Беседа 19
НА МИКРОСХЕМАХ
До сих пор у нас шел разговор об устройстве и работе радиотехнических устройств, активными и пассивными элементами которых были дискретные элементы, т. е. подбираемые тобой транзисторы, диоды, резисторы и другие отдельные радиодетали. Соединяя их в определенном порядке, диктуемом принципиальной электрической схемой, ты конструировал разные по сложности приемники, усилители, приборы-автоматы.
Сейчас дискретные элементы все больше уступают свое место в радиотехнике и электронике, микросхемам — миниатюрным электронным блокам функционального назначения. Один такой блок, объединяющий в миниатюрном корпусе транзисторы, диоды, резисторы, может выполнять функции целого тракта радиовещательного приемника, усилителя 3Ч, генератора, преобразователя частоты, электронного автомата.
Да, юный друг, ты — современник рождения и внедрения в радиоэлектронику микросхем!
Внешний вид некоторых микросхем, с которыми тебе предстоит иметь дело в ходе этой беседы, показана на рис. 294.
Рис. 294. Внешний вид конструкций некоторых микросхем
Это микросхемы серий К118, К122 и К224. Аналогично выглядят микросхемы широкого применения многих других серий. Рядом для сравнения изображена копеечная монета, дающая представление о размерах микросхем этих серий. Масса первой из этих микросхем 1 г, второй 1,5 г, третьей 3 г.
По технологии изготовления различают микросхемы гибридные и полупроводниковые. В гибридных микросхемах токонесущие проводники, резисторы, обкладки конденсаторов представляют собой пленки определенных размеров и электрических свойств, нанесенные на диэлектрическую подложку, на которую устанавливают диоды, транзисторы (обычно кремниевые, структуры n-p-n), но без корпусов. У полупроводниковых микросхем все активные и пассивные элементы выполнены в объеме и на поверхности кристалла полупроводника.
По своему функциональному назначению микросхемы подразделяют на аналоговые (или линейно-импульсные) и логические (или цифровые). Аналоговые, а к ним относятся и микросхемы тех серий, которые я здесь уже называл, используются для усиления, генерирования, преобразования электрических колебаний, например в приемниках, магнитофонах, телевизорах. Логические же микросхемы предназначаются для электронных вычислительных машин (ЭВМ), устройств автоматики, приборов с цифровым отсчетом результатов измерений.
Вот то немногое, что в общих чертах можно сказать о микросхемах. Практика использования микросхем в тех устройствах, разговор о которых пойдет в этой беседе, поможет лучше представить их перспективность.
Начну с аналоговых микросхем.
К числу наиболее простых аналоговых микросхем, уже освоенных радиолюбителями, относятся микросхемы К118УН1 и К122УН1 из серий КП8 и К122. Буква К в обозначении указывает на то, что это микросхемы широкого применения. Номер гибридной микросхемы начинается с двойки, а полупроводниковой — с единицы. Следовательно, микросхемы серий К118 и К122 полупроводниковые, широкого применения.
В обозначение микросхем входят также цифры, указывающие номера серий (например, 118, 122). Буквы У и Н характаризуют функциональное назначение микросхем — это усилители напряжения или мощности. Последняя цифра указывает порядковый номер разработки. Далее могут следовать буквенные индексы А-Д, характеризующие напряжение источника питания и усилительные свойства микросхем.
Что представляют собой микросхемы серий К118 и К222? По существу, микросхемы К118УН1 и К122УН1 являются «близнецами» и отличаются одна от другой только конструктивно.
Схема «начинки» микросхемы К118УН1 (с любым буквенным индексом), конструкция с нумерацией выводов и обозначение ее на принципиальных схемах показаны на рис. 295.
Рис. 295. Схема (а), конструкция (б) и условное обозначение (в) микросхемы K118УH1
Как видишь, она представляет собой почти готовый двухкаскадный усилитель на кремниевых транзисторах структуры n-р-n. Связь между транзисторами микросхемы непосредственная. В эмиттерной цепи транзистора V2 имеется резистор сопротивлением 400 Ом. На нем происходит падение напряжения, которое через два соединенных последовательно резистора по 4 кОм подается на базу транзистора V1 и, действуя как напряжение смещения, открывает его. Резистор в коллекторной цепи транзистора V1 (5,7 кОм) — его нагрузка. Создающееся на нем напряжение усиленного сигнала подается непосредственно на базу транзистора V2 для дополнительного усиления. Вывод 3 является входом, а вывод 10 — выходом микросхемы.
Всего микросхема имеет 14 выводов, нумерация которых идет от специальной метки на корпусе в направлении движения часовой стрелки (смотреть снизу). Но некоторые из них, например выводы 1, 4, 6, 8 и 13, вообще не задействованы, а некоторые, в зависимости от применения микросхемы, не используются.
Приведу несколько конкретных примеров практического применений микросхемы К118УН1.
Первый пример — простой усилитель 3Ч (рис. 296), который можно использовать, например, для прослушивания грамзаписи на головные телефоны или в качестве предварительного усиления напряжения колебаний 3Ч.
Рис. 296. Усилитель на микросхеме К118УН1Б
В нем работает микросхема К118УН1Б, дающая несколько большее усиление, чем такая же микросхема, но с буквенным индексом А. Источник питания Uи. п, напряжением не более 6,3 В подключают к микросхеме через ее выводы 7 (плюс) и 14 (минус). Сигнал звуковой частоты, который надо усилить, подается на вход 3 микросхемы через конденсатор С1. Усиленный сигнал, снимаемый с соединенных вместе выводов 9 и 10 (с резистора внутри микросхемы сопротивлением 1,7 кОм, выполняющего роль нагрузки транзистора V2), через конденсатор С5 поступает к телефонам В1 и преобразуется ими в звук. Конденсатор С4 блокирует телефоны по наивысшим частотам звукового диапазона.
Какова роль электролитических конденсаторов С2 и С3, включенных между общим заземленным проводником цепи питания и выводами 11 и 12 микросхемы? Конденсатор С2 совместно с резистором микросхемы (4 кОм) образует развязывающий фильтр, устраняющий паразитную обратную связь между вторым и первым каскадами микросхемы через общий источник питания. Без него колебания тока, возникающие при работе транзистора второго каскада, могут проникнуть в цепь питания транзистора первого каскада, что приведет к самовозбуждению усилителя. Подобные развязывающие фильтру были во многих твоих конструкциях.
Конденсатор С3 шунтирует эмиттерный резистор транзистора второго каскада микросхемы (400 Ом) по переменному току и тем самым ослабляет отрицательную обратную связь, снижающую усиление микросхемы. С подобным включением конденсаторов ты также сталкивался при конструировании приемной и усилительной аппаратуры.
Если для усилителя использовать электролитические конденсаторы К50-6, то его детали, кроме источника питания (четыре элемента 332 или пять аккумуляторов Д-0,06) и выключателя (тумблер ТВ2-1), можно смонтировать на плате размерами не более чем 40х25 мм (рис. 296, б). Детали размещай с одной стороны платы, а соединения между ними делай с другой стороны.