформатор напряже-
ния
VL — прибор электровакуум-
ный
С7П — напряжение источника
питания интегральной микро-
схемы (для ИМС ТТЛ Ua —
= +5 В)
U° и С/1 — напряжение низкого
и высокого уровня интеграль-
ной микросхемы
t/пор — пороговое напряжение
интегральной микросхемы
/°х и /°ых — входной и выход-
ной ток низкого уровня интег-
ральной микросхемы
/*х и /*ых —входной и выход-
ной ток высокого уровня ин-
тегральной микросхемы
/пот — ток потребления интег-
ральной микросхемы
иСт — напряжение стабилиза-
ции стабилитрона
/о — среднее значение выпрям-
ленного тока
/ст — ток стабилизации
Лг1э — коэффициент передачи
тока биполярного транзистора
в схеме с общим эмиттером
RBX — входное сопротивление
t — момент времени, текущее
время
t3a — время задержки импуль-
са интегральной микросхемы
ти — длительность импульса
tn, tn+i — два последователь-
ных момента времени
At — интервал времени
Т — период
Глава первая
Микросхемы
транзисторно-транзисторной логики
Устройство и принцип действия
базового логического элемента И—НЕ ТТЛ
Любое электронное устройство независимо от на-
значения и степени сложности состоит из активных
(транзисторы, интегральные микросхемы) и пассив-
ных (резисторы, конденсаторы, дроссели) компо-
нентов.
Интегральная микросхема (ИМС), или, короче,
микросхема, представляет собой изделие из активных
и пассивных элементов и соединительных проводни-
ков, выполненное в объеме и на поверхности полупро-
водникового кристалла таким образом, что создается
определенная электронная схема. Кристалл помещен
в корпус для защиты от внешних воздействий (меха-
нических, климатических и др.). Характерная осо-
бенность ИМС — большая плотность упаковки эле-
ментов.
Наибольшее распространение имеют следующие
виды ИМС:
ТТЛ — микросхемы транзисторно-транзисторной
логики на биполярных транзисторах;
ЭСЛ — микросхемы эмиттерно-связанной логики
на биполярных транзисторах;
МОП (или МДП) — микросхемы на полевых
транзисторах структуры металл — оксид — полупро-
водник (металл — диэлектрик — полупроводник);
КМОП — микросхемы с симметричной структурой
на полевых транзисторах р- и /г-типа.
В настоящее время для любителей наиболее до-
ступны микросхемы ТТЛ. По этой причине именно они
и рассматриваются в книге.
Если в устройствах, собираемых из отдельных
радиоэлементов, основным активным компонентом
являются транзисторы, число которых определяет
степень сложности схемы, то в устройствах на ИМС
8
Рис. 1.1. Логический элемент И — НЕ с выходным напряжением
низкого уровня: а — принципиальная схема; б — условное графи-
ческое обозначение
На всех входах напряжение высокого уровня
эту роль выполняют логические элементы (ЛЭ). Ло-
гический элемент представляет собой электронное
устройство, на входах и выходах которого сигнал мо-
жет иметь только один из двух дискретных уровней
напряжения: низкий или высокий. Эти уровни обыч-
но называют логическим нулем (нулевой сигнал) или
логической единицей (единичный сигнал). Выходной
сигнал связан с входными сигналами определенной
логической операцией Ч
Базовые элементы разных видов микросхем (ТТЛ,
ЭСЛ, МОП, КМОП и др.) в функциональном отно-
шении различаются. Базовым считают элемент с наи-
более простой структурой, на основе которого легче
всего создавать другие электронные схемы. Для мик-
росхем ТТЛ таким элементом является логическая
схема И—НЕ.
Схема базового ЛЭ И—НЕ семейства ТТЛ пока-
зана на рис. 1.1 и 1.2. Он образован п — р — /1-тран-
зисторами VTJ, VT2, VT3 и VT4. Транзистор VT1
устроен необычно: он имеет не один, а несколько
1 Термины «логический элемент», «логический уровень», «ло-
гическая операция» связаны с понятиями алгебры логики (бу-
левой алгебры). Подробное рассмотрение этих вопросов не тре-
буется по характеру книги,
2 Зак. 667 9
Рис. 1.2. Логический элемент И — НЕ с выходным напряжением
высокого уровня: а — принципиальная схема; б — условное гра-
фическое обозначение
Напряжение низкого уровня хотя бы на одном входе
эмиттеров. Их число определяет число входов эле-
мента. Выпускаются ЛЭ И—НЕ с 2, 3, 4 и 8 входами.
Все входы ЛЭ И—НЕ равноценны. Мы рассмотрим
простейший случай — ЛЭ с двумя входами. Кроме
транзисторов элемент содержит четыре резистора и
один диод. Структура реального ЛЭ отличается от
изображенной на рисунке. Кроме показанных схем-
ных элементов здесь имеются паразитные транзистор-
ные и диодные структуры. При работе в нормальных
режимах они, однако, заперты и ими можно спокойно
пренебречь.
Приведенные на рисунках номиналы резисторов
характеризуют так называемые универсальные (стан-
дартные) серии ТТЛ1. В книге рассматриваются
1 Семейство ИМС ТТЛ включает в себя следующие серии:
микромощные — с пониженным потреблением мощности и невы-
соким быстродействием (отечественные серии 134 и КР134. —
Пер.); универсальные (стандартные) — со средним потреблением
мощности и средним быстродействием (133, К133, 155, К155,
К.М155. — Пер.); быстродействующие — повышенного быстродей-
ствия и с наиболее высоким потреблением мощности (130 и
К131. — Пер.у, высокого быстродействия на транзисторах Шотки
(530 и К.531. — Пер.)\ маломощные на транзисторах Шотки (533
и К555. — Пер.), по быстродействию близкие к универсальным, а
по потреблению — к микромощным.
10
приборы только этих серий, как наиболее распрост-
раненные. Для изготовления устройств по схемам,
описанным ниже, можно применять ЛЭ И—НЕ и
других серий. При этом в отдельных случаях потре-
буется некоторое изменение номиналов навесных ра-
диоэлементов.
При рассмотрении работы базовых ЛЭ И—НЕ
сделаем следующие допущения (технически оправ-
данные):
падение напряжения на р — «-переходах, смещен-
ных в прямом направлении (т. е. проводящих), не-
изменно и равно 0,7 В;
падение напряжения на открытом (проводящем)'
диоде также неизменно и равно 0,7 В;
падение напряжения на переходе коллектор —
эмиттер насыщенного транзистора пренебрежимо
мало;
напряжение на входе ИМС, превышающее 2 В,
принято за высокий уровень и считается логической
единицей
напряжение ниже 0,8 В на входе принято за низ-
кий уровень и считается логическим нулем 1 2.
Рассмотрим два случая работы элемента.
А. На все входы ЛЭ И—НЕ подано напряжение
высокого уровня (рис. 1.1). В этом случае на его вы-
ходе действует напряжение низкого уровня3. Это
значит, что транзистор VT3 отперт и насыщен. Со-
гласно принятому допущению напряжение на базе
VT3 равно +0,7 В. Транзистор VT2, эмиттерный ток
которого обеспечивает насыщение VT3 (часть этого
тока протекает и через резистор R3), тоже насыщен,
поэтому напряжение на его базе равно 1,4 В.
На эмиттерах транзистора VT1 высокое напряже-
ние, на базу через резистор RJ подано напряжение
1 В действительности входное напряжение высокого уровня,
как правило, превышает 2,4 В. Разность 0,4 В называется по-
мехоустойчивостью («шумовым иммунитетом») и характеризует
устойчивость ЛЭ к внешним помехам.
2 В действительности входное напряжение низкого уровня
обычно бывает ниже 0,4 В. Разность 0,4 В также характеризует
помехоустойчивость.
3 В действующей аппаратуре непосредственно подключать
входы ТТЛ к шине питания, как показано на рис. 1.1 и 1.2
(вход А), нельзя, так как входной ток будет превышать допусти-
мое значение. С неиспользуемыми входами ЛЭ И — НЕ следует
поступать, как показано в табл. 1.1.,, 1.3 и на рис. 2.2. (Пер.)
2*
И
Un = Ц-5 В, а напряжение на коллекторе равно
+ 1,4 В. В этих условиях переходы эмиттер — база
смещены в обратном направлении, а переход база —
коллектор — в прямом, что соответствует инверсному
включению транзистора. При таком включении коэф-
фициент усиления по току очень мал. Этим объясня-
ется тот факт, что ток, протекающий через каждый
вход, невелик — около 40 мкА.
Через переход база — коллектор транзистора VT1
протекает ток
к
5 В — 2,1 В
“ 4 • 103 Ом
« 0,7 мА,
который является базовым током транзистора VT2.
Такого тока достаточно для насыщения транзи-
стора VT2. Напряжение на коллекторе VT2 при этом
будет +0,7 В. Оно запирает транзистор VT4, причем
для большей гарантии добавлен диод VD1. Таким
образом, транзистор VT4 выключен, а выходной ток
ЛЭ равен коллекторному току транзистора VT3. Для
логических элементов И—НЕ ТТЛ универсальных
серий с обычной нагрузочной способностью выходной
ток /вых не должен превышать 16 мА.
При напряжении высокого уровня на всех вхо-
дах ЛЭ И—НЕ на выходе действует напряжение
низкого уровня. Транзистор VT1 включен инверс-
но, VT2 и VT3 отперты и насыщены, a VT4 заперт.
Входной ток ЛЭ пропорционален числу входов, а
также току одного эмиттера многоэмиттерного
транзистора, но не превышает 40 мкА (обычно
равен 10 мкА). Входной ток «втекает»1 в ЛЭ.
Максимальный выходной ток 16 мА. Он также
«втекает» в ЛЭ.
Б. На один из входов или на все входы ЛЭ И—НЕ
подано напряжение низкого уровня. На рис. 1.2, а
показано, что один из входов подключен к шине 0п,
а другой к общей шине. Теперь транзистор VT1 вклю-
Понятия «втекающий» и «вытекающий» применительно к
току ИМС условны и зависят от выбранного направления тока.
Принято считать, что ток течет от плюса источника питания к
минусу. Сравните, например, направления стрелок на условном
графическом обозначении транзисторов типа р — п — р и
п р ~ п. (Пер.)
12
чен нормально. Один из его эмиттеров (В) имеет бо-
лее низкий потенциал, чем потенциал базы. Ток этого
эмиттера является в сущности входным. Его значение
определяется сопротивлением резистора R1 и не пре-
вышает 1,6 мА. Напряжения в различных точках
схемы указаны на рисунке. Транзисторы VT2 и VT3
заперты (назначение резистора утечки R3 — пред-
охранять VT3 от отпирания начальным током VT2).
Транзистор VT4 отперт током, протекающим через
базу и резистор R2, но при этом не насыщается. Если
/вых 2,3 мА, выходное напряжение высокого уровня
t/вых > 2,4 В, т. е. превышает минимальное допус-
тимое.
При напряжении низкого уровня хотя бы на
одном из входов ЛЭ И—НЕ на выходе действует
напряжение высокого уровня. Переход эмиттер —
база транзистора VT1 смещен в прямом направле-
нии, а переход база — коллектор — в обратном.
Транзисторы VT2 и VT3 заперты, a VT4 отперт, но
не насыщен. Максимальный входной ток 1,6 мА.
Он «вытекает» из ЛЭ. Максимальный выходной
ток 2,3 мА. Он также «вытекает» из ЛЭ.
Транзисторы VT2, VT3 и VT4 (рис. 1.1 и 1.2) об-
разуют так называемый сложный инвертор. В каждом
состоянии ЛЭ один из двух выходных транзисторов —
VT3 или VT4 — отперт. Благодаря этому выходное
сопротивление ЛЭ в обоих состояниях достаточно
мало. Тем самым обеспечивается быстрый заряд и
разряд паразитных емкостей, которые могут быть на
выходе. Во время переключения транзисторов VT3 и
VT4 из одного состояния в другое ток, потребляемый
ЛЭ от источника питания, резко возрастает. Причина
в том, что при переключениях оба транзистора в те-
чение весьма короткого времени бывают отперты од-
новременно и ток в цепи питания ограничен только
резистором R4 (около 130 Ом)1.
1 Имеется также разновидность ИМС — так называемые
микросхемы с открытым коллектором, в выходном каскаде кото-
рых отсутствуют транзистор VT4, диод VD1 и резистор R4. Такие
ИМС удобно использовать с внешней нагрузкой для выходного
транзистора VT3 в виде резистора, лампы накаливания, свето-
диода и др. См., например, элемент DD1 на рис. 7.16, б (микро-
схема типа К155ЛА8). (Пер.),
13
Сложный инвертор из двух транзисторов VT3
и VT4 имеет низкое выходное сопротивление, что
обеспечивает высокое быстродействие и возмож-
ность подключения к выходу ЛЭ до 10 входов от
микросхем той серии.
При переключениях каждого ЛЭ помимо роста
потребления энергии возможно появление помех в
шинах питания. Поэтому в цепи питания рекомен-
дуется применять фильтры. Часто роль фильтра
исполняют конденсаторы емкостью 0,01...0,10 мкФ
с малой индуктивностью вводов, подключаемые
непосредственно между шиной питания и общей
шиной.
Правила работы
с логическими элементами И—НЕ ТТЛ
Для успешного применения ЛЭ И—НЕ необходи-
мо соблюдение ряда правил, обусловленных структу-
рой ИМС и параметрами входящих элементов (см.
рис. 1.1). Лишь при точном соблюдении этих правил
можно создавать надежно ра-
ботающие устройства. Это ка-
сается главным образом напря-
жения питания, подключения
внешних пассивных компонен-
бшдя шина.
Шина питания
<-
. ® 8
ннн
--------------1 —
НН
Рис. 1.3. Пример печатной платы
для установки микросхем серии
К155
Установочные размеры и нумерацию вы-
водов см, в приложениях 1 и 2
НН
IHH
НИН
Рис. 1.4. Зависимость
тока потребления от
выходного состояния
ЛЭ И —НЕ
IIIIII
14
Таблица 1.1. Включение внешнего резистора
Схема
Пояснение
Резистор включен между входом ЛЭ и общей шиной
R < 500 Ом — падение напря-
жения на резисторе за счет вход-
ного тока ЛЭ меньше 0,4 В, что
соответствует напряжению низко-
го уровня на входе ЛЭ
R > 5 кОм — падение напряже-
ния на резисторе за счет входно-
го тока ЛЭ превышает 1,3 В, т. е,
на входе действует напряжение
высокого уровня
Примечание. Входное на-
пряжение Uпор = 1,3 В, при кото-
ром происходит переход из одно-
го состояния в другое, называют
пороговым. Чтобы обеспечить на
входе напряжение высокого уров-
ня, заведомо превышающее поро-
говое, сопротивление R должно
быть больше 5 кОм
Резистор включен между входом и выходом ЛЭ
240 Ом < R < 470 Ом — если
вход А подключен к другому эле-
менту, от которого поступают
управляющие сигналы .высокого и
низкого уровня, чередующиеся во
времени
Примечание. Когда вход А
оставлен открытым, возможно са-
мовозбуждение
Резистор включен между входом ЛЭ и шиной питания
R =1,0... 3,3 кОм — если по
каким-либо причинам Un может
достигать +5,5 В
R — 0 — когда есть уверенность,
что U„ ни в коем случае не ста-
нет больше +4,5 В
15
Продолжение табл. 1.1
Схема
Пояснение
Резистор R2 включен между источником сигнала и входом ЛЭ
Сопротивление R2 суммируется
с сопротивлением R1 источника
сигналов. Если известны напряже-
ния высокого (L71) и низкого (t/°)
уровней, развиваемых источником
сигнала, значение R2 (в кило-
омах) находят по формулам
R2^Q,9U^
R2 > 0,5 + 0,3 [4
Если результат расчета по пер-
вой формуле окажется меньше,
чем по второй, то это означает,
что уровни L/0 и U1 не подходят
и их следует изменить. (Здесь
подразумевается внешний источ-
ник сигналов, у которого уровни
выходного напряжения отличают-
ся от допустимых уровней для
ТТЛ, — Пер.)
Резистор R2 включен параллельно источнику сигнала
Резисторы R1 и R2 образуют
делитель напряжения, и на вход
ЛЭ попадает только часть Ua сиг-
нала источника, т. е.
т> ___ ПО
A R1 4- R2
причем R2 вычисляется по извест-
ным значениям С7И и R1 отдельно
для напряжения низкого (Ua <Z
<0,4 В) и высокого (Ua>2,4 В)
уровня
16
Таблица 1.2. Включение внешнего конденсатора
Схема
Пояснение
Конденсатор подключен между входом ЛЭ и общей шиной
С = 1 ... 3 нФ, не более, ина*
че во время переключений воз*
можно возникновение колеба-
ний с частотой до 10 мГц. При
заряде конденсатора входным
током ЛЭ время задержки
t = 1,45С,
где t берется в микросекундах,
С — в нанофарадах
Примечание. В более сложных схемах, где приняты
меры против самовозбуждения (например, путем использова-
ния #3-триггера), емкость конденсатора может быть и большей
Конденсатор включен на выходе ЛЭ
С 1 нФ — включение этого
конденсатора увеличивает дли-
тельность фронта и спада и ве-
дет к росту потребления энер-
гии. Такого включения по воз-
можности следует избегать
Конденсатор включен между выходом одного ЛЭ и входом
другого
СнФ—конденсатор мож-
но рассматривать как раз-
делительный. При большей ем-
кости во время положительно-
го фронта возможны паразит-
ные колебания. (Значения К
см. в табл. 1.1.) Чтобы предо-
хранить входы ЛЭ от выброса
отрицательного напряжения,
возникающего вследствие диф-
ференцирования сигнала RC-
цепочкой, необходимо преду-
смотреть диодную защиту (на
рисунке показана штрихами)
Примечание. Входы ЛЭ ТТЛ отечественного производ-
ства снабжены диодами, которые изготовляются вместе с
остальными элементами в ходе единого технологического про-
цесса. В нормальных условиях диоды всегда заперты и не
влияют на работу микросхемы. (Пер.)
17
Таблица 1.3. Напряжение на выводах ЛЭ
Схема Пояснение
„ д « L Оптимальны & X э—их й режим работы ЛЭ и А < +0,8 В; +2,4 В < Пх < <+5 В — на входе ЛЭ действует напряжение низкого, а на выхо- де — высокого уровня СЛ>+2 В; 0 < Ux<+0,4 В - на входе ЛЭ действует напряже- ние высокого, а на выходе — низ- кого уровня
Подача на вход ЛЭ напряжения, которое может принимать
отрицательное значение
Подача на входы отрицательно-
го (относительно общей шины)
напряжения ниже, чем —1,4 В,
недопустима. Если входное напря-
жение может принимать и отрица-
тельное значение, следует преду-
смотреть диодную защиту (пока-
зана штрихами)
Примечание. Здесь и ниже в табл. 1.3 подразумевается,
что генератор входных сигналов имеет собственный источник пи-
тания и может не быть микросхемой ТТЛ. (Пер.)
Подача на вход ЛЭ напряжения, которое может превышать
напряжение источника питания
При этом охранный диод отпи-
рается и защищает входы ЛЭ от
перенапряжения
Подача напряжения, которое может быть выше 4*5 В или
ниже —1,4 В
Защита осуществляется двумя
диодами (совмещение двух пре-
дыдущих схем)
18
Таблица 1.4. Соединение ЛЭ между собой
Схема
Пояснение
Подключение входов ЛЭ к выходу другого ЛЭ
Ш
К одному выходу ЛЭ можно
подключать до /Сраз = 10 вхо-
дов подобных ЛЭ. Если неко-
торые из входов соединены па-
раллельно (см. DD3, DD4 и
DD5), учитывается каждый из
них. На схеме к выходу DD1
подключено 9 входов.
Число /Сраз называют коэф-
фициентом разветвления по
выходу
Примечание. Выпускаются также специальные (буфер-
ные) микросхемы И — НЕ, выходные каскады которых обладают
повышенной нагрузочной способностью (например, К.155ЛА12,
К155ЛА6.—Пер.) Рассмотрение их выходит за рамки этой
книги
Параллельное соединение только выходов ЛЭ
НЕДОПУСТИМО! Если на
входы ЛЭ будут поданы сиг-
налы, которые создадут напря-
жение высокого уровня на од-
ном из выходов и напряжение
низкого уровня на другом, че-
рез выходные транзисторы ло-
гических элементов DD1 и DD2
пройдет недопустимо большой
ток и вызовет повреждение вы-
ходных транзисторов
19
Продолжение табл. 1.4.
Схема
Пояснение
Параллельное соединение входов и выходов двух ЛЭ
ПП1
Лишь в том случае, когда
входы ЛЭ включаются парал-
лельно, допустимо параллель-
ное включение их выходов
Последовательное соединение двух ЛЭ
Ш Ш
При таком соединении двух
ЛЭ полярность импульса со-
храняется, а фронт и спад ста-
новятся круче. При входных
импульсах с длительностью
фронта или спада до 0,5 мкс
такое соединение применяют
для нормализации их крутизны
тов к входам и выходам, способов соединения не-
скольких ЛЭ, защиты входных и выходных элементов
от повреждения.
Согласно справочным данным питающее напря-
жение ИМС ТТЛ равно 5 В ±5 % (более подробно о
способах питания см. в гл. 7). Перед включением ре-
комендуется всегда проверять полярность и фактиче-
ское значение питающего напряжения. Превышение
напряжения или обратная его полярность ведут к
повреждению микросхемы. В случае размещения ЛЭ
И—НЕ на печатных платах желательно, чтобы шина
питания и общая шина имели максимально большую
площадь и образовывали замкнутый контур. На
рис. 1.3 представлена одна из возможных конструк-
ций печатной платы на четыре корпуса. Фильтровые
конденсаторы (показаны штрихами) между шиной пи-
тания и общей шиной необходимы в сложных устрой-
ствах, содержащих много микросхем.
На рис. 1.4 показано, как влияют переключения
ЛЭ И—НЕ на потребление энергии от источника пи-
20
тания. При смене состояний (моменты Л и f2) ток
потребления возрастает.
В табл. 1.1 указаны ограничительные условия вы-
бора сопротивлений резисторов для различных слу-
чаев включения.
В табл. 1.2 приведены ограничительные емкости
конденсатора.
В табл. 1.3 даны разъяснения, касающиеся подачи
на входы ЛЭ разных напряжений.
В табл. 1.4 представлены способы соединения не-
скольких ЛЭ.
Глава вторая
Логические элементы
Логический элемент И—НЕ
На выходе ЛЭ И—НЕ (схемы совпадения с ин-
версией выходного сигнала) возникает напряжение
низкого уровня, когда на все его входы подано на-
пряжение высокого уровня. Принцип действия под-
робно рассмотрен в первой главе (рис. 1.1 и 1.2). Это
основной элемент семейства
ТТЛ.
Работа двухвходового ЛЭ
иллюстрируется рис. 2.1. Воз-
можны следующие сочетания
входных сигналов:
оба входных сигнала низ-
кого уровня (А — О, В = 0 в
интервале от 6 до (2 и затем
после f5), сигнал на выходе —
высокого уровня (X = 1);
один из входных сигна-
лов — высокого, другой — низ-
кого уровня (Л = 1, В = 0 в
интервале от /2 до /з либо
Рис. 2.1. Временная диаграмма рабо-
ты ЛЭ И —НЕ
21
Рис. 2.2. Трехвходовый ЛЭ И — НЕ в роли двухвходового!
а — д — различные варианты подключения неиспользуемо-
го входа; е, ж — условное графическое обозначение двух-
входового ЛЭ в отечественной и зарубежной литературе
ГД = 0; В = 1 в интервале от /4 до t5), выходной сиг-
нал— также высокого уровня (X — 1);
оба входных сигнала — высокого уровня (Д =
р= В = 1 в интервале от /3 до /4), выходной сигнал —
низкого уровня (X — 0).
На рис. 2.2 показаны возможные способы приме-
нения ЛЭ И—НЕ с большим числом входов, напри-
мер с тремя: А, В и С. Если при этом задействованы
только два входа (например, А и В), то на неисполь-
зуемом третьем надо поддерживать напряжение вы-
сокого уровня: оставлять вход свободным, как пока-
22
зано на рис. 2.2, а, нежелательно. Хотя открытые
входы ЛЭ ТТЛ ведут себя подобно входам, на кото-
рые подано напряжение высокого уровня, пользовать-
ся этим обстоятельством не следует, так как растет
вероятность воздействия различных помех или, как
часто говорят, снижается помехоустойчивость схемы.
Обыкновенно неиспользуемые входы подключают
через резистор сопротивлением 1,0...3,3 кОм к шине
питания (рис. 2.2,в) либо к стабилитрону, обеспечи-
вающему напряжение высокого уровня (рис. 2.2, г)\
В первом случае допускается объединять до 10, во
втором — до 30 входов \
Логический элемент И—НЕ (схема совпадения
с инверсией выходного сигнала) реализует логиче-
скую операцию, при которой зависимость между
входными и выходными сигналами характеризует-
ся следующей таблицей истинности:
а в х
0
1
о
1
о 1
о 1
1 1
1 о
Основной ЛЭ ТТЛ осуществляет функцию
И—НЕ.
Когда применяется многовходовый ЛЭ И—НЕ
и некоторые входы не задействованы, на них сле-
дует подавать напряжение высокого уровня.
1 Можно также соединять эти входы с действующими
(рис. 2.2, б), соблюдая нормы нагрузки выхода предыдущего
каскада (см. табл. 1.4), либо с выходом отдельного ЛЭ И — НЕ,
входы которого заземлены, — так называемого генератора логи-
ческой единицы (рис. 2.2, д) , (Jlep.1
23
Логический элемент НЕ
. Логический элемент, который обеспечивает инвер-
сию (от английского inversion —переворачивание,
перестановка} входного сигнала, называют элемен-
том НЕ1 или коротко — инвертором. На выходе ин-
вертора напряжение высокого уровня, когда на вхо-
де действует напряжение низкого уровня, либо напря-
жение низкого уровня, когда на входе напряжение
высокого уровня (рис. 2.3). Особенность инвертора,
как, впрочем, и всякого реального ЛЭ, в том, что
между фронтами входного и выходного сигнала су-
ществует некоторое смещение во времени (/зд и /зд
на рисунке). Это время задержки сигнала в самой
микросхеме (/зд « /зд = /зд. ср). Для ЛЭ универсаль-
ных серий ТТЛ оно равно примерно 10 нс. Хотя вре-
мя задержки чрезвычайно мало, в некоторых случаях
с ним приходится считаться.
Рис. 2.3. Инвертор: а — временная диаграмма работы; б, в —
условное графическое обозначение в отечественной и зарубежной
литературе; г — реализация на основе ЛЭ И — НЕ
1 Инверсное значение сигналов А, В, ..., X обозначается
чертой над соответствующей буквой: А, В, ..,, X и читается как
«не а», «не бэ», «не икс»,
24
Очень просто преобразовать в инвертор ЛЭ
И—НЕ, соединив все входы (рис. 2.3, г)1.
Инвертор реализует операцию инверсии входно-
го сигнала согласно следующей таблице истин-
ности:
а=в х
1 О
о 1
Между фронтами входного и выходного сигна-
ла существует некоторая задержка.
Логический элемент И
Логический элемент И (схема совпадения)' имеет
на выходе напряжение высокого уровня, когда на все
его входы подано напряжение высокого уровня. До-
статочно только на один из входов подать напряже-
ние низкого уровня, как на выходе также возникнет
напряжение низкого уровня. Действие ЛЭ И с двумя
входами А и В поясняется на рис. 2.4. Здесь, как и на
Рис. 2.4. Логический элемент И: а —
временная диаграмма работы; б, в —
условное графическое обозначение в оте-
чественной и зарубежной литературе;
г—реализация на основе двух ЛЭ И—НЕ
1 Инверторы выпускаются и в виде микросхем, например
К155ЛН1—шесть независимых инверторов в одном корпусе,
связанных только общим питанием. (Пер.)
3 Зак. 667
25
некоторых последующих рисунках этой главы, не по-
казан временной сдвиг между входными и выходным
сигналами.
Возможны следующие случаи:
на обоих входах напряжение низкого уровня (на
рис. 2.4,а А — О, В —0 в интервале t\ ... t2 и после
h)', выходной сигнал также равен логическому нулю
(Х = 0);
на одном из входов сигнал высокого, а на дру-
гом— низкого уровня (Л = О, В = 1 в интервале
t4 ... /5 или А = 1, В —0 в интервале t2 ... /3); на
выходе остается напряжение низкого уровня (Х = 0);
оба входных сигнала высокого уровня (Л = 1 и
В — 1 в интервале /3 .. . М‘> такому сочетанию соот-
ветствует выходное напряжение высокого уровня.
Сказанное можно представить короче — в виде таб-
лицы, в которую для наглядности добавлена стро-
ка, характеризующая инвертированный сигнал X
(табл. 2.1).
Таблица 2.1. Логические уровни сигналов в схеме
на рис. 2.4 г
Сигнал Интервал времени
Л..Д2 f2.. Дз ti. . Д5
А 0 1 1 0
В 0 0 1 1
х2 = х 0 0 1 0
Xi = X 1 1 0 1
Операцию И очень просто реализовать с помощью
ЛЭ И—НЕ (DD1 на рис. 2.4,г), если к его выходу
подключить инвертор DD2. Это же видно непосред-
ственно из сопоставления двух последних строк
табл. 2.1 Ч
1 Логические элементы И выпускаются и в виде ИМС, на-
пример К155ЛИ1 — четыре независимых двухвходовых элемента
И в одном корпусе (4 X 2И), связанных только общим питанием.
W).
26
Логический элемент И (схема совпадения) реа-
лизует логическую операцию, при которой зависи-
мость между входными и выходным сигналами
определяется следующей таблицей истинности:
А В X
о
1
о
1
о о
о о
1 о
1 1
Операцию И легко осуществлять с помощью
ЛЭ И—НЕ и подключенного к его выходу инвер-
тора.
Повторитель
Повторитель осуществляет передачу логического
сигнала от входа к выходу без изменения его уровня
(только со смещением фронтов, определяемым вре-
менем прохождения сигнала в ЛЭ от входа к выхо-
ду), как показано на рис. 2.5. Часто в роли по-
Рис. 2.5. Повторитель: а — временная диаграмма работы;
б, в — условное графическое обозначение в отечественной
и зарубежной литературе; г — реализация на основе двух
ЛЭ И-НЕ
г) DU1 DH2
3*
27
Рис. 2.6. Подключение к выходу ЛЭ И—НЕ до 10 (а) и свыше
10 (б) входов ТТЛ
вторителя используют два инвертора, включенных
последовательно. Повторитель необходим в двух слу-
чаях: 1) когда надо обеспечить требуемый коэффи-
циент разветвления по выходу без изменения поляр-
ности импульса; 2) когда требуется задержка сигна-
ла на короткое (наносекунды) время без изменения
полярности. Задержка выходного сигнала относитель-
но входного за счет двух ЛЭ И—НЕ удваивается
(2/зд.ср )•
Как отмечалось, нормальная работа ЛЭ И—НЕ
возможна, когда к его выходу подключено не более
определенного числа Краз входов ЛЭ подобной серии.
(Напомним, что КРаз — коэффициент разветвления
ИМС по выходу.) Для ЛЭ И—НЕ универсальных
серий ТТЛ Краз = Ю (рис. 2.6,а). Для того чтобы с
помощью одного ЛЭ управлять большим числом
входов, к выходу его подключается элемент DD2, а
к тому — DD3 и DD4 (рис. 2.6,6). Элемент DD2 ин-
вертирует сигналы с выхода DD1, a DD3 и DD4 (так-
же инверторы) позволяют подключать к каждому
из их выходов еще по 10 входов.
28
Повторитель реализует логическую операцию,
при которой зависимость между входными и вы-
ходными сигналами определяется следующей таб-
лицей истинности:
А X
1 1
о о
Повторитель может быть реализован последо-
вательным соединением двух инверторов.
Для повторителя, собранного из ЛЭ универ-
сальных серий ТТЛ, задержка выходного сигнала
относительно входного измеряется десятками нано-
секунд.
Логический элемент ИЛИ
Логический элемент ИЛИ имеет на выходе напря-
жение высокого уровня, если хотя бы на один из вхо-
дов подано напряжение высокого уровня. Действие
такого элемента поясняет рис. 2.7. Выходной сигнал
работы; б, в — условное графическое обозначение в отечествен-
ной и зарубежной литературе; г — реализация на основе трех
ЛЭ И -НЕ
29
с напряжением высокого уровня действует в интер-
валах t\ ... t2, t3 ... /4, is • • • is, т. e. всякий раз,
когда по крайней мере на один из входов ЛЭ (а в
интервале t6 ... t7 и на два) подано напряжение вы-
сокого уровня.
На рис. 2.7, г показано, как на основе ЛЭ И—НЕ
можно реализовать ЛЭ ИЛИ Ч Элементы DD1 и DD2
включены как инверторы, a DD3 выполняет операцию
И—НЕ с инвертированными сигналами А и В. Не-
трудно видеть, что когда на входных шинах — А либо
В (или обеих одновременно) действует напряжение
высокого уровня, на вход (входы) DD3 подается на-
пряжение низкого уровня. Согласно принципу дейст-
вия ЛЭ И—НЕ напряжение низкого уровня хотя бы
на одном из входов DD3 создает на его выходе на-
пряжение высокого уровня. Только когда оба вход-
ных сигнала А и В низкого уровня, их инверсные зна-
чения будут высокого уровня, а сигнал на выходе
DD3 — низкого (Х = 0), что и должен обеспечивать
ЛЭ ИЛИ.
Логический элемент ИЛИ реализует логическую
операцию, при которой зависимость между вход-
ными и выходным сигналами определяется следую-
щей таблицей истинности:
Элемент ИЛИ может быть реализован на ос-
нове трех ЛЭ И—НЕ.
1 Логические элементы ИЛИ выпускаются и в виде микро-
схем, например К155ЛЛ1 —в одном корпусе четыре независимых
двухвходовых ЛЭ ИЛИ (4Х2ИЛИ), связанных только общим
питанием. (Пер.)
30
Логический элемент ИЛИ—-НЕ
Как следует из самого названия, логический эле-
мент ИЛИ—НЕ (схема ИЛИ с инверсией выходного
сигнала) отличается от элемента ИЛИ наличием ин-
вертора на выходе, и поэтому здесь выходные сигна-
лы инверсны сигналам исходного элемента: когда
хотя бы на один из входов подано напряжение высо-
кого уровня, на выходе будет напряжение низкого
уровня. Это можно видеть на рис. 2.8, а, где показа-
на зависимость выходных сигналов от входных для
двухвходового ЛЭ ИЛИ—НЕ. В интервалах t\ ... /4,
/5 ..._ /6 и t7 ... t8, когда один из двух входных сиг-
налов или оба одновременно имеют напряжение вы-
сокого уровня, на выходе существует напряжение низ-
кого уровня. Нетрудно убедиться, что с добавлением
инвертора к ЛЭ ИЛИ (см. рис. 2.7,г) он обращается
в ЛЭ ИЛИ—НЕ (рис. 2.8, г)1.
Рис. 2.8. Логический элемент ИЛИ — НЕ: а — временная диа-
грамма работы; б, в — условное графическое обозначение в оте-
чественной и зарубежной литературе; г — реализация на основе
четырех ЛЭ И — НЕ
1 Логические элементы ИЛИ — НЕ выпускаются и в виде
микросхем, например К155ЛЕ1—в одном корпусе четыре неза-
висимых двухвходовых ЛЭ ИЛИ — НЕ (4 X 2ИЛИ — НЕ), свя-
занных только общим питанием. $Дер.\ ,
31
Логический элемент ИЛИ—НЕ реализует логи- ческую операцию, для которой зависимость между входными и выходным сигналами определяется следующей таблицей истинности:
л в X
0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0
Элемент ИЛИ—НЕ основе четырех ЛЭ И— может быть реализован на НЕ.
Логический элемент Исключающее ИЛИ
Логический элемент Исключающее ИЛИ (схема
сравнения двух логических сигналов) имеет на вы-
ходе напряжение низкого уровня, когда сигналы на
обоих входах одинаковы (А — В — 1 либо А ~ В =
= 0). Если входные сигналы различаются, т. е. А У= В,
то на выходе действует напряжение высокого уровня
(рис. 2.9,а). На выходе X напряжение низкого уров-
ня существует в интервалах t0 ... t\, t2 ... t-ц
t4 ... t5, а также после t6, в течение которых оба
Рис. 2.9. Логический элемент Исключающее ИЛИ: а — временная
диаграмма работы; б, в — условное графическое обозначение в
отечественной и зарубежной литературе; г — реализация на осно-
ве пяти ЛЭ И —• НЕ
32
Таблица 2.2. Логические уровни в схеме на рис. 2.9, ?
-1 в А 5 Выход L)D3 Выход DD4 X
0 0 1 1 1 1 0
1 0 0 1 1 0 1
0 1 1 0 0 1 1
1 1 0 0 1 1 0
входных сигнала — А и В — равны соответственно
О, 1, 0 и 0. Элемент Исключающее ИЛИ может быть
собран из пяти двухвходовых ЛЭ И—НЕ (рис. 2.9,г),
причем DD1 и DD2 включены как инверторы, a DD3,
DD4 и DD5 используются по прямому назначению
Действие схемы легко проследить по табл. 2.2 при
различных комбинациях входных сигналов А и В.
Обозначения А и В присвоены сигналам на выходах
инверторов DD1 и DD2. Сигнал на выходе DD3 мож-
но определить, если иметь в виду, что на его входах
действуют сигналы А и В, а сам он представляет со-
бой ЛЭ И—НЕ. Подобным образом действует и DD4,
но для входных сигналов А и В. Выходные сигналы
указанных элементов, полученные на основе таблицы
истинности для ЛЭ И—НЕ, — это по существу вход-
ные сигналы элемента DD5, который тоже работает
как ЛЭ И—НЕ. Выходной сигнал элемента DD5 (X)
является выходным сигналом всей схемы. Логические
элементы Исключающее ИЛИ могут применяться для
сравнения логических уровней двух сигналов.
Логический элемент Исключающее ИЛИ реали-
зует логическую операцию, при которой зависи-
мость между входными и выходным сигналами
определяется следующей таблицей истинности:
Элемент Исключающее ИЛИ может служить
для сравнения уровней двух сигналов.
Элемент Исключающее ИЛИ может быть со-
бран из пяти ЛЭ И—НЕ.
1 Логические элементы Исключающее ИЛИ выпускаются и в
виде микросхем, например К155ЛП5 — в одном корпусе четыре
независимых элемента, связанных только общим питанием [Пер.)
33
Глава третья
Триггеры
Общие замечания
Триггеры представляют собой импульсные устрой-
ства, которые характеризуются наличием двух устой-
чивых состояний. Простейший триггер имеет два вхо-
да и два выхода (рис. 3.1). Выходы обозначают Q и
Q. Выход Q называют прямым, a Q—инверсным.
Уровни напряжения на обоих выходах взаимно ин-
версны: если сигнал Q = 1, то Q — 0, либо если Q —
О, то Q — 1. Необходимо еще отметить, что состояние
Рис. 3.1. ^S-триггер: а — временная диаграмма
работы; б — условное графическое обозначение;
в — схема с двумя ЛЭ И — НЕ
84
триггера, при котором Q = 1, a Q = 0, называют
единичным. При нулевом состоянии триггера Q=0h
Q = 1. С поступлением сигналов на входы триггера в
зависимости от его состояния либо происходит пере-
ключение, либо исходное состояние сохраняется.
В зависимости от функциональной связи между
логическими сигналами на входах и выходах тригге-
ры в интегральном исполнении имеют следующие
наименования: RS, RS, D, Т, JK и некоторые другие.
Теми же буквами обозначают и входы триггеров.
^S-триггер
На рис. 3.1 показан простейший триггер—типа
Здесь использованы только два ЛЭ И—НЕ. На-
значение входов: S — для установки триггера в еди-
ничное состояние и R — для возвращения в нулевое
состояние. Черточки над обозначениями входов по-
казывают, что переключение триггера происходит,
когда входное напряжение высокого уровня сменяет-
ся напряжением низкого уровня (рис. 3.1, а). Нетруд-
но видеть, что когда на входы не поступают сигналы,
триггер сохраняет свое состояние Если, например,
Q — 1 и Q — 0, т. е. триггер в единичном состоянии,
то, поскольку выход DD1 связан с одним из входов
DD2, а выход DD2— с одним из входов DD1, на двух
входах DD2 действует напряжение высокого, а на
выходе — низкого (Q = 0) уровня. В то же время на
одном из входов DD1 напряжение низкого, а на вы-
ходе— высокого уровня. Если теперь на вход S по-
ступает сигнал с обозначенной полярностью (момент
t\, рис. 3.1, а), состояние триггера не изменится, пото-
му что поступление сигнала на второй вход DD1
временно изменит только сочетание сигналов на вхо-
дах (до подачи сигнала оно было 1 и 0, а стало 0 и
0), но выходное состояние DD1 остается при этом
неизменным. Если, однако, сигнал поступит на вход
7? (момент £2), на обоих входах DD2 уже окажутся
напряжения разного уровня, состояние ЛЭ изменит-
ся и на выходе его будет напряжение высокого уров-
ня. На обоих входах DD1 окажутся напряжения вы-
1 Когда один из входов ЛЭ ТТЛ свободен, он ведет себя
подобно входу с напряжением высокого уровня.
85
сокого уровня, а на выходе — низкого, т. е. триггер
«опрокинется» и перейдет в другое состояние: Q — О
и Q = 1.
Из сказанного следует, что смена состояния триг-
гера происходит только при чередовании сигналов
низкого уровня на входах S и R. При этом, если та-
кие .сигналы поступят на оба входа одновременно, то
после их прекращения состояние триггера станет не-
определенным (состояние Q=0 или Q — 1 равнове-
роятно). Поэтому одновременная подача сигналов
низкого уровня на оба входа не разрешается.
AJS-триггер состоит из двух ЛЭ И^-НЕ. Смена
состояния происходит при чередовании на обоих
входах сигналов вида JU. Триггер «запомина-
ет» момент поступления на вход или S первого
в веренице сигналов.
Работа ^S-триггера характеризуется таблицей
состояний (индексы п и п 4- 1 означают принад-
лежность сигнала моменту времени tn и следую-
щему за ним 6i+i):
1 1
1 о
о 1
о о
Qn Qn
1 о
о 1
Неопределенное
состояние
Не разрешается одновременная подача напря-
жения низкого уровня на оба входа ^S-триггера.
jRS-триггер
Триггер типа RS, как и ^S-триггер, «запоминает»,
на какой из двух входов (R или S) поступил послед-
ний сигнал: если на вход R, триггер находится в ну-
левом состоянии (Q = 0 и Q = 1), а если на вход
S, то в единичном состоянии (Q — 1 и Q = 0).
86
Рис. 3.2. /?5-триггер: а — временная диаграмма работы; б — ус-
ловное графическое обозначение; в — схема с четырьмя ЛЭ
И-НЕ
На рис. 3.2 показана схема 7?3-триггера, выпол-
ненного на ЛЭ И—НЕ. Она отличается от схемы
^S-триггера тем, что к каждому входу добавлено по
инвертору (DD3 и DD4), которые только обеспечи-
вают необходимый уровень входных сигналов: вместо
здесь активный сигнал .Изменение входных
сигналов от низкого уровня до высокого приводит к
смене состояния триггера (моменты 6, ^2, и в
момент /4 опрокидывания не происходит, так как триг-
гер уже установлен в единичное состояние в предше-
ствующий момент— ^з).
Все сказанное относительно ^S-триггера сохраня-
ет силу и для /?3-триггера ’. Единственное различие
касается инверсии уровней входных сигналов (R вме-
сто R и S вместо S).
1 Для организации jRS-триггера обычно применяют ЛЭ
ИЛИ — НЕ. Такая схема подобна схеме ^S-триггера на рис. 3.1,0
(инверторы DD3 и DD4 не требуются), только выходы Q и
меняются местами. Временная диаграмма (рис. 3.2, а) сохраняет
свой вид. {Пер.),
37
Работа /?5-триггера характеризуется следующей
таблицей состояний:
Rn sn Qn + 1 ^n+1
0 - 0 0 1 1 0 1 1 Qn Qn 1 ’ 0 0 1 Неопределенное состояние
Смена состояния триггера происходит при чере-
довании сигналов вида 'Д на его входах. Триггер
«запоминает» момент поступления на вход R или
S первого в веренице сигналов.
Не разрешается одновременная подача напря-
жения высокого уровня на оба входа /?3-триггера.
D-триггер
Триггер типа D — это устройство с двумя устой-
чивыми выходными состояниями. Сменой состояния
управляют сигналы на информационном входе D
(рис. 3.3), но переключение происходит не сразу, а
с приходом тактового импульса на второй вход С.
Важнейшее свойство D-триггеров в том, что, как
только на вход С поступает импульс, на выходе Q
устанавливается тот же уровень напряжения, кото-
рый в этот момент действует на входе D, т. е. пере-
брос триггера происходит с некоторым отставанием
Д/ относительно смены сигнала на входе D. Поэтому
D-триггеры еще называют триггерами задержки1.
Триггер, схема которого показана на рис. 3.3, в,
содержит четыре ЛЭ_И—НЕ. Здесь DD1 и DD2 об-
разуют знакомый ^S-триггер (ср. с рис. 3.1,в). До-
полнительные элементы DD3 и DD4 превращают его
в D-триггер. Действует D-триггер следующим обра-
1 Термин «триггер задержки» иногда объясняют тем, что в
интервалах между тактовыми импульсами Р-триггер сохраняет
(задерживает) на выходе Q уровень напряжения, существовав-
ший на входе D в предыдущем такте, (Пер.)
88
Рис. 3.3. D-триггер: а — временная диаграмма работы; б — ус-
ловное графическое обозначение; в — схема с четырьмя ЛЭ
И - НЕ
зом. Если D — 1, то при наличии тактового импульса
на выходе DD3 формируется сигнал, вид которого
показан на рис. 3.3, в. Сигнал действует на ^S-триг-
гер подобно сигналу S (см. рис. 3.1, в), и на выходе
Q устанавливается напряжение высокого уровня
(Q — 1, a Q = 0). При этом на выходе DD4 напря-
жение высокого уровня, так как в отсутствие такто-
вых импульсов (С = 0) на входе А действует напря-
жение высокого и на входе В — низкого уровня, а с
приходом тактового импульса (С=1) на входе А
возникает напряжение низкого, а на входе В — высо-
кого уровня.
Если на вход D подано напряжение низкого уров-
ня, на выходе DD3 будет напряжение высокого уров-
ня, а тактовый импульс, инвертированный элементом
DD4, как показано на рис. 3.3, в штрихами, действует
подобно сигналу R. Благодаря этому триггер снова
сменит состояние; Q = 0 и Q = 1,
39
D-триггер имеет следующую таблицу состояний:
С Dn Qn+i Qn-H
1 1 1 0
1 0 0 1
Состояние выхода Q совпадает с состоянием
входа D в момент поступления тактового импульса
на вход С. Триггер можно собрать из четырех ЛЭ
И—НЕ.
Г-триггер
Триггер типа Т представляет собой устройство с
двумя устойчивыми выходными состояниями, сменой
которых управляют только по одному входу Т
(рис. 3.4,6). Подача импульса на этот вход всегда
приводит к смене состояния триггера. На выходе Q
возникает уровень напряжения, бывший на Q, и на-
оборот.
На рис. 3.4, в показана схема Т-триггера на ЛЭ
И—НЕ. Отличие Т-триггера от D-триггера (см.
рис. 3.3, в) в том, что вход А элемента DD3 постоян-
но связан с выходом Q. Работу Т-триггера легко по-
нять. Когда Q = 1, состояние другого выхода Q = 0.
Так как вход А соединен с выходом Q, то на входе
А напряжение низкого уровня. После поступления
тактового импульса на вход Т на выходе Q устано-
вится напряжение низкого уровня (Q = 0, и Cj= 1).
При поступлении следующего тактового импульса на
входе А уже будет напряжение высокого уровня и
произойдет новая смена состояния (рис. 3.4, а)1.
1 Триггер, собранный по схеме на рис. 3.4, в, устойчиво ра-
ботает, если длительность импульса на входе Т меньше времени
задержки сигнала в элементах, образующих триггер. В против-
ном случае, когда Т — 1, происходит самовозбуждение, так как
после каждого переброса триггерной ячейки DD1, DD2 сигналы
на ее входах (S) и (7?) за счет соединения выхода Q со вхо-
дом А меняют свое значение, что приводит к новому перебросу.
(Сказанное относится и к схеме //(-триггера на рис. 3.5, в.)
Триггер, собранный по схеме на рис. 3.4, г, свободен от этого не-
достатка: благодаря дифференцирующим /?С-цепочкам воздей-
ствие сигнала Т здесь весьма кратковременно. {Пер.)
40
DU 2
Рис. 3.4. Т-триггер:
а — временная диа-
грамма работы; б —
условные графические
обозначения; в — схе-
ма с четырьмя ЛЭ
И—НЕ; г — схема с
двумя ЛЭ И — НЕ,
конденсаторами и ре-
зисторами
Состояние Т-триггера меняется с поступлением
на вход очередного импульса. Таблица состояний
Т-триггера имеет следующий вид:
т п Зп-М Qn + l
0- Qn Qn
1 Qn Qn
Триггер можно собрать из ЛЭ И—НЕ.
4 Зак. 667
41
/Х-триггер
Триггер типа JK представляет собой устройство о
двумя устойчивыми выходными состояниями, обла-
дающее двумя информационными входами J и К
[(рис. 3.5,6). По принципу действия он сходен с /?S-
триггером, с той разницей, что в состояниях //(-триг-
гера нет неопределенности при одновременном посту-
плении сигналов высокого уровня на оба входа. На
рис. 3.5, в показана схема //(-триггера на ЛЭ И—НЕ 1.
Она отличается от схемы /?5-триггера (см. рис. 3.2, в)[
только тем, что элементы DD3 и DD4 включены не
как инверторы, а по входам А3 и А4 управляются
сигналами с выходов триггера Q и Q соответственно.
Работу схемы поясняет рис. 3.5, а. Если //(-триг-
гер находится в нулевом состоянии (Q = О, а Q —
= 1 — до момента ti) и на вход / поступит сигнал по-
казанного на рисунке вида, на выходе DD3 за счет
связи выхода Q с входом А3, возникнет сигнал вида
J/H. Он будет действовать подобно сигналу S на
входе ^S-триггера, образованного элементами DD1 и
DD2, т. е. вызовет смену состояния триггера. (В это
время на входе К напряжение низкого уровня, на
входе В4, связанном с ь. Дходом Q, также низкий уро-
вень, в результате чего на выходе DD4 напряжение
высокого уровня.) Еслй //(-триггер пребывал в еди-
ничном состоянии (Q — 1 и Q = 0 — до момента /2)[
и сигнал поступит на вход К, то, рассуждая анало-
гично, можно убедиться, что на выходе DD4 возни-
кает сигнал (показан на рисунке штрихами), кото-
рый действует подобно сигналу R, т. е. состояние
триггера снова изменится (в этом случае на выходе
DD3 напряжение высокого уровня). Когда на обоих
входах / и К одновременно напряжение низкого уров-
ня, состояние триггера сохраняется.
До сих пор действия JK- и /?5-триггеров пол-
ностью совпадали. Вход / подобен входу S, а /(—*
входу /?.
1 Схема на рис. 3.5, в поясняет принцип действия //(-тригге-
ра, но для практического воплощения не годится из-за склонно-
сти к самовозбуждению (в этом отношении она подобна схеме
Т-триггера на рис. 3.4, в). Реальные //(-триггеры, например
КД55ТВ1, К155ТВ15, сложнее и имеют синхронное управление,
42
Рис. 3.5. //(-триггер: а — временная диаграмма работы; б — ус-
ловное графическое обозначение; в — схема с четырьмя ЛЭ
И —НЕ
Когда на входы J и К одновременно поступает на-
пряжение высокого уровня, дальнейшее поведение
триггера зависит от его исходного состояния.
1. Исходное состояние УК-триггера — единичное
(Q = 1 и Q = 0 — после момента /3). За счет связи
<3 с Аз на входе А3 = 0 и на выходе DD3 сохраняется
напряжение высокого уровня, на которое сигнал J = 1
на входе Вз не влияет. В то же самое время на вы-
ходе элемента И—НЕ (JDD4) вследствие связи входа
В4 с выходом Q (Q — 1) появится сигнал R, от ко-
торого KS-триггер, состоящий из DD1 и DD2, сменит
состояние (Q = 0, a Q=1 — после момента /4).
2. Исходное состояние триггера — нулевое (Q = 0
и Q = 1 — после момента /4). Рассуждая аналогич-
но, нетрудно убедиться, что на выходе DD4 сохра-
нится напряжение высокого уровня, а на выходе DD3
появится сигнал S, который сменит состояние RS-
триггера (Q = 1, Q = 0— после момента
Таким образом, в обоих случаях УК-триггер ме-
няет свое состояние. В этом и состоит различие меж-
ду УК- и KS-триггерами,
4*
43
Работа УК-триггера таблицей состояний:
/ к
0 0 1 0 0 1 1 1
Триггер можно собрат
определяется следующей
Qra+l Qra+l
Qra Qn 1 0 0 1 Qn Qn
гь из лэ : И—НЕ.
Триггер Шмитта
Триггер Шмитта представляет собой импульсное
устройство с двумя устойчивыми состояниями. Осо-
бенность триггера в том, что он реагирует (меняет
состояние) при определенном значении напряжения
входного сигнала. Значения входных сигналов для
перехода от высокого напряжения на выходе к низ-
кому и от низкого к высокому различны (t7Bx] > f/BX2,
рис. 3.6, а). Разность между этими напряжениями
называют напряжением гистерезиса. Напряжения,
при которых триггер Шмитта меняет состояние, ча-
сто называют еще пороговыми.
На рис. 3.6, в приведена схема простейшего триг-
гера Шмитта, содержащая два ЛЭ И—НЕ. Когда
входное напряжение ниже. t7BXi (для ЛЭ универсаль-
ных серий UBXi « 1,3 В), на обоих входах DD2 на-
пряжение низкого, а на выходе элемента — высокого
уровня. Поскольку выход DD2 соединен со входами
DD1, на выходе последнего действует напряжение
низкого уровня. Это состояние триггера — устойчивое.
С ростом входного напряжения диод VD1 отпирается
и, когда UBX достигнет 17ВХ1 (момент Л), элемент DD2
изменит свое состояние и на его выходе будет напря-
жение низкого уровня. Опять, вследствие связи выхо-
да DD2 со входами DD1, элемент DD1 изменит со-
стояние— на его выходе возникнет напряжение вы-
сокого уровня. Через резистор R2 это напряжение
поступает на вход DD2, и диод VD1 окажется запер*
тым. Это устойчивое состояние триггера Шмитта со-
44
'^ПЫХ.
Рис. 3.6. Триггер Шмитта: а — временная диаграмма работы;
б — условное графическое обозначение; в — схема с двумя ЛЭ
И-НЕ
храняется, пока входное напряжение превышает £7Вх2
(считается, что входное напряжение также поступает
от микросхемы ТТЛ и не превышает 5,5 В). Когда
входное напряжение станет ниже t7BX2, на выходе
DD2 снова появится напряжение высокого, а на вы-
ходе DD1 — низкого уровня, т. е. триггер Шмитта
вернется в исходное состояние.
Оптимальное сопротивление резисторов указано
на рисунке. Путем подбора сопротивлений R1 и R2
можно изменять в небольших пределах оба порога
переключения. Сопротивление R1 влияет только на
напряжение, при котором триггер Шмитта возвраща-
ется в исходное состояние. Диод VD1 может быть как
германиевым, так и кремниевым.
Триггеры Шмитта применяются для формирования
прямоугольных импульсов из сигналов с меняющейся
амплитудой, когда входное напряжение превышает
£7вхЬ — вплоть до момента, пока оно не станет меньше
£7вх2. Отметим, что при этом фронты импульсов ста-
новятся круче и удовлетворяются требования к фрон-
там ИМС ТТЛ. Этим свойством часто пользуются
для формирования прямоугольных импульсов из им-
пульсов с пологими фронтами,
45
Простейший триггер Шмитта может быть со-
бран с помощью двух ЛЭ И—НЕ.
Триггер Шмитта служит для получения прямо-
угольных импульсов из сигналов, меняющихся по
амплитуде, или для увеличения крутизны пологих
фронтов импульсов.
Триггер Шмитта характеризуется наличием об-
ласти гистерезиса, обусловленной различием в по-
рогах переключения. Областью гистерезиса можно
управлять в небольших пределах подбором сопро-
тивлений резисторов R1 и R2 или только R1
(рис. 3.6, в).
Глава четвертая
Формирование
импульсов
Формирование импульсов
от механических контактов
Очень часто управление определенным электрон-
ным устройством осуществляется посредством кнопки
или пары контактов, через которые на вход ЛЭ
подается напряжение высокого или низкого уровня.
Замыкание механических контактов почти всегда
сопровождается механическими вибрациями — дребез-
гом, из-за которого желаемый уровень сигнала уста-
навливается многократно (рис. 4.1). Естественно,
дребезг контактов может нарушить работу ЛЭ, на
входы которого поступают подобные сигналы. С од-
ной стороны, от этого происходят многократные вклю-
чения и выключения, а с другой — число импульсов
при каждом нажатии кнопки различно и длитель-
ность пачки импульсов /п неодинакова. Вследствие
этого при запуске ЛЭ ТТЛ от механических контак-
тов (клавиши, микропереключатели, педали, кнопки
46
Момент
замыкании
контакта
Рис. 4.1. Электриче-
ский сигнал при вза-
имодействии двух ме-
ханических контактов
DD2
Рис. 4.2. Формирователь импульса
от механических контактов с дву-
мя ЛЭ И-НЕ
разных типов и др.) требуется дополнительный фор-
мирующий каскад.
На рис. 4.2 показано подобное устройство, выпол-
ненное на двух ЛЭ И—НЕ. Действует оно следую-
щим образом. Переключатель SA в исходном состоя-
нии соединяет с общей шиной вход А2 элемента DD2.
Вследствие этого независимо от напряжения на дру-
гом входе DD2 (В2) на выходе DD2 будет напряже-
ние высокого уровня. Это напряжение, поданное на
вход В\ элемента DD1, вместе с напряжением высо-
кого уровня, поданным на другой вход Ai через ре-
зистор R1, обеспечивает на выходе DD1 напряжение
низкого уровня. Такое состояние устойчивое. Когда
кнопка нажата, на вход At элемента DD/ поступает
напряжение низкого уровня (за счет соединения с
общей шиной) и ^S-триггер, образованный элемента-
ми DD1 и DD2, сменит состояние. Если теперь кон-
такт между общей шиной и входом At элемента DD/
прервется (вследствие дребезга контактов), то на но-
вом состоянии /^S-триггера это не отразится. Смена
состояния триггера наступит только при отпускании
кнопки, когда вход Л2 элемента DD2 снова подклю-
чится к общей шине. Так, независимо от многократно-
го замыкания и размыкания механических контактов
на выходах триггера (Q и Q) будут вырабатываться
одиночные импульсы с длительностью, примерно рав-
ной времени нажатия на кнопку.
47
Механические контакты при включении являют-
ся источником импульсов, число которых и распре-
деление во времени случайно.
Схема формирования с двумя ЛЭ И—НЕ уст-
раняет эти многочисленные импульсы и вырабаты-
вает только один сигнал, пока нажата кнопка. Этот
формирователь сигналов от кнопки имеет два вза-
имно инверсных выхода Q и Q.
Рассмотрим схемы формирования сигнала от ме-
ханических контактов с применением одного ЛЭ в
двух вариантах: 1) уровень выходного сигнала изме-
няется от высокого до низкого и снова до высокого
(рис. 4.3, а); 2) уровень выходного сигнала изменяет-
ся от низкого до высокого и снова до низкого
(рис. 4.3,6). В обоих случаях, когда кнопка не нажа-
та, контакты 1 и 2 разомкнуты и конденсатор С через
резистор R1 заряжен * 1 до напряжения источника пи-
тания ип.
В схеме на рис. 4.3, а входы ЛЭ через резистор R2
соединены с общей шиной (R2 выбирают из ограни-
чительного условия R2 < 500 Ом—для сохранения
логического состояния ЛЭ). Поэтому при ненажатой
кнопке на выходе ЛЭ напряжение высокого уровня.
В момент замыкания контактов 1 и 2 кнопки высокое
напряжение Un, до которого заряжен конденсатор С,
поступает на вход ЛЭ, отчего выходное напряжение
упадет до низкого уровня. Одновременно начнется
разряд конденсатора С через R2 и напряжение на
входе ЛЭ быстро уменьшится; когда оно станет ниже
1,3 В, ЛЭ снова переключится и на его выходе воз-
никнет напряжение высокого уровня. Длительность
выходного импульса зависит от значений С и R2.
После отпускания кнопки конденсатор С опять заря-
дится до напряжения Un и устройство готово к фор-
мированию нового импульса.
1 Параметры R1 и С на входе ЛЭ выбирают из следующих
условий: с одной стороны, обеспечить разряд конденсатора С за
время от первого касания контактов до начала дребезга (менее
1 мс), и с другой — обеспечить заряд конденсатора за время,
превышающее общую продолжительность дребезга (более 50 мс),
(Пер.)
48
Формирователь, показанный на рис. 4.3, б, дейст-
вует подобным же образом. Когда кнопка нажата,
разряд конденсатора С происходит через малое со-
противление контактов 1 и 2. Данный вариант инте-
ресен тем, что формирователь может быть объединен
со ждущим мультивибратором (одновибратором, пока-
зан условно — штрихами) и вырабатывать импульсы
при включении питающего напряжения. Действи-
тельно, перед включением напряжения Un конденса-
тор С разряжен. Напряжение на обкладках конден-
сатора сразу после подачи Un также равно нулю,
вследствие чего на выходе ЛЭ напряжение высокого
уровня. Конденсатор С через резистор R1 начинает
заряжаться и через некоторое время, определяемое
значениями R1 и С, напряжение на верхней обклад-
ке достигнет 1,3 В, а затем и превысит это значение.
Тогда ЛЭ переключится и на его выходе установится
напряжение низкого уровня. Этот перепад от высо-
кого уровня к низкому запустит ждущий мультивиб-
ратор, который выдаст импульс для установки дру-
гих узлов в исходное состояние.
JWf
^вых
&
Рис. 4.3. Формирователь импульса от механических контактов с
одним ЛЭ И — НЕ
49
Формирователь сигнала от механических кон-
тактов с одним ЛЭ И—НЕ обеспечивает одиноч-
ный импульс вместо пачки импульсов, возникаю-
щих вследствие дребезга контактов.
Длительность импульса на выходе ЛЭ зависит
от емкости С, определяющей время разряда кон-
денсатора через резистор R2 (схема на рис. 4.3, а),
или от продолжительности нажатия на кнопку
(схема на рис. 4.3,6).
Выходной сигнал может быть низкого (схема
на рис. 4.3, а) или высокого (схема на рис.. 4.3, б)
уровня.
Если к ЛЭ подключить ждущий мультивибра-
тор, можно создать один импульс большой дли-
тельности и. тем самым исключить влияние дребез-
га контактов.
Укорочение импульса посредством двух ЛЭ И—НЕ
и интегрирующей /?С-цепочки
Создание импульса короче входного (укорочение
импульса) можно осуществить по схеме на рис. 4.4.
Элемент DD1 работает как инвертор. Резистор и кон-
денсатор образуют интегрирующую цепочку. Дейст-
вие ее состоит в «заваливании»
на выходе DD1 (напряжение
Uc). Элемент DD2 (И—НЕ)
работает по прямому назначе-
нию. На один его вход посту-
пает входной сигнал (7ВХ, а на
другой — напряжение Uc- Толь-
ко в интервале от 6 до t2 на-
пряжение Uc превышает UnoP
Рис. 4.4. Формирователь укороченных импульсов с двумя ЛЭ
И — НЕ и интегрирующей РС-цепочкой
50
Рис. 4.5, Формирователь укороченных
импульсов с одним ЛЭ И — НЕ при по-
ступлении входных сигналов с двух вы-
ходов триггера
Рис. 4.6. Формирователь укороченных импуль-
сов с двумя ЛЭ И — НЕ и интегрирующей
/?С-цепочкой на входе
51
и совпадает с положительным сигналом на другом
входе элемента И—НЕ, вследствие чего на выходе
DD2 возникает импульс низкого уровня.
Значения R и С определяются из условий обеспе-
чения нормальной работы ЛЭ И—НЕ (см. гл. 1).
Длительность укороченного импульса определяется
произведением RC.
Когда для получения укороченного импульса
употребляют выходные сигналы триггера, элемент
DD1 становится ненужным. В таком случае обычно
используют оба выхода триггера Q и Q, сигналы на
которых взаимно иуверсны. Схема этого варианта
формирователя показана на рис. 4.5. Временные
диаграммы работы соответствуют приведенным на
рис. 4.4, б.
В схеме на рис. 4.6, а используется тот же прин-
цип, как и в предыдущей схеме, но 7?С-цепочка под-
ключена ко входам ЛЭ. Действие схемы поясняется
временными диаграммами. Нетрудно заметить, что
в зависимости от уровня входного импульса (7ВХ сов-
падение сигналов высокого уровня обеспечивает уко-
роченный импульс на выходе, в свою очередь совпа-
дающий либо с передним (рис. 4.6,6), либо с зад-
ним (рис. 4.6, в) фронтом входного.
Укорочение импульса достигается за счет пода-
чи на входы ЛЭ взаимно инверсных сигналов, один
из которых проходит через интегрирующую RC-
цепбчку.
Длительность полученного импульса зависит от
номинальных значений 7? и С. Допускается
R < 250 Ом и С = 1 ... 3 нФ.
Вследствие разброса параметров у разных эк-
земпляров ЛЭ необходимо считаться с невысокой
точностью длительности выходных импульсов.
Укорочение импульса высокого уровня
посредством одного ЛЭ И—НЕ
и дифференцирующей 1?С-цепочки
Схема, приведенная на рис. 4.7, а, позволяет выра-
батывать укороченные импульсы по переднему фрон-
ту входного сигнала. Здесь используется дифферен-
цирование входного сигнала 7?С-цепочкой. В резуль-
52
Рис. 4.7. Формирователь укороченных импульсов с одним ЛЭ
И — НЕ и дифференцирующей 7?С-цепочкой на входе
тате дифференцирования на входе ЛЭ (точка Л) об-
разуются два остроконечных импульса положительной
и отрицательной полярности, соответствующие фрон-
ту и спаду входного импульса. Обратное сопротивле-
ние диода VD гораздо больше сопротивления рези-
стора R и на положительный остроконечный импульс
практически не влияет. Для отрицательного остроко-
нечного импульса определяющим является прямое
сопротивление диода, которое гораздо меньше сопро-
тивления R. Поэтому дифференцированный сигнал в
точке А имеет вид, изображенный на временной диа-
грамме. Так, только в интервале /1 ... /2 напряжение
на входе ЛЭ И—НЕ превышает Unop и действует как
напряжение высокого уровня, а на выходе ЛЭ — на-
пряжение низкого уровня. Длительность выходного
импульса зависит от значений R и С, образую-
щих дифференцирующую цепочку. Сопротивление R
определяется условиями нормальной работы ЛЭ: па-
дение напряжения на R за счет тока, вытекающего из
53
входной цепи ЛЭ (см. гл. 1), не должно превышать’
допустимое напряжение низкогсг уровня, поэтому сле-
дует выбирать Л < 500 Ом.
Укорочение импульса высокого уровня дости-
гается путем дифференцирования. Сопротивление
резистора дифференцирующей цепочки выбирается
в пределах 100 Ом с < 500 Ом.
Длительность укороченного импульса характе-
ризуется невысокой точностью и разбросом для
разных экземпляров ЛЭ.
Укорочение импульса низкого уровня
посредством одного ЛЭ И—НЕ
и дифференцирующей /?С-цепочки
Схема укорочения импульса на рис. 4.7, б внешне
очень похожа на предыдущую схему. Существенное
отличие, которое обусловливает и особенность дейст-
вия, состоит в сопротивлении резистора (более
5 кОм) и в назначении диода. На резисторе R под
действием тока, вытекающего из входной цепи ЛЭ,
создается падение напряжения, соответствующее вы-
сокому уровню (t/1 > t/nop). Диод VD служит для
ограничения положительного выброса напряжения,
возникающего в результате дифференцирования на-
растающего фронта входного сигнала (штриховой
«пик» на рисунке).
Благодаря диоду напряжение в точке А имеет
вид, показанный на временной диаграмме. Только в
интервале t\ ... /2 напряжение на входе ЛЭ DD1
меньше t/nOp, а на его выходе действует напряжение
высокого уровня {DD1 включен как инвертор). Дли-
тельность выходного импульса зависит от значений
R и С. Сопротивление R выбирается таким, чтобы
обеспечить напряжение высокого уровня в точке А в
отсутствие входного импульса.
Укорочение импульса низкого уровня достига-
ется путем дифференцирования.
Сопротивление резистора дифференцирующей
цепочки должно быть более 5 кОм.
Длительность укороченного импульса характе-
ризуется невысокой точностью и разбросом для
разных экземпляров ЛЭ.
54
Укорочение импульса посредством одного ЛЭ И—НЕ,
дифференцирующей /?С-цепочки
и резистивного делителя напряжения
Укорочение импульса также происходит путем диф-
ференцирования (рис. 4.8). Отличие от предыдущей
схемы (см. рис. 4.7) состоит в потенциале точки А. С по-
мощью делителя Rl, R2 в точке А устанавливается в
отсутствие сигнала напряжение около 3,3 В, т. е. на
входе DD1 обеспечивается напряжение высокого уров-
ня. Когда поступает входной сигнал, на выходе диффе-
ренцирующей /?С-цепочки возникает напряжение £/.4,
форма и уровни которого представлены на диаграмме.
Положительный остроконечный импульс ограничивает-
ся диодом (на рисунке показан штрихами).
В некоторых случаях, когда фронты входных сиг-
налов не очень круты, можно обойтись без диода.
Сопротивление делителя по отношению к входному
сигналу равно сопротивлению параллельно включен-
ных резисторов R1 и R2.
Только в интервале 6 ... t2 напряжение на входе
элемента И—НЕ (точка А на рис. 4.8) меньше, чем
t/пор, а на выходе — напряжение высокого уровня.
Длительность этого импульса зависит от сопротивле-
ния резисторов R1 и R2, а также емкости конденса-
тора С.
Рис. 4.8. Формирователь укороченных импульсов с одним ЛЭ
И — НЕ, дифференцирующей /?С-цепочкой и делителем напряже-
ния на входе
55:
Укорочение импульса достигается путем диф-
ференцирования.
Сопротивление резисторов R1 и R2 (рис. 4.8)
принимается равным 1 кОм.
Длительность укороченного импульса характе-
ризуется невысокой точностью и разбросом для
разных экземпляров ЛЭ.
Формирование очень коротких импульсов
Для создания очень коротких (десятки наносе-
кунд) импульсов, совпадающих с фронтом входного
сигнала, используется время задержки импульса
при прохождении через ЛЭ. С этой целью ЛЭ
DD1 ... DD3 включаются как инверторы (рис. 4.9),
причем последовательно, один за другим. (Число ин-
верторов должно быть нечетным.) Последний ЛЭ
(DD4) играет роль схемы совпадения для сигналов
высокого уровня. Это видно на временной диаграмме.
На выходе DD4 длительность импульса ти — 3/зд
(за счет последовательного соединения трех ЛЭ).
JDD1 JJD2 DD3
56
Для ЛЭ И—НЕ универсальных серий ИМС это вре-
мя составляет примерно 10 ... 20 нс. Отметим, впро-
чем, что этот способ оправдан только для получения
импульсов весьма малой длительности. Задержка
фронта выходного импульса относительно фронта
входного равна времени задержки импульса элемен-
том DD4.
Получение очень короткого импульса основано
на совпадении входного сигнала с запаздывающим
сигналом, прошедшим через нечетное число инвер-
торов.
Длительность такого импульса ти = п/зд (п —
число инверторов).
Формирование импульса, задержанного
и укороченного относительно входного
Импульс, задержанный по отношению к входному
импульсу и короче его, можно получить с помощью
схемы, показанной на рис. 4.10. Элементы DD1 и DD2
использованы как инверторы, a DD3 — по прямому
назначению. На один из входов DD3 поступает дваж-
ды инвертированный, а значит, того же уровня, что
и входной (поданный на другой вход), сигнал. Вслед-
ствие задержки входного сигнала при прохождении
через DD1, DD2 и DD3 (она равна сумме задержек,
создаваемых ЛЭ, как показано на временной диа-
грамме) фронт импульса на выходе DD3 отстает от-
носительно. фронта входного импульса. Кроме того,
по той же причине длительность полученного импуль-
са уменьшится. Из временной диаграммы видно, что
уменьшение равно сумме задержек сигнала при про-
хождении через DD1 и DD2. Штрихами на схеме
показан вариант, обеспечивающий совпадение уров-
ней выходного и входного сигнала.
Импульс, задержанный по отношению к вход-
ному и короче его, проще всего получить с по-
мощью трех ЛЭ И—НЕ.
Время задержки равно суммарному времени
задержки сигнала при прохождении через три ЛЭ.
Длительность выходного импульса меньше дли-
тельности входного на время задержки в элемен-
тах DD1 и DD2 (рис. 4.10).
57
DDf
DD2
Ш
IL-
Л л
U' 1
ВЫ*
Рис. 4.10. Формиро-
ватель укороченных и
задержанных импуль-
сов
Глава пятая
Мультивибраторы
Общие замечания
Мультивибратор представляет собой электронное
устройство, которое характеризуется наличием двух
временно устойчивых состояний, чередующихся за
счет периодического заряда и разряда конденсатора
через резистор. Мультивибратор генерирует импуль-
сы, по форме близкие к прямоугольным, с частотой,
определяемой времязадающими компонентами — кон-
денсаторами и резисторами. Для емкости сохраняют
силу ограничения, указанные для конденсаторов,
включаемых между двумя ЛЭ И—НЕ и(см, табл. 1.2)^
58
Выбор сопротивления резисторов определяется схем-
ными решениями и в дальнейшем будет оговаривать-
ся при рассмотрении конкретных схем.
Мультивибратор с двумя ЛЭ И—НЕ
На рис. 5.1 приведены схема и эпюры напряжения
на выходе простейшего мультивибратора, содержаще-
го только два ЛЭ И—НЕ. Схема действует благодаря
непрерывному перезаряду конденсатора С через ре-
зистор R. Если, например, на выходе DD1 напряже-
ние высокого уровня, то за счет связи выхода DD1
со входом DD2 и включения DD2 инвертором на вы-
ходе DD2 будет напряжение низкого уровня. Начнет-
ся заряд конденсатора С (предполагается, что до
этого момента он не был заряжен). Напряжение на
нем стремится к высокому уровню. Но когда оно до-
стигнет значения 1/пор = 1,3 ... 1,5 В (пороговое
напряжение ЛЭ), состояние DD1 изменится и напря-
жение на его выходе станет низкого уровня. Изме-
нится и состояние DD2, на выходе которого возник-
нет напряжение высокого уровня. В этот момент на-
пряжение на конденсаторе не изменится. Сразу после
переключения на входе DD1 продолжает действовать
напряжение, превышающее пороговое для ЛЭ, и на
выходе DD1 сохраняется напряжение низкого уров-
ня. Но конденсатор начинает перезаряжаться, и по
достижении порогового напряжения элемент DD1
снова меняет свое состояние. Следует новый заряд
конденсатора и т. д.
Рис. 5.1. Мультивибратор с двумя ЛЭ И — НЕ
59
Период генерируемых импульсов определяется
зависимостью
Т ~ 2,3RC
при ограничительном условии для сопротивления per
зистора 240 Ом < R <С 470 Ом (см. гл. 1).
Форма генерируемых импульсов существенно от-
личается от прямоугольной (см. эпюры напряжения),
и для ее улучшения часто применяют дополнительное
формирование с помощью ЛЭ (на схеме показаны
штрихами).
Мультивибратор может быть собран на двух
ЛЭ И—НЕ.
Период генерируемых импульсов Т« 2,3 RC.
Выбор сопротивления резистора ограничивает-
ся условием 240 Ом <. R <. 470 Ом (см гл. 1).
Форма генерируемых импульсов отличается от
прямоугольной.
Мультивибратор имеет два выхода, напряжения
на которых взаимно инверсны.
Мультивибратор с двумя ЛЭ И—НЕ и транзистором
На рис. 5.2 показан вариант схемы мультивибра-
тора, приведенной на рис. 5.1. Отличие состоит в том,
что входы DD1 подключены к точке соединения кон-
денсатора и резистора через транзистор р—п—р-
Рис. 5.2. Мультивибратор с двумя ЛЭ И—НЕ и
транзистором
60
типа (например, SFT353)1, который играет роль
эмиттерного повторителя с большим входным и ма-
лым выходным сопротивлением. Поэтому возможно
применение резисторов с большим сопротивлением,
чем в предыдущем случае, и ограничительное условие
имеет вид 240 Ом < R < 30 кОм.
Период генерируемых импульсов определяется той
же зависимостью, что и для схемы на рис. 5.1:
Т« 2,3 RC. Форма выходных импульсов также
отличается от прямоугольной (см. эпюры напря-
жения) .
Мультивибратор с двумя ЛЭ И—НЕ и транзи-
стором позволяет генерировать импульсы при со-
блюдении ограничительного условия для сопротив-
ления резистора 240 Ом < R < 30 кОм.
Период генерируемых импульсов Т 2,3 RC.
Форма генерируемых импульсов отличается от
прямоугольной.
Мультивибратор имеет два выхода, напряжения
на которых взаимно инверсны.
Мультивибратор с тремя ЛЭ И—Ж
На рис. 5.3 приведена схема мультивибратора с
тремя ЛЭ И—НЕ. Его также можно рассматривать
как вариант мультивибратора, показанного на
рис. 5.1. Отличие состоит в способе включения рези-
стора R. Один из его выводов подключен к выходу
DD3 вместо выхода DD1. Так как входы DD3 соеди-
нены с выходом DD2, то по принципу действия оба
мультивибратора не различаются. Включение допол-
нительного ЛЭ имеет смысл, когда надо разнести
точки, к которым подключают нагрузку и времяза-
дающий резистор R.
Период генерируемых сигналов также определя-
ется зависимостью Т « 2,3 RC. Ограничительное ус-
ловие для выбора сопротивления 240 Ом < R <
< 1,5 кОм.
1 Можно применять любой маломощный германиевый или
кремниевый р — п— р-транзистор с Лги 80, например МП41А,
КТ342Б, КТ361Г и т. д. (Пер.)
61
Рис. 5.3. Мультивибратор с тремя ЛЭ
И-НЕ
Мультивибратор с тремя ЛЭ И—НЕ позволяет
генерировать импульсы при соблюдении ограничи-
тельного условия для сопротивления резистора
240 Ом <Z R < 1,5 кОм.
Период генерируемых импульсов Т » 2,3 RC.
Форма генерируемых импульсов отличается от
прямоугольной.
Мультивибратор имеет два выхода; напряжения
на которых взаимно инверсны.
Ждущий мультивибратор с двумя ЛЭ И—НЕ
Ждущие мультивибраторы (одновибраторы) пред-
ставляют собой электронные устройства с одним вре-
менно устойчивым состоянием. С поступлением пу-
скового импульса ждущий мультивибратор переходит
во временно устойчивое состояние, длительность ко-
торого зависит главным образом от времязадающих
компонентов R и С. Временно устойчивое состояние
прекращается вследствие изменения напряжения на
конденсаторе, после чего устройство скачком возвра-
щается в исходное состояние.
Простейший ждущий мультивибратор на ЛЭ
И—НЕ содержит только два элемента (рис. 5.4).
Элемент DD1 действует по прямому назначению, а
62
!DD2 включен как инвертор и используется для со-
здания обратной связи и как буферный усилитель по
отношению к нагрузке. В исходном состоянии на вхо-
дах DD2 напряжение низкого уровня (они соедине-
ны с общей шиной через резистор R сопротивлением
470 Ом, см. гл. 1), а на выходе—- высокого. Перед
поступлением на вход А импульса низкого уровня
'(до момента t\, см. временную диаграмму) на обоих
входах DD1 напряжение высокого уровня, а на вы-
ходе — низкого. Конденсатор С не заряжен. Как
только на вход А будет подан сигнал низкого уров-
ня (момент /1), на выходе DD1 возникнет напряже-
ние высокого уровня и конденсатор С начнет заря-
жаться, как показано на диаграмме. В начальный
момент зарядный ток максимален, и вследствие это-
го падение напряжения на резисторе UR также мак-
симально. Однако постепенно на конденсаторе накап-
ливается все больший заряд и зарядный ток 1с
уменьшается. Падение напряжения, которое этот ток
создает на резисторе R (UR = RIc), также уменьша-
ется, и когда оно понизится до порогового напряже-
ния ЛЭ (момент t2), элемент DD2 изменит свое со-
стояние и на его выходе снова появится напряжение
высокого уровня. Если к этому времени сигнал на
входе А уже прекратился, на обоих входах DD1 бу-
дет напряжение высокого уровня, на выходе DD1 —
низкого и конденсатор С бы-
стро разрядится через диод
VD и выходной транзистор
элемента DD1. Ждущий муль-
тивибратор, такйм образом,
возвратится в исходное состоя-
ние. Из принципа действия сле-
дует, что входной импульс
DH2
Рис. 5.4. Ждущий мультивибратор с двумя ЛЭ И — НЕ
63
должен быть короче1 выходного. Длительность гене-
рируемого импульса (от момента t\ до момента /3)
определяется значениями R и С:
ти ~ Q,75RC
при ограничительном условии для выбора сопротив-
ления резистора
100 Ом < R < 500 Ом.
Ждущий мультивибратор (одновибратор) с
двумя ЛЭ И—НЕ представляет собой устройство
с одним временно устойчивым состоянием.
Подача пускового импульса, более короткого,
чем генерируемый, переводит ждущий мультивиб-
ратор во временно устойчивое состояние, продол-
жительность которого, т. е. длительность выходно-
го импульса, ти ~ 0,75 RC.
Ограничительное условие для выбора сопро-
тивления резистора: 100 Ом < R < 500 Ом.
Импульс на выходе — низкого уровня.
Ждущий мультивибратор
с двумя ЛЭ И—НЕ и транзистором
Схема этого ждущего мультивибратора (рис. 5.5)'
по существу совпадает со схемой на рис. 5.4. Единст-
венное отличие в том, что входы элемента DD2 под-
ключены к точке соединения резистора и конденса-
тора через транзистор р — п — p-типа, включенного
как эмиттерный повторитель. Кроме того, отсутствует
ЛП1 DB2
Рис. 5.5. Ждущий мультивибратор с дву-
мя ЛЭ И — НЕ и транзистором
1 Если пусковой импульс превышает выходной по длительно-
сти, можно применить какой-нибудь из способов укорочения им-,
пульсов (см. гл. 4).
64
диод, роль которого здесь выполняет переход база —
коллектор транзистора. Поскольку эмиттерный пов-
торитель имеет высокое входное и низкое выходное
сопротивление, можно выбирать более высокое со-
противление резистора R и тем самым избавиться от
одного’ из недостатков схемы на рис. 5.4. В схеме
ждущего мультивибратора с двумя ЛЭ и транзисто-
ром ограничительное условие для выбора сопротив-
ления резистора имеет вид
100 Ом < R < 50 кОм.
Длительность выходного импульса при R > 1 кОм
ти ~ 1,9RC.
Во всем остальном схема действует так же, как и
представленная на рис. 5.4.
Ждущий мультивибратор с двумя ЛЭ И—НЕ и
транзистором1 представляет собой устройство с од-
ним временно устойчивым состоянием.
Подачей пускового импульса, более короткого,
чем генерируемый, схема переводится в другое —
временно устойчивое состояние.
Длительность генерируемого импульса при
R > 1 кОм: ти 1,9 RC.
Ограничительное условие для выбора сопротив-
ления резистора: 100 Ом < R < 50 кОм.
Используемый транзистор — р — п — р-типа.
Ждущий мультивибратор с двумя ЛЭ И—НЕ
и цепочкой укорочения пускового импульса
Схема этого ждущего мультивибратора показана
на рис. 5.6 и по принципу формирования выходного
импульса повторяет схему на рис. 5.4. Единственное
различие касается входной цепи (слева от точки Л),
назначение которой — укорочение пускового им-
пульса. Таким образом обеспечивается независимость
выходного импульса от входного. Когда на входе на-
пряжение высокого уровня, в точке А уровень напря-
жения также будет высоким. Когда на входе напря-
жение низкого уровня, то благодаря конденсатору С7,
включенному параллельно резистору R1, во время
65
Рис. 5.6. Ждущий мультиви-
братор с двумя ЛЭ И — НЕ и
укорочением пускового импуль-
са
перехода от высокого уровня к низкому возникает
узкий остроконечный импульс. Так из входного им-
пульса получается более короткий сигнал (ти < ти,
см. временную диаграмму). Именно этот укорочен-
ный импульс приводит устройство во временно устой-
чивое состояние.
Рекомендуемые параметры входной цепочки:
R1 = R2 = 1 кОм, С1 < 10 нФ.
Ждущий мультивибратор с двумя ЛЭ И—НЕ
можно запускать после укорочения входного им-
пульса непосредственно в схеме — с помощью це-
почки из двух резисторов и одного конденсатора.
Параметры укороченного импульса в этом слу-
чае определяются параметрами входной цепочки
(рис. 5.6): R1 = R2 = 1 кОм, С1 10 нФ.
Все сказанное относительно схемы на рис. 5.4
справедливо и для ждущего мультивибратора с уко-
рочением пускового импульса.
Ждущий мультивибратор с тремя ЛЭ И^-НЕ
Схема ждущего мультивибратора с тремя ЛЭ при-
ведена на рис. 5.7. Элементы DD1 и DD2 образуют
^S-триггер (ср. с рис. 3.1, в). Времязадающая RC-
цепочка через элемент DD3, включенный как инвер-
66
Рис. 5.7. Ждущий мультиви-
братор с тремя ЛЭ И — НЕ
тор, связана с выходом Q триггера. В исходном со-
стоянии на выходе DD1 напряжение низкого уровня,
а на выходе DD2 — высокого. Поскольку входы DD3
соединены с выходом DD1, то на выходе DD3 напря-
жение высокого уровня. Времязадающий конденса-
тор заряжен, следовательно, через резистор R до на-
пряжения высокого уровня. Когда на вход А посту-
пит импульс низкого уровня (момент Л на временной
диаграмме), состояние DD1 изменится, вследствие
этого произойдет переключение DD2 и DD3 и на их
выходах установится напряжение низкого уровня.
Несмотря на прекращение пускового импульса (мо-
мент ti), состояние ^S-триггера сохраняется, так как
на нижнем (по схеме) входе элемента DD2 действует
напряжение высокого уровня, до которого был заря-
жен конденсатор С. Но после переключения начнется
разряд конденсатора через резистор R и низкое вы-
ходное сопротивление ЛЭ DD3. При этом напряже-
ние на верхней (по схеме) обкладке конденсатора С
непрерывно убывает, и когда оно достигнет С7ПОр, эле-
мент DD2 снова переключится, что вызовет смену
состояния DD1 и DD3. В этот момент временное со-
стояние ждущего мультивибратора прекращается и
восстанавливается основное — устойчивое — состоя-
67
ние. Конденсатор С заряжается снова до напряже-
ния высокого уровня, существующего на выходе DD3.
Длительность генерируемого импульса
ти ~ RC.
Ограничительное условие для выбора сопротивле-
ния резистора
100 Ом < R < 250 Ом.
Ждущий мультивибратор с тремя ЛЭ И—НЕ
представляет собой ^S-триггер и инвертор. Триг-
гер меняет состояние после поступления на вход
пускового импульса и возвращается в исходное
состояние за счет разряда конденсатора.
Длительность генерируемого импульса ти « RC.
Ограничительное условие для выбора сопротив-
ления резистора: 100 Ом < R < 250 Ом.
Глава шестая
Коммутация и индикация сигналов
Электронный переключатель
Иногда возникает необходимость в получении оп-
ределенного сигнала последовательно на нескольких
выходах. На рис. 6.1 показана схема с четырьмя вы-
ходами Xi, Х2, Хз и Х4 и временная диаграмма. Уп-
равление осуществляется с помощью двух входных
сигналов А и В. Всего использовано шесть ЛЭ И—НЕ,
из них DB5 и DD6 работают как инверторы, а осталь-
ные— по прямому назначению.
Напомним, что на выходе ЛЭ И—НЕ напряжение
низкого уровня (логический 0) существует лишь тог-
да, когда на всех входах (в данном случае двух)
действует напряжение высокого уровня (логическая
1). Так, в интервале времени 6 ... t2 это условие
обеспечивается только для выхода Х\, в интервале
t2 • • • h — только для выхода Х2 и т. д. Сигнал по-
следовательно появляется на выходах Х\, Х2, Хз иХ4,
после чего цикл повторяется. Таким образом проис-
68
ЛЭ И-HE
69
ходит «переключение» сигнала в порядке следования
номеров выходов.
Схема, представленная на рис. 6.1, по принципу
действия относится к так называемым дешифрато-
рам — устройствам, имеющим п входов и до 2Л вы-
ходов. Особенность дешифраторов состоит в том, что
различным комбинациям логических сигналов на
входах соответствуют такие выходные сочетания, у
которых только на одном единственном выходе суще-
ствует сигнал, инверсный относительно остальных (в
нашем случае — напряжение низкого уровня).
В общем случае число входов п может быть более
2, а число выходов — меньше, чем 2П.
Электронный коммутатор вырабатывает на вы-
ходах последовательность сигналов, определяемую
комбинацией входных сигналов.
Входные сигналы должны быть прямыми (Д,
В) и инверсными (Д, В). Те и другие очень удобно
снимать с прямого и инверсного выхода триггера
(Q и Q). В этом случае элементы DD5 и DD6 не
нужны.
Число входов у используемых ЛЭ равно числу
входных сигналов.
Таблица истинности для схемы с двумя входа-
ми и четырьмя выходами имеет следующий вид:
А В А в Х1 Хз Х3 х<
1 1 0 0 0 1 1 1
0 1 1 0 1 0 1 1
1 0 0 1 1 1 0 1
0 О 1 1 1 1 1 0
Шифратор
Назначение шифратора — преобразовывать задан-
ную совокупность входных сигналов в другую сово-
купность — выходных сигналов.
Схема, которая действует согласно таблице истин-
ности, приведена на рис. 6.2. В ней использовано
пять ЛЭ И—НЕ. Из них DD1, DD2 и DD3 включены
70
как инверторы, a DD4
и DD5 — как элементы
И—НЕ.
В зависимости оттого,
на какие входы подано
напряжение высокого или
низкого уровня, на выхо-
дах Xi и Х2 получается
совокупность сигналов,
соответствующая двоич-
ному коду номера входа,
на котором действует сиг-
нал. Например, когда на
вход А3 подано напряже-
ние высокого уровня, то
согласно таблице истин-
Рис. 6.2. Шифратор с пятью
ЛЭ И —НЕ
ности, на выходах Xi и Х2
тоже должно быть напряжение высокого уровня. Дей-
ствительно, когда A3 = 1, а А[ = А2 = 0, на общем
входе элементов DD4 и DD5 действует напряжение
низкого уровня, а на других — высокого, вследствие
чего на обоих выходах Х\ и Х2 будет напряжение вы-
сокого уровня. А как известно (см. приложение 5),
число 1 h (в двоичном коде) эквивалентно числу 3 в
десятичном (Зю), т. е. номеру входа, на который по-
дан единичный сигнал. Подобным образом нетрудно
убедиться, что эта зависимость соблюдается и для
остальных строк таблицы истинности.
На выходе шифратора образуется комбинация сигналов, соответствующая в двоичном представле- нии номеру задействованного входа. Шифратор с тремя входами и двумя выходами может быть реализован на пяти ЛЭ И—НЕ. Таблица истинности шифратора имеет следую- щий вид:
А2 х2 X,
0 0 0 0 0
0 0 1 0 1
0 1 0 1 0
1 0 0 1 1
71
Электронный распределитель
Если возникает необходимость переключать один
сигнал на разные выходы, можно воспользоваться
схемой, изображенной на рис. 6.3. Здесь применено
четыре ЛЭ И—НЕ по прямому назначению. Сигнал
подается на вход А, а переключение обеспечивается
сигналами Bi, В2, Вз и Bi, получаемыми, например,
от электронного переключателя (см. рис. 6.1). Это
видно из временной диаграммы. В интервале t\ ... /2
прохождение сигнала, действующего на входе А, раз-
решено только к выходу Х\ элемента DD1. На выхо-
дах остальных ЛЭ напряжение высокого уровня. В ин-
/I
6/___________
Рис. 6.3. Электронный распределитель с четырьмя ЛЭ И — НЕ
72
тервале f2 . •. h сигнал от входа А проходит только
к выходу DD2, a DD1, DD3 и DD4 имеют напряжение
высокого уровня на выходах и т. д. Таким образом,
с помощью сигналов В\, Bz, В3 и В4 можно управлять
связью между входом А и выходами Х2, Х3 и Х4.
Электронный распределитель переключает
входной сигнал на заданное число выходов в зави-
симости от сочетания управляющих сигналов, по-
данных на определенные входы.
Число входов равно числу управляющих им-
пульсов.
Число используемых ЛЭ И—НЕ равно числу
выходов.
Способы подключения средств
индикации к выходам ЛЭ И—НЕ
Для управления средствами индикации примени- ’
ются различные схемы в. зависимости от вида инди-
катора (неоновая лампа, лампа накаливания, свето-
диод и др.). Во всех случаях, когда выходной сигнал
ЛЭ И—НЕ будет использоваться для управления
средствами индикации, требуется учитывать номи-
нальные значения выходных напряжений и токов
при двух возможных состояниях ЛЭ: высокого и низ-
кого уровня. В гл. 1 было сказано (об одном ЛЭ из
ИМС К155ЛАЗ.— Пер.): 1) выходное напряжение вы-
сокого уровня ЛЭ И—НЕ ТТЛ лежит в пределах
2,4 В < Ubhx < 5 В, а ток, текущий от выхода ЛЭ к
нагрузке, не должен превышать 2,3 мА; 2) выходное
напряжение низкого уровня ЛЭ И—НЕ ТТЛ не пре-
вышает 0,4 В, а выходной ток, обусловленный под-
ключенной нагрузкой, не должен превышать 16 мА.
Ниже описаны некоторые, часто употребляемые
способы включения различных элементов индикации
и даны рекомендации по выбору дополнительных ком-
понентов и напряжения питания.
При использовании в качестве индикатора миниа-
тюрной неоновой лампы между выходом ЛЭ И—НЕ
и лампой включают буферный каскад на высоковольт-
ном транзисторе (рис. 6.4) с предельным напряже-
нием . коллектор — эмиттер более 60 В, например
2Т3531, 2Т3532 и др. Когда [/вых = 0, транзистор
73
заперт и неоновая лам-^
па HL1 не горит. Для
защиты транзистора
параллельно ему мож-
но подключить стаби-
литрон (показан штри-
хами) с напряжением
стабилизации мень-
шим, чем предельное
допустимое для тран-
зистора. ПрИ (/вых = 1
Рис. 6.4. Согласование выхода ЛЭ транзистор открыт И
ТТЛ с неоновой лампой насыщен и неоновая
лампа светится. Рези-
стор R3 ограничивает ток через лампу (обычно 0,5 ...
...2,0 мА).
Лампы накаливания или светодиоды, когда их
напряжение и ток совместимы с напряжением и током
ЛЭ, можно подключать к выходу ЛЭ (рис. 6.5). При
выходном напряжении низкого уровня лампа (или
светодиод) светится, аг при напряжении высокого
уровня — нет. В зависимости от этого выбирается уп-
равляющее напряжение на входе ЛЭ. Резистор R
Рис. 6.5. Подключение к выходу ЛЭ ТТЛ светодиода (а)
и лампы накаливания (б)
Рис. 6.6. Согласование выхода ЛЭ ТТЛ с лампой накаливания
(или светодиодом) с помощью одиночного (а) и составного (б)
транзистора
74
служит для ограничения тока, и, подбирая его сопро-
тивление, можно регулировать яркость свечения.
В том случае, когда рабочее напряжение и ток
лампы накаливания (или светодиода) превышают
допустимые пределы для ЛЭ ТТЛ, применяется тран-
зисторный буферный каскад (рис. 6.6) с одиночным
либо составным (схема Дарлингтона) транзистором.
В последнем случае общий коэффициент передачи
тока /121э « ^21э1^21э2, где h2iai и h2i32— коэффициенты
передачи тока транзисторов VT1 и VT2. Значения R1
и R2 выбирают в зависимости от типа транзисторов
и напряжения U\. Напряжение может быть равно
или больше Un.
Глава седьмая
Питание и контроль работы устройств,
выполненных на ЛЭ И—НЕ ТТЛ
Общие замечания
Для контроля собранных устройств, в том числе и
тех, схемы которых были описаны в предыдущих
главах, необходимо иметь источник питания, прибор
для проверки действия устройства, генератор вход-
ных сигналов ’.
В общем случае проверка производится по схеме,
приведенной на рис. 7.1. Выводы от корпусов отдель-
ных блоков (точки A, Bf С и D) обязательно должны
быть соединены между собой, лучше всего в одной
точке. Источник питания обеспечивает необходимое
напряжение и ток для исследуемого устройства. При-
бор для проверки действия контролирует напряжения
в различных точках схемы. Выходные напряжения
генератора сигналов должны соответствовать высоко-
му и низкому уровню, принятому для микросхем ТТЛ
(см. гл. 1). При испытании устройств с самовозбуж-
дением генератор входных импульсов не требуется.
1 В качестве генераторов могут быть использованы некото-
рые мультивибраторы, рассмотренные выше,
75
Рис. 7.1. Схема проверки устройства
Источники питающего напряжения
Напряжение питания ИМС ТТЛ Un = 5 В ± 5 %,
т. е. следует обеспечивать 4,75 В < Un < 5,25 В. Не
рекомендуется применять напряжение питания ниже
4,75 В (хотя некоторые интегральные микросхемы
ТТЛ с ЛЭ И—НЕ сохраняют работоспособность и
при напряжении 4,0 ... 4,5 В), чтобы не ухудшить
эксплуатационные параметры, в частности быстро,
действие микросхемы. Это особенно важно для
формирующих и генераторных схем. Напряжение
питания не должно также превышать 5,5 В, так
как существует опасность пробоя между эмитте-
рами у входного . многоэмиттерного транзистора
ЛЭ И—НЕ.
Источник питания должен обеспечивать помимо
номинального напряжения и необходимый ток в на-
грузке. Для ЛЭ ТТЛ универсальных серий, имеющих
в виде нагрузки один вход ТТЛ, ток потребления ра-
вен 1 мА, когда на выходе напряжение высокого
уровня, и 3 мА — при выходном напряжении низкого
уровня. При выборе источника учитывают большее
из этих значений. Разумеется, когда оба состояния
чередуются, потребление будет меньше максималь-
ного. Когда нет возможности измерить ток, потреб-
ляемый устройством, выполненным на ЛЭ И—НЕ,
то можно ориентировочно и с известным запасом
вычислить значение тока, умножив число ЛЭ на три.
Получается искомый ток потребления в миллиампе-
рах. Источником питания может быть выпрямитель
фабричного или кустарного производства. В отдель-
76
ных случаях можно использовать аккумуляторы или
батареи.
На практике чаще всего работают с выпрямите-
лями промышленного изготовления, которые обычно
снабжены стрелочными ' приборами для измерения
напряжения и тока, потребляемого нагрузкой.
В табл. 7.1 и 7.2 приведены основные параметры не-
которых типов выпрямительных устройств
Таблица 7.1. Источники питания стабилизированные
(лабораторные)
Тип Выходное напряжение, В Ток нагрузки, А Потребляемая мощность, Вт Регулировка
Б5-7 2...30 0...3 — Ступенчато-плав-
ная
Б5-8 2...50 0...2
Б5-29 2...30 . 0...2 200 Плавная
Б5-30 2,5 ...50 0.. .1,2. 200
Б5-43 0,01...9,99 0,01... 1,99 150 Программная
Б5-46 0,01... 9,99 0,01... 4,99 400
Примечание. 1. Выходные цепи защищены от перегрузок
и коротких замыканий. 2. Приборы стабилизированы по напряже-
нию, а Б5-43, Б5-46 — и по току.
Таблица 7.2. Блоки питания встраиваемые
Тип Выходное напряжение, В Ток нагрузки, А
591-85 6 0,4
591-86 6 1,0
591-87 6 1,6
591-88 6 2,5
Примечание. В приборах имеется потенциометр для
подстройки выходного напряжения в пределах 4... 7 В.
Помимо заводских выпрямителей со стабилизиро-
ванным выходным напряжением для питания микро-
схем ТТЛ читатель может применять и более простой
1 В табл. 7.1, 7.2, 7.4 и 7.5 указаны изделия отечественного
производства вместо зарубежных, приведенных в оригинале кни-
ги. {Пер.)
71
источник питания собственной конструкции, состоя-
щий из силового трансформатора, выпрямителя и
стабилизатора напряжения на 5 В.
В зависимости от тока, потребляемого нагруз-
кой, можно подобрать трансформатор с помощью
табл. 7.3. Здесь /н — ток, протекающий по вторичной
Таблица 7.3. Рекомендуемые параметры трансформаторов
/н> А /X Ь, мм rfp мм d2, мм ш2
0,1 14 X 14 0,06 0,25 5500 250
0,2 14 X 14 0,08 0,36 5500 250
0,3 16 X 16 0,10 0,44 4297 195
0,4 18 X 18 0,12 0,50 3395 154
0,5 20 X 20 0,14 0,56 2750 125
0,6 20 X 20 0,15 0,62 2750 125
0,7 20 X 20 0,16 0,68 2750 125
0,8 20X20 0,17 0,72 2750 125
0,9 24 X 24 0,18 0,76 1910 87
1,0 24X24 . 0,19 0,80 1910 87
1,5 24 X 24 0,23 0,98 1910 87
2,0 28 X 28 0,27 1,15 1403 64
2,5 28 X 28 0,30 1,30 1403 64
3,0 28 X 28 0,33 1,40 1403 64
Примечание. Типоразмеры сердечников отечественного
производства [22] практически совпадают с приведенными в таб-
лице. Сетевой трансформатор можно изготовить и с нестандарт-
ным сердечником, рассчитав его по известным методикам (см.,
например, [21, 24]). (Пер.)
обмотке (ток нагрузки); d\ и d2—диаметр провода
первичной и вторичной обмотки; w\ и w2 — число
витков первичной и вторичной обмотки; I—ширина
~ среднего выступа Ш-об-
Рис. 7.2. Броневой сердечник
сетевого трансформатора
разной пластины; о—тол-
щина набора пластин
(толщина сердечника).
Таблица дана для транс-
форматоров с сердечни-
ком из Ш-образных пла-
стин стандартного разме-
ра (рис. 7.2). Выходное
напряжение вторичной
обмотки трансформатора
10 В.
7ft
Рис. 7.3. Схема (а) и условное графическое обозначение (б)
однофазного мостового выпрямителя
Для выпрямления обычно используют однофазный
мостовой выпрямитель, так называемую схему Греца
(рис. 7.3). Выпрямительные диоды также выбирают в
зависимости от тока в нагрузке. Данные о некоторых
подходящих типах диодов приведены в табл. 7.4 и
Таблица 7.4. Диоды выпрямительные
Тип Полупро- водник Максимальный допустимый прямой ток, А
КД105Б ... КД Ю5Г Si 0,3
МД226А, МД226Е Si 0,3
КД209Б, КД209В Si 0,5
КД209А Si 0,7
Д302 Ge 1,0
КД208А Si 1,5
Д214Б, Д215Б Si 2,0
ДЗОЗ Ge 3,0
КД202А, КД202В, КД202Д, КД202Ж, Si 5,0
КД202К, КД202М, КД202Р
Д231В, Д232Б, Д233Б, Д234Б Si 5,0
Д242Б, Д243Б, Д245Б, Д246Б, Si 5,0
Д247Б, Д248Б
Д304 Ge 5,0
КД210А, КД210В, КД210Г Si 5,0
КД210Б Si 10,0
Примечание. 1. Все диоды выдерживают напряжение,
значительно превышающее 5 В. 2. Максимальный допустимый
прямой ток соответствует температуре корпуса 25 °C.
7.5. Когда выпрямленный ток близок к максимально-
му допустимому, диоды следует крепить на радиато-
рах. В цепь первичной обмотки включают предохрани-
тели и {желательно) индикаторную неоновую лампу,
79
Таблица 7.5. Блоки выпрямительные
1 ип Максимальный допустимый прямой ток. А
КЦ407А 0,5
КЦ402Д, КЦ402Е 1,0
КЦ405Д, КЦ405Е 1,0
КЦ412А ... КЦ412В 1,0
КЦ410А ... КЦ412В 3,0
КЦ409Е 3,0
КЦ409И 6,0
как показано на рис. 7.4, где приведена схема про-
стого стабилизированного источника питания для
ИМС ТТЛ. В этой схеме используется интегральная
микросхема типа 142ЕН5А — стабилизатор с фикси-
рованным выходным напряжением. Стабилизатор
обеспечивает выходное напряжение 5 В при токе на-
грузки до 2 А. Напряжение на входе стабилизатора
должно быть в пределах 8 ... 12 В. Максимальное
допустимое его значение 15 В.
Если читатель не располагает ИМС указанного
типа, источник питания можно изготовить по схеме
на рис. 7.5, где стабилизатор напряжения +5 В вы-
полнен на распространенных транзисторах.
Действие стабилизатора основано на том, что
Uвых t/вх ^к-э1.
Для схемы на рис. 7.5 падение напряжения 17к-э1
на транзисторе VT1 определяется разностью между
опорным напряжением на стабилитроне VD1 (и эмит-
тере VT3) и напряжением на базе VT3. Эта
разность напряжений, усиленная транзистором VT3,
Рис. 7.4. Выпрямитель с ИМС типа 142ЕН5А в качестве
стабилизатора напряжения
80
Рис. 7.5. Транзисторный стабилизатор напряжения с регули-
ровкой выходного напряжения
управляет базовым током VT2. При изменениях 1/вх
изменяется и (7к-э1— таким образом, что напряже-
ние £/Вых остается неизменным.
Транзисторы VT2 и VT1 включены как состав-
ной транзистор (схема Дарлингтона). Такое включение
обеспечивает большой коэффициент передачи тока
/г21Э, а следовательно, компенсацию колебаний тока
нагрузки. (Если Л21э1 есть коэффициент передачи тока
транзистора VT1, а Л21э2 — транзистора VT2, то
Л21э » /121э1^21э2-) При повышенных значениях h2i3
можно получить и больший выходной ток, а также
пропорционально увеличить и R1, благодаря чему
уменьшится воздействие нестабильного входного на-
пряжения на стабилитрон VD1. В результате улуч-
шается стабилизация выходного напряжения.
Для стабилизатора, собранного по схеме на
рис. 7.5, Zi2i3 ~ 2000, максимальный выходной ток
около 2 А. Если исключить мощный транзистор VT1,
не меняя остальных компонентов,' стабилизатор бу-
дет обеспечивать выходной ток до 200 ... 250 мА;
транзистор VT2 при этом надо поставить на радиа-
тор. Конечно, в этом случае трансформатор и выпря-
митель выбираются на меньшую мощность.
Основной недостаток рассмотренного стабилиза-
тора— опасность повреждения мощного регулирую-
щего транзистора при перегрузке или коротком за-
мыкании на выходе. Этот транзистор обязательно
надо крепить на радиаторе, имеющем тепловой кон-
такт с шасси стабилизатора. Так как у мощных
81
Рис. 7.6. Подключение выпрямите-
ля к исследуемому электронному
устройству
транзисторов коллек-
тор электрически со-
единен с корпусом,
транзистор необходимо
электрически изолиро-
вать от радиатора
применив, например,
тонкую слюдяную пла-
стинку. Для улучшения
теплового контакта обе
стороны пластинки предварительно смазывают сили;
коновой пастой.
До подключения исследуемого устройства к источ-
нику питания следует проверить подаваемое напря-
жение. Недопустимы ошибки с полярностью, т. е.
соединение выхода +5 В источника питания с общей
шиной потребителя, а общей шины источника — с
шиной +5 В потребителя.
Часто, когда существует опасность превышения
питающего напряжения, применяется способ защиты
со стабилитроном 5,6 В (рис. 7.6). Когда питающее
напряжение превысит 5,6 В, стабилитрон откроется,
чем вызовет перегорание предохранителей источника
питания.
Когда выпрямитель или стабилизатор, от кото-
рого питается исследуемая схема, имеет повышенное
напряжение, то с помощью стабилитрона оно может
быть понижено. Для схемы, показанной на рис. 7.7, at
действительны следующие зависимости:
LZj > 5 В; t/2 = t/CT = 5 В; =
* ' ** *1 9 ' f — f
1 СТ Т 1 н
В табл. 7.6 приведены данные о наиболее распро-
страненных стабилитронах.
Рис. 7.7, Стабилизация напряжения питания с помощью
стабилитрона
1 Можно также изолировать радиатор от шасси. В этом слу-
чае изоляция транзистора не требуется,
Таблица 7.6. Стабилитроны для цепей питания ИМС ТТЛ
Тип ?ст min’ мА ^ст шах’ мА <7Ст’ В ^тах’ Вт
КС 147 А 3 58 4,2 .. . 5,2 0,3
КС156А 3 55 5,0 .. . 6,2 0,3
КС447А 3 159 4,0 .. . 5,3 1,0
КС456А 3 139 4,8 .. . 6,2 1,0
Часто применяется и схема, приведенная на
рис. 1.1,6. Дополнительный германиевый диод VD2
включен в прямом направлении. Выбирается он из
условия пропускания тока /ст. Если применен стаби-
литрон типа КС 147, то
[72 = [7Ст + ^2 = 4,7 4-0,3 = 5 В,
т. е. U2 == Uп.ном-
Дополнительный ‘диод повышает температурную
стабильность, что является важным достоинством
схемы. При температурных колебаниях напряжения
UCT и UVD2 изменяются с различными знаками, так
как температурный коэффициент стабилитрона поло-
жителен, а германиевого диода — отрицателен. В схе-
ме на рис. 7.7, б могут быть использованы диоды
Д7А, Д7Б, Д7В, Д7Г, Д310, Д311, Д18, Д9А, Д9Б,
Д9В, Д9Г.
Схемы, приведенные на рис. 7.7, необходимы, ког-
да источником питания служит батарея или аккуму-
лятор, так как гальванические элементы или акку-
муляторы на 5 В не производятся. Логические эле-
менты ТТЛ потребляют значительно больший ток по
сравнению с ЛЭ других видов логик (например,
МОП, КМОП). По этой причине для их питания ба-
тареи или аккумуляторы применяют редко — лишь
тогда, когда устройство-потребитель содержит одну-
две интегральные схемы и нуждается в небольшом
токе — 20 ... 30 мА, а оператор не располагает дру-
гим источником питания
1 В составе семейства микросхем ТТЛ есть серии, потреб-
ляющие в 5... 10 раз меньшую мощность, чем рассматриваемые
микросхемы универсальной (стандартной) серии К155. К ним
относятся отечественные микросхемы серий 134 (К134, КР134),
К158, а также маломощные ТТЛШ (Шотки) =- серий К555.
(Пер.\ -
:ВЗ
Из батарей широкого применения для этой цели
наиболее подходят плоские1 — типа 3R12 на 4,5 В,
имеющие сравнительно большую емкость. Емкость
батареи и аккумулятора является важным электри-
ческим параметром, характеризующим электрический
ток, который батарея может давать в течение опре-
деленного времени. Батареи 3R12 могут работать
100. ч (по 4 ч в день) на нагрузку 225 Ом, т. е. да-
вать в начале разряда ток около 20 мА, до предель-
ного напряжения 2,7 В. Сохранность — 6 мес.
Чтобы получить напряжение Un = 5 В, нужное
для питания ИМС ТТЛ, необходимы две батареи
3R12. Их соединяют последовательно (плюс одной с
минусом другой) для получения 9 В. Когда исполь-
зуются схемы на рис. 7.7, то при хорошо подобран-
ном стабилитроне и правильно рассчитанном сопро-
тивлении резистора на выходе будет U2 = 5 В. Важ-
но помнить, что U\ не стабильно, а постепенно и
медленно убывает. Поэтому ясно, что для обеспече-
ния в течение длительного срока нужного тока со-
противление R необходимо уменьшать по мере паде-
ния [71. На рис. 7.8 показана схема питания устройств
ТТЛ от батарей. Если /н = 15 мА, а /ст = 10 мА, то
согласно формуле для вычисления сопротивления на-
чальное значение R. должно быть около 160 Ом. При
расчете сопротивления следует принимать ток через
стабилитрон /ст > /ст min- Для правильной установки
сопротивления требуется периодически контролиро-
вать U\ или /ст. Если этого не делать, стабилитрон
может выйти из режима стабилизации (/ст станет
меньше /стпип) и U2 превысит 5,5 В. Этого нельзя
допускать во избежание пробоя.
1 Отечественные батареи-аналоги — тип 3336, (Пер.)
84
Можно воспользоваться автомобильным аккуму-
лятором. Здесь снова подходят схемы, показанные на
рис. 7.7. Поскольку такой аккумулятор имеет боль-
шую емкость: от 1,44 • 105 до 3,6 • 105 Кл (кулон-),
или от 40 до 100 А • ч (ампер-часов), от него можно
питать и более сложные устройства. Но и тут необ-
ходим контроль за U\ или /ст- Особенно требуется
проверить, выдержит ли стабилитрон ток /ст + /н,
который протекает через него при отключении уст-
ройства с ИМС ТТЛ.
Схема визуального контроля напряжения питания
ИМС ТТЛ (рис. 7.9) [8] может быть применена,
если отсутствует подходящий измерительный при-
бор. Когда Un 2> 5,25 В, на движке потенциометра
R1 напряжение высокого, а на выходе DD1 — низко-
го уровня. В этом случае светится только светоизлу-
чающий диод HL1. Когда Un <. 4,75 В, на движке
потенциометра R2 напряжение низкого уровня, на
выходе DD3 — также низкого уровня и светится
только диод HL3. Если 4,75 В < Un <. 5,25 В, на
обоих входах DD2 действует напряжение высокого,
а на выходе — низкого уровня, поэтому светится
только диод HL2. Настройка производится потен-
циометрами R1 и R2 при поочередной подаче на
шину питания предельных значений питающего
Рис. 7.9. Схема визуального контроля напряжения
питания ИМС ТТЛ
85
напряжения. Недостаток этого устройства — сравни-
тельно большая потребляемая мощность, поэтому оно
не годится для контроля напряжения при батарейном
питании.
Измерительные приборы и осциллографы
Правильность действия любого из описанных уст-
ройств можно установить, контролируя напряжения
в различных точках схемы. Это выполняется с по-
мощью: измерительного прибора, осциллографа,
пробника логического уровня.
Для контроля можно применять многие типы
вольтметров и комбинированные измерительные
приборы (тестеры). Все они обладают высоким вход-
ным сопротивлением, значительно превышающим вы-
ходное сопротивление ЛЭ (примерно 130 Ом для
ИхМС универсальных серий). Поэтому непосредствен-
ное подключение измерительного прибора к выходу
ЛЭ (рис. 7.10) безопасно для ЛЭ и не влияет на
точность измерений. Единственное неудобство —
возможность случайного замыкания соседних выво-
дов на корпусе1, что недопустимо. Поэтому измере-
ния предпочтительно проводить с помощью игольча-
тых щупов.
Следить за логическими уровнями по стрелочно-
му прибору можно только в статическом режиме ли-
бо когда смена этих уровней происходит с малой ча-
стотой (до 2 ... 3 Гц). Это ограничение обусловлено
инерцией подвижной системы, из-за чего стрелка не
успевает за быстрыми изменениями напряжения.
Можно использовать и цифровой измерительный при-
бор со световой индикацией, но только для проверки
неизменных логических уровней.
Следить за работой ИМС удобнее всего с по-
мощью осциллографа, который позволяет зрительно
наблюдать за формой сигналов и отсчитывать их
амплитуду. Основной узел осциллографа — электрон-
ная трубка, в которой сфокусированный поток элект-
ронов управляется электростатическим полем с на-
пряженностью, пропорциональной напряжению раз-
вертки и исследуемого сигнала. Поток электронов
1 Расстояние между двумя соседними выводами микросхем
серии К155 равно 2,5 мм (см. приложение 1)*
В6
Рис. 7.10. Подключение измери-
тельного прибора к выходу ИМС
ТТЛ (а) и схема выходного кас-
када ИМС с вольтметром (б)
движется с огромной скоростью. При столкновении
электронов с люминофором экрана выделяется кине-
тическая энергия, под действием которой эта точка
экрана начинает светиться. Когда измеряемое напря-
жение периодически изменяется, на экране осцилло-
графа можно получить кривую, которая воспринима-
ется зрительно как непрерывная и неподвижная. Это
очень удобно для контроля периодически изменяю-
щихся логических уровней. Для получения стабиль-
ного и неподвижного изображения на экране осцил-
лограф должен быть правильно подключен к схеме,
частота развертки хорошо подобрана и осуществлена
синхронизация.
На рис. 7.11 показано правильное подключение
осциллографа к исследуемому устройству. Зажим
«корпус» осциллографа соединяется с шасси устрой-
ства. Вход усилителя вертикального отклонения (/)'
подключают к контролируемым точкам схемы. При
работе с ИМС ТТЛ подбирают такое усиление по вер-
тикали, чтобы одно деление на экране соответствова-
ло 2 либо 5, а иногда и 1 В.
Под скоростью развертки тут понимается время,
'за которое в течение прямого хода луч проходит оп-
ределенный участок горизонтальной оси (X) на эк-
ране. (Прямой ход — это движение луча слева на-
право, оно может наблюдаться глазом, Движение
87
Рис. 7.11. Подключение осциллографа к ис-
следуемому электронному устройству
луча справа налево — обратный ход. На это время
луч погашен и не виден.) Время прямого хода, не-
посредственно зависящее от скорости развертки, под-
бирается оператором, работающим с осциллогра-
фом ’. Время обратного хода гораздо меньше и не
может регулироваться. Горизонтальное перемещение
луча происходит под действием так называемого на-
пряжения развертки, которое обычно имеет пилооб-
разную форму.
Для синхронизации осциллографа необходимо,
чтобы периоды исследуемого сигнала и напряжения
развертки были кратны. Тогда начало прямого хода
луча всегда совпадает с одной и той же фазой ис-
следуемого сигнала и изображение на экране непо-
движно. Генератор развертки по желанию можно син-
хронизировать с фронтом или спадом или заданным
уровнем напряжения контролируемого сигнала.
Важно , знать, что не все виды сигналов можно
наблюдать на осциллографе. Например, очень корот-
кие остроконечные импульсы («иглы» или «пики»,
как их называют) не просматриваются на экране,
если осциллограф не обладает достаточно больший
быстродействием. Кроме того, осциллограмма не
всегда отражает точную форму контролируемого
сигнала. Это происходит по ряду причин: при нена-
дежном контакте, за счет паразитных емкостей на
1 У многих типов осциллографов переключатель частоты
развертки снабжен масштабной шкалой, характеризующей время
перемещения луча по горизонтали (ось X), — обычно в милли-
или микросекундах на сантиметр. Зная временные параметры
развертки, по изображению на экране легко определить длитель-
ность и период следования импульсов. (Пер.)
«8
Рис. 7.12. Возможные искажения формы G)
импульса вследствие неправильной настрой-
ки осциллографа
входе осциллографа, а также при
возникновении ударных затухаю- $
щих колебаний в паразитном («зве- <---------
нящем») контуре, образованном
распределенными емкостями и ин-
дуктивностями входного щупа.
На рис. 7.12, а изображен ис- у
тинный вид прямоугольного импуль- .
са. На рис. 7.12,6 и в приведены ™ _____
осциллограммы импульса, искажен- Г
ного паразитными емкостями, а на
рис. 7.12, а — осциллограмма при I___
наличии колебательных явлений. v...
Удобны многолучевые осцилло- ч
графы, с помощью которых можно ' Па_________
одновременно . наблюдать два или и
больше взаимосвязанных синхрон-
ных сигналов. В этом случае гене-
ратор развертки надо синхронизи- ------ I/V-----
ровать сигналами самой низкой
частоты.
Современные осциллографы обладают большими
возможностями. Правильная и эффективная работа
с конкретным типом осциллографа требует от опера-
тора знания технических данных прибора и правил
пользования им.
Пробники логических уровней
Пробники логических уровней, или, как их еще
называют, логические пробники, удобны для исследо-
вания устройств с ИМС и дают достаточное представ-
ление о работе проверяемой аппаратуры. Такой проб-
ник легко и быстро собрать, он не требует настрой-
ки, компактен (малый объем), экономичен (малая
потребляемая мощность), питается от одного источ-
ника с проверяемым устройством. Показания проб-
ника наглядны, точны и надежны. Применение логи-
ческих пробников особенно целесообразно в люби-
тельских конструкциях, когда при наладке логической
схемы или поиске неисправности требуются не столько
89
Точные данные о длительности сигналов, сколько
уверенность в правильности действия этих сигналов,
о чем судят по чередованию высокого и низкого
уровня в определенных точках. А с некоторыми ви-
дами логических пробников легче обнаружить еди-
ничные импульсы (паразитные сигналы — «иглы»)',
чем с осциллографом.
Принцип действия всех логических пробников ос-
нован на различии напряжения высокого и низкого
уровня. Напомним, что для семейства ИМС ТТЛ
2,4 В < U < 5,0 В — высокий уровень, 0 <Z U -<;
2< 0,4 В — низкий уровень.
Возможно особое состояние микросхемы, которое
в дальнейшем будем называть промежуточным, когда
выходное напряжение оказывается вне границ низ-
кого и высокого уровня, а именно 0,4 В < (/ < 2,4 В.
Довольно часто подобное случается, когда интег-
ральная микросхема повреждена или между ее вы-
водами существуют недопустимые связи.
Чаще всего в логических пробниках применяется
световая индикация. При этом следует, с одной сто-
роны, иметь в виду, что некоторые источники света,
например лампа накаливания, обладают инерцион-
ностью, а с другой — учитывать инерционность чело-
веческого глаза при восприятии светового сигнала
(вспышки короче 50 ... 100 мс не воспринимаются).
Реже используется звуковая индикация. Хорошим
решением является выбор двух различных частот со-
ответственно на два логических уровня.
Печатную плату логического пробника лучше де-
лать длинной и узкой, чтобы поместить в пустой кор-
пус, например от фломастера. Такой пробник будет
иметь вид авторучки с острым металлическим щупом
на конце—входом пробника.
Ниже приведено описание некоторых схем проб-
ников различной степени сложности. Во всех случаях
уделено внимание обеспечению высокого входного
сопротивления. В некоторых пробниках продолжи-
тельность индикации низкого и высокого уровня не
зависит от длительности импульса, что является пре-
имуществом.
В пробнике, схема которого показана на рис. 7.13,
транзистор VT работает в ключевом режиме. Если
на входе напряжение высокого уровня, транзистор
насыщен и лампа HL светится. Когда на входе на-:
90
Рис. 7.13. Простой логический пробник
пряжение низкого уровня, транзистор заперт и лампа
не горит [5]. Достоинство — чрезвычайная простота’.
Недостатки: продолжительность свечения зависит от
продолжительности логического состояния, нет инди-
кации промежуточного логического состояния, сравни-
тельно низкое входное сопротивление.
У пробника на рис. 7.14 резисторы R2, R3, R7, R8
образуют мост, в диагональ которого АВ включены
транзисторы VT1, VT2 и VT3. Если входной сигнал
высокого уровня, VT1 открыт, a VT2 закрыт, свето-
диод HL2 светится, a HL1 — нет. При низком уровне
входного сигнала транзисторы VT2 и VT3 открыты,
VT1 закрыт, светодиод HL1 светится, a HL2—нет.
При 0,4 В < [7Вх < 2,4 В все три транзистора запер-
ты, вследствие чего оба светодиода остаются тем-
ными [7]. Достоинство: индикация как высокого, так
Рис. 7.14. Логический пробник с независимой индика-
цией высокого и низкого уровня входного напряжения
91
Рис. 7.15. Логический проб-
ник с операционным усили-
телем
и низкого уровня, а также промежуточного состоя-
ния. Недостаток: продолжительность свечения опре-
деляется длительностью входного импульса.
Пробник на рис. 7.15 содержит управляемый ге-
нератор импульсов, выполненный на операционном
усилителе DA1 (тип 140УД1А, старое обозначение —
1УТ401А. —- Пер.). Когда на входе напряжение низ-
кого уровня, генератор бездействует, а на выходе
операционного усилителя (точка Л1) высокое напря-
жение высокого уровня UM ~ ип', транзистор VT1
заперт, лампа HL1 не горит. При входном напряже-
нии высокого уровня генерация также отсутствует.
Выходное напряжение операционного усилителя в
этом случае Um ~ 0. Транзистор VTI открыт, лампа
HL1 горит. Когда 0,4 В < t/BX <. 2,4 В, генератор ра-
ботает, выдавая импульсы с частотой 2—3 Гц. Лам-
па HL1 мерцает с этой частотой. Если входные сиг-
налы представляют собой последовательность им-
пульсов с частотой f >> 20 Гц, мерцание лампы HL1
92
не различается человеческим глазом и свет ее кажет-
ся непрерывным, но яркость зависит от частоты [12].
Особенности схемы: посредством резистора R3
регулируется пороговое напряжение низкого уровня,
резистора R8 — высокого. Диод VD2 предохраняет
операционный усилитель DA1 в случае неверного
включения питающего напряжения. Достоинство:
сравнительная простота. Недостаток' пробник не реа-
гирует на кратковременные импульсы — по индика-
тору трудно отличить постоянное входное напряже-
ние высокого уровня от импульсной последователь-
ности высокой частоты
В пробнике с цифровым индикатором (рис. 7.16, а)
транзисторы VT1 ... VT5 управляют сегментами
(полосками) а ... f семисегментного индикатора
HG1. Транзистор VT4 работает в ключевом режиме,
управляя поступлением напряжения питания Un на
общий анод А индикатора. Транзистор VT5 также
действует в ключевом режиме, и в зависимости от
его состояния сегменты — катоды a, f, е и d соедине-
ны общей шиной или нет. Сегменты — катоды b и с —
постоянно подключены к общей шине через резистор
R5. Напряжение в точке М за счет делителя R2, R3
равно 1,8 В. Поэтому, когда на входе напряжение
высокого уровня, транзистор VT3 открыт и своим
коллекторным током открывает транзистор VT4. На
анод А индикатора HG1 поступает напряжение t/n,
вызывающее свечение сегментов b и с, т. е. индици-
руется цифра 1. Если входное напряжение низкого
уровня, то транзисторы VT1 и VT2 открываются и
их коллекторные токи отпирают VT4 и VT5. Анод А
индикатора при этом подключается к шине Un, а
сегменты a, f, е и d — к общей шине. Светятся все
сегменты, кроме g, и индицируется цифра 0. При
0,4 В < t/BX < 2,4 В транзистор VT4 остается запер-
тым, а значит, все сегменты — темными [9].
Особенности схемы: транзисторы VT1 и VT2 под-
бираются с одинаковым коэффициентом передачи
тока Л21э, VT4 и VT5—с возможно большим значе-
нием этого коэффициента, и тогда порог свечения
•фиксируется более четко. Подбором сопротивлений
R4 и R5 регулируется яркость свечения. Достоинства:
наглядность индикации, отдельная индикация для низ-
кого и высокого уровня, а также для промежуточного
93
Рис. 7.16. Логические пробники с цифровой индикацией
состояния. Недостаток: нечувствительность к кратко*,
временным импульсам.
Логический, пробник с цифровой индикацией, схе-
ма которого дана на рис. 7.16,6, обладает большими
возможностями. При входном напряжении высокого
уровня транзистор VT1 отперт, a VT2 заперт, на вы-
ходах элементов DD1.1, DD1.3 и DD1.4 будет напря-
жение низкого, а на выходе DD1.2 — высокого уров-
ня. При этом светятся сегменты b и с индикатора
HG1, образуя цифру 1. Когда на входе пробника на-
пряжение низкого уровня, на выходах элементов
DD1.2, DD1.3 и DD1.4 появится напряжение высокого
уровня, обеспечивающее свечение сегментов a, b, ct
У, е, f, т. е. индицируется цифра 0. При 0,4 В
< <С 2,4 В транзисторы VT1 и V12 заперты, на
выходах DD1.2, DD1.3 и DD1.4 напряжение низкого
уровня и все сегменты индикатора HG1 темны. При
поступлении на вход пробника' импульсов с частотой
f < 20 Гц чередование цифр 0 и 1 различимо глазом.
На более высоких частотах начинает сказываться
влияние конденсатора С1. В итоге яркость свечения
сегмента d резко уменьшается и индицируется буква П
{последовательность импульсов). Свечение сегмента
h (точки) служит индикатором напряжения питания
J-5 В [10]. Диоды VD1 и VD2 — любые универсаль-
ные кремниевые диоды. Они повышают четкость сра-
батывания. Преимущество указанного пробника по
сравнению с предыдущим — возможность индикации
импульсной последовательности. Недостатки — те же
самые.
В пробнике на рис. 7.17 при низком уровне вход-
ного сигнала транзистор VT1 открыт и насыщен, на
выходе DD1.1 напряжение высокого уровня. Свето-
диод HL1 светится, HL2—нет. Когда на входе на-
пряжение высокого уровня, то VT2 открыт и насыщен,
на выходе DD1.4 также высокий уровень. Светодиод
HL2 светится, HL1 — нет. Если 0,4 В < UBX < 2,4 В,
транзисторы VT1 и VT2 заперты, на выходах DD1.1
и DD1.4 будет напряжение низкого уровня, HL1 и
HL2 остаются темными. При появлении на входе ко-
роткого импульса низкого уровня ждущий мультивиб-
ратор, образованный элементами DD1.1 и DD1.2, ге-
нерирует импульс длительностью около 100 мс и на
это время вспыхивает HL1, а диод HL2 при этом све-
тится непрерывно. При подаче коротких импульсов
высокого уровня действует другой мультивибратор
(DD1.3 и DD1.4). Светодиод HL2 вспыхивает при-
мерно на 100 мс, a HL1 светит непрерывно. Если
входные сигналы представляют собой последователь-
ность импульсов с частотой f > 10 Гц, светодиоды
HL1 и HL2 горят постоянно, а если f < 10 Гц, то
HL1 и HL2 поочередно вспыхивают и гаснут с этой
же частотой.
Особенности схемы: подбором сопротивлений R2
и R3 устанавливается порог срабатывания пробника;
диод VD3 не допускает глубокого насыщения транзи-
стора VT2, благодаря чему быстродействие пробника
це уменьшается. Достоинство: при сравнительно
95
L &
3
2
1QK
R1
Il - fi - r....~i
л V g ' j 4IW I wJ
-X I 22k
*100,0
К155ЛКЗ m2
6
R5
3t_ 8c
5
„VW
±12125606
!>
\HL1
АЛ102А
^5B
!/?3*
\10k
VD3
2Л5606
£H
VD2
SZ2D5606
\R7
\10k
+ П|£*_________
mo
т.з
г—£[&~1в
10
1MU
^]l1
13
э-
э-
VT2
2T3604
\\220
\ HL2
’АЛ102А
Рис. 7.17. Логический пробник с двумя светодиодами для ин-
дикации кратковременных импульсов
простой схеме пробник позволяет регистрировать
кратковременные пики напряжения — «иглы». (Недо-
статки схемы авторами не отмечены. — Пер.).
В схеме на рис. 7.18 транзисторы VT2 и VT3
включены как эмиттерные повторители и служат для
разделения сигналов высокого и низкого уровня.
Если на входе напряжение высокого уровня, на выхо-
дах DD1.1 и DD2.2— низкого и сегмент d индикатора
HG1 светится, индицируя цифру 1 (индикатор повер-
нут на 90° по отношению к обычному положению).
96
Рис. 7 18. Логический пробник с индикацией последовательности
импульсов
При входном напряжении низкого уровня на выходе
DD2.1 также напряжение низкого уровня, в этом
случае светится сегмент f, а также сегменты а, b и g
(ток протекает через диод VD3 и резистор R11) —
индикатор фиксирует цифру 0. Если 0,4 В < t/BX <
< 2,4 В, на выходах DD2.1 и DD2.2 действует на-
пряжение высокого уровня, а на выходе DD2.3 —
низкого. Светятся сегменты a, b, g, образуя букву П.
При смене уровня на входе (фронт или срез им-
пульса), в момент переключения элементов DD2.1 и
DD2.2, на выходе DD2.3 возникает короткий импульс
низкого уровня, который запускает ждущий мульти-
вибратор (элементы DD1.4, DD2.4, С5 и R13). Муль-
тивибратор генерирует импульс, вызывающий корот-
кое свечение точки h. Мерцания точки h видны, если
на вход подается последовательность сигналов с
коэффициентом заполнения 1 у ж 0,5, а смена уров-
ней происходит с частотой f <Z 20 Гц. При этом раз-
личимо чередование цифр 0 и 1. Если у « 1 или
у ж 0, то соответственно индицируется только 1 или
только 0, а точка h мерцает с частотой 2f. Когда
f >» 20 Гц, точка h светится непрерывно, цифры 0 и
.1 индицируются одновременно и, если у « 0,5, яр-
кость цифр одинакова; при у « 1 или у « 0 индици-
1 Отношение длительности импульса к периоду следования.
{Пер.)
97
Рис. 7.19. Логический пробник со звуковой и световой индикацией
руется только 1 или только 0, а точка h светится не-
прерывно [11]Л
Особенности схемы: диоды VD1 и VD2 предохра-
няют транзистор VT1 от больших входных напряже-
ний, a VD4 защищает интегральные схемы в случае
подачи обратного питающего напряжения; конденса-
торы С2 и СЗ предохраняют ЛЭ от самовозбуждения.
Достоинства: отчетливая индикация разных входных
сигналов. Недостаток: сложность схемы.
На рис. 7.19 представлена схема пробника, где
дублируется звуковая и световая сигнализация.
Имеются отдельные каналы для двух логических
уровней.
Оконечной ступенью каналов звуковой сигнализа-
ции служит смесительно-усилительный каскад — тран-
зистор VT7 с миниатюрным капсюлем НА1 (ДЭМ.11Ц
в качестве нагрузки. При входном напряжении низ-
кого уровня диод VD4, а также транзистор VT6 от-
крываются. Загорается светодиод HL2 и раздается
звук (частотой 600 Гц) за счет возбуждения транзи-
стора VT7 работающим мультивибратором (DD1.1,
DD1.2, R16, R18 и С4). (Мультивибратор запускается
напряжением высокого уровня на входе 1 логическо-
го элемента DD1.1, снимаемым в данном случае с
эмиттерной нагрузки транзистора VT6.)
Когда на входе пробника действует сигнал высо-
кого уровня, работает второй канал, подобный рас-
смотренному. В этом случае светится диод HL1 и
слышится звук частотой 3 кГц. При 0,4 В < £7Вх *<
< 2,4 В оба канала бездействуют: светодиоды оста-
ются темными, звуковые генераторы не функциони-
руют. Если входной сигнал представляет собой по-
следовательность импульсов, интегрирующие конден-
саторы С1 и С2 «запоминают» высокий логический
уровень, в результате чего оба звуковых гене-
ратора работают одновременно и звук принимает
характерную окраску. Светодиоды HL1 и HL2 све-
тятся [6].
Особенности схемы: диоды VD1, VD2 и транзистор
VT8 играют соответственно роли диодов VD1, VD2 и
VD4 в схеме на рис. 7.18. Достоинство: двойная сиг-
нализация. Недостаток: нечувствительность к кратко-
временным импульсам.
Глав* восьмая
Самодельные устройства с ЛЭ И—НЕ ТТЛ
Итак, в предыдущих главах были рассмотрены
структура и принцип действия логического элемента
И—НЕ, некоторых распространенных узлов с исполь-
зованием ЛЭ И— НЕ и самое необходимое вспомога-
тельное оборудование для работы с интегральными
микросхемами. Остается главное: приложить полу-
ченные знания к конкретной работе, т. е. приступить
к созданию действующих устройств, которые найдут
применение в каждодневной практике. Это поможет
наилучшим образом усвоить и закрепить полученные
знания, приобрести необходимые навыки и, что важ-
нее всего, пробудит творческий интерес и стремление
к дальнейшему совершенствованию.
В рамках этой книги совершенно невозможно (да
и не нужно) рассмотреть хотя бы малую часть суще-
ствующих и возможных практических схем с ЛЭ
И—НЕ. Тут подобрано только небольшое количество
схем. Цель подборки — показать, с одной стороны,
как из простых узлов с ЛЭ И—НЕ можно собрать
сложное устройство, и с другой — предоставить чи-
тателю достаточную свободу в совершенствовании
конкретных схем различного практического на-
значения. '
Прибор для проверки транзисторов с разным ти-
пом проводимости. Работоспособность транзисторов
типа р— п— р и п — р — п можно определить, со-
брав прибор по схеме на рис. 8.1. Здесь питающее
напряжение переменной полярности, благодаря чему
проверка транзисторов обоих типов выполняется без
дополнительных переключений. На базы испытуемых
транзисторов подаются прямоугольные импульсы.
Обеспечивается это генераторами соответственно на
1,5 Гц (элементы DD1.1 и DD1.2) и на 6 кГц (эле-
менты DD1.3 и DD1.4). Схемы генераторов уже зна-
комы (см. рис. 5.1).
Если транзистор исправен, сигналы, приходящие
на базу, усиливаются и с коллектора поступают на
транзисторный усилитель VT2, вызывая прерывистое
свечение светодиода HL3. Тип испытуемого транзи-
стора определяют по тому, какой из светодиодов —
HL1 либо HL2 — действует [17].
100
Рис. 8.1. Прибор для проверки транзисторов
При исправном р — п — р-транзисторе мерцаю-
щий свет излучают светодиоды HL1 и HL3, при ис-
правном п — р — «-транзисторе — светодиоды HL2 и
HL3.
Советуем подумать, как
изменить последнюю ступень для получения звуко-
вой индикации вместо световой;
конструктивно оформить прибор;
изменить частоту мерцания светодиодов;
питать прибор (требуется напряжение +5 В, ко-
торое можно получить от батарей, от выпрямителя со
стабилизатором и т. п.).
Сигнализатор состояния «включено — выключено».
Принципиальная схема приведена на рис. 8.2. Логи-
ческие элементы DD1.1 и DD1.2 образуют генератор
прямоугольных импульсов частотой 2 Гц. К его вы-
ходам непосредственно подключены светодиоды HL1
и HL2. Резистор RJ служит для них общим ограничи-
телем тока. Если в точке А напряжение +5 В, гене-
ратор работает и светодиоды периодически вспыхи-
вают и гаснут. Если потенциал точки А одинаков с
потенциалом общей шины, генератор бездействует и
диоды не светятся. Так управляемый мультивибратор
на ЛЭ И—НЕ обращается в устройство, сигнализи-
рующее о состоянии контакта SA (замкнут — разо-
мкнут).
101
Рис. 8.2. Сигнализатор состояния «включе-
но — выключено»
Выбор конкретной схемы, частоты генерации, кон-
структивного исполнения переключателя SX, способа
питания дает возможность для творчества.
Сигнализатор тревоги. Схема устройства, подаю-
щего сигнал тревоги (при открывании дверей, шка-
фа, ящика стола и т. п.) приведена на рис. 8.3. Блок
G представляет собой генератор прямоугольных им-
пульсов с рабочей частотой в пределах 800—3000 Гц
(область наибольшей чувствительности уха). Транзи-
сторы VT1, VT2 и VT3 образуют усилитель, нагрузкой
которого служит миниатюрная звуковая головка НА.
Когда точки А и В замкнуты, транзистор VT1 заперт
и сигналы от генератора G не воздействуют на око-
нечную ступень. При разрыве перемычки (при откры-
тие. 8.3. Сигнализатор тревоги
102
вании двери, шкафа и т. п.у импульсы генератора бу*
дут усиливаться и зазвучит сигнал тревоги [18].
Схема дает возможность для творчества в отно-
шении
конструктивного исполнения цепи между точками
А и В;
выбора схемы генератора G (с обеспечением упо-
мянутой выше частотой генерации)';
разработки дублирующего канала световой сигна-
лизации.
Устройство «бегущие огни». Движение света (во-
круг плаката, в световой рекламе и др.) очень хорошо
воспринимается зрительно и привлекает внимание.
Рис. 8.4 иллюстрирует один из способов создания
подобной цепочки огней. Узел G — это генератор
прямоугольных импульсов частотой 1—2 Гц и коэф-
фициентом заполнения 0,5. Узел DD7 — это Т-триггер
[(см. описание в гл. 3). Выходные сигналы генератора
и триггера подаются на входы электронного переклю-
чателя (см. рис. 6.1, входы А и В). Выходы электрон-
ного переключателя связаны с цепью из последова-
тельно включенных светодиодов, или ламп накалива-
ния, или неоновых ламп (см. рис. 6.4 ... 6.6). Нетруд-.
DD5
Рис, 8,4, Устройство «бегущие огни»
ЮЗ
но видеть, что здесь обеспечивается свечение свето-
диодов 1 и 5, затем 2 и 6, потом 3 и 7, а за ними 4
и 8. Создается впечатление, что свет движется («бе-
жит») по цепи.
Читатель-исполнитель имеет возможность вы-
брать
частоту следования импульсов генератора;
конкретную схему генератора;
конкретную схему Т-триггера (проще применить
готовый триггер в интегральном исполнении, напри-
мер, К155ТМ2)1;
конструктивное исполнение (конфигурацию, спо-
соб установки и т. д.).
Световые гирлянды для новогодней елки. Схема
простейшего переключателя для создания световых
эффектов на новогодней елке приведена на рис. 8.5.
Это генератор прямоугольных импульсов, нагрузкой
которого служат источники света. Они периодически
загораются и гаснут. Естественно, световой эффект
становится сильнее, если будет больше генераторов
(например, два или три) с различными частотами
(например, 2 Гц, 3 Гц и т. д.), а также цепей с ос-
ветителями. Несовпадение загораний отдельных
групп ламп создает видимость естественного трепе-
тания пламени горящих свечей.
Вместо светодиодов, разумеется, можно использо-
вать и другие источники света. При этом следует
учитывать выходной ток логического элемента И—НЕ,
и, возможно, потребуется выходной буферный каскад,
который обеспечит необходимый ток.
Если источники света будут подключены к сети
переменного тока, следует принимать меры к их
1 Микросхема К155ТМ2 содержит в общем корпусе два оди-
наковых независимых D-триггера, связанных только общим пита-
нием. Для преобразования такого D-триггера в T-Триггер доста-
точно соединить выход Q (вывод 6 одного триггера или вывод 8
другого) со входом D (вывод 2 или 12 соответственно первого
или второго триггера). Входом служит вывод 3 первого или 11
второго триггера. Другие входы (R и S) оставляют свободными.
Если нужен только один триггер (как в данном устройстве), все
входы и выходы другого оставляют свободными. Питание +5 В
подают на вывод 14, вывод 7 — общий. Нумерация выводов кор-
пуса показана в приложении 1. Можно применить также
/Л-триггер (ИМС типа К155ТВ1) в режиме Т-триггера. В этом
случае сигналы от генератора подают на вывод 12 (вход С),
выходом служит вывод 8. Питание +5 В — вывод 14, вывод 7 —
общий. Остальные выводы микросхемы — свободные. (Пер.)
104
DUlf
Рис. 8.5. Устройство для создания световых эффектов
изоляции. Для этого требуются дополнительные
знания!1
Регистратор температуры. Этот прибор (рис. 8.6)
следит за температурой. В качестве термодатчика1 2
использован один из р — n-переходов транзистора
р— п — р-тпа (например, SFT308—VT1, VT2).
Этот переход вместе с резисторами /?/, R2 и R3, R4
образует делитель напряжения. Триггеры Шмитта
\(VT3, VT5 и VT4, VT6) и эмиттерные повторители
(VT7 и VT8) обеспечивают напряжение высокого
уровня на входе логического элемента DD1, на выхо-
де которого будет напряжение низкого уровня, по-
этому генератор прямоугольных импульсов (элемен-
ты DD2 и DD3) бездействует. Когда температура
одного из двух датчиков (или обоих одновременно)
превысит заданную, на выходе элемента DD1 появит-
ся напряжение, высокого уровня, которое является раз-
решающим для генератора. Генератор включается, и
под действием импульсов, поступающих через инвер-
тор DD4 на базу транзистора VT9, индикатор HL1
начинает светиться. Число точек контроля темпера-
1 См., например, статью [23]. (Пер.)
2 В качестве датчиков температуры следует применять тран-
зисторы с большим коэффициентом передачи тока й21э > 100.
Удобны малогабаритные транзисторы, например типа ГТ108Г.
Хорошие результаты можно получить, если в качестве термочув-
ствительного элемента использовать эмиттерный переход, через
который течет ток в пределах от 20 мкА до 1 мА. (Пер.)
105
8
R17
+73
Dur Я R DrrurТП Я ТЛП TAHnon^TlZnU
туры определяется числом входов DD1 и при исполь-
зовании многовходового ЛЭ может быть более двух
[19].
Изготовителю прибора предоставляется возмож-
ность самостоятельного выбора
частоты генератора;
числа контрольных точек;
конструктивного оформления и способов крепле-
ния датчиков в местах контроля температуры;
способа индикации — светового, звукового и др.
Приложение 1
Корпус ИМС ЛЭ серии К155
7,8
/4 13 12 11 10 9 8
°1 2 3 4 5 6 7
19*> max
Приложение 2
Логическая структура
и назначение выводов
некоторых ИМС ЛЭ И-^НЕ серии К155
К155ЛАЗ
(7400)
К155ЛА4
(7410)
К155ЛА1
(7420)
А1 В1 Cf О1 Общий
+ Ufr
W п?] гл ГУ1 геп
К155ЛА2
(7430)
А В С II Е F Общий
108
Приложение 3
Некоторые функциональные
и конструктивные аналоги из числа ЛЭ И—НЕ ТТЛ
универсальных серий
Логическая структура СССР ГДР ПНР СРР
Четыре двухвходовых ЛЭ И —НЕ Три трехвходовых ЛЭ И-НЕ Два четырехвходовых ЛЭ И —НЕ Один восьмивходо- вый ЛЭ И — НЕ К155 Л АЗ - (1ЛБ553) К155ЛА4 (К1ЛБ554) К155ЛА1 (К1ЛБ551) К155ЛА2 (К1ЛБ552) D100 D110 D120 D130 UCY7400 UCY7410 UCY7420 UCY7430 CDB400E CDB410E CDB420E CDB430E
Логическая структура ЧССР ВНР США (фирма «Техас Инструменте»)
Четыре двухвходовых ЛЭ И —НЕ Три трехвходовых ЛЭ И-НЕ Два четырехвходовых ЛЭ И - НЕ Оден восьмивходо- вый ЛЭ И — НЕ МН7400 МН7410 МН7420 МН7430 TL7400 TL7410 TL7420 TL7430 SN7400 SN7410 SN7420 SN7430
Приложение 4
Электрические и временные параметры ЛЭ И—НЕ
ТТЛ универсальных серий
Параметр 7400 7410 7420 7430
^пот> МА 4 3 2 1
^пот’ 12 9 6 3
^вх* мкА 40 40 40 40
/®х, мА -1,6 -1,6 -1,6 — 1,6
^ВЫХ’ МКА -400 —400 —400 —400
Авых» МА 16 16 16 16
^вых min’ В 2,4 2,4 2,4 2,4
109
Продолжение приложения 4
Параметр 7400 7410 7420 7430
£7° В *^вых max’ 0,4 0,4 0,4 о,4
НС (при выключении ИМС) 11 11 12 13
4°. «с (при включении ИМС) 7 7- 8 8
Примечание. 1. Напряжение питания +5 В, температура
4-25 °C. 2. Знак минус характеризует вытекающий ток (см. гл. 1).
3. Номинальное выходное напряжение ^ых = 3,4 В, £/®ых =
= 0,2 В. 4. Время задержки распространения сигнала измерено
при нагрузке Rn — 400 Ом, шунтированной конденсатором
С = 15 пФ.
Приложение 5
Представление десятичных чисел в двоичном коде
Десятичное число Двоичное число Десятичное число Двоичное число
23 22 21 2° 2з 2з 21 2°
0 0 0 0 0 8 10 0 0
1 0 0 0 1 9 10 0 1
2 0 0 10 10 10 10
3 0 0 11 И 10 11
4 0 10 0 12 110 0
5 0 10 1 13 110 1
6 0 110 14 1110
7 0 111 15 1111
Каждое десятичное число можно представить эквивалент-
ным двоичным числом. В двоичной системе счисления, где осно-
ванием является число 2, для записи любых чисел употребляются
только две цифры: 1 и 0. В двоичном числе единица (1), стоя-
щая на последнем месте, имеет тот же смысл, что и 1 в деся-
тичном числе. Когда 1 стоит на втором месте (считая справа
налево), она численно равна десятичному 2, на третьем месте,—
4, на четвертом, — 8 и т. д. Число нуль (0) независимо от поло-
жения всегда равно нулю.
Нетрудно видеть, что для преобразования в двоичное число
следует представить десятичное в виде суммы составляющих де-
сятичных чисел: 1 = 2°; 2 — 21; 4 = 22; 8 = 23 и т. д. Напри-
мер, десятичное число 13 можно записать так: 13ю = 8 + 4 +
4-0+1 = 11012.
НО
Приложение 6
Отечественные аналоги 1 зарубежных транзисторов
и маломощных диодов, упомянутых в книге
Зарубежный тип Отечественный аналог
1 2Т3167, 2Т3168 КТ312Б, КТ312В, КТ315Б, КТ315Г, КТ315Е, КТ315Ж, КТ342Б
2Т3501 КТ312А, КТ312Б, КТ315А, КТ315В, КТ315Д
2Т3531, 2Т3532 КТ503Е, КТ601А, КТ605А, КТ605Б, КТ630А... КТ630Г
2Т3603 КТ315Б, КТ315Г, КТ315Е, КТ315Ж
2Т3604 КТ315Б, КТ315Г, КТ315Е, КТ342А, КТ342Б
2Т3841 КТ343А ... КТ343В, КТ361Б, КТ361 Г, КТ361Е, КТ361Ж
2Т6551 КТ603А... КТ603Г, КТ608А, КТ608Б
2Т6821 КТ209Л, КТ361Б...КТ361Г, КТ361Е
2Т6822 КТ209А, КТ209Б, КТ209Г, КТ209Д, КТ209Ж, КТ209Л, КТ501А, КТ501Г, • КТ501Ж, КТ501Л
KU608 КТ802А, КТ805А, КТ805Б, КТ817А... ...КТ817Г
SFR308 МП39
2Д5606 КД509А, КД521А, КД521В, КД521Г,
КД522А, КД522Б
VQA13 АЛ307А
1 Приведены лишь некоторые распространенные типы
отечественных приборов, что не исключает возможность при-
менения и других, близких им по параметрам. (Пер.)
Список литературы
1. Белчев Д. Електронни токозахранващи устройства. Со
фия: Техника, 1980.
2. Димитрова М., Банков И. Импулсни схеми и устрой-
ства. София: Техника, 1982.
3. Конов К., Щерев А. ИнТегрални схеми в практиката.
София: Техника, 1976. Ч. 1.
4. Конов К. Електронна индикация. София: Техника. 1977.
5. Интересни схеми. Тестер//Радио, телевизия и електро-
ника. 1978. № 11, 12.
6. Градинарски Д. Пробник на логически нива със звукова
индикация//Радио, телевизия и електроника. 1979. № 4.
7. Коларов М. Пробник за логически схеми//Радио, те-
левизия и електроника. 1975. № 7.
8. Савеков С. Схема за визуален контрол на захранването
на ТТЛ ИС//Радио, телевизия и електроника. 1978. № 10.
Ш
9. Кашталай И. Логические пробники//Радио. 1977. № 5.
10. Пастушенко Н., Жижченко А. Логические пробники//
Радио. 1980. № 3.
11. Копылов В. Логические пробники//Радио. 1980. № 3,
12. Бакланов В., Захаров С. Логические пробники//Радио.
1977. № 5.
13. Новаков Е. Пробник за логически нива//Млад кон-
структор. 1981. № 8.
14. Шишков А. Полупроводникова техника. София: Тех-
ника. 1982. Ч. 2.
15. Ковалев В. Г., Ламекин В. Ф. Радиолюбителю о мик-
росхемах. М.: Изд-во ДОСААФ, 1975.
16. Микросхемы и их применение/В. А. Батушев, В. Н. Ве-
ниаминов, В. Г. Ковалёв и др.—2-е изд. М.: Радио и связь, '
1983.
17. Лисичкою К. Тестер за транзистори//Радио, телевизия и
електроника, 1981. № 7.
18. Алармиращо устройство//Радио, телевизия и електро-
ника. 1982. № 8.
19. Цоневски Н. Термоиндикатор//Радио, телевизия и
електроника. 1982. № 8.
20. Жеребцов И. П. Основы электроники. — 4-е изд. Л.:
Энергоатомиздат, 1985.
21. Малинин Р. М. Упрощенный расчет трансформаторов
питания//Радио. 1980. № 10. С. 62—63.
22. Новые условные обозначения броневых пластинчатых
магнитопроводов//Радио. 1985. № 8. С. 61—62.
23. Осторожно! Электрический ток!//Радио. 1983. № 8.
С. 55.
24. Справочник радиолюбителя-конструктора.— 3-е изд. М.:
Радио и связь, 1983.
Оглавление
Глава первая. Микросхемы транзисторно-транзистор-
ной логики.......................8
Глава вторая. Логические элементы..............21
Глава третья. Триггеры........................... 34
Глава четвертая. Формирование импульсов .... 46
Глава пятая. Мультивибраторы...................58
Глава шестая. Коммутация и индикация сигналов . . 68
Глава седьмая. Питание и контроль работы
устройств, выполненных на ЛЭ И—НЕ
ТТЛ ........................................75
глава восьмая. Самодельные устройства с ЛЭ И—НЕ
ттл . . •.................................. юо
Приложения...................................107
Список литературы............................111
Производственное издание
Димитрова Мария Илиева
Пунджев Владимир Петров
33
схемы
с логическими
элементами
И —НЕ
Научный редактор Е. И. Зельдин
Редактор С. С. Полигнотова
Художник обложки Г. В. Смирнов
Художественный редактор Д. Р. Стеванович
Технический редактор Н. А. Минеева
Корректор Н. Б. Чухутина
ИБ № 1966
Сдано в набор 22.07.87. Подписано в печать 09.12.87. Формат 84Х108'/зг.
бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Высокая печать. Усл.
иеч. л. 5,88. Усл. кр.-отт. 6,4. Уч.-изд. л. 6,74. Тираж 60 000 экз. Заказ № 667.
Цена 50 к.
Энергоатомиздат, Ленинградское отделение. 191065 Ленинград Д-65, Мар-
сово поле, 1.
Ленинградская типография № 2 головное предприятие ордена Трудового
Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга» им.
Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при Государственном комитете
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 198052
Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29.