Рассмотрим схемы четырех электронных приборов построенных на микросхеме К561ЛА7 (К176ЛА7). Принципиальная схема первого прибора показана на рисунке 1. Это мигающий фонарь. Микросхема вырабатывает импульсы, которые поступают на базу транзистора VT1 и в те моменты, когда на его базу поступает напряжение единичного логического уровня (через резистор R2) он открывается и включает лампу накаливания, а в те моменты, когда напряжение на выводе 11 микросхемы равно нулевому уровню лампа гаснет.
График, иллюстрирующий напряжение на выводе 11 микросхемы показан на рисунке 1А.
Рис.1А
Микросхема содержит четыре логических элемента "2И-НЕ", входы которые соединены вместе. В результате получается четыре инвертора ("НЕ". На первых двух D1.1 и D1.2 собран мультивибратор, вырабатывающий импульсы (на выводе 4), форма которых показана на рисунке 1А. Частота этих импульсов зависит от параметров цепи, состоящей из конденсатора С1 и резистора R1. Приблизительно (без учета параметров микросхемы) эту частоту можно рассчитать по формуле F = 1/(CxR).
Работу такого мультивибратора можно пояснить так: когда на выходе D1.1 единица, на выходе D1.2 - нуль, это приводит к тому, что конденсатор С1 начинает заряжаться через R1, а вход элемента D1.1 следит за напряжением на С1. И как только это напряжение достигнет уровня логической единицы, схема как-бы переворачивается, теперь на выходе D1.1 будет ноль, а на выходе D1.2 единица.
Теперь уже конденсатор станет разряжаться через резистор, а вход D1.1 будет следить за этим процессом, и как только напряжение на нем станет равно логическому нуля схема опять перевернется. В результате уровень на выходе D1.2 будут импульсы, а на выходе D1.1 тоже будут импульсы, но противофазные импульсам на выходе D1.2 (рисунок 1А).
На элементах D1.3 и D1.4 выполнен усилитель мощности, без которого, в принципе, можно обойтись.
В данной схеме можно использовать детали самых разных номиналов, пределы, в которые должны укладывать параметры деталей отмечены на схеме. Например, R1 может иметь сопротивление от 470 кОм до 910 кОм, конденсатор С1 иметь емкость от 0,22 мкФ до 1,5 мкФ, резистор R2 - от 2 кОм до 3 кОм, таким же образом подписаны номиналы деталей и на других схемах.
Рис.1Б
Лампа накаливания - от карманного фонаря, а батарея питания - либо плоская на 4,5В, либо "Крона" на 9В, но лучше если взять две "плоские", включенные последовательно. Цоколевка (расположение выводов) транзистора КТ815 показана на рисунке 1Б.
Второе устройство - реле времени, таймер со звуковой сигнализацией окончания установленного временного промежутка (рисунок 2). В основе лежит мультивибратор, частота которого сильно увеличена, по сравнению с пред-идущей конструкцией, за счет уменьшения емкости конденсатора. Мультивибратор выполнен на элементах D1.2 и D1.3. Резистор R2 взять такой же как R1 в схеме на рисунке 1, а конденсатор (в данном случае С2) имеет значительно меньшую емкость, в пределах 1500-3300 пФ.
В результате импульсы на выходе такого мультивибратора (вывод 4) имеют звуковую частоту. Эти импульсы поступают на усилитель, собранный на элементе D1.4 и на пьезокрамический звукоизлучатель, который при работе мультивибратора издает звук высокого или среднего тона. Звукоизлучатель - пьезокерамический зуммер, например от звонка телефона-трубки. Если он имеет три вывода нужно подпаять любые два из них, а потом опытным путем выбрать из трех два таких, при подключении которых громкость звука максимальная.
Рис.2
Мультивибратор работает только тогда, когда на выводе 2 D1.2 будет единица, если ноль - мультивибратор не генерирует. Происходит это потому, что элемент D1.2 это элемент "2И-НЕ", который, как известно, отличается тем, что если на его один вход подать нуль, то на его выходе будет единица независимо от того, что происходит на его втором входе.
Для пуска таймера нажимают кнопку SB1, давая возможность разрядиться конденсатору С1 (и С2, если он подключен выключателем SA1). После отпускания кнопки конденсатор начинает заряжаться через резистор R2 или цепочку последовательно соединенных резисторов R2—R12 — это зависит от положения подвижного контакта переключателя SA2. Как ^только напряжение на входах элемента DD1.1 достигнет порога переключения, на выходе элемента появится уровень логической 1 и включится генератор. Его колебания частотой около 1000 Гц поступят через инвертор и усилитель на головной телефон, являющийся звуковым индикатором. Усилитель нужен для согласования нагрузки (телефона) с выходом инвертора. В отсутствие колебаний транзистор находится в закрытом состоянии. Этим обеспечивается высокая экономичность таймера — в режиме ожидания он потребляет ток не более 0,5 мА.
В таймере использованы резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы О и С2—К53-14 (С2 составлен из шести параллельно соединенных конденсаторов), СЗ—КЛС. Под эти детали и рассчитана печатная (рис. Т-5), изготовленная из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. На месте транзистора VT1 могут работать любые транзисторы серий МП39—МП42. Вместо указанных конденсаторов К53-14 подойдут другие конденсаторы с малым током утечки (например, ЭТО или К52-2), но, возможно, под них придется изменить размеры платы.
Звуковой индикатор BF1 — любой телефонный капсюль (головной телефон) с сопротивлением обмотки 40...120 Ом. Его можно заменить малогабаритной динамической головкой, например 0,1ГД-6, но включать ее в коллекторную цепь транзистора следует через выходной трансформатор от малогабаритного приемника типа «Селга», «Сокол». Громкость звука в обоих вариантах устанавливают подбором резисторов R16 и R15.
Кнопка SB1 и выключатель SA1 могут быть любого типа, а переключатель SA2 желательно применить галетный на 11 положений (например, 11П1Н) с керамической платой. На лепестках платы монтируют резисторы R2—R13.
Источник питания GB1 — «Крона» или аккумуляторная батарея 7Д-0,115. Таймер работает устойчиво при снижении напряжения питания до 4 В, но при этом длительность выдержек несколько возрастет, а громкость звукового сигнала упадет.
И остальные детали таймера размещены в корпусе (рис. Т-6), который может быть самодельный или готовый (скажем, корпус малогабаритного транзисторного приемника).
Налаживание таймера сводится к подбору конденсатора С2 и резисторов R2—R12. Емкость конденсатора должна быть такой, чтобы при подключении его выключателем SA1 выдержка, например на первом поддиапазоне, увеличивалась в 10 раз. Точнее выдержку, указанную для первого поддиапазона, устанавливают подбором резистора R2, для второго поддиапазона — подбором резистора R3, для третьего — подбором резистора R4 и т. д. Естественно, выдержки могут быть иные по сравнению с указанными на схеме — достаточно лишь установить резисторы R2—-R12 соответствующих сопротивлений.
Если таймер захотите использовать для отсчета непродолжительных выдержек (до 30 мин), его можно упростить, заменив переключатель SA2 и резисторы R3—R13 переменным резистором сопротивлением 3,3...4,7 МОм.
Б.С. Иванов. Энциклопедия начинающего радиолюбителя
Некоторые цифровые микросхемы КМОП-логики, такие как К176ЛА7, К176ЛЕ5, К561ЛА7,К561ЛЕ5, а так же зарубежные аналоги 4001, 4011 могут работать и в линейном усилительном режиме.
Для этого вход и выход логического элемента нужно соединить резистором или RC-цепью отрицательной обратной связи, которая подаст напряжение с выхода элемента на его же вход и в результате на входе и выходе элемента установится одно и то же напряжение, где-то между значением логического нуля и логической единицы. По постоянному току элемент окажется в режиме усилительного каскада.
А коэффициент усиления будет зависеть от параметров этой цепи ООС. В таком режиме логические элементы выше указанных микросхем можно использовать в качестве аналоговых усилителей.
Принципиальаня схема маломощного УНЧ
На рисунке 1 показана схема маломощного УНЧ на основе микросхемы К561ЛА7 (4011). Усилитель получается двухкаскадный, если вообще здесь уместно говорить о каскадах. Первый каскад выполнен на логическом элементе D1.1, его вход и выход связаны между собой цепью ООС состоящей из резисторов R2, R3 и конденсатора С4.
Практически коэффициент усиления здесь зависит от соотношения сопротивлений резисторов R2 и R3.
Рис.1. Принципиальная схема усилителя мощности низкой частоты на микросхеме К176ЛА7.
Входной сигнал ЗЧ через регулятор громкости на резисторе R1 поступает через разделительный конденсатор С1 на вход элемента D1.1. Им сигнал усиливается и поступает на выходной усилитель мощности на оставшихся трех элементах микросхемы, включенных параллельно для увеличения их выходной мощности.
Нагружен выходной каскад на миниатюрный динамик В1 через разделительный конденсатор C3. Выходная мощность не оценивалась, но субъективно УНЧ работает примерно так же громко, как УНЧ карманного радиоприемника с выходной мощностью около 0,1W.
Динамики пробовал самые разные, от 4 Ом до 120 Ом. Работает с любым. Конечно, громкость различается. Налаживания практически никакого не требуется.
При напряжении питания более 5-6V появляются существенные искажения.
Схема радиовещательного приемника прямого усиления
На втором рисунке показана схема радиовещательного приемника прямого усиления для приема радиостанций в диапазоне длинных или средних волн.
Схема УНЧ почти такая же как на рисунке 1, но отличается тем, что один элемент микросхемы из выходного каскада исключен и на нем сделан усилитель радиочастоты, при этом, естественно, мощность выходного каскада, в теории, снизилась, но практически на слух какой-либо разницы замечено не было.
И так, на элементе D1.4 выполнен УРЧ. Для его перевода в усилительный режим между его выходом и входом включена цепь ООС, состоящая из резистора R4 и входного контура, образованного катушкой L1 и переменным конденсатором C6.
Рис.2. Принципиальная схема приемника на микросхеме К176ЛА7, К176ЛЕ5, CD4001.
Контур подключен ко входу УРЧ непосредственно, это стало возможным благодаря высокому входному сопротивлению элементов ИМС КМОП-логики.
Катушка L1 является магнитной антенной. Она намотана на ферритовом стержне диаметром 8 мм и длиной 12 мм (можно любой длины, но чем длиннее, тем лучше чувствительность приемника). Для приема на средних волнах обмотка должна содержать 80-90 витков.
Для приема на длинных волнах - около 250. Провод, практически любой обмоточный. Средневолновую катушку мотать виток к витку, длинноволновую - внавал 5-6-ю секциями.
Переменный конденсатор С6 - от «легендарного» набора для сборки приемника «Юность КП-101» 80-х годов прошлого века. Но, конечно же, можно и какой-то другой. Следует заметить, что используя КПЕ от карманного супергетеродинного приемника, соединив его секции параллельно (будет максимальная емкость 440-550 пФ в зависимости от типа КПЕ) можно будет уменьшить число витков катушки L1 в два и более раза.
С выхода УРЧ на D1.4 усиленное напряжение ВЧ поступает через разделительный конденсатор С8 на диодный детектор на германиевых диодах VD1 и VD2. Диоды должны быть обязательно германиевыми. Это могут быть Д9 с другими буквенными индексами, а так же, диоды Д18, Д20, ГД507 или зарубежного производства.
Продетектированный сигнал выделяется на конденсаторе С9 и через регулятор громкости на R1 поступает на УНЧ, выполненный на остальных элементах данной микросхемы.
Применение логических элементов в других схемах
Рис.3. Схема магнитного датчика на логическом элементе.
Логические элементы в усилительном режиме можно использовать и в других схемах, например, на рисунке 3 показана схема магнитного датчика, на выходе которого появляется импульс переменного напряжения, когда магнит перемещается перед катушкой, либо перемещается сердечник катушки.
Параметры катушки зависят от конкретного устройства, в котором этот датчик будет работать. Возможно так же, включение в качестве катушки динамического микрофона или динамического громкоговорителя, чтобы данная схема работала как усилитель сигнала от него. Например, в схеме, где нужно реагировать на шум или удары по поверхности, на которой этот датчик закреплен.
Тульгин Ю. М. РК-2015-12.
