6.8. Характеристика микросхем. Word.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛОГИЧЕСКИХ И ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ,
НАИБОЛЕЕ ЧАСТО ПРИМЕНЯЕМЫХ РАДИОЛЮБИТЕЛЯМИ.
Рассмотрим характеристики и другие „мелочи” наиболее часто применяемых
радиолюбителями логических и цифровых микросхем ТТЛ (серии К155, К555, KP531,
KP1531, KP1533) и микросхем КМОП – технологии (серии К176, K651, KP1561).
МИКРОСХЕМЫ ТТЛ.
Напряжение питания ------------------------------------------------------------------- +4,75…5,25B,
Выходной уровень логического нуля микросхем К155, К555 ------------------ не более 0,4B,
КР531--- не более 0,5B (при втекающем токе 20мА),
КР1531-------------------------------------- не более 0,8B,
КР1533 --- не более 0,5B (при втекающем токе 8мА),
Выходной уровень логической единицы микросхем К155 --------------------- не менее 2,4B,
К555 ---------------------- не менее 2,6B,
КР531 --- не менее 2,7B (при вытекающем токе 1мА),
КР1531 ------------------- не менее 2,0B,
КР1533 --- не менее 2,5B (при вытекающем токе 0,4мА),
Входной ток при уровне лог. нуля на входе микросхем К155 ---------------- не более 1,6мА,
КР531 ------------- не более 50мкА,
КР1531, КР1533 --- не более 20мкА,
Средняя потребляемая одним логическим элементом мощность К155 ---------------- 10мВт,
К555------------------ 2мВт,
КР531 -------------- 19мВт,
КР1531 -------------- 4мВт,
КР1533 ------------ 1,2мВт,
Средняя задержка распространения сигнала микросхем К155 ---------------------------- 20нс,
К555 ---------------------------- 18нс,
КР531 ---------------------------- 5нс,
Типовая нагрузочная способность --- микросхем К155, KP531 ------------------------------ 10,
K555 ---------------------------------------- 20,
KP1531 ------------------------------------- 30,
KP1533 ------------------------------------- 40,
Диапазон рабочих температур К155, KP531, K555, KP1531, KP1533 ----------- -10…+70 C,
KM155, KM555 -------------------------------------- -45…+85 C.
СЕРИЯ К155, КМ155.
Неиспользуемые входы микросхем можно никуда не подключать, т.е. подпаивать к
контактной площадке минимальных размеров, к которой (это важно) не подключены
проводники. При этом несколько уменьшается быстродействие микросхем. Можно
подключать неиспользуемые входы к используемым входам того же элемента, но это
увеличивает нагрузку на микросхему, которая является источником сигнала, что также
ведет к снижению быстродействия. Неиспользуемые входы микросхем можно объединять
и подключать их к источнику питания +5В через резистор 1кОм (до 20 входов к одному
резистору). При этом быстродействие микросхем не понижается.
На печатных платах с использованием микросхем серии К155 необходимо устанавливать
блокировочные конденсаторы (керамические) между цепью +5В и общим проводом. Один
– два конденсатора емкостью 0,02…0,15мкФ устанавливается на каждые пять микросхем.
Конденсаторы следует располагать на плате равномерно. Их необходимо также
установить рядом со всеми микросхемами с мощным выходом (К155ЛА6, К155ЛА7 и др.)
или с потребляемой мощностью более 500мВт.
СЕРИЯ К555, КМ555.
Основные правила использования микросхем серии К555 такие же, что и серии К155.
Следует, однако, иметь в виду, что они менее помехоустойчивы, а поэтому критичны к
взаимному расположению сигнальных цепей. Более существенно влияет на их работу и
индуктивность цепей питания, поэтому последние обязательно должны быть
зашунтированы керамическими конденсаторами емкостью 0,02…0,15мкФ на каждые 3…5
микросхем и расположены на плате равномерно. Входы микросхем нельзя оставлять
свободными. Их следует соединить с используемыми входами того же элемента или
подать на них уровень логической 1, подключив через резистор 1кОм к источнику
напряжения +5В. Неиспользуемые входы элементов ИЛИ и ИЛИ – НЕ также соединяют с
общим проводом.
При соблюдении указанных правил микросхемы К155 и К555 взаимозаменяемые.
Однако при их совместном применении следует помнить, что нагрузочная способность
микросхемы серии К555 на входы элементов серии К155 равна 5.
СЕРИЯ КР531.
Микросхемы этой серии требуют особого внимания к разводке цепей питания и общего
провода. При изготовлении промышленных устройств на микросхемах этой серии обычно
используют многослойные печатные платы, один из слоев которой служит общим
проводом, другой – проводом питания. Если же применяют двусторонние печатные
платы, то проводник питания и общий провод выполняют навесным в виде латунных
полос шириной около 5мм. Керамические блокировочные конденсаторы емкостью
0,047…0,15мкФ подпаивают непосредственно к этим полосам (один конденсатор на одну
– две микросхемы). В радиолюбительских конструкциях одну сторону двусторонней
печатной платы можно использовать для общего провода, а другую для сигнальных цепей
и провода питания.
Основные правила использования – те же, что и серии К155.
Входы микросхем этой серии нельзя оставлять свободными – их нужно подключать к
проводнику напряжения питания через резистор сопротивлением 1кОм (до 20 входов к
одному резистору) или непосредственно к общему проводу, в зависимости от логики
работы микросхемы.
СЕРИЯ КР1531.
На печатных платах с использованием микросхем серии КР1531 необходимо
устанавливать блокировочные конденсаторы между цепью +5В и общим проводом. Их
количество определяется одним конденсатором емкостью 0,047…0,15мкФ на каждые три
– пять микросхем, конденсаторы следует располагать на плате равномерно.
Основные правила использования микросхем серии КР1531 те же, что и микросхем
серии КР531. Входы микросхем этой серии нельзя оставлять свободными, их нужно
подключать к проводнику напряжения питания через резистор сопротивлением 1кОм (до
20 входов к одному резистору) или непосредственно к общему проводу, в зависимости от
логики работы микросхемы.
СЕРИЯ КР1533.
Основные правила использования микросхем серии КР1533 в основном те же, что и для
серии К555. Неиспользуемые входы микросхем этой серии нельзя оставлять свободными
– их нужно подключить к общему проводу или к источнику питания без резисторов. Цепи
питания должны быть зашунтированы керамическими конденсаторами емкостью
0,02…0,15мкФ на каждые 5…10 микросхем, расположенными на плате равномерно.
МИКПОСХЕМЫ КМОП – ТЕХНОЛОГИИ.
Напряжение питания микросхем серии К176 ------------------------------------ +8,55…9,45B,
К561 -- +3…15В, КР1561 -- +3…+18В,
Выходной уровень логического нуля микросхем серии К176, К561 -------- примерно 0В,
КР1561 – 0,4B (Uпит.=5В), 0,5B (Uпит.=10В), 1,5B (Uпит.=15В),
Выходной уровень логической единицы К176, K561 -- примерно +напряжения питания,
КР1561 -- 4,6B (Uпит.=5В), 9,5B (Uпит.=10В), 13,5B (Uпит.=15В),
Потребляемый ток в статическом режиме микросхем К176 --------------- не более 0,1мкА,
К561, KP1561 -------------доли мкА,
Средняя задержка распространения сигнала -------------------------------------------------300нс,
Типовая нагрузочная способность ---------------------------------------------------------------- 100,
Диапазон рабочих температур микросхем К176 ------------------------------------ -10…+70 С,
К561, КР1561 -------------------------- -45…85 С.
СЕРИЯ К176.
Основной особенностью микросхем является ничтожное потребления тока в статическом
режиме – 0,1…100мкА. При работе на максимальной рабочей частоте 1…5МГц
потребляемая мощность увеличивается и доходит до значения потребляемой мощности
наименее мощных ТТЛ – микросхем.
Номинальное напряжение питания микросхем серии К176 - +8,55…9,45B, однако они
сохраняют работоспособность в диапазоне питающих напряжений 5…12В.
При монтажных работах для исключения случайного пробоя за счет статического
электричества потенциалы монтируемой платы, паяльника и тела монтажника должны
быть уравнены. Для этого на ручку паяльника можно намотать несколько витков
неизолированного провода или укрепить жестяную пластинку и соединить через резистор
100…200кОм с металлическими частями паяльника. Конечно, обмотка паяльника не
должна иметь контакта с его корпусом. При монтаже свободной рукой следует касаться
шин питания монтируемой платы. Если микросхема лежит в металлической коробке или
ее выводы упакованы в фольгу, прежде чем взять микросхему, следует дотронуться до
коробки или фольги.
Применение микросхем серии К176 имеет свои особенности. Ни один из входов
микросхемы не может быть оставлен неподключенным, даже если логический элемент в
микросхеме неиспользован. Свободные входы элементов должны быть или соединены с
используемыми входами того же элемента, или подключены к шине питания или общему
проводу в соответствии с логикой работы микросхемы. Напряжение источника питания
должно подаваться ранее или одновременно с подачей входных сигналов.
СЕРИЯ К561.
Микросхемы серии К561 во многом аналогичны микросхемам серии К176, потребляют
ничтожно малую мощность в статическом режиме, имеют очень небольшой
определяемый лишь токами утечки входной ток.
Напряжение источника питания может находиться в пределах от 3 до 15В. Меры
предосторожности, которые необходимо применять при монтаже и налаживании
устройств на микросхемах серии К561 такие же, как и для микросхем серии К176. Ни
один из входов микросхемы не может быть оставлен неподключенным, даже если
логический элемент в микросхеме не использован. Свободные входы элементов должны
быть или соединены с используемыми входами того же элемента или подключены к шине
питания или общему проводу в соответствии с логикой работы микросхемы. Напряжение
питания должно подаваться ранее или одновременно с подачей входных сигналов.
При конструировании аппаратуры на микросхемах серии К561 необходимо учитывать,
что емкость связи между проводниками, соединяющими передатчики с приемниками
информации, является емкостью нагрузки для микросхем, передающих информацию.
Увеличение емкости приводит к возрастанию динамического тока потребления. Для
исключения влияния перекрестных помех между одиночными проводниками в
асинхронных устройствах, емкость связи не должна превышать 100пФ.
При конструировании аппаратуры на микросхемах серии К561 необходимо
предусматривать защиту от попадания импульсных помех на шины „питания” и „общая”,
для чего в цепях питания рекомендуется устанавливать низкочастотные и
высокочастотные конденсаторы. Ориентировочно емкость конденсаторов можно выбрать
из расчета: низкочастотный электролитический – не менее 0,03мкФ на одну микросхему
(на практике проверено, что гораздо эффективнее установить на плате с микросхемами
электролитический конденсатор 100мкФ/ 16В), высокочастотный керамический –
0,068мкФ на каждые 50 микросхем.
СЕРИЯ КР1561.
Микросхемы серии КР1561 во многом переемственны микросхемам К176 и К561. Они
также потребляют чрезвычайно малый ток в статическом режиме (доли микроампера), их
входные токи определяются только токами утечки, а выходные напряжения практически
равны нулю или напряжению питания при работе на другие микросхемы структуры
КМОП.
Отличительная особенность микросхем серии КР1561 – наличие буферных элементов на
входах и выходах всех микросхем независимо от их сложности, а не только на выходах
сложных, как в сериях К176 и К651. В результате большинство микросхем этой серии
имеют примерно одинаковые выходные характеристики и одну и ту же входную емкость.
Кроме того, микросхемы серии КР1561 защищены от перегрузок как по входу, так и по
выходу (в выходные цепи добавлены токоограничивающие резисторы). Напряжение
питания микросхем может находиться в пределах от 3 до 18В. Однако при изготовлении
микросхемы контролируют только при напряжениях 5, 10 и 15В, для которых и
гарантированы их параметры.
Микросхемы серии КР1561 имеют следующие статические нагрузочные характеристики.
При уровне логического нуля на выходе микросхемы и контрольных напряжениях
питания 5, 10 и 15В выходной втекающий ток равен не менее 0,44; 1,1 и 3мА при
выходных напряжениях 0,4; 0,5 и 1,5В соответственно. Те же нормы существуют и для
вытекающих токов при входных напряжениях – 4,6; 9,5 и 13,5B уровня логической
единицы на выходе. Кроме того, гарантируется, что при напряжении питания 5В и Uвых.
2,5В уровня логической единицы выходной вытекающий ток равен не менее 1,36мА.
Реальные выходные токи микросхем серии КР1561 значительно больше.
Ток короткого замыкания при напряжении питания 5В равен 10мА при уровне
логического нуля и около 6мА при уровне логической единицы, что позволяет
подключать практически любые светодиоды к выходам микросхем этой серии без
ограничительных резисторов. При напряжении питания 10 или 15В ток короткого
замыкания может достигать 20…60мА, поэтому включение ограничительных резисторов
необходимо.
Выходной ток 0,44мА при напряжении питания 5В и выходное напряжение 0,5B уровня
логического нуля гарантирует нормальную работу микросхем серии КР1561 на один вход
микросхем серии К555. Однако, так как реальный выходной ток больше, их можно
нагружать и на несколько входов микросхем серии К555 или даже на один вход
микросхемы серии К155.