Мікросхема логіки SN74HC02N

Інтегральна мікросхема – це мініатюрний електронний блок, в корпусі якого містяться з’єднані за певною схемою радіокомпоненти: транзистори, діоди, резистори, конденсатори та інші електронні елементи. Кількість компонентів в сучасних мікросхемах може досягати декількох сотень тисяч і навіть мільйонів елементів.

Мікросхеми по типу оброблюваного сигналу діляться на три типи:

• аналогові;
• цифрові;
• аналогово-цифрові.

Познайомимося ближче з цифровою мікросхемою логіки SN74HC02N.

Це одна з численної 74xx-серії мікросхем булевої логіки, де вхідні дані подаються у вигляді напруги високого чи низького рівня (1 або 0), а результат логічної операції на виході – теж у вигляді напруги високого чи низького рівня (1 або 0).

Трохи з історії інтегральних мікросхем

Інтегральні мікросхеми починають свій шлях в 1958 році. Їх починають одночасно розробили два незнайомих між собою вчених:

Джек Кілбі з компанії Texas Instruments.

Роберт Нойс з компанії Fairchild Semiconductor.

Обидва розробника задавалися питанням: «Як в мінімум простору вмістити максимум компонентів?». Транзистори, резистори, конденсатори та інші деталі в той час розміщалися на платах окремо, і вчені вирішили спробувати їх об’єднати на одному монолітному кристалі з напівпровідникового матеріалу. Джек Кілбі скористався германієм, а Роберт Нойс віддав перевагу кремнію.

У 1959 році вони кожен з них отримав патент на свій винахід – і почалося протистояння двох компаній. В результаті вони все ж уклали мирний договір та створили спільну ліцензію на виробництво чіпів.

Що стосується саме логічних мікросхем, то першим продуктом серії 74xx-серії став чотириканальний елемент «2 І-НЕ/2NAND» в металевому плоскому корпусі. Перший випуск – в жовтні 1964 року.

Мікросхеми серії 74xx використовувалися в багатьох популярних міні-комп’ютерах 1970-х, початку 1980-х років, наприклад в Data General Nova і Hewlett-Packard 21-MX.

Галузі застосування

Мікросхеми логіки раніше використовувалася в різних електронних годинниках, побутових таймерах, перемикачах ялинкових гірлянд та інших електронних пристроях.

Зараз інтегральні мікросхеми витіснені микроконтроллерами, так як це більш просте рішення на ринку. Але для розуміння принципів роботи булевої алгебри, мікросхеми широко використовуються в освітніх наборах, наприклад в електронному конструкторі Омка.

З яких елементів складається мікросхема SN74HC02?

Мікросхема SN74HC02 включає 4 окремі логічні елементи «2 АБО-НЕ / 2NOR»:

• «2» – означає що у кожного логічного елемента два входи (A і B);
• «АБО» – в основі елемент логічного додавання;
• «НЕ» – вихідний сигнал (Y) інвертується.

Розглянемо на прикладі одного каналу: при логічному нулі на обох входах A і B, а на виході Y буде логічна одиниця. У всіх інших випадках – логічний нуль.

Маркування та позначення SN74HC02N

На корпусі кожної інтегральної мікросхеми є маркування для ідентифікації її типу та призначення. Розглянемо розшифровку маркування на прикладі мікросхеми з SN74HC02N.

Виробник

Перші букви перед цифрами позначають виробника мікросхеми. Під SN зашифрований відомий виробник мікросхем Texas Instruments. Хоча функціональне призначення мікросхеми важливіше, ніж виробник.

Сучасні технології роблять якість виробництва стабільним, тому одна і та ж мікросхема може бути однакової якості у різних виробників. Саме тому в електронному наборі Омка ми не вказуємо виробника, оскільки різні партії конструктора можуть бути укомплектовані мікросхемами від різних постачальників.

Приклади виробників:

• SGS-Thomson
• CD – Harris
• GD – Gold Star
• IDT – IDT
• KS – Samsung
• LT – LSTI
• M – Mitsubishi
• ML, SL – Lansdale
• MV – GEC Plessey
• MM, DM, CGS – National
• MC – Motorola
• NCR – NCR
• P – Performance
• QS – Quality Semic
• SN – Texas Instruments
• T, M – SGS-Thomson
• TC, TD – Toshiba
• US – Universal

Сімейство

Далі пишуться дві цифри, які характеризують сімейство мікросхем, а точніше температурний діапазон. У нашому випадку – це 74, яке позначає сімейство «74хх». Замість хрестиків в цьому сімействі ще двома числами позначається конкретна модель мікросхеми, про це говоримо далі.

Приклади температурного діапазону:

• 54xx, 55xx: від -55 … + 125 ° C для використання у військових пристроях;
• 74xx, 75xx, 76xx: від 0 … + 70 ° C для комерційного варіанту;
• 84xx: від -25 ° С … + 70 ° C промисловий варіант.

Технологія виготовлення SN74HC02N

Наступні дві букви вказують модель або покоління мікросхеми. Як і будь-які інші технічні вироби, мікросхеми постійно удосконалюються. При зміні поколінь в першу чергу поліпшується технологічний процес, за яким мікросхема виготовляється, але може вдосконалюватися і схемотехніка.

В загальному ці зміни дозволяють робити мікросхеми нових поколінь швидшими та універсальними. Буквосполучення НС в нашому прикладі означає, що мікросхема відноситься до покоління високошвидкісних КМОП-мікросхем.

Скорочення:

• ТТЛ (англ. TTL, Transistor-Transistor Logic). Різновид цифрових логічних мікросхем,
  побудованих на основі біполярних транзисторів і резисторів.
• КМОН (англ. CMOS, Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Різновид цифрових логічних мікросхем, в яких застосовуються пари транзисторів з абсолютно однаковими параметрами. Тільки один транзистор має затвор n-типу, а інший транзистор – затвор p-типу.
• Бі-КМОН (англ. BiCMOS, Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor). Технологія виготовлення інтегральних мікросхем з використанням біполярних і КМОН-транзисторів на одному кристалі. Технологія Бі-КМОН об’єднала переваги КМОН і ТТЛ-технологій, прибравши їх недоліки.

Приклади технології виготовлення:

• Немає символу: стандартна ТТЛ (Транзисторно-транзисторна логіка)
• ABT, BCT, BC, FBT: ТТЛ-сумісні Бі-КМОП-схеми
• AC, ACQ: поліпшені КМОП-схеми
• ACT, ACTQ, CT: ТТЛ-сумісні поліпшені КМОП-схеми
• C, CBT, LCX, PCT, TV, TC, SC, FCT, HL: КМОП-схеми
• AS, B: поліпшені ТТЛ з діодами Шотки
• ALS: поліпшені малопотужні ТТЛ-схеми з діодами Шотки
• ALVT, LVT: Бі-КМОП-схеми
• F, FR: швидкодіючі ТТЛ-схеми з діодами Шотки
• HC, HCA: швидкодіючі КМОП-схеми
• H: швидкодіючі ТТЛ-схеми
• S: ТТЛ-схеми з діодами Шотки
• L: малопотужні ТТЛ-схеми
• LS: малопотужні ТТЛ-схеми з діодами Шотки
• LVX, LVQ, LVCH, LVC, LV: КМОП-схеми із зниженою напругою живлення
• VHCT: надшвидкодіючі ТТЛ-сумісні КМОП-схеми
• VHC: надшвидкодіючі КМОП-схеми

Модель

Після літер, що вказують на покоління мікросхеми пишуться ще дві або більше цифр. Вони позначають конкретну модель мікросхеми сімейства та характеризують її призначення. Ці цифри визначають, тримаємо ми в руках логічний елемент «І/AND», елемент «АБО/OR» чи якийсь інший. У нашому прикладі – цифри «xx02». Це значить  4 логічних елемента «2АБО-НІ/2NOR».

Приклади моделей:

• xx00: 4 логічних елемента «2И-НЕ / 2NAND»;
• xx04: 6 логічних елементів «НЕ / NOR»;
• xx11: 3 логічних елемента «2И / 2AND».

Корпус

Останнє буквосполучення відображає тип корпусу мікросхеми. У нашому випадку N означає DIP-корпус.

Приклади корпусів:

• E: PDIP
• N: DIP
• PW: TSSOP
• D: SOIC
• NS: SO
• Характеристики
• Модель: SN74HC02N
• Тип логічного елемента: 4 × «2ИЛИ-НЕ / 2NOR»
• Напруга живлення: 5 В
• Максимальний вихідний струм: 5 мА
• Логічний рівень нуля: 0-0,4 В
• Логічний рівень одиниці: 2,4-5 В
• Вага: 025 г