Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

На рис. 4.90 приведено сравнение свойств двух типов микросхем. Серии КМОП с номерами моделей 4000 и выше обладали низким быстродействием, а также легко повреждались статическим электричеством, но их ценили за малое потребление энергии. Серии ТТЛ с номерами моделей от 7400 и далее потребляли намного больше энергии, но были менее чувствительны и работали очень быстро. Таким образом, если вы хотите собрать компьютер, то выбирайте семейство ТТЛ, но если вам нужно маленькое устройство, которое было бы способно неделями работать от небольшой батареи, то предпочтение следует отдать семейству КМОП.

Постепенно все становится более запутанным, потому что производители КМОП-компонентов стали стремиться захватить долю рынка путем имитирования преимуществ ТТЛ-микросхем. У новых поколений КМОП-микросхем даже изменили обозначение, чтобы оно начиналось с числа «74», подчеркивая взаимное соответствие. Кроме того, изменили цоколевку КМОП-микросхем, чтобы она совпадала с ТТЛ-микросхемами. Требования к напряжению у КМОП-компонентов были также изменены, чтобы соответствовать ТТЛ-версиям.

Сегодня вы еще сможете найти некоторые старые ТТЛ-микросхемы, особенно серии LS (такие модели, как 74LS00 и 74LS08). Тем не менее, они становятся редкостью.

Рис. 4.90. Сравнение свойств КМОП- и ТТЛ-микросхем (характеристики КМОП со знаком вопроса впоследствии сравнялись с характеристиками ТТЛ)

Гораздо чаще можно встретить серию 4000 КМОП-микросхем, например, модель 4026В, которую вы использовали в предыдущем эксперименте. Они до сих пор выпускаются, поскольку их широкий диапазон напряжения источника питания очень удобен.

С годами КМОП-микросхемы стали более быстрыми и менее уязвимыми к статическому электричеству; именно поэтому я добавил знак вопроса к этим свойствам на рис. 4.90. У современных КМОП-микросхем также в основном снижено максимальное напряжение питания до 5 В – вот почему я добавил знак вопроса и в эту категорию тоже.

Ситуацию можно подытожить следующим образом:

• Любые логические микросхемы из старой серии 4000, которые все еще доступны, будут иметь характеристики, перечисленные на рис. 4.90. Вы наверняка найдете применение микросхемам серии 4000.

• Вряд ли вам пригодятся старые ТТЛ-микросхемы серии 7400, потому что они не имеют значительных преимуществ.

До сих пор можно встретить электрические схемы, в которых указаны микросхемы 74LSxx. Вы можете заменить их микросхемами 74НСТхх, которые работают аналогично.

Поколение микросхем 74НСхх, безусловно, самое популярное в DIP-корпусе для установки в монтажные отверстия. Эти микросхемы имеют высокий входной импеданс КМОП, что очень удобно, и они дешевле, чем некоторые современные экзотические версии. Все логические микросхемы в этой книге относятся к типу НС.

Теперь о маркировке компонентов. Когда вы видите букву «х» в следующем далее списке, она означает, что в этом месте может быть любая цифра или буква. Так обозначение «74хх» относится к логическому элементу 7400 И-НЕ, к элементу 7402 ИЛИ-HE, к 16-разрядному селектору данных 74150 и т. д. Комбинация букв перед цифрами «74» указывает на производителя, а буквы за номером модели могут указывать на тип корпуса, сообщать о том, содержит ли он экологически опасные тяжелые металлы, а также другие характеристики. Пример был приведен на рис. 4.3.

Приведем историю семейства ТТЛ:

• 74хх – первое поколение, сейчас вышло из употребления.

• 74Sxx – высокоскоростная серия Шоттки, теперь не используется.

• 74LSxx – маломощная серия Шоттки, время от времени встречается до сих пор.

Семейство КМОП:

• 40хх – первое поколение, теперь не используется.

• 40ххВ – серия 4000В была улучшенной, но все же подверженной повреждению статическим электричеством. Эти микросхемы по-прежнему широко применяются, особенно любителями электроники.

• 74НСхх – высокоскоростные КМОП-микросхемы, с маркировкой и расположением выводов, совпадающими с семейством ТТЛ. Я очень часто использую эти компоненты в данной книге, потому что они доступны, а в схемах из этой книги не нужны высокие скорости или повышенное напряжение питания.

• 74НСТхх – похожи на серию НС, но соответствуют старому стандарту ТТЛ для максимального и минимального логически низкого и логически высокого уровня напряжения, соответственно.

• Серии 74хх с другими буквами в середине номера – более современные, быстрые, обычно для поверхностного монтажа, часто предназначены для работы с более низким напряжением.

Что нужно учесть при выборе микросхем

Разница в скорости не имеет для нас значения, поскольку мы не будем собирать схемы, которые работают на частоте в несколько миллионов герц.

Разница в цене между семействами микросхем обычно незначительна, если их покупают в малых количествах.

Низковольтные микросхемы не подходят для наших целей, поскольку почти все они предназначены для поверхностного монтажа, к тому же нам потребовался бы источник питания низкого напряжения. Поскольку с микросхемами для поверхностного монтажа намного сложнее иметь дело, а их единственным главным преимуществом является компактность, я не стану их использовать. Аналоги в DIP-корпусах имеют те же логические функции.

Рис. 4.91. Цоколевка микросхем семейства 74хх с четырьмя двухвходовыми элементами ИЛИ и ИЛИ-HE

Рис. 4.92. Цоколевка микросхем семейства 74хх с четырьмя двухвходовыми элементами Искл. ИЛИ и Искл. ИЛИ-НЕ

Цоколевка логических микросхем

Внутренние соединения доступных в настоящее время микросхем серии НС с 14-ю выводами для установки в монтажные отверстия показаны на рис. 4.81, 4.91–4.97.

Рис. 4.93. Цоколевка микросхем семейства 74хх с тремя трехвходовыми элементами И и И-НЕ

Рис. 4.94. Цоколевка микросхем семейства 74хх с тремя трехвходовыми элементами ИЛИ и ИЛИ-НЕ

Рис. 4.95. Цоколевка микросхем семейства 74хх с двумя четырехвходовыми элементами И и И-НЕ

Рис. 4.96. Цоколевка микросхем семейства 74хх с двумя четырехвходовыми элементами ИЛИ-HE и шестью элементами НЕ

Рис. 4.97. Цоколевка микросхем семейства 74хх с одним 8-входовым элементом И-НЕ и ИЛИ-(НЕ)

Маркировка всех этих микросхем упрощена. Так, микросхема 7400 может иметь фактический номер компонента 74НС00, 74НСТ00 и т. д., с другими предшествующими и последующими кодовыми обозначениями; но, в общем, она относится к микросхемам 7400, и поэтому я обозначил ее здесь именно так.

Очень важно сверить цоколевку логических микросхем с диаграммами из этой книги или из технического паспорта, прежде чем использовать их. Может казаться, что конфигурация внутренних соединений аналогичная, но бывают и исключения.

Правила подключения логических элементов

Разрешается:

• Можно подключать вход логического элемента напрямую к стабилизированному источнику питания, к положительной или к отрицательной шине.

• Можно подключать выход от одного логического элемента напрямую ко входу другого.

• Выход от одного логического элемента может питать входы нескольких других (это называется «разветвлением»). Точное количество входов зависит от микросхемы, но в