Некоторые цифровые микросхемы КМОП-логики, такие как К176ЛА7, К176ЛЕ5, К561ЛА7,К561ЛЕ5, а так же зарубежные аналоги 4001, 4011 могут работать и в линейном усилительном режиме.
Для этого вход и выход логического элемента нужно соединить резистором или RC-цепью отрицательной обратной связи, которая подаст напряжение с выхода элемента на его же вход и в результате на входе и выходе элемента установится одно и то же напряжение, где-то между значением логического нуля и логической единицы. По постоянному току элемент окажется в режиме усилительного каскада.
А коэффициент усиления будет зависеть от параметров этой цепи ООС. В таком режиме логические элементы выше указанных микросхем можно использовать в качестве аналоговых усилителей.
Принципиальаня схема маломощного УНЧ
На рисунке 1 показана схема маломощного УНЧ на основе микросхемы К561ЛА7 (4011). Усилитель получается двухкаскадный, если вообще здесь уместно говорить о каскадах. Первый каскад выполнен на логическом элементе D1.1, его вход и выход связаны между собой цепью ООС состоящей из резисторов R2, R3 и конденсатора С4.
Практически коэффициент усиления здесь зависит от соотношения сопротивлений резисторов R2 и R3.
Рис.1. Принципиальная схема усилителя мощности низкой частоты на микросхеме К176ЛА7.
Входной сигнал ЗЧ через регулятор громкости на резисторе R1 поступает через разделительный конденсатор С1 на вход элемента D1.1. Им сигнал усиливается и поступает на выходной усилитель мощности на оставшихся трех элементах микросхемы, включенных параллельно для увеличения их выходной мощности.
Нагружен выходной каскад на миниатюрный динамик В1 через разделительный конденсатор C3. Выходная мощность не оценивалась, но субъективно УНЧ работает примерно так же громко, как УНЧ карманного радиоприемника с выходной мощностью около 0,1W.
Динамики пробовал самые разные, от 4 Ом до 120 Ом. Работает с любым. Конечно, громкость различается. Налаживания практически никакого не требуется.
При напряжении питания более 5-6V появляются существенные искажения.
Схема радиовещательного приемника прямого усиления
На втором рисунке показана схема радиовещательного приемника прямого усиления для приема радиостанций в диапазоне длинных или средних волн.
Схема УНЧ почти такая же как на рисунке 1, но отличается тем, что один элемент микросхемы из выходного каскада исключен и на нем сделан усилитель радиочастоты, при этом, естественно, мощность выходного каскада, в теории, снизилась, но практически на слух какой-либо разницы замечено не было.
И так, на элементе D1.4 выполнен УРЧ. Для его перевода в усилительный режим между его выходом и входом включена цепь ООС, состоящая из резистора R4 и входного контура, образованного катушкой L1 и переменным конденсатором C6.
Рис.2. Принципиальная схема приемника на микросхеме К176ЛА7, К176ЛЕ5, CD4001.
Контур подключен ко входу УРЧ непосредственно, это стало возможным благодаря высокому входному сопротивлению элементов ИМС КМОП-логики.
Катушка L1 является магнитной антенной. Она намотана на ферритовом стержне диаметром 8 мм и длиной 12 мм (можно любой длины, но чем длиннее, тем лучше чувствительность приемника). Для приема на средних волнах обмотка должна содержать 80-90 витков.
Для приема на длинных волнах - около 250. Провод, практически любой обмоточный. Средневолновую катушку мотать виток к витку, длинноволновую - внавал 5-6-ю секциями.
Переменный конденсатор С6 - от «легендарного» набора для сборки приемника «Юность КП-101» 80-х годов прошлого века. Но, конечно же, можно и какой-то другой. Следует заметить, что используя КПЕ от карманного супергетеродинного приемника, соединив его секции параллельно (будет максимальная емкость 440-550 пФ в зависимости от типа КПЕ) можно будет уменьшить число витков катушки L1 в два и более раза.
С выхода УРЧ на D1.4 усиленное напряжение ВЧ поступает через разделительный конденсатор С8 на диодный детектор на германиевых диодах VD1 и VD2. Диоды должны быть обязательно германиевыми. Это могут быть Д9 с другими буквенными индексами, а так же, диоды Д18, Д20, ГД507 или зарубежного производства.
Продетектированный сигнал выделяется на конденсаторе С9 и через регулятор громкости на R1 поступает на УНЧ, выполненный на остальных элементах данной микросхемы.
Применение логических элементов в других схемах
Рис.3. Схема магнитного датчика на логическом элементе.
Логические элементы в усилительном режиме можно использовать и в других схемах, например, на рисунке 3 показана схема магнитного датчика, на выходе которого появляется импульс переменного напряжения, когда магнит перемещается перед катушкой, либо перемещается сердечник катушки.
Параметры катушки зависят от конкретного устройства, в котором этот датчик будет работать. Возможно так же, включение в качестве катушки динамического микрофона или динамического громкоговорителя, чтобы данная схема работала как усилитель сигнала от него. Например, в схеме, где нужно реагировать на шум или удары по поверхности, на которой этот датчик закреплен.
Тульгин Ю. М. РК-2015-12.
На прошлом занятии мы познакомились с простыми логическими элементами НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Теперь начнем знакомство непосредственно с микросхемами серий К561 или К176, на примере микросхемы К561ЛА7 (или К176ЛА7, в принципе они одинаковые, различаются только некоторые электрические параметры).
Микросхема содержит четыре элемента И- НЕ, это одна из наиболее часто используемых микросхем в радиолюбительской практике. Микросхема К561ЛА7 (или К176ЛА7) имеет прямоугольный пластмассовый черный, коричневый или серый корпус с 14-ю выводами, расположенными по его длинным краям. Эти выводы изогнуты в одну сторону. На рисунках 1А, 1Б и 1В показано как производится нумерация выводов. Вы берете микросхему маркировкой к себе, при этом выводы оказываются повернуты в противоположную от вас строну. Первый вывод определяется по "ключу". "Ключ" — это выштампованная углубленная метка на корпусе микросхемы, она может быть в форме паза (рисунок 1А), в форме маленькой точки-углубления, поставленной возле первого вывода (рисунок 1Б), или в форме большой углубленной окружности (рисунок 1 В). В любом случае отсчет выводов ведется от помеченного "ключом" торца корпуса микросхемы. Как отсчитываются выводы показано на этих рисунках. Если микросхему перевернуть "на спину", то есть маркировкой от себя, а "ногами" (выводами) к себе, то положение выводов 1-7 и 8-14, естественно поменяются местами. Это понятно, но многие начинающие радиолюбители эту мелочь забывают и это приводит к неправильной распайке микросхемы, в результате чего конструкция не работает, да и микросхема может выйти из строя.
На рисунке 2 показано содержимое микросхемы (при этом микросхема изображена "ногами к вам", в перевернутом виде). В микросхеме есть четыре элемента 2И-НЕ и показано как их входы и выходы подключены на выводы микросхемы. Питание подключается так: плюс — на вывод 14, а минус — на вывод 7. При этом общим проводом считается минус. Паять выводы микросхемы нужно очень осторожно и использовать мощностью не более 25 Вт. Жало этого а нужно заточить так, чтобы ширина его рабочей части была 2-3 мм. Время пайки каждого вывода не должно быть более 4 секунд. Лучше всего микросхемы для опытов разместить на специальных макетных платах, вроде той, что предложил наш постоянный автор Сергей Павлов в журнале иРК-12-99" (страница 46).
Напомним, что цифровые микросхемы понимают только два уровня входного напряжения "О" - когда напряжение на входе около нуля питания, и "1" — когда напряжение близко к напряжению питания. Проведём эксперимент (рисунок 3) превратим элемент 2И-НЕ в элемент НЕ (для этого его входы нужно соединить вместе) и будем подавать на эти входы напряжение с переменного резистора R1 (подойдет любой на любое сопротивление от 10 кОм до 100 кОм), а на выходе подключим светодиод VD1 через резистор R2 (Светодиод может быть любой излучающий видимый свет, например АЛ307). Затем подключим питание (не перепутайте полюса) — две последовательно соединенные "плоские" батареи по 4,5 В каждая (или одна "Крона" на 9В). Теперь поворачивая движок резистора R1 следите за светодиодом, в какой то момент сретодиод будет гаснуть, а в какой то зажигаться (если светодиод не горит вообще, это значит, что вы его неправильно подпаяли, поменяйте его выводы местами и все будет нормально).
Теперь подключите вольтметр (РА1) так как показано на рисунке 3 (в качестве вольтметра можно использовать любой тестер или мультиметр, включенный на изменение постоянного напряжения). Поворачивая движок R1 заметьте при каком напряжении на входах элемента микросхемы светодиод горит, а при каком гаснет.
На рисунке 4 показана схема простого реле времени. Рассмотрим как она работает. В тот момент, когда контакты выключателя S1 замкнуты конденсатор С1 разряжен через них, и напряжение на входах элемента равно логической единице (близко к напряжению питания). Поскольку этот элемент у нас работает как НЕ (оба входа И замкнуты вместе) на его выходе при этом будет логический нуль, и светодиод гореть не будет. Теперь размыкаем контакты S1. Конденсатор С1 начинает медленно заряжаться через резистор R1. И напряжение на этом конденсаторе будет расти, а напряжение на R1 падать. В какой то момент это напряжение достигнет уровня логического нуля и микросхема Переключится", на выходе элемента будет логическая единица — светодиод загорится. Вы можете поэкспериментировать устанавливая на место R1 резисторы разного сопротивления, а на место С1 конденсаторы разных емкостей, и обнаружить интересную зависимость — чем больше емкость и сопротивление тем больше времени будет проходить с момента размыкания S1 до зажигания светодиода. И наоборот чем меньше емкость и сопротивление тем меньше времени проходит от размыкания S1 до зажигания светодиода. Если резистор R1 заменить переменным можно поворачивая его движок каждый раз изменять время, которое будет отрабатывать это реле времени. Запуск этого реле времени производится кратковременным замыканием контактов S1 (можно вместо S1 просто пинцетом или проволочкой замыкать выводы С1 между собой разряжая таким образом С1.
Если места подключения резистора и конденсатора поменять (рисунок 5) схема будет работать наоборот, — при замыкании контактов S1 светодиод зажигается сразу, а гаснет через некоторое время после их размыкания.
Собрав схему, показанную на рисунке 6 — мультивибратор из двух логических элементов, можно сделать простую "мигалку" — светодиод будет мигать, а частота этого мигания будет зависить от сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора С1. Чем меньше будут эти величины тем быстрее будет мигать светодиод, и наоборот, чем больше — тем медленнее (если светодиод не мигает вообще — это значит, что он неправильно подключен, нужно поменять местами его выводы).
Теперь внесем изменения в схему" мультивибратора (рисунок 7) — отключим вывод 2 от вывода 1 первого элемента (D1.1) и подключим вывод 2 к такой же цепи из конденсатора и резистора, как в опытах с реле. времени. Теперь смотрите что будет: пока S1 замкнут напряжение на одном из входов элемента D1.1 равно нулю. Но это элемент И-НЕ, а значит, что если на его один вход подан нуль, то независимо от того что происходит на его втором входе, на его выходе все равно будет 1 единица. Эта единица поступает на оба входа элемента D 1.2, и на выходе D 1.2 будет ноль. А раз так, то светодиод загорится и будет гореть постоянным светом. После размыкания S1 конденсатор С2 будет медленно заряжаться через R3 и напряжение на С2 будет расти. В какой то момент оно станет равным логической единице. В этот момент выходной уровень L элемента D1.1 станет зависеть от уровня на его втором входе — выводе 1 и мультивибратор начнет работать, а светодиод станет мигать.
Если С2 и R3 поменять местами (рисунок 8) схема будет работать наоборот — вначале светодиод будет мигать, а поистечении некоторого времени после размыкания S1 он перестанет мигать и будет гореть постоянно.
Теперь перейдем в область звуковых частот — соберите схему, показанную на рисунке 9. Когда вы подключите питание в динамике будет слышен писк. Чем больше С1 и R1 тем ниже будет тон писка, а чем они меньше, тем выше тон звука. Соберите схему показанную на рисунке 10.
Это готовое реле времени. Если на ручку R3 нанести шкалу, то им можно пользоваться, например при фотопечати. ВЫ замыкаете S1, установите резистором R3 нужное время, и затем размыкаете S1, После того как это время истечет динамик станет пищать. Схема работает почти также как показанная на рисунке 7.
На следующем занятии попробуем собрать несколько полезных в быту приборов на микросхемах К561ЛА7 (или K176J1A7).
В эту серию входит более трех десятков цифровых микросхем разной степени интеграции, позволяющих создавать разнообразные приборы и устройства цифровой техники. Все они по конструктивному оформлению и принципу работы аналогичны микросхемам серии К155. Так, например, микросхема К176ЛА7, как и микросхема К155ЛАЗ, содержит в своем корпусе четыре логических элемента 2И-НЕ. Микросхема К176ТМ2, как и К155ТМ2,- два D-триггера, которые могут стать счетными, если их инверсный выход соединить с входом D. Короче говоря, все те опыты и эксперименты и ранее сконструированные вами приборы и устройства можно повторить на соответствующих микросхемах серии К176.
Но, и об этом "но"надо всегда помнить, аналогичные по функциональному назначению микросхемы серий К176 и К155 не взаимозаменяемы! Нельзя, например, микросхему К155ТВ1 просто заменить микросхемой К176ТВ1, хотя обе они - JK-триггеры, нельзя только одну из микросхем К155ЛАЗ заменить на К176ЛА7. Дело в том, что микросхемы серии К176 рассчитаны на номинальное напряжение питания 9В±5%, хотя и сохраняют работоспособность при напряжении в пределах 4,5... 12 В. И напряжение логических уровней у них неодинаково. При напряжении литания 9 В напряжение низкого уровня, соответствующее логическому 0, не более 0,3 В (для микросхем серии К155-не более 0,4 В), а высокого уровня- не менее 8,2 В (для микросхем серии К155-не менее 2,4 В). Все это и некоторое другое не позволяют непосредственно подключать микросхемы серии К176 к микросхемам серии К155 и, следовательно, использовать их для совместной работы в одной конструкции.
Основная особенность и достоинство микросхем серии К176- экономичность. По сравнению с микросхемами серии К155 они потребляют от источника питания энергии во много раз меньше. Например, счетчик импульсов К176ИЕ2 потребляет от источника питания ток около 100 мкА, а ток, потребляемый счетчиком К155ИЕ2, достигает 50 мА. Объясняется это тем, что основой микросхем серии К176 служат полевые транзисторы структуры МОП (металл-окисел-полупроводник), а не биполярные транзисторы, как в.микросхемах ТТЛ. В связи с этим изменяется и уровень сигналов, подаваемых на управляющие входы микросхем. Так, например, чтобы D-триггер К155ТВ2 установить в нулевое или единичное состояние, вы подавали на его вход R или S сигнал низкого уровня. Аналогичный же триггер микросхемы К176ТВ2 устанавливают в такие же состояния подачей на вход R или S сигнала высокого уровня.
Не следует забывать еще одну особенность микросхем серии К176: на них губительно действуют электростатические заряды! Вот несколько советов, предупреждающих эти неприятности. Если микросхема хранится в металлической коробке или ее выводы обернуты фольгой, то, прежде чем взять микросхему рукой, сначала следует дотронуться до коробки или фольги.
Чтобы исключить случайный пробой полевых транзисторов микросхемы статическим электричеством во время монтажа, статические потенциалы электропаяльника, паяемой детали и тела самого монтажника должны быть уравнены и сведены к минимуму. Для этого на ручке паяльника несколькими витками голого провода укрепляют пластину из жести и через резистор сопротивлением 100... 200 кОм соединяют ее с металлическими частями паяльника. При монтаже пальцами свободной руки касаются проводника питания на монтажной плате устройства.
Мощность электропаяльника, используемого для монтажа конструкций на микросхемах серии К176, должна быть 25... 40 Вт. Целесообразно паяльник подключить к сети через разделительный трансформатор, а пластину на ручке гибким проводником соединить с заземлением через резистор сопротивлением 1 МОм. Время пайки каждого вывода не должно превышать 3 с, а пайку соседнего вывода следует начинать спустя 10 с.
Пайку микросхем серии К176 рекомендуется начинать с выводов питания, предварительно включив временно между проводами питания на плате резистор сопротивлением 1 ... 2 кОм. Если в цепь питания уже впаян стабилитрон, то надобность в таком резисторе отпадает.
И еще одно предупреждение: напряжение питания устройства на микросхемах серии К176 необходимо включать до подачи на его вход управляющих сигналов.
Условное графическое обозначение микросхемы К176ЛА7 показано на рис. 1,а.
Рис. 1 Микросхемы серии К176
Она отличается от микросхемы К155ЛАЗ только нумерацией выводов двух средних (по схеме) логических элементов 2И-НЕ. Плюсовой провод источника питания соединяют с выводом 14, а минусовой-с выводом 7. Источником питания могут служить две батареи 3336, соединенные последовательно, или сетевой блок питания с выходным стабилизированным напряжением 9 В.
На том же рисунке изображены схемы двух вариантов одновибратора, формирующего одиночные импульсы. Первый из них (рис. 1,б) запускается спадом, а второй (рис. 1,в) фронтом импульса высокого уровня. В обоих вариантах такого одновибратора длительность формируемого импульса определена емкостью конденсатора С2.
Работа первого варианта устройства заключается в следующем. В исходном (ждущем) состоянии конденсатор С2 разряжен, поэтому на обоих входах элемента DD1.1 (выводы 1 и 2) и выходе элемента DD1.2 поддерживается напряжение высокого уровня. Короткий сигнал низкого уровня, создающийся спадом входного импульса, дифференцирует цепь C1R1, в результате чего элемент DD1.1 переключается в единичное состояние, а DD1.2- в нулевое. При этом сигнал низкого уровня, появляющийся на выходе второго элемента, через конденсатор С2 передается на вход первого элемента и поддерживает его в единичном состоянии. Одновременно конденсатор начинает заряжаться от источника питающего напряжения через резистор Р2. Как только напряжение на левой (по схеме) обкладке конденсатора достигнет порогового значения, элемент DD1.1 тут же переключится в нулевое состояние. В этот момент на выходе элемента DD1.2 возникнет положительный перепад напряжения, который через тот же конденсатор С2 передастся на вход первого элемента и переключит оба элемента одновибратора в исходное состояние. Диод VD1, показанный на схеме штриховыми линиями, включают в тех случаях, когда требуется возможно более быстрое переключение одновибратора в ждущий режим.
Коротко об одновибраторе второго варианта (рис. 1,в). Его правая (по схеме) часть, в которую входят элементы DD1.3, DD1.4, конденсатор С2 и резистор R2, работает точно так же, как одновибратор на элементах микросхемы К155ЛАЗ. Длительность импульса низкого уровня, формируемого на его выходе, около 3,5 с.
Чтобы длительность формируемого импульса была стабильной, запускающий одновибратор импульс тоже должен быть довольно стабильным. Поэтому запускать такое устройство целесообразно через формирователь короткого импульса, выполненного в нашем примере на элементах DD1.1 и DD1.2. В исходном состоянии на входе устройства действует напряжение низкого уровня, которое приложено и к нижнему входу элемента DD1.2, Конденсатор С1 в это время разряжен. Входной импульс высокого уровня заряжает этот конденсатор.
Но состояние элемента DD1.2 не меняется, так как на его верхнем входе сохраняется напряжение низкого уровня. И лишь после прекращения действия входного сигнала я появления на верхнем входе элемента DD1.2 напряжения высокого уровня на выходе этого элемента формируется весьма стабильный короткий импульс низкого уровня, который и запускает одновибратор, собранный на логических элементах DD1.3 и DD1.4.
Следующий пример практического применения микросхемы К176ЛА7-генераторы импульсного напряжения. На рис, 2 вы видите схемы трех вариантов генератора.
Рис. 2 Генераторы
Они должны вам напомнить подобные генераторы на элементах микросхемы К155ЛАЗ. Частота следования импульсов первых двух генераторов (рис. 2,а и б) равна 1... 1,5 кГц.
Третий вариант (рис. 2,в) подобен генератору прерывистого сигнала. Его образуют два взаимосвязанных генератора, один из которых формирует на выходе пачки импульсов с частотой повторения около 1 Гц, а второй-импульсы заполнения частотой около 1 кГц. Длительность пачек импульсов равна 0,5 с. Генератор включают подачей на нижний вход элемента DD1.1 управляющего напряжения высокого уровня. Первый формируемый импульс на выходе генератора возникает сразу после этого разрешающего сигнала.
Одной из конструкций, предложенных вам ранее для повторения, был игровой автомат . В нем работали логические элементы 2И-НЕ и JK-триггер микросхем ТТЛ. Функцию индикаторов выполняли лампы накаливания, включенные в коллекторные цепи транзисторных ключей. Можно ли такой игровой автомат повторить, используя для него микросхемы серии К176? Конечно, можно. Надо только микросхему К155ЛАЗ заменить на К176ЛА7 (с учетом разницы в цоколевке), а К155ТВ1-на К176ТВ1. Резистор R1 надо будет заменить на другой, сопротивлением 300... 500 кОм, а емкость конденсатора С1 должна быть 0,1 мкФ. Эффект игры будет таким же, как с тем автоматом.
Но подобный игровой автомат вы можете выполнить и по схеме, представленной на рис. 3.
Рис. 3 Игровой автомат "Красный или зеленый" на микросхемах К176ЛА7
В нем используются все четыре элемента микросхемы К176ЛА7. Два из них (DD1.1 и DD1.2) работают в генераторе импульсов, частота следования которых.определяется номиналами резистора R1 и конденсатора С1 а два других (DD1.3 и DD1.4) выполняют функцию согласующих ступеней. К выходам этих элементов через транзисторы VT1 и VT2 -подключены светодиоды HL1 красного свечения и HL2 зеленого. При нажатии на кнопку SB1 генератор начинает работать а элементы DD1.3 и DD1.4 попеременно, с частотой генератора переключаться из одного логического состояния в другое С такой же частотой вспыхивают светодиоды. Но стоит отпустить кнопку ее контакты вновь замкнут времязадающий конденсатор С1 и генератор перестанет работать. При этом на выходе одного из согласующих элементов появится напряжение высокого уровня, а на выходе другого- низкого уровня. Включенным окажется тот из светодиодов, который подключен к элементу с выходным напряжением высокого уровня.
Такой игровой автомат можно рассматривать и как генератор случайных чисел: заранее невозможно предсказать, на каком из его выходов будет логическая 1 или логический 0.
Вы, вероятно, заметили, что в генераторах, о которых мы здесь рассказали, сопротивление времязадающих резисторов значительно больше, чем в подобных генераторах на микросхемах серий К155. Резисторы выбирают такими (но не менее 50 кОм) затем, чтобы ток, текущий через них, был возможно меньшим и не нагружал микросхемы, работающие в источнике входных сигналов. Максимальное сопротивление таких резисторов ограничено в основном возможными утечками тока в монтажных платах, сопротивление утечки которых достигает десятков мегаом. Емкость же конденсаторов времязадающей цепи генераторов не должна быть менее 100 пФ для того, чтобы существенно превышать емкость монтажа устройства.
В серии К176 есть микросхема К176ЛП1, которую называют универсальным логическим элементом. Универсальность заключается в том, что она может быть использована и как три самостоятельных элемента НЕ, и как элемент ЗИЛИ-НЕ, и как элемент ЗИ-НЕ, и как элемент НЕ с большим коэффициентом разветвления (позволяет подключать к выходу большое число других микросхем).
Схема электронной "начинки" этой микросхемы показана на рис. 4,а.
Рис. 4 Микросхема К176ЛП1
Ее образуют шесть полевых транзисторов, три из которых (VT1-VT3) с n-каналом, три других (VT4-VT6)-c р-каналом. Общее число выводов - 14. Напряжение питания подают на выводы 14 (+9 В) и 7 (общий). Выводы 6, 3 и 10-входные, остальные - выходные. Разные по функциональному назначению логические элементы получают путем соответствующих соединений входных и выходных выводов. Так, если соединить между собой выводы 13 и 8, 1 и 5, то получатся три инвертора (рис. 4,б). Чтобы микросхема стала инвертором с мощным выходом (с большим коэффициентом разветвления), надо соединить вместе все входные выводы и все выходные, как показано на рис. 4,в. Другие комбинации соединения выводов позволяют превратить микросхему в элемент 3ИЛИ-НЕ (рис. 4,г), элемент ЗИ-НЕ (рис. 4,д), отсутствующий в серии К176 элемент 2ИЛИ-И-НЕ (рис. 4,е) и мультиплексор с двумя входами (рис. 4,ж).
У мультиплексора по схеме рис. 56,ж три входа- А, С и В и один выход - D. При напряжении высокого уровня на входе С он пропускает сигнал на выход D с входа А, а при напряжении высокого уровня-с входа В. Причем, при тех же уровнях напряжения на входе С сигнал с выхода D может проходить на вход А или В.
С некоторыми другими микросхемами серии К176, как то триггерами, счетчиками импульсов, дешифраторами, вы поближе познакомитесь по ходу конструирования цифрового частотомера, электронных часов и других устройств повышенной сложности, разговор о которых еще впереди. Сейчас же мы намерены немного рассказать лишь о микросхеме К176ИЕ5-одной из группы микросхем этой серии, специально разработанных для использования в электронных счетчиках времени.
Условное графическое обозначение этой микросхемы и типовая схема включения ее показаны на рис. 5,а и б.
Рис. 5 Микросхема К176ИЕ5
Микросхема состоит из генератора импульсов, рассчитанного на работу с внешним кварцевым резонатором на частоту 32 768 Гц, и двух делителей частоты- девятиразрядного и шестиразрядного, образующих вместе пятнадцатиразрядный двоичный делитель частоты генератора. Кварцевый резонатор ZQ1 вместе с времязадающими элементами генератора подключают к выводам 9 (вход Z) и 10 (вы ход Z). Сигнал генератора частотой 32 768 Гц, который можно контролировать на выходах К и К, поступает на вход девятиразрядного делителя частоты. На выходе 9 (вывод 1) этого делителя формируются импульсы частотой следования 64 Гц. Этот сигнал генератора может быть подан на вход 10 (вывод 2) второго делителя - шестиразрядного. Для этого надо лишь соединить выводы 1 и 2. Тогда с выхода 14 (вывод 4) пятого разряда этого делителя можно будет снимать сигнал частотой 2 Гц, а с выхода 15 (вывод 5) шестого разряда- частотой 1 Гц, Этот стабильный сигнал частотой 1 Гц в электронных часах обычно используют как исходные секундные импульсы. А если "тот сигнал подать на вход дополнительного делителя частоты с коэффициентом деления 60, на его выходе будут формироваться импульсы с частотой повторения 1/60 Гц, т. е. минутные импульсы счетчика времени.
Вход R (вывод 3) микросхемы служит для установки исходной фазы колебаний, формируемых на ее выходах. При подаче на него напряжения высокого уровня на выходах 9, 10 и 15 возникает напряжение низкого уровня. После снятия установочного уровня, на этих выходах появляются соответствующие сигналы, причем спад первого импульса высокого уровня на выходе 15 (1 Гц) возникает через 1 с. Конденсаторы С1 и С2 служат для точной установки частоты кварцевого генератора. С уменьшением их емкости частота генерации возрастает, и наоборот. Частоту генератора устанавливают: грубо- подборкой конденсатора С1, точно- подстроечным конденсатором С2. Сопротивление резистора R2 .может быть в пределах 1,5... 20 МОм.
Микросхема К176ИЕ5 может работать в секундомере, а подобная ей, но более сложная К176ИЕ12- в электронных часах. Тем не менее уже сейчас, как говорят, не откладывая на завтра, вы можете испытать ее в работе, в качестве источника сигналов образцовой частоты. Сигнал частотой 64 Гц можно прослушивать на высокоомные головные телефоны. Сигналы же частотой 1 и 2 Гц.можно наблюдать визуально, подключив к выводам 5 и 4 микросхемы транзисторные индикаторы со светодиодами или лампами накаливания в коллекторных цепях.
Впрочем, микросхему К176ИЕ5 можно испытать и без кварцевого резонатора. В этом случае времязадающую цепь генератора, составленную из конденсатора С1 и переменного резистора R2, подключите к микросхеме, как показано на рис. 57,в. Настраивают такой генератор подборкой конденсатора С2 и переменным резистором R2, добиваясь появления на выходе 15 сигнала частотой 1Гц. Час-другой, проведенные в опытах с этой микросхемой, не пропадут даром.
Для опытной проверки и питания конструкций на микросхемах серии К176 можно смонтировать самостоятельный сетевой блок с фиксированным выходным напряжением 9 В. Например, по схеме, показанной на рис. 6.
Рис. 6 Сетевой блок питания
В нем систему защиты от замыкания выходной цепи образуют германиевый n-р-n транзистор VT1, кремниевый диод VD2 и резистор R1. Диод VD2 в этом случае выполняет функцию стабистора-стабилизатора действующего на нем прямого напряжения, равного 0,6...0,7 В. Пока замыкания в выходной цепи нет, транзистор системы защиты закрыт, так как в это время напряжение на его базе относительно эмиттера отрицательно и никакого влияния на работу блока не оказывает.
В случае появления замыкания эмиттер транзистора VT1 оказывается соединенным с общим проводом через малое сопротивление замыкания. Теперь напряжение на базе этого транзистора относительно эмиттера становится положительным, отчего он открывается и шунтирует стабилитрон VD3. В результате регулирующий транзистор VT2 стабилизатора напряжения почти закрывается и ток, текущий через него, ограничивается до безопасного уровня.
В качестве сетевого трансформатора Т1 можно использовать трансформатор кадровой развертки телевизора (например, ТВК-70Л2, ТВК-110Л2 или ТВК-110А). Подойдет также любой другой трансформатор, понижающий напряжение сети до 10... 12 В. Выпрямительный блок КЦ402Е (VD1) можно заменить четырьмя диодами серий КД105 или Д226, включив их по мостовой схеме. Транзистор VT1 может быть любым из серий МП35--МП38, с коэффициентом h21Э не менее 50.
Конструкция блока питания - произвольная.
Для пуска таймера нажимают кнопку SB1, давая возможность разрядиться конденсатору С1 (и С2, если он подключен выключателем SA1). После отпускания кнопки конденсатор начинает заряжаться через резистор R2 или цепочку последовательно соединенных резисторов R2—R12 — это зависит от положения подвижного контакта переключателя SA2. Как ^только напряжение на входах элемента DD1.1 достигнет порога переключения, на выходе элемента появится уровень логической 1 и включится генератор. Его колебания частотой около 1000 Гц поступят через инвертор и усилитель на головной телефон, являющийся звуковым индикатором. Усилитель нужен для согласования нагрузки (телефона) с выходом инвертора. В отсутствие колебаний транзистор находится в закрытом состоянии. Этим обеспечивается высокая экономичность таймера — в режиме ожидания он потребляет ток не более 0,5 мА.
В таймере использованы резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы О и С2—К53-14 (С2 составлен из шести параллельно соединенных конденсаторов), СЗ—КЛС. Под эти детали и рассчитана печатная (рис. Т-5), изготовленная из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. На месте транзистора VT1 могут работать любые транзисторы серий МП39—МП42. Вместо указанных конденсаторов К53-14 подойдут другие конденсаторы с малым током утечки (например, ЭТО или К52-2), но, возможно, под них придется изменить размеры платы.
Звуковой индикатор BF1 — любой телефонный капсюль (головной телефон) с сопротивлением обмотки 40...120 Ом. Его можно заменить малогабаритной динамической головкой, например 0,1ГД-6, но включать ее в коллекторную цепь транзистора следует через выходной трансформатор от малогабаритного приемника типа «Селга», «Сокол». Громкость звука в обоих вариантах устанавливают подбором резисторов R16 и R15.
Кнопка SB1 и выключатель SA1 могут быть любого типа, а переключатель SA2 желательно применить галетный на 11 положений (например, 11П1Н) с керамической платой. На лепестках платы монтируют резисторы R2—R13.
Источник питания GB1 — «Крона» или аккумуляторная батарея 7Д-0,115. Таймер работает устойчиво при снижении напряжения питания до 4 В, но при этом длительность выдержек несколько возрастет, а громкость звукового сигнала упадет.
И остальные детали таймера размещены в корпусе (рис. Т-6), который может быть самодельный или готовый (скажем, корпус малогабаритного транзисторного приемника).
Налаживание таймера сводится к подбору конденсатора С2 и резисторов R2—R12. Емкость конденсатора должна быть такой, чтобы при подключении его выключателем SA1 выдержка, например на первом поддиапазоне, увеличивалась в 10 раз. Точнее выдержку, указанную для первого поддиапазона, устанавливают подбором резистора R2, для второго поддиапазона — подбором резистора R3, для третьего — подбором резистора R4 и т. д. Естественно, выдержки могут быть иные по сравнению с указанными на схеме — достаточно лишь установить резисторы R2—-R12 соответствующих сопротивлений.
Если таймер захотите использовать для отсчета непродолжительных выдержек (до 30 мин), его можно упростить, заменив переключатель SA2 и резисторы R3—R13 переменным резистором сопротивлением 3,3...4,7 МОм.
Б.С. Иванов. Энциклопедия начинающего радиолюбителя
