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

Хотя стабилизатор напряжения – это полупроводниковое устройство, он немного напоминает резистор тем, что излучает тепло в процессе понижения напряжения. Чем выше напряжение подается на стабилизатор, и чем больший ток проходит через него, тем больше тепла он выделяет. Теоретически на вход можно подать напряжение 24 В и все так же получать стабилизированное напряжение 5 В на выходе, но такой режим работы не слишком хорош. Приемлемый входной диапазон напряжений составляет 7–12 В.

Минимальное напряжение. Как и все полупроводниковые устройства, стабилизатор выдает напряжение ниже, чем напряжение на его входе. Именно поэтому я указал минимальное входное напряжение 7 В.

Рассеиваемая мощность. Назначение металлической задней поверхности с отверстием верхней части – излучать тепло. Эта задача осуществляется более эффективно, если вы привинтите микросхему к куску алюминия, поскольку этот металл очень эффективно проводит тепло. Алюминий выполняет функцию теплоотвода. Вдобавок можно купить радиатор с несколькими ребрами охлаждения. Если вы не планируете пропускать через стабилизатор больше 200 мА, то теплоотвод необязателен. В схемах, описанных в этой книге, ток будет меньше, чем указанное значение.

Подключение стабилизатора

При создании устройств на основе логических микросхем с питанием от 5 В вам понадобится, чтобы это напряжение поступало на положительную шину макетной платы. Обратите особое внимание на то, что входное напряжение 9 В в схеме на рис. 4.78 поступает не на положительную шину, а всего лишь подается на верхний вывод стабилизатора напряжения. Выходное стабилизированное напряжение 5 В с нижнего вывода стабилизатора напряжения подключается к положительной шине.

Отрицательная шина макетной платы подключена и к стабилизатору напряжения, и к внешнему источнику питания. Такое подключение называется общим заземлением.

После монтажа стабилизатора настройте мультиметр на измерение постоянного напряжения и измерьте разность потенциалов между двумя шинами макетной платы, просто на всякий случай. Логические микросхемы очень легко повредить неправильным или обратным напряжением.

Ваш первый логический элемент

Теперь, когда вы подготовили макетную плату с питанием 5 В, возьмите пару кнопок, два резистора по 10 кОм, слаботочный светодиод и резистор 680 Ом, а затем разместите их вокруг логической микросхемы 74НС00, как показано на рис. 4.79. (Поскольку вы используете слаботочный светодиод, резистор номиналом 680 Ом вполне подойдет.)

Вы можете заметить, что многие выводы микросхемы закорочены вместе и подключены к отрицательной шине источника питания. Вскоре я объясню это.

Когда вы подаете питание, светодиод должен зажечься. Нажмите одну из кнопок, и светодиод продолжит гореть. Нажмите другую кнопку, и снова светодиод останется включенным. Теперь нажмите обе кнопки, и светодиод должен погаснуть.

Контакты 1 и 2 – это логические входы микросхемы 74НС00. По умолчанию на них установлен низкий уровень за счет подключения к отрицательной шине источника питания через стягивающие резисторы 10 кОм. Однако каждая из кнопок «обходит» свой резистор и напряжение на входе поднимается до значения близкого к 5 В положительной шины.

Рис. 4.79. Выяснение логической функции элемента И-НЕ

Замечание

Когда входной или выходной сигнал логической микросхемы приближается к 0 В, мы называем его низким логическим уровнем (логический ноль).

Когда входной или выходной сигнал логической микросхемы становится равным около 5 В, мы называем его высоким логическим уровнем (логическая единица).

Логический выход микросхемы, как вы поняли, нормально высокий – но не в том случае, если первый вход и второй вход являются высокими. Поскольку эта микросхема выполняет операцию И-НЕ, мы говорим, что она содержит логический элемент И-НЕ.

Логические элементы изображают специальными символами на схемах особого рода, называемых логическими диаграммами. Логическая диаграмма, которая соответствует схеме на рис. 4.79, показана на рис. 4.80, где U-образная фигура с кружком в нижней части – это логический символ элемента И-НЕ. На логической диаграмме не указан источник питания, но если вы вернетесь к схеме на рис. 4.79, то увидите, что на самом деле микросхема требует подачи питания: на контакты 7 (общий) и 14 (плюс). В результате выходной ток микросхемы превышает входной.

Рис. 4.80. Логическую диаграмму проще понять, чем электрическую схему логической микросхемы

Замечание

Каждый раз, когда вы видите символ логической микросхемы, помните о том, что для ее работы необходима подача питания.

Микросхема 74НС00 на самом деле содержит четыре отдельных элемента И-НЕ, каждый из которых имеет два логических входа и один выход. Цоколевка микросхемы приведена на рис. 4.81 справа. Поскольку для простой проверки был необходим только один элемент, входы неиспользуемых элементов закорочены и соединены с отрицательной шиной источника питания, чтобы они не «плавали».

Многие логические микросхемы взаимозаменяемы. Давайте проверим это прямо сейчас. Вначале отключите питание. Аккуратно вытащите микросхему 74НС00 и отложите ее в сторону, погрузив выводы в проводящий материал (или в алюминиевую фольгу). Вставьте микросхему 74НС08, которая содержит логические элементы И. Убедитесь в том, что вы расположили ее правильно, выемкой сверху. Подключите питание и нажимайте кнопки, как вы делали это ранее. На этот раз вы должны обнаружить, что светодиод зажигается, если оба входа положительные, а в других случаях он не горит. Таким образом, микросхема И работает противоположно микросхеме И-НЕ. Цоколевка микросхемы 74НС08 показана на рис. 4.81 слева.

Рис. 4.81. Цоколевка двух логических микросхем

Вы можете задаться вопросом, какая польза от этих компонентов. Вскоре вы увидите, что мы можем соединить логические элементы вместе, чтобы создать, например, такие устройства: электронный кодовый замок, пару электронных игральных костей или компьютеризированную версию телевикторины, в которой игроки соревнуются в ответах на вопросы. Если вы невероятно амбициозны, то сможете создать на основе логических элементов целый компьютер. Один радиолюбитель, Билл Базби (Bill Buzbee), действительно собрал веб-сервер из старых логических микросхем (рис. 4.82).

Истоки логики

Джордж Буль, британский математик, родился в 1815 году и сделал то, что удавалось либо очень удачливым, либо очень умным людям: он придумал совершенно новый раздел математики.

Примечательно то, что он не опирался на числа. У Буля был исключительно логический склад ума, и ему захотелось свести весь мир к наборам утверждений «истина-или-ложь», которые могли бы взаимодействовать различным образом.

Рис. 4.82. Эта компьютерная материнская плата создана вручную Биллом Базби из микросхем серии 74хх, она служит основной частью веб-сервера

Для иллюстрации некоторых логических взаимоотношений такого рода могут использоваться диаграммы Венна, предложенные в 1880 году Джоном Венном. На рис. 4.83 показана самая простая из возможных диаграмм Венна, где я определил одну очень большую группу (все живые существа