Серия К155

Серия К155 — это семейство цифровых интегральных микросхем средней степени интеграции, построенных на основе транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Серия была разработана в СССР в конце 1960-х годов и стала одной из самых массовых и распространённых в советской электронной промышленности, применяясь в вычислительной технике, системах автоматики, измерительных приборах и бытовой электронике вплоть до начала 1990-х годов.

История создания

Разработка серии К155 началась в 1967 году на базе НИИ точной технологии (НИИТТ, Москва) и на заводе «Микрон» (Зеленоград) в рамках программы создания элементной базы для ЭВМ третьего поколения. За основу была взята американская серия SN7400 компании Texas Instruments (выпускалась с 1964 года), однако советские инженеры внесли ряд конструктивных и технологических изменений, адаптировав микросхемы под имевшуюся в СССР элементную базу и требования по надёжности.

Первые промышленные партии микросхем К155 поступили в производство в 1970 году. Серия быстро вытеснила более ранние и менее надёжные серии (например, К133, К134) и стала основным стандартом для цифровых устройств в СССР. Выпуск продолжался вплоть до середины 1990-х годов на нескольких предприятиях, включая «Микрон», «Восход» (Калуга), «Интеграл» (Минск) и другие.

Технические характеристики и устройство

Микросхемы серии К155 выполнены в пластмассовом корпусе типа DIP (Dual In-line Package) с 14 или 16 выводами (реже — 24). Шаг выводов — 2,5 мм (стандарт для советских микросхем). Корпус прямоугольной формы, с ключом (выемкой) на одной из сторон для ориентации.

Базовые параметры

• Тип логики: транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) с многоэмиттерным транзистором на входе.
• Напряжение питания: +5 В ± 5 % (номинальное).
• Потребляемая мощность на один логический элемент: от 10 до 22 мВт (в зависимости от типа микросхемы).
• Время задержки распространения сигнала: типично 10–15 нс на элемент (для стандартных серий; быстродействующие варианты — до 5 нс).
• Выходной ток: до 16 мА (для стандартных выходов; для мощных — до 40 мА).
• Входной ток: до 1,6 мА (для логического нуля) и до 40 мкА (для логической единицы).
• Помехоустойчивость: не менее 0,4 В (по постоянному току).
• Диапазон рабочих температур: от −45 °C до +85 °C (для коммерческих вариантов; для военных — от −60 °C до +125 °C).

Внутренняя структура

Базовый логический элемент ТТЛ серии К155 представляет собой трёхкаскадный усилитель: входной многоэмиттерный транзистор, фазоинвертор и выходной каскад (часто — двухтактный «пуш-пулл»). Многоэмиттерный транзит выполняет функцию логического «И»: если на всех входах высокий уровень (логическая «1»), транзистор открывается, и на выходе формируется низкий уровень (логический «0»). При наличии хотя бы одного низкого входа транзистор запирается, и выход переходит в высокое состояние.

Классификация и номенклатура

Серия К155 включает несколько десятков базовых типов микросхем, которые делятся на функциональные группы:

Логические элементы

• К155ЛА3 — 4 элемента 2И-НЕ (самая массовая микросхема серии).
• К155ЛА4 — 3 элемента 3И-НЕ.
• К155ЛЕ1 — 4 элемента 2ИЛИ-НЕ.
• К155ЛН1 — 6 инверторов (НЕ).
• К155ЛИ1 — 4 элемента 2И.

Триггеры и регистры

• К155ТМ2 — два D-триггера с предустановкой и сбросом.
• К155ТВ1 — два JK-триггера.
• К155ИР1 — 4-разрядный регистр сдвига.
• К155ИР13 — 8-разрядный регистр хранения.

Счётчики и делители

• К155ИЕ2 — двоично-десятичный счётчик.
• К155ИЕ5 — 4-разрядный двоичный счётчик.
• К155ИЕ8 — делитель на 10 (с десятичным выходом).

Дешифраторы и мультиплексоры

• К155ИД1 — дешифратор 3×8 (с инверсными выходами).
• К155ИД3 — дешифратор 4×16 (для управления семисегментными индикаторами).
• К155КП1 — два мультиплексора 4×1.

Арифметические устройства

• К155ИМ1 — 4-разрядный двоичный сумматор.
• К155ИМ3 — 4-разрядный арифметико-логический блок (АЛУ).

Специализированные микросхемы

• К155АГ1 — два одновибратора (ждущих мультивибратора).
• К155ГГ1 — генератор тактовых импульсов (с кварцевой стабилизацией).
• К155ЛП5 — 4 элемента «исключающее ИЛИ».
• К155ПР6 — программируемая логическая матрица (ПЛМ).

Всего в серии насчитывалось более 100 типономиналов, включая микросхемы с открытым коллектором (например, К155ЛА7) и с тремя состояниями выхода (например, К155ЛП11).

Применение

Микросхемы серии К155 использовались в самых разных областях:

Вычислительная техника

• ЭВМ «Электроника-60» и её модификации — одна из первых советских мини-ЭВМ, построенная на К155.
• Микрокалькуляторы серии «Электроника» (например, «Электроника Б3-34», «Электроника МК-52»).
• Контроллеры для промышленных станков и систем управления (например, в станках с ЧПУ типа 2Р22).

Системы автоматики и управления

• Промышленные логические контроллеры (например, «Ремиконт», «Ломиконт»).
• Системы управления железнодорожной автоматикой (светофоры, стрелочные переводы).
• Бортовая аппаратура для космических и военных объектов (в защищённом исполнении).

Измерительные приборы

• Цифровые вольтметры (например, В7-16, В7-21).
• Частотомеры (например, Ч3-33, Ч3-34).
• Генераторы сигналов (например, Г3-102).

Бытовые устройства

• Электронные игры («Ну, погоди!», «Электроника ИМ-01»).
• Бытовые таймеры и электронные будильники.
• Игровые приставки (например, «Электроника Видеоспорт»).

Особенности и недостатки

• Высокое энергопотребление по сравнению с более поздними сериями (КМОП, например, К176, К561). Один корпус К155ЛА3 потребляет около 50 мВт, что при десятках микросхем в устройстве даёт значительный нагрев.
• Чувствительность к помехам по питанию — требуется качественная развязка (керамические конденсаторы 0,1 мкФ на каждые 2–3 микросхемы).
• Ограниченная нагрузочная способность — стандартный выход может управлять не более чем 10 входами аналогичных микросхем (коэффициент разветвления по выходу — 10).
• Отсутствие встроенной защиты от короткого замыкания — при замыкании выхода на землю или питание микросхема выходит из строя.

Производные и модификации

На основе серии К155 были разработаны несколько специализированных вариантов:

• К155 — стандартная (коммерческая) серия.
• КМ155 — серия в металлокерамическом корпусе (для военной и космической техники).
• КР155 — серия с улучшенными параметрами (повышенная помехоустойчивость, расширенный температурный диапазон).
• К155РЕ — серия с пониженным энергопотреблением (за счёт использования резисторов с большим номиналом).
• К155ИД — серия с повышенной нагрузочной способностью (до 40 мА).

Наследие и современное состояние

К концу 1980-х годов серия К155 начала вытесняться более совершенными сериями (К555 — ТТЛШ, КР1533 — ТТЛШ с малым потреблением, КМОП-серии). Однако благодаря простоте, надёжности и широкой распространённости, К155 оставалась популярной среди радиолюбителей и в учебных целях вплоть до 2010-х годов.

В настоящее время микросхемы серии К155 не производятся серийно, но их запасы на складах и в старых устройствах всё ещё встречаются. В радиолюбительской практике они используются для ремонта старой техники, в образовательных проектах (например, для сборки простых цифровых устройств на макетных платах) и в качестве доноров для создания ретро-компьютеров. Некоторые предприятия (например, «Интеграл» в Беларуси) продолжают выпуск отдельных типов по спецзаказам.

Источники

• Б. В. Тарабрин, В. Н. Казаков, В. И. Костенко. «Интегральные микросхемы: справочник». — М.: Радио и связь, 1984.
• В. Л. Шило. «Популярные цифровые микросхемы: справочник». — М.: Радио и связь, 1987.
• А. А. Бокуняев, В. И. Костенко. «Справочник по микросхемам серии К155». — М.: Энергия, 1978.
• Технические условия на микросхемы серии К155 (ТУ 11-86-87).