Seria CMOS 4000 to przełomowa rodzina układów scalonych wprowadzona przez RCA w 1968 roku. Te wszechstronne układy zrewolucjonizowały elektronikę cyfrową. Charakteryzują się wyjątkowo niskim poborem energii. Mogą pracować w szerokim zakresie napięć od 3V do 18V. To czyni je niezwykle elastycznymi w zastosowaniu.
CMOS 4000 oferuje kompletny zestaw elementów cyfrowych. Znajdziemy tu bramki logiczne, liczniki, oraz dekodery. Układy te są szczególnie cenione w projektach zasilanych bateryjnie. Ich popularność nie słabnie od ponad 50 lat.
Najważniejsze informacje:- Wprowadzone w 1968 roku jako alternatywa dla układów TTL
- Charakteryzują się minimalnym zużyciem energii
- Szeroki zakres napięcia zasilania (3-18V)
- Wysoka odporność na zakłócenia elektromagnetyczne
- Dostępne w wielu wariantach (bramki, liczniki, dekodery)
- Często wykorzystywane w prototypowaniu i systemach cyfrowych
- Po 1975 wprowadzono ulepszoną serię 4000B
Czym charakteryzuje się seria układów CMOS 4000?
Katalog CMOS 4000 to fundamentalna seria układów scalonych CMOS, które zrewolucjonizowały elektronikę cyfrową. Układy te charakteryzują się wyjątkowo niskim poborem mocy, co czyni je idealnymi do zastosowań bateryjnych. Ich wszechstronność i niezawodność sprawiły, że są nadal powszechnie stosowane w projektowaniu elektronicznym.
Seria ta oferuje szeroki wybór elementów, od prostych bramek po złożone liczniki i dekodery. Elementy elektroniczne CMOS z tej rodziny mogą pracować w szerokim zakresie napięć zasilania. Ich prosta implementacja sprawia, że są często wybierane do prototypowania.
Parametry techniczne układów CMOS 4000
Układy scalone CMOS serii 4000 mogą być zasilane napięciem od 3V do 18V. Ta elastyczność czyni je uniwersalnymi w zastosowaniach. Typowe napięcie pracy to 5V, 9V lub 12V.
| Parametr | Wartość |
| Napięcie zasilania | 3-18V |
| Pobór prądu (statyczny) | 10nA typowo |
| Temperatura pracy | -40°C do +85°C |
| Częstotliwość maksymalna | 5-15MHz (Vdd=10V) |
Czasy propagacji sygnału w układach zależą od napięcia zasilania. Przy 5V typowy czas propagacji wynosi około 50ns.
Wraz ze wzrostem napięcia zasilania, czasy przełączania ulegają skróceniu. Seria 4000B oferuje lepsze parametry czasowe niż oryginalna wersja.
Warunki pracy i środowisko
Układy z katalogu CMOS 4000 pracują stabilnie w temperaturze od -40°C do +85°C. Wyższa temperatura może wpływać na zwiększenie poboru prądu statycznego.
Maksymalna dopuszczalna wilgotność względna podczas pracy wynosi 85%. Przekroczenie tej wartości może prowadzić do degradacji parametrów.
Wszystkie układy posiadają wbudowane zabezpieczenia przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Standardowo stosowane są diody ochronne na wszystkich wyprowadzeniach. Dodatkowo układy mają zabezpieczenie przed nieprawidłową polaryzacją zasilania.
Przegląd dostępnych układów CMOS 4000
Katalog układów scalonych serii 4000 zawiera ponad 100 różnych elementów. Każdy układ posiada unikalny numer katalogowy rozpoczynający się od "40" lub "45".
- CD4001 - Poczwórna bramka NOR
- CD4011 - Poczwórna bramka NAND
- CD4013 - Podwójny przerzutnik D
- CD4017 - Licznik dziesiętny
- CD4020 - 14-stopniowy licznik binarny
- CD4027 - Podwójny przerzutnik JK
- CD4040 - 12-stopniowy licznik binarny
- CD4049 - Sześciokrotny inwerter
- CD4051 - Multiplekser analogowy 8:1
- CD4511 - Dekoder BCD na wyświetlacz 7-segmentowy
Podstawowe zastosowania obejmują budowę generatorów, liczników i układów czasowych. Popularność tych układów wynika z ich uniwersalności i dostępności.
Elementy elektroniczne CMOS tej serii są często wykorzystywane w urządzeniach pomiarowych i kontrolnych. Ich niski pobór mocy sprawia, że szczególnie dobrze sprawdzają się w aplikacjach przenośnych i zasilanych bateryjnie.
Bramki logiczne w serii CMOS 4000
Bramki logiczne CMOS stanowią podstawowy element serii 4000. Dostępne są wszystkie podstawowe funkcje logiczne: NOT, AND, NAND, OR, NOR, XOR.
Każda bramka charakteryzuje się symetryczną charakterystyką przejściową. Poziomy logiczne są definiowane jako 30% i 70% napięcia zasilania.
| Oznaczenie | Funkcja |
| 4001 | 4x NOR 2-wejściowa |
| 4011 | 4x NAND 2-wejściowa |
| 4023 | 3x NAND 3-wejściowa |
| 4025 | 3x NOR 3-wejściowa |
Układy licznikowe i przerzutniki
Liczniki z katalogu CMOS 4000 oferują różne podziały częstotliwości wejściowej. Najpopularniejsze są układy CD4017 (dekadowy) i CD4040 (12-bitowy binarny).
Przerzutniki występują w wersjach D, JK i T. Każdy typ ma wbudowane wejścia zegarowe i asynchroniczne.
Wszystkie liczniki posiadają wejścia zerujące i wyjścia równoległe. Te cechy sprawiają, że układy świetnie nadają się do budowy sterowników i sekwencerów.
Schematy wyprowadzeń (pinout)
Układy serii CMOS 4000 są dostępne w obudowach DIP14 i DIP16. Rozkład wyprowadzeń jest logiczny i spójny w całej serii.
Zasilanie zawsze podłączone jest do skrajnych pinów. Standard ten ułatwia projektowanie płytek drukowanych.
Każdy pin ma przypisaną unikalną funkcję opisaną w dokumentacji. Niewykorzystane wejścia należy podłączyć do masy lub zasilania. Wyprowadzenia są odporne na napięcia statyczne do 2kV.
Kompatybilność i zamienniki
Układy scalone CMOS serii 4000 są kompatybilne pinowo między producentami. Różni producenci oferują zamienne układy pod własnymi oznaczeniami.
Seria jest częściowo kompatybilna z układami logicznymi TTL. Wymagane jest jednak dopasowanie poziomów napięć.
Istnieje możliwość zastąpienia układów nowszymi seriami HC i HCT. Zamienniki są często szybsze i mają lepsze parametry elektryczne. Należy jednak pamiętać o innych napięciach zasilania.
Modernizacje i serie pochodne
Seria 4000B wprowadziła ulepszone parametry elektryczne i czasowe. Zwiększono odporność na zakłócenia i poprawiono czasy propagacji.
Kolejne modernizacje przyniosły serie HC i HCT, oferujące wyższe częstotliwości pracy. Elementy elektroniczne CMOS ewoluowały w kierunku większej integracji i lepszych parametrów.
Przyszłość technologii CMOS wiąże się z miniaturyzacją i dalszą optymalizacją parametrów. Seria 4000 pozostaje jednak standardem w projektach edukacyjnych i prototypach.
Dlaczego seria CMOS 4000 pozostaje standardem w elektronice cyfrowej?
Katalog CMOS 4000 stanowi kompleksowe rozwiązanie dla projektantów elektroniki, oferując ponad 100 różnych układów scalonych. Ich uniwersalność, niezawodność i niski pobór mocy sprawiają, że są nadal chętnie wykorzystywane w nowych projektach. Szeroki zakres napięć zasilania (3-18V) i wysoka odporność na zakłócenia to kluczowe zalety tej serii.
Układy scalone CMOS z tej rodziny zapewniają pełną gamę funkcji logicznych, od prostych bramek po zaawansowane liczniki i dekodery. Seria ewoluowała przez lata, wprowadzając udoskonalenia w postaci serii 4000B, a jej standardy wyprowadzeń stały się wzorem dla późniejszych rozwiązań. Kompatybilność między producentami i dostępność zamienników gwarantują długoterminowe wsparcie dla projektów opartych o te układy.
Pomimo pojawienia się nowszych technologii, elementy elektroniczne CMOS serii 4000 pozostają idealnym wyborem do zastosowań edukacyjnych, prototypowania i projektów wymagających niskiego poboru mocy. Ich prosta implementacja, przewidywalne zachowanie i bogata dokumentacja techniczna sprawiają, że są doskonałym punktem wyjścia dla osób rozpoczynających przygodę z elektroniką cyfrową.
Tagi
Udostępnij artykuł
