Материал: Применение интегральных схем (1984)

Дэвид Л. Хейзерман

ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Редакция литературы по новой технике

© 1981 by Prentice-Hall, Inc.

© Перевод на русский язык, «Мир», 1984

Предисловие редактора перевода

Электроника представляет собой одну из самых современных обла­стей науки и техники. Доступность, наглядность и практическая полез­ность результатов, возможность проявить свои творческие способности — все это привлекает к разработке и изготовлению разнообразных элек­тронных устройств огромное число людей. За несколько десятилетий сво­его развития радиолюбительская практика прошла путь от изготовления простейших детекторных приемников до создания современных сложных электронных систем, которые по ряду показателей превосходят промыш­ленные образцы. Многие новые виды схем, предложенные радиолюбите­лями, вошли в золотой фонд электроники и широко используются в аппа­ратуре различного назначения.

Новый этап в развитии радиолюбительства наступил после разработки микроэлектронной технологии, которая предоставила в распоряжение ра­диолюбителей интегральные микросхемы — миниатюрные и дешевые из­делия, выполняющие функции сложных электронных схем, которые раньше приходилось собирать из сотен и тысяч отдельных деталей. Используя микросхемы, современные радиолюбители могут создавать весьма слож­ную аппаратуру, изготовление которой ранее было практически невоз­можно. Существенно расширилась номенклатура электронных устройств, создаваемых радиолюбителями. Если раньше это были в основном радио­приемники и радиопередатчики, устройства для записи и воспроизведения звука, то теперь в круг интересов радиолюбителей вошли электронные игры, электромузыкальные инструменты, устройства сигнализации, системы управления различной бытовой техникой и др.

Уже в течение ряда лет в отечественных научно-технических изданиях публикуются различные варианты электронных схем, выполненных на базе интегральных микросхем. Однако фундаментальные работы по данной проблематике, ориентированные на широкую радиолюбительскую аудито­рию, до последнего времени отсутствовали. Предлагаемая читателю книга призвана восполнить этот пробел.

Материал настоящей книги носит справочно-информационный харак­тер. Книга содержит свыше 100 схем, построенных на базе современных интегральных микросхем, предназначенных для применения в разнообраз­ной бытовой технике: радиоприемниках, магнитофонах, электронных играх и т. п, Вместе со схемами дается качественное описание принципа их ра­боты, без глубокого анализа или расчета характеристик, что делает книгу доступной для читателя, не имеющего специальной подготовки. Книга будет полезной и интересной как для радиолюбителя, только начинающего свой путь в увлекательный мир электроники, так и для опытного спе­циалиста, который найдет здесь оригинальные схемные решения. Ниже приводится список отечественных аналогов и возможных вариантов за­мены зарубежных микросхем, использованных в книге, что обеспечивает практическую реализацию почти всех рассмотренных схем.

Данная книга, несомненно, представляет значительный интерес для широкого круга советских радиолюбителей, а также принесет пользу про­фессиональным специалистам, работающим в области создания бытовой и промышленной электронной техники.

И. И. Шагурин

Таблица. Список аналогов и возможных вариантов замены зарубежных микросхем

1) В ИС К514ИД2 выводы 3 и 5 не используются.

²) Отличия в расположении выводов и управлении прямым и обратным счетом.

Предисловие Посвящается Мом и Дэд

В своем увлечении новыми и удивительными достижениями в совре­менной электронной технике авторы и издатели часто упускают из виду постоянно растущую армию начинающих радиолюбителей, которые стре-мятся овладеть навыками сборки, монтажа, отыскания неисправностей и проверки различных электронных устройств. Данная книга ориентирована специально на такую аудиторию читателей.

Однако не следует думать, что предлагаемые здесь устройства яз-ляются элементарными в буквальном смысле этого слова. Появление ин­тегральных схем на биполярных транзисторах, а сравнительно недавно и микросхем на МОП-транзисторах со средним и высоким уровнями ин­теграции дает возможность даже радиолюбителям с небольшим опытом собирать достаточно сложные устройства, достойные уровня квалифици­рованных радиотехников.

В данной книге описано свыше 100 устройств, каждое из которых сопровождается принципиальной схемой, спецификацией и рекомендация­ми по практическому применению. Некоторые устройства имеют сугубо практическое применение, в то время как другие помогают людям орга­низовать свой досуг. В книге также можно найти рекомендации по мо­дификации схем и изготовлению на их основе более сложной системы. Эти рекомендации направлены на развитие у радиолюбителя элементар­ных инженерных навыков.

При изготовлении устройств читателю не обязательно придерживаться порядка описания схем в книге.

В приложении 1 даются примеры схемных обозначений радиодета­лей, принятых в данной книге, а приложение 2 содержит краткие сведе­ния о полупроводниковых компонентах, которые используются в рассмат­риваемых устройствах.

Несколько советов радиолюбителям

Многие устройства, описанные в данной книге, включаются непосред­ственно в сеть напряжением 120 В [Описанные здесь устройства можно также подключать к сети на-дряжением 127 В. — Прим. ред.]. Следует иметь в виду, что любая неправильно собранная и непроверенная схема, на которую подается на­пряжение питания, является потенциально опасной для человека. Поэтому радиолюбителям, у которых отсутствуют навыки работы с такими схе­мами, рекомендуется обращаться к более опытным товарищам для про­верки изготовленных устройств.

Некоторые из предлагаемых в книге устройств излучают маломощные широкополосные высокочастотные колебания, которые могут создавать помехи для бытовой радио- и телевизионной аппаратуры. Применение усилителей с более высоким коэффициентом усиления, чем рекомендовано в данной книге, или подключение к внешней антенне может привести к нарушению установленных правил пользования изготовленными устрой­ствами.

Дэвид Л. Хейзерман

Глава 1 практические рекомендации по пользованию книгой

Перед новичком, приступающим к построению электрон­ных устройств на основе интегральных схем (ИС), открыва­ется интересный и удивительный мир. Он получает возмож­ность, используя всего несколько недорогих компонентов, за несколько часов собрать такие устройства, создание которых сравнительно недавно потребовало бы знаний, способностей и терпения даже от искушенных радиолюбителей.

Применение интегральных схем позволяет сделать слож­ное простым и дорогое практичным. Интегральная микро­схема — это миниатюрное электронное устройство, состоящее из большого числа простых схем. Благодаря этому сборка какой-либо сложной схемы из многочисленных компонентов (транзисторов и других элементов) упрощается — радиолю­бителю достаточно лишь выбрать необходимую микросхему. Объединение данной микросхемы с другими ИС позво­ляет радиолюбителю создавать устройства, которые ранее были для него недоступны ввиду их конструктивной слож­ности.

При сборке устройств на основе интегральных схем дости­гается существенный экономический выигрыш. Если принять во внимание рыночную стоимость современных радиодеталей, то устройство на основе микросхем обходится покупателю в 40 раз дешевле устройства, собранного на дискретных эле­ментах и выполняющего ту же функцию. В качестве примера можно привести калькулятор, поступивший в продажу в на­чале 60-х годов. В настоящее время калькулятор, распола­гающий теми же вычислительными возможностями, стоит, примерно в 140 раз меньше. К тому же многие устройства, описанные в данной книге, сравнительно недавно радиолюби­тель просто не мог бы создать ввиду их слишком большой сложности и высокой стоимости.

Наконец, интегральные схемы позволяют значительно со­кратить время изготовления устройств благодаря тому, что большинство их наиболее сложных узлов продается уже в ви-де готовых микросхем. Поэтому от радиолюбителя требуется лишь включение соответствующих микросхем в определен­ной последовательности и сборка, которая при использовании транзисторов и радиоламп занимала обычно много дней, те­перь может быть выполнена за один вечер,

Если радиолюбитель уже имеет навыки работы с интег­ральными схемами, приобретенные из других источников, то данная книга ему также будет полезна. Хотя большинство устройств здесь рассчитаны на начинающих, опытные радио­любители найдут в книге множество полезных советов по применению простых интегральных схем для изготовления более сложных, интересных и полезных устройств. Эти советы рассчитаны на более опытных радиолюбителей с целью раз­вития у них инженерных навыков.

Короче говоря, в данной книге найдутся сведения для людей с различным уровнем опыта и знаний в области радио­электроники. Чтобы извлечь максимум пользы, радиолюби­телю следует постепенно накапливать свой опыт и знания. Начиная с изучения различных устройств и изготовления простых забавных игрушек, подойти к созданию более слож­ных изделий.

1.1. Выбор устройства

В данной книге на выбор предлагается свыше 100 различ­ных устройств (некоторые из них предложены в нескольких вариантах) и дается ряд общих рекомендаций для изготовле­ния более сложных устройств. И в то время как опытный радиоконструктор может просто выбрать то или иное устрой­ство, новичок растеряется от такого обилия вариантов.

Если у радиолюбителя нет уверенности, на чем остано­виться, или с чего начать, то следует сначала просмотреть оглавление. В соответствии с названиями глав в книге опи­сываются примерно 13 групп различных устройств, в том числе световые коммутаторы и звуковые сигнализаторы, простые схемы аварийной сигнализации и т. д.

В результате одна из тем, упомянутых в оглавлении, ув­лечет воображение радиолюбителя, что и послужит началом его работы. Вообще радиолюбителю не обязательно соблю­дать какую-либо последовательность выбора устройств для разработки, но настоятельно рекомендуется выбирать устрой­ства, соответствующие его возможностям и способностям. В каждой главе рассматриваются как весьма простые, так и бо­лее сложные устройства. Радиолюбитель должен сам решить, какое устройство в данной главе ему больше подходит.

Просматривая описания устройств в какой-либо главе, часто можно встретить общие рекомендации по выбору источ­ников питания постоянного тока. Иногда на схемах и в спе­цификациях к ним указывается определенный источник пи­тания, например батарея напряжением 9 В. В других случаях выбор источника питания для конкретного применения предот ставляется самому радиолюбителю.

В случае возникновения любых вопросов по источникам пи­сания радиолюбителю следует обратиться к соответствующим разделам в гл. 2, так как сначала ему придется изготовить один из описанных источников питания, прежде чем можно будет включить собранное устройство.

Таким образом, выбрав интересующую вас тему, надо отыскать затем в соответствующей главе нужное устройство. После этого необходимо полностью прочитать описание выб­ранного устройства, чтобы убедиться, что оно выполняет именно то, что требуется. Иногда полезно и поучительно так­же прочитать описание нескольких устройств одного и того же класса. При этом могут встретиться два различных уст­ройства, выполняющие в основном одинаковые функции. Смысл здесь состоит в том, чтобы радиолюбитель имел воз­можность собрать устройство из уже имеющихся у него ра« диодеталей или из купленных.

1.2. Проверка правильности выбора устройства

После выбора устройства радиолюбителю следует внима-тельно прочитать его описание и изучить соответствующую принципиальную схему с тем, чтобы убедиться, что все сим­волы и обозначения понятны. Он должен также подробно изучить спецификацию к принципиальной схеме.

Первое, что может вызвать трудность, — это смысл симво­лов и обозначений на рисунках принципиальных схем. В этом помогут разобраться примеры обозначений и пояснения к ним, приведенные в прилож. 1.

Для данной книги характерны две особенности использо­вания обозначений, о которых должен знать радиолюбитель. Номера выводов интегральных схем приводятся на принци­пиальных схемах не по порядку. Например, вывод 3 какой-либо интегральной схемы может оказаться рядом с выводом б, хотя в самой интегральной схеме эти выводы отделены друг от друга выводами 4 и 5.

Как показано во многих примерах прилож. 2, номера вы­водов интегральных схем отсчитываются одинаково. Вывод 1, радиолюбитель может отыскать с помощью ключа (метки), расположенного на интегральной схеме сверху. Таким клю­чом может быть небольшая зарубка с одного края интеграль­ной схемы или маленькая точка на пластмассовом корпусе рядом с выводом 1. Большинство упомянутых в данной книге интегральных схем имеет оба вида ключей.

Расположив микросхему так, чтобы ключ в виде зарубки находился сверху, можно определить номера остальных выч водов. Если на микросхеме ключ в виде точки, то он окажет­ся в верхнем углу. В любом случае в верхнем левом углу на­ходится вывод 1, а остальные выводы имеют нумерацию про­тив часовой стрелки, т. е. вывод с наибольшим номером, окажется в верхнем правом углу. Проверить способ опреде­ления номеров выводов можно на примере интегральных схем (вид сверху), приведенных в прилож. 2.

Рис. 1.1. Два вида обозначе­ния пересекающихся и электри­чески соединяющихся провод­ников: а) старое обозначение, не используемое в этой книге; б) новое обозначение, приня­тое в данных принципиальных схемах.

В некоторых книгах и журналах для начинающих радио­любителей микросхемы даются в принципиальных схемах с номерами выводов по порядку, т, е, так, как они располо­жены при виде на интегральную схему сверху. Хотя на пер­вый взгляд для облегчения сборки схемы начинающим радио­любителям это и удобно, она выглядит более сложной, чем на самом деле. В принципиальных схемах настоящих элек­тронных устройств редко можно встретить изображения микросхем с расположением вы­водов по порядку номеров, по­скольку это слишком усложняет рисунок.

Итак, вывод 5 будет всегда третьим выводом, считая от верхнего левого угла интеграль­ной схемы (вид сверху), неза­висимо от того, где он нарисо­ван в принципиальной схеме. По­этому можно часто встретить эле­менты одной и той же интеграль­ной схемы в различных местах принципиальной схемы. Предпо­ложим, что интегральная схема, обозначенная в спецификации ИС_б, имеет в своем составе че­тыре отдельных элемента или узла, которые используются в че­тырех различных местах принци­пиальной схемы. Для удобства восприятия на принципиальной схеме различным частям микро­схемы (узлам, элементам) дается дополнительное буквенное обозначение. Так, радиолюбитель в одном месте найдет обо­значение ИС₆-А, в другом месте — ИС₆ — _Б, а в третьем и чет­вертом местах — ИСе-в и ИС₆-г. Все эти части находятся в корпусе одной микросхемы, и для их подключения исполь­зуются выводы с различными номерами.

Цель этого — получение принципиальной схемы в наибо­лее понятной форме. Попытка расположить все части микро­схемы в пределах одного общего прямоугольника лишь ус­ложнит принципиальную схему.

Наконец, следует различать на принципиальной схеме про­водники, которые соединяются вместе (припаиваются), и проводники, пересекающие друг друга без пайки. На рис. 1.1 Для сравнения приведено старое обозначение и новое обозна­чение, принятое в данной книге. На рис. 1.1, а электрическое соединение проводников показано темной точкой. Проводники, пересекающиеся на принципиальной схеме, но электрически не соединяемые друг с другом, вырисовываются с изгибом в одном из них. Это обозначение, как устаревшее, в данной книге не применяется.

В новом обозначении, которое введено в связи с растущим использованием довольно сложных интегральных схем, исклю­чен изгиб в точке пересечения электрически не соединяю­щихся проводников (рис. 1.1,6). Таким образом, два провод­ника на принципиальной схеме, пересекающиеся при наличии черной точки, электрически соединяются. Проводники же, пересекающиеся без черной точки, электрически не соеди­няются.

Необходимо знать не только значение всех символов на принципиальной схеме, но и способы подсоединения компо­нентов. Иногда вовсе не имеет значения, какими концами включаются в схему некоторые компоненты. Например, ре­зисторы с постоянным сопротивлением и конденсаторы не­большой емкости могут включаться произвольно.

Однако весьма важное значение имеет правильное вклю­чение других элементов. Так, светодиоды имеют два вывода, порядок включения которых в отличие от резисторов и кон­денсаторов малой емкости имеет весьма существенное значение: при обратной полярности соединения светодиод за­гораться не будет. Обратное включение электролитических конденсаторов может привести к выходу их из строя. Если радиолюбитель не умеет определить вывод 1 и последующие остальные номера выводов интегральных схем, то бесполезно пытаться использовать их в устройстве; обратное включение силового трансформатора может привести к серьезным по­следствиям.

Однако не следует огорчаться заранее. В прилож. 2 при­водятся необходимые сведения о соответствии между симво­лами и обозначениями, применяемыми в принципиальных схемах, и о способах практического подключения радиоком­понентов. Приложение 2 включает довольно обширную ин­формацию, но радиолюбителю необходимо отыскать лишь компоненты, используемые в выбранном устройстве.