74LS240/241/244 - רכיבי חוצצים

הרכיבים 74LS240, 74LS241 ו-74LS244 הם חוצצים (Buffers) נפוצים, המשמשים במעגלים דיגיטליים מגוונים בתעשיה וכן בפרויקטי-גמר, של סטודנטים הלומדים לתואר בתחום האלקטרוניקה, כגון הנדסאים.

מאמר זה, מסביר על רכיב החוצצים, בשפה פשוטה וקלה להבנה, ויאפשר לכם להבין, כיצד עובד הרכיב ומתי כדאי להשתמש בו.

74LS240 Octal Buffers integrated circuitאיור 1: סכמה חשמלית של הרכיב 74LS240


רכיבי חוצצים 74LS24x

החוצצים 74LS240, 74LS241 ו-74LS244 הם רכיבים המשתייכים למשפחת TTL ועובדים במתח ההפעלה המקובל במשפחה זו, שהוא 5V. ישנם גם רכיבי 240' ממשפחות דומות ל-TTL, כגון HCT ו-ACT, שעשויים לפעול במתחים שונים (למשל 3.3V).
שלושת הרכיבים 74LS240, 74LS241 ו-74LS244, מספקים פונקציונליות דומה ובעלי מאפיינים חשמליים דומים. ישנם מספר הבדלים קטנים בינהם, שבעיקר קשורים לנוחות השימוש, בתוך מעגל ספציפי כזה או אחר.

כל אחד מרכיבי החוצצים, מכיל שמיניית חוצצים נפרדים (לכל אחד כניסה ויציאה נפרדת מהאחרים) וכן קווי אפשור (Enable) המשותפים למספר חוצצים, שקובעים את פעולת הרכיב; העברת הנתונים מכניסת כל חוצץ אל מוצאו או לחילופין, מצב של עכבת גבוהה (Hi-Z).

כל אחד מהחוצצים הפנימיים, מכיל דרגת כניסה בעל "תגובת היסטרזיס" (חשל), בדומה למעגל מסוג "שמידט טריגר". תכונה זו משפרת את החסינות של החוצצים לרעשים ושינויים קטנים במתח.

 

חוצצים - שימושים עיקריים

השימוש בחוצצים במעגל אלקטרוני, נעשה במספר מקרים נפוצים:

  • כשיש צורך ביצירת הפרדה חשמלית, בין 2 נקודות בעלות פוטנציאל לוגי זהה. למשל, אם ברצונכם לחבר ממסר אל יציאה של רכיב דיגיטלי כלשהו במעגל, חיבור של חוצץ בין יציאת הרכיב אל כניסת האלמנט שמפעיל את הממסר, יוצרת הפרדה חשמלית. במקרה של תקלה בדרגת הממסר (למשל הממסר נתקע במצב "סגור" וגורם לצריכת-זרם גבוהה לזמן ממושך), החוצצים יגנו על שאר המעגל מפני התחממות והרס. במקרה הפסימי, רכיב החוצצים עצמו יהרס, אך שאר המעגל יהיה תקין. החלפת הממסר ורכיב החוצצים, תחזיר את המעגל לפעולה.
  • מיתוג רכיבים דיגיטליים - לרכיב החוצצים יש אפשרות של מצב של "עכבת גבוהה" במוצאו, שבמילים אחרות אומר, שכל אלמנט שמחובר למוצאו, בעצם "מנותק מהמעגל הראשי". תכונה זו מאפשרת לחבר מספר אלמנטים דיגיטליים אל אותו ערוץ (BUS) ולמתג בכל פעם רק אלמנט אחד אל הערוץ ולנתק את האחרים, בעזרת שימוש ברכיבי חוצצים. לדוגמה, ניתן לחבר בו-זמנית שני רכיבי זיכרון RAM, אל אותם קווי כתובת המגיעים ממיקרובקר.
  • הגברת/דחיפת זרם המוצא - ישנם רכיבים שאינם מסוגלים להוציא (או לספוג) זרם רב במוצאם, כמו למשל סוגים רבים של מיקרובקרים. לעיתים יש צורך לחבר רכיב אלקטרוני שדורש זרם מינימלי כלשהו (כגון לד), ליציאת המיקרובקר ולהפעילו. חיבור של חוצץ בין קווי היציאה של הבקר לבין הרכיב, מאפשר לבקר להשתמש בזרם שמספק החוצץ וכך להפעיל את הרכיב (במקרה של לד, החוצץ מאפשר לבקר לשלוט על הדלקת/כיבוי הלד, גם אם הבקר עצמו, לא מסוגל לספק די זרם להפעלת הלד).

 

ההבדלים בין הרכיבים

החוצצים 74LS240, 74LS241 ו-74LS244 כאמור מספקים פונקציונליות דומה, עם הבדלים קטנים.

הרכיב 74LS240 כולל מהפכים במוצא החוצצים שבו ולפיכך החוצצים עובדים ב"לוגיקה הפוכה".

הרכיבים 74LS241 ו-74LS244 אינם מהפכים, כלומר מה שנכנס לחוצץ הוא גם מה שיוצא, אך יש להם קווי אפשור שונים מבחינת רמות ההפעלה שלהם (HI או LO), שמאפשרים למתכנן מערכת, לבחור את הרכיב שהכי מתאים וקל להפעלה מבחינת המעגל האלקטרוני.

 

סיכום

רכיב החוצצים 74LS24x הוא חלק נפוץ בפרויקטים אלקטרונים. זמינותו ומחירו הזול, הופכות אותו לפופולרי בקרב סטודנטים, שמשלבים אותו בפרויקט-הגמר שלהם, כדי להסדיר את החיבור בין אלמנטים שונים. מומלץ להכיר את רכיב החוצצים ושימושיו, בשביל שבמקרה הצורך, תוכלו להשתמש בו לפתרון "בעיות ידועות" במעגל שלכם ולא תאלצו "להמציא את הגלגל מחדש", רק כדי להפעיל לד לדוגמה.