Элементная база электронных часов

Элементную базу электронных часов составляют интегральные микро­схемы, миниатюрные кварцевые резонаторы, электронные индикаторы. Наи­большее влияние на функциональные возможности и основные характеристики часов оказывают интегральные микросхемы. В этом параграфе приведена общая характеристика серий микросхем, которые могут быть использованы в элек­тронных часах различного назначения.

В электронных часах микросхемы работают с низкой частотой переключе­ния. Например, для делителей в блоке генератора секундных импульсов наи­большей является частота ЗГ, которая при использовании стандартных квар­цевых резонаторов типа РК72, РК196, РК101 равна 32768 Гц. Функциональ­ные узлы в блоках счетчиков и дешифраторов переключаются с частотой, не превышающей 1 Гц. Поэтому основной характеристикой, по которой следует выбирать микросхемы для электронных часов, является мощность, потребляемая ими от источника напряжения питания в статическом и динамическом режимах.

В широкой номенклатуре серийных интегральных микросхем наилучшими энергетическими характеристиками обладают микросхемы на комплементарных МДП-транзисторах с индуцированными каналами (сокращенно КМДП-транзис­торы). Такие микросхемы выпускают в составе серий К176, К561, К512 и др.

Комплементарными называют два МДП-транзистора, один из которых имеет канал с дырочной проводимостью (р-типа), другой — с электронной (n-типа). Отсюда и название этих транзисторов, взаимно дополняющих по типу прово­димости канала, от латинского complementum — дополнение.

При соединении КМДП-транзисторов затворами и стоками (рис. 4) полу­чается ключ (инвертор), в котором управляющий входной сигнал подается на объединенные затворы, а выходной снимается с точки соединения стоков тран­зисторов.

В статическом режиме при наличии на входе напряжения низкого уровня, в частности, равного нулю, транзистор VT1 закрыт, a VT2 открыт, поскольку ме­жду его затвором и истоком устанавливается напряжение высокого уровня, равное U_и.п, приложенное минусом к затвору. Если напряжение на входе клю­ча имеет высокий уровень, близкий к U_m._M, то транзистор VT1 открыт, a VT2 закрыт, так как разность потенциалов между его затвором и истоком близка к нулю, т. е. значительно меньше порогового напряжения.

Таким образом, в любом из двух статических состояний один из транзис­торов закрыт и благодаря этому через ключ протекает пренебрежимо малый остаточный ток и, следовательно, от источника питания потребляется малая мощность. В этом и заключается основное достоинство КМПД-микросхем, по­строенных на основе рассмотренной ключевой схемы.

В режиме переключения обеспечивается сравнительно высокое быстродей­ствие ключа, позволяющее использовать КМПД-микросхемы на частотах до 1 — 3 МГц. Объясняется это свойство тем, что при включении схемы образуется низкоомная цепь разряда выходной емкости Со через открытый транзистор VT1, при выключении — низкоомная цепь заряда емкости через открытый транзистор VT2. Из-за увеличения тока, необходимого для заряда емкости, в переходном режиме потребляемая схемой динамическая мощность существенно возрастает и тем больше, чем выше частота переключения [4,5]: Р_{пот.дин} = C₀U²_и.п.F, где С₀=С_н + С_вых; С_н — емкость нагрузки; С_ВЫХ — выходная емкость схемы клю­ча; F — частота переключения.

Динамическая потребляемая мощность на два-три порядка выше статиче­ской, что должно быть учтено при разработке высокочастотных функциональ­ных узлов. Такая необходимость может возникнуть, например, при использо­вании кварцевых резонаторов, работающих с частотой сотни килогерц, в част­ности РК230.

Одним из замечательных свойств КМДП-микросхем является их способ­ность выполнять свои функции при изменении в широком диапазоне значений напряжения источника питания.

Микросхемы серий К176 работают при номинальном напряжении питания 9 В и сохраняют работоспособность при понижении напряжения питания до 6 В и повышении до 12 В (при длительности не более 3 с). В микросхемах серий К561, изготовленных по более совер­шенной технологии, пороговые напряжения КМДП-транзи-сторов снижены, что позволило расширить диапазон рабо­чих значений напряжения питания от 3 до 15 В. Некоторые микросхемы серии К512 и большие интегральные схемы для наручных электронных часов характеризуются самым низ­ким для КМДП-микросхем напряжением источника пита­ния, составляющим 1,3 В.

Рис. 4. Ключ на КМДП-транзисторах

Наиболее широкое применение в крупногабаритных электронных часах, как серийных, так и радиолюбительских, находят микросхемы серии К176. Это объясняется тем, что серия К176 предназначена для указанной области применения. В ее составе имеются логические микросхемы, в том числе с повышенной нагрузочной способностью, дешифраторы, триггеры, счетчики-дели­тели, многие из которых выполнены на одном кристалле с дешифраторами и по­этому допускают подключение к своим выводам семисегментных индикаторов. Серия К.176 продолжает развиваться. Она дополняется все более сложны­ми микросхемами, каждая из которых может заменить две-три микросхемы с более простыми функциями. Уже в настоящее время часы с сигнальным устрой­ством могут быть выполнены всего на трех микросхемах этой серии. Поскольку серия К176 является основой элементной базы электронных крупногабаритных часов, рассмотрим подробнее входящие в ее состав микросхемы. При этом ос­новное внимание уделим тем их свойствам, которые оказывают значительное влияние на схемотехнические решения и реализацию функциональных блоков, часов.

Date: 2015-05-23; view: 1893; Нарушение авторских прав