Микросхемы серии К176. Схема, описание
Из почти подручных материалов. Не смотря на всю свою простоту, металлоискатель работает, он может найти монету на глубине до 10 см, кастрюлю на глубине до 30 см, а канализационный люк прибор видит на глубине 60 см. Это конечно немного, но для такого просто прибора довольно неплохо. Впрочем, если работать с ним на пляже или просто построить в ознакомительных целях, то зря времени вы не потеряете.
Материалы и инструменты для самоделки :
- полный перечень деталей платы можно увидеть на схеме, она включает микросхему К176ЛА7;
- провод для катушки (ПЭВ-2 0,08…0,09 мм);
- броневой магнитопровод;
- эпоксидка;
- наушники;
- паяльник с припоем;
- материалы для создания штанги, корпуса и так далее.
Процесс изготовления металлоискателя:
Шаг первый. Пару слов о схеме
L1 нужно намотать на каркасе с тремя секциями с подстроечным сердечником и разместить в броневом магнитопроводе диаметром 8.8 мм, сделанного из феррита 600НН. Всего катушка имеет 200 витков провода ПЭВ-2 0,08…0,09 мм.
Катушка L2 делается из куска алюминиевой трубки диаметром 6-9 мм и длиной 950 мм. Через нее нужно продеть 18 отрезков провода с хорошей изоляцией. Далее трубку нужно согнуть с помощью оправки, в диаметре она должна быть примерно 15 см. Отрезки провода соединяются последовательно. Индуктивность такого рода катушки должна находится в пределах 350 мкГн.
Концы трубки замыкать не нужно, но один из них надо соединить общим проводом.
Для описанной выше схемы автор использовал резиновый шланг с металлической основой внутри, а также цельный провод, покрытый лаком. Чтобы не повредить изоляцию, применялся пинцет с резиновыми трубочками на концах. Обмотку нужно зафиксировать как можно тщательно, иначе прибор будет давать ложные срабатывания.
Важно отметить тот факт, что кабель, идущий от платы к катушке, должен быть экранирован.
Шаг второй. Дальнейшая сборка и настройка
Для настройки ручку конденсатора нужно повернуть в среднее положение, а затем путем вращения подстроечного сердечника L1 нужно добиться отсутствия биений в наушниках. Настройка будет являться правильной, если при повороте ручки переменного конденсатора на небольшой угол в наушниках будет слышен гул.
Настройка проводится на расстоянии не менее одного метра от массивных металлических предметов.
Автору удавалось повышать чувствительность прибора в том случае, если ввернуть сердечник подстроечной катушки до упора, а путем регулирования настройки с помощью переменного конденсатора достичь почти полного отсутствия звука в наушниках. При этом, если включить наушники на полную мощность, звук будет тихим.
Если будет так, что звук в наушниках вообще не слышен, нужно на выводах 4 DD1 и DD2 проверить наличие П-образного сигнала, для таких целей будет нужен осциллограф. На выводе 11 и 8 DD3 должна быть смесь сигналов.
Также следует отметить, что в оригинальной схеме указано сопротивление R3 300 кОм, но с таким сопротивлением наушники работать не будут. Его нужно заменить на 3 кОм. Вместо конденсаторов 5600 пФ автор также использовал на 4700 пФ, так как первых найти не удалось.
К недостаткам схемы можно отнести то, что палата чувствительна к температуре окружающей среды, в связи с этим прибор нужно постоянно настраивать переменным конденсатором, добиваясь нулевых биений.
Шаг три. Завершающий этап сборки
Катушку автор рекомендует залить эпоксидкой, это позволит надежно зафиксировать провода. В противном случае неизбежно будут ложные срабатывания, так как в процессе поиска приходиться задевать о камни, палки и другие препятствия, к тому-же, катушку можно легко повредить. Вместо эпоксидки подойдет воск или пластилин, который нужно расплавить и залить. Парафин использовать не следует, так как он становится после застывания хрупким и не имеет эластичности. Если выбор пал на пластилин, то нужно позаботиться о том, чтобы он не вытек, разогревшись на солнце.
Помимо всего прочего в схеме нежно заменить резистор R3, его номинал должен быть 300 кОм. Также нужно настроить частоту образцового генератора таким образом, чтобы в наушниках слышались уверенные и четкие щелчки. Чувствительность прибора определяется частотой следования щелчков, чем она ниже, тем лучше. С такими настройками автор находит копеечную монету СССР на глубине 10 см, которая лежит горизонтально.
Если сделать частоту щелчков высокой, то наличие металла под поисковой катушкой можно определить по изменению звучания.
Автор собрал также еще один такой прибор и у него обнаружилась проблема - отсутствие звука в наушниках. Решением стало удаление из схемы конденсатора С7. Также автор убрал регулятор громкости, поскольку звучание само по себе стало тише. С такой доработкой прибор не утратил чувствительности.
Корпус для прибора из пластика можно купить в радиомагазине, автору он обошелся в 31 рубль. Для экранирования схемы из картона нужно вырезать "рубашку" и обвернуть фольгой. Края фольги крепятся к картону скотчем, потом с помощью степлера крепится провод и подключается к минусу.
Также в схему нужно установить электролитический конденсатор 47-100 мкф после включения питания с напряжением не менее 10В.
Рассмотрим схемы четырех электронных приборов построенных на микросхеме К561ЛА7 (К176ЛА7). Принципиальная схема первого прибора показана на рисунке 1. Это мигающий фонарь. Микросхема вырабатывает импульсы, которые поступают на базу транзистора VT1 и в те моменты, когда на его базу поступает напряжение единичного логического уровня (через резистор R2) он открывается и включает лампу накаливания, а в те моменты, когда напряжение на выводе 11 микросхемы равно нулевому уровню лампа гаснет.
График, иллюстрирующий напряжение на выводе 11 микросхемы показан на рисунке 1А.
Рис.1А
Микросхема содержит четыре логических элемента "2И-НЕ", входы которые соединены вместе. В результате получается четыре инвертора ("НЕ". На первых двух D1.1 и D1.2 собран мультивибратор, вырабатывающий импульсы (на выводе 4), форма которых показана на рисунке 1А. Частота этих импульсов зависит от параметров цепи, состоящей из конденсатора С1 и резистора R1. Приблизительно (без учета параметров микросхемы) эту частоту можно рассчитать по формуле F = 1/(CxR).
Работу такого мультивибратора можно пояснить так: когда на выходе D1.1 единица, на выходе D1.2 - нуль, это приводит к тому, что конденсатор С1 начинает заряжаться через R1, а вход элемента D1.1 следит за напряжением на С1. И как только это напряжение достигнет уровня логической единицы, схема как-бы переворачивается, теперь на выходе D1.1 будет ноль, а на выходе D1.2 единица.
Теперь уже конденсатор станет разряжаться через резистор, а вход D1.1 будет следить за этим процессом, и как только напряжение на нем станет равно логическому нуля схема опять перевернется. В результате уровень на выходе D1.2 будут импульсы, а на выходе D1.1 тоже будут импульсы, но противофазные импульсам на выходе D1.2 (рисунок 1А).
На элементах D1.3 и D1.4 выполнен усилитель мощности, без которого, в принципе, можно обойтись.
В данной схеме можно использовать детали самых разных номиналов, пределы, в которые должны укладывать параметры деталей отмечены на схеме. Например, R1 может иметь сопротивление от 470 кОм до 910 кОм, конденсатор С1 иметь емкость от 0,22 мкФ до 1,5 мкФ, резистор R2 - от 2 кОм до 3 кОм, таким же образом подписаны номиналы деталей и на других схемах.
Рис.1Б
Лампа накаливания - от карманного фонаря, а батарея питания - либо плоская на 4,5В, либо "Крона" на 9В, но лучше если взять две "плоские", включенные последовательно. Цоколевка (расположение выводов) транзистора КТ815 показана на рисунке 1Б.
Второе устройство - реле времени, таймер со звуковой сигнализацией окончания установленного временного промежутка (рисунок 2). В основе лежит мультивибратор, частота которого сильно увеличена, по сравнению с пред-идущей конструкцией, за счет уменьшения емкости конденсатора. Мультивибратор выполнен на элементах D1.2 и D1.3. Резистор R2 взять такой же как R1 в схеме на рисунке 1, а конденсатор (в данном случае С2) имеет значительно меньшую емкость, в пределах 1500-3300 пФ.
В результате импульсы на выходе такого мультивибратора (вывод 4) имеют звуковую частоту. Эти импульсы поступают на усилитель, собранный на элементе D1.4 и на пьезокрамический звукоизлучатель, который при работе мультивибратора издает звук высокого или среднего тона. Звукоизлучатель - пьезокерамический зуммер, например от звонка телефона-трубки. Если он имеет три вывода нужно подпаять любые два из них, а потом опытным путем выбрать из трех два таких, при подключении которых громкость звука максимальная.
Рис.2
Мультивибратор работает только тогда, когда на выводе 2 D1.2 будет единица, если ноль - мультивибратор не генерирует. Происходит это потому, что элемент D1.2 это элемент "2И-НЕ", который, как известно, отличается тем, что если на его один вход подать нуль, то на его выходе будет единица независимо от того, что происходит на его втором входе.
Логическая микросхема. Состоит из четырёх логических элементов 2И-НЕ. В состав каждого из этих элементов входят четыре полевых транзистора, два n-канальных - VT1 и VT2, два p-канальных - VT3 и VT4. Два входа А и В могут иметь четыре комбинации входных сигналов. Принципиальная схема и таблица истинности одного элемента микросхемы показаны ниже.
Логика работы К561ЛА7
Рассмотрим логику работы элемента микросхемы . Если на оба входа элемента подать напряжение высокого уровня, то транзисторы VT1 и VT2 будут находиться в открытом состоянии, а VT3 и VT4 в закрытом. Таким образом, на выходе Q будет напряжение низкого уровня. Если на любой из входов подать напряжение низкого уровня, то один из транзисторов VT1, VT2 будет закрыт, а один из VT3, VT4 открыт. Это установит напряжение высокого уровня на выходе Q. Такой же результат, естественно, будет если на оба входа микросхемы К561ЛА7 будет подано напряжение низкого уровня. Девиз логического элемента И-НЕ - ноль на любом входе даёт единицу на выходе.
| Вход | Выход Q | |
|---|---|---|
| A | B | |
| H | H | B |
| H | B | B |
| B | H | B |
| B | B | H |
Таблица истинности микросхемы К561ЛА7
Цоколёвка микросхемы К561ЛА7
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.
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.
