Юный радиолюбитель

Борисов Виктор Гаврилович

Действие такого элемента как инвертора можно сравнить с работой кремниевого n-р-n транзистора в режиме переключения. Если его базу соединить с эмиттером или подавать на нее положительное напряжение смещения, не превышающее 0,3–0,4 В, транзистор будет находиться в открытом состоянии и напряжение на его коллекторе будет близко к напряжению питания. При таком состоянии транзистора входное напряжение низкого уровня можно принять за логический 0, а выходное напряжение более высокого уровня — за логическую 1. Если затем на базу подать такое положительное напряжение смещения, при котором транзистор откроется, то напряжение на его коллекторе упадет почти до нуля. Такое состояние транзистора будет в нашем примере

соответствовать выходному напряжению низкого уровня и входному высокого уровня. При подаче на базу пульсирующего напряжения транзистор с частотой и полярностью следования импульсов будет переключаться из открытого состояния в закрытое и, наоборот, из закрытого состояния в открытое, имитируя работу инвертора.

Но у элемента 2И-НЕ (рис. 303, а), с которого я начал знакомить тебя с логическими микросхемами, два входа. Поэтому и принцип его действия несколько отличается от свойств одного транзистора, работающего в режиме переключения. Сущность действия такого элемента заключается в том, что при подаче на один из его входов напряжения низкого уровня, а на второй вход напряжения высокого уровня, на выходе появляется напряжение высокого уровня, которое исчезает при подаче на оба входа сигналов, соответствующих напряжению высокого уровня. В этом и заключается логика элемента 2И-НЕ.

Если все входы такого элемента соединить вместе, т. е. сделать его одновходовым, он будет работать как инвертор. Напряжение на входе логического элемента, при котором он переходит из одного устойчивого состояния в другое, т. е. переключается из открытого состояния в закрытое, называют пороговым.

Для микросхем серии К155 пороговое напряжение составляет примерно 1,15 В.

Для твоих опытных конструкций потребуется, прежде всего, микросхема K155ЛA3, условное обозначение которой показано на рис. 303, б. Конструктивно она выглядит так же, как микросхемы серии К118, но в ее корпусе четыре логических элемента 2И-НЕ. Каждый из них имеет свои входы и выход и работает как самостоятельный элемент. Источник постоянного тока напряжением не более 5 В, питающий все элементы микросхемы, подключают к ее выводам 7 (—5 В) и 14 (+5 В). Но эти выводы не принято указывать на условных изображениях цифровых микросхем, потому что на принципиальных электрических схемах тех или иных устройств элементы, составляющие микросхемы, в подавляющем большинстве случаев чертят раздельно.

Схема первого опытного устройства на цифровой микросхеме, которую я предлагаю тебе для закрепления в памяти принципа работы логического элемента 2И-НЕ, показана на рис. 304. Из четырех элементов микросхемы K455ЛA3 в нем работают только два (любых) а два других не используются.

В целом это устройство представляет собой генератор световых импульсов, который можно использовать, например, для модели маяка.

Рис. 304. Схема генератора световых импульсов с использованием логических элементов 2И-НЕ

Элементы D1.1 и D1.2, включенные инверторами, соединены между собой последовательно, образуя как бы двухкаскадный транзисторный усилитель с непосредственной связью. Конденсатор С1, включенный между выходом элемента D1.2 и входом элемента D1.1, создает между выходом и входом такого усилителя положительную обратную связь, благодаря которой он возбуждается, начинает генерировать электрические колебания.

Догадываешься, что представляет собой эта часть электронного устройства? Совершенно верно: мультивибратор, генерирующий импульсы напряжения, близкие по

форме к прямоугольным.

Частота импульсов зависит от емкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R1. При емкости конденсатора С1, указанной на схеме, только переменным резистором R1 частоту импульсов можно изменять примерно от 60 до 120 в 1 мин (1–2 Гц). С вывода 6 элемента D1.2, являющегося выходом мультивибратора, скачкообразно изменяющееся напряжение подается на базу транзистора V1 и управляет его работой. В те моменты времени, когда на выводе 6 этого элемента напряжение низкого уровня, транзистор V1 закрыт. Когда же на этом выводе напряжение высокого уровня, транзистор открывается и лампочка Н1 в его коллекторной цепи загорается. Таким образом, транзистор, управляемый перепадами напряжения на выходе элемента D1.2, работает в режиме переключения, а частота световых вспышек лампочки определяется частотой импульсов, генерируемых мультивибратором.

Все детали генератора световых импульсов, кроме источника питания, можно смонтировать на картонной плате размерами примерно 40х60 мм. Микросхему D1, электролитический конденсатор С1 (типа К50-6), транзистор V1, лампочку накаливания Н1 (МН2,5–0,068) и резисторы размещай с одной стороны платы, а соединения между ними делай с другой стороны. Выводы микросхемы пропусти через проколы в плате до упора корпуса, отогни немного в стороны и туг же пронумеруй, чтобы исключить ошибки в соединении ее элементов.

Источником питания может быть сетевой блок питания, батарея 3336Л или батарея, составленная из трех элементов 332. Проводник положительного полюса источника тока (желательно в изоляции красного цвета) подключай к выводу 14, а проводник отрицательного полюса — к выводу 7 микросхемы.

Прежде чем включить питание, движок резистора R1 поставь в положение наибольшего введенного сопротивления (по схеме — в крайнее правое), а между общим заземленным проводником и выходом мультивибратора (вывод 6 элемента D1.2) включи вольтметр постоянного тока. Если ошибок в монтаже нет, то после включения питания стрелка вольтметра должна периодически, с частотой мультивибратора, отклоняться от нулевой отметки шкалы и с такой же частотой вспыхивать лампочка в коллекторной цепи транзистора.

Попробуй уменьшать введенное сопротивление переменного резистора R1 — частота колебаний стрелки вольтметра и вспышек лампочки накаливания должна плавно увеличиваться.

Подключи параллельно конденсатору С1 второй конденсатор такой же или большей емкости. Что изменилось? Частота световых вспышек, регулируемая резистором R1, уменьшилась примерно вдвое. Емкость этого конденсатора можно уменьшить примерно до 100 мкФ. Но тогда при минимальном сопротивлении резистора R1 частота импульсов, генерируемых мультивибратором, будет столь значительной, что стрелка вольтметра и нить накала лампочки из-за инерционности уже не смогут на них реагировать. На такую частоту будут реагировать только головные телефоны, подключенные к выходу мультивибратора.

Такой генератор ты можешь также использовать в качестве «мигалки» — указателя поворотов при езде на велосипеде. В этом случае резистор R1 может быть постоянным, но подобранным такого номинала, чтобы лампочка вспыхивала не более 50–60 раз в 1 мин. Источник питания — батарея 3336Л. Для коммутации цепей питания используй трехпозиционный двухсекционный тумблер со средним нейтральным положением. В среднем положении ручки тумблера генератор и лампочки накаливания, находящиеся слева и справа от сидения велосипеда, обесточены. В левом положении ручки тумблера будут включаться одновременно сам генератор и левая лампочка, а при правом положении ручки тумблера тоже генератор и правая лампочка указателя поворотов. Составить схему такой коммутации цепей питания ты, надеюсь, сможешь и без моей помощи.