radioloc_05062022

Æóðíàë ðàçðàáîò÷èêîâ ýëåêòðîíèêè

WWW.RLOCMAN.RU

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Ìàé-Èþíü 2022 (120)

Îáëåã÷àåì æèçíü ìåõàíè÷åñêîìó óãëîâîìó ýíêîäåðó

ÐàäèîËîöìàí.Æóðíàë

www.rlocman.ru/magazine

Îôèöèàëüíûå âåðñèè òîëüêî çäåñü: áåç ðåãèñòðàöèè è íàçîéëèâîé ðåêëàìû, ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ ñêà÷èâàíèÿ.

Åñëè âû ÿâëÿåòåñü íîñèòåëåì ïåðåäîâûõ çíàíèé â îáëàñòÿõ ðàçðàáîòêè ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è/èëè ïðèìåíåíèÿ ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ è ãîòîâû ïîïóëÿðèçèðîâàòü èõ – ïðèãëàøàåì ê ñîòðóäíè÷åñòâó!

Íîâîñòè

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Ìàé-Èþíü 2022 (120) Ãëàâíûé ðåäàêòîð: À. Íèêîëàåâ

4 Ìèêðîêîíòðîëëåðû PIC è AVR ñåãîäíÿ ñîñòàâëÿþò îñíîâó áîëüøèíñòâà âñòðàèâàåìûõ ñèñòåì

5 ÍÈÈÝÒ âûõîäèò íà ðûíîê ïîòðåáèòåëüñêîé ýëåêòðîíèêè.

6 Flusso âûïóñêàåò ñàìûé ìèíèàòþðíûé â ìèðå äàò÷èê ñêîðîñòè âîçäóõà 7 STMicroelectronics îáúåäèíèëà â èíòåãðàëüíîì àóäèîóñèëèòåëå çâóê âûñîêîé ÷åòêîñòè ñ ÊÏÄ êëàññà D

8 «Àíãñòðåì» ïðèñòóïèë ê ñåðèéíîìó âûïóñêó ñåðèè êîìïàðàòîðîâ 1454ÑÀ 8 LEM ïðåäñòàâèëà ïåðâûé â ìèðå èíòåãðèðîâàííûé äàò÷èê òîêà ñ âûõîäíûì áèòîâûì ïîòîêîì

Äèðåêòîð:

Ñòàòüè

Ñ. Ìóðàò÷àåâ

Íàä íîìåðîì ðàáîòàëè: Ì. Áàñêîâ Ä. Çàõàðîâ Â.Êîëåñíèê Î. Ëåâàøîâ Ñ. Ìóðàò÷àåâ À. Íèêîëàåâ À. Ðóñó Ïî âîïðîñàì ðàçìåùåíèÿ ðåêëàìû, ïóáëèêàöèè àâòîðñêèõ ìàòåðèàëîâ, ñ çàìå÷àíèÿìè è ïîæåëàíèÿìè îáðàùàòüñÿ: rlocman@rlocman.ru

Å

+7 (495) 721-72-14 www.rlocman.ru

Îôèöèàëüíûå âåðñèè æóðíàëà ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ áåñïëàòíî è áåç ðåãèñòðàöèè òîëüêî íà ñàéòå ÐàäèîËîöìàí Ïðè ëþáîì èñïîëüçîâàíèè ìàòåðèàëîâ, îïóáëèêîâàííûõ â æóðíàëå, ññûëêà íà ÐàäèîËîöìàí îáÿçàòåëüíà. Ïîëíîå èëè ÷àñòè÷íîå âîñïðîèçâåäåíèå èëè òèðàæèðîâàíèå êàêèì áû òî íè áûëî ñïîñîáîì ìàòåðèàëîâ íàñòîÿùåãî èçäàíèÿ äîïóñêàåòñÿ òîëüêî ñ ïèñüìåííîãî ðàçðåøåíèÿ ðåäàêöèè. Ìíåíèÿ àâòîðîâ íå âñåãäà îòðàæàþò òî÷êó çðåíèÿ ðåäàêöèè.

10 Ëèíåéíûå îïòîèçîëÿòîðû è ïîäâîäíûå êàìíè ïåòëåâîãî óñèëåíèÿ 12 MOSFET â èíâåðñíîì âêëþ÷åíèè äåëàåò ãåíåðàòîð íà òàéìåðå 555 íåçàâèñèìûì îò 15 18 20 24

íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ è òåìïåðàòóðû Îäèí ñâåòîäèîä âûïîëíÿåò ôóíêöèè èçëó÷àòåëÿ ñâåòà è ôîòîäåòåêòîðà Íîâàÿ ñõåìà èíòåðôåéñà êëàâèàòóðû èñïîëüçóåò ìåíüøå âûâîäîâ ìèêðîïðîöåññîðà Ñòàáèëèçàöèÿ óðîâíÿ âûõîäíîé ìîùíîñòè ïðè ïåðåìåííîé íàãðóçêå Ïîíèæåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ LDO äî 0 Â

Ñõåìû 28 32 35 39 42 44 49 50 52 54 57 60 62 64 66 70 72 74 76 79 82 85 88 92 94 96 99 103

Îôîðìëåíèå áåñïëàòíîé ïîäïèñêè:

106 109 112 114 116

www.rlocman.ru/magazine

119

Ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèÿ c çàðÿäîâûì íàñîñîì Äèêñîíà Îáëåã÷àåì æèçíü ìåõàíè÷åñêîìó óãëîâîìó ýíêîäåðó Ãèñòåðåçèñ ìóëüòèâèáðàòîðà ñîçäàåòñÿ êàñêàäîì ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè Ïðîñòîé íèçêî÷àñòîòíûé ÷àñòîòîìåð Èçìåðèòåëü óðîâíÿ çâóêà ñ äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì 60 äÁ Îäíî- è äâóõïîðîãîâûå ARS-òðèããåðû ñ ïðèîðèòåòîì R-âõîäà Óëó÷øåíèå òî÷íîñòè ïèêîâîãî äåòåêòîðà ñ ïîìîùüþ îáðàòíîé ñâÿçè Èìïóëüñíûé ðåãóëÿòîð ýôôåêòèâíî óïðàâëÿåò òîêîì áåëîãî ñâåòîäèîäà Îêîííûé êîìïàðàòîð ñ íåçàâèñèìûìè óðîâíÿìè ïîðîãîâ Ìàëîïîòðåáëÿþùèé äâóõïðîâîäíûé èíòåðôåéñ êëàâèàòóðû 4õ4 ÔÏ× è ãåíåðàòîðû íà íåãàòðîíàõ Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ áåç îáðàòíîé ñâÿçè îáåñïå÷èâàåò ìîùíîñòü äî 1 Âò Î÷åíü ïðîñòîé óñèëèòåëü ñ ôàíòîìíûì ïèòàíèåì Àâòîìàòè÷åñêèé âûêëþ÷àòåëü ýêîíîìèò ýíåðãèþ áàòàðåè Ïðåîáðàçîâàòåëü åìêîñòè â ïà÷êó èìïóëüñîâ íà ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòàõ Âûêëþ÷àòåëü ïèòàíèÿ íà îñíîâå êíîïêè áåç ôèêñàöèè Âûñîêîâîëüòíûé ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ñ àâòîòðàíñôîðìàòîðíûì âêëþ÷åíèåì äðîññåëÿ Äèíàìè÷åñêèé ñèôîí âûêà÷èâàåò òîê èç ïîðòà USB Êîìïåíñàöèîííàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü óìåíüøàåò èñêàæåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ Èçìåðèòåëü ìàãíèòíîãî ïîëÿ èç íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ Óïðàâëåíèå ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ ÆÊ-äèñïëåÿ Âûñîêî÷àñòîòíûé ãåíåðàòîð íà îñíîâå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó Ñõåìà äèíàìè÷åñêîé íàãðóçêè îïðåäåëÿåò âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå áàòàðåè Ïðîñòàÿ ñõåìà ïîæèðàòåëÿ ïóëüñàöèé Ôàçîâûé äåòåêòîð è ñìåñèòåëü íà îñíîâå ÎÓ ñ êîììóòèðóåìûì óñèëåíèåì Ãåíåðàòîð ñ îáðàòíîé õàðàêòåðèñòèêîé óïðàâëåíèÿ íà îñíîâå èíòåãðàòîðà è òðàíñèìïåäàíñíîãî óñèëèòåëÿ Ãåíåðàòîð ïàðàáîëè÷åñêèõ èìïóëüñîâ ñ âíåøíèì çàïóñêîì Øèðèíà èìïóëüñà ãåíåðàòîðà îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòíîìó êîðíþ èç àíàëîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ Ìèêðîñõåìà ïèòàíèÿ îêîíå÷íûõ íàãðóçîê áàëàíñèðóåò çàðÿäû áàòàðåè ñóïåðêîíäåíñàòîðîâ Äèñòàíöèîííîå óïðàâëåíèå íà 9 êîìàíä Ïàðàëëåëüíûé ñòàáèëèçàòîð çàùèùàåò îò ïåðåíàïðÿæåíèÿ Áèïîëÿðíûé òðàíçèñòîð óâåëè÷èâàåò òîê DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ â 12 ðàç Èìïóëüñíûé ãåíåðàòîð ñ âûñîêîòî÷íûì êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ è ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ ñâûøå 50 ÌÃö Ïðîñòîé ñòîðîæåâîé òàéìåð íà êðàéíèé ñëó÷àé

Ìèêðîêîíòðîëëåðû PIC è AVR ñåãîäíÿ ñîñòàâëÿþò îñíîâó áîëüøèíñòâà âñòðàèâàåìûõ ñèñòåì Microchip ïîäòâåðæäàåò ñâîþ ïðèâåðæåííîñòü 8-ðàçðÿäíûì ìèêðîêîíòðîëëåðàì PIC è AVR, âûïóñòèâ áîëåå 60 óñòðîéñòâ â ïÿòè íîâûõ ñåìåéñòâàõ ïðîäóêòîâ Ñìàðòôîíû, àâòîíîìíûå òðàíñïîðòíûå ñðåäñòâà è áåñïðîâîäíàÿ ñâÿçü 5G áóäóò äîìèíèðîâàòü â ñôåðå âñòðàèâàåìûõ ñèñòåì â 2022 ãîäó, îáåñïå÷èâàÿ áëàãîïðèÿòíóþ ðûíî÷íóþ êîíúþíêòóðó äëÿ ñåìåéñòâ 8ðàçðÿäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ PIC è AVR êîìïàíèè Microchip.  òå÷åíèå ïîñëåäíèõ 50 ëåò ðûíîê 8-ðàçðÿäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ íåóêëîííî ðîñ, è â íàñòîÿùåå âðåìÿ Microchip åæåãîäíî ïðîäàåò ïî îäíîìó óñòðîéñòâó íà êàæäîãî ÷åëîâåêà â çàïàäíîì ïîëóøàðèè. Ïîääåðæèâàÿ ýòó ïðîäîëæàþùóþñÿ òåíäåíöèþ, Microchip Technology îáúÿâèëà î âûïóñêå ïÿòè íîâûõ ñåìåéñòâ ïðîäóêòîâ è áîëåå 60 íîâûõ îòäåëüíûõ óñòðîéñòâ, ïðåäîñòàâëÿþùèõ ðàçðàáîò÷èêàì âñòðàèâàåìûõ ñèñòåì ïðîñòûå ðåøåíèÿ èõ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ ïðîáëåì.

Ðàçðàáîò÷èêè, ñîçäàþùèå èííîâàöèîííûå ïðîåêòû, îáðàùàþòñÿ ê íîâûì ñåìåéñòâàì ìèêðîêîíòðîëëåðîâ PIC è AVR îò Microchip áëàãîäàðÿ èõ âû÷èñëèòåëüíîé ìîùíîñòè, ñïîñîáíîñòè ëåãêî âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ äðóãèìè ìèêðîñõåìàìè è íàëè÷èþ àíàëîãîâîé ïåðèôåðèè, êîòîðûå ìîãóò ãèáêî êîíôèãóðèðîâàòüñÿ áåç íåîáõîäèìîñòè âíåñåíèÿ èçìåíåíèé â ïå÷àòíóþ ïëàòó. Ôóíêöèè, õàðàêòåðíûå äëÿ ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ìèêðîñõåì, ñî÷åòàþòñÿ â ýòèõ óñòðîéñòâàõ ñ ïðîñòîòîé ïðîöåññà ðàçðàáîòêè, ðàñøèðÿþùåé âîçìîæíîñòè òðàäèöèîííûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ è ïîçâîëÿþùåé êîíôèãóðèðîâàòü èõ êàê èíòåëëåêòóàëü-

4

íûå ïåðèôåðèéíûå ìèêðîñõåìû. Èíòåëëåêòóàëüíûå ïåðèôåðèéíûå óñòðîéñòâà, òàêèå êàê ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìûé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü ñåìåéñòâà PIC16F171, ìíîãîâîëüòíûé ââîä-âûâîä (MVIO) è àíàëîãîöèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü ñ âû÷èñëèòåëüíûì ìîäóëåì (ADCC), ïîâûøàþò ýôôåêòèâíîñòü ïðèëîæåíèé, â êîòîðûõ â ïðîòèâíîì ñëó÷àå íå ìîãëè áû èñïîëüçîâàòüñÿ òðàäèöèîííûå ìèêðîêîíòðîëëåðû. Ïðîáëåìà îõâàòà íåñêîëüêèõ íàïðÿæåíèé ÿâëÿåòñÿ ðàñïðîñòðàíåííîé ñèòóàöèåé â ñèñòåìàõ, ñîñòîÿùèõ èç ìèêðîñõåì, èñïîëüçóþùèå ðàçíûå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ (íàïðèìåð, ïîäêëþ÷åíèå 5-âîëüòîâîãî ìèêðîêîíòðîëëåðà ê äàò÷èêó, ïèòàþùåìóñÿ îò 1.8 Â). Äëÿ ñèñòåì òàêîãî òèïà îáû÷íî òðåáóþòñÿ ñõåìû ñäâèãà óðîâíÿ, ÷òî óâåëè÷èâàåò çàòðàòû. Ìíîãîâîëüòíàÿ ïåðèôåðèÿ MVIO, èñïîëüçóåìàÿ â íîâåéøèõ 8-ðàçðÿäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðàõ Microchip, âêëþ÷àÿ ñåìåéñòâî AVR DD, ïîçâîëÿåò îäíîìó ïîðòó ìèêðîêîíòðîëëåðà ðàáîòàòü ñ íàïðÿæåíèÿìè, îòëè÷íûìè îò îñòàëüíûõ ïîðòîâ ìèêðîêîíòðîëëåðà, ÷òî óñòðàíÿåò íåîáõîäèìîñòü â äîïîëíèòåëüíûõ âíåøíèõ êîìïîíåíòàõ. Íåêîòîðûì ñèñòåìàì òðåáóþòñÿ òàêèå óðîâíè ñêîðîñòè è âðåìåíè îòêëèêà, êîòîðûõ òðóäíî äîñòè÷ü ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììíîé îáðàáîòêè. Íåçàâèñèìàÿ îò ÿäðà ïåðèôåðèÿ (Core Independent Peripherals, CIP), èìåþùàÿñÿ â ïðîäóêòîâûõ ëèíåéêàõ PIC è AVR êîìïàíèè Microchip, ìîæåò áûòü çàïðîãðàììèðîâàíà ñ ïîìîùüþ ïëàãèíà êîíôèãóðàòîðà êîäà (Code Configurator, MCC) èíòåãðèðîâàííîé ñðåäû MPLAB, ÷òîáû ëåãêî îáðàçîâàòü àïïàðàòíóþ öåïî÷êó îáðàáîòêè ñèãíàëà. Ýòî ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü ñïåöèàëèçèðîâàííûå ïåðèôåðèéíûå óñòðîéñòâà, ñîêðàùàþùèå ðàñõîä ïðîãðàììíûõ ðåñóðñîâ. Íàïðèìåð, ìàòðèöåé àäðåñóåìûõ ñâåòîäèîäîâ WS2812, äëÿ ïðàâèëüíîãî óïðàâëåíèÿ êîòîðîé òðåáóþòñÿ óíèêàëüíûå ïàðàìåòðû ñèíõðîíèçàöèè, ìîæíî ëåãêî óïðàâëÿòü, íàñòðîèâ ïåðè-

ÍÎÂÎÑÒÈ

ôåðèéíûå óñòðîéñòâà, ñîñòîÿùèå èç øèðîòíî-èìïóëüñíîãî ìîäóëÿòîðà (ØÈÌ), èíòåðôåéñà SPI è êîíôèãóðèðóåìûõ ëîãè÷åñêèõ ÿ÷ååê (CLC). Ïîñêîëüêó ðûíîê 8-ðàçðÿäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ PIC è AVR ïðîäîëæàåò ðàñòè, Microchip îòâå÷àåò íà äîëãîñðî÷íûå ïîòðåáíîñòè ñâîèõ êëèåíòîâ, íåèçìåííî ïðèäåðæèâàÿñü ïðî÷íûõ îñíîâ â ôîðìèðîâàíèè ñâîåãî ïîðòôåëÿ ïðîäóêòîâ è â ñòðóêòóðå òåõíè÷åñêîé ïîääåðæêè. Ìèêðîêîíòðîëëåðû PIC è AVR íåâåðîÿòíî ïðîñòû â èñïîëüçîâàíèè, à ýêîñèñòåìà èõ ïîääåðæêè ïîçâîëÿåò êëèåíòàì Microchip óñêîðèòü ïîëó÷åíèå ïðèáûëè. Ñåìåéñòâà 8-áèòíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ ñîâìåñòèìû ïî âûâîäàì, ÷òî ïîçâîëÿåò âûáèðàòü àëüòåðíàòèâíûé ìèêðîêîíòðîëëåð PIC èëè AVR, êîãäà òðåáóþòñÿ ëó÷øèå õàðàêòåðèñòèêè èëè êîãäà çàêàç÷èê õî÷åò ìàêñèìàëü-

íî óâåëè÷èòü äîñòóïíîñòü ïðîäóêòà ïðè ìèíèìàëüíûõ òðåáîâàíèÿõ ê ìîäåðíèçàöèè.

Èíñòðóìåíòû ðàçðàáîòêè Microchip ïðåäîñòàâëÿåò ïîëíóþ ýêîñèñòåìó èíñòðóìåíòîâ äëÿ ðàçðàáîòêè àïïàðàòíûõ è ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ, âêëþ÷àÿ èíòåãðèðîâàííûå ñðåäû ðàçðàáîòêè MPLAB X è MPLAB Xpress è êîíôèãóðàòîð êîäîâ MPLAB Code Configurator (MCC), êîòîðûå ïðåäëàãàåò èíòóèòèâíî ïîíÿòíûé ãðàôè÷åñêèé èíòåðôåéñ äëÿ ñîçäàíèÿ ãîòîâîãî ê ïðîèçâîäñòâó óñòðîéñòâà è êîäà ïðèëîæåíèÿ äëÿ 8-áèòíûõ ïðîåêòîâ íà îñíîâå ìèêðîêîíòðîëëåðîâ.

Äîñòóïíîñòü Âñå ïÿòü ñåìåéñòâ ïðîäóêòîâ âûïóñêàþòñÿ îïûòíûìè ïàðòèÿìè èëè ñåðèéíî.

Ñïèñîê ñåìåéñòâ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ, óïîìÿíóòûõ â ïðåññ-ðåëèçå Ñåìåéñòâî

Õàðàêòåðèñòèêà

AVR DD

Äëÿ àíàëîãîâûõ ïðèëîæåíèé ñ íåñêîëüêèìè øèíàìè ïèòàíèÿ

PIC16F18076

Ìíîãîôóíêöèîíàëüíûå ìèêðîêîíòðîëëåðû â ìèíèàòþðíûõ êîðïóñàõ

PIC16F17146 PIC16F18146

Ìèêðîêîíòðîëëåðû PIC äëÿ îáðàáîòêè ñèãíàëîâ àíàëîãîâûõ äàò÷èêîâ Íåäîðîãèå ìèêðîêîíòðîëëåðû äëÿ ñåíñîðíûõ ìàññèâîâ

PIC18 Q71

Ìèêðîêîíòðîëëåðû äëÿ ïîñòðîåíèÿ èíòåðôåéñîâ äàò÷èêîâ

ÍÈÈÝÒ âûõîäèò íà ðûíîê ïîòðåáèòåëüñêîé ýëåêòðîíèêè. Ïåðâîé ïëîùàäêîé äëÿ ïðîäàæ ñòàíåò OZON Íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèé èíñòèòóò ýëåêòðîííîé òåõíèêè âûõîäèò íà ðûíîê B2C ñ óñòðîéñòâàìè äëÿ çàðÿäêè ñìàðòôîðîâ è äðóãèõ ãàäæåòîâ îò àâòîìîáèëüíîãî ïðèêóðèâàòåëÿ. Ïåðâîé ïëîùàäêîé, íà êîòîðîé ìîæíî ïðèîáðåñòè äàííûå óñòðîéñòâà, ñòàë îäèí èç êðóïíåéøèõ ïî êîëè÷åñòâó ïðîäàæ â Ðîññèè èíòåðíåò-ãèïåðìàðêåò OZON. Èííîâàöèîííûé êîìïàêòíûé àäàïòåð äëÿ ïðèêóðèâàòåëÿ àâòîìîáèëÿ ðàçðàáîòêè ÍÈÈÝÒ îáëàäàåò óíèêàëüíîé äëÿ ýòîãî êëàññà óñòðîéñòâ ìîùíîñòüþ – 95 Âò, à âîçìîæíîñòü çàðÿæàòü ñ åãî ïîìîùüþ òðè óñòðîéñòâà îäíîâðåìåííî, íå òåðÿÿ ñêîðîñòè çàðÿäêè, è ïîääåðæêà øèðîêîãî ñïåêòðà ñòàíäàðòîâ äåëàåò åãî îäíèì èç ñàìûõ óíèâåðñàëüíûõ çàðÿäíûõ óñòðîéñòâ. Àäàïòåð ïîäîé-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

äåò êàê äëÿ ñìàðòôîíîâ, òàê è äëÿ ñìàðò÷àñîâ, íîóòáóêîâ, íàóøíèêîâ è äðóãèõ ãàäæåòîâ, êîòîðûå çàðÿæàþòñÿ ÷åðåç ïîðò USB.

5

Çàðÿäíîå óñòðîéñòâî îñíàùåíî äâóìÿ ïîðòàìè Type-C è îäíèì USB-A, ïðè÷åì ïîðò Type-C1 ïîçâîëÿåò âûïîëíÿòü âûñîêîñêîðîñòíóþ çàðÿäêó òîêîì äî 3.25 À. Âûñîêèå ìîùíîñòíûå õàðàêòåðèñòèêè àäàïòåðà îáóñëîâëåíû òåì, ÷òî îí ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ïåðâûõ òàêèõ óñòðîéñòâ íà îñíîâå ïåðñïåêòèâíîé òåõíîëîãèè íèòðèäà ãàëëèÿ íà êðåìíèè (GaN-Si). Ãàäæåò ïîääåðæèâàåò USB Power Delivery (PD) 2.0/3.0, Qualcomm Quick Charge (QC) for Apple 2.0/3.0, Huawei SuperCharge Protocol (SCP),

HiSilicon FCP, Samsung Adaptive Fast Charging (AFC) è äðóãèå ñòàíäàðòû áûñòðîé çàðÿäêè. ÍÈÈÝÒ ïëàíèðóåò ðàçâèâàòü íàïðàâëåíèå ïîòðåáèòåëüñêîé ýëåêòðîíèêè, è â áëèæàéøåì áóäóùåì â ïðîäàæó ïîñòóïÿò ñåòåâûå çàðÿäíûå óñòðîéñòâà ìîùíîñòüþ 65 Âò, òàêæå îñíîâàííûå íà òåõíîëîãèè GaN-Si.  ïëàíàõ èíñòèòóòà – âûõîä è íà äðóãèå ìàðêåòïëåéñû, òàêèå êàê ßíäåêñ.Ìàðêåò è ÑáåðÌàðêåò.

Flusso âûïóñêàåò ñàìûé ìèíèàòþðíûé â ìèðå äàò÷èê ñêîðîñòè âîçäóõà Êîìïàíèÿ Flusso îáúÿâèëà îá î÷åðåäíîì ïðîðûâå íà ðûíêå ðàñõîäîìåðîâ – ñàìîì ìèíèàòþðíîì â ìèðå äàò÷èêå ñêîðîñòè âîçäóõà. Ðàçìåðû äàò÷èêà FLS122 ñîñòàâëÿþò âñåãî 3.5 × 3.5 ìì, ÷òî íà ñåãîäíÿøíèé äåíü íà 80% ìåíüøå, ÷åì ó ñàìîãî ìàëåíüêîãî óñòðîéñòâà êîíêóðåíòîâ.

Äàò÷èê Flusso FLS122 áûë ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàí äëÿ ìîíòàæà íà ïëàòó èçìåðèòåëÿ ñêîðîñòè âîçäóõà â óñòðîéñòâàõ óïðàâëåíèÿ òåìïåðàòóðîé è êîíòðîëÿ ôèëüòðîâ, îãðàíè÷åííûõ â îáúåìå è ðàáîòàþùèõ â íåáëàãîïðèÿòíûõ óñëîâèÿõ. Ýòî òàêæå ïîìîæåò êîìïàíèè åùå áîëüøå ðàñøèðèòü àññîðòèìåíò ñâîèõ äàò÷èêîâ ïîòîêà, ÷òîáû îõâàòèòü áîëåå øèðîêèé êðóã ïðèëîæåíèé íà ìàññîâûõ ïðîìûøëåííûõ, ìåäèöèíñêèõ è ïîòðåáèòåëüñêèõ ðûíêàõ. Ê öåëåâûì ïðèëîæåíèÿì îòíîñÿòñÿ öåíòðû îáðàáîòêè äàííûõ è èãðîâûå êîìïüþòå-

6

ðû, â êîòîðûõ äëÿ ìàêñèìàëüíîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è ýíåðãîýôôåêòèâíîñòè èñïîëüçóåòñÿ ýôôåêòèâíîå âîçäóøíîå îõëàæäåíèå, à òàêæå òàêèå áûòîâûå ïðèáîðû, êàê êîíäèöèîíåðû, î÷èñòèòåëè âîçäóõà è ïûëåñîñû.

FLS122 ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïîääåðæêè äâóíàïðàâëåííîãî èçìåðåíèÿ ïîòîêà è îáåñïå÷åíèÿ èçìåðåíèé òåìïåðàòóðû è ñêîðîñòè âîçäóõà äî 20 ìåòðîâ â ñåêóíäó â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè.  íîâîì äàò÷èêå, ðàçðàáîòàííîì äëÿ ïðîñòîé è íåäîðîãîé èíòåãðàöèè â ñèñòåìó, èñïîëüçóåòñÿ êðèñòàëë ÊÌÎÏ ÌÝÌÑ, àíàëîãè÷íûé êðèñòàëëó îòìå÷åííîãî íàãðàäàìè äàò÷èêà ìàññîâîãî ðàñõîäà Flusso FLS110.

Íà ýòîì èçîáðàæåíèè â ðàçðåçå âèäíû ÷óâñòâèòåëüíàÿ ìåìáðàíà âíóòðè FLS122, òðè èç ïÿòè íàãðåâàòåëüíûõ è èçìåðèòåëüíûõ ïðîâîäîâ, à òàêæå çîëîòûå ïðîâîëîêè, ñîåäèíÿþùèå êðèñòàëë ñ âûâîäíîé ðàìêîé óñòðîéñòâà.

ÍÎÂÎÑÒÈ

 FLS122 ðåàëèçîâàíà òà æå èííîâàöèîííàÿ êîíöåïöèÿ èíòåãðàöèè, ÷òî è â ïðåäûäóùåì äàò÷èêå FLS110, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò ïðî-

èçâîäèòåëÿì ðåøàòü, êàê è ãäå èñïîëüçîâàòü óñòðîéñòâî, è, â çàâèñèìîñòè îò èõ òðåáîâàíèé. áàëàíñèðîâàòü õàðàêòåðèñòèêè è ñòîèìîñòü ñèñòåìû. Íîâûé äàò÷èê áóäåò ïîñòàâëÿòüñÿ ñ ïîëíûì ïàêåòîì âñïîìîãàòåëüíûõ ìàòåðèàëîâ, âêëþ÷àÿ îöåíî÷íûé êîìïëåêò, ðóêîâîäñòâà ïî ïðîåêòèðîâàíèþ îáîðóäîâàíèÿ, ïðîøèâêó äàò÷èêà è êîìïëåêò ðàçðàáîò÷èêà ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ, à òàêæå òåõíè÷åñêóþ ïîääåðæêó ïðèëîæåíèé.

FLS122 âûïóñêàåòñÿ â 6-êîíòàêòíîì êîðïóñå DFN ñî ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííîé «òóííåëüíîé êðûøêîé», îïòèìèçèðîâàííîé äëÿ òî÷íîãî èçìåðåíèÿ ñêîðîñòè âîçäóõà ïðè ìèíèìàëüíîì èëè íóëåâîì ïåðåïàäå äàâëåíèÿ íà ïóòè ïîòîêà. Äëÿ êëèåíòîâ êîìïàíèè îáðàçöû FLS122 äîñòóïíû ïî çàïðîñó.

STMicroelectronics îáúåäèíèëà â èíòåãðàëüíîì àóäèîóñèëèòåëå çâóê âûñîêîé ÷åòêîñòè ñ ÊÏÄ êëàññà D Àâòîìîáèëüíûé óñèëèòåëü TDA7901 êîìïàíèè STMicroelectronics, îñíàùåííûé êîíòðîëëåðîì ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ äëÿ óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì óñèëèòåëÿ êëàññà G, ïîääåðæèâàåò çâóê âûñîêîé ÷åòêîñòè – óíèêàëüíîå íà ðûíêå ñî÷åòàíèå îòëè÷íîãî êà÷åñòâà çâóêà è âûñîêîãî ÊÏÄ.

Ïðè ðàáîòå â ðåæèìå êëàññà G ïîíèæàþùèé êîíòðîëëåð ìèêðîñõåìû TDA7901 àâòîìàòè÷åñêè îïòèìèçèðóåò íàïðÿæåíèå, ïîäàâàåìîå íà ñèëîâîé êàñêàä ñ ìîñòîâîé íàãðóçêîé, â çàâèñèìîñòè îò óðîâíÿ àóäèîñèãíàëà.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåòñÿ èäåàëüíûé àíàëîãîâûé çâóê ïðè ÊÏÄ, áëèçêîì ê êëàññó D íà îáû÷-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

íûõ óðîâíÿõ ãðîìêîñòè. Çíà÷èòåëüíî ñíèæåííàÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ îáû÷íûì óñèëèòåëåì êëàññà A/B ðàññåèâàåìàÿ ìîùíîñòü ïîçâîëÿåò óïðîñòèòü òðåáîâàíèÿ ê ðàäèàòîðó. Èíòåãðèðîâàííûé â ìèêðîñõåìó êîíòðîëëåð ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñïîñîáñòâóåò óìåíüøåíèþ ðàçìåðà è âåñà ñèñòåìû. Êðîìå òîãî, îí ñîêðàùàåò àññîðòèìåíò íåîáõîäèìûõ ìàòåðèàëîâ, óïðîùàåò ïðîåêòèðîâàíèå ñõåì è ýêîíîìèò âðåìÿ íà ðàçðàáîòêó ïðîãðàììû óïðàâëåíèÿ íàïðÿæåíèåì øèíû ïèòàíèÿ.

TDA7901 ïîäõîäèò äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ âî ìíîãèõ àâòîìîáèëüíûõ èíôîðìàöèîííûõ ñèñòåìàõ, òàêèõ êàê ãîëîâíûå óñòðîéñòâà, èíòåëëåêòóàëüíûå êàáèíû, âíåøíèå óñèëèòåëè è ìíîãîå äðóãîå. Óñèëèòåëü îáåñïå÷èâàåò ïîëíûé íàáîð ôóíêöèé äèàãíîñòèêè â ðåàëüíîì âðåìåíè, âêëþ÷àÿ êîíòðîëü òîêà íàãðóçêè ÷åðåç èíòåðôåéñû I2S èëè I2C, ÷òî ïîçâîëÿåò ñåðòèôèöèðîâàòü ïî ñòàíäàðòó ASIL-A ïðèëîæåíèÿ ñ îñîáûìè òðåáîâàíèÿìè ïî ôóíêöèîíàëüíîé áåçîïàñíîñòè, òàêèå êàê ãåíåðàòîðû ïðåäóïðåæäàþùèõ ñèãíàëîâ è àêóñòè÷åñêèå ñèñòåìû îïîâåùåíèÿ òðàíñïîðòíûõ ñðåäñòâ (AVAS). Ïðåäóñìîòðåí

7

òàêæå öèôðîâîé èçìåðèòåëü èìïåäàíñà, ãàðàíòèðóþùèé, ÷òî ñèñòåìû, ñîäåðæàùèå TDA7901, ìîãóò ñîîòâåòñòâîâàòü ñàìûì ñòðîãèì òðåáîâàíèÿì àâòîìîáèëüíûõ OEMïðîèçâîäèòåëåé. Áëàãîäàðÿ öèôðîâîìó âõîäó I2S è ÷åòûðåì èíòåëëåêòóàëüíûì ìîñòîâûì âûõîäíûì êàñêàäàì, TDA7901 îáåñïå÷èâàåò çâóêîâóþ ìîùíîñòü 4 × 43 Âò (íàñûùåííàÿ âûõîäíàÿ ìîùíîñòü íà íàãðóçêå 4 Îì ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 14.4 Â). Óñèëèòåëü èìååò ïîëîñó ïðî-

ïóñêàíèÿ 80 êÃö äëÿ îáðàáîòêè çâóêà âûñîêîé ÷åòêîñòè. Øèðîêèé äèàïàçîí íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ îò 4.5 äî 18.5  çàùèùàåò îò ïîâðåæäåíèé, âûçûâàåìûõ ñòàðò-ñòîïíûì ðåæèìîì ðàáîòû äâèãàòåëÿ è îáùèìè áðîñêàìè â ñèñòåìå ýëåêòðîïèòàíèÿ àâòîìîáèëÿ.

TDA7901 äîëæåí ïîñòóïèòü â ïðîèçâîäñòâî âî âòîðîé ïîëîâèíå 2022 ãîäà â êîðïóñå Power-SO36. Öåíû óñèëèòåëÿ íà÷èíàþòñÿ îò $7.90 çà øòóêó ïðè ðàçìåðå ïàðòèè 1000 ïðèáîðîâ.

«Àíãñòðåì» ïðèñòóïèë ê ñåðèéíîìó âûïóñêó ñåðèè êîìïàðàòîðîâ 1454ÑÀ ÀÎ «Àíãñòðåì» çàâåðøèë ïðîöåññ óòâåðæäåíèÿ òåõíè÷åñêèõ óñëîâèé â Ìèíïðîìòîðãå ÐÔ ñåðèè îòå÷åñòâåííûõ àíàëîãîâûõ êîìïàðàòîðîâ 1454ÑÀ äëÿ çàìåíû èìïîðòíûõ àíàëîãîâ MAX9691 îò Maxim Integrated è AD9696, AD9698 îò Analog Devices.

Óòâåðæäåíèå ÒÓ ïîçâîëÿåò «Àíãñòðåìó» ïðèñòóïèòü ê ñåðèéíîìó âûïóñêó ìèêðîñõåì äëÿ îáîðîííîé ïðîìûøëåííîñòè. Ñåðèÿ êîìïàðàòîðîâ ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ áûñòðîãî ïðå-

îáðàçîâàíèÿ (ìåíåå 4 íñ) äèôôåðåíöèàëüíîé ðàçíîñòè íàïðÿæåíèé íà äâóõ øèíàõ â öèôðîâîé ñèãíàë. Ñåðèÿ 1454ÑÀ ìîæåò ïðèìåíÿòüñÿ â àïïàðàòóðå ñâÿçè è ðàäèîëîêàöèè äëÿ îáðàáîòêè ñèãíàëîâ ñ ÷àñòîòîé äî 250 ÌÃö.

Ñîñòàâ ñåðèè 1454ÑÀ ! 1454ÑÀ1Ó – îäíîêàíàëüíûé ÝÑË êîìïàðàòîð áåç ôóíêöèè çàù¸ëêèâàíèÿ âûõîäà (áåç latch) – ôóíêöèîíàëüíûé àíàëîã MAX9691. Êîðïóñ Í02.8-1 (8 âûâîäîâ). ! 1454ÑÀ2Ó – äâóõêàíàëüíûé ÝÑË êîìïàðàòîð ñ ôóíêöèåé çàù¸ëêèâàíèÿ âûõîäà – ôóíêöèîíàëüíûé àíàëîã MAX9693. Êîðïóñ 402.16-33 (16 âûâîäîâ). ! 1454ÑÀ3Ó – îäíîêàíàëüíûé ÒÒË êîìïàðàòîð ñ ôóíêöèåé çàù¸ëêèâàíèÿ âûõîäà. Êîðïóñ Í02.8-1 (8 âûâîäîâ). ! 1454ÑÀ4Ó – äâóõêàíàëüíûé ÒÒË êîìïàðàòîð ñ ôóíêöèåé çàù¸ëêèâàíèÿ âûõîäà. Êîðïóñ 402.16-33 (16 âûâîäîâ).

LEM ïðåäñòàâèëà ïåðâûé â ìèðå èíòåãðèðîâàííûé äàò÷èê òîêà ñ âûõîäíûì áèòîâûì ïîòîêîì Êîìïàíèÿ LEM âûïóñòèëà ïåðâûé íà ðûíêå èíòåãðèðîâàííûé äàò÷èê òîêà, îáåñïå÷èâàþùèé âûâîä áèòîâîãî ïîòîêà ñèãìàäåëüòà ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Íîâåéøàÿ ìîäåëü

8

ñåìåéñòâà HMSR – HMSR DA – áûëà ïðåäñòàâëåíà íà âûñòàâêå ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè PCIM Europe 2022 â Íþðíáåðãå, Ãåðìàíèÿ (10-12 ìàÿ 2022 ã.).

ÍÎÂÎÑÒÈ

HMSR DA îáåñïå÷èâàåò çíà÷èòåëüíûå ïðåèìóùåñòâà ïðè èñïîëüçîâàíèè â ïðèëîæåíèÿõ, ïîäâåðæåííûõ âîçäåéñòâèþ øóìîâ, èñêàæåíèé è ïîìåõ, ïîäòâåðæäàÿ, ÷òî êîìïàíèÿ LEM, ñïåöèàëèçèðóþùàÿñÿ íà ðåøåíèÿõ äëÿ èçìåðåíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ, ÿâëÿåòñÿ ìèðîâûì ëèäåðîì â îáëàñòè òåõíîëîãèé äàò÷èêîâ òîêà. Íîâûé ïðîäóêò LEM áûë ñîçäàí, ÷òîáû ïðåäîñòàâèòü ðåøåíèå äëÿ îòðàñëåé, òðåáóþùèõ ÷èñòûõ ñèãíàëîâ è ñòàëêèâàþùèõñÿ ñî çíà÷èòåëüíûìè ïðîáëåìàìè, íàïðèìåð, â ñëó÷àå âèáðàöèé, ýëåêòðè÷åñêèõ øóìîâ è ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîìåõ. Îñîáûå ïðåèìóùåñòâà äàò÷èêà òîêà ñ öèôðîâûì âûõîäîì âêëþ÷àþò ïðåâîñõîäíóþ ïåðåäà÷ó ñèãíàëà è ñíèæåííûé óðîâåíü øóìà, à òàêæå áîëåå íèçêóþ ñòîèìîñòü è ìåíüøóþ ìåõàíè÷åñêóþ ïëîùàäü. HMSR DA çàìåíèò ãîðàçäî áîëåå ñëîæíûå è äîðîãîñòîÿùèå àëüòåðíàòèâíûå ñèñòåìû, êîòîðûå òðàäèöèîííî âêëþ÷àëè áû òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð, öèôðîâîé èçîëÿòîð è ñõåìó ïèòàíèÿ. Îáúåäèíåíèå âñåõ ýòèõ ôóíêöèé â îäíîì óñòðîéñòâå äåëàåò HMSR DA ãîðàçäî áîëåå ïðèâëåêàòåëüíûì âûáîðîì äëÿ ïðèëîæåíèé, ãäå ïåðâîñòåïåííîå çíà÷åíèå èìåþò êîìïàêòíûå ðàçìåðû è ìèíèìàëüíûå çàòðàòû. Òèïè÷íûìè îáëàñòÿìè ïðèìåíåíèÿ äàò÷èêà òîêà ñ öèôðîâûì âûõîäîì ÿâëÿþòñÿ àâòî-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

íîìíûå ñåðâîïðèâîäû, ðîáîòîòåõíèêà, øâåéíûå ìàøèíû, àâòîìàòè÷åñêè óïðàâëÿåìûå òðàíñïîðòíûå ñðåäñòâà, ñòàíêè ñ ×ÏÓ è ðÿä äðóãèõ ïðèëîæåíèé, òðåáóþùèõ âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà. Íîâûé äàò÷èê HMSR DA ñ ðàçðåøåíèåì îò 11 äî 13 áèò è òàêòîâîé ÷àñòîòîé 10 ÌÃö – ýòî ïåðâûé øàã LEM ê ñîçäàíèþ äîðîæíîé êàðòû èíòåãðèðîâàííîãî öèôðîâîãî äàò÷èêà òîêà. Êîìïàíèÿ óæå ðàáîòàåò íàä ñëåäóþùèì ïîêîëåíèåì äàò÷èêîâ ñ èíòåãðèðîâàííûìè öèôðîâûìè ñõåìàìè, êîòîðûå áóäóò èìåòü ðàçðåøåíèå îò 14 äî 16 áèò è ðàáî÷óþ ÷àñòîòó âûøå 20 ÌÃö. Àíàëîãîâûå âåðñèè ëèíåéêè âñòðîåííûõ äàò÷èêîâ òîêà ñ âûñîêîêà÷åñòâåííîé èçîëÿöèåé HMSR èñïîëüçóþòñÿ óæå ìíîãî ëåò è ïðåäîñòàâëÿþò ðàçðàáîò÷èêàì ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè ìíîæåñòâî ïðåèìóùåñòâ, íà êîòîðûõ îñíîâûâàåòñÿ è íîâàÿ öèôðîâàÿ ìîäåëü. Ê íèì îòíîñÿòñÿ íåáîëüøèå ðàçìåðû äàò÷èêà, âûñîêàÿ óñòîé÷èâîñòü ê âíåøíèì ïîëÿì, óñèëåííàÿ èçîëÿöèÿ è ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ 300 êÃö. Ñåìåéñòâî HMSR ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íàäåæíîå, êîìïàêòíîå è î÷åíü òî÷íîå ðåøåíèå äëÿ èçìåðåíèÿ ïîñòîÿííûõ è ïåðåìåííûõ òîêîâ â ïðèëîæåíèÿõ ñ âûñîêèìè òðåáîâàíèÿìè ê èìïóëüñíûì èñòî÷íèêàì ïèòàíèÿ â êîììåð÷åñêîì è ïðîìûøëåííîì ñåêòîðàõ. Ëèäèðóþùàÿ íà ðûíêå è ïåðâàÿ â ñâîåì ðîäå òåõíîëîãèÿ, ðåàëèçîâàííàÿ â íîâîì öèôðîâîì äàò÷èêå HMSR DA, äàñò èíæåíåðàì âîçìîæíîñòü ïî-íîâîìó âçãëÿíóòü íà ñïîñîáû ðàçðàáîòêè êîíñòðóêöèé ñâîèõ ñèñòåì. Âûõîäíîé áèòîâûé ïîòîê ñèãìà-äåëüòà ïðåîáðàçîâàòåëÿ íå òîëüêî ïðîñò â èñïîëüçîâàíèè, íî è î÷åíü ãèáîê, ÷òî ïîçâîëÿåò êëèåíòàì ïðèìåíÿòü ôèëüòðû äëÿ àäàïòàöèè äàò÷èêà ê ñâîèì êîíêðåòíûì ïîòðåáíîñòÿì.

9

Ëèíåéíûå îïòîèçîëÿòîðû è ïîäâîäíûå êàìíè ïåòëåâîãî óñèëåíèÿ John Dunn EDN

ß

ß èññëåäîâàë áëîê ïèòàíèÿ, â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè êîòîðîãî èñïîëüçîâàëàñü îïòîïàðà äëÿ óïðàâëåíèÿ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì. Ýòî îáùåïðèíÿòûé è õîðîøî çàðåêîìåíäîâàâøèé ñåáÿ ïîäõîä ê ïðîåêòèðîâàíèþ, íî â ìîåì ñëó÷àå âûçûâàëà ñîìíåíèÿ óñòîé÷èâîñòü êîíòóðà îáðàòíîé ñâÿçè.

ß ðåøèë ñíÿòü ïåðåäàòî÷íóþ õàðàêòåðèñòèêó îïòîïàðû äâóìÿ ïîêàçàííûìè íèæå ñïîñîáàìè.  òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè óñòðîéñòâà ýòà õàðàêòåðèñòèêà áûëà, è ÿ îá ýòîì çíàë, íî õîòåë óáåäèòüñÿ âî âñåì ëè÷íî (Ðèñóíîê 1). Ðåçèñòîðû 1.33 êÎì è 150 Îì îêàçàëèñü ïîä ðóêîé, ïîýòîìó ÿ èõ è èñïîëüçîâàë. Ñ òà-

+12 Â 150W

Ãîð.

0.1 µF +12 Â

1.33K 1

4

Âåðò.

1N4148 TCET1104 2

3

Íîëü

Âåðò. = 1 Â/äåë.

Ãîð.

1.33K

Ãîð. = 2 Â/äåë.

+12 Â 1

4

0.1 µF

1N4148 TCET1104 2

3

Âåðò. Íîëü

150W

Ðèñóíîê 1. Òåñòîâàÿ óñòàíîâêà äëÿ èçìåðåíèÿ ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè îïòîèçîëÿòîðà.

10

Ðèñóíîê 2. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè îïòîèçîëÿòîðà.

ÑÒÀÒÜÈ

êèì æå óñïåõîì ïîäîøëà áû ïàðà 1 êÎì è 100 Îì, íî â òîò ìîìåíò ìíå ïðîñòî íå õîòåëîñü çàíèìàòüñÿ ïîèñêàìè. Äâà ðåçóëüòàòà èñïûòàíèé, ïîõîæå, ïîäòâåðäèëè èíôîðìàöèþ, ïðåäñòàâëåííóþ â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè (Ðèñóíîê 2). Âåðõíÿÿ îñöèëëîãðàììà íà Ðèñóíêå 2 ñîîòâåòñòâóåò âåðõíåìó ýñêèçó Ðèñóíêà 1, íèæíÿÿ îñöèëëîãðàììà – íèæíåìó. Áûëî ïðèÿòíî îòìåòèòü ñèììåòðèþ ðåçóëüòàòîâ äâóõ òåñòîâ. Îäíàêî, ïîðàçìûñëèâ íåìíîãî, ÿ ïîíÿë, ÷òî ñ ïåòëåâûì óñèëåíèåì ñâÿçàíû ïîäâîäíûå êàìíè, î êîòîðûõ íóæíî çíàòü. Èñïîëüçóÿ íèæíþþ îñöèëëîãðàììó Ðèñóíêà 2 è èçìåðèâ íàêëîíû ïåðåäàòî÷íîé ôóíêöèè, ìû óâèäèì ñëåäóþùåå (Ðèñóíîê 3). «Ëèíåéíóþ» ïðèðîäó îïòîïàðû íå ñëåäóåò ïîíèìàòü ñëèøêîì áóêâàëüíî. Ïåðåäàòî÷íàÿ ôóíêöèÿ óñòðîéñòâà íå èìååò ñêà÷êîâ, èçëîìîâ èëè ÷åãî-òî â ýòîì ðîäå, íî ïåðâàÿ ïðîèçâîäíàÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà ïî âõîäíîìó, òî åñòü íàêëîí âûõîäíîãî ñèãíàëà, ìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò òîãî, ãäå ðàçìåùàåòñÿ ðàáî÷àÿ òî÷êà óñòðîéñòâà.  ìîåì ýêñïåðèìåíòå ýòî èçìåíåíèå ñîñòàâèëî ïî÷òè 19 äÁ. Ñòîëü çíà÷èòåëüíîå èçìåíåíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ìîæåò îêàçûâàòü íåãàòèâ-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

Íàêëîí ñåêöèè ñëåâà ñîñòàâëÿåò 148.8%. Íàêëîí ñåêöèè ñâåðõó ñîñòàâëÿåò 17.0%. Âûðàæåííîå â äÁ îòíîøåíèå ýòèõ íàêëîíîâ ðàâíî 20×log10(148.8/17.0) = 18.8 äÁ. Åñëè â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè ýòîò îïòðîí èñïîëüçóåòñÿ â ëèíåéíîì ðåæèìå, ìàëîñèãíàëüíîå ïåòëåâîå óñèëåíèå ìîæåò ìåíÿòüñÿ íà 19 äÁ, â çàâèñèìîñòè îò óñòàíîâëåííîé ðàáî÷åé òî÷êè îïòðîíà.

Ðèñóíîê 3. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà êðóïíûì ïëàíîì.

íîå âëèÿíèå íà îáùóþ ïåðåäàòî÷íóþ ôóíêöèþ êîíòóðà îáðàòíîé ñâÿçè, âîçìîæíî, ñìåùàÿ åå ê ïîðîãó óñòîé÷èâîñòè â îáëàñòü óñëîâíîé íåñòàáèëüíîñòè êîíòóðà. Âûâîä èç âñåãî ýòîãî çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî íåîáõîäèìî îáÿçàòåëüíî ïðîâåðÿòü èñòèííûé íàêëîí õàðàêòåðèñòèêè ëþáîé âûáðàííîé îïòîïàðû è ó÷èòûâàòü åãî ïðè âûáîðå ïîëîæåíèÿ ðàáî÷åé òî÷êè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Vishay TCET1104

11

MOSFET â èíâåðñíîì âêëþ÷åíèè äåëàåò ãåíåðàòîð íà òàéìåðå 555 íåçàâèñèìûì îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ è òåìïåðàòóðû Stephen Woodward EDN

ÑÑ ìîìåíòà ñâîåãî èçîáðåòåíèÿ áîëåå ïîëó-

ãîëüíûõ, òðåóãîëüíûõ è ïèëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ, ïðåîáðàçîâàòåëè íàïðÿæåíèå÷àñòîòà è äàæå ØÈÌ-óñèëèòåëè. Ðèñóíîê 1 èëëþñòðèðóåò îäèí èç ýòèõ êëàññè÷åñêèõ âàðèàíòîâ: ãåíåðàòîð ïîñòîÿííîé ÷àñòîòû ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ îò 0% äî 100%, áåññòóïåí÷àòî ðåãóëèðóåìûì ñ ïîìîùüþ îäíîãî ïîòåíöèîìåòðà P1. Ýòà ñõåìà ðàáîòàåò, ïîòîìó ÷òî âûõîä ñ îòêðûòûì ñòîêîì DISCHARGE òàéìåðà 555 ëèíåéíî ðàçðÿæàåò êîíäåíñàòîð C1 ÷åðåç R1 (âåðõíÿÿ ïîëîâèíà ïîòåíöèîìåòðà P1) â òå÷å-

âåêà íàçàä Ãàíñîì Êàìåíçèíäîì èç Signetics, çíàêîìûé âñåì àíàëîãîâûé òàéìåð 555 (â ñîîáùåñòâå ñ åãî ñîâìåñòèìûìè ïî âûâîäàì îáíîâëåííûìè ÊÌÎÏ ïîòîìêàìè) ñòàë êóëüòîâûì ýëåìåíòîì êîíñòðóêöèé, èñïîëüçóåìûì â ïîëåçíûõ ñòàíäàðòèçèðîâàííûõ ôóíêöèîíàëüíûõ áëîêàõ, êîëè÷åñòâî êîòîðûõ ïî÷òè íåâîçìîæíî ñîñ÷èòàòü. Ñïèñîê âêëþ÷àåò â ñåáÿ àâòîêîëåáàòåëüíûå è æäóùèå ìóëüòèâèáðàòîðû, áèñòàáèëüíûå ñõåìû, ïðåîáðàçîâàòåëè íàïðÿæåíèÿ, ãåíåðàòîðû ïðÿìîó-

V+ 8

1

LMC555

T+

R = 100K 7

R

T–

2

DISCHARGE

TRIGGER + –

6 THRESHOLD

R

R

Q

–

5

VT

CV

C1

+

R

TP

3

S

R

OUTPUT V+ 4 RESET

P1 R1

T–

R2

T+

1N4148 D1 VD

Ðèñóíîê 1. Äèîä D1 îáóñëàâëèâàåò òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü ýòîé ñõåìû íà òàéìåðå 555.

12

ÑÒÀÒÜÈ

íèå ÷àñòè T– ïåðèîäà âûõîäíûõ èìïóëüñîâ, à äèîä D1 êîíòðîëèðóåò íàðàñòàíèå òîêà C1, ïðîïóñêàÿ çàðÿäíûé òîê ñ âûõîäà OUTPUT ÷åðåç R2 (íèæíÿÿ ïîëîâèíà ïîòåíöèîìåòðà P1) âî âðåìÿ ïîëîæèòåëüíîãî ïîëóïåðèîäà T+ , â ðåçóëüòàòå ÷åãî:

Òàáëèöà 1. Êîýôôèöèåíòû îøèáêè ñõåìû íà Ðèñóíêå 1

æ 2 3 V+ ö ÷÷ = R1C1× ln 2 , T- = R1C1× ln çç è 1 3 V+ ø

1 æ 2 3 V+ - VD ö ÷÷ R1C1× ln 2 + R2 C1× ln çç è 1 3 V+ ø

T+%/Â

T+ppm/°C

15 Â

0.3%

140 ppm

10 Â

0.7%

210 ppm

5Â 3Â

2.6% 7.0%

440 ppm 800 ppm

(Òàáëèöà 1) è ìîæåò áûòü ïðèåìëåìîé äëÿ íåêîòîðûõ íåêðèòè÷íûõ ïðèëîæåíèé, íî, ñêîðåå âñåãî, íå òîãäà, êîãäà ïðåæäå âñåãî âàæíà òî÷íîñòü. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàí ñïîñîá ðåøåíèÿ ïðîáëåìû. P-êàíàëüíûé MOSFET Q1 ñ èíâåðñíîé ïîëÿðíîñòüþ âêëþ÷åíèÿ óïðàâëÿåò çàðÿäíûì òîêîì C1 áåç êàêîãî-ëèáî ñóùåñòâåííîãî ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ, è, òàêèì îáðàçîì, ïîçâîëÿåò ðåàëèçîâàòü íîâûå ðàñ÷åòíûå ôîðìóëû, íå çàâèñÿùèå îò òåìïåðàòóðû è V+ :

æ 2 3 V+ - VD ö ÷÷ , T+ = R2 C1× ln çç è 1 3 V+ ø

FOSC =

V+

.

Ê ñîæàëåíèþ, ïîñëåäíèå äâå ôîðìóëû îòëè÷àþòñÿ îò îáû÷íîãî íåçàâèñèìîãî îò òåìïåðàòóðû ýëåãàíòíîãî âûðàæåíèÿ äëÿ ïàðàìåòðîâ èìïóëüñîâ òàéìåðà 555 èç-çà ýôôåêòîâ ïðÿìîãî ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ VD = ~700 ì – 2 ìÂ/°C íà òèïè÷íîì êðåìíèåâîì äèîäå ñ ïëàíàðíûì ïåðåõîäîì, òàêîì êàê 1N4148. Ñëåäîâàòåëüíî, âðåìåííûå èíòåðâàëû èçìåíÿþòñÿ ñ èçìåíåíèÿìè êàê òåìïåðàòóðû, òàê è íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ V+ . Âåëè÷èíà ýòèõ èçìåíåíèé îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà íîìèíàëüíîìó íàïðÿæåíèþ V+

æ 2 3 V+ ö ÷÷ = R1C1× ln 2 , T+ = R1C1× ln çç è 1 3 V+ ø æ 2 3 V+ ö ÷÷ = R1C1× ln 2 , T- = R1C1× ln çç è 1 3 V+ ø

FOSC =

1 1.44 = . ln 2 × (R1 + R2) C1 P1C1

V+ 8

1

LMC555

T+

R = 100K 7

R

T–

2

DISCHARGE

TRIGGER + –

6 THRESHOLD

R

R

Q

–

5

VT

CV

+

R

C1

TP

3

S

R

Q1

OUTPUT V+ 4

D DMP32D9UFZ

G

RESET

S R1

T–

R2

T+

Ðèñóíîê 2. MOSFET Q1 â èíâåðñíîì âêëþ÷åíèè âîññòàíàâëèâàåò òî÷íîñòü òàéìåðà.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

13

Òàáëèöà 2. Êîýôôèöèåíòû îøèáêè ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ñ äèîäîì Øîòòêè V+

T+%/Â

T+ppm/°C

15 Â

0.2%

135 ppm

10 Â

0.4%

5Â 3Â

1.4% 3.6%

200 ppm 420 ppm 720 ppm

Òåïåðü ôóíêöèÿ óïðàâëåíèÿ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ ïðè íåèçìåííîé ÷àñòîòå ðåàëèçîâàíà áåç óùåðáà äëÿ ïðèñóùåé 555 òî÷íîñòè. Ïðè÷èíà, ïî êîòîðîé Q1 âêëþ÷åí «ââåðõ íîãàìè», òî åñòü ñòîêîì ê øèíå ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ, à íå èñòîêîì (â îòëè÷èå îò îáû÷íîé ïðàêòèêè äëÿ p-êàíàëüíûõ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ), çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òîáû èçáåæàòü ïðÿìîãî ñìåùåíèÿ ïàðàçèòíîãî äèîäà ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà â ñèòóàöèè, êîãäà óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà ïîäêëþ÷åííîì ê ñòîêó âûâîäå OUTPUT íèçêèé, â òî âðåìÿ êàê êîíäåíñàòîð C1 ïîääåðæèâàåò ïîòåíöèàë èñòîêà âûñîêèì. Äîïîëíèòåëüíûì ïðåèìóùåñòâîì

ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïðè èçìåíåíèè óðîâíÿ âûâîäà OUTPUT íà âûñîêèé ïàðàçèòíûé äèîä ñìåñòèòñÿ â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè, à çíà÷èò, ìîæíî ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî âûâîä èñòîêà ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà áóäåò ïîëîæèòåëüíûì îòíîñèòåëüíî âûâîäà çàòâîðà, è â òå÷åíèå èíòåðâàëà T+ òðàíçèñòîð âîéäåò â ïîëíîå íàñûùåíèå. Èíòåðåñíî, ÷òî âàðèàíò ñõåìû, ïîêàçàííûé íà Ðèñóíêå 1, îïèñàí â òðåòüåì èçäàíèè êíèãè Ãîðîâèöà è Õèëëà «Èñêóññòâî ñõåìîòåõíèêè», ãäå âìåñòî äèîäà ñ p-n ïåðåõîäîì ïîêàçàí äèîä Øîòòêè èç-çà áîëåå íèçêîãî íàïðÿæåíèÿ VD. Ýòî õîðîøàÿ èäåÿ, òàê êàê ñîñòàâëÿþùàÿ îøèáêè, âíîñèìàÿ V+ , çíà÷èòåëüíî óëó÷øàåòñÿ, íî ïîñêîëüêó òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò äèîäà Øîòòêè (–2 ìÂ/°C) àíàëîãè÷åí êîýôôèöèåíòó äèîäîâ ñ p-n ïåðåõîäîì, òåìïåðàòóðíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ îøèáêè îñòàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííîé (Òàáëèöà 2). ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LMC555 2. Datasheet Diodes DMP32D9UFZ

LDD-H-DA DC/DC LED-äðàéâåðû Äèììèíã ïî DALI è ØÈÌ

Îäèí ñâåòîäèîä âûïîëíÿåò ôóíêöèè èçëó÷àòåëÿ ñâåòà è ôîòîäåòåêòîðà Radovan Stojanovic, Dejan Karadaglic Electronic Design Ïðè äîáàâëåíèè âñåãî äâóõ ïîðòîâ ââîäà-âûâîäà ìèêðîêîíòðîëëåðà ñòàíäàðòíûé ñâåòîäèîä ìîæåò ðàáîòàòü êàê ñâåòî÷óâñòâèòåëüíûé ôîòîäèîä

ÈÈíîãäà ëþäè çàáûâàþò, ÷òî ñâåòîèçëó÷àþùèå äèîäû òàêæå ìîãóò äîâîëüíî õîðîøî óëàâëèâàòü ñâåò. Èõ ìîæíî èñïîëüçîâàòü â øèðîêîì ñïåêòðå ïðèëîæåíèé â êà÷åñòâå íåäîðîãèõ è ëåãêîäîñòóïíûõ îïòè÷åñêèõ äåòåêòîðîâ. Êàê ïðàâèëî, ñâåòîäèîä âîñïðèíèìàåò ñâåò ñ äëèíîé âîëíû, íåñêîëüêî ìåíüøåé, ÷åì ó èçëó÷àåìîãî èì ñâåòà, ÷òî äåëàåò åãî äåòåêòîðîì, èçáèðàòåëüíûì ïî äëèíå âîëíû. Íàïðèìåð, ñâåòîäèîä, èçëó÷àþùèé çåëåíîâàòî-æåëòûé ñâåò ñ ïèêîâîé äëèíîé âîëíû îêîëî 555 íì, ÷óâñòâèòåëåí ê çåëåíîìó ñâåòó ñ ïèêîâîé äëèíîé âîëíû îêîëî 525 íì â ñïåêòðàëüíîé ïîëîñå ïðèìåðíî 50 íì. Ïî÷òè âñå ñâåòîäèîäû ìîãóò âîñïðèíèìàòü ñâåò â îòíîñèòåëüíî óçêîì äèàïàçîíå äëèí

âîëí ñ ðàçëè÷íîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ. Ôàêòè÷åñêè, ñòàíäàðòíûé ñâåòîäèîä ìîæåò âûïîëíÿòü äâîéíóþ ôóíêöèþ â îäíîé è òîé æå ñõåìå áåç èçìåíåíèÿ åãî ôèçè÷åñêèõ èëè ýëåêòðè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà î÷åíü ïðîñòàÿ ñõåìà íà îñíîâå ìèêðîêîíòðîëëåðà, êîòîðàÿ ìîæåò ïîïåðåìåííî èçëó÷àòü è äåòåêòèðîâàòü ñâåò, èñïîëüçóÿ âñåãî äâà ïîðòà ââîäà-âûâîäà ìèêðîêîíòðîëëåðà, ñâåòîäèîä è ðåçèñòîð. Ñõåìà ìîæåò ïðèìåíÿòüñÿ â êà÷åñòâå èíòåëëåêòóàëüíîãî âûêëþ÷àòåëÿ ñâåòà, äèììåðà âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ, äåòåêòîðà êîäà, äàò÷èêà äûìà è ò. ä. Ïîñêîëüêó ñâåòîäèîäíûå ôîòîäèîäû çíà÷èòåëüíî ìåíåå ÷óâñòâèòåëüíû, ÷åì êîììåð÷åñêèå ôîòîäèîäû (èõ ôîòîòîê ïðèìåðíî â

Ìèêðîêîíòðîëëåð 100 Íàïðàâëåíèå

P2

P1 âûõîä

P1

LED

P1 âõîä

Ðèñóíîê 1. Ñòàíäàðòíûé ñâåòîäèîä, ïîäêëþ÷åííûé ê ïàðå äâóíàïðàâëåííûõ ïîðòîâ ââîäà-âûâîäà ìèêðîêîíòðîëëåðà, èìåþùèõ âûñîêîèìïåäàíñíûå ñîñòîÿíèÿ, ìîæåò âûñòóïàòü â êà÷åñòâå ôîòîäèîäà äëÿ îïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè ñâåòîâîãî ïîòîêà.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

15

Øàã 1

Øàã 2

Øàã 3

VP1 = «1»

VP1(t)

VP1 = «0»

P1

P2

f VP2 = «0»

P1 Âûñîêîèìïåäàíñíîå ñîñòîÿíèå VP2 = «0» P2

P1

f

P2

VP2 = «1»

Ìîäåëü iL

VP1(t)

VCR

P1 Âûñîêîèìïåäàíñíîå ñîñòîÿíèå

+

CR

Ðèñóíîê 2. Ðàáîòà ñõåìû ñâåòîäèîäíîãî ôîòîäèîäà ïðîèñõîäèò çà òðè øàãà; óïðàâëåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ìèêðîêîíòðîëëåðà è ïðîãðàììíîé ïðîöåäóðû.

10-100 ðàç ìåíüøå), ïðÿìîå èçìåðåíèå ôîòîòîêà áåç åãî óñèëåíèÿ çàòðóäíåíî. Îáû÷íî äëÿ ýòîãî òðåáóþòñÿ ïèêîàìïåðìåòð è äîðîãèå îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè. Îäíàêî áîëüøèíñòâî ìèêðîêîíòðîëëåðîâ èìåþò äâóíàïðàâëåííûå ïîðòû ââîäàâûâîäà ñ êîíôèãóðèðóåìûìè âíóòðåííèìè ïîäòÿãèâàþùèìè ðåçèñòîðàìè èëè âõîäàìè ñ òðåìÿ ñîñòîÿíèÿìè (âûñîêîèìïåäàíñíûìè). Ïðè èñïîëüçîâàíèè âûñîêîèìïåäàíñíîãî âõîäà ñõåìà ìîæåò ïðîèçâîäèòü î÷åíü òî÷-

Íàïðÿæåíèå (Â)

VP1(t)

Øàã 1

íîå èçìåðåíèå ôîòîòîêà, îñíîâûâàÿñü íà ïðîñòîé ïîðîãîâîé ìåòîäèêå è âíóòðåííåì òàéìåðå-ñ÷åò÷èêå ìèêðîêîíòðîëëåðà.  ðåæèìå äåòåêòîðà ñâåòîäèîä î÷åíü áûñòðî «çàðÿæàåòñÿ» äî +5  (çà âðåìÿ îò 100 äî 200 íñ). Ýòîò çàðÿä îïðåäåëÿåòñÿ ñîáñòâåííîé åìêîñòüþ äèîäà, òèïè÷íîå çíà÷åíèå êîòîðîé ñîñòàâëÿåò îò 10 äî 15 ïÔ (Ðèñóíîê 2, Øàã 1). Çàòåì ïîðò P1 ìèêðîêîíòðîëëåðà ïåðåêëþ÷àåòñÿ â âûñîêîèìïåäàíñíîå ñîñòî15 ÿíèå ñ ñîïðîòèâëåíèåì ïîðÿäêà 10 Îì

Øàã 2

Øàã 3

5 4 VTR

TD(f1)

2

TD(f2) TD < TDCR

1 0

f2

f1

3

0

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025 0.030 Âðåìÿ (ìñ)

0.035

0.040

0.045 0.050

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025 0.030 Âðåìÿ (ìñ)

0.035

0.040

0.045 0.050

(à) Íàïðÿæåíèå (Â)

VP2(t) 5 4 3 2 1 0

0

(á)

Ðèñóíîê 3. Ïðè áîëüøåé èíòåíñèâíîñòè ñâåòà íà ñâåòîäèîäå âðåìÿ ñïàäà íàïðÿæåíèÿ TD, â òå÷åíèå êîòîðîãî ðàçðÿæàåòñÿ åìêîñòü äèîäà íà âõîäå ïîðòà P1, ìåíüøå (à). Íàïðÿæåíèå íà âûâîäå P2 ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì, åñëè TD ïðåâûøàåò TDCR (á). Ýòè ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû ïîëó÷åíû ïðè èñïîëüçîâàíèè 5-ìèëëèìåòðîâîãî êðàñíîãî ñâåòîäèîäà âûñîêîé ÿðêîñòè.

16

ÑÒÀÒÜÈ

(Øàã 2). Ïðè îáðàòíîì ñìåùåíèè ïðîñòàÿ ìîäåëü ñâåòîäèîäà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîíäåíñàòîð, ïîäêëþ÷åííûé ïàðàëëåëüíî ê èñòî÷íèêó òîêà iR(f), êîòîðûé îòîáðàæàåò òîê, èíäóöèðóåìûé ñâåòîâûì ïîòîêîì. Ìîäåëü âêëþ÷àåò òîê óòå÷êè IL ÷åðåç âûâîä ïîðòà P1, êîòîðûé îáû÷íî ñîñòàâëÿåò îêîëî 0.002 ïÀ, ÷òî íåçíà÷èòåëüíî ïî ñðàâíåíèþ ñ òèïè÷íûì ôîòîòîêîì äèîäà iR(f), ïðè íîðìàëüíîì îêðóæàþùåì îñâåùåíèè, ðàâíîì 50 ïÀ. Íà Ðèñóíêå 3à ïðåäñòàâëåíà ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòü íàïðÿæåíèÿ VP1(t) íà ðàçðÿæàþùåìñÿ ñâåòîäèîäå äëÿ ñâåòîâûõ ïîòîêîâ f1 è f2, ãäå f2 > f1. Ïîäïðîãðàììà, íàïèñàííàÿ äëÿ 16-ðàçðÿäíîãî òàéìåðà 8-ðàçðÿäíîãî ìèêðîêîíòðîëëåðà, ïîñòîÿííî îïðàøèâàåò íàïðÿæåíèå VP1(t) ÷åðåç åãî öèôðîâîé ýêâèâàëåíò – ëîãè÷åñêîå ñîñòîÿíèå âûâîäà P1 – äî òåõ ïîð, ïîêà íå áóäåò äîñòèãíóòî ïîðîãîâîå çíà÷åíèå «ëîã. 0» VTR, ðàâíîå ïðèìåðíî 2.2 Â. Âðåìÿ ñïàäà TD ïðîïîðöèîíàëüíî êîëè÷åñòâó ïàäàþùåãî ñâåòà è, ñëåäîâàòåëüíî, ìîæåò ñëóæèòü ìåðîé èçìåðåíèÿ ôîòîòîêà äèîäà iR(f). Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ êîëè÷åñòâà

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

ïàäàþùåãî ñâåòà äèîä ðàçðÿæàåòñÿ áûñòðåå, à TD óìåíüøàåòñÿ, è íàîáîðîò (Ðèñóíîê 3à). Åñëè âðåìÿ ñïàäà ïðåâûøàåò çàäàííûé ïîëüçîâàòåëåì ïîðîã èíòåíñèâíîñòè ñâåòà, ïðåäñòàâëåííûé êðèòè÷åñêèì çíà÷åíèåì TDCR, ìèêðîêîíòðîëëåð ìîæåò âêëþ÷èòü ñâåòîäèîä, êîòîðûé òåïåðü áóäåò âûïîëíÿòü ôóíêöèþ àâàðèéíîãî ñèãíàëà (Ðèñóíîê 2, Øàã 3). Êðîìå òîãî, îñòàëüíûå âûâîäû ìèêðîêîíòðîëëåðà ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ êàê ðåëåéíûå âûõîäû èëè óïðàâëÿåìûå ñâåòîì âûõîäû ØÈÌ. Íà Ðèñóíêå 3á ïîêàçàíî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïîðòà P2 âî âðåìÿ ðàáî÷èõ øàãîâ. Ýòîò î÷åíü íåäîðîãîé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ðåàëèçîâàòü ÷èñòî öèôðîâîå èçìåðåíèå èíòåíñèâíîñòè ñâåòà áåç óñèëåíèÿ ñèãíàëà. Åãî õàðàêòåðèñòèêè ñèãíàë/øóì ïðåâîñõîäíû áëàãîäàðÿ èíòåãðèðîâàíèþ ñèãíàëà ïðè èçìåðåíèè. Ýòîò ìåòîä ïîâûøàåò ÷óâñòâèòåëüíîñòü ôîòîäèîäà, äåëàÿ åãî áîëåå ïðèâëåêàòåëüíûì, ÷åì îáû÷íûé (è áîëåå äîðîãîé) ôîòîäèîä. Åìêîñòü îáû÷íîãî ñâåòîäèîäà ðàçðÿæàåòñÿ íàìíîãî áûñòðåå, ÷òî äåëàåò èçìåðåíèÿ, îñíîâàííûå íà âðåìåíè, áîëåå ñëîæíûìè è äîðîãèìè. ÐË

17

Íîâàÿ ñõåìà èíòåðôåéñà êëàâèàòóðû èñïîëüçóåò ìåíüøå âûâîäîâ ìèêðîïðîöåññîðà Kartik Joshi Electronic Design

Í

Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûé ìåòîä ïîñòðîåíèÿ èíòåðôåéñà íåñêîëüêèõ êëþ÷åé – ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå – ïîçâîëÿåò ïîäêëþ2 ÷èòü (N/2) êîììóòàòîðîâ ê N ëèíèÿì ââîäà/âûâîäà ìèêðîêîíòðîëëåðà. Îïèñàííûé íèæå ìåòîä, áåðóùèé ñâîå íà÷àëî â òåõíîëîãèè èíòåðôåéñà ñâåòîäèîäîâ, øèðîêî èçâåñòíîé êàê «×àðëèïëåêñèíã», ïîçâîëÿåò ïîäêëþ÷èòü N×(N – 1) êëþ÷åé ê N ëèíèÿì ââîäà/âûâîäà. Ïðè îáû÷íîì ìóëüòèïëåêñèðîâàíèè ìàòðèöû N×N ñ 2N ëèíèÿìè ââîäà/âûâîäà ïîëîâèíà ëèíèé íàñòðîåíà íà ââîä, à ïîëîâèíà – íà âûâîä (ïðè «ëîã. 0»), è êàæäàÿ ëèíèÿ ïîñòîÿííî èñïîëüçóåòñÿ ëèáî òîëüêî äëÿ ââîäà, ëèáî òîëüêî äëÿ âûâîäà. Ïðåäëàãàåìûé ìåòîä èñïîëüçóåò îáà ñîñòîÿíèÿ ëèíèé ââîäà/âûâîäà, óâåëè÷èâàÿ êîëè÷åñòâî êëþ÷åé, êîòîðûå ìîãóò áûòü ïîäêëþ÷åíû ê íèì.

Pin1

Pin2 S2

Ðèñóíîê 1. Âçÿâ çà îñíîâó ýòó áàçîâóþ êîíôèãóðàöèþ, óñîâåðøåíñòâîâàííûé èíòåðôåéñ êëàâèàòóðû ìîæíî ìàñøòàáèðîâàòü ïî ìåðå íåîáõîäèìîñòè.

S5

S6

S7

S8

S9

S10

S11

S12

D1

D2

D3

D4

1N4007

S4

1N4007

S3

1N4007

 ïðåäëàãàåìîì ìåòîäå êàæäàÿ ëèíèÿ ââîäà/âûâîäà ñîåäèíåíà ñ êàæäîé äðóãîé ëèíèåé ÷åðåç ïîñëåäîâàòåëüíîå ñîåäèíåíèå êëþ÷à è äèîäà. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí ïðèìåð ñ äâóìÿ ëèíèÿìè.  ýòîé êîíôèãóðàöèè ñîñòîÿíèå êëþ÷à S1 ìîæåò áûòü ïðî÷èòàíî ïóòåì íàñòðîéêè ëèíèè Pin2 íà ââîä, à Pin1 – íà

1N4007

S2

S1

D1

Pin1 Pin2 Pin3 Pin4 S1

D2

Ðèñóíîê 2.  ýòîé ñõåìå, ðàñøèðÿþùåé áàçîâóþ êîíôèãóðàöèþ, 12 êíîïîê ïîäêëþ÷åíû ëèøü ê ÷åòûðåì ëèíèÿì ââîäà/âûâîäà ìèêðîêîíòðîëëåðà.

18

ÑÒÀÒÜÈ

9 10 8 7

23 24 25 26 27 28

PD0(RXD) PD1(TXD) PD2(INT0) PD3(INT1) PD4(XCK/T0) PD5(T1) PD6(AIN0) PD7(AIN1)

2 3 4 5 6 11 12 13

PB0(ICP) PB1(OC1A) PB2(SS/OC1B) PB3(MOSI/OC2) PB4(MISO) PB5(SCK)

14 15 16 17 18 19

PB6(XTAL/TOSC1) PB7(XTAL2/TOSC2) GND VCC

S1

S4

S2

S7

S5

S3

S8

S6

D1

S10

D3

D2

D4

S11

S9

S12

1N4007

22 AGND 21 AREF 20 AVCC

PC0(ADC0) PC1(ADC1) PC2(ADC2) PC3(ADC3) PC4(ADC4/SDA) PC5(ADC5/SCL)

1N4007

PC6(RESET)

1N4007

1

1N4007

IC1 ATMEGA8-P

Ðèñóíîê 3. Ñõåìà ñ 12 êíîïêàìè ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ öèôðîâîé êëàâèàòóðû ê ìèêðîêîíòðîëëåðó, â äàííîì ñëó÷àå ê ATmega8.

âûâîä (ñ «ëîã. 0»).Ñîñòîÿíèå êëþ÷à S2 ìîæíî ïðî÷èòàòü, óñòàíîâèâ äëÿ Pin1 ðåæèì ââîäà, à äëÿ Pin2 – ðåæèì âûâîäà. Òàêîé ìåòîä ïîçâîëÿåò ðàçðàáîò÷èêàì ïîäêëþ÷èòü øåñòü êëþ÷åé ñ ïîìîùüþ âñåãî òðåõ ëèíèé è ïîëíóþ 12-êíîïî÷íóþ öèôðîâóþ êëàâèàòóðó ñ ïîìîùüþ ÷åòûðåõ ëèíèé. Ýòà êîíôèãóðàöèÿ ëåãêî ìàñøòàáèðóåòñÿ äî ëþáîãî êîëè÷åñòâà ëèíèé ââîäà/âûâîäà, íî ìåæäó äâóìÿ ëèíèÿìè ñõåìà ïî ñóùåñòâó îñòàåòñÿ ïðåæíåé. Äëÿ ñõåìû ñ N ëèíèÿìè ââîäà/âûâîäà ê êàæäîé ëèíèè ïîäõîäÿò N – 1 äèîäîâ, è N – 1 äèîäîâ îòõîäÿò îò íåå.  ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè íà îäíîì âûâîäå óñòàíîâëåí «ëîã. 0», à îñòàëüíûå N – 1 âûâîäîâ íàñòðîåíû íà ÷òåíèå ñîñòîÿíèÿ N – 1 êëþ÷åé, ïîäêëþ÷åííûõ ê ýòîìó âûâîäó. Êàê ïðàâèëî, N – 1 äèîäîâ, èäóùèõ ê ýòîé ëèíèè, ìîãóò áûòü çàìåíåíû îäíèì äèîäîì, ïðè ýòîì âñå N – 1 êëþ÷åé ïîäêëþ÷àþòñÿ ê åãî àíîäó.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà ñõåìà ïîäêëþ÷åíèÿ 12-êíîïî÷íîé êëàâèàòóðû ñ èñïîëüçîâàíèåì ëèøü ÷åòûðåõ ëèíèé ââîäà/âûâîäà ìèêðîêîíòðîëëåðà. Äëÿ ÷òåíèÿ ñîñòîÿíèÿ êíîïîê S1-S3 íà ëèíèè Pin1 óñòàíàâëèâàåòñÿ «ëîã.

0», à ëèíèè Pin2, Pin3 è Pin4 íàñòðàèâàþòñÿ íà ââîä. Òî÷íî òàê æå äëÿ ÷òåíèÿ êíîïîê S4S6, S7-S9 è S10-S12 íà ëèíèÿõ Pin2, Pin3 è Pin4, ñîîòâåòñòâåííî, óñòàíàâëèâàåòñÿ «ëîã.

0», à îñòàëüíûå íàñòðàèâàþòñÿ íà ââîä. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 3 äåìîíñòðèðóåò ïîëíûé èíòåðôåéñ öèôðîâîé êëàâèàòóðû, èñïîëüçóþùèé ÷åòûðå âûâîäà ìèêðîêîíòðîëëåðà (â äàííîì ïðèìåðå ATmega8). ÐË

Ññûëêè 1. Anurag Chugh, “Eight-Pin Microcontroller Handles Two-Digit Display With Multiple LEDs” 2. ×àðëèïëåêñèíã

19

Ñòàáèëèçàöèÿ óðîâíÿ âûõîäíîé ìîùíîñòè ïðè ïåðåìåííîé íàãðóçêå Dave Sackett Electronic Design

ÊÊàê

îáåñïå÷èòü ïîñòîÿííóþ ìîùíîñòü, êîãäà ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè íåïîñòîÿííî? Òàêàÿ ïðîáëåìà âîçíèêàåò, íàïðèìåð, ïðè íåîáõîäèìîñòè îáåñïå÷èòü ïîäîãðåâ ÆÊäèñïëåÿ íà óëè÷íîé áåíçîêîëîíêå â õîëîäíîì êëèìàòå. Ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû íàãðåâàòåëüíîãî ýëåìåíòà èçìåíÿåòñÿ è åãî ñîïðîòèâëåíèå. Ýòî èçìåíåíèå õàðàêòåðèçóåòñÿ òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì íàãðåâàòåëüíîãî ýëåìåíòà. Åñëè ïðèëîæèòü ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå, ìîùíîñòü, ïîñòóïàþùàÿ â íàãðóçêó, áóäåò èçìåíÿòüñÿ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî ñîïðîòèâëåíèþ íàãðóçêè. Âî ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ íåïîñòîÿíñòâî ïîäàâàåìîé ìîùíîñòè â îïðåäåëåííûõ ïðåäåëàõ äîïóñòèìî. Îäíàêî ÷òîáû óìåíüøèòü êîëåáàíèÿ ìîùíîñòè, íóæíî ïîçâîëèòü ïðèëî-

Öåïü îáðàòíîé ñâÿçè Óñèëèòåëü îøèáêè – VREF

+

Âûõîäíîé êàñêàä

Íàãðóçêà

Ðèñóíîê 1. Òèïè÷íàÿ ïåòëÿ îáðàòíîé ñâÿçè ñõåìû ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ ìîæåò áûòü àäàïòèðîâàíà äëÿ ñîçäàíèÿ ñòàáèëèçàòîðà ìîùíîñòè íàãðóçêè ñ èçìåíÿþùèìñÿ ñîïðîòèâëåíèåì.

20

æåííîìó ê íàãðóçêå íàïðÿæåíèþ èçìåíÿòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè. Ïîêàçàííûé çäåñü ïîäõîä îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè îáû÷íîãî êîíòóðà óïðàâëåíèÿ (Ðèñóíîê 1).  ëèíåéíîì ñòàáèëèçàòîðå íàïðÿæåíèÿ óñèëèòåëü îøèáêè ñðàâíèâàåò ÷àñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñ îïîðíûì íàïðÿæåíèåì VREF è, óïðàâëÿÿ âûõîäíûì êàñêàäîì, îáåñïå÷èâàåò íàãðóçêó òîêîì ïðè ïîñòîÿííîì íàïðÿæåíèè. Íî ÷òîáû ïîääåðæèâàòü ïîñòîÿííûé óðîâåíü ìîùíîñòè âìåñòî íàïðÿæåíèÿ, â öåïü îáðàòíîé ñâÿçè òðåáóåòñÿ âêëþ÷èòü ñèãíàë ìîùíîñòè. Òîãäà óñèëèòåëü îøèáêè áóäåò ñðàâíèâàòü ñèãíàë âûõîäíîé ìîùíîñòè ñ îïîðíûì íàïðÿæåíèåì è, óïðàâëÿÿ âûõîäíûì êàñêàäîì, ïîääåðæèâàòü èõ çíà÷åíèÿ ðàâíûìè. Ðåãóëÿòîð íà Ðèñóíêå 2 ïîääåðæèâàåò íà âûõîäå ïîñòîÿííóþ ìîùíîñòü, ëèíåéíî ïðîïîðöèîíàëüíóþ íàïðÿæåíèþ, ïðèëîæåííîìó ê âõîäó VPOWER_SET. (Îòíîøåíèå âûõîäíîé ìîùíîñòè ê íàïðÿæåíèþ VPOWER_SET ðàâíî 1 Âò/Â). Ðåãóëÿòîð îáåñïå÷èâàåò ìîùíîñòü äî 100 ìÂò, ïèòàÿ íàãðóçêè îò 10 äî 500 Îì íàïðÿæåíèåì äî 10  è òîêàìè äî 100 ìÀ. Îñíîâîé ýòîé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ ìîíèòîð ìîùíîñòè è òîêà âåðõíåãî ïëå÷à (IC1), â êîòîðîì èìåþòñÿ ñõåìíûå ýëåìåíòû, íåîáõîäèìûå äëÿ ñîçäàíèÿ íàïðÿæåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè, ïðîïîðöèîíàëüíîãî ìãíîâåííîé ìîùíîñòè â íàãðóçêå. Ìèêðîñõåìà IC1 ñîäåðæèò

ÑÒÀÒÜÈ

V+

VCC

VPOWER 4

8

âûõîäíîãî ñèãíàëà, ïðîïîðöèîíàëüíîãî ìîùíîñòè íàãðóçêè:

5 7

×25

1 Óñèëèòåëü îøèáêè RLIMIT2 2.4k – VPOWER SET

æV ö æ1Â ö VPOWER = ( VIOUT ´ 25)ç OUT ÷ = IOUT ´ VOUT ç ÷. è 25 ø è Âò ø

IC1 MAX4210E

RLIMIT1 75W

2

VOUT/25

+

R1 11k

VOUT IOUT

RLOAD

R2 430W

Ðèñóíîê 2. Êîíòóð îáðàòíîé ñâÿçè â ýòîì ðåãóëÿòîðå ãàðàíòèðóåò, ÷òî ìîùíîñòü, ïîñòóïàþùàÿ â èçìåíÿþùóþñÿ íàãðóçêó, áóäåò îñòàâàòüñÿ îòíîñèòåëüíî ïîñòîÿííîé.

ìîíèòîð òîêà, êîòîðûé èçìåðÿåò òîê íàãðóçêè, áóôåð, èçìåðÿþùèé íàïðÿæåíèå íàãðóçêè, è àíàëîãîâûé óìíîæèòåëü, êîòîðûé óìíîæàåò îäíî íà äðóãîå, âûðàáàòûâàÿ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VPOWER, ïðîïîðöèîíàëüíîå ìîùíîñòè íàãðóçêè. Ìîíèòîð òîêà ðàññ÷èòàí íà èçìåðåíèå òîêà â âåðõíåì ïëå÷å, êîãäà òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð RSENSE âêëþ÷àåòñÿ ìåæäó íàãðóçêîé RLOAD è øèíîé ïèòàíèÿ, à íå «çåìëè». Ýòî ïîçâîëÿåò èçáåæàòü äîáàâëåíèÿ íåæåëàòåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ íà ïóòè âîçâðàòà òîêà.  ýòîì ïðèìåðå êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ âíóòðåííåãî òîêîèçìåðèòåëüíîãî óñèëèòåëÿ ìîíèòîðà (îäíîãî èç íåñêîëüêèõ äîñòóïíûõ) ðàâåí 25. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè ñîïðîòèâëåíèè òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà 1 Îì âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óñèëèòåëÿ ñîñòàâëÿåò 25  íà îäèí àìïåð òîêà. Óñèëèòåëü îøèáêè óïðàâëÿåò ïàðîé Äàðëèíãòîíà ñ áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ, ÷òîáû ìèíèìèçèðîâàòü áàçîâûé òîê, êîòîðûé òå÷åò â íàãðóçêó íå ÷åðåç òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð. Íà âòîðîé âõîä èçìåðèòåëÿ ìîùíîñòè ÷åðåç ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü R1-R2 ñ îòíîøåíèåì ñîïðîòèâëåíèé 1:25 ïîäàåòñÿ íàïðÿæåíèå íàãðóçêè. Ýòî íàïðÿæåíèå âíóòðåííå óìíîæàåòñÿ íà ñèãíàë òîêà äëÿ ïîëó÷åíèÿ

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

Óïðàâëÿÿ âûõîäíûì êàñêàäîì, óñèëèòåëü îøèáêè ñòðåìèòñÿ ñäåëàòü âûõîäíîé ñèãíàë ìèêðîñõåìû IC1 (ïðîïîðöèîíàëüíûé ìîùíîñòè íàãðóçêè) ðàâíûì îïîðíîìó ñèãíàëó íà âõîäå VPOWER_SET. Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ V+ (18 Â) îãðàíè÷èâàåò ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå íàãðóçêè ïðèáëèçèòåëüíî äî 15 Â. Ðåçèñòîðû RLIMIT1 è RLIMIT2 îãðàíè÷èâàþò òîê íàãðóçêè ïðèìåðíî äî 120 ìÀ. Ýòà ñõåìà äîâîëüíî õîðîøî ïîääåðæèâàåò ïîñòîÿííóþ ìîùíîñòü â äèàïàçîíå íàãðóçîê 50:1 è ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ óñòàíîâëåííîé ìîùíîñòè (Ðèñóíîê 3). Õîòÿ ïðèâåäåííàÿ çäåñü ñõåìà ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ïðèëîæåíèé ñ íèçêèì ýíåðãîïîòðåáëåíèåì (äî 100 ìÂò) â øèðîêîì äèàïàçîíå ñîïðîòèâëåíèé íàãðóçêè, åå ìîæíî ëåãêî ìàñøòàáèðîâàòü äëÿ ðàñøèðåíèÿ ðàáî÷èõ äèàïàçîíîâ òîêîâ, íàïðÿæåíèé è ìîùíîñòåé íàãðóçêè. Äëÿ ýòîãî íóæíî çàìåíèòü òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð RSENSE, ÷òîáû ñðåäíåå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà íåì ñîñòàâëÿëî

0.100 0.090 0.080 Âûõîäíàÿ ìîùíîñòü (Âò)

RSENSE 1.0

0.070 0.060 0.050 0.040 0.030 0.020 0.010 0.000

10

20 50 100 200 Ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè (Îì)

500

Ðèñóíîê 3. Âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ñõåìû íà Ðèñóíêå 2 îñòàåòñÿ õîðîøî ñòàáèëèçèðîâàííîé â øèðîêîì äèàïàçîíå íàãðóçîê è ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ íàïðÿæåíèÿ VPOWER SET, êîòîðûå èçìåíÿëîñü â äèàïàçîíå îò 0.0021  (âíèçó) äî 0.0300  (ââåðõó).

21

ïðèìåðíî 50 ìÂ, à ìàêñèìàëüíîå íå ïðåâûøàëî 150 ìÂ. Àíàëîãè÷íî, îòíîøåíèå ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ R1-R2 äîëæíî áûòü èçìåíåíî òàê, ÷òîáû íàïðÿæåíèå, ïîäàâàåìîå íà IC1, ñîñòàâëÿëî ïðèìåðíî 500 ìÂ. (Íàïðÿæåíèÿ îò 200 ì äî 1  îáåñïå÷èâàþò ñîõðàíåíèå òî÷íîñòè, óêàçàííîé â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè ìèêðîñõåìû IC1). Äðóãèå âåðñèè IC1 èìåþò îòëè÷àþùèåñÿ çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ, ÷òî îïðåäåëÿåò îòíîøåíèå âûõîäíîé ìîùíîñòè ê óðîâíþ óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ VPOWER_SET.

22

Íàêîíåö, íàäî áóäåò îöåíèòü äîïóñòèìûå ïðåäåëû ìîùíîñòè, ðàññåèâàåìîé ðåçèñòîðîì RLIMIT1 è âûõîäíûì òðàíçèñòîðîì, è ïðè íåîáõîäèìîñòè çàìåíèòü ýòè êîìïîíåíòû. Ñôåðà èñïîëüçîâàíèÿ îïèñàííîãî ìåòîäà íå îãðàíè÷èâàåòñÿ ïîêàçàííûì ëèíåéíûì ðåãóëÿòîðîì. Îí â ðàâíîé ñòåïåíè ïðèìåíèì êî ìíîãèì èìïóëüñíûì ñòàáèëèçàòîðàì, îáåñïå÷èâàþùèì çíà÷èòåëüíî áîëåå âûñîêèå çíà÷åíèÿ âûõîäíîé ìîùíîñòè è ÊÏÄ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX4210

ÑÒÀÒÜÈ

ÄÎ Ñ Ê À Î Á Ú ß Â Ë Å Í È É Ä Ë ß ÝË Å Ê Ò Ð Î Í Ù È ÊÎ Â

Ðàäèîäåòàëè

Ïðèáîðû, ïëàòû

Ðàáîòà

Óñëóãè

ÐàäèîËîöìàí.Öåíû www.rlocman.ru/price Ïîäáåðèòå îïòèìàëüíîãî ïîñòàâùèêà ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ, èçìåðèòåëüíîé è ýëåêòðîííîé òåõíèêè. Öåíû, óñëîâèÿ ïîñòàâêè è äîñòàâêè.

Ïðèãëàøàåì äèñòðèáüþòîðîâ ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ è ïðèáîðîâ

Ïîíèæåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ LDO äî 0 Â Petre Petrov Electronic Design

Ì

Ìíîãèå ýëåêòðîííûå ñõåìû íà÷èíàþò ðàáîòàòü ïðè íàïðÿæåíèè íèæå 1.25 Â. Íî âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ ïîïóëÿðíûõ ðåãóëèðóåìûõ ñòàáèëèçàòîðîâ, òàêèõ êàê LM317, LM350 è LM338, íå ìîãóò áûòü íèæå 1.25 Â, à äëÿ L200 ýòîò ïîðîã åùå áîëüøå – 2.85 Â.

1

V1

Ñòàáèëèçàòîðû ñ ôèêñèðîâàííûìè âûõîäíûìè íàïðÿæåíèÿìè ñåðèé 78xx è LM29xx ïðåäëàãàþò ëèøü 5, 3.3, 3.0, 2.85 èëè 2.5 Â. Ïðåäëîæåííûå çäåñü ïîäõîäû ïîçâîëÿþò ñ ïîìîùüþ ýòèõ ðåãóëÿòîðîâ îáåñïå÷èòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, áëèçêîå ê íóëþ (èíîã-

D1 1N400x IC1

2 In

R3

4

I1

J1

I5

+ C1

C4 0.33 µF

C2 0.33 µF

C3 4.7 µF

IL

V4

Out Adj

Con1

3

V3

Áëîê ïîíèæåíèÿ íàïðÿæåíèÿ

R1 V5

Con2

R4

5

+

+ 100 µF C5 0.33 µF

R5

Íàãðóçêà

R2

GND D1

3

D2

4

3

IC1

4

3

4

3(+)

N

E

4(–)

ÑÂÅÒÎÄÈÎÄ

1N400x 1N540x

P

TL431

R1 LED1 3

R1 R2 1N400x

D1 D2

4

3

4 R2 LED2

IC1 = LM317L/M/T, LM350…

R3 LED3

Ðèñóíîê 1. Ñóùåñòâóþò ðàçëè÷íûå ñïîñîáû ðåàëèçàöèè íà âûõîäå ñòàáèëèçàòîðà àêòèâíîãî «áëîêà ïîíèæåíèÿ íàïðÿæåíèÿ», îïîðíîå íàïðÿæåíèå êîòîðîãî âû÷èòàåòñÿ, ÷òîáû ñíèçèòü âûõîäíîé ïîòåíöèàë äî óðîâíÿ çåìëè.

24

ÑÒÀÒÜÈ

äà íàçûâàåìîìó «óðîâíåì çåìëè»). Ýòîãî ìîæíî äîáèòüñÿ äâóìÿ ñïîñîáàìè: âû÷èòàíèåì îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ èç âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñòàáèëèçàòîðà èëè ñìåùåíèåì íàïðÿæåíèÿ, ïîäàâàåìîãî íà ðåçèñòîðû äåëèòåëÿ îáðàòíîé ñâÿçè ñòàáèëèçàòîðà. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ðåàëèçàöèÿ ïåðâîãî ïîäõîäà, â êîòîðîì îïîðíûé èñòî÷íèê ñ íàïðÿæåíèåì, êîòîðîå äîëæíî âû÷èòàòüñÿ ÷åðåç «áëîê ïîíèæåíèÿ íàïðÿæåíèÿ», ïîäêëþ÷åí ìåæäó òî÷êàìè 3 è 4 ñõåìû. Âûáîð ïðîèçâîäèòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáóåìûìè çíà÷åíèÿìè âûõîäíîãî òîêà, íàïðÿæåíèÿ è òåìïåðàòóðíîé ñòàáèëüíîñòè. Âû÷èòàòü ðîâíî 1.25  èëè ïîäîáíîå íàïðÿæåíèå íåò íåîáõîäèìîñòè. Ìåæäó òî÷êàìè 3 è 4 ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû ñëåäóþùèå êîìïîíåíòû: îäèí èëè íåñêîëüêî äèîäîâ (òàêèõ êàê 1N400x èëè 1N540x), îäèí èëè íåñêîëüêî äèîäîâ Øîòòêè (1N5819, 1N5822), ìèêðîñõåìû èñòî÷íèêîâ îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ (LT1004-1.2, LM3851.2, TLVH431, TLVH432, LM336-2.5, ADR512, LM4041C12), øóíòîâûå ðåãóëÿòîðû (TL431, LM431), ñòàáèëèòðîíû (ñåðèè ìîùíîñòüþ 1.3 Âò), ñâåòîäèîäû (ëþáûõ öâåòîâ è êîìáèíàöèé) è äàæå òðàíçèñòîðû, âêëþ÷åííûå ñòàáèëèòðîíàìè èëè ïðîñòûìè äèîäàìè.

Êàæäîå èç ýòèõ ðåøåíèé èìååò ñâîè ïðåèìóùåñòâà è íåäîñòàòêè. Íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ TL431 ìîæíî ïîëó÷èòü âûõîäíîé òîê 100 ìÀ è õîðîøóþ òåìïåðàòóðíóþ ñòàáèëüíîñòü. ( ýòîì ñëó÷àå íàïðÿæåíèå V3 â òî÷êå 3 äîëæíî íà÷èíàòüñÿ ñ 2.5 Â). R1 è R2 – ýòî ðåçèñòîðû ðåãóëèðîâêè íàïðÿæåíèÿ, ñòàíäàðòíûå äëÿ òàêèõ ñòàáèëèçàòîðîâ, êàê LM317 è LM350. Ðåçèñòîðû R3, R4 è R5 ÿâëÿþòñÿ íåîáÿçàòåëüíûìè. Åñëè â òîêîîãðàíè÷èâàþùåì ðåçèñòîðå R3 íåîáõîäèìîñòè íåò, åãî ìîæíî çàìåíèòü ïåðåìû÷êîé. R4 ïðè íåîáõîäèìîñòè ìîæåò íàãðóçèòü ñòàáèëèçàòîð IC1 ìèíèìàëüíûì òîêîì. ×àùå âñåãî ýòîò òîê óñòàíàâëèâàþò ðåçèñòîðû R1 è R2, íî ýòî íå îáÿçàòåëüíî è íå âñåãäà ÿâëÿåòñÿ õîðîøèì âàðèàíòîì. R5 ìîæåò îáåñïå÷èòü ìèíèìàëüíûé íàãðóçî÷íûé òîê äëÿ ñòàáèëèçàòîðà IC1 è/èëè ìèíèìàëüíûé òîê äëÿ âû÷èòàþùåãî ýëåìåíòà, ïîäêëþ÷åííîãî ìåæäó òî÷êàìè 3 è 4. Âòîðîé ïîäõîä óäîáåí â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ñõåìû ðàáîòàþò îò îäíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, òàêîãî êàê 6- èëè 12-âîëüòîâûå àêêóìóëÿòîðíûå áàòàðåè, à âõîäíîå íàïðÿæåíèå îáû÷íî îãðàíè÷åíî çíà÷åíèåì ïðèìåðíî 16  (Ðèñóíîê 2).  ýòèõ ñëó÷àÿõ âûõîäíîå íàïðÿæåD5

D4 IC2 +VIN £ 16 Â

+VOUT

+ C1 0.33 µF

Con1

8

4

V CC

R

+ C2 2200 µF/ 25 Â

7

DSCH IC1

6 2 C4 1 nF

C3 0.33 µF

Out

C8 47 µF/16 Â 3 +

THR

D2

TRG GND

CV

1

5

C11 0.1 µF

R1 240

Adj D6

C5 10 µF/16 Â

C6 0.33 µF

+

D1

C9 100 µF/ + 16 Â

+

R2 1k R4 680

C7 100 µF/ 16 Â

R6 2k

GND C10 100 µF/ + 6Â

D3

R5 1.2k

VREF2 = –2.5 Â

IC3 D1, D2 = 1N5819, 1N5822 D3 = LM385-1.2 D4 to D6 = 1N400x

I6

VREF1 = –1.2 Â

R3 10k IC1 = NE555 IC2 = LM317L/M/T, LM350 IC3 = LM431

Íàãðóçêà

Out

In

GND C12 100 µF/ + 6Â

Ðèñóíîê 2.  ñèòóàöèÿõ, êîãäà íàïðÿæåíèå øèíû ïèòàíèÿ ïîëîæèòåëüíî è îãðàíè÷åíî, ïîäõîä ñ èñïîëüçîâàíèåì ðåçèñòîðîâ ÿâëÿåòñÿ àëüòåðíàòèâîé àêòèâíûì ìåòîäàì, ïîêàçàííûì íà Ðèñóíêå 1.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

25

R2

D1 5

+VIN

VOUT

2

1

Íàãðóçêà

R3 4

IC1 L200

+ C1 4700 µF/ 16 Â

+ D2

R4

C2 0.33 µF

3 I1

GND

IC2 TL431

D3

+ C4 10 µF

P1 4.7k

I2

R1

R5

GND

R6 10k

–VIN

C5 100 µF/ 25 Â

C3 0.33 µF

–VREF –VREF (–2.64 Â … –2.86 Â)

>10 ìÀ

D1, D2, D3 = 1N400x R

D1 BZXC2V7 (2.7 Â)

–2.7 Â

Ðèñóíîê 3.  ñõåìå ñ ðåãóëèðóåìûì ñòàáèëèçàòîðîì, òàêèì êàê L200, øóíòîâîé ñòàáèëèçàòîð äåéñòâóåò êàê àêòèâíûé ðåäóêòîð íàïðÿæåíèÿ, â òî âðåìÿ êàê ïîòåíöèîìåòð ïîçâîëÿåò òî÷íî óñòàíîâèòü æåëàåìîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ.

D1 IC1 78x05 +VIN

In

+VOUT

Out R1 1k

Gnd C1 0.33 µF

I4 C2 0.33 µF

I3 C3 0.33 µF

I1

R3 1.8k

D2

I2 GND

GND 10k C4 0.33 µF

R2 1k

IC2 R4 680 I6

P1 15k

+

C5 100 µF/ 10 V

D3

I2

–VIN

–VREF I5

IC1 = 78x05 IC2 = TL431

D1, D2, D3 = 1N400x

Ðèñóíîê 4. Àíàëîãè÷íûé ïîäõîä ïðèìåíèì ê ñåìåéñòâó 78xx, íî òðåáóåò íåêîòîðûõ èçìåíåíèé ñõåìû.

íèå LM317x óìåíüøàþò è ñìåùàþò ïóòåì ñìåùåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðàõ îáðàòíîé ñâÿçè. Äëÿ ñîçäàíèÿ îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí òàéìåð NE555 è ñâÿçàííûå ñ íèì êîìïîíåíòû. Çäåñü îí âûðà-

26

áàòûâàåò –1.2  äëÿ ñìåùåíèÿ LM317x è –2.5  äëÿ àíàëîãîâûõ öåïåé ñèñòåìû. Ðàáî÷àÿ ÷àñòîòà ãåíåðàòîðà îáû÷íî óñòàíàâëèâàåòñÿ ìåæäó 20 êÃö è 200 êÃö. Ýëåìåíòàìè D1 è D2 äîëæíû áûòü äèîäû ñ áûñòðûì ïåðåêëþ÷åíèåì è íèçêèì ïàäåíèåì íàïðÿæåíèÿ, òàêèå,

ÑÒÀÒÜÈ

TR1 W1 AC

TR1 W2

BR1 –

+

+VIN

+

W1 AC

W2

BR1 –

+

+VIN

+

C1

C1 GND

+

GND

+

C2

C2 DC-DC

–VIN

–VIN

(á)

(à) TR1

TR1

D1

D1 +VIN

+VIN W1 AC

+

W2

W1 AC

C1

+

W2

C1 GND

GND +

W3

W3

+

C2 D2

D2 DC-DC

C2

–VIN

(â)

–VIN

(ã) D3

Ðèñóíîê 5. Ñóùåñòâóþò ðàçëè÷íûå ðàñïðîñòðàíåííûå ìåòîäû ñîçäàíèÿ îòðèöàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé èç ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ, âêëþ÷àÿ äâóõïîëóïåðèîäíûé âûïðÿìèòåëüíûé ìîñò ïëþñ äîïîëíèòåëüíûé äèîä (à), äâóõïîëóïåðèîäíûé âûïðÿìèòåëüíûé ìîñò ïëþñ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü (á), ïîëóìîñòîâîé âûïðÿìèòåëü ïëþñ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü (â) è ïîëóìîñòîâîé âûïðÿìèòåëü ïëþñ äîïîëíèòåëüíûé äèîä (ã).

íàïðèìåð, êàê 1N5819 èëè 1N5822. D3 – ýòî èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ èëè ïàðàëëåëüíûé ñòàáèëèçàòîð, âûðàáàòûâàþùèé ñìåùåíèå –1.2 Â, íàïðèìåð LM385-1.2 Â. Ðåçèñòîð R6 íåîáÿçàòåëåí. Îí íóæåí äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðè íåîáõîäèìîñòè îáåñïå÷èòü ìèíèìàëüíûé òîê íàãðóçêè ìèêðîñõåìû IC1. Øóíòîâîé ðåãóëÿòîð íà Ðèñóíêå 3, íàïðèìåð, TL431, ñìåùàåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñòàáèëèçàòîðà L200 ê çåìëå. Îí äîëæåí áûòü ðàññ÷èòàí íå ìåíåå ÷åì íà 10 ìÀ, ÷òîáû ïðèíèìàòü òîê, âûòåêàþùèé èç L200. Ïîäñòðîå÷íûé ïîòåíöèîìåòð P1 ñîçäàåò äëÿ L200 ñîîòâåòñòâóþùåå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ. Êðîìå òîãî, àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà íàïðÿæåíèÿ –VREF äîëæíà ðàâíÿòüñÿ âíóòðåííåìó îïîðíîìó íàïðÿæåíèþ L200, êîòîðîå íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå îò 2.64  äî 2.86 Â. Ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ R2, R3 è R4 ðàññ÷èòàíû â ñîîòâåòñòâèè ñ òåõíè÷åñêèì îïèñàíèåì ìèêðîñõåìû L200. Ýòîò ìåòîä ïðèìåíèì è ê ðåãóëèðóåìûì ñòàáèëèçàòîðàì ñåðèè 78xx (Ðèñóíîê 4). Ïîäñòðîå÷íûé ðåçèñòîð P1 èñïîëüçóåòñÿ äëÿ òîãî, ÷òîáû ñäåëàòü îïîðíîå íàïðÿæåíèå

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

–VREF ðàâíûì âûõîäíîìó íàïðÿæåíèþ 78x05 è, òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷èòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå +VOUT, áëèçêîå ê óðîâíþ çåìëè. Ñ ïîìîùüþ R2 óñòàíàâëèâàåòñÿ òðåáóåìîå çíà÷åíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ +V OUT ìåæäó 0  è +5 Â. Äëÿ äðóãèõ äèàïàçîíîâ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé íåîáõîäèìî èçìåíèòü íîìèíàëû ðåçèñòîðîâ R2 è R1. Êðîìå òîãî, ïîòåíöèîìåòð R2 ìîæíî çàìåíèòü ïîñòîÿííûì ðåçèñòîðîì. Íà Ðèñóíêå 5 ïðåäñòàâëåíî íåñêîëüêî èäåé äëÿ ñîçäàíèÿ îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ, íåîáõîäèìîãî äëÿ ñìåùåíèÿ óðîâíåé âûâîäîâ çåìëè èëè îáðàòíîé ñâÿçè ñòàáèëèçàòîðîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì NE555 èëè äðóãèõ ìåòîäîâ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet STMicroelectronics L200 2. Datasheet Fairchild LM317 3. Datasheet Texas Instruments LM350A 4. Datasheet Texas Instruments LM431 5. Datasheet Texas Instruments LM385-1.2 6. Datasheet Diodes NE555 7. Datasheet Diodes TL431

27

Ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèÿ c çàðÿäîâûì íàñîñîì Äèêñîíà Î. Ïåòðàêîâ, Ìîñêâà  ñòàòüå îïèñàíû äâà ïðîñòûõ, íî âûñîêîýôôåêòèâíûõ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëÿ íàïðÿæåíèÿ ñ çàðÿäîâûì íàñîñîì Äèêñîíà.  ïåðâîì ïðåîáðàçîâàòåëå íàïðÿæåíèå óâåëè÷èâàåòñÿ â 16 ðàç ñ ïîìîùüþ äâóõ êîíäåíñàòîðîâ, âî âòîðîì – â 32 ðàçà ñ ïîìîùüþ ÷åòûðåõ êîíäåíñàòîðîâ. Ïðè÷åì, ýòî íå ïðåäåë, è êîýôôèöèåíò ïîâûøåíèÿ ìîæåò áûòü åùå áîëüøå.

Ï

Ïðåäëàãàåìûå ïðåîáðàçîâàòåëè áûëè âîñòðåáîâàíû âî âñòðîåííîé ñèñòåìå àâòîìàòèçèðîâàííîãî êîíòðîëÿ ñîïðîòèâëåíèÿ èçîëÿöèè íåêîòîðûõ öåïåé áîðòîâîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ. Äëÿ ýòîãî òðåáóåòñÿ äîñòàòî÷íî âûñîêîå íàïðÿæåíèå ïðè íåáîëüøîì òîêå íàãðóçêè. Îäíàêî ïðåîáðàçîâàòåëè ìîãóò íàéòè è äðóãèå ïðèìåíåíèÿ.

VD1

VD2

C1

C2

Íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëåíà ñõåìà äâóõòàêòíîãî ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ íàïðÿæåíèÿ, ïèòàþùåãîñÿ îò íàïðÿæåíèÿ +(4…5) Â. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæåò äîñòèãàòü 80  ïðè ðàáîòå íà íàãðóçêó 100 êÎì. Ïðè óìåíüøåíèè ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè âûõîäíîå íàïðÿæåíèå áóäåò óìåíüøàòüñÿ. Åñëè íóæíî ïîëó÷èòü êîíêðåòíîå íàïðÿæåVD3

C3 +80 Â

ÊÄ522Á

ÊÄ522Á C1 0.1µ

L1 +(4...5) B

+

Âõîä

60µ

+

C4 0.47µ

60µ

+

R1 1K

R2 –

1K

VT1 ÊÒ3117À

C3 0.1µ

Íàãðóçêà

R3 100K

VD4 2Ñ536À Ñòàáèëèòðîí

VT2 ÊÒ3117À

–

Îáùèé

+

Âûõîä

C2 0.1µ

–

L2

ÊÄ522Á

–

Îáùèé

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ 2-êàñêàäíûì óìíîæèòåëåì íàïðÿæåíèÿ.

28

ÑÕÅÌÛ

40

100 V(C3) âûõîäíîå íàïðÿæåíèå +80 Â

K2 +38 B

K1 +38 B 30

75 20

V(C2) +80 Â

Âõîä + (4…5) B

50

10

0

0

5

10

15

V(C1) +40 Â

25

Âðåìÿ [ìêñ]

Ïèòàíèå +5 Â

Ðèñóíîê 2. Âûñîêîâîëüòíûå èìïóëüñû (+38 Â) íà êîëëåêòîðàõ òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2.

0

0

10

20

Âðåìÿ [ìêñ]

íèå, òî íà âûõîä ìîæíî ïîñòàâèòü îãðàíè÷èâàþùèé ñòàáèëèòðîí. Íà òðàíçèñòîðàõ VT1, VT2 è ýëåìåíòàõ L1, L2, R1 è R2 ñîáðàí äâóõòàêòíûé ãåíåðàòîðìóëüòèâèáðàòîð. Íà äèîäàõ VD1, VD2 è êîíäåíñàòîðàõ Ñ1, Ñ2 ñîáðàí äâóõêàñêàäíûé óìíîæèòåëü íàïðÿæåíèÿ, ðàáîòàþùèé ñ ïîñòîÿííûì òîêîì (çàðÿäîâûé íàñîñ Äèêñîíà). Äèîä VD3 âûïîëíÿåò ôóíêöèþ âûïðÿìèòåëÿ, à êîíäåíñàòîð Ñ3 – ðîëü ôèëüòðà. Ïðè ïîäà÷å íàïðÿæåíèÿ +5  ñõåìà ïåðåõîäèò â ðåæèì ãåíåðàöèè.  ïðîöåññå ïåðåêëþ÷åíèÿ òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2 íà èíäóêòèâíîñòÿõ L1 è L2 îáðàçóþòñÿ âûñîêîâîëüòíûå èìïóëüñû ïîëîæèòåëüíîé ïîëÿðíîñòè. Ôîðìà èìïóëüñîâ íàïðÿæåíèÿ íà êîëëåê-

VD1

C1

VD2

C2

VD3

C3

Ðèñóíîê 3. Èìïóëüñû íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðàõ Ñ1, Ñ2 è Ñ3 â òî÷êå ñîåäèíåíèÿ ñ äèîäàìè îòíîñèòåëüíî îáùåãî ïðîâîäà.

òîðàõ òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT1 ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 2. Èõ àìïëèòóäà ìîæåò äîõîäèòü ïðèìåðíî äî +(38…39) Â. Âûñîêîâîëüòíûå èìïóëüñû, ñäâèíóòûå ïî ôàçå íà 180 ãðàäóñîâ, çàðÿæàþò êîíäåíñàòîðû Ñ1 è Ñ2 ïàðàëëåëüíî, à ðàçðÿæàþò ïîñëåäîâàòåëüíî ÷åðåç äèîäû VD1 è VD2. Çà ñ÷åò ýòîãî íà êîíäåíñàòîðå Ñ2 îáðàçóþòñÿ èìïóëüñû åùå áîëåå âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå ÷åðåç äèîä VD3 çàðÿæàþò êîíäåíñàòîð Ñ3. Ôîðìà èìïóëüñîâ íàïðÿæåíèÿ íà

VD4

C4

VD5

C5 +150 Â

ÊÄ522Á

ÊÄ522Á C1 0.1µ

ÊÄ522Á

ÊÄ522Á

ÊÄ522Á

C2 0.1µ

C3 0.1µ

C4 0.1µ

+

+

Âûõîä

K1 L1 +(4...5) B

+

60µ

R1 –

1K

L2

Âõîä +

60µ

C6 0.47µ

VT1 ÊÒ3117À

VD6 2Ñ536À Ñòàáèëèòðîí C5 0.1µ

Íàãðóçêà

R3 100K VD7 2Ñ536À Ñòàáèëèòðîí

R2 –

1K

VT2 ÊÒ3117À

K2

Îáùèé

Îáùèé

–

–

Ðèñóíîê 4. Ñõåìà ïðåîáðàçîâàòåëÿ c 4-êàñêàäíûì óìíîæèòåëåì íàïðÿæåíèÿ.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

29

êîíäåíñàòîðàõ Ñ1, Ñ2 è Ñ3 â òî÷êå èõ ñîåäèíåíèÿ ñ äèîäàìè îòíîñèòåëüíî îáùåãî ïðîâîäà ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 3. Åñëè òðåáóåòñÿ áîëåå âûñîêîå íàïðÿæåíèå, êîëè÷åñòâî êàñêàäîâ óìíîæåíèÿ ìîæíî óâåëè÷èòü. Íà Ðèñóíêå 4 ïðåäñòàâëåíà ñõåìà äâóõòàêòíîãî ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ðàáîòàþùåãî àíàëîãè÷íî, íî óìíîæèòåëü çäåñü 4-êàñêàäíûé. Âîçìîæíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äî (150 …155) Â, ïðè ðàáîòå íà íàãðóçêó 100 êÎì. Ïðè óìåíüøåíèè ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè âûõîäíîå íàïðÿæåíèå áóäåò óìåíüøàòüñÿ. Åñëè íóæíî ïîëó÷èòü êîíêðåòíîå íàïðÿæåíèå, òî íà âûõîä ìîæíî óñòàíîâèòü îãðàíè÷èâàþùèé ñòàáèëèòðîí. Ôîðìà èìïóëüñîâ íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðàõ Ñ1, Ñ2, Ñ3, Ñ4 è Ñ5 â òî÷êå ñîåäèíåíèÿ ñ äèîäàìè îòíîñèòåëüíî îáùåãî ïðîâîäà ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 5.  ñõåìàõ èñïîëüçîâàíû n-p-n òðàíçèñòîðû ÊÒ3117À. Ìîæíî èñïîëüçîâàòü ëþáûå äðóãèå òðàíçèñòîðû, â òîì ÷èñëå è ãåðìàíèåâûå. Äðîññåëè L1 è L2 ìîãóò áûòü ëþáûå, ñ èíäóêòèâíîñòüþ îò 60 ìêÃí äî 125 ìêÃí. Ïîäõîäèò ìàëîãàáàðèòíûé âûñîêî÷àñòîòíûé äðîññåëü ÄÌ-0,2-60 - 0,2 À, 60 ìêÃí, 4.10 Îì. Íî ëó÷øå ïîñòàâèòü äðîññåëü íà òîðîèäàëüíîì ñåðäå÷íèêå, òàê êàê îí áóäåò ñîçäàâàòü ìåíüøå ïîìåõ. Åìêîñòü êîíäåíñàòîðîâ Ñ3 (Ðèñóíîê 1) è Ñ5 (Ðèñóíîê 4) ìîæåò áûòü ëþáîé â äèàïàçîíå îò 0.1 ìêÔ äî 4.7 ìêÔ. Âñå çàâèñèò îò òîãî, êàêîå êà÷åñòâî ôèëüòðàöèè ïèòàíèÿ âàì òðåáóåòñÿ.  ìîåì ñëó÷àå äîñòàòî÷íî åìêîñòè 0.1…0.47 ìêÔ. Ýòè êîíäåíñàòîðû äîëæíû áûòü îáÿçàòåëüíî êåðàìè÷åñêèìè, òàê êàê ÷àñòîòà èìïóëüñîâ íà âûõîäå ãåíåðàòîðà ñîñòàâëÿåò 100…130 êÃö. Ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå êîíäåíñàòîðîâ äîëæíî ïðåâûøàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðåîáðàçîâàòåëÿ õîòÿ áû â ïîëòîðà ðàçà. Îñòàëüíûå êîíäåíñàòîðû äîëæíû áûòü êåðàìè÷åñêèìè ñ ðàáî÷èì íàïðÿæåíèåì íå ìåíåå 50 Â. Åìêîñòè ýòèõ êîíäåíñàòîðîâ îòíîñèòåëüíî óêàçàííûõ íà ñõåìå íîìèíàëîâ ìîæíî ìåíÿòü â äîñòàòî÷íî øèðîêèõ ïðåäåëàõ, íàïðèìåð, â ðàçû. Íîìèíàëüíàÿ ìîùíîñòü ðàññåÿíèÿ ðåçèñòîðîâ R1 è R2 (Ðèñóíêè 1 è 4) äîëæíà áûòü íå ìåíåå 0.25 Âò. Òèï ðåçèñòîðîâ ëþáîé. Îò

30

Íàïðÿæåíèå íà âûõîäå V(C5) = 155 Â 160 V(C4) 155 Â 120 V(C3) 120 Â 80 V(C2) +80 Â 40 V(C1) +40 Â 0

0

Ïèòàíèå +5 Â

10

20

Âðåìÿ [ìêñ]

Ðèñóíîê 5. Èìïóëüñû íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðàõ Ñ1, Ñ2, Ñ3, Ñ4 è Ñ5 â òî÷êå ñîåäèíåíèÿ ñ äèîäàìè îòíîñèòåëüíî îáùåãî ïðîâîäà.

âåëè÷èíû ñîïðîòèâëåíèé ýòèõ ðåçèñòîðîâ ñèëüíî çàâèñèò ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Äëÿ ïîâûøåíèÿ ÊÏÄ èõ íîìèíàë ñëåäóåò óâåëè÷èâàòü äî òåõ ïîð, ïîêà ñîõðàíÿåòñÿ óñòîé÷èâàÿ ðàáîòà â çàäàííîì äèàïàçîíå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Òðàíçèñòîðû æåëàòåëüíî âûáðàòü ñ âûñîêèì óñèëåíèåì, ÷òîáû èìåòü âîçìîæíîñòü óâåëè÷èâàòü íîìèíàëû ðåçèñòîðîâ R1 è R2. Äèîäû â óìíîæèòåëÿõ äîëæíû âûäåðæèâàòü íàïðÿæåíèå âûñîêîâîëüòíûõ èìïóëüñîâ, îáðàçóþùèõñÿ íà êîëëåêòîðàõ òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2 (ñì. Ðèñóíîê 2; â ñõåìå Ðèñóíîê 4 èìïóëüñû òî÷íî òàêèå æå). Äëÿ ýòîãî äîñòàòî÷íî â îáåèõ ñõåìàõ âûáðàòü âñå äèîäû ñ äîïóñòèìûì îáðàòíûì íàïðÿæåíèåì íå ìåíåå 50  (ò. å. âûñîêîâîëüòíûå äèîäû íå òðåáóþòñÿ, è ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïîäõîäÿùóþ ìàòðèöó äèîäîâ). Òî æå ñàìîå îòíîñèòñÿ è ê êîíäåíñàòîðàì óìíîæèòåëÿ – îíè äîëæíû èìåòü ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå íå ìåíåå 50 Â, íî âûñîêîâîëüòíûå êîíäåíñàòîðû íå íóæíû. (Íàáîðû òðàíçèñòîðîâ è êîíäåíñàòîðîâ â îäíîì êîðïóñå òîæå ñóùåñòâóþò). Äëÿ ïðîâåðêè ðàáîòîñïîñîáíîñòè ïðåîáðàçîâàòåëåé ê èõ âûõîäó íàäî ïîäêëþ÷èòü ðåçèñòîð íîìèíàëîì 100 êÎì è ìîùíîñòüþ íå ìåíåå 0.5 Âò äëÿ èìèòàöèè òîêà íàãðóçêè.

ÑÕÅÌÛ

Çàêëþ÷åíèå Ïðåîáðàçîâàòåëü ñïîñîáåí ðàáîòàòü è ïðè ìåíüøåì ïèòàþùåì íàïðÿæåíèè.  ïðåäñòàâëåííîé ñõåìå èñïîëüçóþòñÿ êðåìíèåâûå òðàíçèñòîðû, ïîýòîìó äëÿ çàïóñêà ïðåîáðàçîâàòåëÿ òðåáóåòñÿ íàïðÿæåíèå áîëüøå 1 Â. Åñëè èñïîëüçîâàòü ãåðìàíèåâûå òðàíçèñòîðû, òî ñõåìà áóäåò çàïóñêàòüñÿ ïðè íàïðÿæåíèè, ïðåâûøàþ-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

ùåì 0.3 Â. Ïðè ïîíèæåííûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ ñëåäóåò óìåíüøèòü íîìèíàëû ðåçèñòîðîâ R1 è R2. Î÷åâèäíî, ÷òî äëÿ ïîëó÷åíèÿ íóæíîãî âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ êîëè÷åñòâî êàñêàäîâ óìíîæåíèÿ ìîæíî óâåëè÷èâàòü äî êàêîãî-òî ðàçóìíîãî ïðåäåëà. Íà îñíîâå òàêîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìîæíî ñäåëàòü ìåãàîììåòð íà áàòàðåéêàõ. ÐË

31

Îáëåã÷àåì æèçíü ìåõàíè÷åñêîìó óãëîâîìó ýíêîäåðó

Áàñêîâ Ì. Ï.

Ì. Ï. Áàñêîâ, Ìîñêâà

32

ùåãî â êà÷åñòâå îðãàíîâ óïðàâëåíèÿ äâå êíîïêè, íàæàòèå íà êîòîðûå ñîîòâåòñòâóåò âðàùåíèþ îñè ýíêîäåðà â ðàçíûå ñòîðîíû. Äëèòåëüíîå íàæàòèå íà êíîïêè óâåëè÷èâàåò ÷àñòîòó ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ è ðåàëèçóåò ðåæèì óñêîðåííîé ðåãóëèðîâêè. Âûõîäû ñõåìû èìèòàòîðà ïîäêëþ÷àþòñÿ ïàðàëëåëüíî âûâîäàì ýíêîäåðà. Ìîäåëü, ïîÿñíÿþùàÿ ðàáîòó èìèòàòîðà, ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1.

a Ãåíåðàòîð ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ

Î

Îïóáëèêîâàííàÿ íà ñàéòå «ÐàäèîËîöìàí» ñòàòüÿ [1] àâòîðà Anthony Smith îá èñïîëüçîâàíèè óãëîâîãî ýíêîäåðà äëÿ òî÷íîãî óïðàâëåíèÿ ïðèðàùåíèÿìè íàïðÿæåíèÿ ëàáîðàòîðíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ áåç ïðèìåíåíèÿ ìèêðîêîíòðîëëåðà èëè ðåâåðñèâíîãî ñ÷åò÷èêà ñ ÖÀÏ, âäîõíîâèëà ìåíÿ èññëåäîâàòü ýòîò ôåíîìåí. Ïðè ìàêåòèðîâàíèè áûë ïîëó÷åí ðåçóëüòàò, ïî ñòàáèëüíîñòè ïðåâîñõîäÿùèé ïàðàìåòðû, óêàçàííûå â ñòàòüå. Îäíàêî âàðèàíò, ñìîíòèðîâàííûé íà ïå÷àòíîé ïëàòå, áûë ïëîõ, äàæå î÷åíü ïëîõ. Íå ïîìîãëè íè òùàòåëüíàÿ î÷èñòêà ìîíòàæà, íè çàìåíà êîìïîíåíòîâ. Ñàìûé ëó÷øèé ðåçóëüòàò, äîñòèãíóòûé â ðåçóëüòàòå äîëãèõ ìó÷åíèé, áûë âäâîå õóæå, ÷åì ïðèâåäåííûé â ñòàòüå. Ïðè÷èíà, ïî êîòîðîé ñõåìà, ñîáðàííàÿ íà ìàêåòå, ïîêàçàëà îòëè÷íûé ðåçóëüòàò, òàê è îñòàëàñü òàéíîé, òàê êàê ìàêåò ïåðåä èçãîòîâëåíèåì ïå÷àòíîé ïëàòû áûë äåìîíòèðîâàí. Ïîñêîëüêó íàèáîëüøàÿ íåñòàáèëüíîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ íàáëþäàëàñü íà êîíöàõ äèàïàçîíà, òî ýêñïåðèìåíòû ñîïðîâîæäàëèñü èíòåíñèâíûì âðàùåíèåì ðó÷êè ýíêîäåðà, ÷òî è ïðèâåëî ê åãî ïðåæäåâðåìåííîé ñìåðòè. Òà æå ó÷àñòü ïîñòèãëà è âòîðîé ýíêîäåð, õîòÿ ÿ âîñïîëüçîâàëñÿ ðåêîìåíäàöèåé àâòîðà ñòàòüè è äîïîëíèë óñòðîéñòâî îïöèåé ãðóáîé ðåãóëèðîâêè. Âñå èìåþùèåñÿ ó ìåíÿ ýíêîäåðû áûëè èç îäíîé ïàðòèè, ïîëó÷åííîé ñ èçâåñòíîãî êèòàéñêîãî ñàéòà. Ñæàëèâøèñü íàä ïîñëåäíèì, òðåòüèì ýíêîäåðîì, ÿ ðàçðàáîòàë ñõåìó èìèòàòîðà ýíêîäåðà, ñîäåðæà-

Q1 Ê êîíòàêòàì óãëîâîãî ýíêîäåðà Q2

b

SW1

Ðèñóíîê 1. Ïðèíöèï ðàáîòû èìèòàòîðà óãëîâîãî ýíêîäåðà.

Ãåíåðàòîð ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ôîðìèðóåò äâå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ, ïðè÷åì îäíà èç íèõ èìååò ñäâèã â 90 ãðàäóñîâ îòíîñèòåëüíî äðóãîé. Ýòî ãëàâíîå óñëîâèå äëÿ èìèòàòîðà óãëîâîãî ýíêîäåðà, êîòîðûé ïðè âðàùåíèè ãåíåðèðóåò àíàëîãè÷íóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ.  èñõîäíîì ñîñòîÿíèè èìïóëüñû íà âûõîäàõ èìèòàòîðà îòñóòñòâóþò.  âåðõíåì ïîëîæåíèè ïåðåêëþ÷àòåëÿ SW1 íà âûõîä Q1 ïðîõîäèò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü «a», à íà âûõîä Q2 – ïîñëåäîâàòåëüíîñòü «b».  íèæíåì

ÑÕÅÌÛ

1

9

10

+Us

8 DD3.3 13

5

12 DD3.4

A1 – LM567CH; DD1, DD2 – CD4001BE; DD3 – CD4093BE; DD4 – CD40107BE; VD1 – ÊÄ521; VT1 – 2N7000.

à

1

5

A1

«Down»

5 R1 3ê6

6

b

9

13 10

12

DD4.1 3

Q1

2

11

3 Ê êîíòàêòàì óãëîâîãî ýíêîäåðà DD2.2

C4 100í

4

13

DD2.3 10

8

12

DD4.2 5

Q2

7

11 DD3.2

VT1

6

DD2.4

4 C2 2.2ìê

1

DD1.4

DD2.1

R3* 27ê C1 470í

3

2

DD1.3

6

8

DD3.1

4

2

R5 51ê

R2 3ê6

4

9

1

DD1.2

8

+Us

3 7

C3 100í

6

«Up»

+Us

3

2

R4 51ê

11

DD1.1

R5* 51ê

5

C

6 C5 100ìê

+

VD1

+Us – 4.5…6 Â; Âûâîäû ïèòàíèÿ: DD1-DD3: Us – âûâîä 14, îáùèé – âûâîä 7; DD4: Us – âûâîä 8, îáùèé – âûâîä 4; À1: Us – âûâîä 4, îáùèé – âûâîä 7.

Ðèñóíîê 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà èìèòàòîðà óãëîâîãî ýíêîäåðà.

ïîëîæåíèè ïåðåêëþ÷àòåëÿ SW1 íà âûõîä Q1 ïðîõîäèò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü «b», à íà âûõîä Q2 – ïîñëåäîâàòåëüíîñòü «a». Ïåðåêëþ÷åíèå SW1 ýêâèâàëåíòíî âðàùåíèþ îñè ýíêîäåðà âëåâî è âïðàâî. Ñõåìà, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 1, ÿâèëàñü äåéñòâóþùèì ïðîòîòèïîì, äîñòàòî÷íûì äëÿ òîãî, ÷òîáû áûñòðî èçìåíÿòü ðåãóëèðóåìûé ïàðàìåòð îò ìàêñèìóìà äî ìèíèìóìà è îáðàòíî. Îäíàêî ìû íå èç òåõ, êòî èùåò ëåãêèõ ïóòåé. Îáû÷íûé ñäâîåííûé òóìáëåð – ýòî íå íàø ñòèëü. Ïîýòîìó äëÿ êîìôîðòíîé ðàáîòû áûëà ðàçðàáîòàíà ñõåìà ýëåêòðîííîãî èìèòàòîðà óãëîâîãî ýíêîäåðà, èçîáðàæåííàÿ íà Ðèñóíêå 2.  êà÷åñòâå ãåíåðàòîðà êâàäðàòóðíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ ÿ èñïîëüçî-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

âàë ìèêðîñõåìó LM567CN, ïðåäíàçíà÷åííóþ äëÿ äåìîäóëÿöèè àíàëîãîâûõ ñèãíàëîâ íà ÷àñòîòàõ äî 500 êÃö è ñíàáæåííóþ êâàäðàòóðíûì ôàçîâûì äåòåêòîðîì. Íà Ðèñóíêå 2 ýòà ìèêðîñõåìà îáîçíà÷åíà êàê A1. Íà âûõîäàõ À1, îáîçíà÷åííûõ íà ñõåìå êàê «a» è «b», êâàäðàòóðíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìååòñÿ ïî óìîë÷àíèþ. Îñòàâàëîñü òîëüêî ïðè ïîìîùè äâóõ êíîïîê, îáîçíà÷åííûõ íà ñõåìå êàê «Up» è «Down», íàïðàâèòü ýòó ïîñëåäîâàòåëüíîñòü íà âûõîäû Q1 è Q2 ñõåìû èìèòàòîðà. Ìèêðîñõåìà DD4 èìååò âûõîäû ñ îòêðûòûì ñòîêîì, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîäêëþ÷àòü âûõîäû ñõåìû ïàðàëëåëüíî ïðàêòè÷åñêè ëþáûì ýíêîäåðàì, ó êîòîðûõ ñðåäíèé âûâîä ïîäêëþ÷åí ê îáùåìó ïðîâîäó. Ðåàëèçîâàííàÿ ëîãèêà íàñòîëüêî ïðîñòà, ÷òî íå íóæäàåòñÿ â ïîÿñíåíèè. Îñòàíîâèìñÿ

33

òîëüêî íà óïðàâëåíèè ÷àñòîòîé âûõîäíûõ èìïóëüñîâ, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò èìèòèðîâàòü ìåäëåííîå è áûñòðîå âðàùåíèå îñè ýíêîäåðà.  èñõîäíîì ñîñòîÿíèè â òî÷êå «ñ» ïðèñóòñòâóåò íèçêèé ïîòåíöèàë, è êîíäåíñàòîð Ñ5 ðàçðÿæåí. Âûñîêèé ïîòåíöèàë íà âûõîäå ýëåìåíòà DD3.2 óäåðæèâàåò â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè òðàíçèñòîð VT1, ïîäêëþ÷àþùèé êîíäåíñàòîð Ñ2 ïàðàëëåëüíî êîíäåíñàòîðó Ñ1. ×àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ íà âûõîäå À1 ïðè óêàçàííûõ íà ñõåìå íîìèíàëàõ R3, Ñ1 è Ñ2, ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 13 Ãö, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ðåæèìó ìåäëåííîãî âðàùåíèÿ îñè ýíêîäåðà. Ïðè íàæàòèè íà ëþáóþ èç êíîïîê, â òî÷êå «ñ» ïîÿâëÿåòñÿ âûñîêèé ïîòåíöèàë, íà÷èíàþùèé çàðÿæàòü êîíäåíñàòîð Ñ5 ÷åðåç ðåçèñòîð R5. Ïðè äëèòåëüíîì íàæàòèè íà êíîïêó ðàñòóùåå íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå Ñ5 äîñòèãíåò ïîðîãîâîãî óðîâíÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ ýëåìåíòà DD3.2, è íà åãî âûõîäå ïîÿâèòñÿ íèçêèé ïîòåíöèàë, çàêðûâàþùèé òðàíçèñòîð VT1. Òåïåðü âûõîäíàÿ ÷àñòîòà ãåíåðàòîðà A1 îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî êîíäåíñàòîðîì Ñ1, âîçðàñòàÿ äî 62 Ãö. Ýòî ñîîòâåòñòâóåò ðåæèìó áûñòðîãî âðàùåíèÿ îñè ýíêîäåðà.

34

Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî êàê çàäåðæêà âêëþ÷åíèÿ ïîâûøåííîé ÷àñòîòû, òàê è ñàìè çíà÷åíèÿ íèçêîé è âûñîêîé ÷àñòîò ìîãóò áûòü èçìåíåíû ïîëüçîâàòåëåì â øèðîêèõ ïðåäåëàõ, ÷òî ÿâëÿåòñÿ íåñîìíåííûì ïëþñîì ïðåäëàãàåìîãî ðåøåíèÿ. Îïèñàííûé â ñòàòüå ïðèíöèï ïîñòðîåíèÿ èìèòàòîðà óãëîâîãî ýíêîäåðà ìîæåò áûòü ðåàëèçîâàí ÷èñòî ïðîãðàììíûìè ìåòîäàìè ñ èñïîëüçîâàíèåì ìèêðîêîíòðîëëåðà, åñëè ýíêîäåð èñïîëüçóåòñÿ â ñèñòåìå öèôðîâîãî óïðàâëåíèÿ êàêèì-ëèáî ïðîöåññîì. ÐË

Ññûëêè: 1. Anthony Smith. Òî÷íîå óïðàâëåíèå ñòóïåí÷àòûìè ïðèðàùåíèÿìè íàïðÿæåíèÿ ñ ïîìîùüþ óãëîâîãî ýíêîäåðà

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM567C 2. Datasheet Texas Instruments CD4001BE 3. Datasheet Texas Instruments CD4093BE 4. Datasheet Texas Instruments CD40107BE 5. Datasheet Microchip 2N7000

ÑÕÅÌÛ

Ãèñòåðåçèñ ìóëüòèâèáðàòîðà ñîçäàåòñÿ êàñêàäîì ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè Robert Larson EDN

Ñ

Ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî êîíñòðóêöèé àâòîêîëåáàòåëüíûõ ìóëüòèâèáðàòîðîâ íà îñíîâå ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Îäíîé èç ñàìûõ ïðîñòûõ ÿâëÿåòñÿ èíâåðòîð ñ òðèããåðîì Øìèòòà íà âõîäå ñ RC-öåïî÷êîé îáðàòíîé ñâÿçè (Ðèñóíîê 1).Âûõîäíîé òîê çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð äî âåðõíåãî ïîðîãà ïåðåêëþ÷åíèÿ, ïîñëå ÷åãî ñîñòîÿíèå âûõîäà ìåíÿåòñÿ íà ïðîòèâîïîëîæíîå, ïîðîã ïðèíèìàåò äðóãîå çíà÷åíèå, è çàðÿäíûé òîê êîíäåíñàòîðà ìåíÿåò íàïðàâëåíèå. Êîãäà íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå ïåðåñåêàåò íèæíèé ïîðîã, âûõîäíîå è ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèÿ âîçâðàùàþòñÿ ê èñõîäíûì çíà÷åíèÿì, è ïðîöåññ ïîâòîðÿåòñÿ. Âðåìåííûå ïàðàìåòðû èìïóëüñîâ çàâèñÿò êàê îò ïîñòîÿííîé âðåìåíè RC, òàê è îò øèðèíû ïåòëè ãèñòåðåçèñà, îïðåäåëÿåìîé ðàçëè÷èåì äâóõ ïîðîãîâûõ íàïðÿæåíèé (Ðèñóíîê 2). Ê ñîæàëåíèþ, õîòÿ ïðîèçâîäèòåëè èíâåðòîðîâ è óêàçûâàþò íàïðÿæåíèÿ ãèñòåðåçèñà â

R 10k

VC

A1

VOUT

CT 100 pF

Ðèñóíîê 1. Â áàçîâîé ñõåìå àâòîêîëåáàòåëüíîãî ìóëüòèâèáðàòîðà èñïîëüçóþò òðèããåð Øìèòòà è RC-öåïü.

ñâîèõ òåõíè÷åñêèõ äîêóìåíòàõ, ðàçáðîñ ýòèõ íàïðÿæåíèé äîâîëüíî âåëèê. Êðîìå òîãî, îíè, âåðîÿòíî, â îïðåäåëåííîé ñòåïåíè çàâèñÿò òåìïåðàòóðû. Ýòè íåîïðåäåëåííîñòè çàòðóäíÿþò ðàçðàáîòêó ñõåìû ñ ïðåäñêàçóåìîé ÷àñòîòîé êîëåáàíèé.

ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ ÍÀ ÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÐÅ (Â)

ÂÛÕÎÄÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ (Â)

ØÈÐÈÍÀ ÃÈÑÒÅÐÅÇÈÑÀ ÂÅÐÕÍÈÉ ÏÎÐÎÃ ÍÈÆÍÈÉ ÏÎÐÎÃ

3.24

3.33

3.42

3.51

3.6

3.64

3.78

3.8

ÂÐÅÌß (ñ)

Ðèñóíîê 2. Ãèñòåðåçèñ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè îïðåäåëÿåò ïîðîãè ïåðåêëþ÷åíèÿ.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

35

Ïðîñòîé èíâåðòîð, íå èìåþùèé ãèñòåðåçèñà, ïîçâîëÿþùåãî íàïðÿæåíèþ íà êîíäåíñàòîðå ïðåâûñèòü íîìèíàëüíûé ïîðîã, çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð äî ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ, è ïðîöåññ çàðÿäêè îñòàíàâëèâàåòñÿ â óçêîé ëèíåéíîé îáëàñòè èíâåðòîðà. Â ýòîò ìîìåíò îòðèöàòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü ìåæäó èíâåðòèðóþùèì âûõîäîì è âõîäîì äåëàåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíûì ïîðîãîâîìó. Äîáàâëåíèå åùå îäíîãî èíâåðòèðóþùåãî êàñêàäà ïîñðåäñòâîì ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ââîäèò äðóãîé ãèñòåðåçèñ, ïàðàìåòðû êîòîðîãî îïðåäåëÿþòñÿ âíåøíèìè ïàññèâíûìè êîìïîíåíòàìè (Ðèñóíîê 3).

îáðàòíîé ñâÿçè CH, âñëåäñòâèå ÷åãî íàïðÿæåíèå íà âðåìÿçàäàþùåì êîíäåíñàòîðå CT ïîäíèìàåòñÿ âûøå ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ. Çàðÿäíûé òîê RC-öåïè ìåíÿåò íàïðàâëåíèå, ÷òîáû âåðíóòü íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå ê ïîðîãîâîìó óðîâíþ, ïî äîñòèæåíèè êîòîðîãî ñõåìà èíæåêöèè ãèñòåðåçèñà ñíîâà ïîäòîëêíåò íàïðÿæåíèå âûøå öåëåâîãî çíà÷åíèÿ, òàê ÷òî âðåìÿçàäàþùàÿ RC-öåïü äîëæíà îïÿòü èçìåíèòü íàïðàâëåíèå çàðÿäíîãî òîêà, ÷òîáû âåðíóòüñÿ ê ïîðîãîâîìó íàïðÿæåíèþ (Ðèñóíîê 4). Ýòîò ïðîöåññ ïðîäîëæàåòñÿ áåñêîíå÷íî ñ äîâîëüíî ïðåäñêàçóåìîé ñêîðîñòüþ. Íà Ðèñóíêå 4 è â ïîñëåäóþùèõ ôîðìóëàõ èñïîëüçîâàíû ñëåäóþùèå îáîçíà÷åíèÿ: CT – åìêîñòü âðåìÿçàäàþùåãî êîíäåíñàòîðà, CH – åìêîñòü ãèñòåðåçèñíîãî êîíäåíñàòîðà, VTHR – ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå èíâåðòîðà, VLOW – íèçêèé óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà, VHIGH – âûñîêèé óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ èíâåðòîðà. Âåëè÷èíó ãèñòåðåçèñà VHYST ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ðåçóëüòàò äåéñòâèÿ åìêîñòíîãî äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ, îáðàçîâàííîãî âðåìÿçàäàþùèì êîíäåíñàòîðîì CT è êîíäåíñàòîðîì ãèñòåðåçèñà CH. Êîãäà êàñêàä 1 ïåðåêëþ÷àåò êàñêàä 2, åãî âûõîäíîé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü ïåðåõîäèò ñ âûñîêîãî íà íèçêèé èëè ñ íèçêîãî íà âûñîêèé, èçìåíÿÿñü íà âåëè÷èíó VHIGH – VLOW, à íàïðÿæåíèå íà âðåìÿçàäàþùåì êîíäåíñàòîðå ïîäñêàêèâàåò íà âåëè÷èíó

CH 100 pF R 10k

VCH

VCT VSTAGE1 ÊÀÑÊÀÄ 1 CT 470 pF

VSTAGE2 ÊÀÑÊÀÄ 2

Ðèñóíîê 3. Äîáàâëåíèå êàñêàäà ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè îáåñïå÷èâàåò ãèñòåðåçèñ êàñêàäà íà ïðîñòîì èíâåðòîðå.

Âñÿêèé ðàç, êîãäà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VSTAGE1 êàñêàäà 1 ïåðåñåêàåò ïîðîãîâîå çíà÷åíèå, äîïîëíèòåëüíûé êàñêàä 2 èíæåêòèðóåò äîïîëíèòåëüíûé çàðÿä ÷åðåç êîíäåíñàòîð

æ CH ö ÷÷ .

VHYST = ( VHIGH - VLOW )çç è CH + CT ø

5 VHIGH

ÃÈÑÒÅÐÅÇÈÑ (Â)

VSTAGE1 4

VCT VHYST

3

VHYST

2 1

VTHR

VLOW

0 0

2

4

6

8

10

12

ÂÐÅÌß (ñ)

Ðèñóíîê 4. Ãèñòåðåçèñ âîçíèêàåò â ðåçóëüòàòå èíæåêöèè çàðÿäà èç êàñêàäà 2, ïðè êîòîðîì íàïðÿæåíèå íà âðåìÿçàäàþùåì êîíäåíñàòîðå ïðåâûøàåò ïîðîã ïåðåêëþ÷åíèÿ íà èçâåñòíóþ ôèêñèðîâàííóþ âåëè÷èíó.

36

ÑÕÅÌÛ

Ïðè ýòîì íàïðÿæåíèå íà âðåìÿçàäàþùåì êîíäåíñàòîðå âîçâðàùàåòñÿ ê óðîâíþ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ êàñêàäà 1 çà ñ÷åò òîêà, èäóùåãî êàê ÷åðåç âðåìÿçàäàþùèé, òàê è ÷åðåç ãèñòåðåçèñíûé êîíäåíñàòîð. Òàêèì îáðàçîì, ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè, îïðåäåëÿþùàÿ ïåðèîä êîëåáàíèé, ðàâíà R(CT + CH), à íàïðÿæåíèå íà âðåìÿçàäàþùåì êîíäåíñàòîðå ðàâíî èëè -

VCT = ( VTHR + VHYST - VLOW ) e

t R ( C T + CH )

èëè -

VCT = [ VHIGH - ( VTHR - VHYST )] e

t R ( C T + CH )

Îäíàêî ïîñëåäîâàòåëüíàÿ êîìáèíàöèÿ CT è CH ñîçäàåò åìêîñòíóþ íàãðóçêó äëÿ êàñêàäà 2. Ýòà íàãðóçêà âëèÿåò íà âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà êàñêàäà 2, ñóììó êîòîðûõ íóæíî äîáàâèòü ê îáùåìó ïåðèîäó T.  ñëó÷àå ÊÌÎÏ ìèêðîñõåì, òàêèõ êàê 74VHC04, âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà çàâèñÿò îò âûõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ìèêðîñõåìû, à òàêæå îò íîìèíàëîâ âíåøíèõ êîìïîíåíòîâ. Åñëè çà ìîäåëü âûõîäà êàñêàäà 2 ïðèíÿòü RC-öåïü, âðåìåíà ýêñïîíåíöèàëüíîãî íàðàñòàíèÿ è ñïàäà ìåæäó óðîâíÿìè 10% è 90% ìîæíî îïðåäåëèòü êàê

æ C C ö t RISE 2 = t FALL 2 = 2.2 R O çç T H ÷÷ + t O , è CT + CH ø

,

â çàâèñèìîñòè îò òîãî, â êàêîì ïîëóïåðèîäå ýòî ïðîèñõîäèò. Âðåìÿ îò VTHR + VHYST îáðàòíî äî VTHR âû÷èñëÿåòñÿ êàê

æ VTHR - VLOW t1 = -R(CT + CH ) ln çç è VTHR + VHYST - VLOW

ö ÷÷ . ø

Äëÿ äðóãîãî ïîëóïåðèîäà

ãäå tRISE2 – âðåìÿ íàðàñòàíèÿ, tFALL2 – âðåìÿ ñïàäà, RO – âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå èíâåðòîðà, êîòîðîå äëÿ ìèêðîñõåìû 74VHC04 ðàâíî 30 Îì, tO – âðåìÿ íàðàñòàíèÿ â îòñóòñòâèå íàãðóçêè, äëÿ 74VHC04 ðàâíîå 4.5 íñ. Òàêèì îáðàçîì, îáùèé ïåðèîä ðàâåí

æ ö VHIGH - VTHR ÷÷ . t 2 = -R(CT + CH ) ln çç è VHIGH - VTHR + VHYST ø Ê îáùåìó ïåðèîäó ñëåäóåò ïðèáàâèòü ñóììàðíóþ çàäåðæêó ðàñïðîñòðàíåíèÿ (tPLH + tPHL) â êàñêàäàõ 1 è 2. Ýòè âðåìåíà çàäåðæêè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ÿâëÿþòñÿ íåçíà÷èòåëüíûìè, åñëè òîëüêî íå òðåáóåòñÿ, ÷òîáû ñõåìà ðàáîòàëà íà ìàêñèìàëüíîé ÷àñòîòå. Òîãäà ïðîãíîç ïåðèîäà êîëåáàíèé çàâèñèò òîëüêî îò íîìèíàëîâ ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ è èõ äîïóñêîâ, òåìïåðàòóðû è êîýôôèöèåíòîâ ñòàðåíèÿ.

t1+ t 2 +2 ( t PLH + t PHL ) + t RISE 2 + t FALL 2 . Òàêæå îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî âðåìÿ çàâèñèò îò âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé èíâåðòîðà è ïîëîæåíèÿ ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ îòíîñèòåëüíî ãðàíèö ýòîãî äèàïàçîíà. Íàïðèìåð, ïîâåäåíèå ÊÌÎÏ ìèêðîñõåì, âûõîäíûå ëîãè÷åñêèå óðîâíè êîòîðûõ áëèæå ê íàïðÿæåíèÿì øèí ïèòàíèÿ, áîëåå ïðåäñêàçóåìî, ÷åì ìèêðîñõåì ÒÒË (òðàíçèñòîðíî-òðàíçèñòîðíîé ëîãèêè), à ìèêðîñõåìà 74HC ñ ïîðîãîâûì

Òàáëèöà 1. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé â ñõåìå ñ èíâåðòîðàìè 74VHC04 Îæèäàåìûå ðåçóëüòàòû Èçìåðåííûå ðåçóëüòàòû Îáùàÿ Åìêîñòü Ñîïðîòèâëåíèå Âðåìÿçàäàþùàÿ êîíäåíñàòîðà ðàçíèöà Îáùèé Íàïðÿæåíèå Îáùèé Íàïðÿæåíèå åìêîñòü (êÎì) âðåìåíè ãèñòåðåçèñà ïåðèîä ïåðèîä ãèñòåðåçèñà ãèñòåðåçèñà (ïÔ) (%) (ïÔ) (íñ) (íñ) (Â) (Â) 10

470

100

0.88

3462

0.75

2930

18

10

470

220

1.59

6850

1.8

7340

17

10

12,000

12,000

2.5

333,526

2.6

364,800

19

0.3

220

220

2.5

221

1.75

240

18

1

12,000

12,000

2.5

34,086

2.5

36,000

15

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

37

Ðèñóíîê 5. Ñõåìà õîðîøî ðàáîòàåò íà íèçêèõ ÷àñòîòàõ.

íàïðÿæåíèåì â ñðåäèíå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ èìååò áîëåå ñèììåòðè÷íûé âûõîä, ÷åì HCT, ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå êîòîðîé ñìåùåíî äëÿ ñîâìåñòèìîñòè ñ ÒÒË. Äëÿ áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîò íóæíî èñïîëüçîâàòü ðåçèñòîðû ñ ìåíüøèìè ñîïðîòèâëåíèÿìè, âðåìÿçàäàþùèå êîíäåíñàòîðû ìåíüøåé åìêîñòè, èëè óìåíüøàòü íîìèíàëû è òîãî, è äðóãîãî. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðåäñêàçóåìûõ ðåçóëüòàòîâ åìêîñòü âðåìÿçàäàþùåãî

38

êîíäåíñàòîðà äîëæíà áûòü íå ìåíåå ÷åì â 10 ðàç áîëüøå âõîäíîé åìêîñòè èíâåðòîðà, êîòîðàÿ äëÿ òèïè÷íîé ÊÌÎÏ ìèêðîñõåìû ñîñòàâëÿåò îò 3 äî 10 ïÔ, à ñîïðîòèâëåíèå R íå äîëæíî áûòü íàñòîëüêî íèçêèì, ÷òîáû çíà÷èòåëüíî íàãðóæàòü âûõîä.  êà÷åñòâå ìåðû ïðåäîñòîðîæíîñòè åìêîñòü ãèñòåðåçèñíîãî êîíäåíñàòîðà íå äîëæíà ïðåâûøàòü åìêîñòü âðåìÿçàäàþùåãî êîíäåíñàòîðà, ÷òîáû âõîäíîå íàïðÿæåíèå êàñêàäà 1 íå ïðåâûøàëî ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ. Åñëè áû åìêîñòü êîíäåíñàòîðà ãèñòåðåçèñà áûëà íàìíîãî áîëüøå, ÷åì åìêîñòü âðåìÿçàäàþùåãî êîíäåíñàòîðà, òî ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå è íàïðÿæåíèå ãèñòåðåçèñà ïðèáëèçèëèñü áû ê 7.5 Â è –2.5 Â, ñîîòâåòñòâåííî. Ìèêðîñõåìà 74VHC04 ïðè èñïîëüçîâàíèè ðåçèñòîðîâ ñ äîïóñêîì 5% è êîíäåíñàòîðîâ ñ äîïóñêîì 20% ïîäòâåðäèëà ïðàâèëüíîñòü ðàñ÷åòîâ.  Òàáëèöå 1 îáîáùåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé, êîòîðûå íàõîäÿòñÿ â ïðåäåëàõ äîïóñêîâ íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ. Òèïè÷íûå îñöèëëîãðàììû ñèãíàëîâ íà âõîäå è âûõîäå ïîêàçàíû íà Ðèñóíêå 5. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet onsemi MC74VHC04

ÑÕÅÌÛ

Ïðîñòîé íèçêî÷àñòîòíûé ÷àñòîòîìåð Áàáàíèí Â., Êðàñíîÿðñêèé êðàé

Íîâîå – ýòî õîðîøî çàáûòîå ñòàðîå

×

×àñòîòîìåð ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ðàáîòû â ñîñòàâå àíàëîãîâîãî ãåíåðàòîðà íèçêèõ ÷àñòîò [1] è ñëóæèò äëÿ çàìåíû êðóãîâîé øêàëû íà îñè ýëåìåíòà ïåðåñòðîéêè. Ïðèìåíåíèå ñ÷åò÷èêà äåëàåò íåíóæíûìè îïåðàöèè ïî ïîäáîðó íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ è óêëàäêå ãðàíèö ïîääèàïàçîíîâ. Íèçêî÷àñòîòíûé ñ÷åò÷èê, ñõåìà êîòîðîãî ïðåäñòàâëåíà íà Ðèñóíêå 1, ñîñòîèò èç ìèíèìóìà äåòàëåé (Ðèñóíîê 2). Ñ÷åò÷èê íå òðåáóåò íàñòðîéêè è îáëàäàåò íåîáõîäèìûì â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ äèàïàçîíîì ïðè ìèíèìàëü-

íîé ñòîèìîñòè. Îñíîâíûå ýëåìåíòû – ýòî ìèêðîêîíòðîëëåð (ÌÊ) ATTiny13/13A è 4ðàçðÿäíûé ñâåòîäèîäíûé äèñïëåé íà áàçå TM1637. Ïîíàäîáèòñÿ åùå èíòåãðàëüíûé ñòàáèëèçàòîð íàïðÿæåíèÿ 5  äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ê ïèòàíèþ ãåíåðàòîðà. ×àñòîòà îòîáðàæàåòñÿ â òðåõ ðàçðÿäàõ, äåñÿòè÷íàÿ òî÷êà ïðîñòàâëÿåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè. Ãîðèçîíòàëüíûå ñåãìåíòû ÷åòâåðòîãî çíàêîìåñòà èñïîëüçóþòñÿ êàê èíäèêàòîðû

R1 3.3K FX ATtiny13A 1 AI4 2 VX

AI3 3

RST

PB2

PB3

PB1

PB4

PB0

VCC AI3 AI3

MCU

7

CLK

TM1637

6 5

DIO

VCC R2

SW (à)

(á)

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà íèçêî÷àñòîòíîãî ñ÷åò÷èêà.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

Ðèñóíîê 2. Îñíîâíûå äåòàëè ñ÷åò÷èêà.

39

Ðèñóíîê 3. Èíäèêàöèÿ ÷àñòîòû 124 êÃö.

äèàïàçîíà (Ãö, êÃö, Ðèñóíîê 3). Ìàêñèìàëüíàÿ âõîäíàÿ ÷àñòîòà 500 êÃö. Âõîä ñ÷åò÷èêà ïîäêëþ÷àåòñÿ ê âûõîäó êîìïàðàòîðà, âõîäÿùåãî â ñîñòàâ ãåíåðàòîðà [1]. Ïðè àâòîíîìíîì èñïîëüçîâàíèè íåîáõîäèì ïðîñòåéøèé ôîðìèðîâàòåëü, òàê êàê îáåñïå÷èòü ãèñòåðåçèñ ïðîãðàììíûìè ñðåäñòâàìè, ñîõðàíèâ ïîëîñó ðàáî÷èõ ÷àñòîò, íå óäàëîñü èç-çà îãðàíè÷åííîñòè ðåñóðñîâ ÌÊ. Âðåìåííáÿ áàçà ÷àñòîòîìåðà îñíîâàíà íà âíóòðåííåì RC-ãåíåðàòîðå 9.6 ÌÃö ìèêðîêîíòðîëëåðà. Òåìïåðàòóðíàÿ íåñòàáèëüíîñòü, ñîãëàñíî äîêóìåíòàöèè ïðîèçâîäèòåëÿ, íå ïðåâûøàåò 1% è ñîèçìåðèìà ñ íåñòàáèëüíîñòüþ ãåíåðàòîðà íèçêèõ ÷àñòîò, äëÿ êîòîðîãî ïðåäíàçíà÷åí ñ÷åò÷èê. Ëþáûå âåðîÿòíûå îòêëîíåíèÿ îò ñðåäíåé ÷àñòîòû 9.6 ÌÃö êîì-

Ðèñóíîê 4. Èíäèêàöèÿ íàïðÿæåíèÿ 2.87 Â.

40

ïåíñèðóþòñÿ ïðîñòûì ñïîñîáîì áåç âìåøàòåëüñòâà â ïðîãðàììó. Îá ýòîì íèæå. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà èçìåðÿåòñÿ âõîäÿùèì â ñîñòàâ ñ÷åò÷èêà âîëüòìåòðîì ñ ëþáûì âûïðÿìèòåëåì. Ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå íà âõîäå íå äîëæíî ïðåâûøàòü íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ÌÊ. Âñòðîåííûé èçìåðèòåëü èìååò øêàëó äî 20.00  ñ âåñîì ìëàäøåãî ðàçðÿäà 10 ì (Ðèñóíîê 4). Êîýôôèöèåíò ïðåîáðàçîâàíèÿ âîëüòìåòðà ìîæåò ëåãêî èçìåíÿòüñÿ â î÷åíü øèðîêèõ ïðåäåëàõ è ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü òî÷íîñòü ïîêàçàíèé ñ ëþáûì âûïðÿìèòåëåì è äåëèòåëåì. Ðåñóðñû ÌÊ äàëè âîçìîæíîñòü ïðèìåíèòü ìåòîä ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè ÀÖÏ äî 12 áèò [2]. Äëÿ ïðàâèëüíîé ñèíóñîèäû âåëè÷èíà RMS (ñðåäíåêâàäðàòè÷íîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ) ñîñòàâëÿåò 0.707 îò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ, ïîýòîìó ïðèìåíåíèå ïèêîâîãî äåòåêòîðà íà âõîäå ÀÖÏ ÌÊ – ýòî ñàìûé ëó÷øèé ñïîñîá ïîëó÷èòü èçìåðèòåëüíûé ïðèáîð, à íå èíäèêàòîð. Ïåðåä íà÷àëîì ðàáîò ñî ñ÷åò÷èêîì åãî íóæíî îòêàëèáðîâàòü. Íà âõîä ïîðòà PB3 (âûâîä.2) ïîäêëþ÷àåòñÿ ëþáîé ïîòåíöèîìåòð íîìèíàëîì îò 1 äî 100 êÎì ñ ëèíåéíîé õàðàêòåðèñòèêîé (Ðèñóíîê 1à). Íàñòîÿòåëüíî ðåêîìåíäóåòñÿ ïðîâåðèòü ñèììåòðè÷íîñòü ðåãóëèðîâêè. Äëÿ ýòîãî ðó÷êà âûâîäèòñÿ â ñðåäíåå ïîëîæåíèå, è èçìåðÿþòñÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ïëå÷. Ïîäáåðèòå ïåðåìåííûé ðåçèñòîð, ó êîòîðîãî îíè ðàâíû ñ òî÷íîñòüþ íå õóæå 10%. Ñãîäÿòñÿ è ëþáûå, íî ïðèäåòñÿ ïîòðàòèòü áîëüøå óñèëèé. Ïîòðåáóþòñÿ ýòàëîííûå ÷àñòîòîìåð è âîëüòìåòð. Äëÿ êàëèáðîâêè ñ÷åò÷èêà ïåðåä âêëþ÷åíèåì ïèòàíèÿ (!), ðó÷êó ïîòåíöèîìåòðà íóæíî ïîâåðíóòü ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè äî óïîðà. Ïîñëå âêëþ÷åíèÿ â òå÷åíèå 4 ñ ðó÷êó ïîñòàâèòü ïðèáëèçèòåëüíî â ñðåäíåå ïîëîæåíèå. Ðåæèì êàëèáðîâêè èíäèöèðóåòñÿ íà äèñïëåå òî÷êîé â ïðàâîé ïîçèöèè. Îòêëîíåíèå ðó÷êè ðåãóëÿòîðà âëåâî íà÷èíàåò óìåíüøàòü ïîêàçàíèÿ (îêíî ñ÷åòà ñóæàåòñÿ) è íàîáîðîò. ×åì áîëüøå óãîë, òåì âûøå ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ. Çàêàí÷èâàòü êàëèáðîâêó íåîáõîäèìî â ñðåäíåì ïîëîæåíèè ðåãóëÿòîðà, êîãäà èçìåíåíèÿ íóëåâûå. Ïðèäåòñÿ ïîäîæäàòü íå áîëåå ÷åòûðåõ ìèíóò, è ñ÷åò÷èê ïåðåéäåò â îáû÷íûé ðåæèì. Ïîïðàâêà çàïîìèíàåòñÿ è èñïîëüçóåòñÿ ïðè äàëüíåéøåé ðàáîòå. Òî÷êàóêàçàòåëü ãàñíåò. Òî÷íî òàê æå êàëèáðóþòñÿ

ÑÕÅÌÛ

ïîêàçàíèÿ âîëüòìåòðà, òîëüêî ïåðåä âêëþ÷åíèåì ïèòàíèÿ ðó÷êó ñëåäóåò ïîâåðíóòü ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå. Ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ ïîêàçàíèé ïðè êàëèáðîâêå ñ÷åò÷èêà è âîëüòìåòðà ñóùåñòâåííî ðàçíûå, ïîýòîìó ïðèäåòñÿ ðàáîòàòü âíèìàòåëüíî è àêêóðàòíî. Ïðåäóïðåæäåíèå. Åñëè çàáûòü âåðíóòü ðåãóëÿòîð â ñðåäíåå ïîëîæåíèå, çíà÷åíèå ïîïðàâêè íå ñîõðàíèòñÿ â ïàìÿòè. Çàïèñü ìîæåò ïðîèçîéòè òîëüêî â ñðåäíåì ïîëîæåíèè. Ýòî ñäåëàíî äëÿ òîãî, ÷òîáû îãðàíè÷èòü âîçìîæíîñòè ðàçîâîé êîððåêöèè, òàê êàê ïðîãðàììíûõ ãðàíèö ðåãóëèðîâêè íå ïðåäóñìîòðåíî. Ïîñëå ýòîé îïåðàöèè ïîòåíöèîìåòð íå íóæåí è ìîæåò áûòü çàìåíåí íà ïðîñòîé ïåðåêëþ÷àòåëü ðåæèìîâ FX/VX (Ðèñóíîê 1à). Îäíàêî, ñîõðàíèâ ïîòåíöèîìåòð â ñõåìå, âû ïîëó÷èòå ïëàâíûé ïåðåêëþ÷àòåëü.  êðàéíåì ëåâîì ïîëîæåíèè íà èíäèêàòîðå îòîáðàæàåòñÿ ÷àñòîòà, â ïðàâîì – íàïðÿæåíèå. Ìåæäó íèìè 8 âàðèàíòîâ â ñîîòíîøåíèè âðåìåíè. «Êâàíò» âðåìåíè – 1 ñ. Ñîîòâåòñòâåííî, âîçìîæíîñòü êàëèáðîâêè ïðèáîðà äîñòóïíà âñåãäà. Äèñïëåé ïåðåä èñïîëüçîâàíèåì â ñõåìå ïðèäåòñÿ äîðàáîòàòü è óäàëèòü êîíäåíñàòîðû íà øèíàõ DIO è CLK (Ðèñóíîê 5). Ñ íèìè ãàðàíòèðóåòñÿ íåíîðìàëüíàÿ ðàáîòà èíäèêàòîðà. Ïðîòîòèï «ïîäíåáåñíîé» TM1637 ïðåêðàñíî ñïðàâëÿëñÿ ñî ñêîðîñòÿìè 400 êÃö, è íåïîíÿòíî, çà÷åì ïðîèçâîäèòåëè èíäèêàòîðîâ çàãðóáèëè ñêîðîñòü îáìåíà.  íàøåì ñëó÷àå, ïðîãðàììíûå çàäåðæêè, â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðîòîêîëîì îáìåíà íà ìîäóëü èíäèêàöèè, òðåáîâàëè ðåñóðñîâ… Â ìîìåíò âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ íà äèñïëåå ïîÿâëÿåòñÿ èíôîðìàöèÿ î ðåçóëüòàòå ÷òåíèÿ ïîïðàâîê èç EEPROM ÌÊ. Ýòî ñîîáùåíèå îá óäà÷íîì ÷òåíèè èëè ðåêîìåíäàöèÿ ïðîâåñòè êîððåêöèþ, êîýôôèöèåíòû êîòîðîé îêàçàëèñü ïîâðåæäåíû.

Óäàëèòü

Ðèñóíîê 5. Äîðàáîòêà èíäèêàòîðà TM1637.

Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå ñîñòàâëÿþò äâà ôàéëà äëÿ çàãðóçêè â ïðîãðàììíóþ ïàìÿòü è EEPROM ìèêðîêîíòðîëëåðà. Ïîñëå òîãî, êàê ðåçóëüòàòû êîððåêöèè óäîâëåòâîðÿò ïîëüçîâàòåëÿ, ñîäåðæèìîå EEPROM ñîâåòóåì ñîõðàíèòü ñ èìåíåì îðèãèíàëüíîãî ôàéëà è â äàëüíåéøåì èñïîëüçîâàòü òîëüêî åãî. Êîððåêöèÿ, â äàííîì ñëó÷àå, áóäåò ãîðàçäî ïðîùå. Fuses ìèêðîêîíòðîëëåðà äîëæíû áûòü çàïðîãðàììèðîâàíû êîäîì 0x7AF900 {Lo, Hi, Ex} (÷àñòîòà ïî óìîë÷àíèþ, äåëèòåëü íà 8 âûêëþ÷åí, Brown-out detection level at VCC=4.3V). Ïîìíèòå, ÷òî îò ñòàáèëüíîñòè ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ ÌÊ íàïðÿìóþ çàâèñèò òî÷íîñòü âîëüòìåòðà, ïîýòîìó ñàìûì ëó÷øèì ðåøåíèåì áóäåò ïèòàíèå ÌÊ è äèñïëåÿ ÷åðåç ðàçíûå ñòàáèëèçàòîðû 78L05. Áëîêèðîâî÷íûå êîíäåíñàòîðû íà ñõåìå îòñóòñòâóþò. ÐË

Ññûëêè 1. Âàëåðèé Áàáàíèí. Íèçêî÷àñòîòíûé ãåíåðàòîð – òåñòåð ÎÓ 2. Âàëåðèé Áàáàíèí. Ïðîñòîé öèôðîâîé âîëüòìåòð íà ATtiny13

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Titan Micro Electronics TM1637 2. Datasheet Microchip ATtiny13A

Çàãðóçêè Ôàéëû äëÿ çàãðóçêè â ïðîãðàììíóþ ïàìÿòü è EEPROM

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

41

Èçìåðèòåëü óðîâíÿ çâóêà ñ äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì 60 äÁ Jon Munson EDN

È

Èçìåðèòåëü ãðîìêîñòè çâóêà îòîáðàæàåò ïèêîâûå àìïëèòóäû çâóêîâîãî ñèãíàëà, ïîìîãàÿ òî÷íî óñòàíîâèòü óðîâíè çàïèñè èëè èíäèöèðóÿ óñëîâèÿ ðàáîòû óñèëèòåëÿ. Êëàññè÷åñêèì èçìåðèòåëåì âçâåøåííîãî óðîâíÿ ìîæåò ñëóæèòü ïðîñòàÿ äèîäíîêîíäåíñàòîðíàÿ öåïü, íî îòêëèê òàêîé ñõåìû îãðàíè÷åí ïðèìåðíî 23 äÁ îòîáðàæàåìîãî äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà, è èçìåðèòåëþ ïðèñóùè îøèáêè, êîòîðûå âíîñÿò èíåðöèÿ åãî ñòðåëî÷íîãî èíäèêàòîðà è ìåõàíè÷åñêàÿ «áàëëèñòèêà».  ñîâðåìåííûõ óñ-

òðîéñòâàõ îòîáðàæåíèÿ ïðîáëåìà èíåðöèè óñòðàíåíà çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ ìàññèâîâ ñâåòÿùèõñÿ ýëåìåíòîâ, ôîðìèðóþùèõ ñòîëáèêîâûå äèàãðàììû, íî ëþáûå íåäîñòàòêè â õàðàêòåðèñòèêàõ îòêëèêà è òî÷íîñòè òåïåðü ñìåùàþòñÿ â îáëàñòü îáðàáîòêè ñèãíàëîâ. Ìîæíî èñïîëüçîâàòü ìåòîäû öèôðîâîé îáðàáîòêè ñèãíàëîâ è ïðèêëàäíóþ ìàòåìàòèêó äëÿ ïðîãðàììíîé ðåàëèçàöèè ôóíêöèé èçìåðèòåëÿ, íî ýòîò ïîäõîä áóäåò îòíîñèòåëüíî äîðîãèì, åñëè â óñòðîéñòâå åùå íåò ñèãíàëüíîãî ïðîöåññîðà.

C1 22 pF

R10 100

15 Â C2 15 pF

R2 30.1k

6 _

IC1B ½ LT1469 5 +

R7 7.5k

7

ÂÕ.

8 2 _

L1 VISHAY IHSM-7832 10 ìÃí

D2 MBR0520

8 + 3 _

+

IC1A ½ LT1469 3 + ÏÎËÍ. ØÊÀËÀ – 2 Â ÏÈÊ-ÏÈÊ 4

R9 1.5k

C3 0.033 µF

15 Â R1 4.99k

C5 + 100 µF

D1 CMPD6263S

1

R3 4.99k

R4 4.99k

–15  ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ: ÁËÎÊÈÐÎÂÎ×ÍÛÅ ÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÐÛ 0.033 ìêÔ ÌÅÆÄÓ ÂÛÂÎÄÀÌÈ ÏÈÒÀÍÈß ÌÈÊÐÎÑÕÅÌ ÍÀ ÑÕÅÌÅ ÍÅ ÏÎÊÀÇÀÍÛ

R5 15k

IC2 LT1011 2 + 1 _ 4

7

R11 1.5k

R12 22

–15 Â R6 30.1k

Q1 MMBT3906

R8 30.1k C4 330 pF

C6 4.7 µF

Ê ÈÇÌÅÐÈÒÅËÞ ÏÎËÍ. ØÊÀËÀ 12  13 ì ® –59 äÁ

Ðèñóíîê 1. Ýòîò èçìåðèòåëü óðîâíÿ çâóêîâîãî ñèãíàëà ñ èíäóêòèâíîé êîìïåíñàöèåé èìååò äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí 60 äÁ.

42

ÑÕÅÌÛ

Ñëàáûì ìåñòîì íåäîðîãîãî àíàëîãîâîãî èçìåðèòåëÿ îñòàåòñÿ åãî ýëåìåíò õðàíåíèÿ âûáîðêè ïèêîâîãî çíà÷åíèÿ – êîíäåíñàòîð, êîòîðûé äîëæåí çàðÿæàòüñÿ áûñòðî, ÷òîáû âîñïðèíèìàòü áîëüøèå ñèãíàëû, è òî÷íî, ÷òîáû îáðàáàòûâàòü ñëàáûå ñèãíàëû, – äâà âçàèìîèñêëþ÷àþùèõ òðåáîâàíèÿ. Êðîìå òîãî, íåèäåàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè äèîäîâ äëÿ ôóíêöèé äâóõïîëóïåðèîäíîãî âûïðÿìëåíèÿ è óäåðæàíèÿ ïèêîâûõ çíà÷åíèé òàêæå îãðàíè÷èâàþò äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí àíàëîãîâîãî èçìåðèòåëÿ óðîâíÿ çâóêà. Äëÿ ñîõðàíåíèÿ äèíàìèêè îòîáðàæåíèÿ íà óðîâíå 20 äÁ è êîíòðîëÿ óðîâíåé ñèãíàëîâ, êîòîðûå ìîãóò èçìåíÿòüñÿ â äèàïàçîíå 40 äÁ, ÷òî òèïè÷íî äëÿ áûòîâîé ýëåêòðîíèêè, òðåáóåòñÿ ñõåìà ñ äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì ïîðÿäêà 60 äÁ.  áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ òðàäèöèîííûå ñõåìû íå ìîãóò îäíîâðåìåííî ïðåäîñòàâèòü òðåáóåìóþ òî÷íîñòü è ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ, îñîáåííî ïðè íèçêèõ óðîâíÿõ ñèãíàëà â øèðîêîì äèíàìè÷åñêîì äèàïàçîíå. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1, èìåÿ ïðîñòóþ êîíôèãóðàöèþ, îáåñïå÷èâàåò íå òîëüêî âûñîêóþ òî÷íîñòü â äèíàìè÷åñêîì äèàïàçîíå, ïðåâûøàþùåì 60 äÁ, íî è õàðàêòåðèñòèêè áûñòðîé àòàêè/ìåäëåííîãî çàòóõàíèÿ, íåîáõîäèìûå äëÿ âûñîêîêà÷åñòâåííîãî äèñïëåÿ. Îñíîâó ñõåìû ñîñòàâëÿåò ìèêðîñõåìà êîìïàðàòîðà LT1011 (IC2), êîòîðàÿ êîíòðîëèðóåò ðàçíîñòü ìåæäó àìïëèòóäîé âõîäíîãî ñèãíàëà è âûõîäîì ïèêîâîãî äåòåêòîðà. Îíà òàêæå ôîðìèðóåò çàðÿäíûé òîê äëÿ êîíäåíñàòîðà âûáîðêè C6 åìêîñòüþ 4.7 ìêÔ âñÿêèé ðàç, êîãäà óðîâåíü åãî çàðÿäà ñòàíîâèòñÿ ñëèøêîì íèçêèì. Ê ñîæàëåíèþ, ïðèñóùàÿ êîìïàðàòîðàì çàäåðæêà ìåæäó âõîäîì è âûõîäîì è íåëèíåéíîñòü óñèëèòåëåé îãðàíè÷èâàþò ìèíèìàëüíóþ øèðèíó âûõîäíîãî èìïóëüñà. Åñëè çàïîìèíàþùèé êîíäåíñàòîð áûñòðî çàðÿæàåòñÿ äëÿ îòñëåæèâàíèÿ áîëüøèõ âñïëåñêîâ âõîäíîãî ñèãíàëà, ìèíèìàëüíûé øàã çàðÿäà äîëæåí çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàòü óðîâåíü ñëàáûõ ñèãíàëîâ, ÷òî îãðàíè÷èâàåò äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí. Ïðîáëåìó îòêëèêà êîíäåíñàòîðà ðåøàåò äðîññåëü L1, îáðàçóþùèé àäàïòèâíî ðåãóëèðóåìûé èñòî÷íèê çàðÿäíîãî òîêà. Äîáàâëåíèå äðîññåëÿ èíäóêòèâíîñòüþ 10 ìÃí îãðàíè÷èâàåò ìàêñèìàëüíóþ ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

òîêà, êîãäà êîìïàðàòîð ôîðìèðóåò óçêèå èìïóëüñû, òåì ñàìûì, óìåíüøàÿ øàã ìèíèìàëüíîé àìïëèòóäû çàðÿäà äî áîëåå íèçêîãî óðîâíÿ 1 ì èëè ìåíüøå. Ïðè áîëåå øèðîêèõ çàðÿäíûõ èìïóëüñàõ òîê àâòîìàòè÷åñêè óâåëè÷èâàåòñÿ äî áîëåå âûñîêèõ óðîâíåé, ÷òîáû îáåñïå÷èòü æåëàåìóþ âûñîêóþ ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ. Ìèíèìàëüíûé øàã çàðÿäà, ïî ñóùåñòâó, ïðîïîðöèîíàëåí âåëè÷èíå øàãà ñèãíàëà, áëàãîäàðÿ ÷åìó ïîääåðæèâàåòñÿ ïîñòîÿííàÿ îòíîñèòåëüíàÿ òî÷íîñòü ëó÷øå 1 äÁ â äèàïàçîíå óðîâíåé ñèãíàëîâ 60 äÁ. Âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ 13 ì ñîîòâåòñòâóåò óðîâåíü ñèãíàëà –59 äÁ, à ìàñøòàáíûé êîýôôèöèåíò 0 äÁ ïèêîâîãî çíà÷åíèÿ 2  ñîîòâåòñòâóåò âõîäíîìó óðîâíþ, íåîáõîäèìîìó äëÿ òèïè÷íîãî óñèëèòåëÿ ìîùíîñòè çâóêîâûõ ÷àñòîò ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ 20, ÷òîáû ðàçâèòü ñðåäíåêâàäðàòè÷íóþ ìîùíîñòü 100 Âò íà íàãðóçêå 8 Îì, èëè ïèêîâîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðèìåðíî 40 Â. Ñõåìà òàêæå âêëþ÷àåò â ñåáÿ äâà óñèëèòåëüíûõ êàñêàäà, îñíîâàííûõ íà ñäâîåííîì âûñîêîòî÷íîì îïåðàöèîííîì óñèëèòåëå LT1469. Ïåðâûé êàñêàä (IC1A) â ýòîì ïðèìåðå îáåñïå÷èâàåò óñèëåíèå â øåñòü ðàç, òàê ÷òî ïðè ïèêîâîì âõîäíîì íàïðÿæåíèè 2  âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíî 12 Â. Âòîðîé êàñêàä îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (IC1B) îáðàçóåò ïðåöèçèîííûé èíâåðòèðóþùèé îäíîïîëóïåðèîäíûé âûïðÿìèòåëü. Âûõîäíûå ñèãíàëû ìèêðîñõåì IC1A è IC1B è ïîëîæèòåëüíîå íàïðÿæåíèå ïèêîâîãî äåòåêòîðà íà êîíäåíñàòîðå C6 îáúåäèíÿþòñÿ íà âõîäå IC2, ÷òîáû ñôîðìèðîâàòü äëÿ êîìïàðàòîðà ïîðîã ïåðåõîäà ÷åðåç íîëü. Êîãäà åãî âõîäíîå íàïðÿæåíèå îïóñêàåòñÿ íèæå 0 Â, âûõîä êîìïàðàòîðà âêëþ÷àåò òðàíçèñòîð Q1 è ïîääåðæèâàåò çàðÿäêó C6 äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå íå äîñòèãíåò èëè íåìíîãî íå ïðåâûñèò íàïðÿæåíèÿ óñèëåííîãî çâóêîâîãî ñèãíàëà. Öåïü îáðàòíîé ñâÿçè, ñîñòîÿùàÿ èç ýëåìåíòîâ R8 è C4, îïòèìèçèðóåò õàðàêòåðèñòèêè ðàçðÿäà èçìåðèòåëÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT1011 2. Datasheet Analog Devices LT1469 3. Datasheet Central Semiconductor CMPD6263S 4. Datasheet Fairchild MMBT3906

43

Îäíî- è äâóõïîðîãîâûå ARS-òðèããåðû ñ ïðèîðèòåòîì R-âõîäà Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Äàíî îïèñàíèå ïðèíöèïîâ ðàáîòû îäíî- è äâóõïîðîãîâûõ àñèììåòðè÷íûõ RS-òðèããåðîâ (ARS-òðèããåðîâ), â êîòîðûõ îòñóòñòâóåò òàê íàçûâàåìîå «Çàïðåùåííîå ñîñòîÿíèå».

ARS-òðèããåðû îòëè÷àþòñÿ îò òðàäèöèîííûõ ïðèîðèòåòîì R-âõîäà. Òàêæå ïðèâåäåíî îïèñàíèå äâóõïîðîãîâîãî ARS-òðèããåðà, óïðàâëåíèå ðàáîòîé êîòîðîãî âîçìîæíî ïî äâóõïðîâîäíîé ëèíèè ñâÿçè.

Â

 ñåðåäèíå 1917 ã. ðîññèéñêî-ñîâåòñêèé ó÷åíûé-ðàäèîòåõíèê Ìèõàèë Àëåêñàíäðîâè÷ Áîí÷-Áðóåâè÷ (1888–1940) äëÿ ñíèæåíèÿ óðîâíÿ ðàäèîïîìåõ ïðè ãðîçîâûõ ðàçðÿäàõ èñïîëüçîâàë â óñèëèòåëå ðàäèîïðè¸ìíèêà ïåðâîå ïåðåêëþ÷àþùåå óñòðîéñòâî íà âàêóóìíûõ òðèîäàõ, èìåâøåå äâà óñòîé÷èâûõ ñîñòîÿíèÿ. 27 àïðåëÿ 1918 ã. îí ñîîáùèë íà çàñåäàíèè Ðîññèéñêîãî Îáùåñòâà Ðàäèîèíæåíåðîâ î ñîçäàíèè ýòîãî óñòðîéñòâà, íàçâàííîãî âïîñëåäñòâèè òðèããåðîì [1, 2].

21 èþíÿ 1918 ã. àíãëèéñêèì ôèçèêàìè Óèëüÿìîì Ãåíðè Ýêëñîì (William Henry Eccles, 1875–1966) è Ôðàíêîì Óèëôðèäîì Äæîðäî-

íîì (Frank Wilfred Jordan, 1881–1941) ïðè èññëåäîâàíèè óñèëèòåëåé ñ ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ áûëà ðàçðàáîòàíà ñõåìà òðèããåðà, ïîëó÷èâøàÿ çàòåì íàçâàíèå «Eccles – Jordan trigger circuit» («Òðèããåðíàÿ ñõåìà Ýêëñà – Äæîðäîíà»). Ïàòåíò Âåëèêîáðèòàíèè ¹ 148582 ïîä íàçâàíèåì «Improvements in ionic relays» («Óñîâåðøåíñòâîâàíèÿ èîííûõ ðåëå») áûë âûäàí èçîáðåòàòåëÿì 5 àâãóñòà 1920 ã. Âàðèàíòû ñõåì óñòðîéñòâ ïîä îáîáùàþùèì íàçâàíèåì «Òðèããåðíîå ðåëå, èñïîëüçóþùåå òð¸õýëåêòðîäíûå òåðìîèîííûå âàêóóìíûå ëàìïû» áûëè îïóáëèêîâàíû â æóðíàëüíûõ ñòàòüÿõ 1919 ã. [3–5]. +E

R1 VT1

R2

Q1 VT2

Q2 VT3

S(R)

VT4 R(S)

R3

R4

R(S) S(R) 0 0 1 1

0 1 0 1

Q1

Q2

Çàïðåò Óñòàí. 0 Óñòàí. 1 Õðàíåí.

Õðàíåí. Óñòàí. 1 Óñòàí. 0 Çàïðåò

Ðèñóíîê 1. RS-òðèããåð íà òðàíçèñòîðàõ è òàáëèöà åãî ñîñòîÿíèé.

44

ÑÕÅÌÛ

R Q1 1 S

Q2 S

Q2 1

R

S Q1 1

R

T

Q Q

1

Ðèñóíîê 2. RS-òðèããåð íà ìèêðîñõåìàõ 2ÈËÈ-ÍÅ è åãî óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå.

Çà ïîñëåäóþùåå ñòîëåòèå ïîÿâèëîñü ìíîæåñòâî âàðèàíòîâ òðèããåðîâ ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ è ïîñòðîåíèÿ. Ýòî äèíàìè÷åñêèå è ñòàòè÷åñêèå, ñèììåòðè÷íûå è àñèììåòðè÷íûå, ñèíõðîííûå è àñèíõðîííûå, îäíîòàêòíûå è äâóõòàêòíûå, ñ äèíàìè÷åñêèì è ñòàòè÷åñêèì óïðàâëåíèåì è ò.ä. òðèããåðû. Ïî ñâîåìó òèïó òðèããåðû ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà RS-; D-; T-; JK- è äðóãèå òðèããåðû [6, 7]. Îñòàíîâèìñÿ ïîäðîáíåå íà ñàìîì ïðîñòîì èç ýòèõ òðèããåðîâ – RS-òðèããåðå. Ïðèâåäåì ñîâðåìåííîå îïðåäåëåíèå òðèããåðà: Òðèããåð – ýëåêòðîííîå ïîðîãîâîå óñòðîéñòâî, èìåþùåå äâà èëè íåñêîëüêî óñòîé÷èâûõ ñîñòîÿíèé, ïåðåêëþ÷åíèå êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ïðè âîçäåéñòâèè âíåøíèõ ñèãíàëîâ.

RS-òðèããåð – òðèããåð ñèììåòðè÷íîãî ïîñòðîåíèÿ, èìåþùèé âõîäû S – Set (Óñòàíîâêà) è R – Reset (Ñáðîñ), à òàêæå ïðÿìîé è èíâåðñíûé âûõîäû, êîòîðûé ñîõðàíÿåò ñâî¸ ïðåäûäóùåå óñòîé÷èâîå ñîñòîÿíèå ïðè íåàêòèâíûõ âõîäàõ è ïåðåõîäèò â äðóãîå óñòîé÷èâîå ñîñòîÿíèå ïðè ïîäà÷å íà îäèí èç åãî âõîäîâ ñèãíàëà íàäïîðîãîâîãî óðîâíÿ. Ïðîñòåéøèé RS-òðèããåð – äàëåêî íå èäåàëüíîå óñòðîéñòâî. Íå ñëó÷àéíî òàêèå òðèããåðû îáû÷íî èñïîëüçóþò â ó÷åáíûõ öåëÿõ è äîâîëüíî ðåäêî ïðèìåíÿþò â ïðàêòè÷åñêèõ êîíñòðóêöèÿõ. Ôîðìàëüíî, íà áóìàãå, ñõåìà òðèããåðà, Ðèñóíêè 1 è 2, âûãëÿäèò ïîëíîñòüþ ñèììåòðè÷íîé. Îäíàêî ñèììåòðèÿ – ÷àñòíûé ñëó÷àé àñèììåòðèè. Íà ïðàêòèêå âñ¸ âûãëÿäèò íå ñòîëü èäåàëüíî, ïàðàìåòðû òðàíçèñòîðîâ, èõ òåìïåðàòóðà, íîìèíàëû ïàññèâíûõ ýëåìåíòîâ íåïðåìåííî îòëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà. Ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ RS-òðèããåð íåïðåäñêàçóåìî ïðèíèìàåò (ñ ðàâíîé èëè íåðàâíîé âåðîÿòíîñòüþ) îäíî èç äâóõ ñîñòîÿíèé. Ýòî ïðèâîäèò ê íåîáõîäèìîñòè âûïîë-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

íÿòü ïåðâîíà÷àëüíóþ óñòàíîâêó òðèããåðà â òðåáóåìîå èñõîäíîå ñîñòîÿíèå, òî åñòü ïîäàâàòü ñèãíàë ñáðîñà íà àñèíõðîííûå âõîäû òðèããåðîâ, ñ÷¸ò÷èêîâ, ðåãèñòðîâ, è ò.ä. (íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ RC-öåïî÷êè), à òàêæå ó÷èòûâàòü, ÷òî ÿ÷åéêè ÎÇÓ, ïîñòðîåííîãî íà òðèããåðàõ (ïàìÿòü ñòàòè÷åñêîãî òèïà), ñîäåðæàò ïîñëå âêëþ÷åíèÿ ïðîèçâîëüíóþ èíôîðìàöèþ. Íà Ðèñóíêàõ 1 è 2 ïðèâåäåíû òèïîâûå ñõåìû RS-òðèããåðîâ, âûïîëíåííûõ èç äèñêðåòíûõ ýëåìåíòîâ, Ðèñóíîê 1, è íà îñíîâå ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ 2ÈËÈ-ÍÅ, Ðèñóíîê 2. Íà ñëåäóþùåì Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà äèàãðàììà ýëåêòðè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â RS-òðèããåðå êëàññè÷åñêîãî ïîñòðîåíèÿ ïðè ïîäà÷å íà åãî âõîäû óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ. Íà Ðèñóíêå 3 îò÷åòëèâî âèäíà òàê íàçûâàåìàÿ îáëàñòü «Çàïðåùåííîãî ñîñòîÿíèÿ» òðèããåðà. Òî÷íåå òàêîå ñîñòîÿíèå òðèããåðà êîððåêòíåå îõàðàêòåðèçîâàòü òåðìèíîì «Íåîïðåäåëåííîå ñîñòîÿíèå (ïîñëå îäíîâðåìåííîãî ñíÿòèÿ âõîäíûõ ñèãíàëîâ)». Ôàêòè÷åñêè òåðìèí «Çàïðåùåííîå ñîñòîÿíèå» èñïîëüçóåòñÿ ïðè îïèñàíèè ðàáîòû òðèããåðà íå îáîñíîâàííî, à â ñèëó èñòîðè÷åñêèõ òðàäèöèé. Äåëî â òîì, ÷òî ïðè ïîäà÷å íà âõîäû S è R òðèããåðà ëîãè÷åñêèõ ñèãíàëîâ

* S t R t Q2

?

Q1

?

t t

*

– «Çàïðåùåííîå» ñîñòîÿíèå

Ðèñóíîê 3. Âðåìåííàÿ äèàãðàììà ðàáîòû îáû÷íîãî RS-òðèããåðà ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ íà åãî âõîäû.

45

+E R1 VT1

R2

Q1 VT2

Q2 VT3

VT4 R5

S

R3

R

R4

C1

Ðèñóíîê 4. RS-òðèããåð íà òðàíçèñòîðàõ ñ RC-ýëåìåíòîì çàäåðæêè ïî âõîäó R.

âûñîêîãî óðîâíÿ íà åãî âûõîäå îäíîçíà÷íî óñòàíàâëèâàåòñÿ óðîâåíü ëîãè÷åñêîãî íóëÿ. Îäíàêî ïðè îäíîâðåìåííîì ñíÿòèè âõîäíûõ ñèãíàëîâ ïðåäñêàçàòü, êàêèì óñòàíîâèòñÿ óðîâåíü ñèãíàëîâ íà âûõîäàõ òðèããåðà, íåâîçìîæíî. Èìåííî ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ðåçêî îãðàíè÷èâàåò âîçìîæíîñòè ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ RS-òðèããåðîâ. Ïîëíîñòüþ ñíÿòü ïðîáëåìó «Çàïðåùåííîãî ñîñòîÿíèÿ» ìîæíî çà ñ÷åò ïðåäíàìåðåííîãî ââåäåíèÿ àñèììåòðèè â ñîñòîÿíèå RS-òðèããåðà, â ÷àñòíîñòè, ââåäåíèÿ ýëåìåíòà çàäåðæêè ïî âõîäó R, íàïðèìåð, òàê, êàê ýòî ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 4. Ýëåìåíò çàäåðæêè ïî R-âõîäó îáåñïå÷èâàåò ýòîìó âõîäó ïðèîðèòåò íàä âõîäîì S. Ïðè îäíîâðåìåííîì ñíÿòèè íàïðÿæåíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ ïî âõîäàì S è R íà âõîäå R âûñîêèé óðîâåíü ïîääåðæèâàåòñÿ íà âðåìÿ çàäåðæêè RC-öåïè (âðåìåíè ðàçðÿäà êîíäåíñàòîðà C1). Ïîýòîìó íà âûõîäå Q1 îäíîçíà÷íî óñòàíàâëèâàåòñÿ íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ. Ââåäåíèå òàêîé çàäåðæêè, ðàçóìååòñÿ, ñêàçûâàåòñÿ íà áûñòðîäåéñòâèè òðèããåðà, îäíàêî äëÿ ðÿäà ïðèêëàäíûõ çàäà÷ òàêîå îãðàíè÷åíèå íå ñòîëü ñóùåñòâåííî.

Âðåìåííàÿ äèàãðàììà ðàáîòû òàêîãî RS-òðèããåðà ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 5. Íà Ðèñóíêå 6 ïðèâåäåíî àëüòåðíàòèâíîå ðåøåíèå ñõåìû îäíîïîðîãîâîãî ARS-òðèããåðà ñ ïðèîðèòåòîì R-âõîäà. Ðàáîòàåò ýòî óñòðîéñòâî ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ïðè ïîäà÷å ïèòàíèÿ îáà êîììóòèðóþùèõ êëþ÷à ìèêðîñõåìû CD4066 ðàçîìêíóòû. Íà âûõîäå òðèããåðà ïðèñóòñòâóåò óðîâåíü ëîãè÷åñêîãî íóëÿ. Ïðè ïîäà÷å íà âõîä S óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû êëþ÷ êîììóòàòîðà DA1.1 çàìûêàåòñÿ, íà âûõîäå òðèããåðà ïîÿâëÿåòñÿ óðîâåíü ëîãè÷åñêîé åäèíèöû. ×åðåç ðåçèñòîð R2 óðîâåíü ëîãè÷åñêîé åäèíèöû ïîñòóïàåò íà óïðàâëÿþùèé âõîä êîììóòàòîðà DA1.1, â ñèëó ÷åãî êîììóòàòîð ñàìîáëîêèðóåòñÿ. Äèîä VD1 ïðåïÿòñòâóåò ðàçáëîêèðîâàíèþ êîììóòàòîðà DA1.1 ïðè ñìåíå ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ íà âõîäå S. +E

S

VD1 1N4148

DA1.1 R1 100ê DA1.2

R

DA1 CD4066

R3 300ê

S

R2 300ê

Q R4 100ê

t R t Q2 t Q1 t

Ðèñóíîê 5. Âðåìåííàÿ äèàãðàììà ðàáîòû RS-òðèããåðà ñ RC-ýëåìåíòîì çàäåðæêè ïî âõîäó R ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ íà åãî âõîäû.

46

R

S

Âûõîä

0 0 1 1

0 1 0 1

0 Óñòàí. 1 Óñòàí. 0 0

Ðèñóíîê 6. Îäíîïîðîãîâûé ARS-òðèããåð ñ ïðèîðèòåòîì R-âõîäà íà îñíîâå äâóíàïðàâëåííûõ êëþ÷åé ìèêðîñõåìû CD4066.

ÑÕÅÌÛ

R1

R2 DD1.1

300ê S

100ê Q2

VD1

1 DD1.2

1N4148

DD1 CD4001

R

Q1 1

R3 300ê

R

S

0 0 1 1

0 1 0 1

Q1

Q2

0 1 Óñòàí. 1 Óñòàí. 0 Óñòàí. 0 Óñòàí. 1 0 0

Ðèñóíîê 7. Îäíîïîðîãîâûé ARS-òðèããåð ñ ïðèîðèòåòîì R-âõîäà íà îñíîâå ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ.

Ñáðîñèòü áëîêèðîâêó êîììóòàòîðà DA1.1 âîçìîæíî òîëüêî ïðè ïîäà÷å íàïðÿæåíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ íà âõîä R, êîòîðûé èìååò ïðèîðèòåò íàä âõîäîì S. Òàáëèöà ñîñòîÿíèé

ÑÅÐÈÈ UHP è HRP/N ÈÏ äëÿ íåïðåðûâíîé ðàáîòû ïðîìûøëåííûõ ïðèëîæåíèé

ARS-òðèããåðà ñ ïðèîðèòåòîì R-âõîäà ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 6. Âàðèàíò ARS-òðèããåðà ñ ïðèîðèòåòîì R–âõîäà íà îñíîâå ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ 2ÈËÈ-ÍÅ ìèêðîñõåìû CD4001 ïðèâåäåí íà Ðèñóíêå 7. Åùå îäíèì íåäîñòàòêîì RS-, âïðî÷åì, êàê è âñåõ äðóãèõ, â òîì ÷èñëå è ARS-òðèããåðîâ ÿâëÿåòñÿ íåâîçìîæíîñòü óïðàâëåíèÿ èõ ðàáîòîé ñ èñïîëüçîâàíèåì äâóõïðîâîäíîé ëèíèè. Ðåøèòü ýòó ïðîáëåìó íåñëîæíî ñ èñïîëüçîâàíèåì äâóõïîðîãîâîé ñõåìû óïðàâëåíèÿ, èçîáðàæåííîé íà Ðèñóíêå 8. Ðàáîòà äâóõïîðîãîâîãî òðèããåðà îñíîâàíà íà èñïîëüçîâàíèè äâóõ (èëè áîëåå) ïîðîãîâ åãî ïåðåêëþ÷åíèÿ.  ïðèâåä¸ííîì ïðèìåðå, Ðèñóíîê 8, ïðè çàìûêàíèè óäàëåííûõ ïî ëèíèè ñâÿçè êëþ÷åé S èëè R íà âõîäàõ òðèããåðà ïîÿâëÿþòñÿ óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû ñîîòâåòñòâóþùèõ óðîâíåé, ÷òî îáåñïå÷èâàåò åãî íàäåæíóþ ðàáîòó. Òàê, ïðè çàìûêàíèè êëþ÷à SA2 «S» íà óïðàâëÿþùèé âõîä S òðèããåðà ïîäàåòñÿ

+10 Â R1 VT1 47ê BC558

14

DD1

C1 200í

VT2 BC558

R4

7

300ê

R3 200ê

R2 300ê

R5 DD1.1

100ê Q2

VD1

1 DD1.2

1N4148

Ëèíèÿ ñâÿçè

DD1 CD4001

Q1 1

R6 200ê SA1

SA2

R

S

R7 20ê

C2 10í

R8 20ê

C3 10í

Ðèñóíîê 8. Äâóõïîðîãîâûé ARS-òðèããåð ñ ïðèîðèòåòîì R-âõîäà.

íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ; íà âõîäå R òðèããåðà ïðèñóòñòâóåò íàïðÿæåíèå íèçêîãî óðîâíÿ. Òðèããåð ïåðåêëþ÷àåò ñâîå ñîñòîÿíèå. Åñëè æå çàìêíóòü êëþ÷ SA1 «R», âíå çàâèñèìîñòè îò ñîñòîÿíèÿ êëþ÷à SA2 «S» òðàíçèñòîð VT1 îòêðûâàåòñÿ, íà âõîä R òðèããåðà ïîñòóïàåò íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ, íà åãî âûõîäå óñòàíàâëèâàåòñÿ íàïðÿæåíèå ëîãè÷åñêîãî íóëÿ. ÐË

Ëèòåðàòóðà 1. Áîí÷-Áðóåâè÷ Ì.À. Êîìáèíèðîâàííûå õàðàêòåðèñòèêè êàòîäíûõ ðåëå // Òåëåôîíèÿ è òåëåãðàôèÿ áåç ïðîâîäîâ. – 1918. – ¹ 2. – Ñ. 62–69.

2. ×àñòèêîâ À.Ï., Êîòåëüíèêîâ Ã.Ï. Êàòîäíîå ðåëå Ì.À. Áîí÷-Áðóåâè÷à – ïåðâûé òðèããåð â Ðîññèè:  êí.: Òåëåâèäåíèå ïðåäåëüíûõ âîçìîæíîñòåé / À.Â. Ïåòðàêîâ. – Ì.: Çíàíèå, 1991. – 64 ñ. – (Íîâîå â æèçíè, íàóêå, òåõíèêå; ¹ 3. Ðàäèîýëåêòðîíèêà è ñâÿçü). – Ñ. 60–63.

48

3. Eccles W.H., Jordan F.W. Improvements in ionic relays. British patent GB148582. Filed: 21 June 1918; Published: 5 August 1920.

4. Eccles W.H., Jordan F.W. A trigger relay utilizing three-electrode thermionic vacuum tubes // The Electrician (London). – 1919. – Vol. 83. – ¹ 9. – P. 298 (19 September 1919); Radio Review. – 1919.

– Vol. 1. – ¹ 3. – P. 143–146 (December 1919).

5. Øóñòîâ Ì.À. Èñòîðèÿ ýëåêòðè÷åñòâà. – Ìîñêâà; Áåðëèí: Äèðåêò-Ìåäèà, 2019. – 567 ñ.

6. Øóñòîâ Ì.À. Öèôðîâàÿ ñõåìîòåõíèêà. Îñíîâû ïîñòðîåíèÿ. – ÑÏá.: Íàóêà è Òåõíèêà, 2018. – 320 ñ.

7. Øóñòîâ Ì.À. Öèôðîâàÿ ñõåìîòåõíèêà. Ïðàêòèêà ïðèìåíåíèÿ. – ÑÏá.: Íàóêà è Òåõíèêà, 2018.

– 432 ñ.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4001B 2. Datasheet Texas Instruments CD4066B 3. Datasheet Fairchild BC558B

ÑÕÅÌÛ

Óëó÷øåíèå òî÷íîñòè ïèêîâîãî äåòåêòîðà ñ ïîìîùüþ îáðàòíîé ñâÿçè Tamara A. Papalias, Mike Wong Electronic Design

ÏÏèêîâûå óðîâíè ñèãíàëîâ îáû÷íî èçìåðÿþò ñ ïîìîùüþ äèîäîâ. Íî åñëè äèîä èñïîëüçóåòñÿ îäèí, áåç äîïîëíèòåëüíûõ öåïåé, äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðèåìëåìîé òî÷íîñòè âõîäíîå íàïðÿæåíèå äîëæíî áûòü íàìíîãî áîëüøå, ÷åì íàïðÿæåíèå âêëþ÷åíèÿ äèîäà. Ïîñêîëüêó íàïðÿæåíèÿ âêëþ÷åíèÿ íàõîäÿòñÿ â äèàïàçîíå îò 200 ì äëÿ ãåðìàíèåâûõ äèîäîâ äî 700 ì äëÿ êðåìíèåâûõ, äëÿ äîñòèæåíèÿ ïîãðåøíîñòè 10% ïðîñòîìó äèîäíîìó ïèêîâîìó äåòåêòîðó ïîòðåáóåòñÿ âõîäíîå íàïðÿæåíèå îò 2 äî 7 Â. Óëó÷øèòü ðàçðåøåíèå è òî÷íîñòü â ïðèëîæåíèÿõ ñ íèçêèì ýíåðãîïîòðåáëåíèåì è 5V 5V EL8202A

+ –

VIN

BAS16

V+ V–

EL8202B

+ 10 nF 100k

–

V+ V–

2N2222A

3.3k

10k 1k 22 pF

1k

Ðèñóíîê 1. Äîáàâëåíèå ôóíêöèè ïåðåêëþ÷àåìîé îáðàòíîé ñâÿçè ê ïðîñòîìó äèîäíîìó ïèêîâîìó äåòåêòîðó ïîâûøàåò ðàçðåøåíèå è òî÷íîñòü äàæå ïðè íåáîëüøèõ âõîäíûõ ñèãíàëàõ.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

îäíîïîëÿðíûì ïèòàíèåì ìîæíî, äîáàâèâ ïåòëþ àêòèâíîé îáðàòíîé ñâÿçè.  ýòîì ìåòîäå äëÿ êîìïåíñàöèè íàïðÿæåíèÿ âêëþ÷åíèÿ äèîäà èñïîëüçóþòñÿ íåñêîëüêî ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ è ñäâîåííûé áûñòðîäåéñòâóþùèé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü (ñì. Ðèñóíîê 1). Äèîä âûïîëíÿåò âûïðÿìëåíèå ñèãíàëà. Âêëþ÷åííûå ïàðàëëåëüíî ðåçèñòîð 100 êÎì è êîíäåíñàòîð 10 íÔ ôèëüòðóþò íèæíèå ÷àñòîòû äëÿ óñðåäíåíèÿ ïèêîâîãî ñèãíàëà. Îäèí îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü áóôåðèçóåò âûõîäíîé ñèãíàë, à äðóãîé îáåñïå÷èâàåò âûñîêîèìïåäàíñíûé âõîä è óçåë ïîäêëþ÷åíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè. Ðåçèñòîðû, ïîäêëþ÷åííûå ê òðàíçèñòîðó, âûïîëíÿþò îãðàíè÷èòåëüíóþ ôóíêöèþ. Êîãäà óðîâåíü âõîäíîãî ñèãíàëà ñõåìû âûøå ñðåäíåãî, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïåðâîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ òàêæå âûøå ñðåäíåãî óðîâíÿ.  ýòîì ñëó÷àå äèîä îòêðûò, ðàáîòàÿ êàê â ïðîñòîé ñõåìå, è òðàíçèñòîð óäåðæèâàåòñÿ â âûêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè. Íî êîãäà óðîâåíü âõîäíîãî ñèãíàëà îïóñêàåòñÿ íèæå ñðåäíåãî óðîâíÿ, äèîä çàêðûâàåòñÿ, à òðàíçèñòîð, îòêðûâàÿñü, ñîçäàåò ïóòü îáðàòíîé ñâÿçè ê ïåðâîìó îïåðàöèîííîìó óñèëèòåëþ. Ýòà ïåðåêëþ÷àåìàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü çàñòàâëÿåò èíâåðòèðóþùèé âõîä ïåðâîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ îòñëåæèâàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå. Òàêîå ñëåæåíèå ÿâëÿåòñÿ êëþ÷åâûì äëÿ ðàáîòû ñõåìû. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Renesas EL8202

49

Èìïóëüñíûé ðåãóëÿòîð ýôôåêòèâíî óïðàâëÿåò òîêîì áåëîãî ñâåòîäèîäà Clayton Grantham EDN

Í

Íå òàê óæ äàâíî äëÿ áåëûõ, íî òóñêëûõ ñâåòîäèîäîâ ïðîèçâîäèòåëè óêàçàëè ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ïðÿìîãî òîêà 20 ìÀ. Ñîâðåìåííûå áåëûå ñâåòîäèîäû èçëó÷àþò áîëüøå ñâåòà è, ñëåäîâàòåëüíî, äîëæíû ðàáîòàòü ïðè âñå áîëåå âûñîêèõ ïðÿìûõ òîêàõ. Ïîääåðæàíèå ïîëîæåíèÿ ðàáî÷åé òî÷êè ñâåòîäèîäà ïðè ðàáîòå ñ áîëüøèì òîêîì, áëèçêèì ê åãî ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíèþ, òðåáóåò íîâîãî ïîäõîäà. Ñàìûé ïðîñòîé è íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûé ìåòîä ñìåùåíèÿ ñâåòîäèîäà – ïîäêëþ÷åíèå ê ñâåòîäèîäó ïîñëåäîâàòåëüíîãî ðåçèñòîðà äëÿ îãðàíè÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîãî òîêà ñâåòîäèîäà, íî ýòîò ìåòîä íàïðÿìóþ âëèÿåò íà ýíåðãîýôôåêòèâíîñòü, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå ìîùíîñòè, ðàññåèâàåìîé íà ñâåòîäèîäå, ê îáùåé âõîäíîé ìîùíîñòè. Ïðÿìîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà áåëîì ñâåòîäèîäå, ðàáîòàþùåì ïðè òîêå 350 ìÀ, ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî 3.2 Â.

Ïîñëåäîâàòåëüíûé ðåçèñòîð è ñâåòîäèîä, ïîäêëþ÷åííûå ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ 5 Â, ðàáîòàþò ñ ÊÏÄ 64%. Ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü, òåðÿåìàÿ â âèäå òåïëà, ðàññåèâàåìîãî íà ïîñëåäîâàòåëüíîì ðåçèñòîðå, ñîñòàâëÿåò 36 ìÂò ïðè ïðÿìîì òîêå 20 ìÀ, ÷òî ïðèåìëåìî, íî óâåëè÷èâàåòñÿ äî 630 ìÂò ïðè ïðÿìîì òîêå 350 ìÀ. Êðîìå òîãî, ñõåìà ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì ðåçèñòîðîì íå ìîæåò ñòàáèëèçèðîâàòü ïîëîæåíèå ðàáî÷åé òî÷êè äèîäà è, ñëåäîâàòåëüíî, åãî ÿðêîñòü ïðè èçìåíåíèè íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ è òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû. Ñõåìà, îñíîâàííàÿ íà èìïóëüñíîì ïîâûøàþùåì ïðåîáðàçîâàòåëå LM2852 ñ âíóòðåííåé êîìïåíñàöèåé è ñèíõðîííûì âûïðÿìèòåëåì íà MOSFET, ñïîñîáíà ýôôåêòèâíî îáåñïå÷èâàòü ñèëüíîòî÷íûå ñâåòîäèîäû òîêîì äî 2 À, ìèíèìèçèðóÿ âëèÿíèå êîëåáàíèé íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ è òåìïåðàòóðû íà ÿðêîñòü ñâåòîäèîäà (Ðèñóíîê 1).

VIN 5.5…2.85 Â 6, 7 1 CIN 22 µF

+

2 4

CSS 2.7 µF

+

P_VIN A_VIN EN

SW

SNS SGND

L1 10 µH COUT 100 µF

IC1 LM2852Y-1.2

SS 3

8, 9

+

LED1 LXHL-BW02

14 R1 2k

PGND 10, 11

D1 1N4001

(ßÐ×Å)

R2 1.2k

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà ñòàáèëèçèðóåò òîê ñèëüíîòî÷íîãî áåëîãî ñâåòîäèîäà ñ ÊÏÄ 93% âî âñåì äèàïàçîíå âõîäíûõ íàïðÿæåíèé è ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð. Ïîòåíöèîìåòð R1 óïðàâëÿåò òîêîì ÷åðåç ñâåòîäèîä è ïîçâîëÿåò ðåãóëèðîâàòü ÿðêîñòü. Äèîä D1 îáåñïå÷èâàåò òåìïåðàòóðíóþ êîìïåíñàöèþ ïðÿìîãî ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ñâåòîäèîäà.

50

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

100

ÊÏÄ (%)

95 90 ÒÎÊ LED1 ~100 ìÀ ~300 ìÀ ~500 ìÀ

85 80

3

3.5 4 4.5 5 ÂÕÎÄÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ (Â)

5.5

Ðèñóíîê 2. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè ÊÏÄ ñõåìû îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïîêàçûâàåò óâåëè÷åíèå ÊÏÄ ñ ðîñòîì òîêà ñâåòîäèîäà è óìåíüøåíèåì âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.

íåå, ÷åì îäèí ðåçèñòîð, äëÿ íåå òðåáóåòñÿ âñåãî íåñêîëüêî êîìïîíåíòîâ.  êà÷åñòâå L1 â ýòîì ìàêåòå ñõåìû èñïîëüçóåòñÿ âûïóñêàåìûé êîìïàíèåé Coilcraft äðîññåëü äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà MSS5131-103 èíäóêòèâíîñòüþ 10 ìêÃí.

360 355 ÒÎÊ (ìÀ)

 ýòîé ñõåìå LM2852 ðàáîòàåò ñ ÊÏÄ ïðèìåðíî 93% è íàïðÿìóþ óïðàâëÿåò ïîíèæàþùèì ðåãóëÿòîðîì, ïîääåðæèâàþùèì òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç LED1, íà ïîñòîÿííîì óðîâíå, çàäàííîì ïîòåíöèîìåòðîì R1. Ïðåîáðàçîâàíèå òîê-íàïðÿæåíèå, ïðîèñõîäÿùåå â êîíòóðå óïðàâëåíèÿ, ýôôåêòèâíî ñòàáèëèçèðóåò âûõîäíîé òîê ñõåìû.  ïðîöåññå ðàáîòû LM2852 ñðàâíèâàåò ñâîå âíóòðåííåå îïîðíîå íàïðÿæåíèå ñ íàïðÿæåíèåì äåëèòåëÿ, îáðàçîâàííîãî ýëåìåíòàìè D1, R1 è R2, è óïðàâëÿåò ïåòëåé ðåãóëèðîâàíèÿ, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü íà âõîäå îáðàòíîé ñâÿçè ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå 1.2 Â. Òîê äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ ïðîïîðöèîíàëåí òîêó ñâåòîäèîäà LED1, à îòíîøåíèå òîêîâ îòñëåæèâàåò ðàáî÷óþ òåìïåðàòóðó ñõåìû, ïîñêîëüêó D1 è LED1 èìåþò ïðèìåðíî îäèíàêîâûå òåìïåðàòóðíûå êîýôôèöèåíòû ïðÿìîãî íàïðÿæåíèÿ –2 ìÂ/°C. Óñòàíîâêà D1 è LED1 ðÿäîì äðóã ñ äðóãîì íà ïå÷àòíîé ïëàòå îáåñïå÷èâàåò õîðîøóþ òåïëîâóþ ñâÿçü äëÿ òåìïåðàòóðíîé êîìïåíñàöèè. Êîãäà äâèæîê ïîòåíöèîìåòðà R1 ïîëíîñòüþ ïîâåðíóò ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå, òîê ÷åðåç äèîä D1 ïðèáëèæàåòñÿ ê 1 ìÀ, à òîê ñâåòîäèîäà LED1 ñîñòàâëÿåò â ñðåäíåì îêîëî 500 ìÀ. Âðàùåíèå äâèæêà R1 ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè óìåíüøàåò ïðÿìîé òîê îò 500 ìÀ äî 0 À. Ïðè ìàñøòàáèðîâàíèè ñîïðîòèâëåíèé R1 è R2 äëÿ äðóãîãî êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ êîíòóðà ðåãóëèðîâàíèÿ òîêà óìåíüøåíèå óñèëåíèÿ âëèÿåò íà ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàíèÿ ñõåìû, à óâåëè÷åíèå óñèëåíèÿ äåëàåò êîíòóð áîëåå ÷óâñòâèòåëüíûì ê äîïóñêàì íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ. Äëÿ äèñòàíöèîííîãî óïðàâëåíèÿ ÿðêîñòüþ ìåõàíè÷åñêèé ïîòåíöèîìåòð R1 ìîæíî çàìåíèòü ïîòåíöèîìåòðîì ñ öèôðîâûì ïðîãðàììèðîâàíèåì.  äîêóìåíòàöèè Lumileds, ïðîèçâîäèòåëÿ ñâåòîäèîäà LXHLBW02 (LED1), óêàçàíû ïðåäåëüíûå çíà÷åíèÿ ïîñòîÿííîãî òîêà 350 ìÀ è èìïóëüñíîãî òîêà 500 ìÀ. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü ÊÏÄ ñõåìû îò èçìåíåíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ÊÏÄ ñõåìû ðàñòåò ïî ìåðå ñíèæåíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ÷òî ñïîñîáñòâóåò óâåëè÷åíèþ âðåìåíè ðàáîòû â ïðèëîæåíèÿõ ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì. Âî âñåì äèàïàçîíå ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð òîê ÷åðåç ñâåòîäèîä ìåíÿåòñÿ ìåíåå ÷åì íà 3%, ÷òî â òðè ðàçà ëó÷øå, ÷åì â ñõåìå îãðàíè÷èòåëÿ òîêà ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì ðåçèñòîðîì (Ðèñóíîê 3). Õîòÿ ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ñëîæ-

350 345 340

0

15

30 45 ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÀ (°C)

60

75

Ðèñóíîê 3.  äèàïàçîíå ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð îò 0 äî 75 °C òîê ñâåòîäèîäà èçìåíÿåòñÿ ìåíåå ÷åì íà 3%.

 òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè LM2852 óêàçàíû êðèòåðèè âûáîðà êîíäåíñàòîðîâ CIN, CSS è COUT. Äëÿ ýôôåêòèâíîãî îòâîäà òåïëà ïå÷àòíàÿ ïëàòà ñõåìû äîëæíà èìåòü áîëüøèå ìåäíûå ïîëèãîíû è øèðîêèå äîðîæêè äëÿ IC1 è LED1. Ïðè ïðÿìîì òîêå 350 ìÀ ñâåòîäèîä LED1 ðàññåèâàåò ìîùíîñòü 1.1 Âò, ïîýòîìó ñëåäóåò îáðàòèòüñÿ ê ïàñïîðòó ïðîèçâîäèòåëÿ, ÷òîáû îçíàêîìèòüñÿ ñ åãî ðåêîìåíäàöèÿìè ïî òåïëîâîìó ðàñ÷åòó. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM2852 2. Datasheet Coilcraft MSS5131 3. Datasheet Lumileds LXHL-BW02

51

Îêîííûé êîìïàðàòîð ñ íåçàâèñèìûìè óðîâíÿìè ïîðîãîâ Gregory Billiard EDN

 ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 1 ñõåìå èíâåðòèðóþùåãî óñèëèòåëÿ ñ ãèñòåðåçèñîì ðåçèñòîðû RA, RB è RF îïðåäåëÿþò ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ ñðàáàòûâàíèÿ êîìïàðàòîðà. Ê ñîæàëåíèþ, èñïîëüçîâàíèå òðåõ ðåçèñòîðîâ äëÿ óñòàíîâêè âåðõíåãî è íèæíåãî ïîðîãîâ ñîçäàåò çàâèñèìîñòü ìåæäó äâóìÿ íàïðÿæåíèÿìè ñðàáàòûâàíèÿ: íåâîçìîæíî óñòàíîâèòü îäíî íàïðÿæåíèå, íå âëèÿÿ íà äðóãîå. Îäíàêî, èñïîëüçóÿ êîìïàðàòîð, èìåþùèé âûõîä ñ îòêðûòûì êîëëåêòîðîì, òàêîé êàê LM393 èëè LM339, ìîæíî ïîëó÷èòü òàêîé æå âûõîäíîé

VCC

VCC R1 RL

R2 R3

5

+

VIN

–

VCC

V2

VCC

VOUT

VCC 2

R4

7

A

6

3

8

–

1

B +

4

R5 RA

RL 2

VIN

3

(à)

– +

8 1

VOUT

4 LM393NE

RF

RB

V2

V1

VOUT

(á)

0

VIN

Ðèñóíîê 1. Òðè ðåçèñòîðà îïðåäåëÿþò íàïðÿæåíèÿ ñðàáàòûâàíèÿ èíâåðòèðóþùåãî êîìïàðàòîðà (à) ñ ãèñòåðåçèñîì (á), íî íàïðÿæåíèÿ ñðàáàòûâàíèÿ çàâèñÿò äðóã îò äðóãà.

52

Ðèñóíîê 2. Èñïîëüçîâàíèå ñäâîåííîãî êîìïàðàòîðà ñ âûõîäàìè ñ îòêðûòûì êîëëåêòîðîì ïîçâîëÿåò íåçàâèñèìî óñòàíàâëèâàòü ëþáûå ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ.

îòêëèê ñ äâóìÿ íåçàâèñèìûìè óðîâíÿìè ïîðîãîâ.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 2 ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü R1, R2 è R3 îïðåäåëÿåò íàïðÿæåíèå âåðõíåãî ïîðîãà V1. Ðåçèñòîðû R4 è R5 çàäàþò íàïðÿæåíèå íèæíåãî ïîðîãà V2. Êîãäà çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ VIN íàõîäèòñÿ ìåæäó 0 è V1, óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VOUT âûñîêèé, ïîýòîìó òîê ÷åðåç ðåçèñòîðû R4 è R5 íå òå÷åò, íàïðÿæåíèå V2 ðàâíî VCC, è íà âûõîäå Êîìïàðàòîðà B ïîääåðæèâàåòñÿ âûñîêèé óðîâåíü ñèãíàëà. Ïðè âûñîêîì óðîâíå íà âûõîäå Êîìïàðàòîðà B

V1 = VCC

R3 .

R1 + R 2 + R 3

ÑÕÅÌÛ

Êîãäà VIN ïðåâûøàåò V1, VOUT îïóñêàåòñÿ äî 0.7 Â, ïîçâîëÿÿ òîêó òå÷ü ÷åðåç ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü. Òîãäà âåëè÷èíà V2 ìåíÿåòñÿ ñ VCC íà

0.7 Â + VCC

R5 .

R 4 + R5

Ïðè ýòîì èçìåíåíèè óðîâåíü âûõîäà Êîìïàðàòîðà B òàêæå ñòàíîâèòñÿ íèçêèì, â ðåçóëüòàòå ÷åãî V1 ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì

0.7 Â + VCC

R3 .

R2 + R3

Òåïåðü V1 ìåíüøå, ÷åì VIN, ïîýòîìó óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VOUT îïóñêàåòñÿ

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

è îñòàåòñÿ íèçêèì äî òåõ ïîð, ïîêà VIN íå ñòàíåò íèæå V2. Êîãäà VIN îïóñêàåòñÿ íèæå V2, óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VOUT âíîâü ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì, V2 = VCC, è ðåçèñòîðû R1, R2 è R3 óñòàíàâëèâàþò ïîðîã V1. Íàïðÿæåíèå êàæäîãî ïîðîãà ìîæíî ëåãêî çàäàòü ëþáûì, íå âëèÿÿ íà óðîâåíü äðóãîãî ïîðîãà. Îäíàêî V1 äîëæåí áûòü áîëüøå, ÷åì V2, èíà÷å îáà íàïðÿæåíèÿ ñðàáàòûâàíèÿ áóäóò ðàâíû V1. Íåäîñòàòêîì ýòîé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî äëÿ íåå òðåáóåòñÿ äâà êîìïàðàòîðà, îäíàêî ïî÷òè âñå êîìïàðàòîðû ïðåäëàãàþòñÿ â âàðèàíòàõ, ñîäåðæàùèõ äâà óñòðîéñòâà â êîðïóñå. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM393

53

Ìàëîïîòðåáëÿþùèé äâóõïðîâîäíûé èíòåðôåéñ êëàâèàòóðû 4õ4 Stefano Salvatori EDN

Å

Åñëè â ìèêðîêîíòðîëëåðå åñòü ÀÖÏ, ñ åãî ïîìîùüþ ìîæíî ñîçäàòü äâóõïðîâîäíûé èíòåðôåéñ êëàâèàòóðû (íå ñ÷èòàÿ îáùåãî ïðîâîäà). Íàïðèìåð, äëÿ îïðåäåëåíèÿ íàæàòîé êëàâèøè ìîæíî èñïîëüçîâàòü ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ [1]. Âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå èíòåãðèðîâàííîãî â ìèêðîêîíòðîëëåð ÀÖÏ êàê ïðàâèëî èìååò ïîðÿäîê ñîòåí êèëîîì, ïîýòîìó äëÿ îáåñïå÷åíèÿ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòè äåëèòåëü äîëæåí ñîñòîÿòü èç ðåçèñòîðîâ ñ îòíîñèòåëüíî íèçêèìè ñîïðîòèâëåíèÿìè â äåñÿòêè êÎì. Îäíàêî â ñèñòåìàõ ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì òàêîé äåëèòåëü RC

RB

RA VREF

S(3,3)

S(2,3)

S(1,3)

S(0,3) 3

S(3,2)

S(2,2)

S(1,2)

S(0,2)

RD

2 S(3,1)

S(2,1)

S(1,1)

S(0,1)

RE

1 S(3,0)

S(2,0)

S(1,0)

S(0,0)

V( x, y ) = VREF ×

RF

0

VOUT

R2 . xR1 + yR2 + R 2

Y 3

2

1

0

RG X

Ðèñóíîê 1. Äâóõïðîâîäíûé èíòåðôåéñ ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ êîäèðóåò ïîëîæåíèå íàæàòîé êëàâèøè êëàâèàòóðû 4 × 4.

54

ìîæåò ïîòðåáëÿòü íåñêîëüêî ñîòåí ìèêðîàìïåð, ÷òî âûíóæäàåò ðàçðàáîò÷èêîâ âûáèðàòü àëüòåðíàòèâíûé êëàññè÷åñêèé öèôðîâîé ìàòðè÷íûé êîììóòàòîð è íåñêîëüêî ëèíèé ââîäàâûâîäà. Êðîìå òîãî, êîíñòðóêöèè ïîðòàòèâíîãî îáîðóäîâàíèÿ îáû÷íî íàêëàäûâàþò îãðàíè÷åíèÿ íà êîëè÷åñòâî êîìïîíåíòîâ. Äëÿ âûïîëíåíèÿ îáîèõ òðåáîâàíèé â ñõåìå íà (Ðèñóíêå 1) èñïîëüçóþòñÿ ìàòðè÷íàÿ êëàâèàòóðà è ðåçèñòîðíàÿ öåïü, ðàçäåëåííàÿ íà äâå ñåêöèè ñòðîê è ñòîëáöîâ. Äëÿ êîäèðîâàíèÿ ëþáîé íàæàòîé êëàâèøè êëàâèàòóðû 4 × 4 äîñòàòî÷íî ñåìè ðåçèñòîðîâ, ïðè ýòîì ñõåìà ïîòðåáëÿåò ýíåðãèþ òîëüêî âî âðåìÿ íàæàòèÿ êëàâèøè. È íàîáîðîò, ïðè îòñóòñòâèè íàæàòûõ êëàâèø òîê â ðåæèìå îæèäàíèÿ ïðèáëèæàåòñÿ ê íóëþ. Èñïîëüçóÿ ðåçèñòîðû òîëüêî äâóõ íîìèíàëîâ, ïóñòü RA = = RB = RC = R1 è RD = RE = RF = RG = R2. Ïðèñâîèâ àäðåñàì x è y êëàâèø çíà÷åíèÿ îò íóëÿ äî òðåõ, äëÿ ëþáîé çàìêíóòîé êëàâèøè ìîæíî ðàññ÷èòàòü íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå RG ñ ïîìîùüþ ñëåäóþùåé ôîðìóëû:

Ïèòàíèå ðåçèñòîðíûõ öåïî÷åê îïîðíûì íàïðÿæåíèåì ÀÖÏ VREF ïîçâîëÿåò âûïîëíÿòü ëîãîìåòðè÷åñêîå ïðåîáðàçîâàíèå, èñêëþ÷àþùåå îøèáêè äåêîäèðîâàíèÿ êëàâèø, îáóñëîâëåííûå ôëóêòóàöèÿìè VREF. Ñëåäóþùàÿ ôîðìóëà îïèñûâàåò êîýôôèöèåíò äåëå-

ÑÕÅÌÛ

íèÿ íàïðÿæåíèÿ r(x,y) äëÿ ëþáîãî íàæàòèÿ êëàâèøè:

r( x, y ) =

V( x, y ) 1 = .

VREF 1 + xp + y

RF. Ìîæíî ó÷åñòü ñîïðîòèâëåíèÿ âñåõ ðåçèñòîðîâ è îïðåäåëèòü îáùåå îòíîøåíèå p äëÿ íîìèíàëüíûõ çíà÷åíèé R1 è R2:

dMIN (p, T ) =

Îòíîøåíèå p = R1/R2 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñîîòíîøåíèå ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ ãðóïï ñòðîê è ñòîëáöîâ. Äëÿ p = 4 íóæíî â äèàïàçîíå [1/16, 1] ðàññ÷èòàòü 16 çíà÷åíèé r(x,y) êàê ôóíêöèþ ïîçèöèè íàæàòîé êëàâèøè. Êàê ïðàâèëî, ìèíèìàëüíàÿ ðàçíèöà ìåæäó êîýôôèöèåíòàìè äåëåíèÿ r èìååò ìåñòî äëÿ êëþ÷åé ñ áëèçêèìè èíäåêñàìè x,y, òàêèõ êàê (3,2) è (3,3). Äëÿ N-ðàçðÿäíîãî ÀÖÏ è îòíîøåíèÿ p = 4 ÀÖÏ äîëæåí èìåòü ðàçðåøåíèå, óäîâëåòâîðÿþùåå ñëåäóþùåìó íåðàâåíñòâó:

2-N < r(3,2) - r(3,3) = 15 -1 - 16 -1 = 240 -1. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî âåëè÷èíà, îáðàòíàÿ 240 (0.0041…), ïðåâûøàåò îáðàòíóþ 8 âåëè÷èíó 2 , ïîýòîìó äëÿ ñõåìû òðåáóåòñÿ ÀÖÏ ñ ðàçðåøåíèåì íå ìåíåå 8 áèò (N ³ 8 áèò). Ê ñîæàëåíèþ, êîìïîíåíòû ñî ñòàíäàðòíûìè äîïóñêàìè íîìèíàëîâ T íå ìîãóò îáåñïå÷èòü èäåàëüíîãî âûïîëíåíèÿ ýòîãî íåðàâåíñòâà. Âìåñòî ýòîãî âû÷èñëÿåòñÿ ðàçíîñòü êîýôôèöèåíòîâ äåëåíèÿ d = r(3,2) – r(3,3) äëÿ íàèõóäøåãî ñëó÷àÿ. Íàèìåíüøåå çíà÷åíèå d èìååò ìåñòî ïðè ìèíèìàëüíîì çíà÷åíèè RG è RD è ìàêñèìàëüíîì çíà÷åíèè RA, RB, RC, RE è

´

(1 - T )2 ´ 3(p + 1) + T(3p + 1)

1 > 2 -N. (3p + 4) + 3pT

Îäíî è òî æå çíà÷åíèå T ïðèìåíÿåòñÿ êî âñåì ðåçèñòîðàì. Åñëè n = 8 è p = 4, ïðåäûäóùåå íåðàâåíñòâî äàåò ðåøåíèå T < 0.018, ÷òî óêàçûâàåò íà âîçìîæíîñòü ïðàâèëüíîé êîäèðîâêè 16 êëàâèø ñ ïîìîùüþ ðåçèñòîðîâ, èìåþùèõ äîïóñê ±1%. Áîëåå òîãî, åñëè òåïåðü ïðèíÿòü âûáðàííûé ôèêñèðîâàííûé äîïóñê T, ìîæíî ðåøèòü íåðàâåíñòâî, ÷òîáû ïîëó÷èòü òðåáóåìûé ïðåäåë îòíîøåíèÿ p ñîïðîòèâëåíèé R1 è R2. Åñëè T = 0.01, ðåøåíèåì íåðàâåíñòâà ñòàíîâèòñÿ p < 4.074.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 2 èñïîëüçóåòñÿ ìèêðîïðîöåññîð Nitron MC68HC908QT4 êîìïàíèè NXP, êîòîðûé ñëóæèò èñïûòàòåëüíûì ñòåíäîì äëÿ êëàâèàòóðû, îñíîâàííîé íà âû÷èñëåííûõ âûøå íîìèíàëàõ ðåçèñòîðîâ, à â êà÷åñòâå îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ðåçèñòîðíîé ìàòðèöû VREF èñïîëüçóåò íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ VCC. ×òîáû âûïîëíèòü òðåáîâàíèå äëÿ p (4.074 > > p > 4), ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü ðåçèñòîðû ñî ñòàíäàðòíûìè ñîïðîòèâëåíèÿìè èç ðÿäà E48 è äîïóñêàìè ±1%: R1 = 10 êÎì è R2 = 40.2 êÎì.  Òàáëèöå 1 ïåðå÷èñëåíû âûõîäíûå êîäû,

40.2k

40.2k

40.2k

1

2

3

A

4

5

6

B

7

8

9

C

*

0

#

D

VREF = VCC

10k

10k

1

ÏÅÐÈÔÅÐÈÉÍÛÅ ÓÑÒÐÎÉÑÒÂÀ

IC1 MC68HC908QT4 8

2

10k 10k

Ðèñóíîê 2. Èñïîëüçîâàíèå àíàëîãîâîãî âûõîäà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ìèêðîêîíòðîëëåðà è ëîãîìåòðè÷åñêîãî àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ îáåñïå÷èâàåò ïðàâèëüíîå êîäèðîâàíèå êëàâèàòóðû.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

55

Òàáëèöà 1. Âûõîäíûå êîäû ïðè íàæàòèè îäíîé êëàâèøè Íàæàòàÿ êëàâèøà/ñîïðîòèâëåíèå (Îì) X

Y

3

2

1

0

3

1/15…16

2/21

3/32

2

4/17

5/23

6/36

A/63…64 B/85

1

7/18

8/25

9/42

C/127

0

*/19

8/28

#/51

D/255

Ïðèìå÷àíèå. Ñèìâîëû ïåðåä êîñîé ÷åðòîé ñîîòâåòñòâóþò îáîçíà÷åíèÿì êëàâèø êëàâèàòóðû.

Òàáëèöà 2. Âûõîäíûå êîäû ïðè íàæàòèè äâóõ êëàâèø Íàæàòûå êëàâèøè

Ñîïðîòèâëåíèå (Îì)

C+#

141…142

C+0

134…135

C+*

132

B+#

109

B+0

98

B+9

91

B+8

88

A+8

76

A+7

70…71

A+6

68

Åñëè ïðèëîæåíèþ òðåáóåòñÿ ìèêðîêîíòðîëëåð, â êîòîðîì îòñóòñòâóåò âíóòðåííåå ïðåðûâàíèå, ãåíåðèðóåìîå ÀÖÏ, ê âûõîäó VOUT ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ìîæíî ïîäêëþ÷èòü âíåøíèé êîìïàðàòîð. Ïîðîã ñðàáàòûâàíèÿ êîìïàðàòîðà íàäî óñòàíîâèòü íèæå íàèìåíüøåãî âîçìîæíîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, â äàííîì ïðèìåðå – íàïðÿæåíèÿ VREF, äåëåííîãî íà 16, è âûõîä êîìïàðàòîðà áóäåò ñëóæèòü èñòî÷íèêîì ïðåðûâàíèÿ êëàâèàòóðû äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðà. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ìèêðîêîíòðîëëåðû ñ 10-ðàçðÿäíûìè ÀÖÏ, òàêèå êàê NXP MC68HC908QB èëè Texas Instruments MSP430F11, ìîãóò îáñëóæèâàòü ìàòðèöó êëàâèàòóðû èç ïÿòè ñòðîê è øåñòü ñòîëáöîâ ñ 10REFêîäèðóþùèìè ðåçèñòîðàìè. Ïîâòîðíûé àíàëèç ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðàâèëüíî êîäèðîâàòü êëþ÷è ïîçâîëÿþò îòíîøåíèå p ñîïðîòèâëåíèé ñòðîê è ñòîëáöîâ îò 5 äî 5.51 è äîïóñê íîìèíàëîâ ðåçèñòîðîâ ìåíåå 4.3%. Ìîæíî èñïîëüçîâàòü îäíîïðîöåíòíûå ðåçèñòîðû èç ðÿäà E48 ñ íîìèíàëàìè 10 êÎì äëÿ R1 è 51.1 êÎì èëè 53.6 êÎì äëÿ R2. ÐË

Ññûëêè ñîîòâåòñòâóþùèå 16 èíäèâèäóàëüíî íàæàòûì êëàâèøàì, à â Òàáëèöå 2 ïðèâåäåíû äàííûå, ïîëó÷åííûå ïðè îäíîâðåìåííîì íàæàòèè äâóõ êëàâèø, ïîêàçûâàþùèå, ÷òî êîìáèíàöèè äâóõ êëàâèø ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ âûçîâà ñïåöèàëüíûõ ôóíêöèé.

56

1. Amorim, Vitor, and J Simões, "ADC circuit optimizes key encoding," EDN, Feb 4, 1999, pg 101

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments MSP430F112 2. Datasheet NXP MC68HC908QY1

ÑÕÅÌÛ

ÔÏ× è ãåíåðàòîðû íà íåãàòðîíàõ Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Ïðèâåäåíî íåñêîëüêî ñõåì ôèëüòðîâ ïðîìåæóòî÷íîé ÷àñòîòû è ãåíåðàòîðîâ, âûïîëíåííûõ ñ èñïîëüçîâàíèåì ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ, èìåþùèõ íà âîëüòàìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêå ó÷àñòîê ñ îòðèöàòåëüíûì äèíàìè÷åñêèì ñîïðîòèâëåíèåì (íåãàòðîíîâ).

ÍÍåãàòðîí (íåãàâàðèñòîð) – ïîëóïðîâîäíèêîâûé ïðèáîð, èìåþùèé íà âîëüòàìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêå ó÷àñòîê ñ îòðèöàòåëüíûì äèíàìè÷åñêèì ñîïðîòèâëåíèåì [1–3]. Ïðè ïîâûøåíèè íàïðÿæåíèÿ òîê ÷åðåç òàêîé ïîëóïðîâîäíèêîâûé ïðèáîð ïîíèæàåòñÿ. Íà îñíîâå íåãàòðîíîâ ìîãóò áûòü ñîçäàíû óñèëèòåëè, ôèëüòðû, ãåíåðàòîðû ýëåêòðè÷åñêèõ ñèãíàëîâ [1–3]. Òàê, íàïðèìåð, â ñòàòüå [4] ïðèâåäåí ïðèìåð ïîñòðîåíèÿ ðåæåêòîðíîãî ôèëüòðà íà ÷àñòîòó 500 êÃö. Íà UÂÕ

C1

R1

10í

1ê

R2

Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ñõåìà ôèëüòðà ïðîìåæóòî÷íîé ÷àñòîòû (ÔÏ×), ïîëó÷åííàÿ ìîäèôèöèðîâàíèåì ñõåìû ôèëüòðà [4].  îòëè÷èå îò ïðàðîäèòåëÿ ÔÏ× íå ïîäàâëÿåò âûõîäíîé ñèãíàë íà âûõîäå óñòðîéñòâà, à, íàïðîòèâ, âûäåëÿåò åãî. Êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è ÔÏ× íà ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòå ïðåâûøàåò 60 äÁ, Ðèñóíîê 2.

K, äÁ 60

+12 Â

45

3ê R3 1ê R4 22ê

VT1 BC557

VT2 BC547C

R5 2ê

VT3 BC557

L1 10 µH

15

C2 10í R6

VT4 BC547C

UÂÛÕ

30

300ê C3

VT5 BC547C

10í

Ðèñóíîê 1. Ôèëüòð ïðîìåæóòî÷íîé ÷àñòîòû íà 500 êÃö.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

0.2

0.5

1.0 f, ÌÃö

Ðèñóíîê 2. ×àñòîòíàÿ çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è ÔÏ×.

Âàðüèðîâàíèåì ïàðàìåòðîâ LC-êîíòóðà, Ðèñóíîê 1, ðåçîíàíñíàÿ ÷àñòîòà ôèëüòðà ìîæåò áûòü ïîíèæåíà äî çíà÷åíèé ïîðÿäêà

57

Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ íåãàòðîíà äëÿ ãåíåðàöèè ñèãíàëîâ ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû. ×àñòîò ãåíåðàöèè çàäàåòñÿ ïàðàëëåëüíûì êîëåáàòåëüíûì êîíòóðîì è ñîñòàâëÿåò 465 êÃö. Êîýôôèöèåíò íåëèíåéíûõ èñêàæåíèé ñèãíàëà àìïëèòóäîé 800 ì áëèçîê ê 2%. Åùå îäíà ñõåìà ãåíåðàòîðà íà îñíîâå íåãàòðîíà èíîãî ïîñòðîåíèÿ ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 4. Ãåíåðàòîð âûðàáàòûâàåò ñèãíàëû ýêñïîíåíöèàëüíî íàðàñòàþùåé ôîðìû, ðåçêî îáðûâàþùèåñÿ â ìîìåíò îêîí÷àíèÿ èìïóëüñà. Àìïëèòóäà âûõîäíûõ ñèãíàëîâ 5 Â. ×àñòîòó ãåíåðàöèè ðåãóëèðóþò ïîòåíöèîìåòðîì R5 â ïðåäåëàõ îò 500 äî 1000 Ãö. Ñòóïåí÷àòî ïîìåíÿòü äèàïàçîí ãåíåðàöèè ìîæíî çàìåíîé êîíäåíñàòîðà C1: ïðè åìêîñòè êîíäåíñàòîðà C1 11 íÔ äèàïàçîí ãåíåðèðóåìûõ ÷àñòîò ðåãóëèðóåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 1 äî 2 êÃö. Äîáàâëåíèå âûõîäíîãî êàñêàäà íà ïîëåâîì òðàíçèñòîðå VT5 2N7000, Ðèñóíîê 5, ê ãåíåðàòîðó, Ðèñóíîê 4, ïîçâîëèò ïîëó÷èòü íà âûõîäàõ ãåíåðàòîðà ñèãíàëû, ôîðìà êîòîðûõ ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 6. ×àñòîòó ãåíåðà-

+2 Â R1 510 VT1 BC557

VT2 BC547C

VT3 BC557

L1 100 µH

C1 1í UÂÛÕ sin 465 êÃö

VT4 BC547C

Ðèñóíîê 3. Ãåíåðàòîð ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ íà íåãàòðîíå.

1 êÃö è íèæå ñ ñîõðàíåíèåì êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è.

UÂÛÕ

0.5…1 êÃö R4 R1 10ê

VT1 BC557

R5

51ê R6 4.3ê

VT3 BC557

+12 Â

50ê

C1 22í

R2 100ê

VT4 BC547C

VT2 BC547C R3 20ê

Ðèñóíîê 4. Ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ ïèëîîáðàçíîé ôîðìû ñ èñïîëüçîâàíèåì íåãàòðîíà.

UÂÛÕ1

0.8…1 êÃö

R4

+12 Â

100ê VT1 BC557

R1 10ê

VT3 BC557

R6 22ê

R5 5ê

UÂÛÕ2 R2 100ê VT2 BC547C R3 20ê

0.8…1 êÃö

R7 100

VT4 BC547C

C1 12í

VT5 2N7000

Ðèñóíîê 5. Ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ ïèëîîáðàçíîé è ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû.

58

ÑÕÅÌÛ

öèè ðåãóëèðóþò ïîòåíöèîìåòðîì R5 â ïðåäåëàõ îò 800 äî 1000 Ãö. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû, ñíèìàåìûõ ñ âûõîäà UÂÛÕ2, ìåíÿåòñÿ îò 0.3 ïðè ÷àñòîòå 800 Ãö äî 0.2 íà ÷àñòîòå 1000 Ãö. Àìïëèòóäà âûõîäíûõ ñèãíàëîâ íà âûõîäå UÂÛÕ1 ðàâíà 5 Â, íà âûõîäå UÂÛÕ2 – 12 Â. ÐË

Ëèòåðàòóðà 1. Øóñòîâ Ì.À. Ïðàêòè÷åñêàÿ ñõåìîòåõíèêà. 450 ïîëåçíûõ ñõåì. – Ì.: Altex-A, 2001. – Êí. 1. – 352 ñ. (I èçä.); 2003 (II èçä.); Ì.: ÄîäýêàXXI–Altex, 2007. – 360 ñ.

2. Øóñòîâ Ì.À. Ïðàêòè÷åñêàÿ ñõåìîòåõíèêà. Ïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû è èõ ïðèìåíåíèå. – Ì.: Altex, 2004. – Êí. 5. – 304 ñ.

3. Øóñòîâ Ì.À. Í×-óñèëèòåëè íà íåãàâàðèñòîðàõ // Ðàäèîìèð. – 2009. – ¹ 4. – Ñ. 8–10.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

UÂÛÕ, Â

UÂÛÕ2

10 5 UÂÛÕ1 t

Ðèñóíîê 6. Ôîðìà ñèãíàëîâ íà âûõîäå ãåíåðàòîðà.

4. Chekcheyev S. Rejection Filter With an Impedance Inverter // Electronics World. – 2007. – V. 113. – ¹ 3. – P. 53.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Fairchild BC547C 2. Datasheet Fairchild BC557B 3. Datasheet Microchip 2N7000

59

Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ áåç îáðàòíîé ñâÿçè îáåñïå÷èâàåò ìîùíîñòü äî 1 Âò Christophe Basso EDN

Â

 îáîðóäîâàíèè, ìíîãî âðåìåíè ïðåáûâàþùåì â ðåæèìå îæèäàíèÿ, íà ìèêðîïðîöåññîð äîëæíî ïîñòîÿííî ïîäàâàòüñÿ ïèòàíèå, êîãäà äðóãèå êîìïîíåíòû íàõîäÿòñÿ â ñïÿùåì ðåæèìå, ÷òîáû ïðèíèìàòü è èíòåðïðåòèðîâàòü ëþáîé ñèãíàë ïðîáóæäåíèÿ îò ïóëüòà äèñòàíöèîííîãî óïðàâëåíèÿ, âåùàòåëüíîé êîìïàíèè èëè èíîãî èñòî÷íèêà. Ýòè òèïû ñèñòåì èìåþò äîâîëüíî íèçêîå ýíåðãîïîòðåáëåíèå, è èñïîëüçîâàíèå êëàññè÷åñêèõ ìèêðîñõåì èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ äëÿ óðîâíåé ìîùíîñòè ìåíåå 1 Âò áóäåò ÿâíûì

ïåðåáîðîì. Ëþáàÿ àêòèâíàÿ ñõåìà ýëåêòðîïèòàíèÿ òàêæå äîëæíà áûòü áîëåå ýêîíîìè÷íîé, ÷åì ñòàíäàðòíàÿ êîíñòðóêöèÿ, èñïîëüçóþùàÿ ìåòàëëè÷åñêèé òðàíñôîðìàòîð. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïîçâîëÿåò ñíèçèòü ñòîèìîñòü çà ñ÷åò èñêëþ÷åíèÿ îïòîèçîëÿòîðà. Ìèêðîñõåìà IC1 íàïðÿìóþ óïðàâëÿåò âíåøíèì 600-âîëüòîâûì MOSFET. Îòñóòñòâèå âñïîìîãàòåëüíîé îáìîòêè çíà÷èòåëüíî óïðîùàåò îáùóþ ñõåìîòåõíèêó ïðèëîæåíèÿ, à âñòðîåííûé äèíàìè÷åñêèé àâòîíîìíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ êîíòðîëëåðà îáåñïå÷èâàåò

1N4007 1:0.08 1N5819 LP=2.7 mH

2

FB

HV

CS

VCC

GND

DRV

470 µF/ 16Â

8

IC1 NCP1200P40

L1

+ 4.7 µF/ 400 Â

3

10 Â/90 ìÀ

+

12 Â/ 1.3 Âò

6

N 4 R1 18k

5

100 nF

MTD1N60E

6.8 RSENSE

Ðèñóíîê 1. Ìèêðîñõåìà IC1 ñòàáèëèçèðóåò ïèêîâûé òîê è ïîçâîëÿåò ýòîìó îäíîâàòòíîìó èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ ðàáîòàòü îò ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè.

60

ÑÕÅÌÛ

IP =

2 POUT , LP FOSC

ãäå POUT – ìîùíîñòü â íàãðóçêå, IP – ïèêîâûé òîê, FOSC – ÷àñòîòà ïðåîáðàçîâàíèÿ. Âõîäíîå ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå âíóòðåííåãî óñèëèòåëÿ îøèáêè îãðàíè÷åíî ìàêñèìàëüíûì óðîâíåì 1 Â, ïîýòîìó ñîïðîòèâëåíèå òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà RSENSE ðàâíî 1/IP (ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå).  ðàññìàòðèâàåìîì ïðèìåðå ñõåìà ðàáîòàåò íà ÷àñòîòå 40 êÃö, à òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð ñîïðîòèâëåíèåì 6.8 Îì îáåñïå÷èâàåò íåïðåðûâíóþ âûõîäíóþ ìîùíîñòü äî 1 Âò ïðè èíäóêòèâíîñòè LP = 2.7 ìÃí. Âåëè÷èíó ñîïðîòèâëåíèÿ RSENSE ìîæíî ïåðåñ÷èòàòü äëÿ áîëüøåé èëè ìåíüøåé âûõîäíîé ìîùíîñòè. 12-âîëüòîâûé ñòàáèëèòðîí çàùèùàåò íàãðóçêó îò ïîâûøåííîãî íàïðÿæåíèÿ. Ðåçèñ-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

òîð R1 îòêëþ÷àåò öåïü âíóòðåííåé çàùèòû îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, êîòîðàÿ îáû÷íî ñðàáàòûâàåò ïðè ïîòåðå ñèãíàëà îáðàòíîé ñâÿçè. ÂÛÕÎÄÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ (Â)

ìèêðîñõåìó íàïðÿæåíèåì VCC. Ìèêðîñõåìà IC1 ðàáîòàåò êàê ØÈÌ-êîíòðîëëåð ïèêîâîãî òîêà, ñî÷åòàÿ ðàáîòó íà âûáèðàåìîé ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòå 40, 60 èëè 100 êÃö è ìåòîä ïðîïóñêà öèêëîâ äëÿ ñíèæåíèÿ ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ â ðåæèìå îæèäàíèÿ. IC1 ðåãóëèðóåò ïèêîâûé òîê è ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü îò ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè. Ïîñêîëüêó ñõåìà ðàáîòàåò ïðè ïîñòîÿííîé âûõîäíîé ìîùíîñòè, íåîáõîäèìûé ïèêîâûé òîê ìîæåò áûòü ðàññ÷èòàí ïî ôîðìóëå:

10.6 10.4 10.2 10.0 9.8 9.6 9.4 9.2 100

150 200 250 ÂÕÎÄÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ ( AC)

300

Ðèñóíîê 2. Â äèàïàçîíå âõîäíûõ íàïðÿæåíèé îò 130 äî 260 Â AC èçìåíåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñîñòàâëÿåò 1 Â.

Áëàãîäàðÿ óñòîé÷èâîñòè ê ëàâèííîìó ïðîáîþ, òðàíçèñòîð MTD1N60E íå íóæäàåòñÿ â îãðàíè÷èâàþùåé öåïè, ÷òî äîïîëíèòåëüíî óïðîùàåò ðàçðàáîòêó ñõåìû. Èçìåðåííûå çíà÷åíèÿ ÊÏÄ ñîñòàâèëè 64% (íèçêîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå, POUT = 866 ìÂò) è 61% (âûñîêîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå, POUT = 1.08 Âò). Èç ïðåäñòàâëåííîé íà Ðèñóíêå 2 çàâèñèìîñòè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò âõîäíîãî âèäíî, ÷òî â äèàïàçîíå âõîäíûõ ñåòåâûõ íàïðÿæåíèé îò 130 äî 260  AC èçìåíåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ íå âûõîäèò çà ïðåäåëû 1 Â. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor NCP1200P40G 2. Datasheet Motorola MTD1N60E 3. Datasheet Coilcraft Y8844

61

Î÷åíü ïðîñòîé óñèëèòåëü ñ ôàíòîìíûì ïèòàíèåì Peter Demchenko EDN

Ñ

Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïîäõîäèò äëÿ èíäóêòèâíûõ èñòî÷íèêîâ ñèãíàëîâ, òàêèõ êàê äèíàìè÷åñêèé ìèêðîôîí, òðàíñôîðìàòîð èëè èíäóêòèâíûé äàò÷èê.

R2 12k D1

VOUT R3 2k7

R6 1k +E

R4 M R5 C1 «Óñèëåíèå» 1.0µF

560

Q2

Q1 R1 36k

Q1: 2SA992, BC560C Q2: BC560C

Ðèñóíîê 1. Ïðîñòàÿ ñõåìà óñèëèòåëÿ ïîäõîäèò äëÿ èíäóêòèâíûõ èñòî÷íèêîâ ñèãíàëîâ, òàêèõ êàê äèíàìè÷åñêèé ìèêðîôîí, òðàíñôîðìàòîð èëè èíäóêòèâíûé äàò÷èê.

Ñõåìà óíèâåðñàëüíà; åå óñèëåíèå ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ îò 1 äî ïðèìåðíî 130. Êðîìå òîãî, îíà èìååò øèðîêèé äèàïàçîí íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ (ïðèìåðíî îò 5 äî 15 Â).  ñõåìå íå èñïîëüçóþòñÿ ýëåêòðîëèòè÷åñêèå êîíäåíñàòîðû, ÷òî ïîâûøàåò åå íàäåæíîñòü. Êî âõîäó óñèëèòåëÿ ìîæíî ïîäêëþ÷èòü íèçêîèìïåäàíñíûé äèíàìè÷åñêèé ìèêðîôîí ñ ñîãëàñóþùèì òðàíñôîðìàòîðîì èëè áåç íåãî. Ñõåìà ïîëó÷àåò ïèòàíèå ÷åðåç äâóõïðîâîäíûé âûõîäíîé êàáåëü, òî åñòü íàãðóçî÷íûé ðåçèñòîð îòäåëåí îò ñõåìû (ýêðàíèðîâàííûì) êàáåëåì.

62

Ìàêñèìàëüíûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïðèìåðíî ðàâåí 130. Ýòî äîâîëüíî âûñîêîå çíà÷åíèå îáåñïå÷èâàåòñÿ âõîäíûì êàñêàäîì ñ îáùèì ýìèòòåðîì (ìàëîøóìÿùèé òðàíçèñòîð Q1) ñ äèíàìè÷åñêîé íàãðóçêîé R3, Q2. Ìàêñèìàëüíûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ äîñòèãàåòñÿ ïðè R5 = 0 Îì. Óìåíüøèòü óñèëåíèå ìîæíî, âûáðàâ íåíóëåâîå ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R5, ÷òî ñîçäàñò ìåñòíóþ îáðàòíóþ ñâÿçü. Òàêàÿ ìåñòíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü, ïîìèìî ïðî÷åãî, óëó÷øàåò ëèíåéíîñòü ñõåìû. Íàïðèìåð, ïðè R5 = 180 Îì óñèëåíèå ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 60. Ýìèòòåðíûé ïîâòîðèòåëü Q2 òàêæå îáåñïå÷èâàåò íèçêîå âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ñõåìû. Êàê è â ëþáîì óñòðîéñòâå, ïîäêëþ÷åííîì ê èíäóêòèâíîñòè èëè äëèííîìó ñîåäèíèòåëüíîìó êàáåëþ, íà êëåììàõ ñõåìû ìîãóò âîçíèêàòü îïàñíûå áðîñêè íàïðÿæåíèÿ. Äèîä D1 çàùèùàåò âõîä è âûõîä îò òàêèõ áðîñêîâ. Äëÿ ðàñ÷åòà ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ íóæíî çàäàòüñÿ çíà÷åíèÿìè íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ E, òîêà êîëëåêòîðà Q1 è íîìèíàëà íàãðóçî÷íîãî ðåçèñòîðà R6. Ïóñòü, äëÿ ïðèìåðà, E = 9  è òîê êîëëåêòîðà òðàíçèñòîðà Q1 IC1 = 0.3 ìÀ, òîãäà

R3 =

VBE 2 0.8 = » 2.7 (êÎì), IC1 0 .3

ãäå VBE2 – íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q2.

ÑÕÅÌÛ

×òîáû îáåñïå÷èòü íåîáõîäèìûé çàïàñ ïî äèíàìè÷åñêîìó äèàïàçîíó âûõîäíîãî ñèãíàëà, íàïðÿæåíèå VE2 ýìèòòåðà òðàíçèñòîðà Q2 ìîæíî âûáðàòü ðàâíûì ïîëîâèíå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ:

VE 2 =

R2

D1

R2 = VBE 2 + VBE1 , R1 + R2

ãäå VBE1 – íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q1, èç êîòîðîãî ìîæíî ïîëó÷èòü îòíîøåíèå R1/R2. Ïîñêîëüêó

R1 ö æ VE 2 = ( VBE 2 + VBE1 )ç1 + ÷, R 2ø è è íå çàâèñèò îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ Å, ëåâàÿ ÷àñòü ñõåìû äëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà ïðåäñòàâ-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

R6 1k +E Q2

560 C1 1.0µF Q1

M

VE 2 ×

R3 2k7 R4

E .

2

Òîãäà ìû èìååì ïðîñòîå âûðàæåíèå

VOUT

R1

Q1: 2SA992, BC560C Q2: BC560C

Ðèñóíîê 2. Ìîäèôèêàöèÿ ñõåìû äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ, ðàâíîãî 1.

ëÿåò ñîáîé ñâîåãî ðîäà ñòàáèëèòðîí, ÷òî ñëåäóåò ó÷èòûâàòü, êîãäà íåîáõîäèìî ïîâûñèòü çíà÷åíèå E. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíî, êàê ìîæíî èçìåíèòü ñõåìó, ÷òîáû ïîëó÷èòü êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïîðÿäêà 1. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet NEC 2SA992 2. Datasheet ON Semiconductor BC560C

63

Àâòîìàòè÷åñêèé âûêëþ÷àòåëü ýêîíîìèò ýíåðãèþ áàòàðåè Kieran O'malley EDN

ÍÍåñìîòðÿ

íà ìíîãî÷èñëåííûå ïðåèìóùåñòâà àêêóìóëÿòîðîâ, ïðè ïîëíîì ðàçðÿäå îíè ìîãóò áûòü ïîâðåæäåíû, è ñðîê èõ ñëóæáû ìîæåò ñîêðàòèòüñÿ. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 îòêëþ÷àåò óñòðîéñòâî ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì – â äàííîì ñëó÷àå ñâåòîäèîäíûé ôîíàðèê, ïîëó÷àþùèé ïèòàíèå îò NiMH (íèêåëüìåòàëëîãèäðèäíûõ) ýëåìåíòîâ, – êîãäà

íàïðÿæåíèå áàòàðåè ïàäàåò íèæå çàäàííîãî ïðåäåëà. Õîòÿ ýòà ñõåìà ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ñâåòîäèîäíîãî ôîíàðèêà, îíà ïðèìåíèìà ê ëþáîìó óñòðîéñòâó ñ ïèòàíèåì îò áàòàðåé. Íå ðàññ÷èòûâàÿ íà òî, ÷òî ïîëüçîâàòåëü âîâðåìÿ èçâëå÷åò àêêóìóëÿòîð äëÿ ïåðåçàðÿäêè, ýòà ñõåìà îòêëþ÷àåò ôîíàðèê, êîãäà íàïðÿæåíèå àêêóìóëÿòîðà ïàäàåò íèæå

S1 +

+ _

BP1 ÄÂÀ NiMH ÀÊÊÓÌÓ- Q3 ËßÒÎÐÀ AA

R6 10k

R5 10k

R9 1k 1

2N3906 R4 51k

2 3

Q2 R8 1k

4

IC2 MBT3946DW1 Q1

FB

OUT IC1 NCP1421

LBI/EN

LX

LBO

GND

REF

BAT

8

7 6 5

R3 470k

+

C1 22 µF

LED1 R2 100k

C2 470 nF R10 910k

R7 10k

L1 6.8 µH

C3 22 µF

R1 2.2

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà ïðîäëåâàåò ñðîê ñëóæáû àêêóìóëÿòîðîâ, îòêëþ÷àÿ ïèòàíèå ïðè çàäàííîì íàïðÿæåíèè è ïðåäîòâðàùàÿ ÷ðåçìåðíûé ðàçðÿä.

64

ÑÕÅÌÛ

äîïóñòèìîãî ïðåäåëà, è, òàêèì îáðàçîì, äàåò óáåäèòåëüíûé íàìåê íà òî, ÷òî, âîçìîæíî, ïðèøëî âðåìÿ äëÿ ïîäçàðÿäêè. Õîòÿ îòêëþ÷èòü ïèòàíèå ìîæåò è ïðîñòîé êîìïàðàòîð áåç ñõåìû ôèêñàöèè, ñíÿòèå íàãðóçêè ñ áàòàðåè âûçîâåò ñêà÷îê íàïðÿæåíèÿ, è êîìïàðàòîð âîññòàíîâèò ïèòàíèå, ïåðåâîäÿ èíäèêàòîð â ìèãàþùèé ðåæèì. Ýòà ñõåìà âûêëþ÷àåò ôîíàðèê, êîòîðûé îñòàåòñÿ âûêëþ÷åííûì äî òåõ ïîð, ïîêà ïîëüçîâàòåëü íå âêëþ÷èò ñâåò âðó÷íóþ ñ ïîìîùüþ ïåðåêëþ÷àòåëÿ S1.  îñíîâå ñõåìû ëåæèò 600-ìèëëèàìïåðíûé ïîâûøàþùèé DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü ñ ñèíõðîííûì âûïðÿìèòåëåì òèïà NCP1421 (IC1), âûïóñêàåìûé êîìïàíèåé ON Semiconductor, íî áàçîâàÿ êîíñòðóêöèÿ ïðèìåíèìà è êî ìíîãèì äðóãèì ïðåîáðàçîâàòåëÿì, ïîääåðæèâàþùèì àíàëîãè÷íûå ôóíêöèè. Îñíîâíûìè äëÿ äàííîé ñõåìû ôóíêöèÿìè ïðåîáðàçîâàòåëÿ NCP1421 ÿâëÿþòñÿ âõîä LBI/EN, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ êîíòðîëÿ ïîíèæåííîãî íàïðÿæåíèÿ áàòàðåè è óïðàâëåíèÿ âêëþ÷åíèåì ìèêðîñõåìû, è âûõîä ñ îòêðûòûì ñòîêîì èíäèêàòîðà ðàçðÿäà áàòàðåè LBO (low-battery output). Ñõåìà, ðàáîòàþùàÿ îò áàòàðåè èç äâóõ NiMH àêêóìóëÿòîðíûõ ýëåìåíòîâ òèïîðàçìåðà AA, ñîñòîèò èç îáû÷íûõ äëÿ ïîâûøàþùåãî ðåãóëÿòîðà êîìïîíåíòîâ: äðîññåëÿ, âõîäíîãî è âûõîäíîãî êîíäåíñàòîðîâ è ñõåìû èçìåðåíèÿ òîêà ñïðàâà îò IC1. Êîìáèíàöèÿ ïðÿìîãî íàïðÿæåíèÿ ñâåòîäèîäà, ïîäåëåííîãî ðåçèñòîðàìè R3 è R2, è ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà òîêîèçìåðèòåëüíîì ðåçèñòîðå R1 îáðàçóåò íàïðÿæåíèå îáðàòíîé

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

ñâÿçè, êîòîðîå ñðàâíèâàåòñÿ ñ íîìèíàëüíûì íàïðÿæåíèåì 1.2  âíóòðåííåãî îïîðíîãî èñòî÷íèêà ìèêðîñõåìû NCP1421. Ñî ñòîðîíû âõîäà ìèêðîñõåìû IC1 ê âûâîäó LBI/EN ÷åðåç äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ, îáðàçîâàííûé ðåçèñòîðàìè R4, R5 è R10, ïîäêëþ÷åíà áàòàðåÿ. Ïðåîáðàçîâàòåëü NCP1421 îñòàåòñÿ âêëþ÷åííûì, ïîêà íàïðÿæåíèå íà âõîäå LBI/EN ïðåâûøàåò 1.2 Â. Êîãäà íàïðÿæåíèå íà âõîäå LBI/EN îïóñêàåòñÿ íèæå 1.2 Â, óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà äåòåêòîðà ðàçðÿäà íà âûâîäå LBO ñòàíîâèòñÿ íèçêèì, âêëþ÷àåòñÿ òðàíçèñòîð Q3, è â áàçó Q1 íà÷èíàåò ïîäàâàòüñÿ òîê. Êîãäà òðàíçèñòîð Q1 îòêðûâàåòñÿ, íàïðÿæåíèå íà áàçå Q2 ñòàíîâèòñÿ íèçêèì, è âèðòóàëüíûé òèðèñòîð, îáðàçîâàííûé ýëåìåíòàìè Q1 è Q2 ñäâîåííîãî èíòåãðàëüíîãî òðàíçèñòîðà IC2, âêëþ÷àåòñÿ. Êðîìå òîãî, Q1 óäåðæèâàåò íèçêèé óðîâåíü íà âûâîäå LBI/EN, ïðåäîòâðàùàÿ ïîâòîðíîå âêëþ÷åíèå IC1 ïðè ñíÿòèè íàãðóçêè. ×òîáû ïåðåçàïóñòèòü ñõåìó, íóæíî ïðåðâàòü åå ïèòàíèå âûêëþ÷àòåëåì S1. Ðåçèñòîðû R4, R5 è R10 óñòàíàâëèâàþò ïîðîã ñðàáàòûâàíèÿ äåòåêòîðà LBO. R5 òàêæå óñòàíàâëèâàåò òîê, ïîòðåáëÿåìûé îò áàòàðåè ïðè âêëþ÷åííîì òèðèñòîðå. Ñõåìà îòêëþ÷àåòñÿ, êîãäà íàïðÿæåíèå áàòàðåè ïàäàåò ïðèìåðíî äî 1.3 Â, – çíà÷åíèÿ, ïðè êîòîðîì íàïðÿæåíèå íà âûâîäå LBI/EN äîñòèãàåò 1.2 Â. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet onsemi NCP1421 2. Datasheet onsemi MBT3946DW1

65

Ïðåîáðàçîâàòåëü åìêîñòè â ïà÷êó èìïóëüñîâ íà ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòàõ Ricardo Jimenez, Arturo A. Chavez Electronic Design

Ñ

Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïîçâîëÿåò ïðåîáðàçîâûâàòü âåëè÷èíó åìêîñòè â ïà÷êó èìïóëüñîâ, èñïîëüçóÿ èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà è æäóùèé ìóëüòèâèáðàòîð, îáðàçîâàííûé äâóìÿ ìèêðîñõåìàìè äâóõâõîäîâûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «È-ÍÅ» (74HC132). Ñõåìà òàêæå ôîðìèðóåò äâà èìïóëüñà óïðàâëåíèÿ ôóíêöèÿìè Çàïèñü è Ñáðîñ, êîòîðûå îáû÷íî òðåáóþòñÿ âíåøíèì öèôðîâûì ñ÷åò÷èêàì è çàùåëêàì ïðè óïðàâëåíèè äèñïëååì. Ïîäîáíûå óñòðîéñòâà ìîãóò ïðèìåíÿòüñÿ â èçìåðèòåëüíûõ ñõåìàõ, êîãäà âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ïðå5Â

R1 1k

5Â RP 100k

VCC

1 RE 220

Q1 2N3906

BTN

U1C

CX 2200 µF

3

74HC132 Q2 2N2222A

C2 10 µF

R4 10k

U1D 11

12

C3 1 µF

1

U2A 3

2

Ñáðîñ

74HC132

74HC132 Çàïèñü

U1B 6 74HC132

RB 2.2k

13

74HC132

4 5

8

9 R2 4k

C1 1 µF

5Â R3 10k

U1A

2

10

îáðàçîâàòü èçìåíÿþùóþñÿ åìêîñòü äàò÷èêà (íàïðèìåð, â èçìåðèòåëå îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè) â ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ ïðîïîðöèîíàëüíîé äëèíû.

CX íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëÿåò èçìåðÿåìóþ åìêîñòü äàò÷èêà. Ñõåìà çàïóñêàåòñÿ íîðìàëüíî ðàçîìêíóòîé êíîïêîé, äîïîëíåííîé öåïüþ ïîäàâëåíèÿ äðåáåçãà íà ýëåìåíòàõ RP è C1. Ñõåìà, ñîáðàííàÿ íà ìàêåòíîé ïëàòå, ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 2. Ìåæäó øèíîé ïèòàíèÿ è çåìëåé âêëþ÷åí áëîêèðîâî÷íûé êîíäåíñàòîð åìêîñòüþ 0.1 ìêÔ.

4

U2B 6

5

5Â D1

Pot 500k

1N4148 R6 1k

FO

74HC132 R5 10k C4 10 µF

Ðèñóíîê 1. Ïðåîáðàçîâàòåëü âåëè÷èíû åìêîñòè â ïà÷êó èìïóëüñîâ íà îñíîâå ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «È-ÍÅ» ñ òðèããåðîì Øìèòòà.

66

ÑÕÅÌÛ

Ðèñóíîê 2. Ñõåìà, ñîáðàííàÿ íà ìàêåòíîé ïëàòå ñ èñïîëüçîâàíèåì ðåçèñòîðîâ ñ äîïóñêàìè 1%.

 íà÷àëüíîì ñîñòîÿíèè óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà U1B âûñîêèé, è òðàíçèñòîð Q2 íàõîäèòñÿ â íàñûùåíèè, øóíòèðóÿ êîíäåíñàòîð íà çåìëþ (Ðèñóíîê 3). Ýòî çàïðåùàåò ðàáîòó ñòðîáèðóåìîãî ãåíåðàòîðà íà ýëåìåíòå U2B.

Ðèñóíîê 4. Èìïóëüñ çàïóñêà è âûõîä ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà U1B (ñèíÿÿ ëèíèÿ), çàêðûâàþùèå òðàíçèñòîð Q2.

VB = 4.1  – íàïðÿæåíèå íà áàçå Q1, VBE = 0.7  – íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q1. ×òîáû âû÷èñëèòü ïîñòîÿííóþ âðåìåíè T = RC, â íèæåñëåäóþùåé ôîðìóëå (2) ñîïðîòèâëåíèå R çàìåíåíî îòíîøåíèåì VCC/IK:

T = RC X =

Ðèñóíîê 3. Èìïóëüñ çàïóñêà è âûõîä ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà U1A.

Ïðè íàæàòèè êíîïêè RS-òðèããåð óñòàíàâëèâàåòñÿ â ïîëîæåíèå, ïðè êîòîðîì âûõîäíîé óðîâåíü ýëåìåíòà U1A ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì, à ýëåìåíòà U1B – íèçêèì (Ðèñóíîê 4).  ðåçóëüòàòå òðàíçèñòîð Q2 çàêðûâàåòñÿ, ïîçâîëÿÿ êîíäåíñàòîðó CX ëèíåéíî çàðÿæàòüñÿ ïîñòîÿííûì òîêîì. Èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà ñîñòîèò èç p-np òðàíçèñòîðà Q1 è ñâÿçàííûõ ñ íèì êîìïîíåíòîâ. Âåëè÷èíà ýòîãî ïîñòîÿííîãî òîêà IK îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé:

IK =

VCC + VB + VBE , RE

ãäå VCC = 5.1 Â – íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ,

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

VCCC X .

IK

(2)

Çàòåì âûðàæåíèå (2) íóæíî áóäåò óìíîæèòü íà îòíîøåíèå VT+/VCC, â êîòîðîì VT+ – çíà÷åíèå ïîðîãîâîãî óðîâíÿ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà «È-ÍÅ» äëÿ ïîëîæèòåëüíîãî ïåðåïàäà âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Îò ýòîãî îòíîøåíèÿ çàâèñèò ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå, äî êîòîðîãî ìîæåò çàðÿäèòüñÿ êîíäåíñàòîð CX. Ïîäñòàâëÿÿ IK â (2), ïîëó÷àåì âûðàæåíèå äëÿ ïîñòîÿííîé âðåìåíè, îïðåäåëÿþùåé ñêîðîñòü ëèíåéíîãî íàðàñòàíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå CX (Ðèñóíîê 5):

VCMAX × RE VCC .

VCC - VB - VBE

VCCC X × T=

(3)

(1)

Ðèñóíîê 5. Èìïóëüñ çàïóñêà è ëèíåéíî íàðàñòàþùåå íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå CX.

67

Òåïåðü ïîäñòàâëÿåì â (3) çíà÷åíèÿ íîìèíàëîâ èñïîëüçóåìûõ êîìïîíåíòîâ è èçìåðåííûõ íàïðÿæåíèé:

3.28 Â × (220 Îì) 5.12 Â . (4) 5.12 Â - 4.08 Â - 0.636 Â

(5.12 Â)(2200 ìêÔ) × T=

 ñëó÷àå, íàïðèìåð, åñëè CX = 2200 ìêÔ, ïîëó÷àåì èíòåðâàë âðåìåíè, ðàâíûé 3.9 ñ. Òî÷íîñòü ýòîãî ðåçóëüòàòà çàâèñèò îò îòêëîíåíèé íîìèíàëîâ âñåõ êîìïîíåíòîâ, ïðåäñòàâëåííûõ â (4). Êîíäåíñàòîð CX ïåðåñòàåò çàðÿæàòüñÿ ïîñòîÿííûì òîêîì IK, êîãäà íàïðÿæåíèå íà íåì äîñòèãàåò ïîëîæèòåëüíîãî ïîðîãà VT+, â äàííîì ñëó÷àå ðàâíîãî 3.28 Â.  ýòîò ìîìåíò íà âûõîäå ýëåìåíòà U1C óñòàíàâëèâàåòñÿ íèçêèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü, ãåíåðàòîð îñòàíàâëèâàåòñÿ, è íà âûõîäàõ îäíîâèáðàòîðîâ, îáðàçîâàííûõ ýëåìåíòàìè U1D è U2A, ôîðìèðóþòñÿ óïðàâëÿþùèå èìïóëüñû. Äåòåêòîð ôðîíòà (U1D) çàïóñêàåòñÿ ñïàäîì âûõîäíîãî èìïóëüñà ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà U1A (Ðèñóíîê 6).

Ðèñóíîê 7. Èìïóëüñ çàïóñêà è âûõîäíîé ñèãíàë Ñáðîñ, ñôîðìèðîâàííûå ýëåìåíòîì U2A.

èìïóëüñ Ñáðîñ (Ðèñóíîê 7), äëèòåëüíîñòü T3 êîòîðîãî ðàâíà

æ VCC ö ÷÷ .

T3 = R 4C3 ln çç è VCC - V T + ø

(6)

Ñòðîáèðóåìûé ãåíåðàòîð íà ëîãè÷åñêîì ýëåìåíòå U2B âûðàáàòûâàåò ïà÷êó èìïóëüñîâ (Ðèñóíîê 8) ñ ÷àñòîòîé FO, îïðåäåëÿåìîé âûðàæåíèåì (7):

FO =

1 éæ V ö æ V - V T - öù ÷÷ú R 5C 4 ln êçç T + ÷÷ × çç CC ëè V T - ø è VCC - V T + øû

, (7)

ãäå T– – çíà÷åíèå ïîðîãîâîãî óðîâíÿ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà «È-ÍÅ» äëÿ îòðèöàòåëüíîãî ïåðåïàäà âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.

Ðèñóíîê 6. Èìïóëüñ çàïóñêà è íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå C2, ôîðìèðóþùèå èìïóëüñ Çàïèñü.

Äëèòåëüíîñòü T2 ïîëîæèòåëüíîãî èìïóëüñà Çàïèñü íà âûõîäå U1D (Ðèñóíîê 7) ðàâíà: Ðèñóíîê 8. Èìïóëüñ çàïóñêà è âûõîäíûå èìïóëüñû ñòðîáèðóåìîãî ãåíåðàòîðà.

æ VCC ö ÷÷ .

T2 = R 3C2 ln çç è VCC - V T + ø

(5)

Êîãäà ýòîò èìïóëüñ çàêàí÷èâàåòñÿ, îí çàïóñêàåò âòîðîé îäíîâèáðàòîð, îáðàçîâàííûé ýëåìåíòàìè U2A, R4 è C3, ôîðìèðóþùèé

68

Ýòîò ãåíåðàòîð íå èìååò çàäåðæêè çàïóñêà, òàê êàê ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ïîäñòðîå÷íûì ðåçèñòîðîì 500 êÎì, âêëþ÷åííûì ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ðåçèñòîðîì R6, âõîäíîå íàïðÿæåíèå U2B äîëæåí áûòü óñòàíîâëåíî íà

ÑÕÅÌÛ

íåñêîëüêî ìèëëèâîëüò íèæå íàïðÿæåíèÿ ïîëîæèòåëüíîãî ïîðîãà VT+ (ñì. [1]). Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ïîñëå òîãî, êàê ýòîò ãåíåðàòîð îñòàíîâëåí, êîíäåíñàòîðó C4 òðåáóåòñÿ íåêîòîðîå âðåìÿ, ÷òîáû íàïðÿæåíèå íà íåì ñíîâà äîñòèãëî ôèêñèðîâàííîãî çíà÷åíèÿ, óñòàíîâëåííîãî ïîäñòðîå÷íûì ðåçèñòîðîì. Ýòî âðåìÿ ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå â ìîìåíò îòêëþ÷åíèÿ ãåíåðàòîðà. Åñëè ïðè îòêëþ÷åíèè íàïðÿæåíèå êîíäåíñàòîðà áûëî ðàâíî VT–, íà âîññòàíîâëåíèå ïîòðåáóåòñÿ âðåìÿ TR, ðàâíîå

æ V -V T- ö ÷÷ .

TR = R 5C 4 ln çç CC è VCC - V T + ø

(8)

Ýòî âðåìÿ îïðåäåëÿåò ïàóçó, êîòîðóþ íóæíî âûäåðæàòü, ïðåæäå ÷åì ïîäàòü íà êíîïêó ñëåäóþùèé èìïóëüñ. ×àñòîòó ãåíåðàòîðà óñòàíàâëèâàþò êîíäåíñàòîðîì C4 è ðåçèñòîðîì R5 â ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáóåìûì ðàçðåøåíèåì ñ÷åò÷èêà è íåîáõîäèìîé òî÷íîñòüþ îòîáðàæåíèÿ. Äëÿ ðåãóëèðîâêè ýòîé ÷àñòîòû ê ðåçèñòîðó R5 ìîæíî äîáàâèòü ïîñëåäîâàòåëüíûé ïîòåíöèîìåòð. Ýòà ñõåìó ìîæíî èçìåíèòü òàê, ÷òîáû îíà ïåðåçàïóñêàëàñü ñàìà. Äëÿ ýòîãî íàäî ñîçäàòü îáðàòíóþ ñâÿçü îò èìïóëüñà ñáðîñà

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

ê âõîäó êíîïêè, íî ñ èñïîëüçîâàíèåì äðóãîãî äåòåêòîðà ôðîíòà, ñðàáàòûâàþùåãî ïî ñïàäó èìïóëüñà. Ýòîò äåòåêòîð ôðîíòà äîëæåí ïîäàâàòü íà âõîä çàïóñêà èìïóëüñ íèçêîãî óðîâíÿ ñ ìèíèìàëüíîé äëèòåëüíîñòüþ, ðàâíîé 1 ìêñ. Ðåçèñòîð RP íå ïîòðåáóåòñÿ. Èìåéòå â âèäó, ÷òî ïðè àâòîìàòè÷åñêîì ïåðåçàïóñêå ñîäåðæèìîå âíåøíåãî ñ÷åò÷èêà áóäåò íåïðåðûâíî èçìåíÿòüñÿ ñî ñêîðîñòüþ, îïðåäåëÿåìîé ôîðìóëîé (3). Ïîêàçàíèÿ äèñïëåÿ äîëæíû îáíîâëÿòüñÿ â ïðåäåëàõ îò îäíîãî äî ÷åòûðåõ ðàç â ñåêóíäó; â ïðîòèâíîì ñëó÷àå îí áóäåò ìåðöàòü. ×òîáû òåìïåðàòóðíàÿ ïîãðåøíîñòü íå ïðåâûøàëà 1%, ðåêîìåíäóåòñÿ èñïîëüçîâàòü ìåòàëëîïëåíî÷íûå ðåçèñòîðû ñ äîïóñêîì 1%. ×òî êàñàåòñÿ êîíäåíñàòîðîâ, òî îíè äîëæíû áûòü ëàâñàíîâûìè èëè ïîëèñòèðîëüíûìè, ÷òîáû èõ åìêîñòè ìèíèìàëüíî çàâèñåëè îò òåìïåðàòóðû. Êðîìå òîãî, äîëæåí áûòü íèçêèì òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ ïîäñòðîå÷íîãî ðåçèñòîðà R5. ÐË

Ññûëêà 1. Ricardo Jimenez. Ñòðîáèðóåìûé ãåíåðàòîð çàïóñêàåòñÿ áåç çàäåðæêè

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD74HC132

69

Âûêëþ÷àòåëü ïèòàíèÿ íà îñíîâå êíîïêè áåç ôèêñàöèè Anthony Smith EDN

ÁÁîëüøèíñòâî

äåøåâûõ íåôèêñèðóåìûõ êíîïî÷íûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé èìåþò êîíñòðóêöèþ ìåìáðàííîãî òèïà, êàê ïðàâèëî, ïðåäíàçíà÷åííóþ äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà íà ïå÷àòíóþ ïëàòó. Êíîïêè ñ ôèêñàöèåé ÷àùå âñåãî êðóïíåå è äîðîæå, è íå âñåãäà ìîæíî íàéòè òàêóþ êíîïêó íóæíîé ôîðìû. Ýòî ìîæåò îêàçàòüñÿ ïðîáëåìîé, åñëè ïîòðåáóåòñÿ ìèíèàòþðíûé íåäîðîãîé âûêëþ÷àòåëü äëÿ ôèêñàöèè ïèòàíèÿ íàãðóçêè.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíî, êàê ïðîñòîé íåôèêñèðóåìûé îäíîïîëÿðíûé íîðìàëüíî ðàçîìêíóòûé âûêëþ÷àòåëü ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ ê íàãðóçêå. Ñõåìà, äëÿ êîòîðîé òðåáóåòñÿ âñåãî íåñêîëüêî ñàìûõ äåøåâûõ îáùåäîñòóïíûõ êîìïîíåíòîâ, ðàññ÷èòàíà íà øèðîêèé äèàïàçîí íàïðÿæåíèé è èäåàëüíî ïîäõîäèò äëÿ ïðèëîæåíèé ñ ïèòàíèåì îò îäíîýëåìåíòíûõ áàòàðåé, ïîñêîëüêó ìîæåò ðàáîòàòü ïðè íàïðÿæåíèè äî 1  èëè ìåíüøå. Òðàíçèñòîðû Q2 è Q3 îáðàçóþò

òèðèñòîðíóþ ñòðóêòóðó, êîòîðàÿ ôóíêöèîíèðóåò êàê ïðîñòàÿ çàùåëêà, Q4 ïîäêëþ÷àåò ïèòàíèå ê íàãðóçêå, à S1 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîñòåéøóþ êíîïêó áåç ôèêñàöèè. Ïðè ïåðâîé ïîäà÷å íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ VS âñå ÷åòûðå òðàíçèñòîðà çàêðûòû, è êîíäåíñàòîð C1 çàðÿæàåòñÿ ÷åðåç ðåçèñòîðû R1 è R2 äî òåõ ïîð, ïîêà åãî íàïðÿæåíèå VC1 íå ñòàíåò ðàâíûì VS.  ýòî âðåìÿ ñõåìà íàõîäèòñÿ â «ðàçáëîêèðîâàííîì» ñîñòîÿíèè, è íàïðÿæåíèå íàãðóçêè VL ðàâíî 0 Â. Îäíàêî ïðè êðàòêîâðåìåííîì çàìûêàíèè êíîïêè êîíäåíñàòîð C1 ñáðàñûâàåò ñâîé çàðÿä â áàçó òðàíçèñòîðà Q3, êîòîðûé îòêðûâàåòñÿ è ñîçäàåò ñìåùåíèå äëÿ òðàíçèñòîðîâ Q2 è Q4, êîòîðûå îáà âêëþ÷àþòñÿ. Òåïåðü Q2 ÷åðåç ðåçèñòîð R5 îáåñïå÷èâàåò áàçîâûì òîêîì òðàíçèñòîð Q3, à ÷åðåç ðåçèñòîð R3 – òðàíçèñòîð Q1. Ñ ýòîãî ìîìåíòà ñõåìà íàõîäèòñÿ âî âêëþ÷åííîì, èëè «çàáëîêèðîâàííîì» ñîñòîÿíèè è îñòàåòñÿ â íåì äàæå ïîñëå ðàçìûêàíèÿ S1. Íàãðóçêà òåïåðü

ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ ÍÀ ÍÀÃÐÓÇÊÅ VL Q4

VS R1 470k

+ –

ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÍÀÏÐßÆÅÍÈß VS R2 470k

VC1

C1 1 µF

R7 1M Q2

R3 470k

R8 100k

Q1

R9 1k ÍÀÃÐÓÇÊÀ

R5 10k S1

R4 1k

Q3 R6 470k 0Â

Ðèñóíîê 1. Íåôèêñèðóåìàÿ êíîïêà ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ ê íàãðóçêå.

70

ÑÕÅÌÛ

çàïèòàíà, è íàïðÿæåíèå VL ïðèìåðíî ðàâíî VS.  ýòîì ñîñòîÿíèè ñõåìû òðàíçèñòîð Q1 íàñûùåí, â ðåçóëüòàòå ÷åãî êîíäåíñàòîð C1 ðàçðÿæàåòñÿ ÷åðåç ðåçèñòîð R2, âñëåäñòâèå ÷åãî íàïðÿæåíèå VC1 ïàäàåò äî íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ ìèëëèâîëüò (äî íàïðÿæåíèÿ íàñûùåíèÿ êîëëåêòîð-ýìèòòåð Q1). Åùå îäíî êðàòêîâðåìåííîå çàìûêàíèå êíîïêè ïîäàåò ýòî íèçêîå íàïðÿæåíèå íà áàçó òðàíçèñòîðà Q3 è âêëþ÷àåò åãî.  ðåçóëüòàòå âñå ÷åòûðå òðàíçèñòîðà çàêðûâàþòñÿ, è ñõåìà âîçâðàùàåòñÿ â âûêëþ÷åííîå èëè «ðàçáëîêèðîâàííîå» ñîñòîÿíèå. Ïèòàíèå ñ íàãðóçêè òåïåðü ñíÿòî, è íàïðÿæåíèå VL ïàäàåò äî 0 Â. Ïîñêîëüêó òðàíçèñòîð Q1 òåïåðü âûêëþ÷åí, êîíäåíñàòîð C1 ñíîâà íà÷èíàåò çàðÿæàòüñÿ ÷åðåç ðåçèñòîðû R1 è R2, è, òàêèì îáðàçîì, åùå îäíî êðàòêîâðåìåííîå çàìûêàíèå S1 ñíîâà çàùåëêíåò ñõåìó. Âðåìÿçàäàþùèé êîíäåíñàòîð C1 ñîâìåñòíî ñ ðåçèñòîðàìè R1 è R2 îáåñïå÷èâàåò ïîäàâëåíèå äðåáåçãà êîíòàêòîâ êíîïêè, èñêëþ÷àÿ åãî âëèÿíèå íà ðàáîòó ñõåìû. Áåç âðåìåííóé çàäåðæêè RC ñõåìà áóäåò «áîëòàòüñÿ» ìåæäó ïðîòèâîïîëîæíûìè ñîñòîÿíèÿìè êàæäûé ðàç, êîãäà íàæèìàåòñÿ êíîïêà, è â êîíå÷íîì èòîãå îêàæåòñÿ â íåîïðåäåëåííîì ñîñòîÿíèè. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà åìêîñòü 1 ìêÔ, áîëåå ïîäõîäÿùèìè äëÿ êîíêðåòíîãî ïðèëîæåíèÿ ìîãóò îêàçàòüñÿ äðóãèå çíà÷åíèÿ, ïîýòîìó ñëåäóåò ïðèãîòîâèòüñÿ ê ýêñïåðèìåíòàì. Íè îäèí èç íîìèíàëîâ ðåçèñòîðîâ íå ÿâëÿåòñÿ îñîáåííî êðèòè÷íûì, è ñîïðîòèâëåíèÿ, ïîêàçàííûå íà Ðèñóíêå 1, äîñòàòî÷íî îïòèìàëüíû äëÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ïðèìåðíî îò 1 äî 1.5 Â, äðóãèìè ñëîâàìè, äëÿ îäíîýëåìåíòíîé áàòàðåè. Ïðè áîëåå âûñîêèõ íàïðÿæåíèÿõ ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ äîëæíû óâåëè÷èâàòüñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî, õîòÿ íîìèíàëû R2 è R4 ñëåäóåò ñîõðàíÿòü ïîñòîÿííûìè, – ïðèìåðíî 470 êÎì è 1 êÎì, ñîîòâåòñòâåííî. Ïîääåðæàíèå íåèçìåííîãî çíà÷åíèÿ ïîñòîÿííîé âðåìåíè R2C1, ôèêñèðîâàííîãî íà óðîâíå íåñêîëüêèõ ñîòåí ìèëëèñåêóíä, ãàðàíòèðóåò, ÷òî âðåìÿ, íåîáõîäèìîå äëÿ ðàçðÿäà êîíäåíñàòîðà, íå áóäåò ÷ðåçìåðíûì; â ïðîòèâíîì ñëó÷àå ïîñëå òîãî, êàê ñõåìà áûëà âêëþ÷åíà, âðåìÿ îæèäàíèÿ ñîñòîÿíèÿ, â êîòîðîì ñõåìà ìîæåò áûòü âûêëþ÷åíà, îêàæåòñÿ íåïðèåìëåìî áîëüøèì. Ðåçèñòîð R4 îãðàíè÷èâàåò òîê, èäóùèé èç C1 â áàçó òðàíçèñòîðà Q3, äî

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

áåçîïàñíîãî óðîâíÿ; åãî ñîïðîòèâëåíèå äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íî íåáîëüøèì, ÷òîáû ðåçèñòîðû R5 è R6 íå èñêàæàëè íàïðÿæåíèå íà áàçå Q3 ïðè çàìûêàíèè êíîïêè. Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R1 íóæíî âûáèðàòü â ñîîòâåòñòâèè ñ èñïîëüçóåìûì íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ. Ïðè çàäàííîì ñîïðîòèâëåíèè R2 ðåçèñòîð R1 îïðåäåëÿåò âðåìÿ, êîòîðîå òðåáóåòñÿ íàïðÿæåíèþ VC1, ÷òîáû äîñòè÷ü çíà÷åíèÿ VS ñðàçó ïîñëå ðàçáëîêèðîâêè ñõåìû. Äðóãèìè ñëîâàìè, ñîïðîòèâëåíèå R1 îïðåäåëÿåò âðåìÿ, íåîáõîäèìîå äëÿ ïîäãîòîâêè ñõåìû ê ïîâòîðíîìó âêëþ÷åíèþ. Åñëè R1 ñëèøêîì âåëèêî, ñòàíîâèòñÿ íåâîçìîæíûì âêëþ÷èòü ñõåìó âñêîðå ïîñëå òîãî, êàê îíà áûëà ðàçáëîêèðîâàíà. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, åñëè R1 ñëèøêîì ìàëî, ýòî ìîæåò ïðèâåñòè ê íåïðèåìëåìîìó ïîòðåáëåíèþ òîêà èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ VS ïðè âêëþ÷åííîé ñõåìå. Êðîìå òîãî, äëÿ êîíêðåòíîãî çíà÷åíèÿ VS ñîïðîòèâëåíèå R1 äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íî áîëüøèì, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî íàïðÿæåíèå VC1 íå áóäåò ðàñòè ñëèøêîì áûñòðî ïîñëå âûêëþ÷åíèÿ ñõåìû, òàê êàê â ïðîòèâíîì ñëó÷àå îíî ìîæåò ñíîâà âêëþ÷èòü ñõåìó äî òîãî, êàê êíîïêà áóäåò îòïóùåíà. ×òîáû îïðåäåëèòü îïòèìàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå R1, âîçìîæíî, ïðèäåòñÿ ïîýêñïåðèìåíòèðîâàòü, íî ïðè C1 = 1 ìêÔ è R2 = 470 êÎì òåñòîâàÿ ñõåìà ïîêàçàëà õîðîøèå ðåçóëüòàòû ñî çíà÷åíèåì ïðèìåðíî îò 470 äî 680 êÎì ïðè VS = 1  è ïðèìåðíî 4.7 ÌÎì ïðè VS = 10 Â.  êà÷åñòâå Q1 – Q3 ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ ëþáûå ìàëîìîùíûå òðàíçèñòîðû ñ õîðîøèì êîýôôèöèåíòîì ïåðåäà÷è òîêà (îò óìåðåííîãî äî âûñîêîãî). Ñèëîâîé êîììóòàòîð Q4 äîëæåí èìåòü íèçêîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íàñûùåíèÿ êîëëåêòîð-ýìèòòåð, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî ïðè âêëþ÷åíèè ñõåìû áóëüøàÿ ÷àñòü íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ áóäåò ïîäàâàòüñÿ íà íàãðóçêó. Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R9 ñëåäóåò âûáèðàòü òàêèì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü äîñòàòî÷íûì òîêîì áàçó òðàíçèñòîðà Q4; åãî çíà÷åíèå çàâèñèò, ãëàâíûì îáðàçîì, îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ VS, îò òîêà íàãðóçêè è îò êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è òîêà íàñûùåííîãî òðàíçèñòîðà Q4. Ñõåìà îáåñïå÷èâàåò íåäîðîãîé ñïîñîá âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ ñ ïîìîùüþ íåôèêñèðóåìîé êíîïêè, è, êàê è ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåõàíè÷åñêîãî âûêëþ÷àòåëÿ ñ ôèêñàöèåé, òîê, ïîòðåáëÿåìûé ñõåìîé â ñîñòîÿíèè ïîêîÿ, ðàâåí íóëþ. ÐË

71

Âûñîêîâîëüòíûé ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ñ àâòîòðàíñôîðìàòîðíûì âêëþ÷åíèåì äðîññåëÿ David Ng, Adam Huff EDN

Ê

Êîãäà ðàçðàáîò÷èê ñòàëêèâàåòñÿ ñ çàäà÷åé ñòàáèëèçàöèè íàïðÿæåíèÿ, ïðåâûøàþùåãî äîñòóïíîå íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, îí îáû÷íî ðàññìàòðèâàåò âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Õîòÿ òåîðåòè÷åñêè ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ìîæåò âûðàáàòûâàòü ïî÷òè ëþáîå íàïðÿæåíèå, ïðåâûøàþùåå âõîäíîå, ïðàêòè÷åñêèå ñîîáðàæåíèÿ îãðàíè÷èâàþò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðèìåðíî âîñüìèêðàòíûì çíà÷åíèåì âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. ×òîáû ïîëó÷èòü åùå áîëåå âûñîêîå íàïðÿæåíèå, ïðèáåãàþò ê èñïîëüçîâàíèþ ïîâûøà-

L1 COILTRONICS CTX02-17409-R ÎÒÍÎØÅÍÈÅ ÂÈÒÊÎÂ 1:6 L1A L1B

VIN+ 3Â C1 22 µF 6.3 Â

R1 37.4k C2 1 nF GND

þùåé òîïîëîãèè ñ àâòîòðàíñôîðìàòîðíûì âêëþ÷åíèåì äðîññåëÿ. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ðåàëèçàöèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ïîâûøàþùåãî âõîäíîå ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå 3  äî 100 Â. Ïîäêëþ÷åíèÿ ê ìèêðîñõåìå ðåãóëÿòîðà òàêèå æå, êàê â òðàäèöèîííîì ïîâûøàþùåì ïðåîáðàçîâàòåëå, íî äëÿ ïîëó÷åíèÿ áîëüøîãî êîýôôèöèåíòà ïîâûøåíèÿ â ýòîé êîíñòðóêöèè èñïîëüçóåòñÿ äðîññåëü ñ îòâîäîì (L1), èìåþùèé ñîîòíîøåíèå âèòêîâ 1:6. Îñöèëëîãðàììû íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçûâàþò âõîäíîå íàïðÿæåíèå, íàïðÿæåíèå íà âûõîäå ñèëîâîãî êëþ÷à ìèêðîñõåìû IC1 (âûâîä 5) è

IC1 LT1949 8 VIN LBO 3 7 LBI SHDN 1 5 VC SW 4 2 FB GND 6

NC NC

R4 2k

C4 10 pF

D1 BAS21

C3 0.1 µF 250 Â

R2 1M

VOUT+ 100  5 ìÀ

R3 12.4k GND

Ðèñóíîê 1. Èñïîëüçîâàíèå àâòîòðàíñôîðìàòîðíîãî âêëþ÷åíèÿ äðîññåëÿ óâåëè÷èâàåò ðåàëüíûé äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé èìïóëüñíîãî ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ.

72

ÑÕÅÌÛ

Ðèñóíîê 2. Ïðè âõîäíîì ïîñòîÿííîì íàïðÿæåíèè 3  (ãîðèçîíòàëüíàÿ ëèíèÿ âíèçó) íàïðÿæåíèå íà âûâîäå SW ìèêðîñõåìû ñòàáèëèçàòîðà IC1 äîñòèãàåò ïèêîâûõ çíà÷åíèÿ ïîðÿäêà 18  (èìïóëüñíûé ñèãíàë âíèçó). Ñîîòíîøåíèå ÷èñëà âèòêîâ 1:6 äðîññåëÿ L1 äîïîëíèòåëüíî óâåëè÷èâàåò ïèêîâîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äî 160  (âåðõíÿÿ îñöèëëîãðàììà), ÷òîáû ïîñëå âûïðÿìëåíèÿ ïîëó÷èòü íà âûõîäå ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå 100 Â. Èç çà àâòîòðàíñôîðìàòîðíîãî âêëþ÷åíèÿ äðîññåëÿ íèæíèé óðîâåíü èìïóëüñîâ íà âåðõíåé îñöèëëîãðàììå ñîñòàâëÿåò –6×VIN (–18 Â).

íàïðÿæåíèå íà àíîäå âûïðÿìèòåëüíîãî äèîäà D1. Êàê è â ëþáîé ïîâûøàþùåé ñõåìå, ñåðäå÷íèê äðîññåëÿ L1 íàêàïëèâàåò ýíåðãèþ, ïîêà âíóòðåííèé âûõîäíîé êëþ÷ IC1 îòêðûò. Êîãäà êëþ÷ çàêðûâàåòñÿ, íàïðÿæåíèå íà íåì è íà L1A ñòàíîâèòñÿ âûøå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Áëàãîäàðÿ èíäóêòèâíîé ñâÿçè è áîëüøåìó ÷èñëó âèòêîâ â ÷àñòè îáìîòêè L1B, íàïðÿ-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

æåíèå íà àíîäå âûïðÿìèòåëüíîãî äèîäà D1 è, ñëåäîâàòåëüíî, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå çíà÷èòåëüíî âûøå, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè îáû÷íîãî äðîññåëÿ. Ðåçèñòîðû R2 è R3 îáðàçóþò äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè, çàìûêàþùèé êîíòóð ðåãóëèðîâàíèÿ. Ñíàááåðíàÿ öåïî÷êà íà ýëåìåíòàõ R4 è C4 ïîäàâëÿåò âëèÿíèå íåáîëüøîé ïàðàçèòíîé åìêîñòè äèîäà D1. Áåç ýòîé öåïî÷êè ñèëîâîé êëþ÷ ìèêðîñõåìû IC1 áóäåò «âèäåòü» åìêîñòü, êîòîðàÿ èç-çà ìóëüòèïëèêàòèâíîãî ýôôåêòà ñîîòíîøåíèÿ âèòêîâ äðîññåëÿ ñ îòâîäàìè â 36 ðàç ïðåâûøàåò åìêîñòü äèîäà. Äðîññåëü ñ îòâîäîì CTX02-17409 êîìïàíèè Coiltronics, èìåþùèé ðàçìåðû âñåãî 5.6×6×3.4 ìì, è ìèêðîñõåìà DC/DC ðåãóëÿòîðà LT1949 â 8-âûâîäíîì êîðïóñå MSOP çàíèìàþò î÷åíü ìàëî ìåñòà íà ïå÷àòíîé ïëàòå. Ïðè ðåàëèçàöèè ñõåìû íà îäíîñëîéíîé ïëàòå 2 âñå óñòðîéñòâî çàíèìàåò ìåíåå 1.9 ñì . Äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øèõ ðåçóëüòàòîâ íåîáõîäèìî îçíàêîìèòüñÿ ñ ðåêîìåíäàöèÿìè ïî êîìïîíîâêå ïëàòû â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè óñòðîéñòâà è â êà÷åñòâå C1 è C3 èñïîëüçîâàòü ìíîãîñëîéíûå êåðàìè÷åñêèå êîíäåíñàòîðû. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Linear Technology LT1949 2. Datasheet Nexperia BAS21

73

Äèíàìè÷åñêèé ñèôîí

âûêà÷èâàåò òîê èç ïîðòà USB Donald Schelle EDN

Ï

Ïîðò USB ÿâëÿåòñÿ óäîáíûì èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ 5  äëÿ äîïîëíèòåëüíûõ óñòðîéñòâ.

USB-ïîðò íå òîëüêî ñíàáæàåò ïèòàíèåì ìèêðîêîíòðîëëåð è äðóãèå îñíîâíûå ñõåìû, íî òàêæå îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íûé çàïàñ ïî òîêó äëÿ çàðÿäêè íåáîëüøîãî íàêîïèòåëÿ ýíåðãèè, òàêîãî êàê àêêóìóëÿòîð èëè ñóïåðêîíäåíñàòîð. Îáû÷íûé ïîäõîä ê èñïîëüçîâàíèþ «ëèøíåãî» òîêà USB-ïîðòà íà÷èíàåòñÿ ñ îöåíêè ìàêñèìàëüíîãî ïîòðåáëåíèÿ

îñíîâíîé ñõåìû. Çàòåì íà ïóòè ê íàêîïèòåëþ ýíåðãèè ðàçìåùàåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùåå óñòðîéñòâî îãðàíè÷åíèÿ òîêà (Ðèñóíîê 1). Íåñìîòðÿ íà ïðîñòîòó ðåàëèçàöèè, ýòîò ìåòîä íå ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü âåñü òîê, êîòîðûé ìîæíî çàáðàòü èç ïîðòà USB, è íàêîïèòåëü ýíåðãèè ìåäëåííî çàðÿæàåòñÿ èëè ïåðåçàðÿæàåòñÿ. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 2 èñïîëüçóåò âñþ ìîùíîñòü, äîñòóïíóþ â ðàçúåìå USB, äèíàìè÷åñ-

ÎÒ 300 ìÀ (ÌÀÊÑ.) ÄÎ 100 ìÀ (ÒÈÏ.)

ÒÎÊ USB ÁÎËÜØÀß ÌÎÙÍÎÑÒÜ = 500 ìÀ ÌÀÊÑ. ÌÀËÀß ÌÎÙÍÎÑÒÜ = 100 ìÀ ÌÀÊÑ.

ÏÎÐÒ USB

ÎÑÍÎÂÍÛÅ ÖÅÏÈ

ÎÃÐÀÍÈ×ÈÒÅËÜ ÒÎÊÀ ÎÃÐÀÍÈ×ÈÂÀÅÒ ÒÎÊ ÄÎ 200 ìÀ

ÍÀÊÎÏÈÒÅËÜ ÝÍÅÐÃÈÈ (ÀÊÊÓÌÓËßÒÎÐ, ÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÐ)

Ðèñóíîê 1. Ýòîò òèïè÷íûé ìåòîä ïîëó÷åíèÿ ïèòàíèÿ îò USB-ïîðòà îãðàíè÷èâàåò òîê íàêîïèòåëüíîãî ýëåìåíòà ôèêñèðîâàííûì çíà÷åíèåì, êîòîðîå ìåíüøå îïòèìàëüíîãî.

74

ÑÕÅÌÛ

Ê ÎÑÍÎÂÍÛÌ ÖÅÏßÌ C6 150 µF 10 Â

VUSB 5 Â ÎÒ ÏÎÐÒÀ USB

+

C5 150 µF 10 Â

4

C4 1 µF

5

C1 0.1 µF 1

IN

RS– 0…500 ìÀ = IC1 0…2.5  6 VCC MAX4173- OUT FEUT GND 1

IC2

OUT

Ê ÍÀÊÎÏÈÒÅËÞ ÝÍÅÐÃÈÈ

1 2 3

RS+

3

C2 0.1 µF

R1 0.1 1%

+

4 FDS6679 VUSB

GND 2

5

ÎÏÎÐÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ 2.5 Â

MAX6129EUK25 3 NC 4 NC GND 2

6

4 _ 3

5 6 7 8 Q1

R2 1k

IC3 +

2

C3 0.1 µF 5 1

Q2

MAX4238AUT FDN359AN

Ðèñóíîê 2. Ýòà ñõåìà ïîñòîÿííî îòñëåæèâàåò îáùèé òîê, çàáèðàåìûé èç ïîðòà USB, è äèíàìè÷åñêè ðåãóëèðóåò òîê íàêîïèòåëüíîãî ýëåìåíòà, ÷òîáû íå äîïóñòèòü ïðåâûøåíèÿ ìàêñèìàëüíîãî âûõîäíîãî òîêà ïîðòà.

Ðèñóíîê 3. Ýòè îñöèëëîãðàììû ñèãíàëîâ ñõåìû íà Ðèñóíêå 2, ïîêàçûâàþò, ÷òî ñóììà îñíîâíîãî òîêà ñõåìû (ñðåäíÿÿ ëèíèÿ) è òîêà íàêîïèòåëüíîãî ýëåìåíòà (íèæíÿÿ ëèíèÿ) íèêîãäà íå ïðåâûøàåò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ 500 ìÀ, óñòàíîâëåííîãî äëÿ ïîðòà USB (âåðõíÿÿ ëèíèÿ).

êè ðåãóëèðóÿ âåëè÷èíó òîêà, ïîäàâàåìîãî â óñòðîéñòâî íàêîïëåíèÿ ýíåðãèè, è òåì

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

ñàìûì, çàáèðàÿ èç ïîðòà USB îòíîñèòåëüíî ïîñòîÿííûé è ìàêñèìàëüíûé òîê. Ýëåìåíòû IC1 (MAX4173), IC2 (MAX6129) è êîììóòàòîð íàãðóçêè, ñîñòîÿùèé èç êîìïîíåíòîâ Q1, Q2, R2 è C4, îáðàçóþò êîíòóð ðåãóëèðîâàíèÿ, îãðàíè÷èâàþùèé òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç Q1. Ñõåìà ïîääåðæèâàåò ìàêñèìàëüíûé óðîâåíü òîêà, ïðîòåêàþùåãî ê ýëåìåíòó íàêîïëåíèÿ ýíåðãèè (Ðèñóíîê 3), ãàðàíòèðóÿ, ÷òî ñóììà òîêîâ áàòàðåè è îñíîâíûõ öåïåé íèêîãäà íå ïðåâûñèò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ 500 ìÀ, óñòàíîâëåííîãî äëÿ ìîùíîãî USB-óñòðîéñòâà. ×òîáû ïåðåñòðîèòü êîíôèãóðàöèþ ñõåìû äëÿ ðåæèìà ìàëîé ìîùíîñòè ñ ìàêñèìàëüíûì òîêîì 100 ìÀ, ìîæíî çàìåíèòü ìèêðîñõåìó IC1 íà âåðñèþ ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ 100 Â/ (MAX4173HEUT), à ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R1 óâåëè÷èòü äî 0.25 Îì. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX4173 2. Datasheet Maxim MAX4238 3. Datasheet Maxim MAX6129 4. Datasheet Fairchild FDN359AN 5. Datasheet Fairchild FDS6679

75

Êîìïåíñàöèîííàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü óìåíüøàåò èñêàæåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ Dimitri Danyuk Electronic Design

ÂÂ íîâûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ, îïòè-

76

20 (à) (á) (â)

0 –20 –40 äÁ

ìèçèðîâàííûõ äëÿ âûñîêîêà÷åñòâåííûõ àóäèî- è óëüòðàçâóêîâûõ ïðèëîæåíèé, ÷ðåçâû÷àéíî íèçêèå îáùèå ãàðìîíè÷åñêèå èñêàæåíèÿ ïëþñ øóì (THD+N), äîñòèãàþùèå –130 äÁ, ñî÷åòàþòñÿ ñ áîëüøèìè âûõîäíûìè íàïðÿæåíèÿìè ïðè òÿæåëûõ íàãðóçêàõ 600 Îì. Ìîæíî áûëî áû ïîäóìàòü, ÷òî ýòè óñèëèòåëè ÿâëÿþòñÿ óíèâåðñàëüíûìè ñòðîèòåëüíûìè áëîêàìè.  ðåàëüíîé æèçíè âñå íåìíîãî ñëîæíåå. Íàïðèìåð, âõîäíàÿ åìêîñòü îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ íåëèíåéíî çàâèñèò îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ñîîòâåòñòâóþùèé âõîäíîé òîê ñîçäàñò íåëèíåéíîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà âíóòðåííåì èìïåäàíñå èñòî÷íèêà ñèãíàëà [1]. Âîçüìåì ñïåêòð èñêàæåíèé áóôåðà ñ åäèíè÷íûì óñèëåíèåì íà îñíîâå ìèêðîñõåìû LME49710 (Ðèñóíîê 1, êðèâàÿ à). Èñòî÷íèêîì ñèãíàëà ÿâëÿåòñÿ ãåíåðàòîð ñèíóñîèäàëüíîãî ñèãíàëà ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì 5  ñ.ê.ç. è âûõîäíûì ñîïðîòèâëåíèåì 1 ÌÎì. Ýòè îøèáêè ìîæíî óìåíüøèòü ðàçëè÷íûìè ìåòîäàìè, âêëþ÷àÿ èíâåðòèðóþùèé ðåæèì ðàáîòû, ñìåùåíèå ïî ïîñòîÿííîìó òîêó, óìåíüøåíèå ðàçìàõà ñèãíàëà, ïðàâèëü-

–60 –80

–100 –120 –140 –160 0

5

10 ×àñòîòà (êÃö)

15

20

Ðèñóíîê 1. Ýòè ñïåêòðû âûõîäíîãî ñèãíàëà ïîâòîðèòåëÿ ñ åäèíè÷íûì óñèëåíèåì íà îñíîâå LME49710 èëëþñòðèðóþò èñêàæåíèÿ ïðè îòñóòñòâèè îáðàòíîé ñâÿçè, âõîäíîì ñèãíàëå 5  ñ.ê.ç. è âûõîäíîì ñîïðîòèâëåíèè èñòî÷íèêà ñèãíàëà, ðàâíîì 1 ÌÎì (à), à òàêæå èñêàæåíèÿ â ñõåìå íà Ðèñóíêå 2 ïðè òàêîì æå âõîäíîì ñèãíàëå (á) è îñòàòî÷íûé øóì ãåíåðàòîðà ñèíóñîèäàëüíîãî ñèãíàëà (â). Äëÿ óäîáñòâà âîñïðèÿòèÿ êàæäûé ïîñëåäóþùèé ñïåêòð ñìåùåí íà +200 Ãö è –10 äÁ. Áîëåå âûñîêèå óðîâíè øóìà äëÿ êðèâûõ (à) è (á) îáóñëîâëåíû òåïëîâûì øóìîì ñîïðîòèâëåíèÿ èñòî÷íèêà 1 ÌÎì.

ÑÕÅÌÛ

+15 Â R3 1.8k

Ïëàâàþùèé ýêðàí

+

C5 10 nF

C11 220 µF

R11 1

C1

D2 BAV199

R6 1.2k C3 5.6 pF C4 1 nF

10 nF D1 BAV199

3 2

Âõîä

R2 1.2k

+ –

+ C7 10 nF R8 24k

R9 51

U2

7 U1 6 4 LME49710 C2 10 nF

R7 10k

5 7 3 1 In Out 2 6 4 LMH6321

R10 10 Âûõîä

Çåìëÿ C8 10 nF

R1 1M

C9 220 µF

+

C10 220 µF R12 1

R4 1.8k

C6 10 nF

+

C12 220 µF

–15 Â

Ðèñóíîê 2. Èñïîëüçîâàíèå ñõåìû, âêëþ÷àþùåé ñîñòàâíîé áóôåð ñ åäèíè÷íûì óñèëåíèåì è öåïü êîìïåíñàöèîííîé îáðàòíîé ñâÿçè ê øèíàì ïèòàíèÿ çíà÷èòåëüíî óëó÷øàåò õàðàêòåðèñòèêè èñêàæåíèÿ óñòðîéñòâà.

íûé âûáîð îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ è êîìïåíñàöèþ âõîäíîãî èìïåäàíñà [1]. Ñîãëàñîâàíèå ïîëíûõ èìïåäàíñîâ ñî ñòîðîíû èíâåðòèðóþùåãî è íåèíâåðòèðóþùåãî âõîäîâ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ îáåñïå÷èâàåò îäèíàêîâûå èñêàæåíèÿ íà îáîèõ âõîäàõ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî èñêàæåíèÿ êîìïåíñèðóþòñÿ. Îäíàêî äëÿ íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèé îáðàáîòêè ñèãíàëîâ òðåáóåòñÿ âõîäíîé èíòåðôåéñ, ïîâåäåíèå êîòîðîãî íå çàâèñèò îò èìïåäàíñà èñòî÷íèêà. Ïðèìåðàìè ìîãóò ñëóæèòü ñèñòåìû ñáîðà äàííûõ, òàêèå êàê îñöèëëîãðàôû, äèñêðåòèçàòîðû è äðóãèå óñòðîéñòâà, êîòîðûå ìîãóò áûòü ïîäêëþ÷åíû ê èñòî÷íèêó ñ âûñîêèì (áîëåå 50 êÎì) èëè íåèçâåñòíûì âûõîäíûì ñîïðîòèâëåíèåì. Äðóãîå òðàäèöèîííîå ðåøåíèå äëÿ óñòðàíåíèÿ îøèáêè, îáóñëîâëåííîé èìïåäàíñîì èñòî÷íèêà, îñíîâàíî íà óìåíüøåíèè âõîäíîé åìêîñòè ñ ïîìîùüþ êîìïåíñàöèîííîé îáðàòíîé ñâÿçè ê âõîäàì óñòðîéñòâà [2], ê ïîäëîæêå [3] è/èëè ê øèíàì ïèòàíèÿ [4]. Îáðàòíàÿ ñâÿçü, îñíîâûâàÿñü íà ñâîåì ÷óâñòâèòåëüíîì óçëå, ìîæåò óìåíüøèòü âõîäíóþ åìêîñòü, óñêîðèòü îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü è ñìåñ-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

òèòü äîìèíèðóþùèé ïîëþñ â ñòîðîíó áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîò, èëè æå îíà ìîæåò ïîçâîëèòü ðàáîòàòü ñ áîëåå âûñîêèìè íàïðÿæåíèÿìè. Çà ñ÷åò ïîäêëþ÷åíèÿ ê âûõîäó äîïîëíèòåëüíîãî ïîâòîðèòåëÿ U2 äâóõ RC-öåïåé îáðàòíîé ñâÿçè (R3-C9 è R4-C10) ê øèíàì ïèòàíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ U1, ñõåìà íà Ðèñóíêå 2 îáåñïå÷èâàåò âûñîêèé âõîäíîé èìïåäàíñ è íåçíà÷èòåëüíóþ ïîãðåøíîñòü, îáóñëîâëåííóþ èìïåäàíñîì èñòî÷íèêà. Ñïåêòð èñêàæåíèé ýòîé ñõåìû ñ ñîïðîòèâëåíèåì èñòî÷íèêà 1 ÌÎì (ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ, âêëþ÷åííûé ïîñëåäîâàòåëüíî ñ R1) è íàãðóçêîé 50 Îì çíà÷èòåëüíî óëó÷øàåòñÿ (Ðèñóíîê 1, êðèâàÿ á). Òðåòüÿ ãàðìîíèêà âíîñèòñÿ ãåíåðàòîðîì (Ðèñóíîê 1, êðèâàÿ â). Êîìïîíåíòû C1, C2 è R9 îáåñïå÷èâàþò óñòîé÷èâîñòü ïåòëè îáðàòíîé ñâÿçè. Êðîìå òîãî, ñîñòàâíîé áóôåð íà Ðèñóíêå 2 ïîëíîñòüþ óñòðàíÿåò îøèáêè, ñâÿçàííûå ñ ðàññåèâàíèåì ìîùíîñòè íà âõîäå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ [1]. Êîíäåíñàòîðû C9 è C10 ìîæíî çàìåíèòü ðåãóëèðóåìûìè ïàðàëëåëüíûìè ñòàáèëèçàòîðàìè, à ðåçèñòîðû R3 è R4 – èñòî÷íèêàìè òîêà èëè ïîâòîðèòåëÿìè.  ýòîì

77

+15 Â +

C5 10 nF

R3 330

R10 1

Ïëàâàþùèé ýêðàí

D2 BAV199 D1 BAV199

R6 1.8k

3 2

Âõîä R1 1M

C11 220 µF

R2 200

C7 10 nF

7 U1 + –

+ C9 330 µF

6

4 LME49710

Âûõîä R9 51 3

+

R7 20k 2 – R5 200

6 4 LME49710 C8 10 nF

R4 330

Çåìëÿ

7 U2

+ C10 330 µF

R11 1 C5 10 nF

+

C12 220 µF

–15 Â

Ðèñóíîê 3. Ïðè íåáîëüøèõ èçìåíåíèÿõ ñõåìû ïðèíöèï êîìïåíñàöèîííîé îáðàòíîé ñâÿçè ïðèìåíèì è äëÿ óñèëèòåëÿ ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ áîëüøå åäèíèöû.

ñëó÷àå ñõåìà áóäåò èìåòü áîëüøîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå è íà ïîñòîÿííîì òîêå. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíî, êàê ìîæíî èçìåíèòü ñõåìó, ÷òîáû èñïîëüçîâàòü óñèëèòåëü ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ áîëüøå åäèíèöû. Ïîâòîðèòåëü U2 îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íûé òîê, íåîáõîäèìûé öåïè îáðàòíîé ñâÿçè R3R4-C9-C10. Âõîäíàÿ åìêîñòü óñèëèòåëÿ U2 è ðåçèñòîð R7 âíîñÿò ôàçîâóþ çàäåðæêó â ïåòëþ îáðàòíîé ñâÿçè. ÐË

Ññûëêè 1. W. Jung, “Op-Amp Audio,” Electronic Design, Sep.-Dec., 1998.

78

2. FET Circuit Applications, National Semiconductor, Application Note 32, Feb. 1970.

3. W. Jung, “Bootstrapped IC Substrate Lowers Distortion in JFET Op Amps,” Analog Devices, Application Note 232, July 1992.

4. A.M. Sandman, “Reducing Amplifier Distortion,” Wireless World, Vol. 80, No. 1466, pp. 367-371, Oct. 1974.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LME49710 2. Datasheet Texas Instruments LMH6321 3. Datasheet NXP BAV199

ÑÕÅÌÛ

Èçìåðèòåëü ìàãíèòíîãî ïîëÿ èç íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ Sandeep Satav, Rama Sarma EDN

È

Èçìåðèòåëè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ðàçëè÷íûõ ìàðîê è ìîäåëåé, øèðîêî èçâåñòíûå êàê «ãàóññìåòðû», ïðåäëàãàþòñÿ íà ðûíêå ïî öåíàì, êîòîðûå äåëàþò èõ íåäîñòóïíûìè äëÿ ìíîãèõ ëþáèòåëåé è èíæåíåðîâ.  ïðåäëîæåííîì â

ýòîé ñòàòüå ðåøåíèè äëÿ èçìåðåíèÿ ìàãíèòíîé èíäóêöèè è, â ñâîþ î÷åðåäü, íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ, èñïîëüçóåòñÿ îáùåäîñòóïíûé öèôðîâîé ìóëüòèìåòð è îäèí ïîëóïðîâîäíèêîâûé êîìïîíåíò.

IC1

ËÈÍÅÉÍÛÉ ÄÀÒ×ÈÊ ÕÎËËÀ (ALLEGRO A1323)

3 1

ÖÈÔÐÎÂÎÉ ÌÓËÜÒÈÌÅÒÐ

ÊÎÐÏÓÑ LH (SOT-23W) ÂÛÂ. 1 – VCC ÂÛÂ. 2 – VOUT ÂÛÂ. 3 – GND

2

C1 C 2 0.01 0.01 µF µF ÇÎÍÄ

REL D

AV

ÏÅ×ÀÒÍÀß ÏËÀÒÀ

COMM

ÄÂÀ 4-MM ÐÀÇÚÅÌÀ «BANANA»

ÝÊÐÀÍÈÐÎÂÀÍÍÛÉ ÊÀÁÅËÜ ÁÀÒÀÐÅÉÍÛÉ ÁËÎÊ 3 × 1.5 Â _

+

ÊÐÀÑÍÛÉ ×ÅÐÍÛÉ ÁÅËÛÉ ÝÊÐÀÍ

Ðèñóíîê 1. Öèôðîâîé ìóëüòèìåòð è äàò÷èê Õîëëà îáðàçóþò ïðîñòîé â ñáîðêå èçìåðèòåëü ìàãíèòíîãî ïîëÿ.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

79

Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíî èçìåðèòåëüíîå îáîðóäîâàíèå, ñîñòîÿùåå èç çîíäà, áàòàðåéíîãî áëîêà è öèôðîâîãî ìóëüòèìåòðà. Àêòèâíûé ýëåìåíò çîíäà ñîñòîèò èç ëèíåéíîãî äàò÷èêà Õîëëà. Õîòÿ â ýòîì ïðèëîæåíèè áóäóò ðàáîòàòü ïðàêòè÷åñêè âñå ëèíåéíûå äàò÷èêè Õîëëà, â äàííîé âåðñèè èñïîëüçóåòñÿ äàò÷èê A1323 êîìïàíèè Allegro MicroSystems, âûäàþùèé íàïðÿæåíèå, ïðîïîðöèîíàëüíîå ïðèëîæåííîìó ìàãíèòíîìó ïîëþ. A1323 ðàáîòàåò îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ 4.5…5.5  è â ñîñòîÿíèè ïîêîÿ (ïðè íóëåâîì ìàãíèòíîì ïîëå) âûäàåò íà âûõîäå íàïðÿæåíèå, êîòîðîå ñîñòàâëÿåò 50% îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Èìåÿ íîìèíàëüíóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü 2.5 ìÂ/Ãñ, ìèêðîñõåìà A1323 ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 4.5  îáåñïå÷èâàåò ïîëíûé äèàïàçîí èçìåðåíèé 1800 Ãñ (4.5 Â/2.5 ìÂ/Ãñ = 1800 Ãñ). Âîçäåéñòâèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ, îðèåíòèðîâàííîãî ê þãó îò ïîâåðõíîñòè äàò÷èêà, óâåëè÷èâàåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äàò÷èêà ïðîïîðöèîíàëüíî ïðèëîæåííîìó ïîëþ, ïåðïåíäèêóëÿðíîìó ëèöåâîé ñòîðîíå äàò÷èêà, à ìàãíèòíîå ïîëå, íàïðàâëåííîå ê ñåâåðó îò òîé æå ïîâåðõíîñòè, âûçûâàåò ïðîïîðöèîíàëüíîå óìåíüøåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 4.5  âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äàò÷èêà, â ñîñòîÿíèè ïîêîÿ ðàâíîå 2.25 Â, ìîæåò óâåëè÷èâàòüñÿ äî 4.5  ïðè ïîëå ñèëîé 900 Ãñ, íàïðàâëåííîì íà þã, èëè óìåíüøàòüñÿ äî 0  ïðè ïîëå ñèëîé 900 Ãñ ñ íàïðàâëåíèåì íà ñåâåð. Õîòÿ äàò÷èê ìîæåò îïðåäåëÿòü èíòåíñèâíîñòü è ïîëÿðíîñòü ïîñòîÿííîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ, åãî ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ äëÿ ïåðåìåííîãî ïîëÿ äîñòèãàåò 30 êÃö. Ìàêåòíàÿ âåðñèÿ çîíäà ñîáðàíà íà íåáîëüøîé ïå÷àòíîé ïëàòå, äëèíà êîòîðîé äîñòàòî÷íà, ÷òîáû ïîìåñòèòüñÿ â ðóêå îïåðàòîðà (Ðèñóíîê 2). Âûâîäû äàò÷èêà ïîäñîåäèíÿþòñÿ ê âûñîêîêà÷åñòâåííîìó òðåõæèëüíîìó ýêðàíèðîâàííîìó êàáåëþ è äâóì ðàçâÿçûâàþùèì êîíäåíñàòîðàì ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà åìêîñòüþ 10 íÔ. Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ äàò÷èêà ñîñòîèò èç òðåõ ñîåäèíåííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî ìèíèàòþðíûõ 1.5-âîëüòîâûõ áàòàðååê îáùèì íàïðÿæåíèåì 4.5 Â. Äëÿ ðàñøèðåíèÿ äèàïàçîíà ïîëíîé øêàëû èñïîëüçóéòå 9-âîëüòîâóþ áàòàðåþ äëÿ ïèòàíèÿ ìèêðîñõåìû 5-âîëüòîâîãî ðåãóëÿòîðà, òàêîãî êàê 7805, è ïðè íåîáõîäèìîñòè äîáàâüòå âûêëþ÷àòåëü. Ïîìåñòèòå áàòàðåéêè ðÿäîì ñ ìóëüòèìåòðîì.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå ñòàëüíûå êîðïóñà áàòà-

80

Ðèñóíîê 2.  ðåæèìå îòíîñèòåëüíûõ èçìåíåíèé öèôðîâîãî ìóëüòèìåòðà (REL D) îòîáðàæàåìûå ïîêàçàíèÿ áëèçêè ê íóëþ, à íîìèíàëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äàò÷èêà ïðè íóëåâîì ïîëå ñîñòàâëÿåò 2.25 Â.

ðååê áóäóò èñêàæàòü íàáëþäàåìîå ìàãíèòíîå ïîëå. Äëÿ ðàçâÿçêè âûâîäà è âûõîäà äàò÷èêà èñïîëüçóéòå SMD êîíäåíñàòîðû åìêîñòüþ 10 íÔ. Õîòÿ âûõîäíîé ñèãíàë äàò÷èêà ìîæåò îòîáðàæàòü ëþáîé öèôðîâîé ìóëüòèìåòð, èìåþùèé âûñîêóþ òî÷íîñòü ïî ïîñòîÿííîìó òîêó è ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ ïî ïåðåìåííîìó òîêó, ïðåâûøàþùóþ 50 êÃö, öèôðîâîé ìóëüòèìåòð ñ ðåæèìîì îòíîñèòåëüíûõ èçìåðåíèé (REL D), òàêîé, ñêàæåì, êàê Fluke ìîäåëè 187, óïðîùàåò èçìåðåíèå è îáíàðóæåíèå ïîëÿðíîñòè ïîñòîÿííîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ [1]. Èçâëåêèòå çîíä èç ýêðàíèðîâàííîãî êîðïóñà è èçìåðüòå íàáëþäàåìîå ìàãíèòíîå ïîëå. Äëÿ äîñòèæåíèÿ ìàêñèìàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ðàñïîëîæèòå ïîâåðõíîñòü äàò÷èêà ïåðïåíäèêóëÿðíî ïîëþ. Åñëè íàïðàâëåíèå ïîëÿ íåèçâåñòíî, âðàùàéòå çîíä âîêðóã åãî ñàìîé äëèííîé îñè, ÷òîáû íàéòè ïîëîæåíèå ñ ìàêñèìàëüíûì âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì. ×òîáû ðàññ÷èòàòü ïëîòíîñòü ìàãíèòíîãî ïîòîêà, ðàçäåëèòå èçìåðåííîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äàò÷èêà íà åãî ÷óâñòâèòåëüíîñòü (2.5 ìÂ/Ãñ). Íàïðèìåð, åñëè ìóëüòèìåòð ïîêàçûâàåò –1.9800 Â, òî ìàãíèòíîå ïîëå îðèåíòèðîâàíî íà ñåâåð è ðàâíî 792 Ãñ. Ïðè èçìåðåíèè ïåðåìåííîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ èñïîëüçóéòå ðåæèì îòîáðàæåíèÿ èñòèííîãî ñðåäíåêâàäðàòè÷íîãî çíà÷åíèÿ äëÿ îòîáðàæåíèÿ ïåðåìåííîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äàò÷èêà.

ÑÕÅÌÛ

Èíäóêöèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ â âîçäóõå ìîæíî ðàññ÷èòàòü ñ ïîìîùüþ ñëåäóþùåé ôîðìóëû: B = µ0·H, ãäå B – ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ â òåñëàõ, H – íàïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ â àìïåðàõ íà ìåòð, –7

µ0 = 4p·10 Ãí/ì – ìàãíèòíàÿ ïðîíèöàåìîñòü âàêóóìà.

òû ïåðåñ÷åòà, ÷òîáû èñïîëüçîâàòü ãàóññ êàê áîëåå ïîïóëÿðíóþ åäèíèöó: 10,000 Ãñ = 1 Òë, 1 Ãñ = 79.6 À/ì, 1.2560 ìÒë = 1 êÀ/ì. Èçìåðèòåëè ìàãíèòíîãî ïîëÿ íàõîäÿò ïðèìåíåíèå ïðè ïîèñêå íåèñïðàâíîñòåé äàò÷èêîâ ëèíåéíîãî ïåðåìåùåíèÿ, â ïðîèçâîäñòâå äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà è àóäèîêîëîíîê, äëÿ èññëåäîâàíèÿ íèçêî÷àñòîòíûõ ìàãíèòíûõ ïîìåõ, à òàêæå ïðè ïðîåêòèðîâàíèè è èçãîòîâëåíèè ýëåêòðîìàãíèòíûõ ýêðàíîâ. ÐË

Ó÷èòûâàÿ, ÷òî òåñëà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòíîñèòåëüíî áîëüøóþ åäèíèöó èçìåðåíèÿ, èíäóêöèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ â 1 Òë ÿâëÿåòñÿ äîâîëüíî ñèëüíîé.

Ññûëêè

Äëÿ ïîâûøåíèÿ ðàçðåøåíèÿ èçìåðåíèé ìîæíî ïðèìåíèòü ñëåäóþùèå êîýôôèöèåí-

Ìàòåðèàëû ïî òåìå

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

1. Model 187 & 189, True RMS Multimeter, Users Manual

1. Datasheet Allegro A1323

81

Óïðàâëåíèå ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ ÆÊ-äèñïëåÿ Kannan N Electronic Design

Ä

Äëÿ ìíîãèõ ãðàôè÷åñêèõ ÆÊ-äèñïëååâ òðåáóåòñÿ íåñêîëüêî ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ. Ïðè âêëþ÷åíèè è âûêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ ýòè íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ äîëæíû ïîäàâàòüñÿ è ñíèìàòüñÿ â ïðàâèëüíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè âìåñòå ñ ñèãíàëàìè äàííûõ è óïðàâëåíèÿ

ÆÊ-äèñïëååì, ÷òîáû ïðåäîòâðàòèòü ïîâðåæäåíèå äèñïëåÿ. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ñõåìà, êîòîðàÿ ìîæåò îáåñïå÷èòü íåîáõîäèìóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü.  ñõåìå èñïîëüçîâàíû èíâåðòîðû òèïà 74HC14 ñ òðèããåðàìè Øìèòòà íà âõîäàõ. Ðåçèñòîðíî-êîíäåíñàòîðíûå öåïè ôîðìèðóVCC

2 3

EN

4 5 D PR Q

12 11

CLK 6 CL QN 74HC74

1

nRESET

VCC

Y

Y

A

VX

CLK 8 CL QN 13

VCC

R1

10 9 D PR Q

Y

A R2

C1

A

V1

74HC14

VCC

R3 Y A

Y

Y

A

Y

A R4

C2

A

V2

74HC14

VCC

R5 Y

Y

A

Y

A R6

C3

A

V3

74HC14

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà ôîðìèðóåò òðè ðàçëè÷íûõ çàäåðæêè äëÿ çàäàíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïîäà÷è íàïðÿæåíèé, ïîçâîëÿþùèõ ïðàâèëüíî âêëþ÷àòü è âûêëþ÷àòü ÆÊ-äèñïëåé.

82

ÑÕÅÌÛ

þò òðåáóåìûå çàäåðæêè, à äèîäû îáåñïå÷èâàþò ðàçëè÷íûå ïîñòîÿííûå âðåìåíè çàðÿäà è ðàçðÿäà.  ýòîé ñõåìå òðè êàñêàäà ïðîãðàììèðóåìûõ çàäåðæåê ôîðìèðóþò ñèãíàëû V1, V2 è V3. Åñëè äëÿ ÆÊ-äèñïëåÿ òðåáóåòñÿ áîëåå òðåõ íàïðÿæåíèé, êîëè÷åñòâî êàñêàäîâ ñõåìû ìîæíî óâåëè÷èòü. Ìèêðîñõåìà ñóïåðâèçîðà âûðàáàòûâàåò ñèãíàë ñáðîñà ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ (ñèãíàë nRESET ñ àêòèâíûì íèçêèì óðîâíåì), êîòîðûé çàïðåùàåò ïîäà÷ó íà ÆÊ-äèñïëåé âñåõ íàïðÿæåíèé è ñèãíàëîâ. Âî âðåìÿ äåéñòâèÿ ñèãíàëà ñáðîñà íà âûõîäå D-òðèããåðà 74HC74 (VX) óäåðæèâàåòñÿ íèçêèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü. (Äâà òðèããåðà èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ ëþáûìè ïåðåïàäàìè íà âõîäå EN ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ). Êðîìå òîãî, êîíäåíñàòîðû ðàçðÿæåíû, è V1 = V2 = V3 = 0 Â. Ýòî – íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ

VOUT

+VE Âõîä

0.1 µF

10k

10k

12 Â

1k

VOX

10k

â âûêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè. Äëÿ çàïðåòà ïðîõîæäåíèÿ íà ÆÊ-äèñïëåé ñèãíàëîâ óïðàâëåíèÿ è äàííûõ äîëæåí èñïîëüçîâàòüñÿ øèííûé ïåðåêëþ÷àòåëü. Ñèãíàë EN äîëæåí ïîÿâëÿòüñÿ òîëüêî ïîñëå èíèöèàëèçàöèè êîíòðîëëåðà ÆÊ-äèñïëåÿ è àêòèâàöèè ñèãíàëîâ. Äëÿ îäíîãî, âûáðàííîãî â êà÷åñòâå ïðèìåðà, STN äèñïëåÿ òðåáóåòñÿ, ÷òîáû ïîñëåäîâàòåëüíîñòü âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ áûëà ñëåäóþùåé: VCC, çàòåì äàííûå/óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû äèñïëåÿ, çàòåì ñìåùåíèå –22  (ñ çàäåðæêîé ìåæäó íèìè áîëåå 20 ìñ).  ýòîì ïðèìåðå V1 óïðàâëÿåò íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ VCC ÆÊäèñïëåÿ ñ ïîìîùüþ êîììóòàòîðà ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 2à), V 2 óïðàâëÿåò øèííûì ïåðåêëþ÷àòåëåì, à V3 óïðàâëÿåò ñìåùåíèåì –22  ñ ïîìîùüþ êîììóòàòîðà îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 2á). Êîììóòàòîð îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ ðàçðàáîòàí ñïåöèàëüíî äëÿ óïðàâëåíèÿ ñìåùåíèåì –22 Â. MOSFET â êîììóòàòîðå ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ äîëæåí èìåòü ëîãè÷åñêèé óðîâåíü ïåðåêëþ÷åíèÿ. Îáà êîììóòàòîðà óïðàâëÿþòñÿ ñèãíàëàìè ðàçðåøåíèÿ VOX ñ âûñîêèìè àêòèâíûìè óðîâíÿìè. Êîãäà óïðàâëÿþùèé ïðîöåññîð äâàæäû ïîäàåò èìïóëüñ EN, óðîâíè ñèãíàëîâ V1, V2 è

2N3904

(à)

3.3 Â

–25 Â

2N3904

–22 Â 4.7k

10k

VX

0.1 µF

t1

t2 Dt1

Dt2

V1 10k 10k

Dt3

2N3906

Dt4

V2 VOX

(á)

10k

10k 2N3904

2.2k Dt5 +5 Â

Ðèñóíîê 2. V1 óïðàâëÿåò íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ VCC ÆÊ-äèñïëåÿ ñ ïîìîùüþ êîììóòàòîðà ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ (à), à V3 óïðàâëÿåò ñìåùåíèåì –22 Â ñ ïîìîùüþ êîììóòàòîðà îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ (á).

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

Dt6

V3

Ðèñóíîê 3. Íà ýòîé âðåìåííîé äèàãðàììå ïîêàçàíî âëèÿíèå çàäåðæåê íà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü âêëþ÷åíèÿ ïèòàþùèõ íàïðÿæåíèé (Dt1, Dt3 è Dt5) è ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èõ îòêëþ÷åíèÿ (Dt2, Dt4 è Dt6).

83

V3 ñòàíîâÿòñÿ âûñîêèìè ïîñëå çàäåðæåê, îïðåäåëÿåìûõ ïîñòîÿííûìè âðåìåíè R2C1 (Dt1), R4C2 (Dt3) è R6C3 (Dt5), ñîîòâåòñòâåííî (Ðèñóíîê 3). Äèîäû, ïîäêëþ÷åííûå ê VCC, ðàçðÿæàþò êîíäåíñàòîðû, åñëè VCC áûñòðî ñïàäàåò ïðè âûêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ. Êîãäà ïðè âûêëþ÷åíèè óñòðîéñòâà íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ïîíèæàåòñÿ, óðîâåíü ñèãíàëà nRESET ñòàíîâèòñÿ íèçêèì (äî ïîëíîãî îòêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ), à êîíäåíñàòîðû C1, C2 è C3 ðàçðÿæàþòñÿ ñ ðàçíûìè ïîñòîÿííûìè âðåìåíè: R1C1 (Dt2), R3C2 (Dt4) è R5C3 (Dt6), ñîîòâåòñòâåííî.

84

Ïðè íàñòðîéêå ïîñòîÿííûõ âðåìåíè îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî 22-âîëüòîâîå ñìåùåíèå äîëæíî âêëþ÷àòüñÿ òîëüêî ïîñëå ïîäà÷è ñèãíàëîâ ïèòàíèÿ è äàííûõ, à ñèãíàëû äàííûõ âêëþ÷àþòñÿ òîëüêî ïîñëå ïîäà÷è íàïðÿæåíèÿ VCC. Ñîïðîòèâëåíèÿ âðåìÿçàäàþùèõ ðåçèñòîðîâ äîëæíû íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå îò 10 äî 47 êÎì, à êîíäåíñàòîðîâ (òèïà X7R) – îò 0.1 äî 0.47 ìêÔ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD74HC14 2. Datasheet Texas Instruments CD74HC74

ÑÕÅÌÛ

Âûñîêî÷àñòîòíûé ãåíåðàòîð íà îñíîâå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó Victor Koren EDN

Ó

Óñèëèòåëü ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó – ýòî õîðîøî èçâåñòíûé êîìïîíåíò, èìåþùèé ìíîæåñòâî ïðèìåíåíèé. Èç áàçîâîé ñòðóêòóðíîé ñõåìû òàêîãî óñèëèòåëÿ âèäíî, ÷òî åãî âõîäíîé êàñêàä ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîâòîðèòåëü íàïðÿæåíèÿ – íà ïðàêòèêå ñèììåòðè÷íûé ýìèòòåðíûé ïîâòîðèòåëü (Ðèñóíîê 1). Ñõåìà ñ áîëüøèì âõîäíûì ñîïðîòèâëåíèåì ïðåîáðàçóåò âõîäíîé òîê â íàïðÿæåíèå, êîòîðîå óñèëèâàåòñÿ íà âûõîäå ñ ïîìîùüþ ìîùíîãî óñèëèòåëÿ ñ íèçêèì âûõîäíûì ñîïðîòèâëåíèåì. Èäåÿ ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû èñïîëüçîâàòü âõîäíîé êàñêàä óñèëèòåëÿ â êà÷åñòâå ïîâòîðèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ â áàçîâîé êîíôèãóðàöèè ãåíåðàòîðà Êîëïèòöà.  ýòîé ñõåìå íåèíâåðòèðóþùèé âõîä óñèëèòåëÿ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó èñïîëüçóåòñÿ â êà÷åñòâå âõîäà ïîâòîðèòåëÿ, à èíâåðòèðóþùèé âõîä óñèëèòåëÿ – â êà÷åñòâå âûõîäà ïîâòîðèòåëÿ. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ îòíîñèòåëüíî ìîùíîãî áóôåðèçîâàííîãî

BAV99

1 nF 1 nF

×1

VN

VOUT

+ IEZT

– IE

Ðèñóíîê 1.  òèïè÷íîì óñèëèòåëå ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó âõîäíîé êàñêàä ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîâòîðèòåëü íàïðÿæåíèÿ.

âûõîäíîãî ñèãíàëà èñïîëüçóåòñÿ âûõîäíîé óñèëèòåëü ìèêðîñõåìû. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà áàçîâàÿ ñõåìà ãåíåðàòîðà Êîëïèòöà, â êîòîðîì ôóíêöèþ àêòèâíîãî ýëåìåíòà âûïîëíÿåò ïîâòîðèòåëü âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óñèëèòåëÿ.

LM6181

VINV ROSC 330

100 nF

+

+

–

– 100 nF

VRES

0.8 µH –

+

12V

100 nF +

VP

VOUT

RTERM 50

RLOAD 50

12V

RF 1k RG 100

Ðèñóíîê 2. Ýòîò ãåíåðàòîð Êîëïèòöà íà îñíîâå óñèëèòåëÿ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó îáåñïå÷èâàåò ÷èñòûé ñèíóñîèäàëüíûé âûõîäíîé ñèãíàë.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

85

Îáðàòèòå âíèìàíèå íà äâà àñïåêòà ýòîé ñõåìû ãåíåðàòîðà. Âî-ïåðâûõ, ê êîíòóðó ïîäêëþ÷åíû âñòðå÷íî-ïàðàëëåëüíûå äèîäû, îãðàíè÷èâàþùèå ðàçìàõ êîëåáàíèé äî îïðåäåëåííîãî óðîâíÿ, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü ëèíåéíîñòü ïîâòîðèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ. Âîâòîðûõ, äëÿ óëó÷øåíèÿ ëèíåéíîñòè è çàäàíèÿ âåëè÷èíû îáðàòíîé ñâÿçè âûõîä ïîâòîðèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ ïîäêëþ÷àåòñÿ ê îòâîäó (ñðåäíåé òî÷êå åìêîñòíîãî äåëèòåëÿ) êîíòóðà ÷åðåç ðåçèñòîð ROSC. Ñîïðîòèâëåíèå ROSC, ðàâíîå 330 Îì, ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ìÿãêîå äèîäíîå îãðàíè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà êîíòóðå (VRES = 1  ïèê- ïèê, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïèêîâîìó íàïðÿæåíèþ 0.5  íà êàæäîì äèîäå). Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà îñöèëëîãðàììà íàïðÿæåíèÿ VRES â âåðõíåé òî÷êå êîíòóðà. RF – ýòî ðåçèñòîð îáðàòíîé ñâÿçè óñèëèòåëÿ, ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî ðåêîìåíäóåò ïðîèçâîäèòåëü óñèëèòåëÿ.  ýòîé ñõåìå èñïîëüçîâàíà ìèêðîñõåìà LM6181, à ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà RF ðàâíî 1 êÎì. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ëåãêî ðàññ÷èòàòü: VRES = 1  ïèê-ïèê è VINV = VRES = 1  ïèê-ïèê. Áóôåð íàïðÿæåíèÿ èìååò åäèíè÷íîå óñèëåíèå:

V(R OSC ) = VINV -

VRES .

2

Íàïðÿæåíèå íà îòâîäå êîíòóðà ðàâíî VRES/2, ïîñêîëüêó åìêîñòè êîíäåíñàòîðîâ ðàâíû.

V(R OSC ) = VRES -

I (R OSC ) =

Ðèñóíîê 3. Îñöèëëîãðàììà ïîêàçûâàåò, ÷òî ñèãíàë VRES â âåðõíåé òî÷êå êîíòóðà íà Ðèñóíêå 2 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ÷èñòóþ ñèíóñîèäó.

Åñëè âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íóæíî óâåëè÷èòü, ìîæíî ìåæäó èíâåðòèðóþùèì âõîäîì è çåìëåé âêëþ÷èòü ðåçèñòîð RG – â äàííîì ñëó÷àå 100 Îì.

I (R G ) =

VINV .

RG

Òåïåðü òîê ÷åðåç ðåçèñòîð RF ðàâåí ñóììå òîêîâ ÷åðåç ROSC è RG. Ïîýòîìó

VOUT = V(RF ) + VINV = RF × I (RF ) + VINV = 1 ö æ 0 .5 = 1000 ç + ÷ + 1 = 12.51 Â ïèê - ïèê. . è 330 100 ø Îñöèëëîãðàììà âûõîäíîãî ñèãíàëà VOUT ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 4.

VRES = 0.5 Â ïèê -ïèê.

2

V(R OSC ) .

R OSC

I (RF ) = I (R OSC ). Áëàãîäàðÿ îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè òîê èíâåðòèðóþùåãî âõîäà óñèëèòåëÿ ðàâåí íóëþ.

VOUT = V(RF ) + VINV = RF × I (RF ) + VINV = æ 0 .5 ö = 1000 ç ÷ + 1 = 2.51 Â ïèê - ïèê. . è 330 ø

86

Ðèñóíîê 4. Ãåíåðàòîð Êîëïèòöà íà Ðèñóíêå 2 âûäàåò ÷èñòûé ñèíóñîèäàëüíûé ñèãíàë.

ÑÕÅÌÛ

Ìàêñèìàëüíûé âûõîäíîé òîê óñèëèòåëÿ LM6181 ñîñòàâëÿåò 100 ìÀ, ïîýòîìó îí ìîæåò ëåãêî îòäàâàòü òîê ±63 ìÀ ïèê-ïèê (±6.3 Â/100 Îì) â îáùóþ íàãðóçêó 100 Îì (âûõîäíîé ñîãëàñóþùèé ðåçèñòîð RTERM = 50 Îì è íàãðóçî÷íûé ðåçèñòîð RLOAD = 50 Îì). Íàïðÿæåíèå íà 50-îìíîé íàãðóçêå ðàâíî 3.15  ïèê-ïèê èëè 2.23  ñ.ê.ç., ÷òî áëèçêî ê 20 äÁì (100 ìÂò). Ýòîò óðîâåíü ìîùíîñòè ïîçâîëÿåò íàïðÿìóþ óïðàâëÿòü äâîéíûìè áàëàíñíûìè äèîäíûìè ñìåñèòåëÿìè èëè óñèëèòåëåì ìîùíîñòè, îáåñïå÷èâàÿ ïðè ýòîì ÷èñòóþ ñèíóñîèäàëüíóþ ôîðìó ñèãíàëà. Ñõåìó êîíòóðà ìîæíî èçìåíèòü, ÷òîáû äîáàâèòü â íåå

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

ðàçëè÷íûå ýëåìåíòû íàñòðîéêè. Íà îñíîâå ýòîé ñõåìû ìîæíî ñäåëàòü êâàðöåâûé ãåíåðàòîð, çàìåíèâ êàòóøêó èíäóêòèâíîñòè êâàðöåâûì ðåçîíàòîðîì è èçìåíèâ åìêîñòè êîíäåíñàòîðîâ êîíòóðà íà ñîîòâåòñòâóþùèå çíà÷åíèÿ, íàïðèìåð, 2 × 68 ïÔ. ×òîáû îáåñïå÷èòü òîê ñìåùåíèÿ íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå, åãî ïîòðåáóåòñÿ ñîåäèíèòü ñ çåìëåé ðåçèñòîðîì áîëüøîãî íîìèíàëà, íàïðèìåð, 10 êÎì. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM6181 2. Datasheet NXP BAV99

87

Ñõåìà äèíàìè÷åñêîé íàãðóçêè îïðåäåëÿåò âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå áàòàðåè Jim Williams EDN

Ï

Ïðîñòåéøàÿ ìîäåëü áàòàðåè ñîñòîèò èç èäåàëüíîãî èñòî÷íèêà íàïðÿæåíèÿ è âêëþ÷åííîãî ïîñëåäîâàòåëüíî ñ íèì ñîïðîòèâëåíèÿ, âåëè÷èíà êîòîðîãî – ÷àñòî íåñêîëüêî ìèëëèîì – çàâèñèò îò ýëåêòðîõèìè÷åñêîãî ÊÎÍÒÀÊÒÛ, ÄÎÑÒÓÏÍÛÅ ÏÎËÜÇÎÂÀÒÅËÞ ÂÍÓÒÐÅÍÍÈÅ ÐÅÇÈÑÒÈÂÍÛÅ È ÅÌÊÎÑÒÍÛÅ ÑÎÑÒÀÂËßÞÙÈÅ ÈÌÏÅÄÀÍÑÀ

ÊÎÍÒÀÊÒÛ, ÄÎÑÒÓÏÍÛÅ ÏÎËÜÇÎÂÀÒÅËÞ

Ðèñóíîê 1. Ýëåìåíòàðíàÿ ìîäåëü âíóòðåííåãî èìïåäàíñà áàòàðåè âêëþ÷àåò ðåçèñòèâíûå è åìêîñòíûå ýëåìåíòû, íî ïðè èçìåðåíèè èìïåäàíñà íà ïåðåìåííîì òîêå åìêîñòíûå ýëåìåíòû âíîñÿò îøèáêè. Äëÿ ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ áàòàðåè íàäî àíàëèçèðîâàòü íà ÷àñòîòå, áëèçêîé ê ïîñòîÿííîìó òîêó.

88

ñîñòàâà è êîíñòðóêöèè áàòàðåè. Åñëè äëÿ èçìåðåíèÿ âíóòðåííåãî ñîïðîòèâëåíèÿ áàòàðåè ïîïûòàòüñÿ èñïîëüçîâàòü îáû÷íûé ìèëëèîììåòð, ñîäåðæàùèé èñòî÷íèê ïåðåìåííîãî òîêà âîçáóæäåíèÿ êèëîãåðöîâîãî äèàïàçîíà, áóäóò ïîëó÷åíû îøèáî÷íûå ðåçóëüòàòû èç-çà åìêîñòíûõ ýôôåêòîâ, êîòîðûå âíîñÿò ïîòåðè. Áîëåå ðåàëèñòè÷íàÿ ìîäåëü áàòàðåè âêëþ÷àåò â ñåáÿ ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü, ÷àñòè÷íî øóíòèðîâàííûé êîíäåíñàòîðîì (Ðèñóíîê 1). Êðîìå òîãî, âíóòðåííèå ñîïðîòèâëåíèÿ íåíàãðóæåííîé áàòàðåè ìîãóò çíà÷èòåëüíî îòëè÷àòüñÿ îò èõ çíà÷åíèé ïðè ïîëíîé íàãðóçêå. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øåé òî÷íîñòè èçìåðÿòü âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå íåîáõîäèìî ïðè ïîëíîé íàãðóçêå íà ïîñòîÿííîì òîêå èëè âáëèçè ïîñòîÿííîãî òîêà. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 2 îòâå÷àåò ýòèì òðåáîâàíèÿì è òî÷íî èçìåðÿåò âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå â äèàïàçîíå îò 0.001 äî 1 Îì ïðè íàïðÿæåíèè áàòàðåè äî 13 Â. Îäíà ñåêöèÿ àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà LTC6943 – IC2A – ïîî÷åðåäíî ïîäàåò íà âõîä IC1 íàïðÿæåíèÿ 0.110 è 0.010 Â, ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ ìèêðîñõåìû èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 2.5  IC3 è ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ R2, R3 è R4.

ÑÕÅÌÛ

Ðèñóíîê 2. Ýòà ñõåìà îïðåäåëÿåò âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå áàòàðåè ïóòåì ìíîãîêðàòíîãî âîçäåéñòâèÿ êàëèáðîâàííûì ðàçðÿäíûì òîêîì è èçìåðåíèÿ ðåçóëüòèðóþùåãî ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà êëåììàõ áàòàðåè.

Óñèëèòåëü IC1, ìîùíûé MOSFET Q1 è ñâÿçàííûå ñ íèìè êîìïîíåíòû îáðàçóþò èñòî÷íèê òîêà ñ çàìêíóòûì êîíòóðîì ðåãóëèðîâàíèÿ, êîòîðûé ÷åðåç ñòîê Q1 îáåñïå÷èâàåò àêòèâíóþ íàãðóçêó äëÿ òåñòèðóåìîé áàòàðåè.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

Äèîä D1 çàùèùàåò áàòàðåþ îò îáðàòíîé ïîëÿðíîñòè âêëþ÷åíèÿ. Íàïðÿæåíèå íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå óñèëèòåëÿ IC1 è ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R1 îïðåäåëÿþò âåëè÷èíó íàãðóçêè, ïðèëîæåííîé ê áàòàðåå. Â

89

9Â

16

9Â

VOUT VIN LTC1798 GND

IC3

NC NC

7

11

12

6

S2

S1

IC2A ½LTC6943

ÌÎÄÓËßÒÎÐ

D3 BAT85 C6

+ 10 µF

10

CLK RST 11

VDD

IC4 CD4040

ÄÅËÈÒÅËÜ ×ÀÑÒÎÒÛ

VSS

9 7 6 5 3 2 4 13 12 14 15 1 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12

+

8

ÇÀÐßÄÎÂÛÉ ÍÀÑÎÑ 14 ÏÐßÌÎÓÃÎËÜÍÛÅ D2 C7 ÈÌÏÓËÜÑÛ ~0.5 Ãö BAT85 10 µF

R4 1k 1%

R2 237k, 1% 0.110 Â R3 10k, 1% 0.010 Â

2.5 Â

1

4

7

5

2

3

IC5 LTC1150 ÂÛÕÎÄÍÛÅ ÓÑÈËÈÒÅËÈ

R7 200k

SUPPLY

V–

V+

OUT

C3 1 µF

8

6

R6 10k

CLKOUT

ÂÎÇÄ.

ÈÇÌÅÐ.

ÏÐÎÂÅÐßÅÌÀß ÁÀÒÀÐÅß

ÈÇÌÅÐ. +

2

15

5

13

16

4

C5 200 pF

ÏÐßÌÎÓÃÎËÜÍÛÅ ÈÌÏÓËÜÑÛ ~1 êÃö

NC

0…1 Â 0…1 Îì ÂÛÕÎÄ

Ê ÂÛÂ. 14

S4

S3

IC2B ½LTC6943 3

ÑÈÍÕÐÎÍÍÛÉ ÄÅÌÎÄÓËßÒÎÐ 9 Â C2 R5 1 µF 10k 1 ÂÎÇÄ.

CLKIN

–IN

+IN

Q2 2N3904

NC

NC 9Â 9Â R8 100k

C4 1 µF

ÝÒÈ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÎÁÐÀÇÓÞÒ ÊÎÌÌÓÒÈÐÓÅÌÛÉ ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÂÒÅÊÀÞÙÅÃÎ ÒÎÊÀ D1 1N5821 9 Q1 IRLR024 NC 7 9 R9 3 + 2.7k IC1 8 6 LT1077 2 _ 1 C1 4 0.001 µF NC 10 R1 R10 NC 0.1 10k 1%

NC

ïðîöåññå ðàáîòû ñõåìà ñ ÷àñòîòîé 0.5 Ãö ïîäàåò íà áàòàðåþ ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû òîêà 1 À, ñìåùåííûå íà 100 ìÀ. Íà êëåììàõ, ïîäêëþ÷åííûõ ê áàòàðåå ïî ñõåìå Êåëüâèíà, âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå áàòàðåè ôîðìèðóåò àìïëèòóäíî-ìîäóëèðîâàííûé ñèãíàë ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû ñ ÷àñòîòîé 0.5 Ãö. Ñèíõðîííûé äåìîäóëÿòîð, ñîñòîÿùèé èç àíàëîãîâûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé S3 è S4 ìèêðîñõåìû IC2B è ñòàáèëèçèðîâàííîãî ïðåðûâàíèåì óñèëèòåëÿ IC5, îáðàáàòûâàåò èçìåðåííûé ñèãíàë è âûäàåò àíàëîãîâîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îò 0 äî 1 Â, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò äèàïàçîíó ñîïðîòèâëåíèé áàòàðåè îò 0 äî 1 Îì. Âíóòðåííèé òàêòîâûé ñèãíàë óñèëèòåëÿ IC5 ñ ÷àñòîòîé ïðèìåðíî 1 êÃö ÷åðåç òðàíçèñòîð Q2 óïðàâëÿåò ÊÌÎÏ äâîè÷íûì äåëèòåëåì CD4040 (IC4), ôîðìèðóþùèì ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ñ ÷àñòîòîé 0.5 Ãö äëÿ êîììóòàòîðîâ ìèêðîñõåìû IC2. Êðîìå òîãî, âûõîäíîé ñèãíàë ìèêðîñõåìû IC4 ÷àñòîòîé 500 Ãö óïðàâëÿåò çàðÿäîâûì íàñîñîì, êîòîðûé âûðàáàòûâàåò ïðèìåðíî –7  äëÿ âõîäà

90

îòðèöàòåëüíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ìèêðîñõåìû IC5 è, òàêèì îáðàçîì, äàåò âûõîäíîìó ñèãíàëó IC5 âîçìîæíîñòü èìåòü ðàçìàõ îò 0 Â. Âñÿ ñõåìà ïîòðåáëÿåò îêîëî 230 ìêÀ, ÷òî ïîçâîëÿåò åé ïðîðàáîòàòü ïî÷òè 3000 ÷àñîâ ïðè ïèòàíèè îò ùåëî÷íîé áàòàðåè íàïðÿæåíèåì 9 Â. Ñõåìà ìîæåò ðàáîòàòü ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ âñåãî 4  ñ îòêëîíåíèåì âûõîäíîãî ñèãíàëà ìåíåå 1 ìÂ, îáåñïå÷èâàÿ òî÷íîñòü âûõîäíîãî ñèãíàëà 3%. Ñõåìà ðàññ÷èòàíà íà äèàïàçîí íàïðÿæåíèé òåñòèðóåìîé áàòàðåè îò 0.9 äî 13 Â, íî ìîæíî ëåãêî èçìåíèòü ðàçðÿäíûé òîê è ÷àñòîòó ïîâòîðåíèÿ, ÷òîáû íàáëþäàòü ñîïðîòèâëåíèå áàòàðåè â ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT1077 2. Datasheet Analog Devices LTC1150 3. Datasheet Analog Devices LTC1798 4. Datasheet Analog Devices LTC6943 5. Datasheet Texas Instruments CD4040B 6. Datasheet Infineon IRLR024N

ÑÕÅÌÛ

Ïðîñòàÿ ñõåìà ïîæèðàòåëÿ ïóëüñàöèé Bill Morong Electronic Design

Ð

Ðàáîòó ìíîãèõ óñèëèòåëåé, â òîì ÷èñëå èíòåãðàëüíûõ óñòðîéñòâ, ìîãóò íàðóøèòü ïîìåõè íà âõîäíûõ êëåììàõ ïèòàíèÿ. Èç-çà íåñîâåðøåííîãî ïîäàâëåíèÿ ïóëüñàöèé ïèòàíèÿ ýòè êëåììû ÿâëÿþòñÿ èñòî÷íèêîì øóìà, ïðîíèêàþùåãî â ñèãíàë, êîòîðûé óñèëèâàåòñÿ óñèëèòåëåì. Òàêèì îáðàçîì, óñèëèòåëÿì íåîáõîäèì èñòî÷íèê ÷èñòîãî ïèòàíèÿ. Íî ñòàáèëèçèðîâàííûé èñòî÷íèê, äàæå ïðè èñïîëüçîâàíèè ðåãóëÿòîðà ñ ìàëûì ïàäåíèåì íàïðÿæåíèÿ (LDO), ìîæåò ñîçäàòü ïðîáëåìû â êîíñòðóêöèè óñèëèòåëÿ ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì. Åñëè âûáðàííîå çíà÷åíèå ñòàáèëèçèðîâàííîãî íàïðÿæåíèÿ áëèçêî ê íàïðÿæåíèþ ñâåæåé áàòàðåè, ïî ìåðå åå ðàçðÿäà LDO áûñòðî îòêëþ÷èòñÿ, è ïåðåñòàíåò çàùèùàòü óñèëèòåëü îò ïîìåõ. Åñëè ñòàáèëèçèðîâàííîå íàïðÿæåíèå íàìíîãî íèæå íàïðÿæåíèÿ ñâåæåé áàòàðåè, ñóæàåòñÿ ðàçìàõ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óñèëèòåëÿ, è ýíåðãèÿ òðàòèòñÿ âïóñòóþ äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå áàòàðåè íå óïàäåò äî óðîâíÿ, áëèçêîãî ê íàïðÿæåíèþ ñòàáèëèçàöèè LDO. Ê ñ÷àñòüþ, áîëüøèíñòâî àóäèîóñèëèòåëåé ìîãóò õîðîøî ðàáîòàòü ñ íåñòàáèëèçèðîâàííûì èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ, òàê êàê òî÷íîñòü ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ èì íå òðåáóåòñÿ. Íåñòàáèëèçèðîâàííûå èñòî÷íèêè îñîáåííî ïîëåçíû â êîíñòðóêöèÿõ ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì, ïîçâîëÿÿ ïîëíîñòüþ èñïîëüçîâàòü çàðÿä áàòàðåè, ïîñêîëüêó ñõåìû áóäóò ïðîäîëæàòü ðàáîòàòü äî òåõ ïîð, ïîêà áàòàðåÿ ïîëíîñòüþ íå ðàçðÿäèòñÿ. Îäíàêî íåñòàáèëèçèðîâàííîå ïèòàíèå äîëæíî áûòü ÷èñòûì, à âûõîäíîé èìïåäàíñ äîñòàòî÷íî íèçêèì,

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

÷òîáû èçáåæàòü ïîÿâëåíèÿ ïîìåõ è ìåæêàñêàäíûõ ñâÿçåé, êîòîðûå ìîãóò ïðèâåñòè ê íåóñòîé÷èâîñòè óñèëèòåëÿ. Õîðîøèì ñïîñîáîì î÷èñòêè íåñòàáèëèçèðîâàííîãî ïèòàíèÿ ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå òàê íàçûâàåìîãî «ïîæèðàòåëÿ ïóëüñàöèé». Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïîæèðàòåëÿ ïóëüñàöèé íåìíîãî íèæå âõîäíîãî, è ñõåìà ïðîäîëæàåò ðàáîòàòü, êîãäà âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïàäàåò äî äîâîëüíî íèçêîãî óðîâíÿ. Ïîæèðàòåëü ïóëüñàöèé òàêæå ïîääåðæèâàåò íèçêèé âûõîäíîé èìïåäàíñ ïî÷òè âî âñåì äèàïàçîíå âõîäíûõ íàïðÿæåíèé.

Âõîä ãðÿçíîãî íàïðÿæåíèÿ Q3 2N5087

R1 47k

Q1 2N5089

R3 4.7M

R2 1M

Âûõîä ÷èñòîãî íàïðÿæåíèÿ

Q2 2N5087 C1 1 µF

R4 1M

R5 47k

R6 6.2 W

C2 470 nF

Ðèñóíîê 1. Êîíñòðóêöèÿ ïîæèðàòåëÿ ïóëüñàöèé, ñîñòîÿùàÿ èç ôèëüòðà ñ ïîâòîðèòåëåì, ïîäàâëÿåò ïóëüñàöèè äî 40 äÁ è ïðîäîëæàåò ðàáîòàòü äàæå ïðè ïàäåíèè íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ äî íèçêîãî óðîâíÿ.

91

–30 äÁ –40 äÁ –50 äÁ Âõîäíîå íàïðÿæåíèå Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå

–60 äÁ –70 äÁ –80 äÁ –90 äÁ

1 Ãö

10 Ãö

100 Ãö

1 êÃö

10 êÃö 100 êÃö

Ðèñóíîê 2. Ñ òðàíçèñòîðàìè, ïîêàçàííûìè íà Ðèñóíêå 1, ïîäàâëåíèå ïóëüñàöèé ïèòàíèÿ îñòàåòñÿ õîðîøèì äàëåêî çà ïðåäåëàìè çâóêîâîãî äèàïàçîíà.

Ýòà ñïîñîáíîñòü îòñëåæèâàòü âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðè åãî çíà÷èòåëüíîì ñíèæåíèè ìîæåò áûòü î÷åíü ïîëåçíîé, êîãäà èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ ÿâëÿåòñÿ íåïåðåçàðÿæàåìàÿ áàòàðåÿ. Îäíàêî ýòî ìîæåò áûòü íå î÷åíü õîðîøî äëÿ àêêóìóëÿòîðíûõ ñèñòåì, êîòîðûå ìîãóò áûòü ïîâðåæäåíû ãëóáîêèì ðàçðÿäîì. Îäíà õîðîøî èçâåñòíàÿ ñõåìà ïîæèðàòåëÿ ïóëüñàöèé, êîòîðàÿ áûëà ïîïóëÿðíà ñðåäè ýíòóçèàñòîâ àóäèî, äîñòóïíà â âèäå êîìïëåêòà äëÿ ñàìîñòîÿòåëüíîé ñáîðêè. Îäíàêî ýòà êîíñòðóêöèÿ îòíîñèòåëüíî ñëîæíà, è ïðèíöèï åå ðàáîòû îñíîâàí íà êîìïåíñàöèè ïóëüñàöèé. Ïîêàçàííûé çäåñü ïðîñòîé ïîæèðàòåëü ïóëüñàöèé (Ðèñóíîê 1) íàìíîãî ïðîùå è îáåñïå÷èâàåò î÷èñòêó ìàëîìîùíûõ ñèãíàëîâ çâóêîâûõ ÷àñòîò ïðèìåðíî íà 40 äÁ (Ðèñóíîê 2), ÷òî äåëàåò åãî ïîëåçíûì äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ, íàïðèìåð, â ïðåäâàðèòåëüíûõ óñèëèòåëÿõ. Êîíñòðóêöèÿ ïðîñòà è ñîñòîèò èç ôèëüòðà, áóôåðèçîâàííîãî ïîâòîðèòåëåì. Äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ (R1 è R2) îáåñïå÷èâàåò çàïàñ äëÿ ïîñëåäóþùåãî ðåãóëèðîâàíèÿ. Ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò (R3 è C1) î÷èùàåò íàïðÿæåíèå, êîòîðîå áóôåðèçóåòñÿ ýìèòòåðíûì ïîâòîðèòåëåì (Q1 è R4), ñìåùàþùèì íàïðÿæåíèå íà âåëè÷èíó ïàäåíèÿ íà p-n ïåðåõîäå. Ïðîõîäíîé òðàíçèñòîð (Q3) è óñèëèòåëü îáðàòíîé ñâÿçè (Q2) îáåñïå÷èâàþò óñèëåíèå è âîññòàíàâëèâàþò íàïðÿæåíèå, òåðÿåìîå íà p-n ïåðåõîäå òðàíçèñòîðà Q1. Ýòà ñõåìà èìååò äîñòàòî÷íûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ, òðåáóåìûé äëÿ êîìïåíñàöèè,

92

êîòîðóþ îáåñïå÷èâàþò ýëåìåíòû R6 è C2. Íàïðÿæåíèÿ íà áàçå Q1 è íà âûõîäå ïðàêòè÷åñêè ðàâíû, ïîýòîìó òðàíçèñòîðû îáðàçóþò ýìèòòåðíûé ïîâòîðèòåëü ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ. Ñîîòíîøåíèå ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðîâ R1 è R2 äîëæíî áûòü âûáðàíî òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû âûõîäíîé ñèãíàë ïîæèðàòåëÿ ïóëüñàöèé îñòàâàëñÿ íèæå ëþáûõ ïðîâàëîâ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå ñõåìà «âûïàäåò», êàê è ëþáîé äðóãîé ðåãóëÿòîð.

Âõîä ãðÿçíîãî íàïðÿæåíèÿ R1 47k

Q1 2N5089

D1 1N4148

R3 4.7M

Âûõîä ÷èñòîãî íàïðÿæåíèÿ

Q3 BCX53

D2 1N4148 R2 1M

C1 1 µF

Q4 2N5089 D3 1N4148

R4 1M

R6 6.2 W

Q2 2N5087

R7 1.00k

C2 470 nF

R5 1.00k

Ðèñóíîê 3.  áîëåå ìîùíîì ïîæèðàòåëå ïóëüñàöèé ïðîñòàÿ ñõåìà äîïîëíåíà òðàíçèñòîðîì (Q4) äëÿ óâåëè÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ.

Åñëè òðåáóåòñÿ î÷èñòêà áîëåå ìîùíîãî ñèãíàëà, ÷åì ìîæåò îáåñïå÷èòü ïðîñòîé ïîæèðàòåëü ïóëüñàöèé, èñïîëüçîâàíèå â îáðàòíîé ñâÿçè ñîñòàâíîãî òðàíçèñòîðà îáåñïå÷èò áîëüøèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ (Ðèñóíîê 3).  áîëåå ìîùíîé âåðñèè äîáàâëåíû ýëåìåíòû Q4 è R7, óâåëè÷èâàþùèå êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ òåì, ÷òî ìîæíî ïîëó÷èòü òîëüêî ñ òðàíçèñòîðîì Q2, à äèîäû (D1 - D3) óâåëè÷èâàþò çàïàñ ïî íàïðÿæåíèþ, íåîáõîäèìûé äëÿ ðàáîòû ñîñòàâíîãî òðàíçèñòîðà.  ðåçóëüòàòå óëó÷øàåòñÿ ïîäàâëåíèå ïóëüñàöèé â çâóêîâîì äèàïàçîíå (Ðèñóíîê 4), íî òåðÿåòñÿ ýôôåêòèâíîñòü â äèàïàçîíå âûñîêèõ ÷àñòîò. Âûñîêî÷àñòîòíûå õàðàêòåðèñòèêè ïðîñòîãî ïîæèðàòåëÿ ïóëüñàöèé ÿâëÿþòñÿ åùå îäíèì ïðåèìóùåñòâîì ýòîé ñõåìû ïî ñðàâ-

ÑÕÅÌÛ

–10 äÁ –20 äÁ –30 äÁ Âõîäíîå íàïðÿæåíèå Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå

–40 äÁ –50 äÁ –60 äÁ –70 äÁ –80 äÁ 1 Ãö

10 Ãö

100 Ãö

1 êÃö

10 êÃö 100 êÃö

Ðèñóíîê 4. Óñëîæíåííàÿ êîíñòðóêöèÿ âûíóæäàåò ïîæåðòâîâàòü âûñîêî÷àñòîòíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè äëÿ îáåñïå÷åíèÿ áîëüøåé âûõîäíîé ìîùíîñòè.

ñòðèðóþò ïëîõîå ïîäàâëåíèå ïóëüñàöèé èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ. Õîòÿ òðàíçèñòîðîâ, ïîêàçàííûõ íà ñõåìå, âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ ðàáîòû ñî çâóêîâûìè ñèãíàëàìè, ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ñ âûñîêî÷àñòîòíûìè òðàíçèñòîðàìè, òàêèìè êàê MMBT3904 è MMBT3908, äîêàçàëà ñâîþ ýôôåêòèâíîñòü òàì, ãäå òðåáóåòñÿ ïîäàâëåíèå ïîìåõ â ïîëîñå äî íåñêîëüêèõ ìåãàãåðö. Äëÿ ïîäàâëåíèÿ åùå áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîò ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ òðàíçèñòîðû MBTH10 è MBTH81. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet onsemi 2N5087 2. Datasheet onsemi 2N5089

íåíèþ ñ LDO ñòàáèëèçàòîðîì. Ìíîãèå LDO, îñîáåííî òå, â êîòîðûõ â êà÷åñòâå ïðîõîäíîãî ýëåìåíòà èñïîëüçóþòñÿ MOSFET, äåìîí-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

3. Datasheet Nexperia BCX53 4. Datasheet Diodes MMBTH10 5. Datasheet onsemi MMBTH81

93

Ôàçîâûé äåòåêòîð è ñìåñèòåëü íà îñíîâå ÎÓ ñ êîììóòèðóåìûì óñèëåíèåì W Bruce Warren EDN

Í

Íåêîòîðûå îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè, òàêèå êàê AD8041 è EL5100, èìåþò âûâîä çàïðåòà, ïîçâîëÿþùèé ñîåäèíÿòü ïàðàëëåëüíî âûõîäû íåñêîëüêèõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé (ÎÓ) äëÿ ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ âèäåîñèãíàëîâ. Ïîìèìî ìóëüòèïëåêñèðîâàíèÿ, ôóíêöèÿ çàïðåòà äàåò âîçìîæíîñòü ñêîíôèãóðèðîâàòü îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü ôàçîâûì äåòåêòîðîì èëè ñìåñèòåëåì ÷àñòîò. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíî, êàê ñ ïîìîùüþ ôóíêöèè çàïðåòà ìîæåò ðåàëèçîâàòü íèçêî÷àñòîòíûé ôàçîâûé äåòåêòîð. Óñèëèòåëü ýòîé ñõåìû ìîæíî âêëþ÷àòü è âûêëþ÷àòü ñ ÷àñòîòîé îïîðíîãî ôàçîâîãî ñèãíàëà wREF. Ïðè

ýòîì íà âûõîäå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ïîÿâèòñÿ ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ, ïðîïîðöèîíàëüíàÿ êîñèíóñó ðàçíîñòè ôàç âõîäíîãî è îïîðíîãî ñèãíàëîâ. Âûõîäíîé ñèãíàë ýòîé ñõåìû ðàâåí

VOUT ( t ) = VIN ( t )G( t ), ãäå

VIN ( t ) = A cos( wREF + q), à G(t) – èçìåíÿþùååñÿ âî âðåìåíè óñèëåíèå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. G(t) – ýòî ïðÿìî-

5Â 75 0.1 µF 3k

1.5k

2 0.1 µF

3

ÂÕÎÄÍÎÉ ÑÈÃÍÀË VIN(t)

+ –

7

EL5100 + –

2k

6 8 ÇÀÏÐÅÒ

4 VOUT(t)

10k 0.1 µF 1k 75

ÂÕÎÄ ÏÐßÌÎÓÃÎËÜÍÛÕ ÈÌÏÓËÜÑΠÎÏÎÐÍÎÉ ×ÀÑÒÎÒÛ ÐÀÇÌÀÕÎÌ 0 - 4 Â

ÂÛÕÎÄÍÎÉ ÑÈÃÍÀË 100 ÔÀÇÎÂÎÃÎ ÄÅÒÅÊÒÎÐÀ 0.1 µF

–5 Â

Ðèñóíîê 1. Ïåðåêëþ÷àÿ âõîä çàïðåòà îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ñ îïîðíîé ÷àñòîòîé è ôèëüòðóÿ íèæíèå ÷àñòîòû íà åãî âûõîäå, ìîæíî ïîëó÷èòü ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå, ïðîïîðöèîíàëüíîå ðàçíîñòè ôàç âõîäíîãî è îïîðíîãî ñèãíàëîâ.

94

ÑÕÅÌÛ

óãîëüíûå èìïóëüñû ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 50%, óðîâíè êîòîðûõ ïåðåêëþ÷àþòñÿ ìåæäó íóëåì è G0 ñ ÷àñòîòîé îïîðíîãî ôàçîâîãî ñèãíàëà, à G0 – êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ÎÓ ïðè âêëþ÷åííîì âûõîäå. Ïîñêîëüêó G(t) ÿâëÿåòñÿ ïåðèîäè÷åñêîé ôóíêöèåé âðåìåíè, ðàçëîæèì åå â ðÿä Ôóðüå:

é1 2 æ 1 G( t ) = G0 ê + ç cos wREF t - cos 3wREF t + 2 p 3 è ë +

1 öù cos 5wREF t + ... ÷ú .

5 øû

Óìíîæàÿ VIN(t) íà G(t) è îñòàâëÿÿ òîëüêî ÷ëåíû ñ íóëåâîé ÷àñòîòîé, ïîëó÷àåì âûðàæåíèå äëÿ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé âûõîäíîãî ñèãíàëà:

VOUT (dc ) =

AG 0 cos q . p

Ïîëîñà åäèíè÷íîãî óñèëåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ EL5100 íà Ðèñóíêå 1 ðàâíà 200 ÌÃö, è åãî âûõîä ìîæíî âêëþ÷àòü è âûêëþ÷àòü, ïîäàâàÿ íà âõîä çàïðåòà (âûâîä 8) ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ðàçìàõîì íå ìåíåå 0-4 Â. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ïîêàçàííûõ íà ñõåìå íîìèíàëîâ ðåçèñòîðîâ îáðàòíîé ñâÿçè è ïðè G0 = 3 ïèêîâîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ôàçîâîãî äåòåêòîðà ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíî ïèêîâîìó çíà÷åíèþ âõîäíîãî ñèãíàëà. EL5100 èìååò âðåìÿ îòêëþ÷åíèÿ 180 íñ è âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ 650 íñ, ÷òî ïîçâîëÿåò êîììóòèðîâàòü óñèëåíèå óñòðîéñòâà ñ ÷àñòîòîé ïðèìåðíî äî 250 êÃö. Íà áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîòàõ óñèëåíèå ôàçîâîãî äåòåêòîðà ïàäàåò, ïîñêîëüêó êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ êîììóòàöèè óñèëåíèÿ áîëüøå íå ðàâåí 50%. Ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò, ñëåäóþùèé çà îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì, âûäåëÿåò ïîñòîÿííóþ ñîñòàâëÿþùóþ ñèãíàëà VOUT(t) è èìååò ñïàä 3 äÁ íà ÷àñòîòå 800 Ãö. Ðåçèñòîð 100 Îì è âêëþ÷åííûé ïîñëåäîâàòåëüíî ñ íèì êîí-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

äåíñàòîð 0.1 ìêÔ îãðàíè÷èâàþò ôàçîâóþ çàäåðæêó, âíîñèìóþ ôèëüòðîì, êîãäà ôàçîâûé äåòåêòîð íàõîäèòñÿ âíóòðè ïåòëè ÔÀÏ×. Íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ íà Ðèñóíêå 1 îáåñïå÷èâàþò ìàêñèìàëüíûé ôàçîâûé ñäâèã ïðèìåðíî 65°. Ïðè èñïîëüçîâàíèå èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ +5 Â è –5  êîëåáàíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà ôàçîâîãî äåòåêòîðà áóäóò ïðèìåðíî ñèììåòðè÷íûìè îòíîñèòåëüíî 0 Â. Åñëè â ïðîåêòå òàêàÿ ñèììåòðèÿ íå òðåáóåòñÿ, ìîæíî èñïîëüçîâàòü îäèí èñòî÷íèê ïèòàíèÿ 5  ñ ïîëîæèòåëüíûì ñìåùåíèåì îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ íà 2.5 Â.  ýòîì ñëó÷àå êîëåáàíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà áóäóò ñèììåòðè÷íû îòíîñèòåëüíî óðîâíÿ 2.5 Â. Êàê âî âñåõ ñõåìàõ íà øèðîêîïîëîñíûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ, ÷òîáû èçáåæàòü íåóñòîé÷èâîñòè ñëåäóåò ïîçàáîòèòüñÿ î òîì, ÷òîáû êîíäåíñàòîðû ðàçâÿçêè ïî ïèòàíèþ áûëè ïîäêëþ÷åíû ê çåìëÿíîé øèíå êîðîòêèìè ñîåäèíåíèÿìè è êàê ìîæíî áëèæå ê âûâîäàì èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. Ýòà æå ñõåìà ñ êîììóòèðóåìûì óñèëåíèåì ìîæåò òàêæå ðàáîòàòü êàê ñìåñèòåëü ÷àñòîò. Åñëè âõîäíîé ñèãíàë èìååò ÷àñòîòó wS, à ÷àñòîòà îïîðíûõ ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ðàâíà wLO, òî ÷àñòîòà ñèãíàëà ïðîìåæóòî÷íîé ÷àñòîòû (Ï×) íà âûõîäå áóäåò ðàâíà (wLO – wS) èëè (wLO + wS). Æåëàåìûé ñèãíàë Ï× ìîæíî ïîëó÷èòü, çàìåíèâ âûõîäíîé ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò íà Ðèñóíêå 1 ïîëîñîâûì ôèëüòðîì, íàñòðîåííûì íà íóæíóþ ïðîìåæóòî÷íóþ ÷àñòîòó wLO ± wS. Åñëè ÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ îïîðíîãî ñèãíàëà âûøå äîïóñòèìîé äëÿ âõîäà çàïðåòà, ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñìåøåíèå íà ãàðìîíèêàõ ñ èñïîëüçîâàíèåì íå÷åòíûõ ãàðìîíèê îïîðíîãî ñèãíàëà. Òàêîé ïîäõîä ñíèæàåò êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñìåñèòåëÿ â 1/N ðàç, ãäå N – íîìåð èñïîëüçóåìîé ãàðìîíèêè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD8041 2. Datasheet Intersil EL5100

95

Ãåíåðàòîð ñ îáðàòíîé õàðàêòåðèñòèêîé óïðàâëåíèÿ íà îñíîâå èíòåãðàòîðà è òðàíñèìïåäàíñíîãî óñèëèòåëÿ Mike Irwin EDN

ÑÑõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îäèí èç âàðèàíòîâ õîðîøî çíàêîìîãî ãåíåðàòîðà òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ íà îñíîâå èíòåãðàòîðà è êîìïàðàòîðà, êîòîðûé ÷àùå âñåãî ðåàëèçóåòñÿ íà äâóõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ. Èíòåãðàòîð è êîìïàðàòîð ñîåäèíÿþò ïåòëåé ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, â ðåçóëüòàòå ÷åãî îáðàçóåòñÿ ñõåìà, â êîòîðîé êîìïàðàòîð óïðàâëÿåò èíòåãðàòîðîì, à èíòåãðàòîð êîìïàðàòîðîì. Ôèêñèðîâàííàÿ øèðèíà ïåòëè ãèñòåðåçèñà êîìïàðàòîðà îïðåäåëÿåò ðàçìàõ òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ íà âûõîäå èíòåãðàòîðà. Êðóòèçíó óïðàâëåíèÿ (RATE) ìîæíî ðåãóëèðîâàòü ïîòåíöèîìåòðîì, èçìå-

+ _ _

ÊÐÓÒÈÇÍÀ ÓÏÐÀÂËÅÍÈß

ÊÎÌÏÀÐÀÒÎÐ Ñ ÃÈÑÒÅÐÅÇÈÑÎÌ

+

ÈÍÒÅÃÐÀÒÎÐ

Ðèñóíîê 1. Ýòî ñõåìà êëàññè÷åñêîãî ãåíåðàòîðà òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ, èñïîëüçóþùàÿ èíòåãðàòîð è êîìïàðàòîð ñ ãèñòåðåçèñîì.

96

íÿþùèì êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ èíòåãðàòîðà, è, òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷èòü âûõîäíîé ñèãíàë òðåóãîëüíîé ôîðìû ñ ïîñòîÿííîé àìïëèòóäîé è ïåðåìåííîé ÷àñòîòîé.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 2 óñèëåíèå èíòåãðàòîðà ôèêñèðîâàíî, â òî âðåìÿ êàê âåëè÷èíà ãèñòåðåçèñà ìîæåò èçìåíÿòüñÿ. Òðàíñèìïåäàíñíûé óñèëèòåëü (ÒÈÓ) IC2 çàäàåò øèðèíó ïåòëè ãèñòåðåçèàñà, îáðàçóÿ ãåíåðàòîð, ïåðèîä êîëåáàíèé êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíîé ôóíêöèåé ïðèëîæåííîãî èçâíå íàïðÿæåíèÿ. Êðóòèçíà óïðàâëåíèÿ îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà óïðàâëÿþùåìó íàïðÿæåíèþ, èíûìè ñëîâàìè, îòêëèê ãåíåðàòîðà íà âõîäíîå íàïðÿæåíèå èìååò õàðàêòåð 1/x. Òàêîé ãåíåðàòîð ìîæåò áûòü ïîëåçåí â ïðèëîæåíèÿõ àíàëîãîöèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ è ñèíõðîíèçàöèè ñèñòåì çàäåðæêè âðåìåíè, òàêèõ, íàïðèìåð, êàê ëèíèè çàäåðæêè çâóêîâîãî ñèãíàëà.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 2 ðåçèñòîð R3 è âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ±15  êîìïàðàòîðà îïðåäåëÿþò ôèêñèðîâàííûé òîê èíòåãðàòîðà ±20 ìêÀ. Èíòåãðàòîð ôîðìèðóåò òðåóãîëüíûå èìïóëüñû ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ íàðàñòàíèÿ ±200 Â/ñ è ïèêîâîé àìïëèòóäîé, çàâèñÿùåé îò âåëè÷èíû ãèñòåðåçèñà, óñòàíàâëèâàåìîãî âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì ÒÈÓ IC2. Ñ óâåëè÷åíèåì VIN øèðèíà ïåòëè ãèñòåðåçèñà è ïèêîâàÿ àìïëèòóäà òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ óâåëè÷èâàþòñÿ, è, ñîîòâåòñòâåííî, óâåëè÷è-

ÑÕÅÌÛ

RIN = P1 + R1= 20 êÎì, ÍÎÌ. ÓÏÐÀÂËßÞÙÅÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ P1 VIN 0…10  5k

R1

ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ ÏÎËÍÎÉ ØÊÀËÛ

OP07

2 _ 3

6

+ 2N5087

750k

R11 4.7k

R10 1.5M

IABC 3

2 _

IC4 AD843 3 CA3140 +

Q1

IC1

C1 0.1 µF

R3

ÏÎÄÑÒÐÎÉÊÀ ÑÌÅÙÅÍÈß P2 100k 15 Â –15 Â

17.4k

6

–

R2

15

IC2 13

20k

+

16

CA3280 15V R5 1k

R6 1.2M

R8 220

R9 220 15 Â

3

R4 1k

+ IC3A

1

R7 45.3k R12 2.2k

2 _ LM393

IC3B 5

15 Â

R13 4.7k

6 _

+

7

ÁÓÔÅÐÈÇÎÂÀÍÍÛÉ ÂÛÕÎÄ 15 Â –15 Â

LM393

–15 Â

Ðèñóíîê 2.  ýòîì ãåíåðàòîðå, óïðàâëÿåìîì íàïðÿæåíèåì, äëÿ îáåñïå÷åíèÿ îáðàòíîé (1/x) ðåàêöèè íà óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå èñïîëüçóþòñÿ ÒÈÓ è êîìïàðàòîð ñ ãèñòåðåçèñîì.

âàåòñÿ ïåðèîä èìïóëüñîâ T. Ïðè èçìåíåíèè VIN îò 0 äî 10  àìïëèòóäà òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ìåíÿåòñÿ ïðèìåðíî îò 1 ì äî ìàêñèìàëüíîãî ïèêîâîãî çíà÷åíèÿ 20 Â.  òîì æå äèàïàçîíå VIN ïåðèîä óâåëè÷èâàåòñÿ ñ 20 ìêñ äî 200 ìñ. Ìèêðîñõåìà IC1 è òðàíçèñòîð Q1 îáðàçóþò èñòî÷íèê òîêà, ëèíåéíî óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì, ïîäàþùèé òîê ñìåùåíèÿ IABC â ÒÈÓ. Òîê ñìåùåíèÿ ðàâåí

IABC =

VIN .

RIN

Êàê ìîæíî âèäåòü, ïðè èçìåíåíèè VIN îò 0 äî 10  òîê IABC ìåíÿåòñÿ îò 0 äî 0.5 ìÀ. ÒÈÓ ðàáîòàåò êàê êîììóòèðóåìûé ãåíåðàòîð òîêà, âûðàáàòûâàþùèé äâóíàïðàâëåííûé âûõîäíîé òîê, ïðèìåðíî ðàâíûé ïî àìïëèòóäå IABC, êîãäà îí ïîëó÷àåò óïðàâëÿþùèé ñèãíàë îò âûõîäà êîìïàðàòîðà ñ îòêðûòûì êîëëåêòîðîì.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

Ïðè âûõîäíîì íàïðÿæåíèè êîìïàðàòîðà, ðàâíîì 15 Â, òîê âûòåêàåò èç ÒÈÓ, è âòåêàåò, êîãäà íàïðÿæåíèå ðàâíî –15 Â. Ïîäòÿãèâàþùèå ðåçèñòîðû R4 è R5, à òàêæå ðåçèñòîðû R6 … R9 îáåñïå÷èâàþò ñèììåòðè÷íûé óïðàâëÿþùèé ñèãíàë ±70 ì äëÿ íåèíâåðòèðóþùåãî âõîäà ÒÈÓ. Âûõîä ÒÈÓ ñ âûñîêîé òî÷íîñòüþ óïðàâëÿåò ãèñòåðåçèñîì êîìïàðàòîðà, ñìåùàÿ íàïðÿæåíèå íà åãî íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå ââåðõ è âíèç íà âåëè÷èíó

R 2 IABC =

R 2 VIN .

RIN

Ðåçóëüòèðóþùèå ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ ñèììåòðè÷íû îòíîñèòåëüíî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ êîìïàðàòîðà. Ýòà ñèììåòðèÿ óìåíüøàåò âëèÿíèå íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ íà ïåðèîä èìïóëüñîâ ãåíåðàòîðà.  ýòîé ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ êîìïàðàòîð LM393 èç-çà

97

îòíîñèòåëüíî íèçêîãî ìàêñèìàëüíîãî òîêà ñìåùåíèÿ, ñîñòàâëÿþùåãî 25 íÀ. Ñîñòîÿíèå âûõîäà êîìïàðàòîðà èçìåíÿåòñÿ, êîãäà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå èíòåãðàòîðà íà÷èíàåò ïðåâûøàòü ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå, óñòàíîâëåííîå ãèñòåðåçèñîì, èçìåíÿÿ íàïðàâëåíèå âûõîäíîãî òîêà ÒÈÓ è ïîëÿðíîñòü ïîðîãà.  ýòîò ìîìåíò èçìåíÿåòñÿ íàêëîí âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ èíòåãðàòîðà íà ïðîòèâîïîëîæíûé è èíèöèèðóåòñÿ ñëåäóþùèé ïîëóïåðèîä. Ïåðèîä êîëåáàíèé T ãåíåðàòîðà ìîæíî ðàññ÷èòàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:

T=

4 IABCR 2C 4 ( VIN RIN ) R 2C = .

IINT VSUPLY R 3

Ïðè ïîêàçàííûõ íà ñõåìå íîìèíàëàõ êîìïîíåíòîâ

T=

4 ( VIN 20 êÎì) (20 êÎì)10-7 = 0.02VIN (ñ ).

15  750 êÎì

50 RATE = (Ãö ).

VIN Ïîòåíöèîìåòð P1 óñòàíàâëèâàåò ïåðèîä ïîëíîé øêàëû äëÿ VIN = 10 Â, à P2 îáíóëÿåò âõîäíîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ ÒÈÓ, ÷òîáû îïòèìèçèðîâàòü õàðàêòåðèñòèêè ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ VIN. Ïðè ïîêàçàííûõ íîìèíàëàõ

98

êîìïîíåíòîâ ñõåìà îõâàòûâàåò äèàïàçîí â òðè äåêàäû îò 200 ìêñ äî 200 ìñ ñ îøèáêîé ëèíåéíîñòè ìåíåå 1%. Ïðè T = 100 ìêñ îøèáêà óâåëè÷èâàåòñÿ äî 2%. Ñ êîíäåíñàòîðîì èíòåãðàòîðà åìêîñòüþ 10 íÔ ñõåìà ãåíåðèðóåò íà ÷àñòîòàõ ïðèìåðíî äî 150 êÃö (T = 6.7 ìêñ). Íàèëó÷øèå õàðàêòåðèñòèêè â ýòîé ñõåìå îáåñïå÷èâàåò ÒÈÓ CA3280 áëàãîäàðÿ ìàëîìó ñìåùåíèþ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìèêðîñõåì CA3080 è LM13600 õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû óõóäøàþòñÿ. Äëÿ ìèíèìèçàöèè çâîíà íà ïèêàõ òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü èíòåãðàòîðà äîëæåí èìåòü íèçêèå âõîäíûå òîêè ñìåùåíèÿ è âûñîêóþ ñêîðîñòü îòêëèêà. Îäèíàêîâî õîðîøî ðàáîòàþò ìèêðîñõåìû AD843 è CA3140. Ìîæíî äîáàâèòü òåìïåðàòóðíóþ êîìïåíñàöèþ, âêëþ÷èâ òåðìèñòîð â öåïü âõîäíîãî àòòåíþàòîðà ÒÈÓ. Íàêîíåö, îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî èñïîëüçóåìûå â èíòåãðàòîðå êîíäåíñàòîðû äîëæíû áûòü ïîëèñòèðîëüíûìè èëè ïîëèïðîïèëåíîâûìè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD843 2. Datasheet Intersil CA3080 3. Datasheet Intersil CA3140 4. Datasheet Intersil CA3280 5. Datasheet Texas Instruments LM393 6. Datasheet Texas Instruments LM13600 7. Datasheet Analog Devices OP07

ÑÕÅÌÛ

Ãåíåðàòîð ïàðàáîëè÷åñêèõ èìïóëüñîâ ñ âíåøíèì çàïóñêîì Marián Štofka EDN

×

×òîáû áûòü ïîëåçíûìè, íåëèíåéíûå ñèñòåìû ÷àñòî òðåáóþò ëèíåàðèçàöèè, è ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ôîðìèðóåò íåëèíåéíûå ïèëîîáðàçíûå èìïóëüñû äëÿ ØÈÌ (øèðîòíîèìïóëüñíîãî ìîäóëÿòîðà), êîòîðûå ìîãóò êîìïåíñèðîâàòü íåëèíåéíîñòü äàò÷èêîâ, êîíòðîëëåðîâ èëè ñèñòåì. Íà êàæäûé çàïóñêàþùèé ñèãíàë ñõåìà âûäàåò ëèíåéíûé ïèëîîáðàçíûé èìïóëüñ, êâàäðàòè÷íûé ïàðàáîëè÷åñêèé èìïóëüñ è êóáè÷åñêèé ïàðàáîëè÷åñêèé èìïóëüñ ðàâíîé è ïîñòîÿííîé øèðèíû. Âñå èìïóëüñû èìåþò îäèíàêîâûå ïèêîâûå àìïëèòóäû. Ñõåìà âêëþ÷àåò â ñåáÿ êàñêàä èç òðåõ ñèíõðîííî êîììóòèðóåìûõ èíòåãðàòîðîâ. Êëþ÷ S2D2 ìèêðîñõåìû IC3 ïîäêëþ÷àåò âõîä èíòåãðàòîðà íà óñèëèòåëå IC2D – ïåðâîì â öåïî÷êå – ê èñòî÷íèêó îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF. Òðåòèé èíòåãðàòîð, èñïîëüçóþùèé óñèëèòåëü IC2B, ïîçâîëÿåò îäíîâðåìåííî ãåíåðèðîâàòü èìïóëüñ â ôîðìå êóáè÷åñêèé ïàðàáîëû. Êàæäûé èíòåãðàòîð óïðàâëÿåòñÿ âõîäíûì êîììóòàòîðîì è êëþ÷îì ñáðîñà, ïîäêëþ÷åííûì ïàðàëëåëüíî ñîîòâåòñòâóþùåìó èíòåãðèðóþùåìó êîíäåíñàòîðó. Êëþ÷ S1AD1 ìèêðîñõåìû IC4 ÿâëÿåòñÿ êëþ÷îì ñáðîñà äëÿ èíòåãðàòîðà íà óñèëèòåëå IC2D. Êëþ÷ S1BD1 ñëóæèò ïîñëåäîâàòåëüíûì âõîäíûì êîììóòàòîðîì äëÿ èíòåãðàòîðà íà óñèëèòåëå IC2D. Àíàëîãè÷íî, S2AD2 – ýòî êëþ÷ ñáðîñà äëÿ èíòåãðàòîðà íà óñèëèòåëå IC2C, à S2BD2 – âõîäíîé êîììóòàòîð

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

äëÿ èíòåãðàòîðà íà óñèëèòåëå IC2C. Ïîëîæåíèÿ âñåõ êëþ÷åé íà ñõåìå ïîêàçàíû äëÿ «ëîã. 1» íà âñåõ óïðàâëÿþùèõ âõîäàõ: IN1-IN4 ìèêðîñõåìû IC3, IN1 è IN2 ìèêðîñõåìû IC4. Êðîìå òîãî, èíòåãðàòîðû IC2D è IC2C èìåþò êëþ÷è çàçåìëåíèÿ – S1D1, è S3D3, ñîîòâåòñòâåííî (ìèêðîñõåìà IC3). Çàçåìëÿþùèå êëþ÷è ãàðàíòèðóþò, ÷òî îøèáêà èç-çà òîêîâ óòå÷êè ïîñëåäîâàòåëüíûõ êîììóòàòîðîâ áóäåò ïðèìåðíî íà 50% ìåíüøå, ÷åì â ñõåìå áåç çàçåìëÿþùèõ êëþ÷åé. Ëîãè÷åñêèé ñèãíàë ÈÍÒÅÃÐÈÐÎÂÀÍÈÅ óïðàâëÿåò âñåìè ïîñëåäîâàòåëüíûìè êîììóòàòîðàìè. Ïðè âûñîêîì óðîâíå ýòîò ñèãíàë âêëþ÷àåò âñå êëþ÷è ñáðîñà è çàçåìëåíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, èíòåãðàòîðû IC2B, IC2C è IC2D ëèáî èíòåãðèðóþò ñîîòâåòñòâóþùèå àíàëîãîâûå âõîäíûå ñèãíàëû, ëèáî ñáðàñûâàþò ñâîè âûõîäû â íîëü. Âõîä èíòåãðàòîðà IC2D ïîäêëþ÷åí ê ïðåöèçèîííîìó èñòî÷íèêó îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ IC1 ÷åðåç êëþ÷ S2D2. Ïîýòîìó ñèãíàë VOUTL ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòðèöàòåëüíûé ïèëîîáðàçíûé èìïóëüñ. Çàêîí èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ýòîãî èìïóëüñà â òå÷åíèå âðåìåíè T1 îïèñûâàåòñÿ âûðàæåíèåì

VOUTL ( t ) = - VOUTLPEAK ×

t .

T1

Èíâåðòîð IC2A ìåíÿåò ïîëÿðíîñòü ýòîãî èìïóëüñà. Åãî êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî

99

íàïðÿæåíèþ ðàâåí –1, ïîñêîëüêó ïîëîæèòåëüíûå èìïóëüñû âñòðå÷àþòñÿ è èñïîëüçóþòñÿ ÷àùå. Èíòåãðàòîð IC2B èíòåãðèðóåò ïèëîîáðàçíûé èìïóëüñ VOUTL, ïîýòîìó IC2B âûäàåò êâàäðàòè÷íûé ïàðàáîëè÷åñêèé èìïóëüñ:

äå èìïóëüñ, èìåþùèé ôîðìó êóáè÷åñêîé ïàðàáîëû: 3

æ t ö VOUTC ( t ) = - VOUTCPEAK × çç ÷÷ . è T1 ø

2

VOUTQ ( t ) = VOUTQPEAK

æ t ö × çç ÷÷ . è T1 ø

VOUTLPEAK, VOUTQPEAK è VOUTCPEAK – ýòî ïîëîæèòåëüíûå èëè îòðèöàòåëüíûå ïèêîâûå çíà÷åíèÿ àìïëèòóä èìïóëüñîâ íà âûõîäàõ ñîîòâåòñòâóþùèõ èíòåãðàòîðîâ, à T1 – øèðèíà èìïóëüñà èíòåãðèðîâàíèÿ. Òåîðåòè÷åñêè, äëÿ

Îäíîâðåìåííî èíòåãðàòîð IC2B èíòåãðèðóåò ýòîò èìïóëüñ, ôîðìèðóÿ íà ñâîåì âûõî-

15 Â

NC

CCOMP 10 nF

RCOMP 82k

VIN COMP

IC1 TRIM ADR433 V OUT

VDD IN2

IN3

S2

S3

D2 S1

D3 IC3 ADG1213 S 4

D1

D4

IN1

IN4

VREF

GND 100 nF

330

5Â

3

–

1 IC5 4 7 ADCMP609 2 8 6 + 5

GND

VSS

NC ÈÍÒÅÃÐÈÐÎÂÀÍÈÅ

100 nF

VDD ÂÕÎÄ ÇÀÏÓÑÊÀ

PRE D IC6 Q SN74AHC74 Q CLR

PRE D IC6 Q SN74AHC74 Q CLR GND

0 ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ: RIL = RIC = RINV1 = RINV2.

Ðèñóíîê 1. Çàïóñêàåìàÿ âíåøíèì ñèãíàëîì ñõåìà âûäàåò ëèíåéíûé ïèëîîáðàçíûé èìïóëüñ, íà÷èíàþòñÿ ñ 0  è èìåþò îäèíàêîâûå ïèêîâûå àìïëèòóäû.

100

ÑÕÅÌÛ

âûïîëíåíèÿ óñëîâèÿ VREF = VOUTLPEAK = = VOUTQPEAK = VOUTCPEAK, íóæíî, ÷òîáû ïîñòîÿííûå âðåìåíè èíòåãðèðîâàíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ èíòåãðàòîðîâ ñîîòíîñèëèñü êàê 1:1/2:1/3. Îäíàêî â äàííîì ñëó÷àå VREF = 3 Â, â òî âðåìÿ êàê VOUTLPEAK = VOUTQPEAK = VOUTCPEAK = 5 Â.  öåïî÷êå ñîîòíîøåíèé äëèòåëüíîñòåé 1 ñëåäóåò óìíîæèòü íà 3/5. Ñ ó÷åòîì ïîñòîÿííîé âðåìåíè èíòåãðàòîðà IC2C, ïîëó÷èì öåïî÷êó äëèòåëüíîñòåé 6/5:1:2/3. Ïðè ðàâíûõ ñîïðîòèâëåíèÿõ ðåçèñòîðîâ èíòåãðàòîðîâ RIL = RIQ = RIC ýòî ñîîòíîøåíèå ñïðàâåäëèâî

S1A

S1B

S2A

äëÿ íîìèíàëîâ ñîîòâåòñòâóþùèõ èíòåãðèðóþùèõ êîíäåíñàòîðîâ.  ñõåìå èñïîëüçóþòñÿ âûñîêîêà÷åñòâåííûå êåðàìè÷åñêèå êîíäåíñàòîðû äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà. CIQ èìååò åìêîñòü 2.3692 íÔ. Äëÿ äîñòèæåíèÿ íåîáõîäèìîé òî÷íîñòè CIL ñîáðàí èç âêëþ÷åííûõ ïàðàëëåëüíî êîíäåíñàòîðîâ åìêîñòüþ 2.4016 íÔ, 343 ïÔ è 79 ïÔ. CIC îáðàçîâàí ïàðàëëåëüíûì ñîåäèíåíèåì 1067 ïÔ è 499 ïÔ. Ïî íàðàñòàþùåìó ôðîíòó íà âõîäå çàïóñêà óðîâåíü ñèãíàëà ÈÍÒÅÃÐÈÐÎÂÀÍÈÅ ñòà-

S2B

100 nF IC4 ADG1236 VSS1 GND

D1

IN1

D2

IN2

ÂÛÕÎÄÛ

CIQ

RIQ CIL

RIL

V+

–

RB 20k 0.1%

VOUTL t

22 nF

RD1 2k 0.05%

VOUTQ t2 VOUTC –t3

–

IC2D ADA4062

IC2C ADA4062

+

+

+

+

IC2A ADA4062

IC2B ADA4062

–

–

RD2 3k 0.05%

V–

RINV1

RINV2 RIC

CIC

–15 Â

êâàäðàòè÷íûé ïàðàáîëè÷åñêèé èìïóëüñ è êóáè÷åñêèé ïàðàáîëè÷åñêèé èìïóëüñ, âñå èç êîòîðûõ

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

101

Ðèñóíîê 2.  ñåðåäèíå èìïóëüñà óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ êâàäðàòè÷íîãî ïàðàáîëè÷åñêîãî èìïóëüñà (ðîçîâàÿ êðèâàÿ) ñîñòàâëÿåò ðîâíî îäíó ÷åòâåðòóþ îò åãî ïèêîâîãî óðîâíÿ.

íîâèòñÿ íèçêèì, êëþ÷è ñáðîñà è çàçåìëåíèÿ ðàçìûêàþòñÿ, à ïîñëåäîâàòåëüíûå êîììóòàòîðû âêëþ÷àþòñÿ. Èíòåãðèðîâàíèå ïðîäîëæàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà VOUTQPEAK íå äîñòèãíåò 5 Â, âñëåäñòâèå ÷åãî íà âûõîäå IC5 óñòà-

102

íîâèòñÿ íèçêèé óðîâåíü, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, óñòàíîâèò âûñîêèé óðîâåíü íà ëèíèè ÈÍÒÅÃÐÈÐÎÂÀÍÈÅ. Òîãäà ïîñëåäîâàòåëüíûå êîììóòàòîðû áóäóò ðàçîìêíóòû, à êëþ÷è ñáðîñà è çàçåìëåíèÿ çàìêíóòû. Ñõåìà îñòàåòñÿ â ýòîì óñòîé÷èâîì ñîñòîÿíèè äî ïðèõîäà ñëåäóþùåãî íàðàñòàþùåãî ôðîíòà èìïóëüñà íà âõîäå çàïóñêà. Àíàëîãîâûå êîììóòàòîðû ADG1213 è ADG1236 õîðîøî ðàáîòàþò â ýòîé ñõåìå áëàãîäàðÿ íèçêîé èíæåêöèè çàðÿäà â êàíàë, íå ïðåâûøàþùåé 1 ïÊë. Ïîêàçàííûå íà Ðèñóíêå 2 èìïóëüñû ëèíåéíîé è êâàäðàòè÷íî-ïàðàáîëè÷åñêîé ôîðìû èëëþñòðèðóþò âûñîêóþ òî÷íîñòü ñõåìû. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices ADA4062 2. Datasheet Analog Devices ADCMP609 3. Datasheet Analog Devices ADG1213 4. Datasheet Analog Devices ADG1236 5. Datasheet Analog Devices ADR433 6. Datasheet Texas Instruments SN74AHC74

ÑÕÅÌÛ

Øèðèíà èìïóëüñà ãåíåðàòîðà îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòíîìó êîðíþ èç àíàëîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ Marián Štofka EDN

Ñ

Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îäíîâèáðàòîð ñ çàïóñêîì ïî ïåðåäíåìó ôðîíòó, îñíîâàííûé íà îïèñàííîé ðàíåå êîíñòðóêöèè ãåíåðàòîðà ïàðàáîëè÷åñêèõ èìïóëüñîâ [1]. Ýòà ñõåìà ÿâëÿåòñÿ ïðîñòîé, íî ñóùåñòâåííîé ìîäèôèêàöèåé áîëåå ðàííåãî ãåíåðàòîðà, çàêëþ÷àþùåéñÿ â îòñîåäèíåíèè âõîäà ïåðâîãî èíòåãðàòîðà îò èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF (â èñõîäíîé êîíñòðóê-

öèè êîììóòèðóåìîãî ÷åðåç IC3 è S2) è ïîäêëþ÷åíèÿ åãî ê êëåììå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ íà Ðèñóíêå 1. Øèðèíà èìïóëüñà íà âûõîäå Q â ýòîé ñõåìå ðàâíà

TQ ( VIN ) = TQMIN ×

VREF , VIN

5Â

15 Â NC INH ÒÀÊÒÎÂÛÅ ÈÌÏÓËÜÑÛ

82k

120k

VCC IC3 SN74AHC1G32 GND

ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ ËÈÍÅÉÍÛÕ È ÏÀÐÀÁÎËÈ×ÅÑÊÈÕ ÈÌÏÓËÜÑÎÂ

T T2 Q Q

VCC 10k

IC1F

IC1 NC

CD RS 470 220 pF

IC2

SN74AHC14 IC1B

IC1A

NC

RSTIN

SN74AHC1G00 GND

GND

RD 10k

VIN

VCC

–15 Â

QQUASI

QQUASI

RST 100 nF

Ðèñóíîê 1. Îäíîâèáðàòîð çàïóñêàåòñÿ ïåðåäíèì ôðîíòîì âõîäíîãî òàêòîâîãî ñèãíàëà. Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà, ôîðìèðóåìîãî íà êîìïëåìåíòàðíûõ âûõîäàõ Q è Q, ÿâëÿåòñÿ ìàòåìàòè÷åñêè îïðåäåëåííîé íåëèíåéíîé ôóíêöèåé àíàëîãîâîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò 0 äî 3 Â.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

103

ãäå

TQMIN =

5tIL = 2tIQ , 3

à tIL è tIQ – ïîñòîÿííûå âðåìåíè ïåðâîãî è âòîðîãî èíòåãðàòîðîâ íà óñèëèòåëÿõ IC2D è IC2C, ñîîòâåòñòâåííî, â ñõåìå èç [1]. Õîòÿ ýòîé ìîäèôèêàöèè óæå äîñòàòî÷íî äëÿ ðàáîòû îäíîâèáðàòîðà, äîïîëíèòåëüíàÿ ëîãèêà íà ýëåìåíòàõ IC1, IC2 è IC3 íà Ðèñóíêå 1 äîáàâëÿåò åùå îäíó îñîáåííîñòü. Äîáàâëåííàÿ ëîãèêà ãàðàíòèðóåò, ÷òî ãåíåðàòîð ïðîèãíîðèðóåò ñëåäóþùèé èìïóëüñ çàïóñêà, åñëè îí ïðèäåò, êîãäà îäíîâèáðàòîð åùå çàíÿò ôîðìèðîâàíèåì ïðåäûäóùåãî èìïóëüñà. Ïîýòîìó êîíäåíñàòîðû èíòåãðàòîðîâ ãåíåðàòîðà ïîëó÷àþò âîçìîæíîñòü ðàçðÿæàòüñÿ äî íàïðÿæåíèÿ, áëèçêîãî ê 0 Â, ñ ïîãðåøíîñòüþ íå áîëåå 0.4%, äàæå ïðè îòíîñèòåëüíî âûñîêèõ ÷àñòîòàõ çàïóñêà, ïðåâûøàþùèõ çíà÷åíèå 1/[TQ(VIN)]. Ïîýòîìó ïðè çàäàííîì âõîäíîì íàïðÿæåíèè âûõîäíûå èìïóëüñû èìåþò ïîñòîÿííóþ øèðèíó äàæå â òîì ñëó÷àå, åñëè ïåðèîä çàïóñêà áëèçîê èëè ìåíüøå, ÷åì øèðèíà âûõîäíîãî èìïóëüñà.

VPEAK

Òàêèì îáðàçîì, ñëåäóþùèé ýôôåêòèâíûé çàïóñê áóäåò ðàçðåøåí ñðàçó ïîñëå çàäíåãî ôðîíòà èìïóëüñà RST. Ïåðåäíèé ôðîíò èìïóëüñà RST âîçíèêàåò ïðèìåðíî òîãäà, êîãäà êâàäðàòè÷íî-ïàðàáîëè÷åñêîå íàïðÿæåíèå VOUTQ äîñòèãàåò ïîëîâèíû ñâîåãî ïèêîâîãî íàïðÿæåíèÿ, VPEAK. Çàäíèé ôðîíò èìïóëüñà RST çàäåðæèâàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ìîìåíòà ñïàäà VOUTQ íèæå óðîâíÿ VPEAK/2. Ýòó çàäåðæêó îïðåäåëÿåò äîïîëíèòåëüíàÿ ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè (RD+RS)CD öåïè RS-CD-RD íà âõîäå ìèêðîñõåìû IC1A. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ îöåíêà ïîêàçûâàåò, ÷òî îòíîñèòåëüíàÿ îøèáêà øèðèíû âûõîäíîãî èìïóëüñà

d TQ =

VPEAK/2

VOQ

t2

0Â INH

Q TQ QQUASI

RST ÑÁÐÎÑ ÈÍÒÅÃÐÀÒÎÐÎÂ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ

XXXXXXX XXXXXXX XXXXXXX

ÑËÅÄÓÞÙÈÉ ÇÀÏÓÑÊ t

Ðèñóíîê 2. Âûñîêèé óðîâåíü ëîãè÷åñêîãî ñèãíàëà RST ïðåäîòâðàùàåò çàïóñê îäíîâèáðàòîðà äî òåõ ïîð, ïîêà èíòåãðàòîðû ãåíåðàòîðà íå ñáðîñÿòñÿ â îïðåäåëåííîå ñîñòîÿíèå.

104

×àñòü ñõåìû íà ýëåìåíòàõ IC1 è IC2 ôîðìèðóåò ñèãíàë RST (ñáðîñ), çàäíèé ôðîíò êîòîðîãî îïðåäåëÿåò îêîí÷àíèå îäíîãî öèêëà ðàáîòû îäíîâèáðàòîðà. Ñèãíàë RST â ýòîé ñõåìå çàïðåùàåò ïîâòîðíûé çàïóñê îäíîâèáðàòîðà â èíòåðâàëå ïåðåõîäà âûõîäà Q ñ íèçêîãî óðîâíÿ íà âûñîêèé è ïåðåõîäà ñèãíàëà RST ñ âûñîêîãî óðîâíÿ íà íèçêèé. Äëÿ ýòîãî èìïóëüñû çàïóñêà îáúåäèíåíû â ýëåìåíòå IC3 ñ ñèãíàëîì RST ïî ñõåìå ÈËÈ (Ðèñóíîê 2).

TQMEAS ( VIN ) VREF × -1 TQMEAS ( VREF ) VIN

îòðèöàòåëüíàÿ è â äèàïàçîíå âõîäíûõ íàïðÿæåíèé ïðèìåðíî îò 200 äî 3000 ì íå ïðåâû–4 øàåò –8×10 ïðè îïîðíîì íàïðÿæåíèè 3000 ì (âûõîä IC1 â [1]). Çàòåì àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà îøèáêè óâåëè÷èâàåòñÿ, äîñòèãàÿ ìàêñèìàëüíîãî çíà÷å–3 íèÿ dTQ = –2.337×10 ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 99.925 ìÂ. Ïðè äàëüíåéøåì ñíèæåíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îòðèöàòåëüíàÿ îøèáêà óìåíüøàåòñÿ äî àáñîëþòíîãî çíà÷åíèÿ –3 dTQ = –1.113×10 ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 9.915 ìÂ. Ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 3.08 ì îòíîñèòåëüíàÿ îøèáêà ïîëîæèòåëüíàÿ: –3 dTQ » 2.9×10 . Åùå áîëüøåå óìåíüøåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðèâîäèò ê áûñòðîìó ðîñòó ïîëîæèòåëüíîé îøèáêè, äîñòèãàþùåé 3% ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 1.065 ìÂ. Çàìåòèì, îäíàêî, ÷òî äèàïàçîí âõîäíûõ íàïðÿæåíèé ñîñòàâëÿåò ïî÷òè 3000:1. Òàêòîâàÿ ÷àñòîòà ðàâíà 2 èëè 200 Ãö.

ÑÕÅÌÛ

Ìîæíî ïîëó÷èòü ïî÷òè òàêóþ æå øèðèíó èìïóëüñà ïðè ÷àñòîòàõ çàïóñêà 2 êÃö, 200 êÃö è 2 ÌÃö. Îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå øèðèíû èìïóëüñà èç-çà èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû çàïóñêà èìååò çíà÷åíèå, ñðàâíèìîå ñ dTQ èëè áîëåå íèçêîå. Ïðè ìàêñèìàëüíîì âõîäíîì íàïðÿæåíèè, ðàâíîì îïîðíîìó íàïðÿæåíèþ, èçìåðåííàÿ äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà ñîñòàâëÿåò 445.44 ìêñ. Ñ âûõîäîì VOUTQ ñõåìó òàêæå ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå ïðåöèçèîííîãî ãåíåðàòîðà êâàäðàòè÷íî-ïàðàáîëè÷åñêîé âðå-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

ìåííîé ðàçâåðòêè, ãäå ñêîðîñòüþ ãåíåðàòîðà óïðàâëÿåò âõîäíîå íàïðÿæåíèå. ÐË

Ññûëêà 1. Marián Štofka. Ãåíåðàòîð ïàðàáîëè÷åñêèõ èìïóëüñîâ ñ âíåøíèì çàïóñêîì. ÐàäèîËîöìàí, 2022, 05-06, ñòð. 99

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments SN74AHC14 2. Datasheet Texas Instruments SN74AHC1G00 3. Datasheet Texas Instruments SN74AHC1G32

105

Ìèêðîñõåìà ïèòàíèÿ îêîíå÷íûõ íàãðóçîê áàëàíñèðóåò çàðÿäû áàòàðåè ñóïåðêîíäåíñàòîðîâ Clayton Grantham EDN

Ñ

Ñóïåðêîíäåíñàòîðû, ÿâëÿþùèåñÿ íà ñåãîäíÿøíèé äåíü îäíèì èç ñàìûõ èíòåðåñíûõ ñåìåéñòâ êîìïîíåíòîâ, èìåþò åìêîñòè îò äåñÿòûõ äîëåé äî äåñÿòêîâ ôàðàä, íî èõ ðàáî÷èå íàïðÿæåíèÿ îòíîñèòåëüíî íèçêè. Íàïðèìåð, âûïóñêàåìûé Maxwell ñóïåðêîíäåíñàòîð PC10 èìååò ïëîùàäü áîëüøîé ïî÷òîâîé ìàðêè è òîëùèíó, ðàâíóþ âûñîòå ÷åòûðåõ 25-öåíòîâûì ìîíåò, óëîæåííûõ äðóã íà äðóãà. Ñîãëàñíî ñïðàâî÷íûì äàííûì, åìêîñòü PC10 ðàâíà 10 Ô, ìàêñèìàëüíûé òîê ðàçðÿäà – 2.5 À, à ýêâèâàëåíòíîå ïîñëåäîâàòåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå (ESR) íå ïðåâûøàåò 18 Îì. Îäíàêî åãî íîìèíàëüíîå ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå ñîñòàâëÿåò âñåãî 2.5 Â. ×òîáû èñïîëüçîâàòü êîíäåíñàòîðû â ñõåìå ñ íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ áîëåå 2.5 Â, ìîæíî ñîåäèíèòü äâà êîíäåíñàòîðà ïîñëåäîâàòåëüíî, âäâîå óìåíüøèâ äîñòóïíóþ åìêîñòü è óäâîèâ îáùåå íîìèíàëüíîå íàïðÿæåíèå. Îäíàêî èç-çà ðàçëè÷èé â òîêàõ óòå÷êè è åìêîñòÿõ íàïðÿæåíèå â òî÷êå ñîåäèíåíèÿ êîíäåíñàòîðîâ ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ, ïîýòîìó êîíñòðóêöèÿ ñõåìû äîëæíà ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî ìàêñèìàëüíîå íîìèíàëüíîå íàïðÿæåíèå ëþáîãî èç êîíäåíñàòîðîâ íå áóäåò ïðåâûøåíî. Åñëè òîêè çàðÿäà è ðàçðÿäà ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ êîíäåíñàòîðîâ

106

îòíîñèòåëüíî íåâåëèêè, ìîæíî ïàðàëëåëüíî îáîèì êîíäåíñàòîðàì ïîäêëþ÷èòü ðåçèñòîðû áàëàíñèðîâêè çàðÿäà ñ îäèíàêîâûì ñîïðîòèâëåíèåì. Íî äëÿ êîíäåíñàòîðîâ ñ åìêîñòÿìè ôàðàäíîãî äèàïàçîíà, ñïîñîáíûõ îáåñïå÷èâàòü àìïåðíûå òîêè, íóæåí áîëåå ýôôåêòèâíûé ïîäõîä. Òåîðåòè÷åñêè íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå îïðåäåëÿåòñÿ ñóììîé åãî íà÷àëüíîãî çíà÷åíèÿ VC(0) è èíòåãðàëà îò òîêà, âûðàæåííîãî â âèäå ôóíêöèè âðåìåíè, äåëåííîãî íà åìêîñòü C:

VC ( t ) = VC (0) +

1 I ( t ) dt.

Cò

 äåëèòåëå ñ äâóìÿ êîíäåíñàòîðàìè òîêè ÷åðåç îáà êîíäåíñàòîðà èäåíòè÷íû, è ôîðìóëà, âûðàæàþùàÿ çàêîí Êèðõãîôà äëÿ çàìêíóòîé ýëåêòðè÷åñêîé öåïè, âêëþ÷àþùåé íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ VSUPPLY, ïðèîáðåòàåò âèä:

VSUPPLY = V C1(0) + VC2 (0) +

C1 + C2 ´ I ( t )dt .

C1 C2 ò

Âî âðåìÿ çàðÿäà äî óðîâíÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ 5  ðàçáðîñ ïàðàìåòðîâ ìåæäó C1 è C2 èëè îñòàòî÷íîå íàïðÿæåíèå íà ëþáîì èç êîíäåíñàòîðîâ ïðèâîäÿò ê òîìó, ÷òî íàïðÿæå-

ÑÕÅÌÛ

ØÈÍÀ ÏÈÒÀÍÈß IC1 LP2996 + C 1

VDDQ AVIN

10F VSENSE VTT

PVIN SD GND

+ C 2

10F

Ðèñóíîê 1. Ýòîé ïðîñòîé ñõåìå òðåáóåòñÿ âñåãî îäíà ìèêðîñõåìà äëÿ áàëàíñèðîâêè çàðÿäîâ è ïîäåðæàíèÿ íàïðÿæåíèÿ â òî÷êå ñîåäèíåíèÿ êîíäåíñàòîðîâ áîëüøîé åìêîñòè íà óðîâíå ïîëîâèíû íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ.

íèå íà âûâîäàõ îäíîãî êîíäåíñàòîðà îêàçûâàåòñÿ âûøå 2.5 Â, à íà âûâîäàõ äðóãîãî íèæå 2.5 Â. ×òîáû óñòðàíèòü ýòî íåæåëàòåëüíîå ðàññîãëàñîâàíèå, ìèêðîñõåìà IC1 îêîíå÷íîãî ðåãóëÿòîðà DDR LP2996 îòäàåò èëè çàáèðàåò òîê îáîèõ êîíäåíñàòîðîâ è àêòèâíî ïîääåðæèâàåò èõ íàïðÿæåíèÿ íà óðîâíå, ðàâíîì ïîëîâèíå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ (Ðèñóíîê 1).Ìèêðîñõåìà LP2996, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â êà÷åñòâå àêòèâíîé îêîíå÷íîé íàãðóçêè â óñòðîéñòâàõ DDR SDRAM, ìîæåò ïðèíèìàòü èëè îòäàâàòü áîëüøèå òîêè. Ðàáîòàþùèé â ðåæèìå êëàññà B âûõîäíîé êàñêàä ìèêðîñõåìû LP2996 (âûâîä VTT) óïðàâëÿåò îáùåé òî÷êîé ñîåäèíåíèÿ êîíäåíñàòîðîâ, àêòèâíî ïîääåðæèâàÿ åå ïîòåíöèàë íà óðîâíå VDDQ/2 è àêòèâèçèðóÿñü òîëüêî òîãäà, êîãäà ïðîèñõîäèò ðàçáàëàíñèðîâêà êîíäåíñàòîðîâ. Ïðè áàëàíñå LP2996 íå ðàñõîäóåò çàðÿäíûé òîê è, òàêèì îáðàçîì, ðàáîòàåò ñ âûñîêèì ÊÏÄ.  òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè óñòðîéñòâà óêàçàíî, ÷òî îøèáêà ðàçáàëàíñà LP2996, îáóñëîâëåííàÿ ñìåùåíèåì âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VTT, ñîñòàâëÿåò ±30 ì îòíîñèòåëüíî óðîâíÿ VDDQ/2. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíû ôîðìû íàïðÿæåíèé ïðè çàðÿäå è ðàçðÿäå êîíäåíñàòîðîâ ñêà÷êàìè òîêà 1 À. Ýòà ñõåìà àêòèâíîé áàëàíñèðîâêè íàêëàäûâàåò íåêîòîðûå îãðàíè÷åíèÿ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè 5-âîëüòîâîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ñ âûõîäíûì òîêîì 1 À ìàêñèìàëüíîå âðåìÿ

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

Ðèñóíîê 2. Îñöèëëîãðàììû ñèãíàëîâ â ñõåìå àêòèâíîé áàëàíñèðîâêè ïîêàçûâàþò íàïðÿæåíèå íà øèíå ïèòàíèÿ (âåðõíÿÿ êðèâàÿ), íàïðÿæåíèå â òî÷êå ñîåäèíåíèÿ äâóõ êîíäåíñàòîðîâ (ñðåäíÿÿ êðèâàÿ) è òîê çàðÿäà/ðàçðÿäà (íèæíÿÿ êðèâàÿ), ìàñøòàáèðîâàííûé äî 1 À íà äåëåíèå. Îñöèëëîãðàììû ñîîòâåòñòâóþò èíòåðâàëó çàðÿäà òîêîì 1 À äî íàïðÿæåíèÿ 5 Â, çà êîòîðûì ñëåäóåò ðàçðÿä òîêîì 1 À äî 0 Â. Ñòóïåíè íà îñöèëëîãðàììàõ â íà÷àëå èíòåðâàëîâ çàðÿäà è ðàçðÿäà îáóñëîâëåíû âíóòðåííèìè ESR êîíäåíñàòîðîâ.

TCH, çà êîòîðîå äâà êîíäåíñàòîðà äîñòèãíóò áàëàíñà çàðÿäîâ, ñîñòàâèò 25 ñ:

TCH = 5 Ô ´

5Â .

1À

Íà íà÷àëüíîì èíòåðâàëå çàðÿäêè êîìïåíñèðóþòñÿ ëþáûå íà÷àëüíûå ñìåùåíèÿ çàðÿäîâ ëèáî íà C1, ëèáî íà C2. Óñòàíîâèâøèéñÿ òîê, âòåêàþùèé â ìèêðîñõåìó LP2996 è âûõîäÿùèé èç íåå, ñîñòàâëÿåò ëèøü ÷àñòü áîëüøîãî òîêà, ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç êîíäåíñàòîðû, è åãî êàê ðàç äîñòàòî÷íî, ÷òîáû êîìïåíñèðîâàòü ëþáîå íåñîîòâåòñòâèå èõ ïàðàìåòðîâ. LP2996 èìååò çàùèòó îò ïåðåãðåâà, íî ìãíîâåííîå êîðîòêîå çàìûêàíèå ëþáîãî èç êîíäåíñàòîðîâ ìîæåò ïðîèçîéòè ñëèøêîì áûñòðî, ÷òîáû àêòèâèðîâàòü ñõåìó çàùèòû. Ìàêñèìàëüíûé òîê, êîòîðûé ñïîñîáåí âûäåðæèâàòü êîíäåíñàòîð, îïðåäåëÿåòñÿ åãî òåïëîâûì ðåæèìîì, è â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè PC10 îí îãðàíè÷åí çíà÷åíèåì 2.5 À. Åñëè èñòî÷íèê ïèòàíèÿ îáåñïå÷èâàåò çàðÿäíûé òîê ñâûøå 2 À, ïîñëåäîâàòåëüíî ñ îáîèìè êîíäåíñàòîðàìè ìîæíî âêëþ÷èòü òîêîîãðàíè÷èâàþùèå ðåçèñòîðû ñîïðîòèâëåíèåì 1 Îì.

107

Ïðè ïðåðûâàíèè ïèòàíèÿ ñõåìû òîê ñàìîðàçðÿäà, îáóñëîâëåííûé ìèêðîñõåìîé LP2996, ñîñòàâëÿåò ìåíåå 1 ìÀ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ñêîðîñòè ðàçðÿäà êîíäåíñàòîðîâ 5000 ñåêóíä íà âîëüò. Òîê ñàìîðàçðÿäà LP2996 ìîæíî óìåíüøèòü, ïîäàâ âíåøíèé óïðàâëÿþùèé ñèãíàë íà âõîä îòêëþ÷åíèÿ SD. Ïðè îòêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ öåïî÷êà èç äâóõ êîíäåíñàòîðîâ ìîæåò ñíàáæàòü íàãðóçêó ïîñòîÿííûì òîêîì 1 À â òå÷åíèå 15 ñ; ïðè ýòîì íàïðÿæåíèå èçìåíèòñÿ îò 5 äî 2 Â.

108

×òîáû îáåñïå÷èòü äîïîëíèòåëüíûé òîê, ìîæíî ïàðàëëåëüíî ïîäêëþ÷àòü äîïîëíèòåëüíûå ïàðû êîíäåíñàòîðîâ, íî, â çàâèñèìîñòè îò íåñîîòâåòñòâèÿ åìêîñòåé, íà÷àëüíûõ íàïðÿæåíèé ñìåùåíèÿ è òðåáóåìîãî òîêà, äëÿ ïîääåðæàíèÿ áàëàíñà çàðÿäîâ ìîãóò ïîòðåáîâàòüñÿ äîïîëíèòåëüíûå ìèêðîñõåìû LP2996. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LP2996A

ÑÕÅÌÛ

Äèñòàíöèîííîå óïðàâëåíèå íà 9 êîìàíä Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Ïðèâåäåíà ñõåìà óñòðîéñòâà äèñòàíöèîííîãî óïðàâëåíèÿ äëÿ ïîî÷åðåäíîé ïåðåäà÷è ïî ëèíèè ñâÿçè îäíîé èç äåâÿòè êîìàíä. Ïåðåäàò÷èê è ïðèåìíèê óñòðîéñòâà âûïîëíåí íà ìèêðîñõåìàõ CD4017.

Ó

Óñòðîéñòâî äèñòàíöèîííîãî óïðàâëåíèÿ (ÄÓ) ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ ïîî÷åðåäíîé ïåðåäà÷è ïî ëèíèè ñâÿçè îäíîé èç äåâÿòè êîìàíä. Äëÿ ïåðåäà÷è êîìàíä óïðàâëåíèÿ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà äâóõïðîâîäíàÿ ëèáî îïòè÷åñêàÿ (èíôðàêðàñíàÿ) ëèíèÿ ñâÿçè, à òàêæå ðàäèîêàíàë. Óñòðîéñòâî ÄÓ ñîñòîèò èç ïåðåäàò÷èêà è ïðèåìíèêà êîìàíä.

DD2 CD4017

Uâûõ C1 22í R1

CT2 14

100ê DD1.1

13

1 2

Ïåðåäàò÷èê, Ðèñóíîê 1, ñîñòîèò èç îäíîãî ýëåìåíòà «2È-ÍÅ» DD1.1 ìèêðîñõåìû CD4093, ìèêðîñõåìû ñ÷åò÷èêà DD2 CD4017, à òàêæå òðàíçèñòîðà VT1 2N7000. Íà ýëåìåíòå DD1.1 âûïîëíåí ãåíåðàòîð òàêòîâûõ èìïóëüñîâ, ðàáîòàþùèé â æäóùåì ðåæèìå. ×àñòîòà ðàáîòû ãåíåðàòîðà îïðåäåëÿåòñÿ ýëåìåíòàìè R1C1. Èìïóëüñû, ñíèìàåìûå ñ âûõîäà ãåíåðàòîðà, ïîäàþòñÿ íà ñ÷åòíûé

3

& DD1 CD4093

R2

15

100ê

12

C2 2í

CN CP R P

R3 1Ì

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9

R4

3 2 4 7 10 1 5 6 9 11

SB9 SB8

SB1

+10 Â

100ê 14

VT1 2N7000

C3 220í

16

C4 DD1 DD2 220í 7 8

R5 100ê

R6 1ê

Ðèñóíîê 1. Ïåðåäàò÷èê ÄÓ.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

109

âõîä ñ÷åò÷èêà èìïóëüñîâ ìèêðîñõåìû DD2 è, îäíîâðåìåííî, íà âûõîä ïåðåäàò÷èêà ÄÓ. Èçíà÷àëüíî íà âûõîäå Q0 (âûâîä 3) ìèêðîñõåìû DD2 ïðèñóòñòâóåò óðîâåíü «ëîã. 1», êîòîðûé ïîäàåòñÿ íà çàòâîð òðàíçèñòîðà VT1. Íàïðÿæåíèå íà ñòîêå òðàíçèñòîðà VT1 è âõîäå ýëåìåíòà «2È-ÍÅ» DD1.1 ðàâíî íóëþ, ãåíåðàöèÿ èìïóëüñîâ çàïðåùåíà. Ïðè íàæàòèè íà ëþáóþ èç êíîïîê óïðàâëåíèÿ SB1–SB9, íàïðèìåð, êíîïêó SB8 (ñåðèÿ èç âîñüìè èìïóëüñîâ), íà çàòâîð òðàíçèñòîðà VT1 ïîñòóïàåò íàïðÿæåíèå íèçêîãî óðîâíÿ, íà ñòîêå òðàíçèñòîðà óñòàíàâëèâàåòñÿ íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ, ðàçðåøàþùåå ðàáîòó ãåíåðàòîðà òàêòîâûõ èìïóëüñîâ. Íà âûõîäàõ Q1–Q8 ìèêðîñõåìû DD2 ïîñëåäîâàòåëüíî ïðîáåãàþò èìïóëüñû íàïðÿæåíèÿ óðîâíÿ «ëîã. 1». Ïîñëå òîãî, êàê íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ ïîÿâèòñÿ íà âûõîäå Q8 (âûâîä 9), ÷òî ñîîòâåòñòâóåò íàæàòîé êíîïêå SB8, òðàíçèñòîð VT1 çàêðûâàåòñÿ, ãåíåðàöèÿ èìïóëüñîâ ïðåêðàùàåòñÿ. Ïîñëå îòïóñêàíèÿ êíîïêè SB8 ãåíåðèðóåòñÿ åùå îäèí èìïóëüñ, ïîñëå ÷åãî íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ ïîääåðæèâàåòñÿ íà çàòâîðå òðàíçèñòîðà VT1 çà ñ÷åò ñèãíàëà âûñîêîãî óðîâíÿ, ñíèìàåìîãî ñ âûâîäà 3 ìèêðîñõåìû DD2 (âûõîä Q0). Òàêèì îáðàçîì, ïðè íàæàòèè è óäåðæèâàíèè êíîïêè SB8 ñåðèÿ èç âîñüìè èìïóëüñîâ ñíèìàåòñÿ ñ âûõîäà ãåíåðàòîðà òàêòîâûõ èìïóëüñîâ è ïî ëèíèè ñâÿçè ïåðåäàåòñÿ íà ïðèåìíèê ÄÓ.

Ïðèåìíèê ÄÓ, Ðèñóíîê 2, ñîäåðæèò ìèêðîñõåìó ñ÷åò÷èêà DD3 CD4017, à òàêæå òðàíçèñòîðû VT2–VT11 2N7000. Âõîäíîé êàñêàä ïðèåìíèêà íà òðàíçèñòîðå VT2 îáåñïå÷èâàåò èíâåðòèðîâàíèå âõîäíîãî ñèãíàëà, ÷òî íåîáõîäèìî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïðàâèëüíîé ðàáîòû ñ÷åò÷èêà DD3. Ïðè ïîñòóïëåíèè íà âõîä ïðèåìíèêà, íàïðèìåð, âîñüìè èìïóëüñîâ îò ïåðåäàþùåãî óñòðîéñòâà ñèãíàëû âûñîêîãî óðîâíÿ ïîñëåäîâàòåëüíî ïðîáåãàþò ïî âûõîäàì Q1–Q8 ñ÷åò÷èêà DD3 è îñòàíàâëèâàþòñÿ íà âûõîäå Q8 (âûâîä 9). Âûõîäíîé ñèãíàë âûñîêîãî óðîâíÿ ñ ýòîãî âûõîäà ÷åðåç RC-öåïî÷êó, Ðèñóíîê 2, ïîñòóïàåò íà çàòâîð òðàíçèñòîðà VT10, íàãðóçêîé êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ, íàïðèìåð, îáìîòêà ðåëå èëè ýëåê òðîäâèãàòåëÿ. Òðàíçèñòîðû VT3–VT11 çàäåéñòâîâàíû â ñîñòàâå äåâÿòè îäíîòèïíûõ âûõîäíûõ êàñêàäîâ ñèñòåìû ÄÓ. Íà Ðèñóíêå 2 â êà÷åñòâå ïðèìåðà ïðèâåäåíà ñõåìà îäíîãî èç òàêèõ îäíîòèïíûõ âûõîäíûõ êàñêàäîâ. RC-öåïî÷êè, âêëþ÷åííûå íà âõîäàõ âûõîäíûõ êàñêàäîâ, ïðèìåð îäíîé èç êîòîðûõ ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 2 êàê öåïî÷êà R12C8, ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ëîæíîãî ñðàáàòûâàíèÿ êîìàíä ïðè êðàòêîâðåìåííîì ïðîáåãàíèè èìïóëüñîâ ïî âûõîäàì Q1–Q8 ñ÷åò÷èêà DD3. Âêëþ÷åííîå ñîñòîÿíèå âûáðàííîãî ïîëüçîâàòåëåì êàíàëà óïðàâëåíèÿ ïîääåðæèâàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íå áóäåò îòïóùåíà êíîï-

DD3 CD4017 CT2 14

Uâõ

13 R7 100ê

R9

15

100ê

12

CN CP R P

R8 1Ì VT2 2N7000

C5 2í

R10 1Ì

R11

+10 Â Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9

3 2 4 7 10 1 5 6 9 11

1

K1 VT3 2N7000 R12 100ê

9

C6 10í

VD1 1N4007

+10 Â

100ê 16

C7 220í

DD3 8

Ðèñóíîê 2. Ïðèåìíèê ÄÓ.

110

ÑÕÅÌÛ

êà óïðàâëåíèÿ ïåðåäàò÷èêà. Ïîñëå îòïóñêàíèÿ êíîïêè ïåðåäàò÷èêà íà åãî âûõîäå ïîÿâëÿþòñÿ èìïóëüñû, ÷èñëî êîòîðûõ äîïîëíÿåò êîëè÷åñòâî ðàíåå îòïðàâëåííûõ ïðèåìíèêó èìïóëüñîâ äî äåâÿòè. Íàïðèìåð, åñëè ïðè ïîäà÷å êîìàíäû óïðàâëåíèÿ áûëî ñãåíåðèðîâàíî 8 èìïóëüñîâ, ïîñëå îòïóñêàíèÿ êíîïêè íà âûõîäå ïåðåäàò÷èêà ïîÿâèòñÿ åùå 1 èìïóëüñ (8 + 1 = 9). Ýòî íåîáõîäèìî äëÿ òîãî, ÷òîáû ñ÷åò÷èê ïðèåìíèêà çàâåðøèë ðàáî÷èé öèêë è âåðíóëñÿ â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

Ïðè íåîáõîäèìîñòè êîëè÷åñòâî êîìàíä ñèñòåìû ÄÓ ìîæåò áûòü óäâîåíî èëè óòðîåíî çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ â ïåðåäàò÷èêå è ïðèåìíèêå äîïîëíèòåëüíûõ ìèêðîñõåì ñ÷åò÷èêîâ CD4017, âêëþ÷åííûõ ïî òèïîâîé ñõåìå. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4017B 2. Datasheet Texas Instruments CD4093B 3. Datasheet Microchip 2N7000

111

Ïàðàëëåëüíûé ñòàáèëèçàòîð çàùèùàåò îò ïåðåíàïðÿæåíèÿ Robert N Buono EDN

 ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 èñïîëüçóåòñÿ òèïè÷íûé ìåòîä èçìåíåíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììèðóåìîãî óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Õîòÿ òîïîëîãèÿ è äåòàëè ñõåìû èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íåêðèòè÷íû, ñïîñîá çàùèòû ÿâëÿåòñÿ îðèãèíàëüíûì.  êà÷åñòâå óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìû èñïîëüçóåòñÿ ØÈÌ êîíòðîëëåð UC3843AN. Èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 2.5  ýòîé ìèêðîñõåìû ïîäêëþ÷åí ê íåèíâåðòèðóþùåìó âõîäó âíóòðåííåãî óñèëèòåëÿ îøèáêè, íî íå ñîåäèíåí ñ âíåøíèì âûâîäîì (óçåë B). Èíâåðòèðóþùèé âõîä óñèëèòåëÿ îøèáêè ïîäêëþ÷åí ê âíåøíåìó âûâîäó ìèêðîñõåìû è äîñòóïåí (óçåë A). Äëÿ ñòàáèëèçàöèè âûõîä-

íîãî íàïðÿæåíèÿ VOUT óïðàâëÿþùàÿ ìèêðîñõåìà äîëæíà ïîääåðæèâàòü íàïðÿæåíèå â óçëå A ðàâíûì îïîðíîìó íàïðÿæåíèþ 2.5  óçëå B. Íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ íà ðèñóíêå ïîçâîëÿþò èçìåíÿòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ îò ìèíèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ 5  äî ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ 75  â çàâèñèìîñòè îò íàïðÿæåíèÿ VCONTR, êîòîðîå ìîæåò èçìåíÿòüñÿ îò 0 äî 3  (÷òî ñîîòâåòñòâóåò âûõîäíîìó íàïðÿæåíèþ 5  è 75 Â, ñîîòâåòñòâåííî). Ïðè îòñóòñòâèè òðàíçèñòîðà Q1 íàïðÿæåíèå â óçëå A îïðåäåëÿþò VOUT è äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ R3-R4. Ñõåìà ñðàâíèâàåò ýòî íàïðÿæåíèå ñ 2.5  â óçëå B. Êîíòóð ñòàáèëèçàöèè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà ïèòà-

VCC 5Â

VOUT 5…75 Â DC

10 VCONTR 0…3 Â

R3 45.3k

+ 6.8 µF

0.1 µF

ÒÀÍÒÀËÎÂÛÉ

LM358

ÓÇÅË B 2.5 Â

ÓÇÅË A

1.65k

+ 3 2

8 +

1

IC1 –

ÓÑÈËÈÒÅËÜ ÎØÈÁÊÈ

Q1 2N3904

1k 4

1.00k

–

R1

UC3843AN

3 IC2 TLV431A 2

1

R2 732

R4 45.3k

Ðèñóíîê 1. Äîáàâëåíèå îäíîãî ïàðàëëåëüíîãî ñòàáèëèçàòîðà IC2 ê îáû÷íîìó ïðîãðàììèðóåìîìó èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ îáåñïå÷èâàåò òî÷íóþ çàùèòó îò ïåðåíàïðÿæåíèÿ.

112

ÑÕÅÌÛ

íèÿ ïîääåðæèâàåò íàïðÿæåíèå â óçëå A ðàâíûì íàïðÿæåíèþ â óçëå B ïóòåì ñîîòâåòñòâóþùåãî óïðàâëåíèÿ íàïðÿæåíèåì VOUT. Ñõåìà çàùèòû, çàáèðàÿ òîê èç óçëà A, äîëæíà îáåñïå÷èâàòü ïðîãðàììèðóåìîñòü VOUT. Âûõîä VOUT äîëæåí ïîääåðæèâàòü ëþáîé òîê, âûòåêàþùèé èç ýòîãî óçëà. Êðîìå òîãî, òîê äîëæåí ïðîòåêàòü ÷åðåç ðåçèñòîð R3, ñîçäàâàÿ íà íåì ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ. Òîãäà VOUT âñåãäà áóäåò ðàâíî ñóììå ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà R3 è íàïðÿæåíèÿ, óñòàíîâëåííîãî VCONTR. Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü IC1 áóäåò ïîääåðæèâàòü ðàâåíñòâî íàïðÿæåíèé íà R2 è íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1 (âûâîä 3). Äîáàâëåíèå âñåãî îäíîãî êîìïîíåíòà – IC2 – îáåñïå÷èâàåò òî÷íóþ çàùèòó ðåãóëèðóåìîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ îò ïåðåíàïðÿæåíèÿ. Ìèêðîñõåìà IC2 – ýòî íèçêîâîëüòíûé ïàðàëëåëüíûé ñòàáèëèçàòîð, ñîäåðæàùèé âíóòðåííèé ïðåöèçèîííûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 1.24 Â. Òàêîå íèçêîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ýòó ñõåìó çàùèòû ñ îáû÷íûìè ìèêðîñõåìàìè óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì, äëÿ êîòîðûõ 2.5  ÿâëÿåòñÿ ðàñïðîñòðàíåííûì âíóòðåííèì îïîðíûì íàïðÿæåíèåì. Ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ ðàáîòû (ïðè âûõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ îò 5 äî 75 Â) IC2 íè÷åãî íå äåëàåò. Íàïðÿæåíèå íà óïðàâëÿþùåì âõîäå ìèêðîñõåìû (âûâîä 1) ìåíüøå åå âíóòðåííåãî îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 1.24 Â, ïîýòîìó â êàòîä (âûâîä 3) òîê íå òå÷åò. IC1 â ýòîì ñëó÷àå óïðàâëÿåò òîëüêî íàïðÿæåíèåì íà áàçå Q1. Íàïðèìåð, åñëè VCONTR = 3 Â, òî íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå R2 ðàâíî 1.13  è VOUT = 75 Â. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî äëÿ óïðîùåíèÿ ýòîãî ïðèìåðà êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà òðàíçèñòîðà Q1 ñ÷èòàåòñÿ áåñêîíå÷íûì. Îäíàêî â ñëó÷àå ëþáîé íåèñïðàâíîñòè, âñëåäñòâèå êîòîðîé íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå R2 ìîæåò ïðåâûñèòü 1.24  (÷òî ñîîòâåò-

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

ñòâóåò ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíèþ VOUT, ðàâíîìó 81.7 Â), ïàðàëëåëüíûé ñòàáèëèçàòîð íà÷èíàåò ðàáîòàòü. Êîãäà íàïðÿæåíèå íà âûâîäå 1 ìèêðîñõåìû IC2 íà÷èíàåò ïðåâûøàòü âíóòðåííåå îïîðíîå íàïðÿæåíèå 1.24 Â, ÷åðåç ìèêðîñõåìó IC2 íà÷èíàåò òå÷ü òîê. Âñëåäñòâèå ýòîãî ïîòåíöèàë êàòîäà IC2 ïîíèæàåòñÿ, ïðèòÿãèâàÿ áàçó òðàíçèñòîðà ê çåìëå, ÷òîáû ïîääåðæàòü íàïðÿæåíèå 1.24  íà âûâîäå 1. Êîãäà ýòî ïðîèñõîäèò, IC2, óïðàâëÿÿ òðàíçèñòîðîì Q1, ðåãóëèðóåò íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå R2. Ïðè ýòîì âûõîä óñèëèòåëÿ IC1 ïåðåõîäèò â ñîñòîÿíèå ïîëîæèòåëüíîãî íàñûùåíèÿ ñ íàïðÿæåíèåì ïîðÿäêà 3.7 Â, ïîñêîëüêó IC1 áîëüøå íå ìîæåò ïîääåðæèâàòü íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå R2 ðàâíûì íàïðÿæåíèþ íà åãî íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå (âûâîä 3). Ïðåèìóùåñòâî òàêîé ðàáîòû ñõåìû çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî òîê êàòîäà IC2 òåïåðü îïðåäåëÿåòñÿ íàïðÿæåíèåì íà ðåçèñòîðå R1 è èìååò ïîñòîÿííîå çíà÷åíèå, ðàâíîå (3.7  – 1.8 Â)/1 êÎì = 1.9 ìÀ. Ïðè òàêîì óðîâíå êàòîäíîãî òîêà IC2 ãàðàíòèðóåòñÿ ïðàâèëüíûé ðåæèì ðåãóëèðîâàíèÿ. Ýòà ñõåìà çàùèòû íåâîñïðèèì÷èâà ê ëþáîìó ïîòåíöèàëüíîìó ñîñòîÿíèþ îòêàçà îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ IC1 èëè èñòî÷íèêà ïðîãðàììèðóþùåãî íàïðÿæåíèÿ VCONTR. Äëÿ ðàáîòû ìèêðîñõåìû IC1 òðåáóåòñÿ òîëüêî íàïðÿæåíèå 5 Â. Åñëè âûõîä óñèëèòåëÿ (âûâîä 1) áóäåò çàêîðî÷åí íà çåìëþ, íàïðÿæåíèå VOUT áóäåò ìèíèìàëüíûì. Åñëè åãî âûõîä çàêîðîòèòü íà øèíó ïèòàíèÿ VCC, òîê ÷åðåç ìèêðîñõåìó IC2 ñîñòàâèò (5  – 1.8 Â)/1 êÎì = = 3.2 ìÀ, è íàïðÿæåíèå VOUT áóäåò îãðàíè÷åíî íà ìàêñèìàëüíîì óðîâíå 81.7 Â. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåì 1. Datasheet Texas Instruments LM358 2. Datasheet Texas Instruments TLV431A 3. Datasheet Texas Instruments UC3843AN

113

Áèïîëÿðíûé òðàíçèñòîð óâåëè÷èâàåò òîê DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ â 12 ðàç Wayne Rewinkel EDN

 ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 èñïîëüçóåòñÿ ìèíè ìàëüíîå êîëè÷åñòâî âíåøíèõ êîìïîíåíòîâ, ÷òîáû óâåëè÷èòü ìàêñèìàëüíûé âûõîäíîé òîê ìèêðîñõåìû ïîíèæàþùåãî èìïóëüñíîãî ñòàáèëèçàòîðà ñ 0.5 À äî áîëåå ÷åì 6 À. Ñõåìà ðàññ÷èòàíà íà âõîäíîå íàïðÿæåíèå îò 15 äî 60  è, â çàâèñèìîñòè îò âûáðàííîãî âàðèàíòà ìèêðîñõåìû, îáåñïå÷èâàåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå 3.3, 5 èëè 12 Â. Íà Ðèñóíêå 2 ïðåäñòàâëåíû ãðàôèêè ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàíèÿ äëÿ òðåõ ñòàíäàðòíûõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé, ïîñòðîåííûå äëÿ äèàïàçîíà âõîäíûõ íàïðÿæåíèé äî 60 Â. Ñõåìà ïîëåçíà â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà òðåáóåìîå íàïðÿæåíèå, òîê èëè è òî, è äðóãîå ïðåâûøàþò çíà÷åíèÿ,

R1 0.22

äîïóñòèìûå äëÿ ñòàíäàðòíûõ ìèêðîñõåì.

LM2594 – ýòî ïîíèæàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèÿ ñ âíóòðåííèì êëþ÷îì, ñïîñîáíûì êîììóòèðîâàòü òîê äî 0.5 À íà ÷àñòîòå 150 êÃö. Ýòîãî òîêà äîñòàòî÷íî äëÿ ïèòàíèÿ áàçû òðàíçèñòîðà Q1 è ðåçèñòîðà ñìåùåíèÿ R2. Ðåçèñòîð R2 ïðåäíàçíà÷åí äëÿ áûñòðîãî âûêëþ÷åíèÿ áûñòðîäåéñòâóþùåãî n-p-n òðàíçèñòîðà Q1, èìåþùåãî êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà ñâûøå 10 ïðè òîêå êîëëåêòîðà 6 À. Íàçíà÷åíèå R1 ìîæåò áûòü íåî÷åâèäíûì áåç íåêîòîðîãî çíàíèÿ âíóòðåííåãî óñòðîéñòâà LM2594. Åãî ñîïðîòèâëåíèå òàêîâî, ÷òîáû íàïðÿæåíèÿ, ïàäàþùåãî íà íåì ïðè ïèêîâîì òîêå, áûëî äîñòàòî÷íî äëÿ íà÷àëà íàñûùå-

Q1 D44H8

VIN 7 VIN 5

OFF

VSWITCH

8

R2 4.7

L1 47 µH 0.04W COILCRAFT DMT2-47

LM2594HVN C1 680 µF 63V

+

ÂÅÐÑÈÈ 3.3, 5 ÈËÈ 12 Â 4 FB

VOUT

GND 1, 2, 3

6

D1 MBR660

+

C2 1000 µF 25V

Ðèñóíîê 1. Ýòà íåäîðîãàÿ ñõåìà ðàññ÷èòàíà íà âûñîêèå âõîäíûå íàïðÿæåíèÿ è áîëüøèå âûõîäíûå òîêè.

114

ÑÕÅÌÛ

90

2À 12 Â

6À

ÊÏÄ (%)

85

2À

80 6À 75

5Â 2À

70

6À 3.3 Â

10

20

30

40

50

60

VIN (Â)

Ðèñóíîê 2. Â äèàïàçîíå âõîäíûõ íàïðÿæåíèé îò 15 äî 60 Â ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 äåìîíñòðèðóåò õîðîøèé ÊÏÄ.

íèÿ òðàíçèñòîðà Q1. Íàñûùåíèå ïðèâîäèò ê ïàäåíèþ êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è òîêà Q1, è, êîãäà òîê áàçû òðàíçèñòîðà âîçðàñòàåò äî áîëåå ÷åì 0.5 À, LM2594 ïåðåõîäèò â ðåæèì ïîèìïóëüñíîãî çàùèòíîãî îãðàíè÷åíèÿ òîêà, çà êîòîðûì â ñëó÷àå ñåðüåçíîé ïåðåãðóçêè ñëåäóåò ñíèæåíèå òàêòîâîé ÷àñòîòû.  ýòîì ïðèìåðå êîíñòðóêöèè èñïîëüçóþòñÿ êîìïîíåíòû, ìîíòèðóåìûå â îòâåðñòèÿ,

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

ïîñêîëüêó îíè íåäîðîãè è ñðåäè íèõ ëåãêî íàéòè êîíäåíñàòîðû ñ íèçêèì ESR è ïîäõîäÿùèå äðîññåëè. Ïðè íàèõóäøåì ñî÷åòàíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è òîêà íàãðóçêè òðàíçèñòîð Q1 è äèîä D1 ðàññåèâàþò ïî 3 Âò êàæäûé, ïîýòîìó äëÿ ïîääåðæàíèÿ òåìïåðàòóðû â äîïóñòèìûõ ïðåäåëàõ íóæíî ïîäîáðàòü ðàäèàòîð ïîäõîäÿùåãî ðàçìåðà. Òåïëîîòâîä îò 6 äî 7 °C/Âò ïîçâîëÿåò îáîèì óñòðîéñòâàì ðàáîòàòü ïðè òåìïåðàòóðå îêðóæàþùåé ñðåäû äî 85 °C.  êà÷åñòâå êîíäåíñàòîðîâ ñ íèçêèì ESR èñïîëüçóþòñÿ óñòðîéñòâà ñåðèè PL êîìïàíèè Nichicon. R2 ðàññåèâàåò ìåíåå 0.25 Âò, íî R1 ïðè òîêå ïîëíîé íàãðóçêè ìîæåò ðàññåèâàòü 1 Âò ïðè âûñîêîì VIN è áîëåå 5 Âò ïðè íèçêîì VIN. Äëÿ ìèíèìèçàöèè íàãðåâà ðåçèñòîð R1 íàäî ðàñïîëîæèòü ïîäàëüøå îò ìèêðîñõåìû. Âåðñèÿ LM2594 â êîðïóñå DIP ïðè âûñîêîì VIN ðàññåèâàåò ìîùíîñòü äî 0.5 Âò; ïîýòîìó, ÷òîáû èçáåæàòü òåïëîâîãî îòêëþ÷åíèÿ, âûâîäû 1, 2, 3 è 6 ñëåäóåò ïðèïàÿòü ê çàçåìëÿþùåé ïîâåðõíîñòè ïëîùàäüþ 2 áîëåå 25 ñì . Êðîìå òîãî, åñëè ôóíêöèÿ âêëþ÷åíèÿ/âûêëþ÷åíèÿ ìèêðîñõåìû íå íóæíà, âûâîä 5 ñëåäóåò ïðèïàÿòü ê çåìëå. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM2594HVN 2. Datasheet STMicroelectronics D44H8 3. Datasheet PANJIT MBR660 4. Datasheet Nichicon PLE

115

Èìïóëüñíûé ãåíåðàòîð ñ âûñîêîòî÷íûì êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ è ÷àñòîòîé ïîâòîðåíèÿ ñâûøå 50 ÌÃö Marián Štofka EDN

Â

 ïðåäûäóùåé ñòàòüå îïèñûâàëñÿ àâòîêîëåáàòåëüíûé ìóëüòèâèáðàòîð, ïîëó÷àþùèé ãèñòåðåçèñ îò êàñêàäà ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, èñïîëüçóÿ ìåòîä, êîòîðûé ìîæíî îõàðàêòåðèçîâàòü êàê êîíäåíñàòîðíóþ ïîëîæèòåëüíóþ îáðàòíóþ ñâÿçü [1]. Îíà ñîçäàåò ãèñòåðåçèñ çà ñ÷åò ïåðåíîñà çàðÿäà â îñíîâíîé âðåìÿçàäàþùèé êîíäåíñàòîð. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîìïëåìåíòàðíûõ ëîãè÷åñêèõ âûõîäîâ â ñõåìå èñïîëüçóþòñÿ äâà ëîãè÷åñêèõ èíâåðòîðà.  îòëè÷èå îò ýòîãî, â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1

èñïîëüçóåòñÿ îäèí áûñòðîäåéñòâóþùèé àíàëîãîâûé êîìïàðàòîð ñ êîìïëåìåíòàðíûìè âûõîäàìè, ÷òî óñòðàíÿåò íåîáõîäèìîñòü â äîïîëíèòåëüíîì èíâåðòîðå. Ìíîãèå êîìïàðàòîðû, òàêèå êàê ADCMP603 (IC1), îáëàäàþò ñèììåòðèåé, êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò î÷åíü íåçíà÷èòåëüíîå ðàññîãëàñîâàíèå ìîìåíòîâ ïåðåêëþ÷åíèÿ âûõîäîâ Q è Q, ñîñòàâëÿþùåå äîëè íàíîñåêóíäû. Ïîýòîìó ïåðåäà÷à çàðÿäà íà îñíîâíîé êîíäåíñàòîð Ñ òåîðåòè÷åñêè íà÷èíàåòñÿ ñðàçó æå â íà÷àëå

2.5…5.5 Â; ÎÏÒÈÌÀËÜÍÎÅ ÇÍÀ×ÅÍÈÅ 2.5 Â

RB1 4.7k

R 1k VCCI VN

Q

CIN 1 pF

IC1 ADCMP603

C 10 pF VP CF 2.2 pF

–

VCCO

ÊÎÌÏËÅÌÅÍÒÀÐÍÛÅ ÂÛÕÎÄÛ

Q

+ VEE

100 nF

RB2 4.7k

100 nF

LE/HYS S DN

0Â

Ðèñóíîê 1. Ýòîò ãåíåðàòîð èìïóëüñîâ âûðàáàòûâàåò âûðîâíåííûå ïî âðåìåíè êîìïëåìåíòàðíûå ëîãè÷åñêèå ñèãíàëû. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ äåðæèòñÿ íà óðîâíå 50%.

116

ÑÕÅÌÛ

ïåðåêëþ÷åíèÿ óðîâíÿ íà âûõîäå Q, îò êîòîðîãî ÷åðåç ðåçèñòîð R çàðÿæàåòñÿ êîíäåíñàòîð Ñ. Íè îäíèì êàñêàäîì, êðîìå Q, íå âíîñèòñÿ íèêàêîé äîïîëíèòåëüíîé çàäåðæêè ðàñïðîñòðàíåíèÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò åùå áîëüøå óâåëè÷èòü ðàáî÷óþ ÷àñòîòó. Âûõîäíàÿ ÷àñòîòà ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ íà Ðèñóíêå 1 ìåíåå ÷óâñòâèòåëüíà ê èçìåíåíèÿì íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, ÷åì ó ãåíåðàòîðà íà îñíîâå òîé æå ADCMP603, â êîòîðîì èñïîëüçóåòñÿ âíóòðåííèé ãèñòåðåçèñ ìèêðîñõåìû. Çàðÿäíûé òîê êîíäåíñàòîðà C è ãèñòåðåçèñ ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ, îáóñëîâëåííûé ïåðåíîñîì çàðÿäà, óâåëè÷èâàþòñÿ ïî÷òè ëèíåéíî ñ ðîñòîì íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, ÷òî ìèíèìèçèðóåò ÷óâñòâèòåëüíîñòü âûõîäíîãî ñèãíàëà ê ïèòàíèþ. Íàïðîòèâ, âíóòðåííèé ãèñòåðåçèñ, óñòàíàâëèâàåìûé âíåøíèì ðåçèñòîðîì íà âûâîäå LE/HYS êîìïàðàòîðà, îò íàïðÿæåíèÿ ïèòà-

íèÿ çàâèñèò íåëèíåéíî. Åñëè, íàïðèìåð, ñîïðîòèâëåíèå âíåøíåãî ðåçèñòîðà ñîñòàâëÿåò 225 êÎì, ãèñòåðåçèñ èìååò îäèíàêîâîå çíà÷åíèå ïîðÿäêà 36 ì è äëÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ 2.5 Â, è äëÿ 5.5 Â. Íà ÷àñòîòàõ, áëèçêèõ ê âåðõíåìó ïðåäåëó ðàáî÷èõ ÷àñòîò, èíæåêöèÿ çàðÿäà ÷åðåç êîíäåíñàòîð CF ïðîèñõîäèò ïîñòåïåííî, à íå ñòóïåí÷àòî, ïîñêîëüêó âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà ñèãíàëîâ íà âûõîäàõ Q è Q âñå æå èìåþò êîíå÷íûå çíà÷åíèÿ. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíû èäåàëèçèðîâàííûå ñèãíàëû, èëëþñòðèðóþùèå ôîðìèðîâàíèå ïîëîæèòåëüíîãî ïèêà íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå C. Õîòÿ ðåàëüíûå íàïðÿæåíèÿ VQ è VQ èìåþò íåñêîëüêî ñêðóãëåííûå «óãëû», îíè íàïîìèíàþò òå, ÷òî ïîêàçàíû íà ðèñóíêå. Åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ðàçìàõ íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå C çíà÷èòåëüíî íèæå, ÷åì íà âûõîäàõ Q è Q, òî ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî

ÍÀÊËÎÍ » 3×S

DVC =

1 I ×t C1 CF R

+VNO =

ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ ÍÀ ÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÐÅ C

VCC 2

tPD ÍÀÊËÎÍ S

–VCC

Q 0

ÍÀÏÐßÆÅÍÈß ÍÀ ÂÛÕÎÄÀÕ

VCC Q

0 tR/2

tR/2 –ICF

ICF(t) ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÇÀÐßÄÍÎÃÎ ÒÎÊÀ ÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÐÀ C

0 V +IR » CC 2R 0 –IR

IRF(t)

t 0

IC(t) = IRF(t) + ICF(t)

Ðèñóíîê 2. Èäåàëèçèðîâàííîå, íî âñå æå áëèçêîå ê ðåàëüíîñòè ìîäåëèðîâàíèå ðàáîòû ãåíåðàòîðà äàåò ôîðìóëó äëÿ îïðåäåëåíèÿ âûõîäíîé ÷àñòîòû.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

117

ïðÿìîóãîëüíûé èìïóëüñ òîêà ICF(t) çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð C âî âðåìÿ ïîëîæèòåëüíîãî ïåðåõîäà íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå Q. Òîê IRF(t) ÷åðåç ðåçèñòîð R, èäóùèé òàêæå â êîíäåíñàòîð Ñ, ìåíÿåò ñâîþ ïîëÿðíîñòü âî âðåìÿ ñìåíû óðîâíåé íà âûõîäàõ Q è Q. Êîíå÷íûé òîê, çàðÿæàþùèé êîíäåíñàòîð C, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñóììó IRF(t) è ICF(t). Õîòÿ ôîðìà èìïóëüñà íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå Ñ çàâèñèò îò êîíå÷íîãî çàðÿäíîãî òîêà, åãî ïèêîâîå çíà÷åíèå óâåëè÷èâàåòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî çà ñ÷åò ICF(t). Ñëåäóþùàÿ ôîðìóëà ïîçâîëÿåò âû÷èñëèòü äîáàâëåííûé ïèê:

DVC »

ICF ´ t R CF » DVOUT , C1 C1

ãäå DVC – âåëè÷èíà äîáàâëåííîãî ïèêà, C1 = C + CIN » 1 pF. Äîáàâëåííûé ïèê íå çàâèñèò îò IRF(t), òàê êàê ñðåäíåå çíà÷åíèå ýòîãî òîêà â òå÷åíèå âðåìåíè ñìåíû óðîâíåé íà âûõîäàõ Q è Q ðàâíî íóëþ. Äëÿ C = 10 ïÔ, C1 = 11 ïÔ, CF = 2.2 ïÔ è DVOUT » 2.4  ôîðìóëà äàåò DVC » 0.48 Â. Ïî÷òè ïîñòîÿííàÿ ÷àñòü òîêà IRF(t) âû÷èñëÿåòñÿ ïî ñëåäóþùåé ôîðìóëå:

IRF »

1 DVOUT ´ .

2 R

IRF îïðåäåëÿåò íàêëîí S íàïðÿæåíèÿ VC(t) íà Ðèñóíêå 2 äî ìîìåíòà ïåðåõîäà óðîâíåé íà âûõîäàõ Q è Q êîìïàðàòîðà. Íàêëîí S ðàññ÷èòûâàåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:

S=

IRF 1 » ´ DVOUT .

C 2RC

Ñëåäóþùàÿ ôîðìóëà îïðåäåëÿåò àáñîëþòíîå çíà÷åíèå ïèêîâîãî íàïðÿæåíèÿ VC(t) îòíîñèòåëüíî ñåðåäèíû íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ:

VCPEAK

t ö æ = S ç t PD - R ÷ + DVC .

2ø è

Ñïàä íàïðÿæåíèÿ VC(t) îò åãî ïèêîâîãî çíà÷åíèÿ ïðîèñõîäèò ñî ñêîðîñòüþ –S.

118

Âðåìÿ TDESC, çà êîòîðîå íàïðÿæåíèå äîñòèãíåò îïîðíîãî óðîâíÿ, ðàâíî:

VCPEAK DVC t = t PD - R + = S 2 S

TDESC = = t PD -

tR + 2 CFR , 2

ãäå VCPEAK – ïèêîâîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ VC(t). Ïîäñòàâèâ â ôîðìóëó tPD » 3.5 íñ è R = = 1 êÎì, ïîëó÷èì, ÷òî ýòîò âðåìåííîé èíòåðâàë ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî 6.8 íñ. Îáùåå âðåìÿ TH, êîãäà VC(t) ïðåâûøàåò îïîðíîå íàïðÿæåíèå VCC/2, ðàâíî:

TH = t PD +

tR + TDESC = 2 ( t PD + CFR).

2

Áëàãîäàðÿ ñèììåòðèè âíóòðåííåé àðõèòåêòóðû ADCMP603 äëèòåëüíîñòü ïðàâîãî ïîëóïåðèîäà ëîãè÷åñêèõ ñèãíàëîâ íà âûõîäàõ Q è Q òàêæå ðàâíà TH. Äðóãèìè ñëîâàìè, êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ñîñòàâëÿåò 50%. Îöåíêà TH, ïîëó÷åííàÿ ñ ïîìîùüþ ïîñëåäíåé ôîðìóëû, äàåò 11.4 íñ. Òàêèì îáðàçîì,

fQ =

1 = 43.86 ÌÃö .

2TH

Âûõîäíàÿ ÷àñòîòà ñõåìû ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 2.052  ðàâíà 56.75 ÌÃö. Ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 3.51  ÷àñòîòà óìåíüøàåòñÿ äî 56.12 ÌÃö. Òàêèì îáðàçîì, îòíîñèòåëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü âûõîäíîé ÷àñòîòû ê èçìåíåíèþ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ïðèìåðíî ðàâíà –3 8×10 /Â. Óâåëè÷åíèå èçìåðåííîé ÷àñòîòû ïî ñðàâíåíèþ ñ òåîðåòè÷åñêèì çíà÷åíèåì ìîæíî îáúÿñíèòü òåì ôàêòîì, ÷òî â òå÷åíèå âðåìåíè tPD ïåðåâîçáóæäåíèå âõîäà êîìïàðàòîðà ïîñòåïåííî âîçðàñòàåò ïðèìåðíî äî 330 ìÂ, ÷òî áîëåå ÷åì â òðè ðàçà ïðåâûøàåò íàïðÿæåíèå, ïðè êîòîðîì îïðåäåëÿëàñü çàäåðæêà ðàñïðîñòðàíåíèÿ. ÐË

Ññûëêà 1. Robert Larson. Ãèñòåðåçèñ ìóëüòèâèáðàòîðà ñîçäàåòñÿ êàñêàäîì ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè. ÐàäèîËîöìàí, 2022, 05-06, ñòð. 35

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices ADCMP603

ÑÕÅÌÛ

Ïðîñòîé ñòîðîæåâîé òàéìåð íà êðàéíèé ñëó÷àé Giovanni Romeo EDN

Õ

Õàðàêòåðèñòèêè ñòîðîæåâîé ñõåìû íà Ðèñóíêå 1, âåðîÿòíî, áóäóò õóæå õàðàêòåðèñòèê ñïåöèàëèçèðîâàííîé ìèêðîñõåìû ñòîðîæåâîãî òàéìåðà, íî ýòà ñõåìà ìîæåò áûòü ïîëåçíà, êîãäà ïîä ðóêîé â ëàáîðàòîðèè íå îêàçàëîñü ïîäõîäÿùåãî ñòîðîæåâîãî òàéìåðà, à âû ñïåøèòå çàêîí÷èòü ïðîòîòèï. Ïðèíöèï ðàáîòû ñõåìû ïðîñò. Ïðè íàëè÷èè íà âõîäå àêòèâíîãî öèôðîâîãî ñèãíàëà çàðÿäîâûé íàñîñ, ñîñòîÿùèé èç ýëåìåíòîâ C1, D1, D2 è C2, ïîääåðæèâàåò êîíäåíñàòîð C2 â çàðÿæåííîì ñîñòîÿíèè. R1 ñëóæèò ðàçðÿäíûì ðåçèñòîðîì äëÿ C2. Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò IC1A ÷åðåç ðåçèñòîð R2 îïðåäåëÿåò óðîâåíü çàðÿäà êîíäåíñàòîðà. Íàïðÿæåíèå íà çàðÿæåííîì êîíäåíñàòîðå C2 çàïðåùàåò ðàáîòó ãåíåðàòîðà íà òðåõ ýëåìåíòàõ IC1B, IC1C è IC1D, è íàïðÿæåíèå âûõîäíîãî ñèãíàëà ñáðîñà ñ âûñîêèì àêòèâíûì óðîâíåì îñòàåòñÿ íèçêèì. Êîãäà íàïðÿæåíèå íà âõîäå ýëåìåíòà IC1A îïóñêàåòñÿ íèæå ëîãè÷åñêîãî ïîðîãà ÊÌÎÏ, ãåíåðàòîð çàïóñêàåòñÿ è íà÷èíàåò âûðàáàòûâàòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðÿìîóãîëüíûõ

èìïóëüñîâ. Ïðè âûñîêîì óðîâíå ñèãíàëà ñáðîñà (íà âûõîäå ñ âûñîêèì àêòèâíûì óðîâíåì) ïðîèñõîäèò ñáðîñ óïðàâëÿåìîãî ìèêðîïðîöåññîðà, êîòîðûé äîëæåí íà÷àòü ðàáîòó è àêòèâèðîâàòü âõîä ñòîðîæåâîãî òàéìåðà äî òåõ ïîð, ïîêà óðîâåíü ñèãíàëà ñáðîñà îñòàåòñÿ íèçêèì. R3 è C3, ïî ñóùåñòâó, îïðåäåëÿþò âðåìåíà âûñîêîãî è íèçêîãî óðîâíåé âûõîäíîãî ñèãíàëà, êîòîðûå èìåþò ïî÷òè îäèíàêîâûå çíà÷åíèÿ. Õîòÿ ýòà ñõåìà ðàçðàáàòûâàëàñü äëÿ êîíòðîëÿ ëèíèè RS-232C, åå ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ñëåæåíèÿ çà óðîâíåì ëþáîãî öèôðîâîãî ñèãíàëà. Ïðè ìîíèòîðèíãå ëèíèè RS–232C ñòîðîæåâîé òàéìåð ñ íîìèíàëàìè êîìïîíåíòîâ, ïîêàçàííûìè íà Ðèñóíêå 1, íà÷èíàåò ñáðîñ ÷åðåç 40 ìñ ïîñëå îáíàðóæåíèÿ îòñóòñòâèÿ àêòèâíîñòè, à ïðè âîçîáíîâëåíèè âõîäíîé àêòèâíîñòè îòêëþ÷àåò ãåíåðàòîð ìåíåå ÷åì çà 20 ìñ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4069UB

IC1A 1

C2 0.1 µF

R1 5M

3

5

IC1D 6

9

C3 1 µF

1M

1 nF

8

R3 1M

C1 ÂÕÎÄ

D1 1N4148

IC1C 4

1N4148

R2 1M D2 1N4148

IC1B 2

IC1E 11

IC1F 10

13

12

ÑÁÐÎÑ (ÂÛÑÎÊÈÉ ÓÐÎÂÅÍÜ) ÑÁÐÎÑ (ÍÈÇÊÈÉ ÓÐÎÂÅÍÜ)

Ðèñóíîê 1. Çàðÿäîâûé íàñîñ, ñîñòîÿùèé èç D1, D2, C1 è C2, çàïðåùàåò ðàáîòó ãåíåðàòîðà íà òðåõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòàõ äî òåõ ïîð, ïîêà âõîäíîé ñèãíàë îñòàåòñÿ àêòèâíûì. Ïîñëå 40 ìñ îòñóòñòâèÿ àêòèâíîñòè ãåíåðàòîð íà÷èíàåò ðàáîòàòü è âûäàåò ñèãíàë ñáðîñà.

ÐàäèîËîöìàí 05,06-2022

119

Æóðíàë äëÿ òåõ, êòî èíòåðåñóåòñÿ ýëåêòðîíèêîé

Åñëè âàì íåáåçðàçëè÷íû òåìû: ìèêðîêîíòðîëëåðû àâòîìàòèçàöèÿ ñèëîâàÿ ýëåêòðîíèêà ñâåòîòåõíèêà ÑÀÏÐ èçìåðåíèÿ

èëè âû ÿâëÿåòåñü íîñèòåëåì ïåðåäîâûõ çíàíèé â äðóãèõ îáëàñòÿõ ýëåêòðîíèêè è ãîòîâû èõ ïîïóëÿðèçèðîâàòü ïðèãëàøàåì ê ñîòðóäíè÷åñòâó!