Описание микросхемы. Семейство КМОП 4000

Радиолюбительские устройства на микросхеме КМОП 4093Базовые схемы и источники питания

Интегральная схема 4093 входит в большое семейство совместимых логических ИС - КМОП 4000. Из этих микросхем можно строить схемы, производящие вычисления любой сложности, поскольку дан-ное семейство относят к классу цифровых логических схем. Серия КМОП 4000 включает различные типы микросхем, объединенных одинаковыми характеристиками входных и выходных сигналов. По-этому они могут соединиться между собой без промежуточных согласующих схем. Существует много семейств цифровых логических схем: ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика), РТЛ (резисторно-транзисторная ло-гика) и др. Семейство КМОП - комплементарные металло-оксидссые полупроводниковые схемы - имеет ряд важных преимуществ перед другими семействами: очень низкую стоимость, крайне низкую потребляемую мощность, широкий лиапазон питающих напряжений и ультравысокое входное сопротивление. Эти преимущества позволяют при построении аппаратуры на базе КМОП ИС достичь впечатляющих электрических характеристик и высокой надежности. Вот некоторые характеристики КМОП ИС:

• КМОП ИС реализуют логику с потенциальным управлением;
• ультрамалые рабочие токи, особенно на низких частотах;
• высокая помекозащищенность - обычно до 45% от напряжения питания;
• широкий диапазон питающих напряжений: от 3 до 15 В (приборы А-серии) и от 3 до 18 В (приборы В-серии);
• полная защищенность входов от статического электричества и превышения входных уровней;
• большой размах выходного напряжения без нагрузки - от потенциала «земли» (0 В) до напряжения питании;
• вызывает очень мало помех в линиях питания.

Описание технологических принципов производства и специфики интегральных КМОП микросхем, подключение к ним датчиков A3144 на принципе холла , а также характеристики всех семейств можно найти в специализированных изданиях по цифровой электронике.

ИС 4093

Интегральная схема КМОП 4093 содержит четыре днухиходовых вентиля типа 2И-НЕ с тригтерами Шмитга на входе. Она производится и корпусе с 14 выводами. Все четыре элемента 2И-НЕ могут использоваться независимо. На рис. 1.1 показана разводка выводов этой ИС и условное обозна-чение вентили 2И-НЕ с триггерами Шмитта. С точки зрении логики ее функционирование аналогично работе обычного вентиля 2И-НЕ, показанного на рис. 1.2.

Рис.1.1. Функциональная схема 4093 КМОП ИС. Размещена в DIP-корпусе - 14 выводов в два ряда

Рис.1.2. Обозначение логического элемента 2И-НЕ и его таблица истинности

Логический уровень выхода зависит от входных логических уровней. На выходе будет нуль, если на обоих входах - единицы, и единица на выходе при нуле на одном или обоих входах.

Напомним читателю, что нуль (или низкий логический уровень) представлен напряжением, близким к 0 В, а единица (или высокий логический уровень) означает положительное напряжение, близкое к на-пряжению питания +Vсс или Vdd. +Vcc - положительное напряжение питания, находится в диапазоне от +3 до +15 В (приборы А-серии) или от +3 до +18 В (приборы В-серии). для схем, функционирующих в линейном режиме или работающих с сигналами, поступающими с RC-цепей или с кварцевого генератора, рекомендуется минимальное напряжение питании 4 В. Различие между обычным логическим элементом 2И-НЕ и элементом на триггере Шмитга состоит и том, что последний переключается по петле гистерезиса или, другими словаки, имеет зону нечувствительности. Это поясняет рис. 1.3, где показана характеристика передачи триггера Шмитта в ИС 4093. Выходное напряжение (равное напряжению питания Vpp) будет неизменным до тех пор, пока входное напряжение не вырастет до Vp.

Рис.1.3. Передаточная характеристика 4093. Разность между Vp и Vn называется напряжением гистерезиса

В этой точке на выходе появляется низкое напряжение (0 В). которое остается таким при увеличении входного напряжения до Vdd. Если входное напряжение уменьшать, то выходное переключится на высокий уровень (при значении, равном Vn) и будет таким при уменьшении входного напряжения до нуля. Гистерезис (запаздывание) - это разность между Vp и Vn, которая обычно составляет 0,6 В при питании от источника +5,0 В.