Inferno #08
30 ноября 2005
  Железо  

Железо - Описание микросхемы К555ТЛ2.


Аппаратное обеспечениеОбучение и справочные материалыОписание логических микросхем и микропроцессоров

          К555ТЛ2
   Микросхема К555ТЛ2 содержит шесть инве─
рторов  НЕ, каждый  с триггером Шмитта  на
входе. По этой причине переключение выхода
в логический  0 или 1 происходит при опре─
делённом  напряжении - пороге срабатывания
на входе.Внутренняя положительная обратная
связь охватывает входной каскад, меняя его
чуствительность  к входному  напряжению. А
поскольку  внутренняя связь весьма велика,
то  входное  напряжение  может быть жёстко
привязано  к какому-либо сигналу  или шун─
тировано конденсатором любой ёмкости,и это
не отразится на скорости переключения эле─
мента. Единственное, что следует учитывать
(помимо  воздействия  помех  и зависимости
порогов  срабатывания  от напряжения пита─
ния),- так это паразитную зависимость вхо─
дного тока элемента от его логического со─
стояния, а не только  от входного напряже─
ния, и, собственно, бросок входного тока -
его резкое изменение  при переключении ло─
гического  элемента. Это объясняется внут─
ренней связью. Такой эффект можно даже ис─
пользовать для управления по току,а не на─
пряжению,но границы изменения тока сложнее
контролировать. Для  снижения  паразитного
влияния  на  вход  и  стабилизации порогов
срабатывания  (повышения точности срабаты─
вания) следует снижать входное сопротивле─
ние  (рабочие  токи - миллиамперы),  тогда
входные токи будут несоизмеримо меньше то─
ков управления,задающих входное напряжение
(к примеру, на  резисторе, подключенном со
входа на минус).
   Как всегда в таких случаях, я использо─
вал панельки и многооборотный резистор,но,
поскольку это не КМОП микросхема,и её вхо─
ды потребляют  заметный ток, я подключался
ко  входам  через  эмиттерный повторитель.
Старый тестер Ц20-05 использовал для изме─
рения тока потребления самой микросхемы,по
минусу питания, на пределе 30мА (этот тес─
тер обходит некоторые современные цифровые
приборы по чувствительности,благодаря схе─
ме,построеной на операционном усилителе, и
обладает  очень  малым падением напряжения
при измерении тока,что необходимо для точ─
ного  эксперимента). Тестер М832 использо─
вался  для  контроля  напряжения и входных
токов, но  на  большую  точность измерения
входных  токов  я не рассчитывал. В итоге:
ток, потребляемый  микросхемой  по  плюсу,
есть сумма токов потребления самих элемен─
тов (Iп - указанный здесь и на схеме) и их
входных  токов - в зависимости от экспери─
ментов  и эксплуатации. Но  суммарный  ток
лежит  в пределах  9..13 мА и заметно воз─
растает  на частотах больше 1 МГц (предпо─
лагаю, не проверял!).
   Входы  микросхемы выполнены по ТТЛ тех─
нологии и работают "на 0", т.е. от единицы
("+" питания) в них  может стекать трудно─
измеримый ток утечки, и можно считать, что
тока нет вообще, а при подключении к "-" -
логический "0", со входа вытекает заметный
управляющий ток. Этот ток зависит от вход─
ного напряжения и логического состояния на
выходе  элемента, поскольку  это состояние
определяется триггером Шмитта,который вли─
яет  через  внутреннюю  обратную  связь на
вход. Всем этим  и объясняется  интересная
зависимость входного тока от изменения на─
пряжения на входе, измеренная одновременно
для  всех входов - соединённых вместе. При
снижении  входного напряжения (пока на вы─
ходе "0") до 0.79 В  ток входов возрастает
до 1.18 мА, и этого оказывается достаточно
для переключения какого-либо элемента. По─
сле чего  его триггер Шмитта  воздействует
на вход, смещая его порог,что вызывает по─
вышенный  ток входа (но только этого - уже
переключенного в "1" элемента). Вообще-то,
это  должно  обозначать  просадку входного
напряжения (в сторону его повышения) - раз
ток по одному входу вырос,и тем самым сни─
жать вероятность переключения других триг─
геров, т.к. им нужен несколько бОльший ток
для  этого (а у нас просело напряжение, и,
соответственно, снизился ток  на остальных
входах), но динамически  это исключено - я
повесил  конденсаторы  на вход, которые не
позволят мгновенно изменяться входному на─
пряжению  и току. А сопротивление  тестера
М832, когда  я меряю  входной  ток, нельзя
считать значительным, ведь им же я мерил и
напряжение  на входе - а тогда он никак не
мог смещать потенциал динамически, и в ре─
зультате - груповое переключение триггеров
было в обоих случаях. Но, видимо,из-за па─
разитной  внутренней связи по питанию сум─
марный  бросок тока входов оказался перек─
лючающим, и  все триггеры сразу переключи─
лись в "1". При этом суммарный входной ток
вырос до 1.23 мА.Тут я начал повышать нап─
ряжение на входе,ток,конечно,стал снижать─
ся, и когда достиг 0.95 мА (при напряжении
1.64В),все триггеры переключились в "0", и
входной ток исчез. Опять же,представим,что
сначала  переключился один триггер и смес─
тил порог переключения,а входной p-n пере─
ход закрылся,и ток этого входа исчез.Тогда
суммарный входной ток уменьшился,и входное
напряжение стало чуть ниже, а токи осталь─
ных входов  триггеров - чуть больше, тогда
можно считать, что входной сигнал  с пере─
ключением одного триггера чуть отодвинулся
от границы переключения других,и требуется
его дополнительно сместить для того, чтобы
сработали остальные триггеры. Но динамиче─
ски (см. описанное выше) смещение входного
напряжения исключено,либо не влияет на тот
факт, что все триггеры переключаются одно─
временно. После  переключения  входной ток
исчезает, поскольку  внутренняя  связь  от
триггеров  смещает пороги по напряжению, и
входные p-n переходы оказываются закрытыми
(разница  между  внутренним  напряжением и
внешним недостаточна для их открывания).
   Несмотря на то,что управляет переключе─
нием  на входе не напряжение, а ток (как и
во всей  ТТЛ основе входов), я не стал его
измерять для отдельного элемента. Управляя
током, не следует полагаться на корректную
работу, в ряде случаев это целесообразно -
для "несерьёзных" устройств, где допустимы
погрешности в работе. Примерный порог сра─
батывания по току управления,соответствен─
но, в  6 раз  меньше приведённого мной для
всех  6 элементов, и примерного расчётного
результата  вполне достаточно для построе─
ния схемы с управлением по току. Порог пе─
реключения  одного элемента из "0" в "1" -
примерно 0.2 мА, а из "1" в "0" - примерно
0.16 мА (не забывайте, что я описываю оте─
чественную  микросхему К555ТЛ2! Для других
серий  и импортных аналогов токи могут си─
льно  отличаться, а напряжения будут почти
такие же (наверно...)).
   При напряжении 4.95 В  и свободных вхо─
дах микросхема потребляла 12.7 мА,а на вы─
ходах (я никогда не нагружал их при экспе─
рименте), разумеется, были "0" = 0.07 В.На
входах намерялось  1.24 В холостого напря─
жения,но на всех вместе соединённых входах
оно было уже 1.33 В - сказывалась чувстви─
тельность  входа и просадка напряжения че─
рез тестер. Суммарный ток замкнутых на ми─
нус входов составлял 1457 мкА, Iп при этом
снизился до 7.8 мА, а на выходах  были "1"
= 4.31 В. Если  только  1  вход (остальные
висят  свободно)  подключен через 1 кОм на
минус - на нём 0.24 В,на выходе этого эле─
мента 4.31 В, а Iп = 12 мА; таким образом,
каждый переключеный в "1" триггер  снижает
токопотребление микросхемы примерно на 0.7
мА, однако входной ток при этом может пре─
вышать 0.25 мА.Разброс входных токов (мкА)
и напряжений (В) порогов срабатывания  для
всех 6 элементов:

из "0" в "1" 0.78 0.77 0.79 0.80 0.77 0.79 
из "1" в "0" 1.67 1.66 1.68 1.67 1.65 1.66 
ток на "-"   245  250  246  252  243  240 

   Судя по этим данным, разброс весьма за─
метен,и триггеры не стали бы переключаться
одновременно, даже  подключенные  к одному
сигналу, но раз это всё же произошло, есть
отдельная причина - паразитная зависимость
от питания, которая проявляет себя  внутри
каскадов микросхемы. Это следует из замет─
ного  отличия  потребляемого тока в разных
логических  состояниях триггеров. Вспомним
триггеры Шмитта КМОП микросхем - там я чё─
тко  фиксировал  срабатывания  триггеров в
разные  моменты  времени, в том числе и по
потребляемому  микрухой току, при том, что
разброс  у триггеров импортной микрухи был
очень мал, и иногда срабатывали сразу нес─
колько  триггеров - несколько, но  не  все
сразу! Выходит,что КМОП технология и здесь
обошла ТТЛ (ТТЛШ - К555 серия),несмотря на
высокую помехо-чуствительность (как обычно
считают, из-за  огромного сопротивления по
входу).Конечно,в отличие от КМОП,наша ТТЛШ
микруха  может  работать  на десятках МГц,
позволяя генерировать,задерживать и форми─
ровать  очень  короткие импульсы, но нужно
уметь  с ней  обращаться, учитывая вероят─
ность срабатывания соседних триггеров син─
хронно друг с другом.Это даже может приго─
диться  в схемах  синхронизации  сигналов.
Но  в других случаях  следует использовать
триггеры  одной микрухи для последователь─
ной  задержки - распространения единой се─
рии импульсов,или разных,но синхронных (от
одного кварца) импульсов с заметным разде─
лением формируемых во времени фронтов.
   Если  надо  точно  задержать какой-либо
цифровой сигнал для компьютера,используйте
эмиттерный повторитель  и диоды для сниже─
ния уровня логической 1. Например, подайте
сигнал  на базу  транзистора КТ315 (Б, Г),
коллектор  на  +5В, с эмиттера  через пару
кремниевых  ВЧ диодов на два резистора 330
Ом.Oдин из резисторов на минус,а второй на
вход  нашей  микрухи, но шунтированный со─
ответствующей  ёмкостью. Подбирая  ёмкость
(грубо) и входной резюк (точно), можно до─
биться весьма стабильной задержки на выхо─
де элемента.Для ещё лучшего результата мо─
жно "минусовой" резистор  заменить генера─
тором тока.Конденсатор следует располагать
максимально близко ко входу,а транзистор -
к выходу (задерживаемого сигнала).
 

   Данная  информация провалялась на полке
- на листе бумаги,- возможно, больше года, 
и я не могу  исключать какую-либо ошибку в 
востановленных  данных, хотя  всё  кажется 
логичным. 

11.11.2005 
KSA-7G 




Темы: Игры, Программное обеспечение, Пресса, Аппаратное обеспечение, Сеть, Демосцена, Люди, Программирование

Похожие статьи:
Железо - микросхемы серии К155.
Железо - отечественные микросхемы и их зарубежные аналоги.
Очумелые ручки - Открытые технологии: замена К565РУ5 на К555РУ7.

В этот день...   25 сентября