Генераторы без потребления тока в состоянии покоя

Новую группу чрезвычайно экономичных генераторов сигналов, которые в будущем приобретут, по-видимому, большое значение, можно реализовать с помощью КМОП-микросхем.

КМОП-микросхема — сокращение от «Комплементарная МОП (металл-окисел-проводник) схема». Она представляет собой микро­схему, состоящую из пар МОП-транзисторов, имеющих противо­положные типы проводимости и включенных последовательно относительно цепи питания. В состоянии покоя в таком каскаде ток почти отсутствует, а управление режимом работы происходит только за счет полевого эффекта, т. е. изменением потенциалов при полном «отсутствии» тока (рис. 4.21). Еще одним большим преимуществом этих микросхем является надежность работы в диапазоне напряжений примерно от 3...4 до 15 В (у специальных схем нижний порог напряжения еще меньше).

Инвертор по схеме на рис. 4.21 аналогичен одному из трех элементов интегральной микросхемы К176ЛП1. Элемент этот называется логическим уни­версальным элементом.

Однако у КМОП-микросхем имеются и недостатки. Во-первых, такие микросхемы еще очень мало доступны, во-вторых, они требуют по меньшей мере такого же внимания к исключению статических напряжений, как и МОП-транзисторы. Поэтому следует привести несколько правил работы с теми и другими. Очень тонкая изоляция управляющего электрода пробивается уже при электростатическом высоком напряжении самой малой энергии, которое может возникнуть на теле человека в результате трения одежды или сиденья из синтетического материала. Поэтому КМОП-микросхемы хранят с накоротко замкнутыми друг с дру­гом выводами или на подкладке из металла или проводящей резины. Поможет также использование на рабочем месте пласти­ны, покрытой медью и соединенной с паяльником. Следует учи­тывать и характер мебели и одежды. Для сборки устройств, в которых КМОП-микросхемы устанавливают на плате в самом конце, лучше всего применять механические контакты.

Обычно в цепях затворов полевых транзисторов ставят диоды. Но несмотря на это необходимо соблюдать указанные выше меры предосторожности. Диоды могут «обезвредить» только опреде­ленный заряд, но кто знает, какая энергия и какое напряжение безопасны для микросхемы при установке ее в любительскую конструкцию? Особые неприятности возникают тогда, когда такая схема еще функционирует, но лишь частично!

КМОП-микросхемы имеют и другие ограничения области применения. Их выходы, как правило, нельзя нагружать относи­тельно высокими токами, типичными для ТТЛ-микросхем. Обыч­но выходные токи составляют около 1мА. В соответствии с этим выбираются внешние элементы устройства. При описании сим­метричного мультивибратора, собранного на транзисторах (см. рис. 4.12), были перечислены усовершенствования оконечного каскада. Очевидно, что они справедливы также, где это возможно, и в отношении выходных каскадов на КМОП-микросхемах.

На рис. 4.22 представлена схема мультивибратора, собранного на двух КМОП-микросхемах НЕ-ИЛИ. В данном варианте время «Включение — Выключение лампы» составляет около 1,5 с. Сопротивление резистора, определяющего это время, может быть увеличено с 1 до 10 МОм, что приведет к его удлинению в 10 раз. В паузах между включениями лампы ток практически равен нулю, поэтому выключатель не требуется. При замкнутом контакте на входе (или это может быть, например, контакт на входной двери) лампа зажигается, только в этом случае через резистор сопротивлением 100 кОм течет непрерывный ток 120 мкА (лампа используется 12 В/0,05 А).

В устройстве по схеме на рис. 4.22 можно использовать интегральную схему К176ЛЕ5 или К176ЛЕ6. Транзисторы должны быть кремниевыми, КТ201Г или КТ201Е (VI) и КТ315Г (V2).

В этой схеме, как и в других случаях применения МОП-тран­зисторов, следует обращать внимание на то, что конденсатор в цепи обратной связи не должен иметь тока утечки. Здесь совер­шенно непригодны электролитические конденсаторы. Через защит­ный резистор сопротивлением 10 кОм сигнал мультивибратора (т. е. периодическая смена логических уровней Н и L на выходе нижней по схеме интегральной схемы) подается на каскад, со­бранный на транзисторах со взаимно дополняющими структура­ми. Запуск генератора для подачи сигнала возможен, например, с помощью замыкающего контакта или фоторезистора, становя­щегося достаточно низкоомным при освещении. При этом вход верхней схемы НЕ-ИЛИ, потенциал которого соответствовал логи­ческому уровню Н, получает уровень L. В то время как согласно логическому условию — логический уровень Н на входе f или на входе 2 дает на выходе отрицательный логический уровень Я — потенциал на выходе всегда лежит на уровне L (отрицатель­ный логический уровень Н), мультивибратор может через второй вход генерировать колебания с периодом, определяемым посто­янной времени цепочки R1C1.

Подобная рассмотренной выше схема, но для генерирова­ния звуковой частоты около 800 Гц, показана на рис. 4.23. При указанных номиналах схемных элементов громкоговоритель с сопротивлением катушки 15 Ом обеспечивает звуковую мощность около 25 мВт при напряжении питания 9 В. Если ожидаемое время подачи сигнала мало, то текущий при этом ток около 40 мА (среднее значение) может быть обеспечен малогабаритной бата­реей с напряжением 9 В. Не следует забывать, что все эти устрой­ства — при использовании их в качестве генераторов сигналов могут быть собраны без выключателей, так как ток покоя в них пренебрежимо мал. И наоборот, выключатель питания можно поставить в качестве датчика в месте, где производится наблюде­ние за каким-либо явлением (рис. 4.24). В данном случае генера­тор, в котором включены все четыре элемента соответствующей интегральной схемы, обеспечивает получение хорошо слышимого сигнала, прерываемого с частотой несколько Гц. Для этого устройст­ва необходим выключатель, так как при подаче напряжения питания генератор постоянно находится в режиме генерирования колебаний. В устройстве использованы тактовый генератор и управ­ляемый им генератор звуковой частоты. Получаемый сигнал (в данном примере — частота 800 Гц, пульсация 6 Гц) распознается легче, чем монотонный.

В устройстве по схеме рис. 4.23 можно применить интегральную микро­схему К176ЛЕ6 и транзистор КТ361Г, в качестве излучателя акустических коле­баний — микротелефонный капсюль ДЭМ-4м.

В устройстве по схеме на рис. 4.24 применяется интегральная микросхема К176ЛЕ5.