Ассортимент выпускаемых промышленностью интегральных схем весьма широк, и это вполне объяснимо: даже из небольшого набора дискретных деталей можно собрать очень большое число разных электронных блоков и каждый такой блок можно представить отдельной микросхемой. Правда, принимаются меры, чтобы делать как можно более универсальные микросхемы, и идут на то, чтобы сложные микросхемы решали и свои сложные задачи, и задачи более простые, для которых можно было бы сделать отдельную более простую микросхему. Но даже и при таком подходе приходится выпускать очень много разных микросхем, сотни и тысячи типов.
Разобраться в океане интегральных схем непросто, для этого прежде всего нужно знать, как и на какие группы они разбиты, какие особенности микросхемы отражены в ее названии.
Все интегральные схемы, как, впрочем, и все электронные схемы вообще, делятся на две большие группы — дискретные (цифровые) и аналоговые. Более того, сейчас всю радиоэлектронику и работающих в этой сфере специалистов принято относить к одной из двух огромных областей — цифровой и аналоговой технике.
В дискретных схемах идет обработка сигналов, которые могут иметь лишь некоторые фиксированные, дискретные значения. Примером такой системы может служить автомат для продажи газированной воды (Т-267. Р-154;1,2), который, как и многие другие автоматы, оперирует ограниченным количеством дискретных электрических сигналов — «монета опущена», «вода налита», «сиропа нет» и т. п. Типичный представитель дискретной техники — электронная вычислительная машина (Т-270 — Т-278), где сигнал имеет лишь два дискретных значения — импульс (1) и пауза (0).
Аналоговая техника оперирует сигналами, уровень которых (или другие параметры, например частота) может меняться плавно, непрерывно, приобретая в процессе этих изменений бессчетное множество разных значений. Примером аналоговых сигналов могут служить непрерывно меняющиеся и приобретающие разные значения звук и его электрические копии — токи в цепях микрофона, усилителя звуковой частоты и громкоговорителя.
Две основные группы интегральных схем — дискретные и аналоговые, — к сожалению, не обозначены в их названиях, специалисты просто знают и помнят, к какой группе относится та или иная серия интегральных схем. Каждая серия имеет свое собственное название (например, серия К140, К145, К580, КР143 и т. д.) и объединяет большое количество приборов (до нескольких десятков), близких по назначению и некоторым важным характеристикам. В то же время внутри серии приборы могут очень сильно различаться как по своей сложности, так и по выполняемым функциям. Буква «К», с которой начинается название серии, говорит о том, что микросхема предназначена для широкого применения, а вторая буква, если она есть, указывает тип корпуса, в котором находится кристалл. После первой буквы или первых букв названия следует трехзначное число — это и есть собственное имя серии микросхем. И обычно, обозначая серию, называют только это число. Так и говорят — «140-я серия», «155-я серия», «580-я серия» и т. д.
Если первая цифра в названии серии 1, 5, 6 или 7, то микросхема полупроводниковая, монолитная (Т-303), а если первая цифра 2, 4 или 8, то микросхема гибридная.
За трехзначным числом, называющим серию микросхем, следуют две буквы, они обозначают специальность микросхемы, ее функциональное назначение. Вот некоторые из этих буквенных обозначений:
Г — генераторы: ГС — гармонические (синусоидальных сигналов), ГГ — прямоугольных сигналов, ГЛ — линейно изменяющихся сигналов, ГФ — сигналов специальной формы, ГП— прочие.
Д — детекторы: ДА — амплитудные, ДИ — импульсные, ДС — частотные, ДП — прочие.
К — коммутаторы и ключи: КТ — тока, КН — напряжения, КП — прочие.
Л — логические элементы: ЛИ — элемент И, ЛН — элемент НЕ, ЛЛ — элемент ИЛИ, ЛА — элемент И-НЕ, ЛР — элемент И-ИЛИ-НЕ, ЛК — элемент И-ИЛИ-НЕ/И-ИЛИ, ЛП— прочие.
X — схемы, выполняющие одновременно несколько функций: ХА — аналоговые, ХЛ — цифровые, ХК — комбинированные.
Н — наборы элементов: НД — диодов, НТ — транзисторов, НЕ — конденсаторов, НК— комбинированные.
П — преобразователи сигналов: ПС — частоты, ПД — напряжения или тока, ПА — аналого-цифровые, ПВ — цифро-аналоговые, ПР — код-код.
Е — схемы источников вторичного питания: ЕВ — выпрямители, ЕМ — преобразователи, ЕН — стабилизаторы напряжения непрерывные, ЕК — стабилизаторы напряжения импульсные.
Т — триггеры: ТВ — универсальные, ТР — с раздельным запуском, ТМ — с задержкой, ТТ — счетные, ТД — динамические, ТЛ — Шмитта.
У — усилители: УВ — высокой частоты, УР — промежуточной частоты, УН — низкой частоты, УК — широкополосные, УИ — импульсных сигналов, УТ — постоянного тока, УД — операционные.
Ф — фильтры: ФВ — верхних частот, ФН — нижних частот, ФЕ — полосовые.
А — формирователи: АГ — импульсов прямоугольной формы, АФ — импульсов специальной формы.
Р — схемы запоминающих устройств: РУ — оперативных, РТ — постоянных, РР — постоянных с возможностью электрического перепрограммирования, РФ — постоянных с ультрафиолетовым стиранием и электрической записью.
И — схемы цифровых устройств: ИР — регистры, ИМ — сумматоры, ИЕ — счетчики,
ИВ — шифраторы, ИД — дешифраторы, ИА — арифметико-логические устройства.
В — схемы вычислительных средств: BE — микроЭВМ, ВМ — микропроцессоры, ВВ — схемы управления вводом-выводом, ВТ — схемы управления памятью, ВХ — микрокалькуляторы, ВГ — контроллеры.
После пары букв, указывающих назначение микросхемы, может следовать цифра или цифра с буквой — это название конкретного типа микросхемы данного назначения и данной серии. Примеры, поясняющие системы наименования интегральных схем, можно найти на К-6; 28; 29, где, в частности, показаны три разные микросхемы 155-й серии, выполняющие операции И-НЕ (К155ЛА1, К155ЛА2 и К155ЛАЗ), две микросхемы, выполняющие операции И-ИЛИ-НЕ (155ЛР1 и 155ЛРЗ), триггер типа Д (155ТМ2) и регистр (155ИР13).
На чертежах внутренние электрические цепи интегральной схемы, как правило, не рисуют, ее изображают в виде треугольника либо прямоугольника с выводами, возле которых указаны номера ножек корпуса микросхемы. О том, что представляет собой тот или иной вывод у дискретной микросхемы, могут говорить буквенные обозначения на чертеже (К-6; 27, 28), а у аналоговой — те внешние детали («обвязка»), с которыми соединяется микросхема (К-18; 12, 14, 15). Не имея какого-либо конкретного примера включения аналоговой микросхемы, очень трудно, чтобы не сказать невозможно, найти способ ее применения.
На рисунках К-6; 27, 28 показаны некоторые конкретные типы дискретных микросхем очень распространенной 155-й серии. Все они образованы из единого базового элемента (К-6; 27), который в разных количествах и с разными включениями и соединениями входит в ту или иную конкретную микросхему. Так, микросхема 155ЛА1 представляет собой два базовых элемента в чистом виде — каждый из них имеет выполненные на одном четырехэмиттерном транзисторе четыре логических элемента И (схема срабатывает только в том случае, если сигнал поступает одновременно и на 1-й вход, и на 2-й, и на 3-й, и на 4-й) и общий для них элемент НЕ (Т-267). Знак операции И — в верхнем левом углу обоих прямоугольников на схеме 155ЛА1, а знак операции НЕ — небольшой кружок, от которого на чертеже начинается провод, выходящий из схемы.
В микросхеме 155ЛР1 и 155ЛРЗ на основных базовых элементах выполняется еще и операция ИЛИ (схема срабатывает, если на нее поступает любой из входных сигналов; Т-267), условное обозначение элемента ИЛИ — единица в верхней части прямоугольника. В микросхеме К155ТМ2 из базовых элементов собраны два триггера (Т-181), каждый из которых имеет четыре
разных входа с общепринятыми обозначениями S, D, С, R. Соединив инверсный выход (выход через НЕ, выводы 6 или 8) со входом D (2 или 12), на вход С можно подавать импульсы, нормально переключающие триггер и поочередно дающие на выходе сигналы 1 и 0. Импульс, поданный на вход S вне очереди, устанавливает 1 на прямом выходе (прямой выход триггеров — выводы 5 или 9), а импульс, поданный на вход R, устанавливает на прямом выходе 0 («сброс»).
Одна из наиболее сложных схем 155-й серии — сдвиговый восьмиразрядный регистр К155ИР13 (К-6; 29, 30), в котором около ста базовых элементов, выполняющих разные функции. Эта микросхема может сдвигать влево или вправо по разрядной шкале двоичные числа, например, вместо двоичного 10 (десятичное 2) сделать 100 (десятичное 4), либо 1000 (десятичное 8), а это равносильно умножению либо делению на 2, на 4, на 8 и т. д. Двоичные числа, с которыми производятся операции, подаются на входы Д1-Д8, а результат получают на выходах 1–8. Команды на сдвиг числа влево (умножение) подают на вход Д+, а сдвиг вправо — на вход Д—. На вход R, как обычно, подается сигнал установки на 0 («сброс»). В связи с большим числом выводов, микросхема K155ИР13 размещена в более крупном корпусе, имеющем уже не 14 ножек, а 24. Сам кристалл у всех микросхем данной серии, как и у подавляющего большинства других полупроводниковых интегральных схем, имеет размеры 5x5,2 мм (Т-303).
В заключение в качестве иллюстрации типичных параметров серийных микросхем приводятся некоторые справочные данные интегральных схем, которые используются в практических конструкциях, помещенных в этой книге в разделе К-18.
К140УД1А (операционный усилитель): напряжение питания Uпит.1 — плюс 6,3 B и Uпит.2 — минус 6,3 В; коэффициент усиления напряжения к — 500…4500; максимальный постоянный выходной ток Iвых — 2,5 мА; входное напряжение Uвх — до + 1,2 В; напряжение смещения Uсм — ±17 мВ.
К140УД1Б: Uпит.1 — плюс 12,6 B; Uпит.2 — минус 12,6 B; к — 1350…12 000; Iвыx — 2,5 мА; Uвх — до + 1,2 B; Uсм — ± 17 мВ.
К174УН7 (усилитель низкой частоты): Uпит — 15 B (не более 18 6); полоса частот — 40…20 000 Гц; выходная мощность Рвых — 4,5 Вт (с радиатором), потребляемый ток (без входного сигнала) — 20 мА.
К174ХА10 (супергетородинный приемник): Uпит — 3…10 В; Рвых — 0,3 Вт.
К155ЛА1, K155ЛA2 (логические элементы), К155ТМ2 (триггер): Uпит — плюс 5 В ± 5 %; Uвх — до 2 B (единица) и до 0,8 B (ноль); Uвых — не менее 2,4 B (единица) и 0,4 B (ноль); рабочая частота — 10 МГц; потребляемая мощность 25 мВт (логические элементы) и 160 мВт (триггер); к выходу каждой микросхемы можно подключить 10 микросхем данной серии (коэффициент выхода — 10).