CD4511B — дешифратор-драйвер семисегментного индикатора с защёлкой

Выводы

Входы разбросаны по корпусу: A — на выводе 7, D — на выводе 6, а B и C — на 1 и 2. Неиспользуемые входы КМОП нельзя оставлять свободными — TI в схемах испытаний подключает их к VDD или VSS.

Таблица истинности

По рис. 8 даташита (LT = 1, BL = 1, LE = 0):

Приоритеты: LT = 0 зажигает все сегменты при любых остальных входах; при LT = 1 ноль на BL гасит индикатор; при LT = 1, BL = 1 и LE = 1 выходы показывают код, поданный при LE = 0 перед защёлкиванием. Цифры 6 и 9 у CD4511B рисуются без «хвостиков»: у шестёрки не горит сегмент a, у девятки — сегмент d.

Параметры

Статические характеристики — с. 2 даташита, при 25 °C, если не указано иное.

Входной ток — до ±0,1 мкА при 18 В и 25 °C, до ±1 мкА при 85 и 125 °C; входная ёмкость — 5 пФ тип., 7,5 пФ макс. Предельные режимы (с. 1): питание от −0,5 до 20 В, входы от −0,5 В до VDD + 0,5 В, ток любого входа ±10 мА, мощность 500 мВт на корпус от −55 до +100 °C с уменьшением на 12 мВт/°C до 200 мВт выше 100 °C, 100 мВт на один выходной транзистор.

Динамические характеристики при 25 °C, нагрузке 50 пФ и 200 кОм (с. 3):

Резисторы сегментов

Выходной каскад построен на n-p-n транзисторе, и по таблице VOH под нагрузкой заметно ниже VDD: при 5 В и 20 мА — от 3,40 В. TI даёт формулу для статической индикации (рис. 15): R = (VOH − VDF) / ISEG, где VDF — прямое напряжение сегмента. Значение VDF берут из документации индикатора; в примерах ниже оно условно 2,0 В. Подобрать номинал можно и в калькуляторе «Резистор для светодиода», подставив вместо напряжения питания VOH.

Наш расчёт для VDD = 5 В и тока 10 мА: R = (3,90 − 2,0) / 0,010 = 190 Ом по гарантированному VOH. При типовом VOH = 4,10 В ток с этим резистором — (4,10 − 2,0) / 190 ≈ 11 мА. Мощность в выходном транзисторе — (VDD − VOH) · ISEG = (5 − 3,90) · 0,010 ≈ 11 мВт на сегмент и около 77 мВт на семь сегментов — далеко от пределов 100 и 500 мВт.

Для тока 25 мА при 5 В: R = (3,10 − 2,0) / 0,025 = 44 Ом, рассеяние — (5 − 3,10) · 0,025 ≈ 48 мВт на выход и 333 мВт на цифру «8» (наш расчёт). Наш вывод: при питании 5 В запас между VOH и VDF всего около 1 В, поэтому ток сегмента сильно зависит от разброса VOH и VDF; при питании 9–12 В резистор берёт на себя большую часть напряжения, и яркость стабильнее.

Динамическая индикация

На рис. 18 TI показывает четыре индикатора с общим катодом: сегменты всех разрядов соединены параллельно и подключены к одному CD4511B, а катоды по очереди замыкает на землю ключ на транзисторе. Скважность при четырёх разрядах — 25 %, поэтому для той же средней яркости импульсный ток сегмента в четыре раза больше среднего: ISEG = 4 · IDIODE AVG, а резистор считают как R = (VOH − VDF − VCE) / ISEG, где VCE — падение на ключе разряда. TI требует, чтобы ключ разряда выдерживал ток больше 7 · ISEG — столько течёт через катод, когда горит восьмёрка.

Наш расчёт: при VDD = 10 В, среднем токе сегмента 5 мА, ISEG = 20 мА, VOH = 8,60 В (минимум при 20 мА), VDF = 2,0 В и условном VCE = 0,2 В резистор — (8,60 − 2,0 − 0,2) / 0,020 = 320 Ом, а ключ разряда должен держать больше 140 мА. Общая схема и выбор частоты обновления — в статье «Динамическая индикация». Если выводов микроконтроллера мало, а индикаторов много, удобнее специализированный драйвер MAX7219 или сдвиговые регистры 74HC595.

Расхождения в документации

• Название входа гашения. На рисунке выводов и в описании вход 4 назван BL (инверсный), а в заголовке таблицы истинности — BI.
• Корпуса. Текст на с. 1 называет керамический корпус суффиксом F3A, а в приложении 2026 года есть и CD4511BF (CDIP, J) без F3A; исполнение CD4511BPW в TSSOP-16 помечено устаревшим, в производстве — CD4511BPWR в ленте.
• Пробелы в таблице VOH. При VDD = 5 В и токе 15 мА минимум задан только для 85 и 125 °C (3,50 В), а при 25 °C — только типовое значение 3,95 В; при токе 20 мА нет значения для 125 °C, при 25 мА — для 85 и 125 °C.