Æóðíàë ðàçðàáîò÷èêîâ ýëåêòðîíèêè
WWW.RLOCMAN.RU
ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Ñåíòÿáðü-Îêòÿáðü 2022 (122)
Óìíûé
ïîäàâèòåëü ïóëüñàöèé
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 Ñåíòÿáðü-Îêòÿáðü 2022 (122)
4 Çëîâðåäíûé áîðùåâèê ïðåâðàòèëè â ìàòåðèàë äëÿ áàòàðåé â çåë¸íîé ýíåðãåòèêå 5 Ó÷åíûå ÒÏÓ äîêàçàëè ýôôåêòèâíîñòü íîâîãî îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ äëÿ ñóïåðñêîðîñòíûõ êîìïüþòåðîâ
Ãëàâíûé ðåäàêòîð: À. Íèêîëàåâ
6 STMicroelectronics ðàñøèðÿåò ñåìåéñòâî íèçêîâîëüòíûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé 7 GaN ìèêðîñõåìà ñîêðàùàåò ðàçìåðû äðàéâåðîâ äâèãàòåëåé è óñêîðÿåò âûõîä íà ðûíîê 8 SiTime ðàñøèðÿåò ñåìåéñòâî àâòîìîáèëüíûõ ÌÝÌÑ óñòðîéñòâ íîâûìè ðåøåíèÿìè
Ñòàòüè
Äèðåêòîð: Ñ. Ìóðàò÷àåâ
10 Ñõåìû ñ òîêîâûì âûõîäîì äîáàâëÿþò óíèâåðñàëüíîñòè âàøåìó íàáîðó àíàëîãîâûõ èíñòðóìåíòîâ
Íàä íîìåðîì ðàáîòàëè: Ì. Áàñêîâ Ä. Çàõàðîâ Â.Êîëåñíèê Î. Ëåâàøîâ Ñ. Ìóðàò÷àåâ À. Íèêîëàåâ À. Ðóñó
15 Òèðèñòîðíûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû 19 Ðýé Äîëáè, èíæåíåð, âäîõíóâøèé íîâóþ æèçíü â òåõíîëîãèþ çâóêà 21 Îäèí îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü îáåñïå÷èâàåò õàðàêòåðèñòèêó ïåðåäà÷è ñ äâîéíûì 24 26 29 32 35
ãèñòåðåçèñîì Ñèíõðîííî ðåãóëèðóåìûé ìíîãîêàíàëüíûé ôàçîâðàùàòåëü Êàê ñäåëàòü ïðîãðàììèðóåìûé ãåíåðàòîð ñ èñïîëüçîâàíèåì öèôðîâûõ ïîòåíöèîìåòðîâ Êàê èçìåðèòü âõîäíóþ åìêîñòü îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, ÷òîáû ìèíèìèçèðîâàòü øóì Ïîäàâèòåëü ïóëüñàöèé ØÈÌ ÖÀÏ ñ àíàëîãîâûì âû÷èòàíèåì Äîáàâëåííûé ÀÖÏ ïîâûøàåò òî÷íîñòü àíàëîãîâîãî èçâëå÷åíèÿ êâàäðàòíîãî êîðíÿ
Ñõåìû 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.
Îôîðìëåíèå áåñïëàòíîé ïîäïèñêè: www.rlocman.ru/magazine
38 49 52 56 58 60 62 64 66 68 71 74 77 80 82 84 86 89 92 94 96 99 102 104 107 110 113 116 119 122 124 126
Óñîâåðøåíñòâîâàííûé áàðîìåòð-òåðìîìåòð-ãèãðîìåòð ñ E-ink äèñïëååì Óäâîèòåëü ÷àñòîòû ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 50% Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ Proto Ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò ñ óëó÷øåííîé ïåðåõîäíîé õàðàêòåðèñòèêîé Îäèí âûâîä ïðîöåññîðà óïðàâëÿåò ôóíêöèåé âêëþ÷åíèÿ/âûêëþ÷åíèÿ Ïðîñòàÿ ñõåìà ñåíñîðíîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ Îäèí ãåíåðàòîð óïðàâëÿåò íåñêîëüêèìè òâåðäîòåëüíûìè ðåëå Ïðåöèçèîííûé èíòåðôåéñ åìêîñòíîãî äàò÷èêà äëÿ ìèíèàòþðíûõ ïðèáîðîâ Äâà îïîðíûõ íàïðÿæåíèÿ ïîâûøàþò òî÷íîñòü ãèñòåðåçèñà Ëèíåàðèçîâàííûé ïîðòàòèâíûé àíåìîìåòð ñ òåðìîñòàòèðîâàííîé ïàðîé Äàðëèíãòîíà Ñèíõðîííûé ãåíåðàòîð ïðåîáðàçóåò àóäèî è âèäåî â ×Ì ñèãíàë Àêòèâíûé ýìóëÿòîð äàò÷èêîâ RTD ïîääåðæèâàåò âñå ñõåìû ïîäêëþ÷åíèÿ Òðàíçèñòîðû óêðîùàþò èíäóêòèâíîñòü ðàññåÿíèÿ Ñõåìà àâàðèéíîé ñèãíàëèçàöèè êîíòðîëèðóåò ñêîðîñòü âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà Àíàëîãî-öèôðîâîé êâàçèôèëüòð êëàïàííîãî òèïà Áåñòðàíñôîðìàòîðíûé DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü ñ äâóïîëÿðíûì âûõîäîì Øèðîêîïîëîñíûé ïèêîâûé äåòåêòîð ðàáîòàåò â øèðîêîì äèàïàçîíå âõîäíûõ ÷àñòîò Äèîäû Øîòòêè óëó÷øàþò ðåàêöèþ êîìïàðàòîðà íà ïåðåõîäíûå ïðîöåññû Ïðîñòàÿ ñõåìà îòêëþ÷àåò ñèñòåìó ïðè íèçêîì íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ Èçîëèðîâàííûé óñèëèòåëü ôåìòîàìïåðíûõ òîêîâ ñ ýêñòðåìàëüíûì äèàïàçîíîì ðåãóëèðîâêè óñèëåíèÿ Ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ ñïåöèàëüíîé ôîðìû ñ ìèíèìàëüíîé çàâèñèìîñòüþ àìïëèòóäû îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ Äâóõñòîêîâûé ñèëîâîé MOSFET Ïðîñòîé ìíîãîôàçíûé ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ íà îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ Ìóëüòèâèáðàòîð íà òàéìåðå 555 ñ èíäóêòèâíûì êîìïîíåíòîì Óìíûé ïîäàâèòåëü ïóëüñàöèé ñ ïî÷òè íóëåâûì ïàäåíèåì íàïðÿæåíèÿ Òî÷íîå óïðàâëåíèå ñêîðîñòüþ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà ñ ïîìîùüþ ïîòåíöèîìåòðà èëè ÖÀÏ Çàùèòà MOSFET â ìîùíûõ èìïóëüñíûõ ñõåìàõ Ðåãóëèðóåìûé ãåíåðàòîð òðåóãîëüíûõ/ïèëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ íà îñíîâå òàéìåðà 555 Ìèêðîêîíòðîëëåð óïðàâëÿåò ðåëå ÷åðåç ðàäèî÷àñòîòíûå ìîäóëè Áåñïðîâîäíàÿ «áàòàðåÿ» ïèòàåò ìàëîìîùíûå óñòðîéñòâà Ñêîðîñòüþ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà óïðàâëÿåò ñâåò Ãåíåðàòîðó Õàðòëè íå íóæíû ñâÿçàííûå êàòóøêè èíäóêòèâíîñòè
Çëîâðåäíûé áîðùåâèê ïðåâðàòèëè â ìàòåðèàë äëÿ áàòàðåé â çåë¸íîé ýíåðãåòèêå Èññëåäîâàòåëè èç ÌÃÓ è Ñêîëòåõà ñäåëàëè èç íàçîéëèâîãî ÿäîâèòîãî ñîðíÿêà âûñîêîêà÷åñòâåííûé óãëåðîäíûé ìàòåðèàë äëÿ àíîäîâ íàòðèé-èîííûõ áàòàðåé. Ïî ìåðå ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ìàòåðèàëîâ ýòîò èííîâàöèîííûé âèä àêêóìóëÿòîðîâ ìîæåò çàìåíèòü áîëåå äîðîãèå ëèòèé-èîííûå íàêîïèòåëè ýíåðãèè íà ñîëíå÷íûõ è âåòðîãåíåðàòîðàõ è â äðóãèõ ïðèìåíåíèÿõ, ãäå êîìïàêòíîñòü íå èãðàåò îïðåäåëÿþùóþ ðîëü. Ðàáîòà îïóáëèêîâàíà â æóðíàëå Batteries.
«Ìû ïîäóìàëè: à çäîðîâî áûëî áû îäíîâðåìåííî èçáàâèòüñÿ îò ýòîãî ãàäîñòíîãî ñîðíÿêà è ïîëó÷èòü ÷òî-òî ïîëåçíîå âçàìåí, – ðàññêàçûâàåò ñîàâòîð ñòàòüè Çîÿ Áîáûë¸âà èç Ìîñêîâñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà èìåíè Ì. Â. Ëîìîíîñîâà. – Òâ¸ðäûé óãëåðîä, êîòîðûé èñïîëüçóåòñÿ â àíîäàõ íàòðèéèîííûõ àêêóìóëÿòîðîâ, ìîæíî ïðîèçâîäèòü èç ëþáîé áèîìàññû: ñêîðëóïû îðåõîâ, îòõîäîâ áóìàæíîãî ïðîèçâîäñòâà è ïðî÷., íî âîò áîðùåâèê íèêòî åù¸ íå ïðîáîâàë. À îêàçàëîñü, ÷òî îí íåïëîõî ïîäõîäèò». Áîðùåâèê Ñîñíîâñêîãî – àãðåññèâíî ðàñïðîñòðàíÿþùèéñÿ ñîðíÿê, êîòîðûé âäîáàâîê âûçûâàåò îæîãè. Åãî çàâåçëè â öåíòðàëüíóþ Ðîññèþ ñ Êàâêàçà â õîäå ñåëüñêîõîçÿéñòâåííîãî ýêñïåðèìåíòà, ÷òîáû êîðìèòü ñêîò, íî èäåÿ íå ïðèæèëàñü. À ñàì áîðùåâèê ïðèæèëñÿ, ïðè÷¸ì òàê, ÷òî, ñîãëàñíî îïóáëèêîâàííîìó âåñíîé ïðîãíîçó ó÷¸íûõ èç Ñêîëòåõà, ê ñåðåäèíå ñòîëåòèÿ èì ìîæåò çàðàñòè âñÿ åâðîïåéñêàÿ ÷àñòü Ðîññèè. Íàòðèé-èîííûå áàòàðåè – àëüòåðíàòèâíàÿ áåçëèòèåâàÿ òåõíîëîãèÿ íàêîïëåíèÿ ýíåðãèè. Öåíû íà ëèòèé íåóêëîííî ðàñòóò, äîáû-
4
âàåòñÿ ýòîò ìåòàëë â îãðàíè÷åííîì ÷èñëå ñòðàí, è åãî ïðîèçâîäñòâî äîñòàòî÷íî âðåäíî äëÿ ýêîëîãèè. Ó íàòðèÿ ýòèõ ïðîáëåì íåò, íî ÷òîáû ïåðåéòè íà íåãî, ïðèä¸òñÿ çàìåíèòü ìàòåðèàëû êàòîäà è àíîäà áàòàðåè. Íåäàâíî â Ñêîëòåõå ïðåäëîæèëè êàòîäíûé ìàòåðèàë ñ ðåêîðäíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè.  ýòîò ðàç äðóãàÿ ãðóïïà èññëåäîâàòåëåé èç Ñêîëòåõà è ÌÃÓ ïîëó÷èëà âûñîêîêà÷åñòâåííûé àíîäíûé ìàòåðèàë – èç âåñüìà íåîæèäàííîãî ñûðüÿ. «Íà ñåãîäíÿ òâ¸ðäûé óãëåðîä îáåñïå÷èâàåò ëó÷øåå ñî÷åòàíèå ñâîéñòâ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ àíîäà íàòðèé-èîííîãî àêêóìóëÿòîðà, – ïîÿñíÿåò ðóêîâîäèòåëü èññëåäîâàíèÿ ïðîôåññîð Åâãåíèé Àíòèïîâ èç Ñêîëòåõà è ÌÃÓ. – Ýòîò ìàòåðèàë ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé àìîðôíóþ ôîðìó óãëåðîäà, êîòîðàÿ äàæå ïðè ñèëüíîì íàãðåâå íå ïåðåõîäèò â ãðàôèò.  îòëè÷èå îò ãðàôèòà ó ýòîãî âåùåñòâà òàêàÿ ñòðóêòóðà, ÷òî îíî ìîæåò öèêë çà öèêëîì âíåäðÿòü â ñåáÿ èîíû íàòðèÿ è âûñâîáîæäàòü èõ îáðàòíî, ÷òî íåîáõîäèìî äëÿ ðàáîòû àêêóìóëÿòîðà, ïðè ýòîì îáú¸ì ìàòåðèàëà íå ñèëüíî èçìåíÿåòñÿ. Äðóãèå äîñòîèíñòâà – ñðàâíèòåëüíàÿ äåøåâèçíà, ïðîñòîòà ñèíòåçà è óòèëèçàöèè è íåâûñîêàÿ ïîæàðîîïàñíîñòü». Äâå êëþ÷åâûå õàðàêòåðèñòèêè äëÿ ñðàâíåíèÿ àíîäíûõ ìàòåðèàëîâ – êóëîíîâñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü è óäåëüíàÿ ¸ìêîñòü. ×åì âûøå ïåðâûé ïîêàçàòåëü, òåì ìåíüøå ýíåðãèè ïðè ýêñïëóàòàöèè êàòîäà áóäåò òðàòèòüñÿ âïóñòóþ íà íåîáðàòèìûå ïîáî÷íûå ïðîöåññû, êîòîðûå ê òîìó æå èçíàøèâàþò áàòàðåþ. Èçãîòîâëåííûé ó÷¸íûìè èç ÌÃÓ è Ñêîëòåõà òâ¸ðäûé óãëåðîä èç áîðùåâèêà ïðîäåìîíñòðèðîâàë êóëîíîâñêóþ ýôôåêòèâíîñòü 87%, ÷òî ñòàâèò åãî â îäèí ðÿä ñ ëó÷øèìè ìàòåðèàëàìè ýòîãî êëàññà, ïîëó÷åííûìè èç äðóãîãî ñûðüÿ. Ïî âòîðîìó êëþ÷åâîìó ïîêàçàòåëþ, óäåëüíîé ¸ìêîñòè, îí óñòóïàåò ìàòåðèàëàìëèäåðàì – 260 ïðîòèâ 300 ìÀ·÷/ã – íî â öåëîì êîíêóðåíòîñïîñîáåí. «Åñëè áûòü òî÷íåå, òî ìû ðàññìîòðåëè îòäåëüíî çèìíèé áîðùåâèê, êîòîðûé ïðîùå ñîáðàòü, è áîëåå çëîâðåäíûé ëåòíèé áîðùåâèê, êîòîðûé öâåò¸ò è ïàõíåò. Íî íàäî ñêàçàòü, ÷òî èìåííî èç ëåòíèõ îáðàçöîâ ïîëó-
ÍÎÂÎÑÒÈ
÷èëñÿ ìàòåðèàë ñ áîëåå âûñîêîé êóëîíîâñêîé ýôôåêòèâíîñòüþ, à ýòîò ïîêàçàòåëü – ñëàáîå ìåñòî àíîäîâ èç òâ¸ðäîãî óãëåðîäà, ïîýòîìó ìû èìåííî íà í¸ì ñêîíöåíòðèðîâàëèñü â ñâî¸ì èññëåäîâàíèè. ×òî êàñàåòñÿ óäåëüíîé ¸ìêîñòè, âåðîÿòíî, ìû ñìîæåì å¸ ïîâûñèòü â áóäóùåì», – äîáàâèëà Áîáûë¸âà. Êîëëåêòèâ ïðîòåñòèðîâàë òðè ïîïóëÿðíûõ ïîäõîäà ê ñèíòåçó òâ¸ðäîãî óãëåðîäà. Ñíà÷àëà áîðùåâèêîâóþ áèîìàññó ïîäâåðãëè ïðÿìîé êàðáîíèçàöèè, òî åñòü íàãðåâó äî 1300 ãðàäóñîâ Öåëüñèÿ â áåñêèñëîðîäíîé àòìîñôåðå. Ïîòîì ñèíòåç ïîâòîðèëè, íî ñ ïðåäâàðèòåëüíîé ïðîìûâêîé ñûðüÿ êèñëîòàìè äëÿ óäàëåíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ è èíûõ ïðèìåñåé – â ðåçóëüòàòå êóëîíîâñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü ìàòåðèàëà ïîâûñèëàñü. Íàêîíåö, áîðùåâèê ñâàðèëè â çàêðûòîì ðåàêòîðå ñ âîäîé, ÷òî ïîçâîëè-
ëî ïîëó÷èòü óãëåðîäîñîäåðæàùèå ñôåðû î÷åíü ìàëîãî ðàçìåðà. Óäåëüíàÿ ¸ìêîñòü ìàòåðèàëà âî âñåõ òð¸õ ñëó÷àÿõ ïîëó÷àëàñü ñõîäíîé, à íàèâûñøàÿ êóëîíîâñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü äîñòèãàåòñÿ âî âòîðîì ñëó÷àå. «Ñïðîñ íà ïåðåçàðÿæàåìûå àêêóìóëÿòîðû áóäåò ðàñòè. Åñëè ãîâîðèòü î ñòàöèîíàðíûõ áàòàðåÿõ, ïðèìåíÿåìûõ â ïðîìûøëåííîñòè èëè äëÿ âûðàâíèâàíèÿ êîëåáàíèé ïðè ãåíåðàöèè ýíåðãèè ñîëíå÷íûìè áàòàðåÿìè è âåòðÿêàìè, òî íàòðèé-èîííàÿ òåõíîëîãèÿ âûãëÿäèò î÷åíü ïåðñïåêòèâíî. Òàêèå áàòàðåè áóäóò çíà÷èòåëüíî äåøåâëå ëèòèé-èîííûõ, è õîòÿ ïî ìàññå è ãàáàðèòàì îíè áóäóò ïðîèãðûâàòü, ýòî íå âñåãäà âàæíî – çàâèñèò îò ïðèìåíåíèÿ», – ïîäûòîæèë ñîàâòîð èññëåäîâàíèÿ ïðîôåññîð Àðò¸ì Àáàêóìîâ, ðóêîâîäèòåëü Öåíòðà ýíåðãåòè÷åñêèõ òåõíîëîãèé Ñêîëòåõà.
Ó÷åíûå ÒÏÓ äîêàçàëè ýôôåêòèâíîñòü íîâîãî îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ äëÿ ñóïåðñêîðîñòíûõ êîìïüþòåðîâ Ó÷åíûå Òîìñêîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà ñîâìåñòíî ñ êîëëåãàìè èç Êîíñòðóêòîðñêî-òåõíîëîãè÷åñêîãî èíñòèòóòà ïðèêëàäíîé ìèêðîýëåêòðîíèêè ÑÎ ÐÀÍ ýêñïåðèìåíòàëüíî äîêàçàëè ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû íîâîãî îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ. Îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äèôðàêöèîííûé ýëåìåíò íà îñíîâå âíåîñåâîé çîííîé ïëàñòèíû è ïîçâîëÿåò ìåíÿòü íàïðàâëåíèå ñâåòîâûõ âîëí.  ïåðñïåêòèâå òàêîé âûêëþ÷àòåëü ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí â ñóïåðñêîðîñòíûõ îïòè÷åñêèõ êîìïüþòåðàõ. Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå Ðîññèéñêîãî ôîíäà ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ îïóáëèêîâàíû â æóðíàëå Photonics. Ñîçäàíèå ýôôåêòèâíîãî êâàíòîâîãî êîìïüþòåðà – çàäà÷à, íàä êîòîðîé ðàáîòàþò ó÷åíûå âñåãî ìèðà. Åãî îñîáåííîñòü â òîì, ÷òî äàííûå áóäóò ïåðåäàâàòü íå ýëåêòðîíû, à ôîòîíû – êâàíòû ñâåòà.  òàêîé òåõíèêå âàæíî ñ áîëüøîé ñêîðîñòüþ ïåðåêëþ÷àòü ñèãíàë, òî åñòü ìåíÿòü íàïðàâëåíèå ñâåòà. Äëÿ ýòîãî òðåáóþòñÿ ýôôåêòèâíûå îïòè÷åñêèå ïåðåêëþ÷àòåëè, íå èñïîëüçóþùèå ìåõàíè÷åñêóþ êîììóòàöèþ.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Ïðåäëîæåííûé ó÷åíûìè Òîìñêîãî ïîëèòåõà âàðèàíò îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ – ýòî íåáîëüøàÿ âíåîñåâàÿ çîííàÿ ïëàñòèíà Âóäà ðàçìåðîì â íåñêîëüêî äëèí âîëí. Åãî ðàáîòà îñíîâàíà íà ýôôåêòå «ôîòîííîãî êðþ÷êà» – èñêóññòâåííîãî èñêðèâëåíèÿ ëó÷à ñâåòà ïðè ïîìîùè ÷àñòèö èç äèýëåêòðè÷åñêîãî ìàòåðèàëà.
Âèçóàëèçàöèÿ îáëàñòè ëîêàëèçàöèè ýíåðãèè ïåðåêëþ÷àòåëÿ ïðè ðàçíûõ äëèíàõ âîëí.
5
Ðóêîâîäèòåëü ïðîåêòà Îëåã Ìèíèí çà îáëó÷àþùåé ñèñòåìîé îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ.
«Ìû ïðîâåëè ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ îäíîãî èç âàðèàíòîâ ïðîòîòèïà òàêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ. Ýêñïåðèìåíòû ïðîâîäèëèñü â ìèëëèìåòðîâîì äèàïàçîíå äëèí âîëí,
ïðåäñòàâëÿþùèõ èíòåðåñ äëÿ ñèñòåì ñâÿçè 5G-6G, à òàêæå ñëóæàùèõ ìàñøòàáíîé ìîäåëüþ îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ. Äîñòèãíóòûå õàðàêòåðèñòèêè äîêàçàëè ýôôåêòèâíîñòü åãî ðàáîòû. ßíóñ-÷àñòèöû èç äèýëåêòðè÷åñêîãî ìàòåðèàëà îñîáîé ôîðìû âëèÿþò íà èçìåíåíèå äëèíû âîëíû ñâåòà. Ïðè èçìåíåíèè äëèíû âîëíû ñâåòà, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç ÷àñòèöó, ìåíÿåòñÿ íàïðàâëåíèå «êðþ÷êà». Òî åñòü ïðîèñõîäèò áûñòðîå ïåðåêëþ÷åíèå ñèãíàëà, êîòîðîå çàêëþ÷àåòñÿ â èçìåíåíèè íàïðàâëåíèÿ», – êîììåíòèðóåò ðóêîâîäèòåëü ïðîåêòà, ïðîôåññîð îòäåëåíèÿ ýëåêòðîííîé èíæåíåðèè Èíæåíåðíîé øêîëû íåðàçðóøàþùåãî êîíòðîëÿ è áåçîïàñíîñòè ÒÏÓ Îëåã Ìèíèí. Ó ïðåäëîæåííîãî ïîëèòåõíèêàìè îïòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ åñòü ðÿä ïðåèìóùåñòâ, ïî ñðàâíåíèþ ñ ðàçðàáàòûâàåìûìè ñåãîäíÿ àíàëîãè÷íûìè óñòðîéñòâàìè. Îí îáëàäàåò äîñòàòî÷íîé ñêîðîñòüþ ïåðåêëþ÷åíèÿ, íå íóæäàåòñÿ â ñîçäàíèè ñïåöèàëüíûõ íîâûõ ìàòåðèàëîâ è ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ, íå òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ ìåòàëëîâ è ìåõàíè÷åñêèõ ñêàíèðóþùèõ óñòðîéñòâ.
STMicroelectronics ðàñøèðÿåò ñåìåéñòâî íèçêîâîëüòíûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé Êîìïàíèÿ STMicroelectronics äîáàâèëà â ñâîå ñåìåéñòâî âûñîêîýôôåêòèâíûõ 5âîëüòîâûõ óñòðîéñòâ ñäâîåííûé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü TSV782 ñ ïðîèçâåäåíèåì ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ íà êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ (GBW), ðàâíûì 30 ÌÃö, è òèïîâûì âõîäíûì íàïðÿæåíèåì ñìåùåíèÿ 50 ìêÂ, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ âûñîêîñêîðîñòíîãî è âûñîêîòî÷íîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëîâ.
6
Óñèëèòåëü TSV782, ñïîñîáíûé ðàáîòàòü ïðè íàïðÿæåíèè âñåãî 2.0 Â, ìîæåò ïèòàòüñÿ îò ãëóáîêî ðàçðÿæåííîé áàòàðåè è, òàêèì îáðàçîì, ïðîäëåâàòü ñðîê ñëóæáû òàêîãî îáîðóäîâàíèÿ, êàê äàò÷èêè äûìà. Êðîìå òîãî, ðàáî÷èé òîê, ñîñòàâëÿþùèé âñåãî 3.3 ìÀ íà êàíàë, ïîìîãàåò ðàçðàáîò÷èêàì ìàêñèìàëüíî èñïîëüçîâàòü ýíåðãåòè÷åñêèé áàëàíñ ïðèëîæåíèé, îáåñïå÷èâàÿ äîïîëíèòåëüíûå âîçìîæíîñòè, òàêèå êàê èííîâàöèîííûå èíòåëëåêòóàëüíûå ôóíêöèè è áåñïðîâîäíîå ïîäêëþ÷åíèå. Ðàáîòà ïðè íàïðÿæåíèè äî 2.0  òàêæå ïîçâîëÿåò îïåðàöèîííîìó óñèëèòåëþ èñïîëüçîâàòü îáùóþ øèíó ïèòàíèÿ ñ íèçêîâîëüòíûìè ëîãè÷åñêèìè óñòðîéñòâàìè, ÷òî óïðîùàåò ïðîåêòèðîâàíèå ñèñòåìû è ñíèæàåò çàòðàòû íà ìàòåðèàëû. TSV782 ñ rail-to-rail âõîäàìè è âûõîäîì è ìàêñèìàëüíîé ñêîðîñòüþ íàðàñòàíèÿ 20 Â/ìêñ
ÍÎÂÎÑÒÈ
äîïîëíèë ñåìåéñòâî àíàëîãè÷íûõ âûñîêîêà÷åñòâåííûõ rail-to-rail óñòðîéñòâ, ðàíåå âûïóùåííûõ ST. Ê íèì îòíîñÿòñÿ TSV772 ñ GBW 20 ÌÃö è ìàêñèìàëüíîé ñêîðîñòüþ íàðàñòàíèÿ 13 Â/ìêñ, à òàêæå 50-ìåãàãåðöîâûé TSV792 ñ ðàáî÷èì òîêîì 5.5 ìÀ íà êàíàë. Äðóãèå îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè â ïîðòôîëèî ST âêëþ÷àþò TSV7722 è ñîïóòñòâóþùèå ïðîäóêòû. Îíè èìåþò íèçêîâîëüòíûé âõîäíîé êàñêàä, îïòèìèçèðîâàííûé äëÿ èçìåðåíèÿ òîêà íèæíåãî ïëå÷à â ñèñòåìàõ ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè. Âûñîêàÿ òî÷íîñòü ñåìåéñòâà 5-âîëüòîâûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé êîìïàíèè ST ïîçâîëÿåò ðàçðàáîò÷èêàì ñîçäàâàòü ñõåìû, íå òðåáóþùèå ïîäñòðîéêè èëè êàëèáðîâêè â ïðîöåññå ïðîèçâîäñòâà, ýêîíîìÿ äîðîãîñòîÿùèå âíåøíèå êîìïîíåíòû, òàêèå êàê ïðåöè-
çèîííûå ðåçèñòîðû è ïîòåíöèîìåòðû. Íåäàâíî ïîÿâèâøèéñÿ TSV782 èìååò ìàêñèìàëüíûé âõîäíîé òîê ñìåùåíèÿ 300 ïÀ ïðè òåìïåðàòóðå äî 125 °C, ÷òî ïîçâîëÿåò òî÷íî îáðàáàòûâàòü ñèãíàëû âûñîêîèìïåäàíñíûõ äàò÷èêîâ èëè èñïîëüçîâàòü óñèëèòåëü â òðàíñèìïåäàíñíîé êîíôèãóðàöèè. Óñèëèòåëü TSV782 óæå çàïóùåí â ñåðèéíîå ïðîèçâîäñòâî. Âàðèàíòû êîðïóñîâ âêëþ÷àþò SO-8. Êîðïóñà MiniSO-8 è DFN8 ðàçìåðîì 2 ìì × 2 ìì ÿâëÿþòñÿ ñàìûìè ìèíèàòþðíûìè â îòðàñëè äëÿ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé òàêîãî êëàññà. Öåíû äëÿ ïàðòèé îò 1000 óñòðîéñòâ íà÷èíàþòñÿ îò $0.62 çà øòóêó. Ðàçðàáîò÷èêàì ïðåäîñòàâëÿþòñÿ áåñïëàòíûå îáðàçöû. Ñ êîíöà 2022 ãîäà íà÷íóò âûïóñêàòüñÿ âåðñèè óñòðîéñòâ äëÿ àâòîìîáèëüíûõ ïðèëîæåíèé â êîðïóñàõ SO-8 è MiniSO-8.
GaN ìèêðîñõåìà ñîêðàùàåò ðàçìåðû äðàéâåðîâ äâèãàòåëåé è óñêîðÿåò âûõîä íà ðûíîê Áàçîâûé ïðîåêò èíâåðòîðà EPC9176 íà îñíîâå GaN óëó÷øàåò õàðàêòåðèñòèêè ñèñòåì óïðàâëåíèÿ ýëåêòðîäâèãàòåëÿìè, ðàñøèðÿåò äèàïàçîí ðåãóëèðîâàíèÿ, óâåëè÷èâàåò òî÷íîñòü è êðóòÿùèé ìîìåíò, îäíîâðåìåííî óïðîùàÿ êîíñòðóêöèþ. Êîìïàíèÿ EPC îáúÿâëÿåò î âûïóñêå ïëàòû EPC9176 – èíâåðòîðíîé ñõåìû óïðàâëåíèÿ 3-ôàçíûìè áåñùåòî÷íûìè äâèãàòåëÿìè ïîñòîÿííîãî òîêà, îñíîâàííîé íà GaN ìèêðîñõåìå ñèëîâîãî êàñêàäà EPC23102 ñ âñòðîåííûì äðàéâåðîì çàòâîðîâ è íà äâóõ GaN ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ ñ òèïîâûìè ñîïðîòèâëåíèÿìè îòêðûòûõ êàíàëîâ 5.2 ìÎì. EPC9176 ðàáîòàåò îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
îò 20 äî 80  è ìîæåò îòäàâàòü â íàãðóçêó òîê äî 28 À ïèê-ïèê (20 À ñ.ê.ç.). Ýòîò äèàïàçîí íàïðÿæåíèé è óðîâåíü ìîùíîñòè äåëàþò óñòðîéñòâî èäåàëüíûì ðåøåíèåì äëÿ ðàçëè÷íûõ ïðèëîæåíèé ñ 3-ôàçíûìè áåñùåòî÷íûìè äâèãàòåëÿìè ïîñòîÿííîãî òîêà ñ âõîäíûìè íàïðÿæåíèÿìè îò 36 äî 80 Â, âêëþ÷àÿ ýëåêòðîâåëîñèïåäû, ýëåêòðîñêóòåðû, ýëåêòðîèíñòðóìåíòû, áåñïèëîòíûå ëåòàòåëüíûå àïïàðàòû, ðîáîòîâ, ñåðâîïðèâîäû ïîñòîÿííîãî òîêà, ìåäèöèíñêèõ ðîáîòîâ è ñðåäñòâà ïðîìûøëåííîé àâòîìàòèçàöèè. Èñïîëüçîâàíèå èíòåãðàëüíîãî GaN-íàêðåìíèè óñòðîéñòâà EPC23102 îáåñïå÷èâàåò ëó÷øèå õàðàêòåðèñòèêè ïðè ìåíüøèõ ãàáàðèòàõ è çíà÷èòåëüíî óïðîùàåò ïðîöåäóðó ïðîåêòèðîâàíèÿ äëÿ áûñòðîãî âûõîäà íà ðûíîê. Ìèêðîñõåìà EPC23102 ÿâëÿåòñÿ ïîëíîñòüþ èíòåãðàëüíûì 100-âîëüòîâûì ñèëîâûì êàñêàäîì, âêëþ÷àþùèì ïîëóìîñò íà ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ, äðàéâåð, ñõåìó ñäâèãà óðîâíÿ è ñèíõðîííóþ öåïü çàðÿäà áóòñòðåïíîãî êîí-
7
äåíñàòîðà, ñ âõîäîì ðàçðåøåíèÿ äëÿ ñíèæåíèÿ òîêà ïîêîÿ è èñòî÷íèêîì ñìåùåíèÿ 5 Â. Ïëàòà EPC9176 ñî÷åòàåòñÿ ñ öåëûì ðÿäîì ñîâìåñòèìûõ êîíòðîëëåðîâ, ïîääåðæèâàåìûõ ðàçëè÷íûìè ïðîèçâîäèòåëÿìè, èñïîëüçóÿ ñóùåñòâóþùèå ðåñóðñû äëÿ áûñòðîé ðàçðàáîòêè. EPC òàêæå ïðåäëàãàåò èíòåðôåéñíûå ïëàòû EPC9147x, ïîçâîëÿþùèå ýòîìó áàçîâîìó ïðîåêòó èíâåðòîðà ðàáîòàòü ñ áîëüøèíñòâîì íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûõ äâèãàòåëåé. EPC9176 ñîäåðæèò âñå íåîáõîäèìûå öåïè ïîääåðæêè êðèòè÷åñêèõ ôóíêöèé,
íåîáõîäèìûõ äëÿ ðåàëèçàöèè çàêîí÷åííîãî èíâåðòîðíîãî äðàéâåðà äâèãàòåëÿ, âêëþ÷àÿ äðàéâåðû çàòâîðîâ, ñòàáèëèçèðîâàííûå øèíû âñïîìîãàòåëüíîãî ïèòàíèÿ, äàò÷èêè íàïðÿæåíèÿ è òåìïåðàòóðû, òî÷íûé èçìåðèòåëü òîêà è ñõåìû çàùèòû.
Öåíà è äîñòóïíîñòü Ïëàòà áàçîâîãî ïðîåêòà EPC9176 ñòîèò $900.00 è äîñòóïíà äëÿ íåìåäëåííîãî ïðèîáðåòåíèÿ ó äèñòðèáüþòîðñêîé êîìïàíèè Digi-Key.
SiTime ðàñøèðÿåò ñåìåéñòâî àâòîìîáèëüíûõ ÌÝÌÑ óñòðîéñòâ íîâûìè ðåøåíèÿìè äëÿ òî÷íîãî îòñ÷åòà âðåìåíè Êîðïîðàöèÿ SiTime ïðåäñòàâèëà ñåìåéñòâî ãåíåðàòîðîâ 32 êÃö ñî ñâåðõìàëûì ýíåðãîïîòðåáëåíèåì, îáåñïå÷èâàþùèõ òî÷íûé îòñ÷åò âðåìåíè äëÿ ñîâðåìåííûõ ñèñòåì ïîìîùè âîäèòåëþ, èíôîðìàöèîííî-ðàçâëåêàòåëüíûõ ñèñòåì, ïðèáîðíûõ ïàíåëåé è ýëåêòðîííûõ áëîêîâ óïðàâëåíèÿ. Óíèêàëüíîå ñî÷åòàíèå ÷åòûðåõêðàòíîãî ïîâûøåíèÿ ñòàáèëüíîñòè è ñíèæåíèÿ ïîòðåáëÿåìîé ìîùíîñòè äî 20% ïðîäëåâàåò âðåìÿ ðàáîòû àêêóìóëÿòîðíîé áàòàðåè ñèñòåìû.
Ïî äàííûì èññëåäîâàòåëüñêîé êîìïàíèè Gartner, ñåãìåíò àâòîìîáèëüíîé ýëåêòðîíèêè ïðîäîëæèò ñâîé äâóçíà÷íûé ðîñò â òå÷åíèå ñëåäóþùèõ òðåõ ëåò, ïîñêîëüêó äîëÿ ïîëóïðîâîäíèêîâ â ðàñ÷åòå íà àâòîìîáèëü ðåçêî âîçðàñòàåò âî âðåìÿ ïåðåõîäà ðûíêà íà ýëåêòðè÷åñêèå è àâòîíîìíûå òðàíñïîðòíûå ñðåäñòâà. Gartner ïðîãíîçèðóåò, ÷òî ñòîèìîñòü
8
ïîëóïðîâîäíèêîâ, ñîäåðæàùèõñÿ â îäíîì àâòîìîáèëå, óâåëè÷èòñÿ ñ $712 â 2022 ãîäó äî $931 â 2025 ãîäó. Ýòîò íåïðåðûâíûé ðîñò ñòèìóëèðóåò ñïðîñ íà êîìïîíåíòû òî÷íîãî îòñ÷åòà âðåìåíè â àâòîìîáèëüíûõ ïðèëîæåíèÿõ.  ýëåêòðîìîáèëå èñïîëüçóåòñÿ äî 60 óñòðîéñòâ äëÿ èçìåðåíèÿ âðåìåíè, è îæèäàåòñÿ, ÷òî ýòî ÷èñëî áóäåò ðàñòè ïî ìåðå òîãî, êàê àâòîìîáèëè áóäóò îñíàùàòüñÿ âñå áîëüøèì êîëè÷åñòâîì áîëåå óìíîé ýëåêòðîíèêè. Äëÿ ýêîíîìèè ýíåðãèè ýëåêòðîííûå ïîäñèñòåìû íåîáõîäèìî âêëþ÷àòü è âûêëþ÷àòü ÷àñòî è â òî÷íûå ìîìåíòû âðåìåíè. Ïîñêîëüêó ãåíåðàòîð 32 êÃö ÿâëÿåòñÿ ýëåìåíòîì õðàíåíèÿ âðåìåíè è âñåãäà âêëþ÷åí, åãî òî÷íîñòü è ýíåðãîïîòðåáëåíèå èãðàþò çíà÷èòåëüíóþ ðîëü â ñíèæåíèè îáùåé ìîùíîñòè ñèñòåìû. SiT1881 – ýòî ñàìûé ìèíèàòþðíûé ãåíåðàòîð â îòðàñëè, îáåñïå÷èâàþùèé ñòàáèëüíîñòü ±50 ppm, è ñàìûé òî÷íûé ñðåäè âñåõ ãåíåðàòîðîâ ñ ÷àñòîòîé 32 êÃö, ïîòðåáëÿþùèé íà 20% ìåíüøå ìîùíîñòè. Ïî ìåðå òîãî, êàê ýëåêòðîíèêà ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå è ïëîòíåå, ðàçìåðû ïîëóïðîâîäíèêîâûõ óñòðîéñòâ òàêæå äîëæíû ñîêðàùàòüñÿ.  îòëè÷èå îò óñòàðåâàþùèõ êâàðöåâûõ àëüòåðíàòèâ, â êîòîðûõ ðàçìåð ðåçîíàòîðà óâåëè÷èâàåòñÿ ñ óìåíüøåíèåì ÷àñòîòû, ÌÝÌÑ òåõíîëîãèÿ SiTime ïîçâîëÿåò ðàçìåñòèòü ãåíåðàòîð SiT1881 â êðîøå÷íîì êîðïóñå QFN, ðàçìåðû êîòîðîãî ìåíüøå íà 30%.
ÍÎÂÎÑÒÈ
íåáëàãîïðèÿòíûõ óñëîâèÿõ è íèçêîå ýíåðãîïîòðåáëåíèå.
ÌÝÌÑ 524.288 êÃö
ÊÌÎÏ ÈÑ
Ãåíåðàòîð
VDD
Ñáðîñ ïî ïèò.
Áóôåð
CLK-O NC
Öèôð.
NC NC
NVRAM
GND
Áëîê-ñõåìà ãåíåðàòîðà SiT1881.
Îñîáåííîñòè ñåìåéñòâà ãåíåðàòîðîâ SiT1881 ! Ñòàáèëüíîñòü: ñòàáèëüíîñòü ÷àñòîòû ±50 ppm âî âñåì äèàïàçîíå òåìïåðàòóð ãàðàíòèðóåò íàäåæíóþ ðàáîòó ñèñòåìû â
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
! Ñâåðõíèçêîå ýíåðãîïîòðåáëåíèå: òîê 490 íÀ (òèïîâîå ïîòðåáëåíèå ìîùíîñòè ìåíüøå 0.6 ìêÂò). ! Ñàìûé ìèíèàòþðíûé ãåíåðàòîð â îòðàñëè: êîðïóñ QFN 1.2 ìì × 1.1 ìì × 0.55 ìì 2 3 (ïëîùàäü 1.32 ìì , îáúåì 0.67 ìì ). ! Ñîîòâåòñòâóþò ñòàíäàðòó AEC-Q100 Óðîâíÿ 2 ñ ðàñøèðåííûì òåìïåðàòóðíûì äèàïàçîíîì îò –40 °C äî +105 °C. ! Ïðåâîñõîäíàÿ íàäåæíîñòü: ñðåäíåå âðåìÿ íàðàáîòêè íà îòêàç 2 ìèëëèàðäà ÷àñîâ.
Äîñòóïíîñòü Èíæåíåðíûå îáðàçöû ãåíåðàòîðîâ SiT1881 áóäóò äîñòóïíû äëÿ ïðèîáðåòåíèÿ ó SiTime ñ íîÿáðÿ 2022 ãîäà. Íà÷àëî ìàññîâîãî ïðîèçâîäñòâà îæèäàåòñÿ âî âòîðîì êâàðòàëå 2023 ãîäà.
9
Ñõåìû ñ òîêîâûì âûõîäîì äîáàâëÿþò óíèâåðñàëüíîñòè âàøåìó íàáîðó àíàëîãîâûõ èíñòðóìåíòîâ James Bryant Analog Dialogue
ÍÍåñìîòðÿ íà òî, ÷òî î òîêîâûõ çåðêàëàõ è òàêèõ ñõåìàõ, êàê èñòî÷íèê òîêà Õàóëåíäà, ðàññêàçûâàþò íà âñåõ ó÷åáíûõ êóðñàõ ïî àíàëîãîâîé òåõíèêå, íà óäèâëåíèå áîëüøîå êîëè÷åñòâî èíæåíåðîâ ñêëîííî ðàññìàòðèâàòü âûõîäû òî÷íûõ àíàëîãîâûõ ñõåì èñêëþ÷èòåëüíî ñ ïîçèöèé íàïðÿæåíèÿ. À æàëü, òàê êàê òîêîâûå âûõîäû èìåþò ïðåèìóùåñòâà â öåëîì ðÿäå ñèòóàöèé, âêëþ÷àÿ ïåðåäà÷ó ñèãíàëîâ ïî àíàëîãîâûì ïåòëÿì (0-20 ìÀ è 4-20 ìÀ) â ñèëüíî çàøóìëåííûõ óñëîâèÿõ è ñäâèã óðîâíåé ñèãíàëîâ ïðè áîëüøîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ áåç èñïîëüçîâàíèÿ ìåòîäîâ ìàãíèòíîé èëè îïòè÷åñêîé èçîëÿöèè.  ýòîé ñòàòüå îáîáùåíû íåêîòîðûå äîñòóïíûå ìåòîäû è ïðåäëîæåí ðÿä ïîëåçíûõ ñõåì. Ïîëó÷èòü ñòàáèëüíûé âûõîäíîé òîê íà óäèâëåíèå íåñëîæíî. Ïðîñòåéøèé ìåòîä îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè òîêîâîãî çåðêàëà – äâóõ òðàíçèñòîðîâ, èçãîòîâëåííûõ íà îäíîì êðèñòàëëå, à çíà÷èò, èìåþùèõ èäåíIIN
òè÷íûå õàðàêòåðèñòèêè, ãåîìåòðèþ è òåìïåðàòóðó, è ñîåäèíåííûõ, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 1. Íàïðÿæåíèÿ áàçà-ýìèòòåð îáîèõ óñòðîéñòâ îäèíàêîâû, ïîýòîìó âûõîäíîé òîê, òåêóùèé â êîëëåêòîð T2 ðàâåí âõîäíîìó òîêó, âòåêàþùåìó â êîëëåêòîð T1. Ýòîò àíàëèç ïîäðàçóìåâàåò, ÷òî òðàíçèñòîðû T1 è T2 èäåíòè÷íû è èçîòåðìè÷íû, à èõ êîýôôèöèåíòû óñèëåíèÿ òîêà íàñòîëüêî IIN
T1
IOUT
T2
IOUT
T2
IOUT
T2
(à) IIN
IOUT = ¾IIN
IOUT
T1
T1
T1
T1
T2
T2
T2
(á) T1
T2
Ðèñóíîê 1. Îñíîâíàÿ ñõåìà òîêîâîãî çåðêàëà.
10
Ðèñóíîê 2. Ìíîãîêàñêàäíîå òîêîâîå çåðêàëî (à) è òîêîâîå çåðêàëî ñ íåöåëî÷èñëåííûì îòíîøåíèåì òîêîâ (á). Òðè êîëëåêòîðà T2 ìîãóò áûòü îáúåäèíåíû, ÷òîáû ïîëó÷èòü òîê 3IIN.
ÑÒÀÒÜÈ
âåëèêè, ÷òî áàçîâûìè òîêàìè ìîæíî ïðåíåáðå÷ü.  àíàëèçå òàêæå èãíîðèðóåòñÿ íàïðÿæåíèå Ýðëè, èç-çà êîòîðîãî êîëëåêòîðíûé òîê ìåíÿåòñÿ ñ èçìåíåíèåì êîëëåêòîðíîãî íàïðÿæåíèÿ. Òàêèå òîêîâûå çåðêàëà ìîæíî äåëàòü íà îñíîâå n-p-n èëè p-n-p òðàíçèñòîðîâ. Åñëè T2 ñîáðàòü èç n òðàíçèñòîðîâ, ñîåäèíåííûõ ïàðàëëåëüíî, âûõîäíîé òîê áóäåò â n ðàç áîëüøå âõîäíîãî, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 2à. Åñëè T1 ñîñòîèò èç m òðàíçèñòîðîâ, à T2 – èç n òðàíçèñòîðîâ, òî âûõîäíîé òîê áóäåò â n/m ðàç áîëüøå âõîäíîãî òîêà, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 2á. Åñëè âëèÿíèåì ýôôåêòà Ýðëè ïðåíåáðåãàòü íåëüçÿ, åãî ìîæíî ñâåñòè ê ìèíèìóìó, èñïîëüçóÿ íåñêîëüêî áîëåå ñëîæíîå òîêîâîå çåðêàëî Óèëñîíà. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíû êàê òðåõ-, òàê è ÷åòûðåõòðàíçèñòîðíàÿ âåðñèè. ×åòûðåõòðàíçèñòîðíàÿ âåðñèÿ òî÷íåå è èìååò áîëåå øèðîêèé äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí.
IIN
T3
T1
IIN
IOUT
T2
ÈËÈ
IOUT
T4
T3
T1
T2
IOUT = VIN/R1
VIN
R1
V1
Ðèñóíîê 4. Òðàíñêîíäóêòèâíûé óñèëèòåëü. VIN –> IOUT.
Ýòà ñõåìà è ïðîñòà, è äåøåâà. Íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå MOSFET óñòàíàâëèâàåò òîê ÷åðåç òðàíçèñòîð è ðåçèñòîð R1 òàêèì, ÷òîáû ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ V1 íà ðåçèñòîðå áûëî ðàâíî âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ VIN. Åñëè òîêîâîå çåðêàëî äîëæíî áûòü ýëåìåíòîì ìîíîëèòíîé ìèêðîñõåìû, òî èäåàëüíî ïîäîéäóò ïðîñòûå òðàíçèñòîðíûå òîêîâûå çåðêàëà. Îäíàêî ïðè èñïîëüçîâàíèè äèñêðåòíûõ ñõåì âûñîêàÿ öåíà ñîãëàñîâàííûõ ïàð òðàíçèñòîðîâ (èç-çà îãðàíè÷åííîãî ñïðîñà íà íèõ, à íå èç-çà êàêèõ-ëèáî ïðîèçâîäñòâåííûõ òðóäíîñòåé) äåëàåò òîêîâîå çåðêàëî íà îïåðàöèîííîì óñèëèòåëå, ïîêàçàííîå íà Ðèñóíêå 5, íàèìåíåå äîðîãèì ïîäõîäîì.  ýòîì òîêîâîì çåðêàëå èñïîëüçóåòñÿ òðàíñêîíäóêòèâíûé óñèëèòåëü ïëþñ îäèí äîïîëíèòåëüíûé ðåçèñòîð. IOUT = IINR2/R1
Ðèñóíîê 3. Òîêîâîå çåðêàëî Âèëüñîíà. Òðàíçèñòîð T4 â ýòîé ñõåìå íåîáÿçàòåëåí, íî îí óëó÷øàåò òî÷íîñòü è äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí. IIN
Êîãäà íóæåí òðàíñêîíäóêòèâíûé óñèëèòåëü (íàïðÿæåíèå íà âõîäå/òîê íà âûõîäå), ñäåëàòü åãî ìîæíî íà îñíîâå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ñ îäíîïîëÿðíûì ïèòàíèåì, ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà ñ p-n ïåðåõîäîì èëè ÌÎÏ òðàíçèñòîðà (íàèëó÷øèì âûáîðîì îáû÷íî ÿâëÿåòñÿ MOSFET èç-çà îòñóòñòâèÿ îøèáêè, âíîñèìîé áàçîâûì òîêîì) è ïðåöèçèîííîãî ðåçèñòîðà, îïðåäåëÿþùåãî ïåðåäàòî÷íóþ ïðîâîäèìîñòü (Ðèñóíîê 4).
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
R2
R1
Ðèñóíîê 5. Òîêîâîå çåðêàëî íà îïåðàöèîííîì óñèëèòåëå.
11
Òîêîâûå çåðêàëà èìåþò îòíîñèòåëüíî âûñîêèé, èíîãäà íåëèíåéíûé âõîäíîé èìïåäàíñ, ïîýòîìó îíè äîëæíû ïèòàòüñÿ îò èñòî÷íèêà òîêà ñ âûñîêèì âûõîäíûì ñîïðîòèâëåíèåì (êîòîðûé èíîãäà íàçûâàþò æåñòêèì èñòî÷íèêîì òîêà). Åñëè âõîä òîêà äîëæåí èìåòü íèçêèé èìïåäàíñ, òðåáóåòñÿ îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü. Íà Ðèñóíêå 6 ïîêàçàíû äâà òîêîâûõ çåðêàëà ñ íèçêèìè âõîäíûìè èìïåäàíñàìè. IOUT
ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÏÈÒÀÍÈß ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ
ÒÎÊÎÂÎÅ ÇÅÐÊÀËÎ
ÏÐÎÌÅÆÓÒÎ×ÍÛÉ ÒÎÊ ÂÕÎÄ
IOUT
ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÒÎÊÀ
ÇÀÇÅÌËÅÍÍÀß ÍÀÃÐÓÇÊÀ
IOUT
Ðèñóíîê 8. Òîêîâûå çåðêàëà ñî ñäâèãîì óðîâíÿ.
R2
R1 IIN
IIN
(à)
(á)
Ðèñóíîê 6. Òîêîâûå çåðêàëà ñ íèçêèìè âõîäíûìè èìïåäàíñàìè: (à) – èíâåðòèðóþùåå, (á) – íåèíâåðòèðóþùåå.
 áàçîâûõ ñõåìàõ òîêîâûõ çåðêàë è èñòî÷íèêîâ òîêà ïîëÿðíîñòü âõîäíîãî è âûõîäíîãî òîêà îäèíàêîâà. Îáû÷íî ýìèòòåðû/èñòîêè âûõîäíûõ òðàíçèñòîðîâ çàçåìëåíû íàïðÿìóþ èëè ÷åðåç òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð, à âûõîäíîé òîê òå÷åò îò êîëëåêòîðà/ñòîêà ê íàãðóçêå, äðóãîé âûâîä êîòîðîé ïîäêëþ÷åí ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ. Ýòî íå âñåãäà óäîáíî, îñî-
áåííî êîãäà îäèí âûâîä íàãðóçêè äîëæåí áûòü çàçåìëåí. Íî ýòî íå ïðîáëåìà, åñëè ýìèòòåð/èñòîê ñõåìû ìîãóò áûòü ïîäêëþ÷åíû ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 7. Åñëè âõîäíîé òîê èëè íàïðÿæåíèå ïðèâÿçàíû ê çåìëå, íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ñõåìó ñäâèãà óðîâíÿ. Åñòü ðàçëè÷íûå âàðèàíòû ñõåì, íî ñèñòåìà, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 8, ïîäõîäèò äëÿ ìíîãèõ ñèòóàöèé.  ýòîé ïðîñòîé ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ èñòî÷íèê òîêà ñî ñòîðîíû çåìëè äëÿ óïðàâëåíèÿ òîêîâûì çåðêàëîì, ïîäêëþ÷åííûì ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, óïðàâëÿåò íàãðóçêîé. Çàìåòèì, ÷òî òîêîâîå çåðêàëî ìîæåò èìåòü óñèëåíèå, ïîýòîìó ñèãíàëüíûé òîê íå îáÿçàòåëüíî äîëæåí áûòü òàêèì áîëüøèì, êàê òîê íàãðóçêè. Ñõåìû, êîòîðûå ìû îáñóæäàëè äî ñèõ ïîð, ÿâëÿþòñÿ îäíîïîëÿðíûìè – òîê òå÷åò â îäíîì íàïðàâëåíèè, – íî òàêæå âîçìîæíî ñîçäàâàòü ñõåìû ñ áèïîëÿðíûì òîêîì. Ñàìûì ïðîñòûì è íàèáîëåå èçâåñòíûì ÿâëÿåòñÿ òîêîâûé íàñîñ Õàóëåíäà, ïîêàçàííûé íà Ððèñóíêå 9.
ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÏÈÒÀÍÈß ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ R3
R1 ÂÕÎÄ (ÍÈÇÊÈÉ ÈÌÏÅÄÀÍÑ)
ÒÎÊÎÂÎÅ ÇÅÐÊÀËÎ
R4 IOUT IIN
IOUT ÇÀÇÅÌËÅÍÍÀß ÍÀÃÐÓÇÊÀ
Ðèñóíîê 7. Òîêîâîå çåðêàëî äëÿ çàçåìëåííîé íàãðóçêè.
12
R2
ÍÀÃÐÓÇÊÀ
Ðèñóíîê 9. Òîêîâûé íàñîñ Õàóëåíäà. Áèïîëÿðíûé âûõîäíîé òîê.
ÑÒÀÒÜÈ
Ñ ýòîé ïðîñòîé ñõåìîé ñâÿçàí ðÿä ïðîáëåì: äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûñîêîãî âûõîäíîãî èìïåäàíñà òðåáóåòñÿ î÷åíü òî÷íîå ñîãëàñîâàíèå ðåçèñòîðîâ; èìïåäàíñ âõîäíîãî èñòî÷íèêà äîáàâëÿåòñÿ ê ñîïðîòèâëåíèþ R1, ïîýòîìó îí äîëæåí áûòü î÷åíü íèçêèì, ÷òîáû ìèíèìèçèðîâàòü îøèáêó ñîãëàñîâàíèÿ; íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ äîëæíû áûòü ñóùåñòâåííî âûøå ìàêñèìàëüíîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è êîýôôèöèåíò ïîäàâëåíèÿ ñèíôàçíîãî ñèãíàëà îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ äîëæåí áûòü äîñòàòî÷íî õîðîøèì. Ñîâðåìåííûå âûñîêîêà÷åñòâåííûå èíñòðóìåíòàëüíûå óñèëèòåëè íåäîðîãè, ïîýòîìó äîâîëüíî ïðîñòî ñîçäàòü áèïîëÿðíûé èñòî÷íèê òîêà, èñïîëüçóÿ îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü (OPAMP), èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü (IN-AMP) è òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 10. Òàêèå ñõåìû ïðîùå, ÷åì íàñîñ Õàóëåíäà, íå çàâèñÿò îò ðåçèñòîðíûõ öåïåé (êðîìå òîé, ÷òî èíòåãðèðîâàíà â èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü) è ìîãóò èìåòü ðàçìàõ íàïðÿæåíèÿ â ïðåäåëàõ ïðèìåðíî 500 ì äî êàæäîé øèíû ïèòàíèÿ.
ÂÕÎÄ OPAMP
IN-AMP
REF
R
ÒÎÊ (2.5/R + 0.01) ìÀ ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÎÏÎÐÍÎÃÎ ÍÀÏÐßÆÅÍÈß ADR291 ÑÎÏÐÎÒÈÂËÅÍÈÅ R (êÎì)
ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ 3 Â…15  R
Ðèñóíîê 11. Äâóõïîëþñíûé èñòî÷íèê òîêà.
íàãðóçêè, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 11, îïîðíûé òîê â äèàïàçîíå íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ îò 3 äî 15  ñîñòàâëÿåò (2.5/R + 0.01) ìÀ, ãäå R – ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè â êÎì. Åñëè âûñîêàÿ òî÷íîñòü íå òðåáóåòñÿ, è âñå ÷òî íóæíî – ýòî íàäåæíûé óíèïîëÿðíûé èñòî÷íèê òîêà, îí ìîæåò áûòü ïîñòðîåí ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà ñ p-n ïåðåõîäîì, ðàáîòàþùåãî â ðåæèìå îáåäíåíèÿ, è ðåçèñòîðà. Ýòà ñõåìà, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 12, íå îñîáåííî óñòîé÷èâà ê òåìïåðàòóðå, è ïðè çàäàííîì ñîïðîòèâëåíèè R òîê ìîæåò èìåòü çíà÷èòåëüíûé ðàçáðîñ îò óñòðîéñòâà ê óñòðîéñòâó, íî îíà ïðîñòàÿ è íåäîðîãàÿ.
ÒÎÊÎÈÇÌÅÐÈÒÅËÜÍÛÉ ÐÅÇÈÑÒÎÐ IOUT
ÔÈÊÑÈÐÎÂÀÍÍÛÉ ÒÎÊ
ÍÀÃÐÓÇÊÀ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ 3 Â…VDS (ÌÀÊÑ.) R
Ðèñóíîê 10. Áèïîëÿðíûé èñòî÷íèê òîêà íà îïåðàöèîííîì è èíñòðóìåíòàëüíîì óñèëèòåëå.
Ñõåìû, êîòîðûå ìû ðàññìàòðèâàëè äî ýòîãî ìîìåíòà, ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé óñèëèòåëè ñ ïðåöèçèîííûìè òîêîâûìè âûõîäàìè. Èõ, êîíå÷íî, ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñ ôèêñèðîâàííûì âõîäîì â êà÷åñòâå òî÷íûõ èñòî÷íèêîâ òîêà, íî ìîæíî ïîñòðîèòü è áîëåå ïðîñòûå äâóõïîëþñíûå èñòî÷íèêè òîêà. Ñëàáîòî÷íûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ADR291 â ðåæèìå îæèäàíèÿ ïîòðåáëÿåò îêîëî 10 ìêÀ è èìååò òèïîâîé òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò 20 íÀ/°C. Ïðè äîáàâëåíèè ñîïðîòèâëåíèÿ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Ðèñóíîê 12. Èñòî÷íèê òîêà íà ïîëåâîì òðàíçèñòîðå ñ p-n ïåðåõîäîì.
Íåäàâíî ìíå ïîòðåáîâàëîñü çàïèòàòü íåñêîëüêî ñâåòîäèîäîâ. Äðóçüÿ-èíæåíåðû äóìàëè, ÷òî ó ìåíÿ âîçíèêíóò ïðîáëåìû ñ ðåãóëèðóåìûì èñòî÷íèêîì òîêà, íåîáõîäèìûì äëÿ óïðàâëåíèÿ ÿðêîñòüþ. Íà ñàìîì äåëå, ÷òîáû âûïîëíèòü ýòó ðàáîòó, ÿ áûñòðî äîðàáîòàë íåñêîëüêî áëîêîâ ïèòàíèÿ äëÿ íîóòáóêîâ, êóïëåííûõ çà ãðîøè íà áàðàõîëêå.
13
RSENSE OP
VREF
R1
ÎÁÙÈÉ ÈÌÏÓËÜÑÍÛÉ ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÏÈÒÀÍÈß OPA1
P1 ÍÀÃÐÓÇÊÀ
OPA2 P2 R2
Ðèñóíîê 13. Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ íîóòáóêà, ìîäèôèöèðîâàííûé äëÿ îãðàíè÷åíèÿ âûõîäíîãî òîêà.
Íà Ðèñóíêå 13 ïîêàçàíà ïðîñòàÿ ìîäèôèêàöèÿ ñõåìû, êîòîðàÿ ïèòàåò ñâåòîäèîäû ïîñòîÿííûì òîêîì. Ïðè íåáîëüøèõ âûõîäíûõ òîêàõ îí íîðìàëüíî ðàáîòàåò ïðè ôèêñèðîâàííîì âûõîäíîì íàïðÿæåíèè. ×òîáû ñäåëàòü òîê ðåãóëèðóåìûì, îïîðíîå íàïðÿæåíèå – îò áëîêà ïèòàíèÿ èëè ìåñòíîå – ïîäàåòñÿ íà ïîòåíöèîìåòð, îáîçíà÷åííûé êàê P1 è P2. OPA2 è MOSFET ïðîïóñêàþò íåáîëüøîé òîê ÷åðåç ðåçèñòîð R1, ñîçäàâàÿ íà íåì ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ. Òîê íàãðóçêè ïðîõîäèò ÷åðåç òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð RSENSE. Åñëè ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà òîêîèçìåðèòåëüíîì ðåçèñòîðå, îáóñëîâëåííîå òîêîì íàãðóçêè, ïðåâûñèò ïàäåíèå íà ðåçèñòîðå R1, óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå óñèëèòåëÿ OPA1 ñòàíåò âûñîêèì, áëîêèðóÿ óïðàâëåíèå íàïðÿæåíèåì â áëîêå ïèòàíèÿ è îãðàíè÷èâàÿ åãî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, ÷òîáû íå äîïóñòèòü ïðåâûøåíèÿ ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ âûõîäíîãî òîêà.
14
Ýòî îáñóæäåíèå îñíîâíûõ èäåé èñòî÷íèêîâ òîêà íå çàìåíÿåò ïîäðîáíûõ ôèðìåííûõ óêàçàíèé ïî ïðèìåíåíèþ. Íåêîòîðûå ñõåìû òðåáóþò äîïîëíèòåëüíûõ ïðîåêòíûõ ðàáîò ïî îãðàíè÷åíèþ (èëè ðàññåèâàíèþ) òåïëà, îáåñïå÷åíèþ óñòîé÷èâîñòè óñèëèòåëÿ è èñêëþ÷åíèþ ïðåâûøåíèÿ äîïóñòèìûõ ìàêñèìàëüíûõ çíà÷åíèé, à òàêæå ðàñ÷åòó ïðàêòè÷åñêè ðåàëèçóåìûõ ïðåäåëüíûõ òåõíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê. ÐË
Ññûëêè 1. AN-1208 Application Note. Programmable Bidirectional Current Source Using the AD5292 Digital Potentiometer and the ADA4091-4 Op Amp. Analog Devices, Inc., 2013. 2. Circuit Note CN-0099. High-Precision, Low-Cost Current Sources Using the AD8276 Difference Amplifier and the AD8603 Op Amp. 3. Circuit Note CN-0151. Versatile High-Precision Programmable Current Sources Using DACs, Op Amps, and MOSFET Transistors.
ÑÒÀÒÜÈ
Òèðèñòîðíûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê Ïðåäëîæåíû ñõåìû äâóõâõîäîâûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ îñíîâíîãî íàçíà÷åíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì òèðèñòîðîâ. Ïðèâåäåíû ñõåìû óíèâåðñàëüíîãî îäíîòèðèñòîðíîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà NOR/XOR/NAND è äâóõòèðèñòîðíîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà NOR/XOR/NAND, OR/XNOR/AND. Óíèêàëüíîé îñîáåííîñòüþ ýòèõ óñòðîéñòâ ÿâëÿåòñÿ «ýôôåêò ïàìÿòè ñîñòîÿíèÿ», êîòîðûé ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðè ñîçäàíèè ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ íîâîãî íàçíà÷åíèÿ.
 áóðíûé ðàííèé ïåðèîä ðàçâèòèÿ ñõåìîòåõíèêè ðÿäîì îòå÷åñòâåííûõ èññëåäîâàòåëåé áûëè ïðåäëîæåíû íåñëîæíûå ñõåìû òèðèñòîðíûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «ÍÅ» è «ÈËÈ-ÍÅ» [1–4].  ïîñëåäóþùèå ãîäû ýòî íàïðàâëåíèå ïîëóïðîâîäíèêîâîé òåõíèêè ðàçâèòèÿ íå ïîëó÷èëî. X1
VD1-VD4 R1
Y XOR
R2 X2
VS1
Ðèñóíîê 1. Òèðèñòîðíûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò XOR.
Ðàññìîòðèì äîñòàòî÷íî ïðîñòîé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò XOR íà òèðèñòîðå, Ðèñóíîê 1. Ïðè îòñóòñòâèè âõîäíûõ ñèãíàëîâ íà âûõîäå òàêîãî ýëåìåíòà, î÷åâèäíî, áóäåò ïðèñóòñòâîâàòü «ëîã. 0». Åñëè íà îäèí èç âõîäîâ X1 èëè X2 ïîäàòü íàïðÿæåíèå óðîâíÿ «ëîã. 1», íà àíîä òèðèñòîðà VS1 ÷åðåç ðåçèñòîð R1 ïîñòóïèò íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ, à íà åãî óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä ÷åðåç ðåçèñòîð R2 íàïðÿæåíèå íèçêîãî óðîâíÿ. Ýòî íàïðÿæåíèå
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
íå ñïîñîáíî îòêðûòü òèðèñòîð, ïîñêîëüêó ðàâíî ïàäåíèþ íàïðÿæåíèÿ íà îäíîì èç ïðÿìîñìåùåííûõ äèîäîâ ëåâîé ïîëîâèíû ìîñòà VD1–VD4.  ýòîé ñâÿçè íà àíîäå òèðèñòîðà ïðèñóòñòâóåò óðîâåíü «ëîã. 1».  ñëó÷àå, åñëè íà îáà âõîäà áóäåò ïîäàíî íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ, äèîäû ëåâîé ïîëîâèíû äèîäíîãî ìîñòà VD1–VD4 áóäóò çàêðûòû, íà óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä òèðèñòîðà ïîñòóïàåò îòïèðàþùåå íàïðÿæåíèå, òèðèñòîð îòêðîåòñÿ, íàïðÿæåíèå íà âûõîäå Y ïàäàåò äî óðîâíÿ «ëîã. 0». Ïðè ñíÿòèè âõîäíûõ ñèãíàëîâ ñõåìà âîçâðàùàåòñÿ â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå. Òèðèñòîðíûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû NAND è NOR, Ðèñóíêè 2 è 3, íåñêîëüêî îòëè÷àþòñÿ îò ïðåäûäóùåãî: àíîäû òèðèñòîðîâ ÷åðåç ðåçèñòîðû íàãðóçîê R1 ñîåäèíåíû ñ øèíîé ïèòàíèÿ. +E
X1
VD1-VD4 R1 Y NAND
R2 X2
VS1
Ðèñóíîê 2. Òèðèñòîðíûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò NAND.
15
+E
+E
X1
VD1-VD4
SA2 R1
XOR
VD1-VD4
Y NOR
R2 X2
X1
NOR/NAND Rí
VS1 Y R1 X2
VS1
SA1
Ðèñóíîê 3. Òèðèñòîðíûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò NOR.
Òèðèñòîðíûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò NAND, Ðèñóíîê 2, â îòñóòñòâèå âõîäíûõ ñèãíàëîâ èìååò íà âûõîäå óðîâåíü «ëîã. 1». Ïðè ïîäà÷å íà ëþáîé èç åãî âõîäîâ X1 èëè X2 íàïðÿæåíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ îòêðûòèÿ òèðèñòîðà è åãî ïåðåêëþ÷åíèÿ íå ïðîèñõîäèò: óïðàâëÿþùèé ïåðåõîä òèðèñòîðà çàøóíòèðîâàí îäíèì èç äèîäîâ ëåâîé ïîëîâèíû äèîäíîãî ìîñòà VD1–VD4. Ïðè ïîäà÷å íà îáà âõîäà óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ âûñîêîãî óðîâíÿ ýòè äèîäû çàïèðàþòñÿ. Òèðèñòîð VS1 îòêðûâàåòñÿ, íà âûõîäå Y óñòàíàâëèâàåòñÿ íóëåâîé óðîâåíü ëîãè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ. Ýòîò óðîâåíü ñîõðàíÿåòñÿ (çàïîìèíàåòñÿ) âíå çàâèñèìîñòè îò ïîñëåäóþùåãî íàëè÷èÿ èëè îòñóòñòâèÿ âõîäíûõ ñèãíàëîâ. Âåðíóòü óñòðîéñòâî â íà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå âîçìîæíî ëèøü ïðè êðàòêîâðåìåííîì îòêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ òèðèñòîðà. Òèðèñòîðíûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò NOR, Ðèñóíîê 3, îòëè÷àåòñÿ îò ýëåìåíòà NAND òåì, ÷òî ëåâàÿ ïîëîâèíà äèîäíîãî ìîñòà îòêëþ÷åíà. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè ïîäà÷å íà âõîä(û) ýòîãî ýëåìåíòà íàïðÿæåíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ òèðèñòîð ïåðåêëþ÷èòñÿ â îòêðûòîå
SA1 ON – XOR/NAND OFF – NOR
Ðèñóíîê 4. Óíèâåðñàëüíûé òèðèñòîðíûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò NOR/XOR/NAND.
ñîñòîÿíèå. Ýòî ñîñòîÿíèå ñîõðàíÿåòñÿ äî îòêëþ÷åíèÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Ðàññìîòðåííûå âûøå òèðèñòîðíûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû ìîæíî îáúåäèíèòü â óíèâåðñàëüíûé òèðèñòîðíûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò NOR/XOR/NAND, Ðèñóíîê 4.  çàâèñèìîñòè îò ïîëîæåíèÿ ïåðåêëþ÷àòåëåé SA1 è SA2 ðåàëèçóåòñÿ òà èëè èíàÿ ôóíêöèÿ ëîãèêè ðàáîòû ýòèõ ýëåìåíòîâ. Ðàñøèðèòü «íîìåíêëàòóðó» òèðèñòîðíûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ âîçìîæíî ïðè èñïîëüçîâàíèè äîïîëíèòåëüíîãî òèðèñòîðà VS2, Ðèñóíîê 5, ýëåìåíòû OR/XNOR/AND. Ïîî÷åðåäíîå ïåðåêëþ÷åíèå òèðèñòîðîâ VS1 è VS2 ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò êîíäåíñàòîðà C1, âêëþ÷åííîãî ìåæäó àíîäàìè òèðèñòîðîâ. Äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ èñõîäíîãî ñîñòîÿíèÿ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ïðåäóñìîòðåíà íîðìàëüíî çàìêíóòàÿ êíîïêà SB1.  Òàáëèöå 1 ïðèâåäåíà òàáëèöà ñîñòîÿíèé (èñòèííîñòè) òèðèñòîðíûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ.
+E
SB1
«Ñáðîñ»
SA2 X1
XOR
VD1-VD4
NOR/NAND Y1 C1
Rí1
Rí2 Y2
R1 X2 SA1
VS1
R2
VS2
SA1 ON – XOR/NAND OFF – NOR
Ðèñóíîê 5. Óíèâåðñàëüíûé äâóõòèðèñòîðíûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò NOR/XOR/NAND (âûõîä Y1), OR/XNOR/AND (âûõîä Y2).
16
ÑÒÀÒÜÈ
Òàáëèöà 1. Òàáëèöà èñòèííîñòè òèðèñòîðíûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ Âõîäû
NOR
XOR
NAND
X1
X2
Y1
Y1
Y1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0*
NOR** XOR** NAND** OR XNOR AND Y2
Y2
Y2
1
0
1
0
1
1*
0
0
1
1
1*
0
0
0
0*
1*
1*
1*
* – ñîõðàíåíèå ñîñòîÿíèÿ ïîñëå îòêëþ÷åíèÿ âõîäíûõ ñèãíàëîâ. ** – â ñîîòâåòñòâóþùåì ïîëîæåíèè ïåðåêëþ÷àòåëåé SA1 è SA2.
Äîñòîèíñòâîì è óíèêàëüíîé îñîáåííîñòüþ ðàññìîòðåííûõ âûøå óñòðîéñòâ ÿâëÿåòñÿ «ýôôåêò ïàìÿòè ñîñòîÿíèÿ», Òàáëèöà 1, õàðàêòåðíûé äëÿ òèðèñòîðíûõ ñõåì, ïèòàåìûõ ïîñòîÿííûì òîêîì. Òèðèñòîðíûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû, â îòëè÷èå îò èõ òðàíçèñòîðíûõ àíàëîãîâ, ñïîñîáíû ðàáîòàòü â îáëàñòè íàïðÿæåíèé îò åäèíèö âîëüò äî åäèíèö êèëîâîëüò ïðè âûñîêèõ òîêàõ íàãðóçêè. Ðàçóìååòñÿ, òèðèñòîðíûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû íå ëèøåíû è íåäîñòàòêîâ.  ÷àñòíîñòè, äëÿ ïàññèâíîãî ýëåìåíòà XOR/XNOR, ïèòàíèå êîòîðîãî ïðîèçâîäèòñÿ ïî âõîäíûì öåïÿì
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
X1 è X2, ñóììà âõîäíûõ òîêîâ äîëæíà ïðåâûøàòü çíà÷åíèå òîêà îòïóñêàíèÿ òèðèñòîðà. Êðîìå òîãî, òèðèñòîðû è èõ àíàëîãè ìîãóò ðàáîòàòü â îáëàñòè ÷àñòîò íå âûøå åäèíèöäåñÿòêîâ êÃö. Ðàññìîòðåííûå â ñòàòüå òèðèñòîðíûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü â êîíòðîëüíî-èçìåðèòåëüíîé àïïàðàòóðå, ñèñòåìàõ ðó÷íîãî è àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâëåíèÿ ýíåðãîåìêèìè ïîòðåáèòåëÿìè ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè. ÐË
Ëèòåðàòóðà 1. Ìàøëûêèí Â.Ã., ×åðíèõîâ Þ.Â., Èãíàòåíêî À.Ä., Ëèáåðìàí Â.Ë. Ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû íà òèðèñòîðàõ ñ ïèòàíèåì îò òðåõôàçíîé ñåòè ïåðåìåííîãî òîêà. Ïðèáîðû è ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ. 1971. ¹ 4. Ñ. 36–38. 2. Áëþìèí Ñ.Ë., Èãíàòåíêî À.Ä., Ìàøëûêèí Â.Ã., ×åðíèõîâ Þ.Â. Ìåòîä àíàëèçà òèïîâîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà íà òèðèñòîðå. Àâòîìàòèêà è òåëåìåõàíèêà. 1972. ¹ 4. Ñ. 162–167. 5
3. À.ñ. 546247 ÑÑÑÐ. ÌÊÈ H03K 19/20. Òèðèñòîðíûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò «ÈËÈ-ÍÅ» / À.Ä. Èãíàòåíêî, Þ.È. Êóçîâëåâ, Þ.Â. ×åðíèõîâ. Îòêðûòèÿ. Èçîáðåòåíèÿ. 1987. ¹ 6. 5
4. À.ñ. 1727196 ÑÑÑÐ. ÌÊÈ H03K 3/286. RS-òðèããåð / Þ.Â. ×åðíèõîâ. Îòêðûòèÿ. Èçîáðåòåíèÿ. 1992. ¹ 14.
17
Ðýé Äîëáè, èíæåíåð, âäîõíóâøèé íîâóþ æèçíü â òåõíîëîãèþ çâóêà Lianne Frith All About Circuits
Èìÿ Ðýÿ Äîëáè (Ray Dolby), ïèîíåðà òåõíîëîãèè øóìîïîäàâëåíèÿ, ñòàëî áðåíäîì è íàðèöàòåëüíûì. Åãî èííîâàöèè ïðîèçâåëè ðåâîëþöèþ â èíäóñòðèè àóäèî è ðàçâëå÷åíèé.
Ä
Äàæå ñåãîäíÿ èìÿ Dolby ÿâëÿåòñÿ ñèíîíèìîì ìíîãîêàíàëüíûõ ñèñòåì îáúåìíîãî çâó÷àíèÿ. Íåóäèâèòåëüíî, âåäü àìåðèêàíñêèé èíæåíåð è èçîáðåòàòåëü êîðåííûì îáðàçîì èçìåíèë çâóêîâûå òåõíîëîãèè, è ìíîãîå èç òîãî, ÷òî áûëî ñäåëàíî äëÿ óëó÷øåíèÿ çâóêà ðàçâëå÷åíèé, ìîæíî îòíåñòè ê åãî äîñòèæåíèÿì.
Ðýé Äîëáè çà ðàáîòîé â ñâîåé ëàáîðàòîðèè.
Êåì áûë Ðýé Äîëáè? Ðýé Äîëáè ðîäèëñÿ 18 èþíÿ 1933 ãîäà â Ïîðòëåíäå, øòàò Îðåãîí. Ñ þíûõ ëåò óâëåêàÿñü ìóçûêîé, îí èñïûòûâàë îñòðûé èíòåðåñ ê çâóêó è òîìó, êàê îí ðàáîòàåò. Îí òàêæå óâëåêàëñÿ êèíî è ôîòîãðàôèåé. Âñêîðå ïîñëå âñòðå÷è ñ Àëåêñàíäðîì Ïîíÿòîâûì, îñíîâà-
18
òåëåì êîìïàíèè Ampex, çàíèìàâøåéñÿ ìàãíèòíîé çàïèñüþ, Äîëáè ïîëó÷èë ñâîþ ïåðâóþ ðàáîòó íà íåïîëíûé ðàáî÷èé äåíü è ñòàë ñîâåðøåíñòâîâàòü çíàíèå àóäèîòåõíîëîãèé. Çàêîí÷èâ øêîëó, îí èçó÷àë ýëåêòðîòåõíèêó â Ñòýíôîðäñêîì óíèâåðñèòåòå, à çàòåì â Êåìáðèäæñêîì óíèâåðñèòåòå ïîëó÷èë äîêòîðñêóþ ñòåïåíü ïî ôèçèêå. Åùå âî âðåìÿ ó÷åáû Äîëáè ðàáîòàë â Ampex íàä ïðîòîòèïàìè âèäåîìàãíèòîôîíîâ. Ïîñëå çàâåðøåíèÿ ó÷åáû Äîëáè îòïðàâèëñÿ â Èíäèþ â ñîñòàâå ãðóïïû Îðãàíèçàöèè Îáúåäèíåííûõ Íàöèé, ïîñëàííîé äëÿ ñîçäàíèÿ ëàáîðàòîðèè íàó÷íûõ èçìåðåíèé. Èìåííî òàì îí ñòîëêíóëñÿ ñ ïðîáëåìîé øèïåíèÿ ëåíòû ïðè çàïèñè ìóçûêè íà ñèòàðå, è èìåííî òîãäà åìó ïðèøëà â ãîëîâó èäåÿ ïîäàâëåíèÿ øóìà â àóäèîçàïèñÿõ.  òîì æå 1965 ãîäó, îçàáî÷åííûé ýòîé ïðîáëåìîé, îí âåðíóëñÿ â Àíãëèþ è äëÿ ïîèñêà ðåøåíèÿ îñíîâàë êîìïàíèþ Dolby Laboratories.
Êàêóþ òåõíîëîãèþ ñîçäàë Ðýé Äîëáè? Äîëáè íàèáîëåå èçâåñòåí ñâîé òåõíîëîãèåé øóìîïîäàâëåíèÿ Dolby NR, êîòîðàÿ áûëà ñîçäàíà â Dolby Laboratories â 1965 ãîäó. Â ñèñòåìå øóìîïîäàâëåíèÿ Dolby A èñïîëüçó-
ÑÒÀÒÜÈ
åòñÿ ýëåêòðîííàÿ ñõåìà, ðàçðàáîòàííàÿ äëÿ ñíèæåíèÿ øèïåíèÿ ëåíòû è äðóãèõ øóìîâ, ïðèñóùèõ àíàëîãîâûì ñèñòåìàì çàïèñè è âîñïðîèçâåäåíèÿ çâóêà íà ìàãíèòíîé ëåíòå. Ñóòü ìåòîäà ñîñòîèò â ïðîïóñêàíèè çàïèñûâàåìîãî çâóêîâîãî ñèãíàëà ÷åðåç êîäåð, à çàòåì, âîñïðîèçâåäåíèè çàïèñè ÷åðåç äåêîäåð. Ñõåìà ÷óâñòâèòåëüíà ê àìïëèòóäå è ïåðåä çàïèñüþ ïðåäâàðèòåëüíî ïðåäûñêàæàåò âûñîêèå ÷àñòîòû, ÷òîáû ñäåëàòü èõ óðîâåíü âûøå, ÷åì êîíêóðèðóþùèå øóìû ìàãíèòíîé ëåíòû. Ïðè âîñïðîèçâåäåíèè ñõåìà êîððåêöèè ïðåäûñêàæåíèé âîññòàíàâëèâàåò ïðàâèëüíûé áàëàíñ âûñîêèõ ÷àñòîò.  ðåçóëüòàòå áåç êàêèõ-ëèáî íåáëàãîïðèÿòíûõ ïîáî÷íûõ ýôôåêòîâ ïðîèñõîäèò óìåíüøåíèå óðîâíÿ ôîíîâîãî øóìà, ñîçäàâàÿ äëÿ ñëóøàòåëÿ ÷åòêèé, ÷èñòûé, èñòèííûé çâóê. Ïîñëå ýòîãî áûëè ðàçðàáîòàíû äðóãèå ñèñòåìû øóìîïîäàâëåíèÿ. Dolby B, C è S ïðåäíàçíà÷àëèñü äëÿ ïîòðåáèòåëüñêîãî ðûíêà, è âñå îíè ðàáîòàëè ïóòåì êîìïàíäèðîâàíèÿ èëè ñæàòèÿ äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà çâóêà âî âðåìÿ çàïèñè è åãî ðàñøèðåíèÿ âî âðåìÿ âîñïðîèçâåäåíèÿ.  1967 ãîäó Äîëáè ïåðåíåñ ñâîþ êîìïàíèþ â Ñàí-Ôðàíöèñêî è äîáàâèë èññëåäîâàòåëüñêîå è ïðîèçâîäñòâåííîå ïîäðàçäåëåíèÿ. Çàòåì îí ñîñðåäîòî÷èëñÿ íà ðàçðàáîòêå òåõíîëîãèé äëÿ êèíîïðîèçâîäñòâà è äðóãèõ îòðàñëåé, âêëþ÷àÿ ñèñòåìó Dolby Digital Surround Sound.
ðîâîé ïåðåäà÷è ìóçûêàëüíûõ ôàéëîâ è çâóêîâûå òåõíîëîãèè äëÿ èãð. Õîòÿ â 2009 ãîäó Ðýé Äîëáè óøåë íà ïåíñèþ, ÷òîáû ñîñðåäîòî÷èòüñÿ íà áëàãîòâîðèòåëüíîñòè, è, ê ñîæàëåíèþ, ñêîí÷àëñÿ â 2013 ãîäó, â îñíîâå ýòèõ ñîâðåìåííûõ àóäèîñèñòåì ïî-ïðåæíåìó ëåæèò åãî òåõíîëîãèÿ.
Äîëáè ðåâîëþöèîíèçèðóåò ìèð àóäèî Âûïóñê Dolby B â 1968 ãîäó, ñîâïàâøèé ñ ïîÿâëåíèåì ïåðâîé êàññåòíîé àâòîìîáèëüíîé ìàãíèòîëû è ïåðâîãî àóäèîïëååðà, ñïîñîáñòâîâàë ïîïóëÿðèçàöèè êîìïàêò-êàññåò. Êîãäà êîìïàíèÿ Advent ðàçðàáîòàëà îäíó èç ïåðâûõ êàññåò äëÿ âûñîêîêà÷åñòâåííîé çàïèñè, òåõíîëîãèÿ Dolby áûëà åäèíñòâåííûì ñïîñîáîì ðåøåíèÿ ïðîáëåìû ôîíîâûõ øóìîâ. Ñ çàìåíîé îðèãèíàëüíûõ êàòóøå÷íûõ HiFi ìàãíèòîôîíîâ êàññåòíûìè äåêàìè äëÿ äîìàøíåãî èñïîëüçîâàíèÿ òåõíîëîãèÿ Dolby B ïîëó÷èëà øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå. Ïåðâîé ñèñòåìó Dolby ïðèìåíèëà êîìïàíèÿ Decca Records, à ê 1967 ãîäó åå èñïîëüçîâàëè áîëüøèíñòâî îñíîâíûõ çâóêîçàïèñûâàþùèõ êîìïàíèé, âêëþ÷àÿ RCA è MCA. Ïðîøëî ñîâñåì íåìíîãî âðåìåíè, è èìÿ Dolby ñòàëî èçâåñòíî âñåé çâóêîçàïèñûâàþùåé èíäóñòðèè.
Êèíîòåàòð Dolby â Áàðñåëîíå, Èñïàíèÿ.
Çâóêîâîé ïðîöåññîð Dolby.
 ïîñëåäóþùèå ãîäû Dolby Labs ðàçðàáàòûâàëà öèôðîâûå òåõíîëîãèè, âêëþ÷àÿ ñèñòåìû äîìàøíèõ êèíîòåàòðîâ, ñèñòåìû öèô-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Çàòåì, â 1971 ãîäó, áûë âûïóùåí ïåðâûé ôèëüì ñî çâóêîì Dolby, êîòîðûé ïðîèçâåë ðåâîëþöèþ â êèíîèíäóñòðèè. Ìóçûêà ñòàëà áîëåå ïðèÿòíîé è çàäàëà òðåíä ïîñëåäóþùèì èííîâàöèÿì.  1976 ãîäó êèíîçðèòåëè óâèäåëè Dolby Stereo ñ ÷åòûðüìÿ êàíàëàìè, èñïîëüçóþùèìè ìàãíèòíóþ òåõíîëîãèþ. Èìåííî óìíîå èñïîëüçîâàíèå Ðýåì Äîëáè òåõíîëîãèè ìàòðè÷íîãî äåêîäèðîâàíèÿ äàëî
19
Âåëè÷àéøèå äîñòèæåíèÿ Ðýÿ Äîëáè Ðýÿ Äîëáè íèêîãäà íå óäîâëåòâîðÿë çâóê, êîòîðûé íå áûë ðåàëèñòè÷íûì, çàõâàòûâàþùèì è ïðèÿòíûì. Ñåãîäíÿ áëàãîäàðÿ åìó ìû ìîæåì íàñëàæäàòüñÿ ýòèìè àòðèáóòàìè çâóêà âî âñåé êèíî- è ìóçûêàëüíîé èíäóñòðèè, êàê â òåàòðå, òàê è äîìà.
Ðýé Äîëáè (ñëåâà) ââåäåí â Íàöèîíàëüíûé çàë ñëàâû èçîáðåòàòåëåé (NIHF). Ïðåçèäåíò NIHF Ðèê Íàéäåããåð (â öåíòðå), Ýíí ×åññåð èç Ïàòåíòíîãî âåäîìñòâà ÑØÀ (ñïðàâà).
êèíîòåàòðàì âîçìîæíîñòü ñîçäàâàòü îáúåìíûé çâóê â ñòåðåîñèñòåìàõ èç òîé æå îïòè÷åñêîé êîïèè, íà êîòîðîé áûë çàïèñàí ôèëüì.
20
Õîòÿ âåëè÷àéøèìè äîñòèæåíèÿìè Ðýé Äîëáè, áåçóñëîâíî, áûëè åãî çâóêîâûå ñèñòåìû, îí òàêæå ÿâëÿåòñÿ îáëàäàòåëåì ïðåìèé Ýììè, Ãðýììè, Îñêàð è ïîñìåðòíîé çâåçäû íà àëëåå ñëàâû Ãîëëèâóäà. Çà ñâîþ æèçíü Äîëáè ïîëó÷èë áîëåå 50 ïàòåíòîâ ÑØÀ, à åãî êîìïàíèÿ îñòàåòñÿ ìåñòîì, ãäå ó÷åíûå è èíæåíåðû ñ óäîâîëüñòâèåì ïðîäîëæàþò ðàñøèðÿòü äëÿ âñåõ íàñ ãðàíèöû êàðòèíêè è çâóêà. ÐË
ÑÒÀÒÜÈ
Îäèí îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü îáåñïå÷èâàåò õàðàêòåðèñòèêó ïåðåäà÷è ñ äâîéíûì ãèñòåðåçèñîì Herminio Martínez, Encarna García, Juan Gámiz EDN
Â
 ïðèëîæåíèÿõ óïðàâëåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèìè ïðîöåññàìè, òðåáóþùèõ äèñêðåòíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ, íàèáîëåå ïðîñòûì âûáîðîì ÿâëÿåòñÿ äâóõïîçèöèîííûé ðåëåéíûé êîíòðîëëåð. Òèïè÷íûì ïðèìåðîì òàêîãî êîíòðîëëåðà ÿâëÿåòñÿ îáîãðåâàòåëü. Åñëè òåìïåðàòóðà ïàäàåò íèæå çàäàííîãî çíà÷åíèÿ, íàãðåâàòåëü âêëþ÷àåòñÿ, à åñëè ïîäíèìàåòñÿ âûøå – âûêëþ÷àåòñÿ.  àíàëîãîâîé îáëàñòè îñíîâîé äëÿ áàçîâîé ðåàëèçàöèè äâóõïîçèöèîííîãî ðåãóëÿòîðà ñëóæèò àíàëîãîâûé êîìïàðàòîð èëè îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü áåç îáðàòíîé
R1A
R2A
VCC P1A
ñâÿçè. Îäíàêî âî èçáåæàíèå ëîæíûõ ïåðåêëþ÷åíèé â òèïè÷íîé ðåàëèçàöèè èñïîëüçóåòñÿ õîðîøî èçâåñòíûé òðèããåð Øìèòòà. Ëîãè÷åñêèì ðàñøèðåíèåì äâóõïîçèöèîííîãî ðåæèìà óïðàâëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ îáåñïå÷åíèå íåñêîëüêèõ, à íå äâóõ, ïðîìåæóòî÷íûõ óñòàâîê âûõîäíîãî ñèãíàëà ðåãóëÿòîðà. Òàêîé ðåæèì äèñêðåòíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü, ÷òîáû óìåíüøèòü öèêëè÷íîñòü, ïåðåðåãóëèðîâàíèå èëè íåäîðåãóëèðîâàíèå, ïðèñóùèå äâóõïîçèöèîííîìó ðåæèìó. Íà ñàìîì äåëå îäíàêî, êîãäà äâóõïîçèöè-
+ VREF
R3A A1
–
D1A
VIN(t) D2A
R1B
2R4
2R4
R2B
R4
– A3 +
–VCC P1B
VOUT(t)
+ –VREF
R3B A2
–
D1B D2B
Ðèñóíîê 1. Îäèí èç ïðîñòûõ ñïîñîáîâ ïîëó÷åíèÿ ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè ñ äâîéíûì ãèñòåðåçèñîì îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè òðåõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé ñ èñòî÷íèêàìè îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ è ñòàáèëèòðîíàìè.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
21
D1A D3A 1N4099 1N4148
VOUT
–VL –VH
–VM
R3 2k
VIN(t)
VZ2+VY1
VM
–VH
VIN
D1B D3B 1N4099 1N4148
–VL
–
R4
A1 TL081 +
VOUT(t)
D2A 1N5225 D2B 1N5225
VZ1+VY2 R2 1k
Ðèñóíîê 2. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 èìååò äâå ïåòëè ãèñòåðåçèñà.
îííûé ðåæèì íå ïîäõîäèò, îáû÷íî áûñòðåå èñïîëüçîâàòü êàêîé-ëèáî äðóãîé ïîäõîä. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì ïðèìåðîì ÿâëÿåòñÿ òðåõïîçèöèîííûé ðåãóëÿòîð. Îäèí èç ïðîñòûõ ñïîñîáîâ ðåàëèçàöèè òàêîãî êîíòðîëëåðà ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 1.  ýòîé êîíôèãóðàöèè òðèããåðû Øìèòòà ïîñòðîåíû íà îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ A1 è A2, ðåàëèçóþùèõ îòðèöàòåëüíûé è ïîëîæèòåëüíûé ãèñòåðåçèñ, ñîîòâåòñòâåííî. Óñèëèòåëè A1 è A2 ìîæíî çàìåíèòü àíàëîãîâûìè êîìïàðàòîðàìè, òàêèìè êàê LM311 èëè àíàëîãè÷íûìè. Íà Ðèñóíêå 2 èçîáðàæåíà ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà âõîä/âûõîä ñõåìû íà Ðèñóíêå 1:
VM = VREF
R1 + R 2 , R2
VH = VM + ( VZ + VY )
R1 R2
VA(t) R1 1k
Ðèñóíîê 3. Ýòà ñõåìà îáåñïå÷èâàåò äâîéíîé ãèñòåðåçèñ, èñïîëüçóÿ ëèøü îäèí îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü.
ïîðîãè ïåðåêëþ÷åíèÿ è ãèñòåðåçèñ êîìïàðàòîðà çäåñü îïðåäåëÿþò âõîäíûå è âûõîäíûå äèîäû. Ïðè ñðåäíåì óðîâíå íàïðÿæåíèÿ VIN(t) âõîäíûå äèîäû íå âëèÿþò íà ðàáîòó ñõåìû, è ñõåìà, ïî ñóùåñòâó, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîâòîðèòåëü íàïðÿæåíèÿ ñ ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îòñëåæèâàåò VA(t), íî ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü, îïðåäåëÿþùàÿ âåëè÷èíó VA(t), óñòàíàâëèâàåò ýòî íàïðÿæåíèå ðàâíûì íåêîòîðîé äîëå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, â ýòîì ñîñòîÿíèè ñõåìû óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îïðåäåëÿþò äâà îãðàíè÷åíèÿ: VOUT(t) = VA(t) è
VA ( t ) = VOUT ( t )
R1 . R1 + R 2
è
VL = VM - ( VZ + VY )
R1 . R2
VZ è VY – ýòî ïðîáèâíîå è ïðÿìîå íàïðÿæåíèÿ ÷åòûðåõ ñòàáèëèòðîíîâ, ñîîòâåòñòâåííî. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàí áîëåå ýôôåêòèâíûé ñïîñîá ðåàëèçàöèè òðåõïîçèöèîííîãî êîíòðîëëåðà. Îñíîâîé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ îäèí îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü, íå íóæäàþùèéñÿ â îïîðíûõ íàïðÿæåíèÿõ. Âåðõíèé è íèæíèé
22
Ýòè äâà îãðàíè÷åíèÿ âûïîëíÿþòñÿ ïðè åäèíñòâåííîì óñëîâèè: VOUT = 0  è VA = 0 Â; òàêèì îáðàçîì, êîãäà âõîäíûå äèîäû ñìåùåíû â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îñòàåòñÿ íà óðîâíå 0 Â. Âûõîäíîå ñîñòîÿíèå 0  ñîõðàíÿåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà âõîäíîå íàïðÿæåíèå íå óâåëè÷èòñÿ äî ïîëîæèòåëüíûõ èëè îòðèöàòåëüíûõ çíà÷åíèé. Òîãäà îäèí èç äâóõ âõîäíûõ ñòàáèëèòðîíîâ íà÷èíàåò ïðîâîäèòü òîê, óñòàíàâëèâàÿ ïîëîæèòåëüíîå èëè îòðèöàòåëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óñèëèòåëÿ ïðè âõîäíîì íàïðÿ-
ÑÒÀÒÜÈ
VOUT(t) (Â)
5
æåíèè ±VH.  ýòîì ñîñòîÿíèè, êîãäà àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óìåíüøàåòñÿ, âûõîäíîå íàïðÿæåíèÿ óñèëèòåëÿ ñíîâà ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì 0  ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè ±VL. Òàêèì îáðàçîì, ðàñ÷åòíûå ôîðìóëû äëÿ VH è VL èìåþò âèä
0
VH = VZ1 + VY1 –5 –10
–8
–6
–4
–2 0 2 VIN(t) (Â)
4
6
8
10
Ðèñóíîê 4. Íà ýòîé îñöèëëîãðàììå ïîêàçàíà ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñõåìû íà Ðèñóíêå 3.
ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ (Â)
VIN(t) VOUT(t)
0 –5
–10 0
0.1
0.2
0.3
0.4 0.5 0.6 ÂÐÅÌß (ìñ)
VL = ( VZ1 + VY1 ) - ( VZ 2 + VY 2 )
R1 . R1 + R 2
Íà Ðèñóíêå 4 ïðèâåäåíà ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñõåìû ïðè èñïîëüçîâàíèè êîìïîíåíòîâ ñ íîìèíàëàìè, ïîêàçàííûìè íà Ðèñóíêå 3, ãäå D1A è D1B – ñòàáèëèòðîíû 1N4099 ñ íàïðÿæåíèåì ñòàáèëèçàöèè 6.8 Â, à D2A è D2B – 3-âîëüòîâûå ñòàáèëèòðîíû 1N5225. Íà Ðèñóíêå 5 ïîêàçàíà îñöèëëîãðàììà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè ïîäà÷å íà âõîä ñõåìû ñèãíàëà òðåóãîëüíîé ôîðìû. ÐË
10 5
è
0.7
0.8
0.9
1
Ðèñóíîê 5. Îñöèëëîãðàììà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè ïîäà÷å íà âõîä ñõåìû ñèãíàëà òðåóãîëüíîé ôîðìû.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TL081 2. Datasheet Texas Instruments LM311 3. Datasheet MCC 1N4099 4. Datasheet Vishay 1N5225
23
Ñèíõðîííî ðåãóëèðóåìûé ìíîãîêàíàëüíûé ôàçîâðàùàòåëü Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê Ìíîãîêàíàëüíûé ôàçîâðàùàòåëü ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü ñèíõðîííîå ïëàâíîå ðåãóëèðîâàíèå ôàçîâîãî ñäâèãà íà íåñêîëüêèõ âûõîäàõ ïðàêòè÷åñêè îò íóëåâûõ çíà÷åíèé ïðè îäèíàêîâîì ëèáî çàäàííîì ïîëüçîâàòåëåì ïîñëåäîâàòåëüíîì ñäâèãå ôàç ìåæäó ñîñåäíèìè âûõîäàìè. ×àñòîòà ñëåäîâàíèÿ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ñîâïàäàåò ñ ÷àñòîòîé èìïóëüñîâ âõîäíûõ.
Ñ
Ñèíõðîííîå ðåãóëèðîâàíèå ôàçîâûõ ñäâèãîâ íà íåñêîëüêèõ âûõîäàõ ìíîãîêàíàëüíûõ ôàçîâðàùàòåëåé ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íî íåòðèâèàëüíîé çàäà÷åé. Ìíîãîêàíàëüíûé ôàçîâðàùàòåëü, Ðèñóíîê 1, ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü îäíîâðåìåííîå ñèíõðîííîå ïëàâíîå ðåãóëèðîâàíèå ôàçîâîãî ñäâèãà íà íåñêîëüêèõ âûõîäàõ ïðè R2
UÂÕ
îäèíàêîâîì ëèáî çàäàííîì ïîëüçîâàòåëåì ïîñëåäîâàòåëüíîì ñäâèãå ôàç ìåæäó ñîñåäíèìè âûõîäàìè. Äîñòîèíñòâîì ôàçîâðàùàòåëÿ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ÷àñòîòà âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ñîâïàäàåò ñ ÷àñòîòîé èìïóëüñîâ âõîäíûõ. Ôàçîâðàùàòåëü ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü ôàçîâûå ñäâèãè âûõîäíûõ ñèãíàëîâ ïðàêòè÷åñêè îò íóëåâûõ çíà÷åíèé.
+E
R1 +
DA1
DD1
DD11
VD1
UÂÛÕ10
=1
–
1 Dj = 10x° C1
R3
DD2 +
DA2
R13 DD12
VD2
UÂÛÕ9
=1
1 Dj = 9x°
–
C2
R14
DD3
R4 +
DA3 =1
–
DD10 +
DA10
DD20
VD10
UÂÛÕ1
=1
1 Dj = x°
–
C10
R22
R12
Ðèñóíîê 1. Ñèíõðîííî ðåãóëèðóåìûé äåñÿòèêàíàëüíûé ôàçîâðàùàòåëü.
24
ÑÒÀÒÜÈ
Âõîäíàÿ ÷àñòü óñòðîéñòâà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âåðòèêàëüíóþ ëèíåéêó êîìïàðàòîðîâ, ÷èñëî êîòîðûõ ìîæåò áûòü âûáðàíî èñõîäÿ èç ïîòðåáíîñòåé ïîëüçîâàòåëÿ. Äëÿ ïðèìåðà íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ëèíåéêà èç äåñÿòè êîìïàðàòîðîâ DA1–DA10, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò äåñÿòè êàíàëàì âûõîäíûõ ñèãíàëîâ, ñäâèíóòûõ ïî ôàçå ñ øàãîì Dj. Íà âõîä ëèíåéêè êîìïàðàòîðîâ ÷åðåç ïîòåíöèîìåòð R1 ïîäàåòñÿ ñèãíàë ïèëîîáðàçíîé ôîðìû: ëèíåéíî íàðàñòàþùåå âî âðåìåíè íàïðÿæåíèå, ðåçêî ñïàäàþùåå äî íóëÿ â êîíöå èìïóëüñà. Ïî ìåðå ðîñòà âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðîèñõîäèò ïîî÷åðåäíîå ïîÿâëåíèå èìïóëüñîâ íà âûõîäàõ óñòðîéñòâà. Ýòè èìïóëüñû ðàâíîìåðíî ñäâèíóòû âî âðåìåíè îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà. Ïðè íåîáõîäèìîñòè çàêîí ñäâèãà ôàç ìåæäó ñîñåäíèìè è ïîñëåäóþùèìè âûõîäàìè ìîæåò áûòü çàäàí íà óñìîòðåíèå ïîëüçîâàòåëÿ: ëèáî èçìåíåíèåì ôîðìû âõîäíîãî ñèãíàëà, ëèáî âûáîðîì íîìèíàëîâ ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ. Ïëàâíî ðåãóëèðîâàòü ôàçîâûé ñäâèã ìîæíî ïðè ïîìîùè ïîòåíöèîìåòðîâ R1 èëè R12, à òàêæå ìåíÿÿ íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòèâíîì äåëèòåëå R2–R12. Ïðè ïîñòåïåííîì ñíèæåíèè óðîâíÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïîñëåäíèå èç êàíàëîâ ôàçîâðàùàòåëÿ áóäóò àâòîìàòè÷åñêè è ïîî÷åðåäíî îòêëþ÷àòüñÿ. Ê âûõîäàì êîìïàðàòîðîâ DA1–DA10 ïîäêëþ÷åíî ñîîòâåòñòâóþùåå êîëè÷åñòâî ëîãè-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ» DD1–DD10, ôîðìèðóþùèõ íå ñîâïàäàþùèå ïî âðåìåíè êîðîòêèå âûõîäíûå èìïóëüñû. Äàëåå çà ýëåìåíòàìè «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ» ñëåäóþò ðàñøèðèòåëè èìïóëüñà, êàæäûé èç êîòîðûõ âûïîëíåí èç äèîäà è ïàðàëëåëüíîé RC-öåïî÷êè, à òàêæå ñîäåðæàò ïîðîãîâûé ýëåìåíò – ïîâòîðèòåëü íàïðÿæåíèÿ DD11–DD20. Ðàñøèðèòåëè èìïóëüñîâ íå ÿâëÿþòñÿ îáÿçàòåëüíûìè ýëåìåíòàìè óñòðîéñòâà, òåì áîëåå ÷òî îíè îãðàíè÷èâàþò ÷àñòîòíóþ îáëàñòü åãî ïðèìåíåíèÿ. Âìåñòî ðàñøèðèòåëåé èìïóëüñîâ ìîæíî èñïîëüçîâàòü æäóùèå ìóëüòèâèáðàòîðû, íî è îíè òðåáóþò êîððåêöèè RC-öåïåé ïðè ñóùåñòâåííîì èçìåíåíèè ÷àñòîòû âõîäíûõ ñèãíàëîâ. Òàêæå ê âûõîäàì ýëåìåíòîâ «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ» ìîãóò áûòü ïîäêëþ÷åíû D-òðèããåðû, îáåñïå÷èâàþùèå ñêâàæíîñòü âûõîäíûõ èìïóëüñîâ, ðàâíóþ äâóì. Îäíàêî ïðè èñïîëüçîâàíèè D-òðèããåðîâ ÷àñòîòà âûõîäíûõ ñèãíàëîâ ñíèæàåòñÿ âäâîå. Ìíîãîêàíàëüíûå ôàçîâðàùàòåëè ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû è â êà÷åñòâå óìíîæèòåëåé ÷àñòîòû îò 1 äî n ðàç, ãäå n – ÷èñëî êàíàëîâ ôàçîâðàùàòåëÿ. Äëÿ ýòîãî äîñòàòî÷íî ïðîñóììèðîâàòü âûõîäíûå èìïóëüñû ÷åðåç äèîäû íà ñîïðîòèâëåíèè íàãðóçêè è îòðåãóëèðîâàòü ôàçîâðàùàòåëü òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû âûõîäíûå èìïóëüñû íà ñòûêàõ âõîäíûõ èìïóëüñîâ íå ïåðåñåêàëèñü âî âðåìåíè. ÐË
25
Êàê ñäåëàòü ïðîãðàììèðóåìûé ãåíåðàòîð ñ èñïîëüçîâàíèåì öèôðîâûõ ïîòåíöèîìåòðîâ Thomas Brand
Ö
Öèôðîâûå ïîòåíöèîìåòðû (ÖÏ) óíèâåðñàëüíû è ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ â ñàìûõ ðàçíûõ îáëàñòÿõ ïðèìåíåíèÿ, íàïðèìåð, äëÿ ôèëüòðàöèè èëè ãåíåðàöèè ñèãíàëîâ ïåðåìåííîãî òîêà. Îäíàêî èíîãäà íåîáõîäèìî èìåòü âîçìîæíîñòü èçìåíÿòü ÷àñòîòó è àäàïòèðîâàòü åå ê òðåáóåìîìó ïðèëîæåíèþ. Ïðîãðàììèðóåìûå ðåøåíèÿ, ïîçâîëÿþùèå ðåãóëèðîâàòü ÷àñòîòó ÷åðåç ñîîòâåòñòâóþùèé èíòåðôåéñ, ÷ðåçâû÷àéíî ïîëåçíû â òàêèõ
AD5142
êîíñòðóêöèÿõ è â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ìîãóò çíà÷èòåëüíî îáëåã÷èòü ðàçðàáîòêó.  ýòîé ñòàòüå îïèñàí ìåòîä ñîçäàíèÿ îòíîñèòåëüíî ïðîñòîãî ïðîãðàììèðóåìîãî ãåíåðàòîðà, ÷àñòîòà è àìïëèòóäà êîëåáàíèé êîòîðîãî ìîãóò ðåãóëèðîâàòüñÿ íåçàâèñèìî äðóã îò äðóãà ñ ïîìîùüþ öèôðîâûõ ïîòåíöèîìåòðîâ. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí òèïè÷íûé ñòàáèëèçèðîâàííûé äèîäàìè ãåíåðàòîð ñ ìîñòîì Âèíà, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî íà âûõîäå (VOUT)
R1B
C2 2.2 nF
+
2.2 nF
VOUT
ADA4610
C1 R1A
– R2A
R2B
R3 W 1 kW
D1
D2
Ðèñóíîê 1. Ïðîãðàììèðóåìûé ãåíåðàòîð ñ ìîñòîì Âèíà ñî ñòàáèëèçàöèåé àìïëèòóäû, â êîòîðîì ðåçèñòîðû çàìåíåíû öèôðîâûìè ïîòåíöèîìåòðàìè.
26
ÑÒÀÒÜÈ
VLOGIC
VDD
INDEP AD5142
A1 R1
Ïîñëåäîâàòåëüíûé èíòåðôåéñ
SPI
Âõîäíîé ðåãèñòð 1
W1 B1
EEPROM
A2 R2
Âõîäíîé ðåãèñòð 2
W2 B2
GND
VSS
Ðèñóíîê 2. Áëîê ñõåìà öèôðîâîãî ïîòåíöèîìåòðà AD5142.
ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû òî÷íûå ñèíóñîèäàëüíûå ñèãíàëû â äèàïàçîíå ÷àñòîò ïðèìåðíî îò 10 êÃö äî 200 êÃö. Ãåíåðàòîðû ñ ìîñòîì Âèíà îòëè÷àþòñÿ òåì, ÷òî îäíî ïëå÷î ìîñòà îáðàçîâàíî ïîëîñîâûì ôèëüòðîì, à äðóãîå – äåëèòåëåì íàïðÿæåíèÿ.  ýòîì ïðèìåðå â äîïîëíåíèå ê ïðåöèçèîííîìó rail-to-rail óñèëèòåëþ ADA4610-1 èñïîëüçóåòñÿ ÖÏ AD5142, êîòîðûé ñîäåðæèò äâà íåçàâèñèìî óïðàâëÿåìûõ ïîòåíöèîìåòðà, êàæäûé ñ ðàçðåøåíèåì 256 øàãîâ. Ïðîãðàììèðîâàíèå çíà÷åíèé ñîïðîòèâëåíèÿ âûïîëíÿåòñÿ ÷åðåç èíòåðôåéñ SPI, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 2.  êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû ìîæíî èñïîëüçîâàòü ÖÏ AD5142A, óïðàâëÿòü êîòîðûì ìîæíî ñ 2 ïîìîùüþ èíòåðôåéñà I C. Îáà ÖÏ äîñòóïíû â âàðèàíòàõ 10 êÎì èëè 100 êÎì.  êëàññè÷åñêîé ñõåìå ãåíåðàòîðà, ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 1, ïóòü ÷åðåç R1A, R1B, C1 è C2 îáðàçóåò öåïü ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, òîãäà êàê îòðèöàòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü îáåñïå÷èâàåòñÿ ÷åðåç R2A, R2B è äâà ïàðàëëåëüíûõ äèîäà D1 è D2 èëè èõ ñîïðîòèâëåíèå RDIODE. Çäåñü èñïîëüçóåòñÿ ôîðìóëà (1):
R2 = R2A || (R2B +RDIODE ).
(1)
×òîáû äîáèòüñÿ óñòîé÷èâûõ ñòàáèëüíûõ êîëåáàíèé, íåîáõîäèìî óñòðàíèòü ñäâèã
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
ôàçû, âíîñèìûé öåïüþ îáðàòíîé ñâÿçè. ×àñòîòà êîëåáàíèé îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèìè ôîðìóëàìè:
w0 =
1 1 èëè f 0 = . RC 2pRC
(2)
Çäåñü R – çíà÷åíèå çàïðîãðàììèðîâàííîãî ñîïðîòèâëåíèÿ AD5142:
R=
256 - D R AB . 256
(3)
D – ýòî äåñÿòè÷íûé ýêâèâàëåíò öèôðîâîãî êîäà, çàïðîãðàììèðîâàííîãî â AD5142, à RAB – îáùåå ñîïðîòèâëåíèå ïîòåíöèîìåòðà. ×òîáû ïîääåðæèâàòü êîëåáàíèÿ, ìîñò Âèíà äîëæåí áûòü îòíîñèòåëüíî ñáàëàíñèðîâàí, òî åñòü óñèëåíèå ïåòëè ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè è óñèëåíèå ïåòëè îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè äîëæíû áûòü ñîãëàñîâàíû. Åñëè ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü (óñèëåíèå) ñëèøêîì âåëèêà, àìïëèòóäà êîëåáàíèé èëè VOUT áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà óñèëèòåëü íå âîéäåò â íàñûùåíèå. Åñëè ïðåîáëàäàåò îòðèöàòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü, òî àìïëèòóäà, ñîîòâåòñòâåííî, áóäåò çàòóõàòü. Äëÿ ïîêàçàííîé çäåñü ñõåìû êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ R2/R1 äîëæåí áûòü óñòàíîâëåí
27
ïðèìåðíî ðàâíûì 2 èëè íåñêîëüêî áîëüøå. Ýòî äàåò ãàðàíòèþ âîçíèêíîâåíèÿ ãåíåðàöèè. Îäíàêî ïîïåðåìåííîå âêëþ÷åíèå äèîäîâ â öåïè îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè òàêæå ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî óñèëåíèå âðåìåííî ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå 2, áëàãîäàðÿ ÷åìó ñòàáèëèçèðóåòñÿ óðîâåíü êîëåáàíèé. Êàê òîëüêî íåîáõîäèìàÿ ÷àñòîòà êîëåáàíèé îïðåäåëåíà, àìïëèòóäà êîëåáàíèé ìîæåò áûòü íàñòðîåíà íåçàâèñèìî îò ÷àñòîòû ñ ïîìîùüþ ðåçèñòîðà R2. Åå ìîæíî ðàññ÷èòàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:
2 VOUTPUT = I D ´ R2B + VD . 3
(4)
Ïåðåìåííûå ID è VD, ïðåäñòàâëÿþò, ñîîòâåòñòâåííî, ïðÿìîé òîê äèîäîâ è ïðÿìîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèå íà äèîäàõ D1 è D2. Åñëè ðåçèñòîð R2B çàêîðî÷åí, àìïëèòóäà êîëåáàíèé ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî ±0.6 Â. Ïðè ïðàâèëüíîì ïîðÿäêå âåëè÷èíû R2B ìîæåò áûòü äîñòèãíóòî ðàâíîâåñèå, ïðè êîòîðîì óñòàíîâèòñÿ ñòàáèëüíûé óðîâåíü VOUT.  ñõåìå, ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 1, â êà÷åñòâå R2B èñïîëüçóåòñÿ îòäåëüíûé ÖÏ 100 êÎì.
17.6 êÃö è 102 êÃö ïðè çíà÷åíèÿõ ñîïðîòèâëåíèÿ 8 êÎì, 4 êÎì è 670 Îì, ñîîòâåòñòâåííî, ñ ÷àñòîòíîé ïîãðåøíîñòüþ âñåãî ±3%. Âûõîäíûå ÷àñòîòû ìîæíî óâåëè÷èòü, íî ýòî ïîâëèÿåò íà ïîãðåøíîñòü ÷àñòîòû. Íàïðèìåð, ïðè 200 êÃö ïîãðåøíîñòü ÷àñòîòû óâåëè÷èòñÿ äî 6%. Ïðè èñïîëüçîâàíèè òàêèõ ñõåì â ÷àñòîòíîçàâèñèìûõ ïðèëîæåíèÿõ òàêæå âàæíî íå íàðóøàòü îãðàíè÷åíèÿ íà ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ ÖÏ, ïîñêîëüêó îíà çàâèñèò îò çàïðîãðàììèðîâàííîãî ñîïðîòèâëåíèÿ. Êðîìå òîãî, äëÿ íàñòðîéêè ÷àñòîòû â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 òðåáóåòñÿ, ÷òîáû çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé R1A è R1B áûëè îäèíàêîâûìè. Îäíàêî äâà êàíàëà ìîãóò ïðîãðàììèðîâàòüñÿ òîëüêî ïîñëåäîâàòåëüíî, ÷òî ïðèâîäèò ê êðàòêîâðåìåííîìó êðèòè÷åñêîìó ïðîìåæóòî÷íîìó ñîñòîÿíèþ. Äëÿ íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèé ýòî ìîæåò áûòü íåïðèåìëåìî.  òàêèõ ñëó÷àÿõ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ÖÏ ñ âîçìîæíîñòüþ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ (íàïðèìåð, AD5204), ÷òîáû îáåñïå÷èòü îäíîâðåìåííîå èçìåíåíèå îáîèõ çíà÷åíèé ñîïðîòèâëåíèÿ. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå
Çàêëþ÷åíèå
1. Datasheet Analog Devices AD5142
Ñ ïîìîùüþ îïèñàííîé ñõåìû è ñäâîåííîãî 10-êèëîîìíîãî öèôðîâîãî ïîòåíöèîìåòðà ìîæíî íàñòðîèòü ÷àñòîòû êîëåáàíèé 8.8 êÃö,
2. Datasheet Analog Devices AD5142A
28
3. Datasheet Analog Devices AD5204 4. Datasheet Analog Devices ADA4610-1
ÑÒÀÒÜÈ
Êàê èçìåðèòü âõîäíóþ åìêîñòü îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, ÷òîáû ìèíèìèçèðîâàòü øóì Thomas Brand Electronic Design
Í
Íà ÷òî ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå ïðè èçìåðåíèè âõîäíîé åìêîñòè îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ? Îòâåò çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî íóæíî óáåäèòüñÿ, ÷òî òî÷íîñòü èçìåðåíèé íå óõóäøàåòñÿ èç-çà ïàðàçèòíîé åìêîñòè è èíäóêòèâíîñòè ïå÷àòíîé ïëàòû èëè èñïûòàòåëüíîé óñòàíîâêè. Ýòè ïðîáëåìû ìîæåòå ñâåñòè ê ìèíèìóìó, èñïîëüçóÿ ùóïû ñ íèçêîé åìêîñòüþ, èñïîëüçóÿ êîðîòêèå ïðîâîäíèêè íà ïå÷àòíîé ïëàòå è èçáåãàÿ áîëüøèõ çàçåìëÿþùèõ ïëîñêîñòåé ïîä ñèãíàëüíûìè äîðîæêàìè. Îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè (ÎÓ) èñïîëüçóþòñÿ â ñàìûõ ðàçíûõ ýëåêòðîííûõ ñõåìàõ. Èõ çàäà÷à – óñèëèâàòü íåáîëüøèå ýëåêòðè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ äëÿ äàëüíåéøåé îáðàáîòêè ñèãíàëà. Òàêèå ïðèëîæåíèÿ, êàê äåòåêòîðû äûìà, ôîòîäèîäíûå òðàíñèìïåäàíñíûå óñèëèòåëè, ìåäèöèíñêèå ïðèáîðû è äàæå ïðîìûøëåííûå ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ, òðåáóþò ìèíèìàëüíî âîçìîæíîé âõîäíîé åìêîñòè îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî, ïîìèìî ïðî÷åãî, âõîäíàÿ åìêîñòü âëèÿåò íà øóìîâóþ ñîñòàâëÿþùóþ, êîòîðàÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, âëèÿåò íà óñòîé÷èâîñòü ñèñòåìû, îñîáåííî äëÿ ñèñòåì ñ âûñîêèìè ÷àñòîòàìè è áîëüøèìè êîýôôèöèåíòàìè óñèëåíèÿ. ×òîáû ìàêñèìàëüíî ïîâûñèòü òî÷íîñòü ñîîòâåòñòâóþùåé ñõåìû, íåîáõîäèìî çíàòü âõîäíóþ åìêîñòü îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Îäíàêî â òåõíè÷åñêèõ îïèñàíèÿõ ýòà èíôîðìàöèÿ ÷àñòî îòñóòñòâóåò, ïîýòîìó åå íåîáõîäèìî îïðåäåëÿòü ñàìîñòîÿòåëüíî. È ýòî ìîæåò áûòü ñëîæíî, ïîñêîëüêó âõîäíàÿ åìêîñòü âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ñîñòàâëÿåò âñåãî íåñêîëüêî ïèêîôàðàä.  Òàáëèöå 1 ïåðå÷èñëåíû íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ ïðèìåðîâ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé è ñîîòâåòñòâóþùèå çíà÷åíèÿ èõ âõîäíîé åìêîñòè. Òàáëèöà 1. Ðàçëè÷íûå îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè è çíà÷åíèÿ èõ âõîäíîé åìêîñòè Òèï ÎÓ
Âõîäíàÿ åìêîñòü
LT1792
ÎÓ ñ ïîëåâûìè òðàíçèñòîðàìè íà âõîäàõ
14 ïÔ
LT1813
Ìàëîøóìÿùèé ÎÓ
AD826
Áûñòðîäåéñòâóþùèé ÎÓ
ADA4097-1
Ïðåöèçèîííûé ÎÓ ñ íèçêèìè âõîäíûìè òîêàìè
AD8009
Óñèëèòåëü ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó
ÎÓ
2 ïÔ 1.5 ïÔ 3 ïÔ 2.6 ïÔ
Êàê îïðåäåëèòü âõîäíóþ åìêîñòü Ïðîñòîé ñïîñîá îïðåäåëèòü âõîäíóþ åìêîñòü îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ – äîáà-
29
VCC RSER
+ CIN ÎÓ
VSIN –
VSS
Ðèñóíîê 1. Ñ ïîìîùüþ ïîñëåäîâàòåëüíîãî ðåçèñòîðà íà âõîäå ìîæíî èçìåðèòü âõîäíóþ åìêîñòü îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ.
âèòü ðåçèñòîð (RSER) ïîñëåäîâàòåëüíî ñ âõîäîì îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (Ðèñóíîê 1).  ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåòñÿ ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò ïåðâîãî ïîðÿäêà ñ ÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòèêîé, êîòîðàÿ ìîæåò áûòü çàïèñàíà àíàëèçàòîðîì öåïåé. Ïî ÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòèêå ìîæíî ðàññ÷èòàòü âõîäíóþ åìêîñòü. Ñîïðîòèâëåíèå RSER îáû÷íî íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå îò 10 äî 100 êÎì.
Ïðè ðåãèñòðàöèè ÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòèêè íåîáõîäèìî óáåäèòüñÿ, ÷òî òî÷íîñòü èçìåðåíèé íå óõóäøàåòñÿ èç-çà ïàðàçèòíîé åìêîñòè è èíäóêòèâíîñòè ïå÷àòíîé ïëàòû èëè èñïûòàòåëüíîé óñòàíîâêè. ×òîáû ïàðàçèòíàÿ åìêîñòü áûëà ìèíèìàëüíîé, ñëåäóåò âûáðàòü âûñîêîå ðàçðåøåíèå èçìåðèòåëüíîãî ïðèáîðà. Ðåêîìåíäóåòñÿ èñïîëüçîâàòü ïðîáíèêè íà ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ ñ ìàëîé åìêîñòüþ (ìåíüøå 1 ïÔ). Åìêîñòü ïå÷àòíîé ïëàòû îòíîñèòåëüíî çåìëè òàêæå äîëæíà áûòü íàñêîëüêî âîçìîæíî íèçêîé. Ýòîãî ìîæíî äîáèòüñÿ, îáåñïå÷èâ îòñóòñòâèå çàçåìëÿþùåãî ñëîÿ ïîä ñèãíàëüíûìè ïðîâîäíèêàìè è ïîñëåäîâàòåëüíûì ðåçèñòîðîì. Êðîìå òîãî, ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü êàê ìîæíî áîëåå êîðîòêèå ëèíèè è âûâîäû (ðåçèñòîðà), ÷òîáû èñêëþ÷èòü äîïîëíèòåëüíûå èñòî÷íèêè îøèáîê, òàêèå êàê ïîñëåäîâàòåëüíàÿ è ïàðàçèòíàÿ èíäóêòèâíîñòü. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà âîçìîæíàÿ êîíôèãóðàöèÿ òåñòîâîé óñòàíîâêè ñ èñïîëüçîâàíèåì àíàëèçàòîðà öåïåé è ðàçâåòâèòåëÿ ìîùíîñòè.
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
Ïîñêîëüêó ïàðàçèòíàÿ åìêîñòü ïå÷àòíîé ïëàòû ïàðàëëåëüíà âõîäíîé åìêîñòè îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, ôîðìóëà (1) äîïîëíÿåòñÿ çíà÷åíèåì CIN, êàê ïîêàçàíî â ôîðìóëå (3):
CH A Out Àíàëèçàòîð öåïåé CH R VCC
OUT1 In Äåëèòåëü ìîùíîñòè
CIN + CSTR = RSER
+
CSTR
CIN
OUT2 50 W
RCM
–
VSS
Ðèñóíîê 2. Òåñòîâàÿ óñòàíîâêà äëÿ îïðåäåëåíèÿ âõîäíîé åìêîñòè ÎÓ.
1 , 2pR TH2 f2 ( -3 äÁ )
Íà ýòîò ðàç f2(–3 äÁ) ïðåäñòàâëÿåò ÷àñòîòó èçëîìà À×Õ íà óðîâíå –3 äÁ, èçìåðåííóþ àíàëèçàòîðîì öåïåé ñ îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì, à RTH2 ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé âíîñèìîãî ïîñëåäîâàòåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ RSER, âõîäíîãî ñîãëàñóþùåãî ñîïðîòèâëåíèÿ (50 Îì), âûõîäíîãî èìïåäàíñà äåëèòåëÿ ìîùíîñòè (50 Îì) è ñèíôàçíîãî âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (RCM):
R TH2 = (R SER + (50 || 50)) + R CM. Ðàçâåòâèòåëü ìîùíîñòè âûïîëíÿåò ôóíêöèþ äåëèòåëÿ ñèãíàëà. Ñèãíàë â íåèçìåííîì âèäå 1:1 ïîäàåòñÿ íà âõîä àíàëèçàòîðà öåïåé è ÷åðåç ñîçäàííûé ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò ïîñòóïàåò íà âõîä ÎÓ. Çàòåì íà îñíîâå ðàçíîñòè ìåæäó ýòèìè äâóìÿ ñèãíàëàìè àíàëèçàòîð öåïåé ñòðîèò ÷àñòîòíóþ õàðàêòåðèñòèêó.
Äëÿ ñàìîãî èçìåðåíèÿ íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü ïàðàçèòíóþ åìêîñòü CSTR. Äëÿ ýòîãî ñèãíàë ïîäàåòñÿ íà ïëàòó áåç îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. Èç ðåçóëüòèðóþùåé äèàãðàììû Áîäå ïî ôîðìóëå (1) ðàññ÷èòûâàåòñÿ CSTR:
CSTR =
1 , 2pR TH1f 1( -3 äÁ )
(1)
ãäå f1(–3 äÁ) – ÷àñòîòà ñðåçà ïî óðîâíþ –3 äÁ, èçìåðåííàÿ ñ ïîìîùüþ àíàëèçàòîðà öåïåé áåç îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, à RTH1 – ôóíêöèÿ âêëþ÷åííîãî ïîñëåäîâàòåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ R SER , âõîäíîãî ñîãëàñóþùåãî ñîïðîòèâëåíèÿ (50 Îì) è 50-îìíîãî èìïåäàíñà èñòî÷íèêà ñî ñòîðîíû äåëèòåëÿ ìîùíîñòè (ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà Òåâåíåíà):
R TH1 = R SER + (50 || 50).
(2)
Äàëåå îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü óñòàíàâëèâàåòñÿ íà ïå÷àòíóþ ïëàòó.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
(4)
Îáû÷íî äëÿ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé ñ ÊÌÎÏ âõîäàìè RSER << RCM. Ñëåäîâàòåëüíî, RTH2 » RTH1 è ôîðìóëó (3) ìîæíî ïåðåïèñàòü, êàê ïîêàçàíî â (5):
CIN + CSTR =
Âûïîëíåíèå èçìåðåíèé
(3)
1 , 2pR TH1f2 ( -3 äÁ )
(5)
Çàòåì ñ ïîìîùüþ ôîðìóë (1) è (5) ìîæíî îïðåäåëèòü âõîäíóþ åìêîñòü îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ.
Çàêëþ÷åíèå Èçìåðåíèå âõîäíîé åìêîñòè îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ìîæåò áûòü òðóäíîé çàäà÷åé. Îíà ÷àñòî íàõîäèòñÿ â ïèêîôàðàäíîì äèàïàçîíå, è ïàðàçèòíûå ýôôåêòû â òåñòîâîé óñòàíîâêå èñêàæàþò ðåçóëüòàò. Íî ñ ïîìîùüþ íåáîëüøîãî èñïûòàòåëüíîãî óñòðîéñòâà è ñîîòâåòñòâóþùåãî èçìåðèòåëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ, ñîñòîÿùåãî èç àíàëèçàòîðà öåïåé è ðàçâåòâèòåëÿ ìîùíîñòè, îïðåäåëèòü âõîäíóþ åìêîñòü íåñëîæíî. Ñíà÷àëà ïî ÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòèêå îïðåäåëÿþò ïàðàçèòíóþ åìêîñòü, à çàòåì – îáùóþ åìêîñòü ñõåìû ñ îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì. Ñ ïîìîùüþ ïðèâåäåííûõ âûøå ôîðìóë ìîæíî ðàññ÷èòàòü ôàêòè÷åñêóþ âõîäíóþ åìêîñòü îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. ÐË
31
Ïîäàâèòåëü ïóëüñàöèé ØÈÌ ÖÀÏ ñ àíàëîãîâûì âû÷èòàíèåì Stephen Woodward EDN
ÊÊàæäûé öèôðî-àíàëîãîâûé ïðåîáðàçîâàòåëü íà îñíîâå ØÈÌ (ØÈÌ ÖÀÏ) íóæäàåòñÿ â àíàëîãîâîé ôèëüòðàöèè, ÷òîáû îòäåëèòü æåëàåìóþ ïîñòîÿííóþ ñîñòàâëÿþùóþ, ïðîïîðöèîíàëüíóþ êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ ØÈÌ, îò íåæåëàòåëüíûõ ïóëüñàöèé. Ñàìûì ïðîñòûì ñïîñîáîì ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ýëåìåíòàðíîãî RC-ôèëüòðà íèæíèõ ÷àñòîò, ïèêîâàÿ àìïëèòóäà ïóëüñàöèé VRIP íà âûõîäå êîòîðîãî è ìàêñèìàëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VFS (äëÿ íàèõóäøåãî ñëó÷àÿ ïðè 50ïðîöåíòíîì êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ØÈÌ) ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì
VRIP T = PWM . VFS 4 × RC ãäå TPWM – ïåðèîä èìïóëüñîâ ØÈÌ, è RC > TPWM. Î÷åâèäíûé êîíñòðóêòèâíûé êîìïðîìèññ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî, õîòÿ, âûáðàâ äîñòàòî÷íî áîëüøîå ïðîèçâåäåíèå RC, ìîæíî äîñòè÷ü ëþáîé æåëàåìîé ñòåïåíè îñëàáëåíèÿ ïóëüñàöèé, âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ ñîîòâåòñòâåííî óõóäøèòñÿ. Íàïðèìåð, åñëè ìû (äîñòàòî÷íî ëîãè÷íî) âûáåðåì îïðåäåëåíèå ïîëîñû óñòàíîâëåíèÿ êàê äèàïàçîí ìåæäó ïèêàìè ïóëüñàöèé, òî âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ TSTL áóäåò ðàâíî:
TSTL
32
æV ö ln çç FS ÷÷ V æV ö = RC × ln çç FS ÷÷ =T PWMVFS è RIP ø . 4 VRIP è V RIP ø
Ñëåäñòâèÿ, âûòåêàþùèå èç ýòîãî ñîîòíîøåíèÿ, ìîæíî ïðîèëëþñòðèðîâàòü äëÿ 8áèòíîãî ñëó÷àÿ: Ïóñòü
VRIP 1 = ; RC = 64TPWM . VFS 256 Òîãäà
TSTL = 64 ln( 256 ) ×T PWM = 355T PWM , ÷òî, äàæå äëÿ äîâîëüíî áûñòðîé ØÈÌ 32 êÃö (TPWM = 31 ìêñ) ïðåäñêàçûâàåò ëåäíèêîâîå âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ 11 ìñ. Î÷åâèäíî, ÷òî åñëè âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ êðèòè÷åñêèì ïàðàìåòðîì êîíñòðóêöèè, íàì íóæíî äîáèòüñÿ áîëüøåãî óñïåõà è íàéòè íå ñòîëü óïðîùåííóþ ñõåìó ôèëüòðàöèè. Êðàéíîñòè, ê êîòîðûì ìîæíî ïðèéòè, äâèãàÿñü â ýòîì íàïðàâëåíèè, èëëþñòðèðóåò ìîÿ ïðåäûäóùàÿ ñòàòüÿ [1]. Íî íå äëÿ âñÿêîãî ïðèëîæåíèÿ, êîòîðîå íå ìîæåò âûäåðæàòü ÷åðåïàøüåé ñêîðîñòè 355·TPWM, íåîáõîäèìî èëè îïðàâäàíî òàêîå ñëîæíîå ðåøåíèå äëÿ ôèëüòðàöèè. Ïðåäñòàâëåííàÿ çäåñü èäåÿ îðèåíòèðîâàíà íà ïðîìåæóòî÷íûå ïðèëîæåíèÿ. Êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 1, áàçîâûé ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò R1/C1 äîïîëíåí èíâåðòîðîì è ýëåìåíòàìè R2 è C2, ñî÷åòàíèå êîòîðûõ èíâåðòèðóåò è âû÷èòàåò èç ïîëåçíîãî ñèãíàëà (áóëüøóþ
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
5 ÂÛÕÎÄ ØÈÌ
ÂÎËÜÒÛ
4 ÖÀÏ áåç ÏÎÄÀÂËÅÍÈß ÏÓËÜÑÀÖÈÉ
3 2
ÖÀÏ ñ ÏÎÄÀÂËÅÍÈÅÌ ÏÓËÜÑÀÖÈÉ
1 0 0
2
4
6
8
10
12
14 2
VRIP æ TPWM ö =ç ÷ . VFS è 4 × RC ø
Öèêëû ØÈÌ ÏÎÄÀÂËÅÍÈÅ ÏÓËÜÑÀÖÈÉ R2 ØÈÌ
C2
R1
ÂÛÕÎÄ ÖÀÏ
C1
Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ïîäàâèòåëÿ ïóëüñàöèé ØÈÌ ÖÀÏ è âðåìåííûå äèàãðàììû ñèãíàëîâ.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
÷àñòü) íåæåëàòåëüíîé ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé, îñòàâëÿÿ îòíîñèòåëüíî ÷èñòûé àíàëîãîâûé ñèãíàë ñî âðåìåíåì óñòàíîâëåíèÿ íàìíîãî ìåíüøèì, ÷åì ó ïðîñòîãî RCôèëüòðà. Íî íàñêîëüêî ÷èñòî «îòíîñèòåëüíî ÷èñòî» è íàñêîëüêî áûñòðî «íàìíîãî ìåíüøå»? Åñëè âûáðàòü R2 = R1 è C2 = C1, çíà÷åíèÿ ïóëüñàöèé è âðåìåíè óñòàíîâëåíèÿ äëÿ íîâîé ñõåìû áóäóò ñëåäóþùèìè:
æV ö TSTL =T PWM ln çç FS ÷÷ è V RIP ø
æ VFS ö çç ÷÷ . è 16 V RIP ø
Îáðàùàÿñü îïÿòü ê 8-áèòíîìó ñëó÷àþ (ãðàôè÷åñêè ïðîèëëþñòðèðîâàííîìó íà Ðèñóíêå 1), ïóñòü
RC = 4TPWM .
33
Òîãäà
TSTL = 22 ×T PWM = 0.69 ìñ . Ñ âîçâåäåííûì â êâàäðàò îòíîøåíèåì àìïëèòóä ïðè ÷àñòîòå 32 êÃö óñòàíîâëåíèå ïðîèñõîäèò â 16 ðàç áûñòðåå! Äëÿ ìíîãèõ ïðèëîæåíèé ýòî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé î÷åíü âûãîäíûé êîìïðîìèññ ìåæäó
34
íåçíà÷èòåëüíûì óâåëè÷åíèåì ñëîæíîñòè ñõåìû è ñóùåñòâåííûì óëó÷øåíèåì õàðàêòåðèñòèê ØÈÌ ÖÀÏ. ÐË
Ññûëêà 1. Stephen Woodward. Ñíèæåíèå óðîâíÿ ïóëüñàöèé âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ØÈÌ-ÖÀÏ ñ ïîìîùüþ ñèíõðîííîãî ôèëüòðà
ÑÒÀÒÜÈ
Äîáàâëåííûé ÀÖÏ ïîâûøàåò òî÷íîñòü àíàëîãîâîãî èçâëå÷åíèÿ êâàäðàòíîãî êîðíÿ Yakov Velikson Electronic Design
ÈÈçâåñòíûå
àíàëîãîâûå óñòðîéñòâà äëÿ èçâëå÷åíèÿ êâàäðàòíîãî êîðíÿ ñîäåðæàò îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü è óìíîæèòåëü, âêëþ÷åííûé â öåïü îáðàòíîé ñâÿçè. Òî÷íîñòü ýòèõ óñòðîéñòâ çàâèñèò îò ìåòîäà ïîñòðîåíèÿ óìíîæèòåëÿ, ïðè÷åì íàèáîëåå òî÷íûé ðåçóëüòàò äàåò èñïîëüçîâàíèå ëîãàðèôìè÷åñêîé è àíòèëîãàðèôìè÷åñêîé ôóíêöèé. Îäíàêî áåç ïîäñòðîéêè èëè êàëèáðîâêè äàæå îíè íå îáåñïå÷èâàþò òî÷íîñòè ëó÷øå ±0.1%. Ïðåäëàãàåìàÿ çäåñü ñõåìà óñòðàíÿåò ýòî îãðàíè÷åíèå, ñâÿçàííîå ñ àíàëîãîâûì óìíîæèòåëåì, èñïîëüçóÿ äëÿ ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè èçâëå÷åíèÿ êâàäðàòíîãî êîðíÿ àíàëîãîöèôðîâûå ïðåîáðàçîâàíèÿ. Óñòðîéñòâî îñíîâàíî íà ñîîòíîøåíèè:
Ýòè ñîîòíîøåíèÿ ðåàëèçóþòñÿ â äàííîì óñòðîéñòâå çà ñ÷åò ïîääåðæàíèÿ ïðèáëèçèòåëüíîãî áàëàíñà äâóõ íàïðÿæåíèé: V1, ïðîïîðöèîíàëüíîãî K(1 – N), è V2, ïðîïîðöèîíàëüíîãî X/K(1 – N). Âåëè÷èíà N îãðàíè÷åíà äèàïàçîíîì 0 £ N < 1. Ïîäõîä îñíîâàí íà òðåõ ôóíêöèîíàëüíûõ áëîêàõ (Ðèñóíîê 1), äâà èç êîòîðûõ ôîðìèðóþò íàïðÿæåíèÿ äëÿ ïîñëåäóþùåãî ñðàâíåíèÿ. Áëîê 1 ñîñòîèò èç èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF, àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ÀÖÏ) ñ öèôðî-àíàëîãîâûì ïðåîáðàçîâàòåëåì (ÖÀÏ), îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, êîìïàðàòîðà è ðåâåðñèâíîãî ñ÷åò÷èêà ñî ñõåìîé óïðàâëåíèÿ. Áëîê 2 ñîäåðæèò îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü ñ ÖÀÏ, âêëþ÷åííûì â
K 2 (1 - N)2 = X , ãäå 2 K – êîíñòàíòà, X – âåëè÷èíà, ïðîïîðöèîíàëüíàÿ VIN. Îòñþäà
N
+VIN
2
–VREF
1 V2
V1
3
K(1 - N) = X è
K(1 - N) =
X . K(1 - N)
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
VOUT
Ðèñóíîê 1. Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ àíàëîãîâàÿ ñõåìà èçâëå÷åíèÿ êâàäðàòíîãî êîðíÿ ñîñòîèò èç òðåõ áëîêîâ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ, îáåñïå÷èâàþùåé óìåíüøåíèå îøèáêè.
35
N ÖÀÏ2
2R
R 2R
R 2R
Ðåâåðñèâíûé ñ÷åò÷èê
R
Ââåðõ
2R 2R
ÖÀÏ1
R
R
R
–VREF
2R
Âíèç
2R
2R
2R
2R
Óïðàâëåíèå ñ÷åò÷èêîì
+VIN
A3 R2 1.6 R
+ – +
–
R1 R
A2 V2
R3
R3
5 R4
5 R4 –
R4
V1
–
A1
+
+
A4
R4
VOUT
Ðèñóíîê 2.  ïðèìåðå ñõåìû äëÿ íàãëÿäíîñòè è ïðîñòîòû èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî ÷åòûðå ïåðåêëþ÷àòåëÿ â êàæäîì ÖÀÏ, íî êîëè÷åñòâî ïåðåêëþ÷àòåëåé ìîæíî óâåëè÷èòü äëÿ ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè.
öåïü îáðàòíîé ñâÿçè, êîòîðûé âûðàáàòûâàåò ñèãíàë äëÿ ÀÖÏ. Áëîê 3 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñóììèðóþùèé óñèëèòåëü, êîòîðûé ñóììèðóåò âûõîäíûå ñèãíàëû Áëîêîâ 1 è 2 è ìàñøòàáèðóåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðîïîðöèîíàëüíî êâàäðàòíîìó êîðíþ èç âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.  ïðèìåðå ñõåìû íà Ðèñóíêå 2 àíàëîãîâûé áëîê óñòðîéñòâà ñîäåðæèò óñèëèòåëè A1, A2 è A4, öèôðî-àíàëîãîâûé áëîê ñîñòîèò èç ÖÀÏ1 è ÖÀÏ2, à öèôðîâîé áëîê ïðåäñòàâëåí ðåâåðñèâíûì ñ÷åò÷èêîì.  ýòîì ïðèìåðå â êàæäîì ÖÀÏ ïîêàçàíû òîëüêî ÷åòûðå ïåðåêëþ÷àòåëÿ, íî èõ êîëè÷åñòâî ìîæíî óâåëè÷èòü äëÿ ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè.  Áëîêå 1 ðåçèñòîð R1 âêëþ÷åí â îáðàòíóþ ñâÿçü ÖÀÏ1; åãî ñîïðîòèâëåíèå ïðîïîðöèîíàëüíî ñîïðîòèâëåíèþ ðåçèñòîðíîé ìàòðèöû R-2R ÖÀÏ1: R1 = n1R. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óñèëèòåëÿ A1 ðàâíî:
V1 = n1VREF (1 - N). Â Áëîêå 2 ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R2 òàêæå ïðîïîðöèîíàëüíî ñîïðîòèâëåíèþ ðåçèñòîðíîé ìàòðèöû R-2R ÖÀÏ2: Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óñèëèòåëÿ A2 ðàâíî:
V2 = -
36
VIN . n2 (1 - N)
Çíà÷åíèå (1 – N) ñîîòâåòñòâóåò óñòàíîâêå âñåõ ïåðåêëþ÷àòåëåé â ÖÀÏ1 è â ÖÀÏ2 â èñõîäíîå ïîëîæåíèå, à ïîñëåäíåãî ðåçèñòîðà â öåïî÷êå – êàê R-2R. Ñ ðîñòîì N óìåíüøàåòñÿ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ V1 è óâåëè÷èâàåòñÿ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ V2.Óìåíüøåíèå N ïðèâîäèò ê ïðîòèâîïîëîæíîìó èçìåíåíèþ. Íàïðÿæåíèÿ V1 è V2 ñðàâíèâàþòñÿ êîìïàðàòîðîì A3. Äâà óðîâíÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ êîìïàðàòîðà óïðàâëÿþò áëîêîì ðåâåðñèâíîãî ñ÷åò÷èêà, ñîñòîÿùèì èç èñòî÷íèêà èìïóëüñîâ è ïåðåêëþ÷àòåëåé íàïðàâëåíèÿ ñ÷åòà. Ïðè ïðèáëèçèòåëüíîì áàëàíñå V1 è V2 îøèáêè ýòèõ íàïðÿæåíèé íàõîäÿòñÿ â äèàïàçîíå ìëàäøåãî çíà÷àùåãî áèòà è èìåþò ïðîòèâîïîëîæíóþ ïîëÿðíîñòü, ïîýòîìó èõ îáúåäèíåíèå ïîçâîëÿåò äîáèòüñÿ ÷àñòè÷íîé êîððåêöèè êîíå÷íîãî ðåçóëüòàòà. Ýòî äåëàåòñÿ ïóòåì ïîäà÷è íàïðÿæåíèé V1 è V2 íà óñèëèòåëü A4 ÷åðåç äâà ðåçèñòèâíûõ äåëèòåëÿ:
R4 , 2n3 ´ R4 ãäå
V1 = V2 = n3 VIN .
ÑÒÀÒÜÈ
Äëÿ óïðîùåíèÿ ðàñ÷åòîâ â ýòîì ïðèìåðå ìàñøòàáíûå êîýôôèöèåíòû áûëè âûáðàíû èç ñòàíäàðòíîãî äëÿ àíàëîãîâûõ ñõåì äèàïàçîíà 0 < VIIN £ 10  è VREF = –10 Â. Äëÿ ìàêñèìàëüíîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VIN = 10  âûáîð n2 = 1.6 = 4/2.5 ïîçâîëÿåò âûáðàòü K = 4, ÷òî äàåò n1 = 1.0 è n3 = 2.5. Òî÷íîñòü ýòîé ñõåìû îãðàíè÷åíà òîëüêî êîëè÷åñòâîì ïåðåêëþ÷àòåëåé â êàæäîì ÖÀÏ; ïðè ýòîì êàæäûé äîïîëíèòåëüíûé ïåðåêëþ÷àòåëü ïðåäñòàâëÿåò ñëåäóþùèé ìëàäøèé çíà÷àùèé áèò â äâîè÷íîì êîäå. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî
N=
z , zMAX + z 0
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
ãäå z – òåêóùàÿ ñóììà âñåõ ðàçðÿäîâ, zMAX – ìàêñèìàëüíî âîçìîæíàÿ ñóììà, z0 – íàèìåíüøèé çíà÷àùèé áèò. Òàêèì îáðàçîì, ïðåäëîæåííàÿ ñõåìà ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü òî÷íîñòü èçâëå÷åíèÿ êâàäðàòíîãî êîðíÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ îáû÷íûìè èíòåãðàëüíûìè ñõåìàìè. ÐË
Ññûëêà 1. Electronic Circuits Handbook for Design and Application, Tietze, Ulrich, Christoph Schenk, & Eberhard Gamm. 2nd ed., Springer 2008.
37
Óñîâåðøåíñòâîâàííûé áàðîìåòð-òåðìîìåòðãèãðîìåòð ñ E-ink äèñïëååì Àëåêñåé Êóçüìèíîâ, Ìîñêâà
 ñòàòüå ïðèâåäåíû ïðèíöèïèàëüíûå ñõåìû, ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà, ðàçâîäêà ïëàò, êîíñòðóêöèÿ è ðåçóëüòàòû ðàáîòû áàðîìåòðà-òåðìîìåòðà-ãèãðîìåòðà íà áàçå ÌÝÌÑäàò÷èêà BME280, ìèêðîêîíòðîëëåðà (MK) EFM8SB10F8 è E-ink äèñïëåÿ ñ ðàçðåøåíèåì 128×250 ïèêñåëåé ñ ïèòàíèåì îò òàáëåòî÷íîé áàòàðåéêè CR2477, ïîçâîëÿþùåé íåïðåðûâíóþ ðàáîòó ïðèáîðà â òå÷åíèå, êàê ìèíèìóì, 10 ëåò ïðè îáíîâëåíèè ïîêàçàíèé äàâëåíèÿ, òåìïåðàòóðû è âëàæíîñòè ðàç â 5 ìèíóò.
Ââåäåíèå  ïîñëåäíèå íåñêîëüêî ëåò â øèðîêîé ïðîäàæå ïîÿâèëèñü äèñïëåè, êîòîðûå íàçûâàþò ýëåêòðîííûìè ÷åðíèëàìè (E-ink) èëè ýëåêòðîííîé áóìàãîé (E-paper). Ýòè äèñïëåè îáëàäàþò îäíèì èíòåðåñíûì ñâîéñòâîì: îíè ïîòðåáëÿþò ýíåðãèþ (òîê â íåñêîëüêî ìÀ) òîëüêî âî âðåìÿ îáìåíà èíôîðìàöèåé ñ ÌÊ (ýòî íåñêîëüêî ñåêóíä), à â òàê íàçûâàåìîì ðåæèìå ñíà (sleep-ðåæèì) ïîòðåáëåíèå òîêà ñóùåñòâåííî ñíèæàåòñÿ äî íåñêîëüêèõ ìêÀ. Ïðè ýòîì èíôîðìàöèÿ íà äèñïëåå ñîõðàíÿåòñÿ êàê â sleep-ðåæèìå, òàê è âîîáùå ïðè îòêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ. Ïðèìåíåíèå òàêèõ äèñïëååâ ñäåðæèâàëîñü èõ îòíîñèòåëüíî âûñîêîé öåíîé (îò 1000 ðóá. è áîëåå ñ ðàçðåøåíèåì, íàïðèìåð, 152×152 èëè 104×212 ïèêñåëåé) è, êðîìå òîãî, äîñòàòî÷íî óçêèì òåìïåðàòóðíûì äèàïàçîíîì (0 – +30 °C). Îäíàêî â ïîñëåäíèå ïàðó ëåò ïîÿâèëèñü íîâûå E-ink äèñïëåè, öåíà êîòîðûõ ñíèçèëàñü ïî÷òè â òðè ðàçà (äî 300 – 400 ðóá. ñ òåì æå è äàæå áîëüøåì ðàçðåøåíèåì – äî 128×250 ïèêñåëåé), à èõ òåìïåðàòóðíûé äèàïàçîí
38
ñòàë çàìåòíî øèðå – îò –20 °C äî +50 °C. Êðîìå òîãî, â íîâûõ E-ink äèñïëåÿõ ïîòðåáëåíèå òîêà â sleep-ðåæèìå ñíèçèëîñü äî íåñêîëüêèõ äåñÿòûõ äîëåé ìêÀ.  ñòàòüå àâòîðà [1] îïèñàí áàðîìåòð-òåðìîìåòð-ãèãðîìåòð íà áàçå BME280, MK EFM8SB10F8 ñ 8ðàçðÿäíûì 7-ñåãìåíòíûì ÆÊÈ RND0007PAN-#00. Åñëè BME280 è EFM8SB10F8 â sleep-ðåæèìå ïîòðåáëÿþò òîêè âñåãî 0.1 ìêÀ è 0.5 ìêÀ, ñîîòâåòñòâåííî, òî ïîäîáíûé ÆÊÈ, äëÿ êîòîðîãî îòñóòñòâóåò ðåæèì ñíà è êîòîðûé äîëæåí ïîñòîÿííî ðàáîòàòü (èíà÷å èçîáðàæåíèå ïðîïàä¸ò), ïîòðåáëÿåò òîê îêîëî 20 ìêÀ. Õîòÿ òàêîé òîê è äîñòàòî÷íî ìàë, âðåìÿ ðàáîòû ïîäîáíîãî ïðèáîðà ïðè ïèòàíèè îò èñïîëüçóåìîé ëèòèåâîé áàòàðåéêè CR2477 åìêîñòüþ îêîëî 1 À·÷, ïî ïîäñ÷åòàì àâòîðà, íå ïðåâûñèò 5 ëåò. Àâòîð çàäàëñÿ âîïðîñîì: à íåëüçÿ ëè â ïîäîáíîì ïðèáîðå çàìåíèòü ÆÊÈ îòíîñèòåëüíî íîâûì E-ink äèñïëååì ñ ðàçðåøåíèåì, íàïðèìåð, 128×250 ïèêñåëåé, ïîòðåáëåíèå òîêà êîòîðîãî â sleep-ðåæèìå îêîëî 0.6 ìêÀ? Íî ïîäîáíîå ðàçðåøåíèå ïðåäïîëàãàåò ñóùåñòâåííî áóëüøóþ ïðîãðàììíóþ
ÑÕÅÌÛ
R2
RST
+3
+3
DD1 1
RST
2 3 4 5
C2D
6
Ñ2
Ñ3
1.0
0.1
P01
P00 GND Vdd RST/ C2CK C2D
EFM8SB10F8-QFN20
20 P02 19 P03 18 P04 17 P05
1K P06
16
2 3
MOSI
4
CSD
5 6
RES 7 BUSY 8 PLL-8R1 X5 +3 MOSI
P12/ 11 MOSI MOSI
2 3
SCK
4
CSB
5 6 PLL-6R1
X2
2 3
1
MISO
X1 1 +3
1
SCK
D/C
15 CSB P07/CSB 14 SCK P10/SCK 13 MISO P11/MISO 12 GND
BUSY 7 P17/BUSY RES 8 P16/RES 9 D/C P15/D/C CSD 10 P13/CSD
1K Ñ1 1.0
X4
TxD RxD
R1 +3
1
TxD RxD 4
C2D RST
PLL-4R1
2 3 PLL-3R1
X3 1 +3
2 PLS-2R1
Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ïëàòû ÌÊ.
ïàìÿòü ÌÊ (ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðèìèòèâíûì îáìåíîì ñ ÆÊÈ), ïîñêîëüêó, êàê áóäåò âèäíî èç äàëüíåéøåãî èçëîæåíèÿ, êàæäûé ñèìâîë òàêîãî äèñïëåÿ äîëæåí áûòü ðàñïîëîæåí íà ïîëå â 48×27 ïèêñåëåé è ïîòðåáóåò 162 áàéòà ïðîãðàììíîé ïàìÿòè, à ïðè èõ êîëè÷åñòâå 16 (10 öèôð è 6 ñïåöèàëüíûõ ñèìâîëîâ, îòðàæàþùèõ ðàçìåðíîñòü èçìåðåííûõ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí) ïðîãðàììíàÿ ïàìÿòü óâåëè÷èòñÿ ïðèìåðíî íà 2.6 ÊÁ (2592 áàéòà). È õâàòèò ëè ïðîãðàììíîé ïàìÿòè EFM8SB10F8 (8 ÊÁ) äëÿ ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ïîäîáíîãî ïðèáîðà? Êàê îêàçàëîñü âïî-ñëåäñòâèè, ïðèìåíåíèå E-ink äèñïëåÿ â òàêîì ïðèáîðå âïîëíå âîçìîæíî, è ïðîãðàììíîé ïàìÿòè ÌÊ òàêæå õâàòèëî (è äàæå åùå îñòàëîñü íåèñïîëüçîâàííûìè îêîëî 0.5 ÊÁ). À ïîñêîëüêó ïîòðåáëåíèå òîêà ïîäîáíîãî äèñïëåÿ â ðåæèìå ñíà âñåãî 0.6 ìêÀ, òî âðåìÿ ðàáîòû ïðèáîðà ïðè îáíîâëåíèè èíôîðìàöèè íà ýêðàíå äèñïëåÿ ðàç â 5 ìèíóò, ïî ïîäñ÷åòàì àâòîðà, ñîñòàâèò áîëåå 10 ëåò ïðè ïèòàíèè îò áàòàðåéêè CR2477 (ñðîê ñëóæáû êîòîðîé íå ïðåâûøàåò 10 ëåò).
Ïðèíöèïèàëüíûå ñõåìû Êàê âèäíî èç Ðèñóíêà 1, ñõåìà ïëàòû ñ ÌÊ EFM8SB10F8-QFN20 (DD1) î÷åíü ïðîñòà.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
RC-öåïî÷êà R1R2C1 ïðåäíàçíà÷åíà êàê äëÿ øòàòíîé ðàáîòû ÌÊ ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ (îíà çàòÿãèâàåò íèçêîå ñîñòîÿíèå ñèãíàëà RST, òðåáóþùååñÿ ïî øòàòó ðàáîòû, íà âðåìÿ çàðÿäà êîíäåíñàòîðà C1), òàê è â ðåæèìå ïðîãðàììèðîâàíèÿ ïî èíòåðôåéñó C2 ñ ïîìîùüþ ñèãíàëîâ RST è C2D (ðåçèñòîð R2 äàåò âîçìîæíîñòü ëåãêî óïðàâëÿòü ñèãíàëîì RST îò ýòîãî èíòåðôåéñà). Ýòè äâà ñèãíàëà (RST è C2D) è «çåìëÿ» âûâåäåíû íà ðàçúåì X2, ê êîòîðîìó îòâåòíûì ãíåçäîì ïîäêëþ÷àåòñÿ êàáåëü ñîïðÿæåíèÿ ñ USB DEBUG àäàïòåðîì, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, ñîïðÿãàåòñÿ ñ êîìïüþòåðîì ïî èíòåðôåéñó USB (ñõåìó ñîïðÿæåíèÿ ìîæíî íàéòè â [2]). Âòîðîé âàðèàíò ïðîãðàììèðîâàíèÿ ÌÊ – ïî èíòåðôåéñó RS-232 ÷åðåç COM-ïîðò êîìïüþòåðà (COM1) ñ ïîìîùüþ äâóõ ñèãíàëîâ TxD è RxD. Ýòè äâà ñèãíàëà (TxD, RxD), «çåìëÿ» è ïèòàíèå (+3 Â) âûâåäåíû íà ðàçúåì X1, ê êîòîðîìó îòâåòíûì ãíåçäîì ïîäêëþ÷àåòñÿ êàáåëü îò ïðåîáðàçîâàòåëÿ óðîâíåé ñèãíàëîâ èíòåðôåéñà RS-232 â óðîâíè TTL è îáðàòíî, à ýòîò ïðåîáðàçîâàòåëü óðîâíåé, â ñâîþ î÷åðåäü, ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ïîðòó COM1 êîìïüþòåðà (ñõåìû è ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà ýòîãî ðåæèìà ïðîãðàììèðîâàíèÿ ïðèâåäåíû â [3]).
39
X5' X3’ 1 2 PLSF-2
VDD GND
X1'
X4’
X1’
1
1
Vcc
1
Vcc
GND (SCL) SCK
2 3
2 3
GND SCL
2 3
SCK
(SDA) MOSI
4
4
SDA
CSB
(CSB) CSB (SDO) MISO
5 6
CSB
GND
5 6
1
Vcc
+
2 3
MOSI
4 5 6
CR2477-PCN2
X1
Vcc
BAT1
MISO
PBS1.27-6
PLSF-6
SDO
PLS-6R1
Vcc
1
GND
GND
SCK
MOSI
2 3
4
MOSI
SCK
4
5 6
CSD
CSD
D/C
D/C
5 6
RES
RES
7 8
BUSY
7 BUSY 8
PBS1.27-8
(a)
(á)
(â)
PBS1.27-8
(ã)
Ðèñóíîê 2. Ñõåìû êàáåëåé: (a) – êàáåëü ïèòàíèÿ, (á) – êàáåëü ïîäêëþ÷åíèÿ ê BME280, (â) – ìîäóëü BME280, ( ã) – êàáåëü ïîäêëþ÷åíèÿ ê äèñïëåþ.
Èíòåðôåéñ ñîïðÿæåíèÿ ÌÊ ñ BME280 è äèñïëååì îäèí è òîò æå – SPI. Äëÿ ñîïðÿæåíèÿ ñ BME280 èñïîëüçóåòñÿ øòûðåâîé ðàçúåì X5, ê êîòîðîìó îòâåòíûì ãíåçäîì (X5', Ðèñóíîê 2á) ïîäêëþ÷àåòñÿ êàáåëü, âòîðîé êîíåö êîòîðîãî òàêæå îòâåòíûì ãíåçäîì (X1', Ðèñóíîê 2á) ïîäêëþ÷àåòñÿ ê øòûðåâîìó ðàçúåìó (X1, Ðèñóíîê 2â) ìîäóëÿ ñ BME280. Äëÿ ñîïðÿæåíèÿ ñ äèñïëååì èñïîëüçóåòñÿ øòûðåâîé ðàçúåì X4, ê êîòîðîìó îòâåòíûì ãíåçäîì (X4', Ðèñóíîê 2ã) ïîäêëþ÷àåòñÿ êàáåëü, âòîðîé êîíåö êîòîðîãî (X1', Ðèñóíîê 2ã) ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ðàçúåìó ïëàòû äèñïëåÿ (X1, Ðèñóíîê 3). Åñëè äëÿ ñîïðÿæåíèÿ ñ BME280 èñïîëüçóåòñÿ ïîëíûé (äâóíàïðàâëåííûé) èíòåðôåéñ SPI (ñèãíàëû MOSI, MISO è SCK), ò.å. â/èç BME280 ïåðåäàåòñÿ/ïðèíèìàåòñÿ èíôîðìàöèÿ, òî äëÿ ñîïðÿæåíèÿ ñ äèñïëååì (òî÷íåå, ñ åãî ïëàòîé – ñì. äàëåå) èñïîëüçóåòñÿ îäíîíàïðàâëåííûé èíòåðôåéñ SPI (ñèãíàëû MOSI è SCK), èëè, äðóãèìè ñëîâàìè, â äèñïëåé òîëüêî ïåðåäàåòñÿ èíôîðìàöèÿ. Ñêîðîñòü îáìåíà ïî SPI – 5 ÌÁîä. Ñèãíàëû âûáîðà êðèñòàëëà CS äëÿ BME280 è äèñïëåÿ ðàçíûå: CSB è SCD, ñîîòâåòñòâåííî. Îáìåí ïî SPI èäåò ñ òåì óñòðîéñòâîì, ó êîòîðîãî ñîñòîÿíèå CS íèçêîå (ëîã. 0). Ïîìèìî ñèãíàëîâ èíòåðôåéñà SPI (è CSD) â ïëàòó äèñïëåÿ ïåðåäàþòñÿ ñèãíàëû D/C (Data/Command – äàííûå/êîìàíäà) è RES (ñáðîñ) è ïðèíèìàåòñÿ ñèãíàë BUSY (çàíÿòî). Ïèòàíèå íà ïëàòó ÌÊ ïîäàåòñÿ íà øòûðåâîé ðàçúåì X3 (+3 Â è «çåìëÿ»), ê êîòîðîìó îòâåòíûì ãíåçäîì (X3', Ðèñóíîê 2à) ïîäêëþ÷àåòñÿ êàáåëü, âòîðàÿ ñòîðîíà êîòîðîãî ïîäêëþ÷àåòñÿ ê áàòàðåéêå (BAT1, Ðèñóíîê 2à).
40
Åñëè áàòàðåéêà îáîðóäîâàíà äâóìÿ ïðèâàðåííûìè êîíòàêòàìè (êàê â íàøåì ñëó÷àå – ñì. äàëåå), òî íà âòîðóþ ñòîðîíó ýòîãî êàáåëÿ ïðèïàèâàþòñÿ äâà öàíãîâûõ ãíåçäà, êîòîðûå íàäåâàþòñÿ íà êîíòàêòû áàòàðåéêè. Åñëè áàòàðåéêà áåç êîíòàêòîâ, òî ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ íå¸ áàòàðåéíûé îòñåê.  ýòîì ñëó÷àå äâà ïðîâîäà âòîðîé ñòîðîíû êàáåëÿ ïðîñòî ïðèïàèâàþòñÿ ê êîíòàêòàì ýòîãî îòñåêà. Âñå ðåçèñòîðû è êîíäåíñàòîðû (êåðàìè÷åñêèå) â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 – äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà ðàçìåðîì 0603. Ïðîñòîòà ñõåìû Ðèñóíîê 1 ïîçâîëèëà ëåãêî ðàçâåñòè ïëàòó ÌÊ, ðàçìåð êîòîðîé ñîñòàâèë âñåãî 12×15 ìì. Äëÿ ñîïðÿæåíèÿ äèñïëåÿ ñ ÌÊ â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ èñïîëüçóþòñÿ äâà òèïà êîíòðîëëåðîâ: UC8151 èëè SSD1675 (èëè èõ ðàçëè÷íûå âàðèàíòû). Èõ îïèñàíèÿ ëåãêî íàéòè â Èíòåðíåòå. Îáà êîíòðîëëåðà óæå âñòðîåíû â äèñïëåè. Èç äèñïëåÿ âûõîäèò ïëîñêèé øëåéô ñ 24-ìÿ êîíòàêòàìè ñ øàãîì 0.5 ìì. Äëÿ ñîïðÿæåíèÿ ýòîãî øëåéôà ñ ÌÊ èñïîëüçóåòñÿ ñïåöèàëüíàÿ ïëàòà (Ðèñóíîê 3). Ïðè÷åì, ñõåìà òàêîé ïëàòû äëÿ îáîèõ êîíòðîëëåðîâ ïðàêòè÷åñêè îäíà è òà æå. Ñõåìû äëÿ êàæäîãî êîíòðîëëåðà ðàçëè÷àþòñÿ òîëüêî òðåìÿ êîìïîíåíòàìè: èíäóêòèâíîñòüþ äðîññåëÿ L1*, íîìèíàëîì ðåçèñòîðà R2* è íàëè÷èåì èëè îòñóòñòâèåì êîíäåíñàòîðà C3*, ïîäêëþ÷åííîãî ê êîíòàêòó 4 ðàçúåìà X2, ê êîòîðîìó ïîäêëþ÷àåòñÿ øëåéô äèñïëåÿ. Äëÿ êîíòðîëëåðà UC8151 èíäóêòèâíîñòü L1* = 10 ìêÃí ñ ìàêñèìàëüíûì òîêîì 1 A, íîìèíàë R2* = 0.47 Îì è íîìèíàë C3* = 1.0 ìêÔ/50 Â; äëÿ SSD1675 L1* = 47 ìêÃí/0.25À, R2* = 2.2
ÑÕÅÌÛ
C1 4.7/50 +3
L1 50 ìêÃí 0.25 À
GDR
PMEG3010 C2 4.7/50 VD3
X2
PREVGL 1 GDR 2 RESE 3 Ñ3* 4 5 Ñ4 6 7 (4-wire SPI) 8 BUSY 9 RES 10 D/C 11 CSD 12 SCK 13 MOSI 14
PREVGH
PMEG3010 VT1 Si1308EDL RESE
R1 10K
R2* 2.2
Ñ5 +3 X1 +3
1
C3*-C12 1.0/50
Ñ6 Ñ7
MOSI
2 3
SCK
4
Ñ9
CSD
5 6
D/C
Ñ8 Ñ10 Ñ11 Ñ12
RES
7 BUSY 8 PLL-8R1
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
NC GDR RESE NC(VGL*) VGH TSCL TSCA BS BUSY RST D/C CS SCLK SDI VDDIO VCI GND VDD VPP VSH PREVGH VSL PREVGL VCOM
X2’ 1 2 3 4 5 6 7 8
Øëåéô 24/0.5 ìì
PMEG3010
VD2
HINK-E0213A22-A0
VD1
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
PREVGH PREVGL
Ðèñóíîê 3. Ñõåìà ïëàòû E-ink äèñïëåÿ.
Îì, à êîíäåíñàòîð C3* îòñóòñòâóåò (êîíòàêò 4 (NC – No Connect) íèêóäà íå ïîäêëþ÷àåòñÿ). Êñòàòè, ïî íàëè÷èþ èëè îòñóòñòâèþ êîíòàêòà 4 â øëåéôå ëåãêî îïðåäåëèòü, êàêîé òèï êîíòðîëëåðà èñïîëüçóåòñÿ (â íàøåì ñëó÷àå ýòî SSD1675). Íàçíà÷åíèå ïëàòû – ôîðìèðîâàíèå âûñîêèõ íàïðÿæåíèé +20  (ñèãíàë PREVGH) è –20  (PREVGL) ñ ïîìîùüþ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ïîñòðîåííîãî íà áàçå òðàíçèñòîðà VT1, äðîññåëÿ L1*, äèîäîâ VD1 – VD3 è êîíäåíñàòîðîâ C1, C2. Äëÿ ðàáîòû DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà çàòâîð òðàíçèñòîðà VT1 èç êîíòðîëëåðà ïîäàåòñÿ ìåàíäð ÷àñòîòîé îêîëî 1 ÌÃö (ñèãíàë GDR). Êîíäåíñàòîðû C3* – C12 òðåáóþòñÿ äëÿ øòàòíîé ðàáîòû êîíòðîëëåðà. Äèîäû VD1 – VD3 (â îðèãèíàëüíîé ñõåìå – ýòî MBR0530) áûëè çàìåíåíû äèîäàìè PMEG3010 â áîëåå êîìïàêòíîì êîðïóñå. Êðîìå òîãî, PMEG3010 ïî ñðàâíåíèþ ñ MBR0530 èìåþò ìåíüøåå ïðÿìîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ è áîëüøèé ìàêñèìàëüíûé òîê (1 À ïðîòèâ 0.5 À ó MBR0530).
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Ðåêîìåíäóåìóþ ïðîèçâîäèòåëåì äèñïëåÿ êàòóøêó èíäóêòèâíîñòè L1* àâòîðó íàéòè íå óäàëîñü, ïîýòîìó îíà áûëà íàìîòàíà íà ôåððèòîâîì êîëüöå èç ìàòåðèàëà Ì2500ÍÌÑ1 (µ = 2500) ê4õ2,5õ1,2 ðàçìåðîì (D/d/h) 4×2.5×1.2 ìì òðîéíûì ïðîâîäîì ÏÝË-0,22. ×òîáû íå ïîöàðàïàòü ëàê îáìîòî÷íîãî ïðîâîäà, ïåðåä åãî íàìîòêîé îñòðûå êðîìêè êîëüöà áûëè ñêðóãëåíû. Ïðè êîëè÷åñòâå âèòêîâ 12 èçìåðåííàÿ èíäóêòèâíîñòü ñîñòàâèëà 49 ìêÃí, à îìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå – 0.05 Îì (÷òî è òðåáóåòñÿ). Ìîæíî òàêæå èñïîëüçîâàòü àíàëîãè÷íîå êîëüöî èç ìàòåðèàëà Ì2000 (µ = 2000), íî êîëè÷åñòâî âèòêîâ äîëæíî ñîîòâåòñòâîâàòü èíäóêòèâíîñòè îêîëî 50 ìêÃí. Ê ðàçúåìó X1, êàê óêàçàíî âûøå, ïîäêëþ÷àåòñÿ êàáåëü ñîïðÿæåíèÿ ñ ÌÊ (Ðèñóíîê 2ã). Âñå ðåçèñòîðû è êîíäåíñàòîðû, êðîìå C2, – äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà ðàçìåðîì 0603 (C1 – 0805). Êîíäåíñàòîð C2 – âûâîäíîé. Íà åãî âûâîäû íàäåò ôòîðî-ïëàñòîâûé êåìáðèê (òåôëîíîâàÿ òðóáêà).
41
Ñõåìà Ðèñóíîê 3, êàê ìîæíî óáåäèòüñÿ, òàêæå íå îòëè÷àåòñÿ îñîáîé ñëîæíîñòüþ, ïîýòîìó ëåãêî ðàçâîäèòñÿ, à ïëàòà èìååò ðàçìåð 20×23 ìì.
Ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà Ïðîãðàììà â óæå ãîòîâîì çàãðóçî÷íîì *.hex-ôîðìàòå (EFM8SB10F8G-A-QFN20_7.hex) ïðèâåäåíà â äîïîëíèòåëüíûõ ìàòåðèàëàõ ê ñòàòüå â ðàçäåëå Çàãðóçêè. Ÿ ìîæíî çàïðîãðàììèðîâàòü â ÌÊ ëþáûì èç äâóõ âûøåïðèâåäåííûõ ñïîñîáîâ. Îäíàêî äëÿ òåõ, êòî õî÷åò ñàìîñòîÿòåëüíî íàïèñàòü ñâîþ ïðîãðàììó, àâòîð õîòåë áû ïîäåëèòüñÿ íåêîòîðûìè å¸ ìîìåíòàìè, â îñíîâíîì ñâÿçàííûìè ñ âûâîäîì èíôîðìàöèè íà äèñïëåé, ïîñêîëüêó îáìåí èíôîðìàöèåé MK ñ BME280 ïîäðîáíî îïèñàí â [1], è, ÷òîáû íå ïîâòîðÿòüñÿ, îñòàíàâëèâàòüñÿ íà í¸ì, íà âçãëÿä àâòîðà, íå èìååò ñìûñëà. E-ink äèñïëåé áûë ïðèîáðåò¸í àâòîðîì íà AliExpress ïî öåíå ÷óòü ìåíåå 300 ðóá. Íè íàçâàíèÿ äèñïëåÿ, íè êîíòðîëëåðà, ïðèìåíåííîãî â íåì, óêàçàíî íå áûëî. Åäèíñòâåííî, ÷òî áûëî íàïèñàíî ïðî äèñïëåé, ÷òî ýòî 3–öâåòíûé (êðàñíî-áåëî-÷¸ðíûé) E-ink äèñïëåé ðàçìåðîì 2.13 äþéìà ñ ðàçðåøåíèåì 104×212 ïèêñåëåé. Îäíàêî, êàê îêàçàëîñü âïîñëåäñòâèè, åãî ðàçðåøåíèå áûëî íåñêîëüêî âûøå, à èìåííî, – 128×250, ÷òî íåìàëî óäèâèëî è îáðàäîâàëî àâòîðà. Êîíòðîëëåð, ïðèìåíåííûé â äèñïëåå (SSD1675), êàê óêàçûâàëîñü âûøå, àâòîð îïðåäåëèë ïî îòñóòñòâèþ ÷åòâåðòîãî êîíòàêòà íà øëåéôå. Êðîìå òîãî, íà ýòîì æå øëåéôå óäàëîñü ðàçãëÿäåòü è íàäïèñü: HINK-E0213A22-A0. Íàèáîëåå ïîëíóþ èíôîðìàöèþ î ïðîãðàììèðîâàíèè E-ink (èëè E-paper) äèñïëååâ ìîæíî íàéòè íà ñàéòàõ [1] è [2], ïîñêîëüêó èç îïèñàíèÿ êîíòðîëëåðà SSD1675 ïîíÿòü, êàê ïðîãðàììèðóþòñÿ ïîäîáíûå äèñïëåè, äîñòàòî÷íî ïðîáëåìàòè÷íî. Íà ýòèõ ñàéòàõ ïðèâåäåíû ïðèìåðû ïðîãðàìì äëÿ ïëàò STM32 (íà C), Arduino (íà C), Raspberry Pi (íà Phyton) è ESP8266 (íà C). Âîò ïîèñòèíå çàñèëüå ïîäîáíûõ ïëàò. Õîòÿ íåïîíÿòíî, çà÷åì â òàêèõ äîñòàòî÷íî ìîùíûõ â ïðÿìîì (ïî ïîòðåáëåíèþ òîêà â äåñÿòêè ìÀ) è ïåðåíîñíîì (ïî îãðîìíîìó îáúåìó ïðîãðàììíîé è îïåðàòèâíîé ïàìÿòè è ñ 32-ðàçðÿäíûìè ïðîöåññîðàìè) ñìûñëå óñòðîéñòâàõ ïðèìåíÿòü E-ink äèñïëåè. Âåäü îñíîâíîå ïðåèìóùåñòâî ïîäî-
42
áíûõ äèñïëååâ èìåííî â óëüòðàíèçêîì ïîòðåáëåíèè òîêà â ðåæèìå ñíà. Êàêîé ñìûñë èñïîëüçîâàíèÿ äèñïëåÿ ñ ïîòðåáëåíèåì òîêà, íàïðèìåð, 0.6 ìêÀ, åñëè ñàìà ïëàòà ïîòðåáëÿåò äåñÿòêè ìÀ? Íà âçãëÿä àâòîðà, â òàêèõ ïëàòàõ èìååò ñìûñë èñïîëüçîâàòü OLED-äèñïëåè, ïîòðåáëÿþùèå 20 – 30 ìÀ, êîòîðûå ñóùåñòâåííî äåøåâëå E-ink äèñïëååâ è, êðîìå òîãî, îáíîâëåíèå èíôîðìàöèè â êîòîðûõ çàíèìàåò äåñÿòûå (è äàæå ñîòûå) äîëè ñåêóíäû ïðîòèâ íåñêîëüêèõ ñåêóíä ó Eink äèñïëååâ. Íî ýòî óæå, êàê ãîâîðÿò, äåëî âêóñà. Òåì íå ìåíåå, íàëè÷èå ïîäîáíûõ ïðîãðàìì ïîçâîëÿåò ñ èõ ïîìîùüþ ëåãêî çàïðîãðàììèðîâàòü E-ink äèñïëåé â áîëåå ïðîñòîì, 8-ðàçðÿäíîì ÌÊ ñ ïðîãðàììíîé ïàìÿòüþ âñåãî 8 ÊÁ, êàêîâûì ÿâëÿåòñÿ EFM8SB10F8. Íàèáîëåå ïðîñòû ïðîãðàììû íà Phyton, ïîñêîëüêó â íèõ âñÿ ïðîãðàììà ïðåäñòàâëåíà âñåãî îäíèì òåêñòîâûì *.py-ôàéëîì â îòëè÷èå îò ïðîãðàìì íà C, ãäå èìåþòñÿ áåñ÷èñëåííûå äîïîëíèòåëüíûå *.h-ôàéëû, âêëþ÷åííûå (#include <…>) â îñíîâíóþ ïðîãðàììó, è «ëàçèòü» ïî ýòèì ôàéëàì, ÷òîáû ïîíÿòü ðàáîòó îñíîâíîé ïðîãðàììû, – äåëî î÷åíü íåïðèÿòíîå, äîëãîå è íåáëàãîäàðíîå.  îñíîâíîì ïðè ïðîãðàììèðîâàíèè E-ink äèñïëåÿ èìåþòñÿ äâå ïðîáëåìû. Ïåðâàÿ – ýòî èíèöèàëèçàöèÿ äèñïëåÿ.  ïðèìåðàõ ïðîãðàìì òàêàÿ èíèöèàëèçàöèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â âûâîäå â äèñïëåé ïîðÿäêà 30 – 35 êîìàíä è äàííûõ, îïðåäåëÿþùèõ ðàçðåøåíèå äèñïëåÿ, óñòàíîâêó ñ÷åò÷èêîâ ñòðîê è ñòîëáöîâ íà íà÷àëî, ðàçëè÷íûå ìîìåíòû óñòàíîâêè íàïðÿæåíèé DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ, òåìïåðàòóðíûå ïàðàìåòðû è ò.ï. è îñîáîé ñëîæíîñòè íå ïðåäñòàâëÿåò. Äëÿ ðåøåíèÿ ýòîé ïðîáëåìû íóæíî ïðîñòî î÷åíü âíèìàòåëüíî, áåç îøèáîê ïåðåïèñàòü âñå ýòè êîìàíäû è äàííûå, ïåðåäàâàåìûå âñëåä çà êîìàíäàìè, â ñâîþ ïðîãðàììó, è âñ¸ áóäåò ðàáîòàòü. Èíîå äåëî – âûâîä èíôîðìàöèè â äèñïëåé. Çäåñü èìåþòñÿ äâà âàðèàíòà. Íî ïðåæäå ÷åì îïèñûâàòü ýòè äâà âàðèàíòà, ñäåëàåì íåêîòîðîå îòñòóïëåíèå îòíîñèòåëüíî òîãî, êàê âîîáùå âûâîäèòñÿ èíôîðìàöèÿ â Eink äèñïëåé. Èòàê, ïóñòü äèñïëåé èìååò ðàçðåøåíèå, íàïðèìåð, 128×250 ïèêñåëåé (êàê â íàøåì ñëó÷àå).  ïàìÿòè êîíòðîëëåðà äèñïëåÿ èíôîðìàöèÿ ïðåäñòàâëÿåòñÿ â âèäå ñòðîê è
ÑÕÅÌÛ
ñòîëáöîâ. Ïðè òàêîì ðàçðåøåíèè ó äèñïëåÿ èìåþòñÿ 16 ñòðîê øèðèíîé ïî 8 ïèêñåëåé êàæäàÿ. Êàæäûé ïèêñåëü êîäèðóåòñÿ îäíèì áèòîì. Äðóãèìè ñëîâàìè, èìååì 16 ñòðîê øèðèíîé ðîâíî 1 áàéò, íà÷èíàÿ ñ 0-é è êîí÷àÿ 15-é. Ñòðîêè ðàñïîëàãàþòñÿ íà ýêðàíå äèñïëåÿ ñâåðõó âíèç: 0-ÿ – ñâåðõó, 15-ÿ ñíèçó. Êðîìå òîãî, èìåþòñÿ ðîâíî 250 ñòîëáöîâ, íà÷èíàÿ ñ 0-ãî è êîí÷àÿ 249-ì. Ñòîëáöû ðàñïîëàãàþòñÿ íà ýêðàíå ñëåâà íàïðàâî: 0-é ñëåâà, 249-é ñïðàâà. Åñëè óìíîæèòü êîëè÷åñòâî ñòðîê (16) íà êîëè÷åñòâî ñòîëáöîâ (250), òî ïîëó÷èì ðîâíî 4000 áàéò. Òåïåðü ïî ïîâîäó ðàçìåðà â ïèêñåëÿõ îäíîãî ñèìâîëà (öèôðû èëè ñèìâîëà ðàçìåðíîñòè, íàïðèìåð, ãðàäóñ Öåëüñèÿ (°C), ìì ðò. ñò. (ìì Hg) è ò.ï.). Ïóñòü ïðè ðàçðåøåíèè äèñïëåÿ 128×250 ïèêñåëåé êàæäûé ñèìâîë ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîëå ðàçìåðîì 48×27 ïèêñåëåé (ñì. äàëåå), èëè, äðóãèìè ñëîâàìè, 6 îäíîáàéòíûõ ñòðîê ïî 27 ñòîëáöîâ (6 × 27 = = 162 áàéòà).  ýòîì ñëó÷àå â äèñïëåé ìîæíî âûâåñòè ñèìâîëû â äâà ðÿäà ïî 6 ñòðîê êàæäûé è 4 ïðîáåëüíûõ ñòðîêè. Íàïðèìåð, âåðõíÿÿ ñòðîêà – ïðîáåë, äàëåå 6 ñòðîê 1-ãî ðÿäà, äàëåå – ïàðà ïðîáåëîâ, äàëåå 6 ñòðîê 2-ãî ðÿäà è äàëåå îäíó ïðîáåëüíóþ ñòðîêó. Ò.å. èìååì 4 ïðîáåëüíûõ ñòðîêè è 12 ñòðîê ñèìâîëîâ – âñåãî 16 ñòðîê.  ïåðâîì âàðèàíòå äëÿ âûâîäà äâóõ ðÿäîâ ñèìâîëîâ â äèñïëåå ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíûõ êîìàíä ìîæíî ñôîðìèðîâàòü äâà îêíà øèðèíîé ïî 6 ñòðîê è 250 ñòîëáöîâ êàæäîå. Ïóñòü â ïåðâîå (âåðõíåå) îêíî áóäóò âûâîäèòüñÿ 3 öèôðû äàâëåíèÿ (íàïðèìåð, «751») è ñèìâîëû «ììHg», à âî âòîðîå (íèæíåå) îêíî áóäóò âûâîäèòüñÿ: 2 öèôðû òåìïåðàòóðû (íàïðèìåð, «25»), ñèìâîë «°C», äàëåå 2 öèôðû âëàæíîñòè (íàïðèìåð, «47»), ñèìâîë «%» è ñèìâîë êàïëè ñ äåëåíèÿìè, êàê ÷àñòî èçîáðàæàþò ïîêàçàòåëü âëàæíîñòè. Äëÿ âûâîäà ñèìâîëîâ â ïðîãðàììíîé ïàìÿòè ÌÊ (code) ñôîðìèðîâàí äâóìåðíûé ìàññèâ (íàïðèìåð, MD [16][162]), ãäå ïåðâîå èçìåðåíèå (16) – êîëè÷åñòâî ñèìâîëîâ (10 ñèìâîëîâ öèôð «0» – «9» è 6 ñèìâîëîâ ðàçìåðíîñòåé: «ì», «H», «g», «°C», «%» è ñèìâîë êàïëè), à âòîðîå èçìåðåíèå (162) – ýòî 162 áàéòà, êîòîðûå êîäèðóþò êàæäûé ñèìâîë. Âûâîä ñèìâîëîâ â îêíî î÷åíü ïðîñò. Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî óêàçàòü îäèí èç 16 ñèìâî-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
ëîâ (íàïðèìåð, 2, â ýòîì ñëó÷àå áóäåò âûâåäåíà äâîéêà) è äàëåå âûâåñòè ïîäðÿä âñå 162 áàéòà. Ïî÷åìó ïîäðÿä? Ïîòîìó ÷òî êîíòðîëëåð äèñïëåÿ àâòîìàòè÷åñêè èíêðåìåíòèðóåò ñ÷åò÷èê ñòðîê (èõ 6) è ñ÷åò÷èê ñòîëáöîâ (èõ 27). Ò.å. âíà÷àëå âûâîäÿòñÿ 6 áàéò â 1-é ñòîëáåö (îò 0 äî 5), è ïðè ýòîì ñ÷åò÷èê ñòðîê ïîñëå âûâîäà êàæäîãî áàéòà èíêðåìåíòèðóåòñÿ. Íî êàê òîëüêî âûâåäåòñÿ ïîñëåäíèé áàéò (ïîä íîìåðîì 5), ñ÷åò÷èê ñòðîê àâòîìàòè÷åñêè óñòàíàâëèâàåòñÿ â 0, à ñ÷åò÷èê ñòîëáöîâ óâåëè÷èâàåòñÿ íà åäèíèöó (èíêðåìåíòèðóåòñÿ), ò. å. óñòàíàâëèâàåòñÿ íà ñëåäóþùèé ñòîëáåö (ïîä íîìåðîì 1). Òàêèì îáðàçîì, íåò íåîáõîäèìîñòè ñëåäèòü çà ýòèìè äâóìÿ ñ÷åò÷èêàìè, à ïðîñòî òðåáóåòñÿ âûâåñòè ïîäðÿä âñå 162 áàéòà, è êàæäûé áàéò âûâåäåòñÿ òóäà, êóäà íóæíî. Çäåñü íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïîäîáíûì îáðàçîì âûâîäèòñÿ èíôîðìàöèÿ â OLED-äèñïëåè. Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì âûâîäÿòñÿ âñå îñòàëüíûå ñèìâîëû 1-ãî ðÿäà â âåðõíåå îêíî, à òàêæå âñå ñèìâîëû íèæíåãî ðÿäà âî âòîðîå îêíî. Íà ïåðâûé âçãëÿä êàæåòñÿ, ÷òî âñ¸ î÷åíü ïðîñòî. Îäíàêî çäåñü êðîåòñÿ îäíà ëîâóøêà (ïî âðåìåíè). Äåëî â òîì, ÷òî ïîñëå òîãî êàê áóäåò îñóùåñòâëåí âûâîä â ïåðâîå îêíî, íåîáõîäèìî äàòü êîìàíäó, êîòîðóþ â ïðîãðàììàõ íàçûâàþò «update» – îáíîâèòü èëè «refresh» – îñâåæèòü (â ðóññêîì ÿçûêå åñòü âûðàæåíèå «îñâåæèòü â ïàìÿòè»). Íà ñàìîì äåëå òàêàÿ êîìàíäà îçíà÷àåò, ÷òî äàííûå, ïåðåäàííûå èç ÌÊ è çàïèñàííûå â ïàìÿòè êîíòðîëëåðà, áóäóò âûâåäåíû íà ýêðàí äèñïëåÿ. À òàêîé âûâîä çàíèìàåò îêîëî 4.5 ñåêóíä. Êðîìå òîãî, ïðè èñïîëüçîâàíèè òàêîãî îêîííîãî âûâîäà ïåðåä íèì íåîáõîäèìî î÷èñòèòü âåñü äèñïëåé, ò.å. âûâåñòè â ïàìÿòü êîíòðîëëåðà óêàçàííûå âûøå 4000 áàéò, êàæäûé èç êîòîðûõ ðàâåí FFh, è ñäåëàòü ïîäîáíûé «ðåôðåø», êîòîðûé â ýòîì ñëó÷àå çàéì¸ò îêîëî 3.5 ñåêóíä. Òàêèì îáðàçîì, îáùåå âðåìÿ âûâîäà äâóõ îêîí è î÷èñòêè äèñïëåÿ çàéìåò: 3.5 ñ + + 4.5 ñ + 4.5 ñ = 12.5 ñ. Ïðè ýòîì äèñïëåé áóäåò ðàáîòàòü ïî ïîëíîé ïðîãðàììå è, åñòåñòâåííî, ïîòðåáëÿòü çíà÷èòåëüíûé òîê (äî íåñêîëüêèõ ìÀ).  ñâÿçè ñ ýòèì, àâòîð çàäàëñÿ ñëåäóþùèì âîïðîñîì. Åñëè î÷èñòêà äèñïëåÿ ñ «ðåôðåøåì» çàíèìàåò 3.5 ñåêóíäû, íåëüçÿ ëè âìåñòî èñïîëüçîâàíèÿ îêîííîãî âûâîäà ïðîñòî âûâåñòè ñðàçó âñþ èíôîðìàöèþ íà
43
äèñïëåé îäèí ðàç, è îäèí ðàç äàòü êîìàíäó «ðåôðåø». Òîãäà ýòî çàéì¸ò âñåãî 3.5 ñåêóíäû. Íî êàê ýòî ñäåëàòü? Èäåÿ çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Âòîðîé âàðèàíò.  ñàìîì íà÷àëå âûâîäèòñÿ âåñü ñòîëáåö, â êîòîðîì ñîäåðæàòñÿ âñå 16 áàéò è êîòîðûé çàíèìàåò âñþ øèðèíó äèñïëåÿ: âûâîäèòñÿ îäèí âåðõíèé ïðîáåë, çàòåì âûâîäÿòñÿ ïåðâûå 6 áàéò ïåðâîé öèôðû äàâëåíèÿ (ýòî 1-é ñòîëáåö ñåì¸ðêè), çàòåì âûâîäÿòñÿ äâà ïðîáåëà, äàëåå – ïåðâûå 6 áàéò ïåðâîé öèôðû òåìïåðàòóðû (ýòî 1-é ñòîëáåö äâîéêè) è äàëåå – ïîñëåäíèé ïðîáåë. Ïîñëå ýòîãî ñ÷åò÷èê ñòðîê àâòîìàòè÷åñêè óñòàíîâèòñÿ íà íóëåâóþ ñòðîêó, à ñ÷åò÷èê ñòîëáöîâ óâåëè÷èòñÿ íà åäèíèöó (èíêðåìåíòèðóåòñÿ). Äàëåå, óæå âî âòîðîé ñòîëáåö âûâîäèì ïðîáåë, âòîðûå 6 áàéò ñåì¸ðêè, 2 ïðîáåëà, âòîðûå 6 áàéò äâîéêè è ïîñëåäíèé ïðîáåë. Ïîäîáíûì îáðàçîì âûâîäÿòñÿ âñå 27 ñòîëáöîâ ñåì¸ðêè è äâîéêè. Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì âûâîäÿòñÿ è âñå îñòàëüíûå ñèìâîëû äî êîíöà, ò.å. âñå 4000 áàéò (êàê è ïðè î÷èñòêå äèñïëåÿ). Ïîñëå ýòîãî äà¸òñÿ êîìàíäà «ðåôðåø», è íà ýòîì âûâîä èíôîðìàöèè â äèñïëåé çàêàí÷èâàåòñÿ. Êîíå÷íî, â ïðîãðàììíîì ñìûñëå, ïîäîáíûé âûâîä íåñêîëüêî ñëîæíåé, îäíàêî îí ïîçâîëÿåò âûâåñòè âñþ èíôîðìàöèþ íà äèñïëåé çà îäèí ðàç è çà 3.5 ñåêóíäû. Çàãðóçèâ ïðîãðàììó â ÌÊ ñ ïîäîáíûì âûâîäîì èíôîðìàöèè è çàïóñòèâ å¸, àâòîð ñòàë ñëåäèòü çà äèñïëååì. Äèñïëåé çàìèãàë 3.5 ñåêóíäû è (î ÷óäî!) íà ýêðàíå ïîÿâèëîñü ñðàçó âñ¸ èçîáðàæåíèå ñî âñåìè äàííûìè è ñèìâîëàìè. Ôðàãìåíò ïðîãðàììû ñ ïîäîáíûì «áåçîêîííûì» âûâîäîì íà C51 ïðèâåäåí â äîïîëíèòåëüíûõ ìàòåðèàëàõ ê ñòàòüå. Èç ýòîãî ôðàãìåíòà ìîæíî çàêëþ÷èòü, ÷òî ïîäîáíûé âûâîä èíôîðìàöèè â äèñïëåé íå òàê óæ è ñëîæåí. Òåïåðü ïî ïîâîäó ïîëó÷åíèÿ êîäîâ öèôð è ñèìâîëîâ. Äëÿ ýòîãî àâòîð èñïîëüçîâàë ïðîãðàììó GLCD Font Creator v. 1.2.0.0 (îò êîìïàíèè MikroElektronika [3]).  íåé ìîæíî âûáðàòü ïðàêòè÷åñêè ëþáîé øðèôò, åãî ïàðàìåòðû (íàïðèìåð, ðàçìåð, ñâîéñòâà – æèðíûé, îáû÷íûé, íàêëîííûé ò.ï.). Ïðîãðàììà ñôîðìèðóåò âñå ñèìâîëû äàííîãî øðèôòà è âûâåäåò èõ íà ýêðàí. Äàëåå íåîáõîäèìî óáðàòü âñå ïóñòûå ñòðîêè è ñòîëáöû ñâåðõó, ñíèçó è ñïðàâà, ÷òîáû êàæäûé ñèìâîë âïè-
44
Ðèñóíîê 4. Ñêðèíøîò ôðàãìåíòà ýêðàíà êîìïüþòåðà ïðè ðàáîòå ïðîãðàììû GLCD Font Creator – ïèêñåëè öèôðû «2» (48×27).
ñàëñÿ â îêíî îïðåäåëåííîãî ðàçìåðà (â íàøåì ñëó÷àå ýòî 48×27 ïèêñåëåé). Ýòî äåëàåòñÿ ñïåöèàëüíûìè îïöèÿìè ñ ïèêòîãðàììàìè, íà êîòîðûå íåîáõîäèìî íàâåñòè êóðñîð ìûøè è êëèêíóòü. Äëÿ òîãî ÷òîáû öèôðû è ñèìâîëû âûâîäèëèñü íà äèñïëåé ñëåâà íàïðàâî è ñâåðõó âíèç, êàæäûé ñèìâîë íåîáõîäèìî ïåðåâåðíóòü ââåðõ íîãàìè (îòðàçèòü ïî âåðòèêàëè) è îòðàçèòü ïî ãîðèçîíòàëè. Ýòî ìîæíî ñäåëàòü âñåãî äâóìÿ êëèêàìè ìûøè ïî ñîîòâåòñòâóþùèì ïèêòîãðàììàì â ìåíþ ïðîãðàììû (ñèíèé è êðàñíûé îâàëû íà Ðèñóíêå 4).  ýòîì ñëó÷àå, íàïðèìåð, äâîéêà áóäåò âûãëÿäåòü êàê íà Ðèñóíêå 4. Ïîñëå ýòîãî, íàæàâ ïèêòîãðàììó «Export for GLCD» è âûáðàâ â îòêðûâøåìñÿ îêíå îïöèþ «microC», ïîëó÷èì ôàéë íà C (åãî òàêæå ñëåäóåò íàçâàòü), â êîòîðîì áóäóò ñîäåðæàòüñÿ âñå 162 áàéòà äëÿ êàæäîãî ñèìâîëà. Äëÿ öèôð áûë âûáðàí øðèôò Clarendon Condensed ðàçìåðà 49, æèðíûé. Äëÿ íåãî áûë ñôîðìèðîâàí ôàéë íà C ñ íàçâàíèåì: //GLCD FontName : Clarendon_Condensed27x48 //GLCD FontSize : 27 x 48
êîòîðûé àâòîð è èñïîëüçîâàë äëÿ îòîáðàæåíèÿ öèôð.
ÑÕÅÌÛ
Øðèôò Clarendon áûë âûáðàí ïî ñëåäóþùèì ñîîáðàæåíèÿì. Îí íå òàêîé ñòðîãèé, êàê, íàïðèìåð, Arial èëè Courier New, íî è íå ñëèøêîì âû÷óðíûé. Ïî ñðàâíåíèþ ñ Times New Roman æèðíûé, Clarendon çíà÷èòåëüíî «æèðíåé», ò.å. ÷¸ðíûå ïèêñåëè êàæäîãî ñèìâîëà çàíèìàþò áîóëüøóþ ïëîùàäü îêíà 27×48 ïèêñåëåé, è, åñòåñòâåííî, ñèìâîë ëåã÷å ÷èòàåòñÿ. Êðîìå òîãî, íà âçãëÿä àâòîðà, øðèôò Clarendon äîñòàòî÷íî ñèìïàòè÷íûé. Ñèìâîëû, êîòîðûõ íåò â ýòîì øðèôòå, áûëè áóêâàëüíî íàðèñîâàíû â ïðîãðàììå GLCD Font Creator. Ýòî ñëåäóþùèå ñèìâîëû: ðóññêaÿ áóêâà «ì» (íàðèñîâàíà), áóêâà «H» (íàðèñîâàíà), áóêâà «g» (âçÿòà ãîòîâàÿ èç øðèôòà ìåíüøåãî ðàçìåðà), «°C» («C» áûëà íåìíîãî ñóæåíà è ñëåâà ïðèðèñîâàí «°»), «%» (íàðèñîâàí, îðèãèíàëüíûé «%» ñóæåí), ñèìâîë êàïëè ñ äåëåíèÿìè (íàðèñîâàí). Ðèñîâàíèå â ïðîãðàììå î÷åíü ïðîñòîå: íàâåäÿ êóðñîð ìûøè íà áåëûé ïèêñåë è íàæàâ ëåâóþ êíîïêó, ìîæíî ïîëó÷èòü ÷åðíûé ïèêñåë, à íàâåäÿ íà ÷åðíûé è íàæàâ ïðàâóþ êíîïêó, – áåëûé. Ïîñëå òðàíñëÿöèè ïðîãðàììû â ñïåöèàëüíîì îêíå ñðåäû ïðîãðàììèðîâàíèÿ Simplicity Studio v.4 (îò Silicon Laboratories) îòîáðàçèòñÿ ðåçóëüòàò ýòîé òðàíñëÿöèè (ñîîáùåíèå): Program Size: data=121.1 xdata=0 const=0 code=7693 LX51 RUN COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S) Finished building target: EFM8SB10F8G-A-QFN20_7.omf
Èç ýòîãî ñîîáùåíèÿ ìîæíî çàêëþ÷èòü, ÷òî â ïðîãðàììå èñïîëüçîâàíà ïî÷òè âñÿ âíóòðåííÿÿ îïåðàòèâíàÿ ïàìÿòü ñ ïðÿìîé àäðåñàöèåé îáúåìîì 128 áàéò (data=121.1 áàéò), à âíåøíÿÿ îïåðàòèâíàÿ ïàìÿòü ñ êîñâåííîé àäðåñàöèåé îáúåìîì 256 áàéò íå èñïîëüçîâàíà (xdata=0). Êîäîâàÿ ÷àñòü ïðîãðàììû èñïîëüçóåò ïî÷òè âñþ ïðîãðàììíóþ ïàìÿòü îáúåìîì 8 ÊÁ èëè 8192 áàéòà (code=7693). Îñòàòîê ïðîãðàììíîé ïàìÿòè ñîñòàâëÿåò: 8192 – 7693 = 499 áàéò » 0.5 ÊÁ. Çäåñü ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî àâòîð íå äåëàë íèêàêèõ îñîáåííûõ óõèùðåíèé, ÷òîáû ñîêðàòèòü ïðîãðàììíóþ ïàìÿòü, ò.å. êàê ïðîãðàììà íàïèñàíà, òàê è èñïîëüçóåòñÿ. Åäèíñòâåííî, íà ÷¸ì àâòîð ñýêîíîìèë (ïðàâäà, íåóìûøëåííî) – íà ïîëíîöåííûõ ñèìâîëàõ (27×48 ïèêñåëåé) çíàêà ìèíóñ è ïðîáåëà. Äåëî â òîì, ÷òî ïåðåä ÷èñëîì òåìïåðàòóðû ìîæåò áûòü çíàê ìèíóñ, òîãäà ïåðåä ÷èñëîì äàâëåíèÿ äîëæåí áûòü ïðîáåë, ÷òîáû ïåðâàÿ öèôðà äàâëåíèÿ (â âû-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
øåïðèâåäåííîì ïðèìåðå ýòî «7») áûëà áû ñòðîãî íàä ïåðâîé öèôðîé òåìïåðàòóðû («2» – â ïðèìåðå). Êðîìå òîãî, ïîñëå ñèìâîëà «°C» òàêæå äîëæåí ñëåäîâàòü ïðîáåë, èíà÷å ïåðâàÿ öèôðà âëàæíîñòè (â ïðèìåðå ýòî «4») áóäåò âïëîòíóþ «ïðèæàòà» ê ñèìâîëó «°C», ÷òî ïðîñòî íåäîïóñòèìî. Íî òîãäà ýòî ïîòðåáóåò óñòàíîâêè ïîëíîöåííîãî ïðîáåëà ïîñëå ïîñëåäíåé öèôðû äàâëåíèÿ («1») è ïåðâûì ñèìâîëîì «ì», ÷òî î÷åíü äàëåêî è ïîýòîìó íå ýñòåòè÷íî.  ñâÿçè ñ ýòèì áûëî ðåøåíî ïîëíîöåííûé ñèìâîë ïðîáåëà (øèðèíîé 27 ïèêñåëåé) çàìåíèòü «ïîëóïðîáåëîì», øèðèíîé â 14 ïèêñåëåé. Òîãäà, åñëè òåìïåðàòóðà ïîëîæèòåëüíàÿ, òî âíà÷àëå ïðîãðàììíî âûâîäÿòñÿ âñå 14 ïóñòûõ ñòîëáöîâ (0xFF), à åñëè îòðèöàòåëüíàÿ, òî â âåðõíþþ ÷àñòü ñòîëáöîâ âûâîäèì 0xFF, íèæíþþ ÷àñòü òàêæå çàïîëíÿåì ÷èñëàìè 0xFF, êðîìå å¸ ñåðåäèíû, â êîòîðóþ âûâîäèì ÷èñëî 0x03 – ýòî øèðèíà ìèíóñà â 6 ïèêñåëåé (03h = 00000011b), ò.å. 6 íóëåé. Äëèíà ìèíóñà, åñòåñòâåííî, 14 ïèêñåëåé. Òàêîé «òîëñòûé» ìèíóñ êàê ðàç øòàòíî ãåíåðèðóåòñÿ øðèôòîì Clarendon Condensed ðàçìåðà 49, æèðíûé. Êðîìå òîãî, ïîñëå ïîñëåäíåé öèôðû äàâëåíèÿ âìåñòî ïðîáåëà âûâîäèì 13 ïóñòûõ ñòîëáöîâ. Ýòî ïðèâåäåò ê òîìó, ÷òî ñèìâîëû «ììHg» ïðèáëèçÿòñÿ ê ÷èñëó «751» íà 14 ïèêñåëåé, è ïîêàçàíèå äàâëåíèÿ ñòàíåò áîëåå ÷èòàáåëüíûì.  òàêîì ñëó÷àå ñèìâîëû ïðîáåëà è ìèíóñà íå íóæíû, è îò íèõ ìîæíî îòêàçàòüñÿ, ÷òî ïðèâåäåò ê ýêîíîìèè 324 áàéò. Íî, ïîâòîðèìñÿ, ýòà ýêîíîìèÿ ïîëó÷èëàñü ñàìà ñîáîé è áûëà ñäåëàíà àáñîëþòíî íåóìûøëåííî. Ñëåäóåò òàêæå îòìåòèòü, ÷òî â äèñïëåå, ïîìèìî áåëîãî è ÷åðíîãî öâåòà, èìååòñÿ âîçìîæíîñòü âûâîäà ïèêñåëåé êðàñíîãî öâåòà. Ýòî ïðîãðàììèðóåòñÿ ñïåöèàëüíûìè êîìàíäàìè. Îäíàêî, êàê õîðîøî èçâåñòíî èç êóðñà èíæåíåðíîé ïñèõîëîãèè, ãëàç ÷åëîâåêà ëó÷øå (è áûñòðåå) âñåãî âîñïðèíèìàåò ñèìâîëû ÷åðíîãî öâåòà íà áåëîì ôîíå (íî íå íàîáîðîò). À êðàñíûé öâåò àññîöèèðóåòñÿ ñ òðåâîæíîñòüþ, àãðåññèâíîñòüþ è äàæå îïàñíîñòüþ, ïîýòîìó åãî íàëè÷èå â äèñïëåå ñîçäàåò íåêèé äèñêîìôîðò âîñïðèÿòèÿ èíôîðìàöèè.  ñâÿçè ñ ýòèì îò êðàñíîãî öâåòà àâòîð îòêàçàëñÿ, è âñ¸ èçîáðàæåíèå íà äèñïëåå ÷åðíî-áåëîå. È ïîñëåäíåå, ÷òî ñëåäóåò äîáàâèòü ïî ïîâîäó ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ. Åñëè áû ïðî-
45
ãðàììà «íå âëåçëà» â 8 ÊÁ, ó àâòîðà èìåëñÿ íàãîòîâå ÌÊ EFM8SB20F16 ñ ïðîãðàììíîé ïàìÿòüþ 16 ÊÁ è îïåðàòèâíîé – 4 ÊÁ (ïîýòîìó è íå ïðåäïðèíèìàëîñü íèêàêèõ ìåð ïî ñíèæåíèþ îáú¸ìà êîäîâîé ÷àñòè ïðîãðàììû). Íî, êàê âèäíî èç âûøåèçëîæåííîãî, ýòîò ÌÊ íå ïîíàäîáèëñÿ. Äðóãèìè ñëîâàìè, äàæå ñ òàêèì äèñïëååì ñ îòíîñèòåëüíî âûñîêèì ðàçðåøåíèåì (128×250), èìåþùèì ïðàêòè÷åñêè òèïîãðàôñêîå êà÷åñòâî èçîáðàæåíèÿ ñèìâîëîâ, ÌÊ EFM8SB10F8 âïîëíå äîñòàòî÷íî.
Ðàçâîäêà ïëàò ñäåëàíà àâòîðîì ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììû Sprint Layout v.6. Ôàéë ðàçâîäêè â ôîðìàòå *.lay6 ïðèâåäåí â ðàçäåëå Çàãðóçêè. Èç ðèñóíêîâ ðàçâåäåííûõ ïëàò ÌÊ è äèñïëåÿ è èõ âíåøíåãî âèäà (Ðèñóíêè 5 è 6) ìîæíî çàêëþ÷èòü, ÷òî ðàçâîäêà ïëàò î÷åíü ïðîñòà, à ñàìè ïëàòû ìèíèàòþðíû
(ðàçìåðû âñåãî 12×14 ìì è 20×23 ìì, ñîîòâåòñòâåííî). Çäåñü ñëåäóåò äîáàâèòü ïî ïîâîäó ïëàòû ÌÊ. Åñëè íå ïðåäïîëàãàåòñÿ ïðîãðàììèðîâàíèå ÌÊ ñ ïîìîùüþ COMïîðòà êîìïüþòåðà, òî ðàçúåì (X1, Ðèñóíîê 1) íå íóæåí, ïîýòîìó ïðèïàèâàòü åãî (è ñâåðëèòü äëÿ íåãî îòâåðñòèÿ) ñîâñåì íå îáÿçàòåëüíî (â äàííîì ñëó÷àå îí îòñóòñòâóåò, õîòÿ îòâåðñòèÿ äëÿ íåãî ïðîñâåðëåíû). Íà Ðèñóíêå 5â åãî ìåñòî ñïðàâà îò äâóõêîíòàêòíîãî ðàçúåìà ïèòàíèÿ. Îòëè÷èòåëüíàÿ îñîáåííîñòü ðàçâîäêè îáåèõ ïëàò – ÷åðåç âñå ïåðåõîäíûå îòâåðñòèÿ (ñî ñëîÿ íà ñëîé) ïðîïóùåíû ëèáî êîíòàêòû ðàçúåìîâ, ëèáî íîæêè âûâîäíûõ êîìïîíåíòîâ, êîòîðûå ïðîïàèâàþòñÿ ñ äâóõ ñòîðîí ïëàòû. Ýòî ïîçâîëèëî íå èñïîëüçîâàòü ìåòàëëèçàöèþ îòâåðñòèé, òåõíîëîãèÿ êîòîðîé â äîìàøíèõ óñëîâèÿõ âåñüìà ïðîáëåìàòè÷íà è ïîýòîìó íåïðèåìëåìà.
(à)
(á)
(â)
(ã)
Ðàçâîäêà è âíåøíèé âèä ïëàò
Ðèñóíîê 5. Ðàçâîäêà è âíåøíèé âèä ïëàòû ÌÊ. (à), (â) – âèä ñî ñòîðîíû ðàñïîëîæåíèÿ êîìïîíåíòîâ; (á), (ã) – âèä ñ îáðàòíîé ñòîðîíû.
46
ÑÕÅÌÛ
(à)
(á)
(â)
(ã)
Ðèñóíîê 6. Ðàçâîäêà è âíåøíèé âèä ïëàòû äèñïëåÿ. (à), (á) – âèä ñî ñòîðîíû ðàñïîëîæåíèÿ êîìïîíåíòîâ; (â), (ã) – âèä ñ îáðàòíîé ñòîðîíû.
Êîíñòðóêöèÿ è ðåçóëüòàòû ðàáîòû ïðèáîðà Ïðèáîð (Ðèñóíîê 7) ñêîíñòðóèðîâàí â äîñòàòî÷íî ðàñïðîñòðàí¸ííîì è íåäîðîãîì êîðïóñå ðàçìåðîì 70×40×33 ìì (Sanhe 20-33) ñ çàùåëêèâàþùåéñÿ êðûøêîé (çàäíåé ñòåíêîé). Äèñïëåé ïðèêëååí ê ñòåêëîòåêñòîëèòîâîé ïëàñòèíå òîíêèì äâóñòîðîííèì ñêîò÷åì, åãî øëåéô ïåðåãíóò ÷åðåç ïðîðåçàííóþ âûåìêó â ïëàñòèíå è âñòàâëåí â ðàçúåì ïëàòû äèñïëåÿ, êîòîðàÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, ïðèêëååíà ê ïëàñòèíå ïîðèñòîé ëåíòîé ñ äâóñòîðîííèì ëèïêèì ñëîåì, êóäà òàêîé æå ëåíòîé ïðèêëååíà è ïëàòà ÌÊ. Ïëàñòèíà ïðèêëååíà òàêîé æå ëåíòîé ê âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè êîðïóñà, â êîòîðîì äëÿ äèñïëåÿ ïðîðåçàíî îêíî. Ïëàòà ñ BME280 ïðèêëååíà ê áîêîâîé ïîâåðõíîñòè âíóòðè êîðïóñà òàêîé æå ïîðèñòîé ëåíòîé. Òàêîé æå ëåíòîé ê çàäíåé ñòåíêå ïðèêëååíà è áàòàðåéêà. Äëÿ äîñòóïà âîçäóõà âíóòðü êîðïóñà â çàäíåé ñòåíêå ïðîñâåðëåíû 10 îòâåðñòèé äèàìåòðîì 4 ìì. Ïîñëå ïîäêëþ÷åíèÿ ïðîâîäîâ ïèòàíèÿ ê áàòàðåéêå çàäíÿÿ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
ñòåíêà çàùåëêèâàåòñÿ, è ïðèáîð ñðàçó íà÷èíàåò ðàáîòàòü (Ðèñóíîê 8). Äëÿ ïðîâåðêè ðàáîòîñïîñîáíîñòè ïðèáîðà ïðè îòðèöàòåëüíûõ òåìïåðàòóðàõ îí áûë ïîìåùåí â ìîðîçèëêó õîëîäèëüíèêà âìåñòå ñ óëè÷íûì òåðìîìåòðîì ïðèìåðíî íà ïîë÷à-
Ðèñóíîê 7. Óñòðîéñòâî â îòêðûòîì êîðïóñå.
47
íèêà, à äëÿ ðàáîòû â êîìíàòíûõ óñëîâèÿõ (à òàì ìèíóñà íåò), âî-âòîðûõ, ïàìÿòóÿ îá îñíîâíîé çàïîâåäè ýëåêòðîíùèêà «åñëè ÷òîòî ðàáîòàåò, íå òðîãàé ýòîãî», àâòîð íå ñòàë íè÷åãî ìåíÿòü.
Çàêëþ÷åíèå
Ðèñóíîê 8. Îáùèé âèä ðàáîòàþùåãî ïðèáîðà.
Ïðèìåíåíèå E-ink äèñïëåÿ ñîâìåñòíî ñ ìàëîãàáàðèòíûì ìèêðîïîòðåáëÿþùèì ÌÊ EFM8SB10F8 è ãîòîâûì ìîäóëåì ñ BME280 ïîçâîëèëî ñêîíñòðóèðîâàòü íåäîðîãîé ïðèáîð íåáîëüøîãî ðàçìåðà, èçìåðÿþùèé àòìîñôåðíîå äàâëåíèå, òåìïåðàòóðó è âëàæíîñòü. Ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîäîáíûì ïðèáîðîì ñ ÆÊÈ, îïèñàííûì â ñòàòüå [1], ïðèáîð ìîæåò ðàáîòàòü îò îäíîé òàáëåòî÷íîé ëèòèåâîé áàòàðåéêè CR2477 â äâà ðàçà äîëüøå (äî 10 ëåò) è, êðîìå òîãî, âèçóàëèçàöèÿ åãî ïîêàçàíèé ñóùåñòâåííî óëó÷øåíà çà ñ÷åò ïðàêòè÷åñêè òèïîãðàôñêîãî êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ. ÐË
Ññûëêè Ðèñóíîê 9. Ïîêàçàíèÿ óëè÷íîãî òåðìîìåòðà è ïðèáîðà, ïîìåù¸ííûõ â ìîðîçèëêó õîëîäèëüíèêà.
ñà (Ðèñóíîê 9). Êàê âèäíî, îáà ïðèáîðà ïîêàçûâàþò îäíó è òó æå òåìïåðàòóðó –9 °C. Åäèíñòâåííîå, ÷òî àâòîð íå ó÷¸ë â ãîðèçîíòàëüíîì ðàçìåðå ïðîðåçàííîãî îêíà, – ñèìâîë «ìèíóñ», ïîñêîëüêó èçìåðåíèå ðàçìåðîâ îêíà ïðîèçâîäèëîñü ïî Ðèñóíêó 6á, à ïðî «ìèíóñ» àâòîð çàáûë. Íî âñå-òàêè íåáîëüøóþ ÷àñòü ñèìâîëà «ìèíóñà» ìîæíî óâèäåòü íà Ðèñóíêå 9. Ìîæíî áûëî áû, êîíå÷íî, ðàçîáðàòü ïðèáîð, îòêëåèòü ñòåêëîòåêñòîëèòîâóþ ïëàñòèíó è ðàñøèðèòü îêíî. Îäíàêî àâòîð îñòàâèë âñ¸ êàê åñòü ïî äâóì ïðè÷èíàì. Âîïåðâûõ, ïðèáîð ïðåäíàçíà÷åí íå äëÿ èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû â ìîðîçèëêå õîëîäèëü-
1. www.e-paper-display.com 2. www.good-display.com 3. www.mikroe.com
Ëèòåðàòóðà 1. Êóçüìèíîâ À. Áàðîìåòð-òåðìîìåòð-ãèãðîìåòð ñ ïèòàíèåì îò òàáëåòî÷íîé áàòàðåéêè. 2. Êóçüìèíîâ À. Þ. Ñâÿçü ìåæäó êîìïüþòåðîì è ìèêðîêîíòðîëëåðîì. Ñîâðåìåííûå àïïàðàòíûå è ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà. Ì.: «Ïåðî». 2018. 3. Êóçüìèíîâ À. Ïðîãðàììèðîâàíèå ìèêðîêîíòðîëëåðîâ EFM8 ñ ïîìîùüþ âñòðîåííîãî çàãðóç÷èêà ïðîãðàìì. Ðàäèî. 2018. ¹ 12.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Bosch Sensortec BME280 2. Datasheet Silicon Labs EFM8SB10F8-QFN20 3. Datasheet Nexperia PMEG3010EH 4. Datasheet Vishay Si1308EDL 5. Datasheet Good Display GDEH0213Z98
Çàãðóçêè Äîïîëíèòåëüíûå ìàòåðèàëû ê ñòàòüå
48
ÑÕÅÌÛ
Óäâîèòåëü ÷àñòîòû ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 50% Jim Mclucas EDN
Â
Âîò ïðîñòàÿ ñõåìà óäâîèòåëÿ ÷àñòîòû, êîòîðàÿ âûäàåò íà âûõîäå ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ñ òî÷íûì êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 50 ïðîöåíòîâ.  ëèòåðàòóðå îïèñàíû àíàëîãè÷íûå ñõåìû [1, 2, 3], êîòîðûå äëÿ
óñòàíîâêè êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ 50% òðåáóþò ðåãóëèðîâêè èëè ïîäáîðà íåêîòîðûõ êîìïîíåíòîâ. Â ýòîé ñõåìå 50-ïðîöåíòíûé êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ îáåñ-
+5 Â
Äîáàâëåííàÿ ñõåìà äëÿ âõîäíûõ èìóëüñîâ
R1 100
R2
R3 1.5k
Q2 1k
R4 Q1 1.5k +5 Â
C3 560pF
C2 0.1µF
D1 SD101C
R7 1.2M +5 Â C5 16
4
Pulse_IN
7 1 2 3
C6
VDD
+TR
Q
–TR
Q
7
R5
3
12k
1 R6
RX/CX VSS
+5 Â
8
R9 12k* R10 12k*
2
5
–
R14 3.9k C9
U2A
4
+ 7
+
6
–
U2B
C7 2.2µF
+5 Â C10 0.1µF
Òðèããåð Øìèòòà R11 12k
+
2k
+5 Â
R6 100
8
+
C4 2.2µF
CX
C1 470pF
0.1µF
6
U1B
RST
2.2µF
SQ_WV_IN 14
R17 1.2k 100pF
1 2
R12 15k Q3
U3A
3
7
Q4 R15 15k
+ C8 2.2µF
R13 51k
+5 Â
R16 220
4 5
ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: R9 è R10 – ñîãëàñîâàííàÿ ïàðà R26 è R27 – ñîãëàñîâàííàÿ ïàðà N-P-N – 2N3904 P-N-P – 2N3906
U1 – 74HC4538 U2, U5 – TLV9052 U3 – 74HC00 U4 – 74HC86
Pulse_IN Fin × 2 out
U3B
6
âõîä èìïóëüñîâ âûõîä óäâîèòåëÿ ÷àñòîòû
Ðèñóíîê 1. Óäâîèòåëü ÷àñòîòû ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 50 ïðîöåíòîâ.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
49
ïå÷èâàåòñÿ òîëüêî ñîãëàñîâàííîé ïàðîé ðåçèñòîðîâ, è, êðîìå òîãî, íà êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ íå âëèÿþò èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Ñõåìó ìîæíî óâèäåòü íà Ðèñóíêå 1. Îíà áûëà ïðîâåðåíà â äèàïàçîíå ÷àñòîò îò 500 Ãö äî 2.8 ÌÃö, íî ÿ óâåðåí, ÷òî ñõåìà áóäåò ðàáîòàòü è íà áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîòàõ, åñëè èñïîëüçîâàòü áîëåå áûñòðûé æäóùèé ìóëüòèâèáðàòîð U1. Áëàãîäàðÿ èñïîëüçóåìîé à ñèñòåìå îáðàòíîé ñâÿçè ÷åðåç îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü U5A, ìóëüòèâèáðàòîð ãåíåðèðóåò âûõîäíûå ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ñ íîìèíàëüíûì ñðåäíèì çíà÷åíèåì 2.5 Â, êîòîðîå
îïðåäåëÿåòñÿ îïîðíûì íàïðÿæåíèåì, çàäàâàåìûì ñîãëàñîâàííîé ïàðîé (èëè íàáîðîì ïðåöèçèîííûõ ðåçèñòîðîâ) R26 è R27. Îïîðíîå íàïðÿæåíèå äëÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ U5A ïîëó÷åíî èç íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, èñïîëüçóåìîãî òàêæå ìóëüòèâèáðàòîðîì U1A, âûõîäíûå èìïóëüñû êîòîðîãî èìåþò ïîëíûé ðàçìàõ îò çåìëè äî +5 Â, ïîñêîëüêó îí ðàáîòàåò íà î÷åíü ëåãêóþ íàãðóçêó.  ðåçóëüòàòå ñðåäíåå çíà÷åíèå âûõîäíîãî ñèãíàëà ìóëüòèâèáðàòîðà è âåëè÷èíà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè èçìåíåíèè íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ èçìåíÿþòñÿ â îäèíàêîâîé ïðîïîðöèè, ïîýòîìó êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ îñòàåòñÿ íåèçìåííûì.
+5 Â
Óäâîèòåëü ÷àñòîòû
R18 100
R19
R20 1.5k
Q6 1k
R21 Q5 1.5k +5 Â
C12 560pF
C13 0.1µF
D2 SD101C
FinX2out R24 1.2M +5 Â C15
16 4 7 1 2 3
+TR
C16
VDD
Q
–TR
Q
7
R22
3
+
1 R23
+ C14 2.2µF
RX/CX
R25 100
8
12k
CX
2
–
2k
4
U5A
+5 Â
VSS
C11 470pF
0.1µF
6
U1A
RST
2.2µF
8
5
R26 12k* R27 12k*
+ 7
+
6
–
U5B
C17 2.2µF
+5 Â C18 0.1µF 14 12 13
U4A
11
1 2
U4B
3
4 5
U4C
6
9 10
U4D
8
7
+5 Â 9 10
U3C
8
D3 1N4148 +5 Â
SQ_WV_IN
50
âõîä ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ
12 13
U3D
11
Fin × 2 out
ÑÕÅÌÛ
Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò U4 «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ – ÍÅ» èñïîëüçóåòñÿ äëÿ áóôåðèçàöèè âõîäíûõ ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ è óäâîåíèÿ ÷àñòîòû ñèãíàëà. Ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû íà äâóõ âõîäàõ U4D çàäåðæàíû äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà íà âåëè÷èíó äâóõ çàäåðæåê â ëîãè÷åñêîì ýëåìåíòå. Íà âûõîäå U4D ôîðìèðóåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ ñ íîìèíàëüíîé äëèòåëüíîñòüþ 20 íñ è ÷àñòîòîé, âäâîå áîëüøåé, ÷åì ÷àñòîòà âõîäíûõ ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ. Ýòè èìïóëüñû çàïóñêàþò æäóùèé ìóëüòèâèáðàòîð äëÿ ïîëó÷åíèÿ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ óäâîåííîé ÷àñòîòû, à ïåòëÿ îáðàòíîé ñâÿçè ïîääåðæèâàåò êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ íà óðîâíå 50 ïðîöåíòîâ. Òðàíçèñòîðû Q5 è Q6 è ñâÿçàííûå ñ íèìè êîìïîíåíòû îáðàçóþò èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà, çàðÿæàþùèé êîíäåíñàòîð C11 íà âõîäå RX/CX ìóëüòèâèáðàòîðà. Òîê îãðàíè÷åí ïðèìåðíî 5 ìèëëèàìïåðàìè, ÷òî ÿâëÿåòñÿ ìàêñèìàëüíûì çíà÷åíèåì, óêàçàííûì â äîêóìåíòàöèè íà ìèêðîñõåìó. Ìîÿ ìîäåëü â LTspice íå ðàáîòàëà áû áåç ñõåìû îãðàíè÷åíèÿ òîêà. Îãðàíè÷åíèå òîêà òàêæå çàùèùàåò âõîä ìóëüòèâèáðàòîðà îò áîëüøèõ áðîñêîâ òîêà, âîçíèêàþùèõ ïðè âêëþ÷åíèè èëè ïðè ïåðåêëþ÷åíèè êîíäåíñàòîðà Ñ11 íà ðàçíûå ÷àñòîòíûå äèàïàçîíû. Âûáîð åìêîñòè êîíäåíñàòîðà C11 îñòàâëåí íà óñìîòðåíèå ïîëüçîâàòåëÿ… Ê ìîåìó óäèâëåíèþ, ñõåìà ìîæåò ðàáîòàòü áåç êîíäåíñàòîðà C11! Íà íèçêèõ ÷àñòîòàõ òîê, îòäàâàåìûé èñòî÷íèêîì ïîñòîÿííîãî òîêà, íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå íàíîàìïåð, ÷òî â íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèÿõ ìîæåò áûòü ñîèçìåðèìî ñ òîêàìè óòå÷êè êîìïîíåíòîâ è ñòàòü ïðè÷èíîé íåóñòîé÷èâîé ðàáîòû ñõåìû. Òàê ÷òî óäàëÿéòå C11 ñ îñòîðîæíîñòüþ. Èñêëþ÷åíèå C11 äîïóñòèìî ïðè ÷àñòîòàõ îò 1 ÌÃö è âûøå.  ýòîì ñëó÷àå âõîäíîé åìêîñòè ìóëüòèâèáðàòîðà â ñóììå ñ ïàðàçèòíîé åìêîñòüþ öåïè ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî.  Òàáëèöå 1 ïîêàçàí ðàáî÷èé äèàïàçîí ÷àñòîò ñõåìû äëÿ íåñêîëüêèõ çíà÷åíèé åìêîñòè C5. Äëÿ ïðàâèëüíîé ðàáîòû ñõåìû âõîäíîé ñèãíàë äîëæåí áûòü ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû ñ 50-ïðîöåíòíûì êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ. Èìïóëüñû ñ êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ, îòëè÷íûìè îò 50 ïðîöåíòîâ, ìîæíî èñïîëüçîâàòü, åñëè ðåàëèçîâàòü äîïîëíè-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Òàáëèöà 1. Ðàáî÷èé äèàïàçîí ÷àñòîò ñõåìû ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ åìêîñòè C5 Ñ5 (ïÔ)
Äèàïàçîí ÷àñòîò
0
500 Ãö 2.82 ÌÃö
100
500 Ãö 2.30 ÌÃö
1000
500 Ãö 965 êÃö
òåëüíóþ ñõåìó (ñì. Ðèñóíîê 1). Äîïîëíèòåëüíàÿ ñõåìà ôîðìèðóåò íà ñâîåì âûõîäå ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ñ 50-ïðîöåíòíûì êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ, êîòîðûå è èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå âõîäíîãî ñèãíàëà óäâîèòåëÿ ÷àñòîòû. Òðèããåð Øìèòòà è ñ÷åòâåðåííûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò «È-ÍÅ» (U3) ñëóæàò äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïðàâèëüíîãî çàïóñêà ñåêöèè óäâîèòåëÿ ÷àñòîòû. Óäâîèòåëü ÷àñòîòû íå çàïóñêàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ âõîäíûõ èìïóëüñîâ íå ñòàíåò áëèçêèì ê 50%. ß íå ñîáèðàë ýòó äîïîëíèòåëüíóþ ñõåìó, íî ñìîäåëèðîâàë åå ñ ïîìîùüþ LTspice, ïîñêîëüêó îíà â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè äóáëèðóåò ñõåìó óäâîèòåëÿ ÷àñòîòû, êîòîðóþ ÿ ìàêåòèðîâàë è òåñòèðîâàë. Ðàíåå â [4] áûëà îïèñàíà àëüòåðíàòèâíàÿ ñõåìà óäâîèòåëÿ ÷àñòîòû, êîòîðàÿ ðàáîòàåò ñ âõîäíûìè èìïóëüñíûìè ñèãíàëàìè, èìåþùèìè êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ìåíåå 50%, è ïðåâðàùàåò èõ â ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ ðîâíî 50%. ÐË
Ññûëêè 1. R. M. Stitt and R. L. Morrison, "Wide-range pulseshaping circuit gives square waves with 50% duty cycle", Burr-Brown Research Corp. 2. H. P. D. Lanyon, "One-shot with feedback loop maintains constant duty cycle", Worcester Polytechnic Institute, Worcester, Mass. Electronics Designer’s Casebook, page 122. 3. Robert L. Taylor, "Frequency-doubler produces square-wave output", I & F Electronics, Nashville, Tenn. Electronics Designer’s Casebook Number 1. 4. Jim McLucas. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ëþáîãî ñèãíàëà ñòàíåò ðàâíûì 50%.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD74HC00 2. Datasheet Texas Instruments CD74HC4538 3. Datasheet Texas Instruments CD74HC86 4. Datasheet Texas Instruments TLV9052 5. Datasheet Vishay SD101C
51
Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ Proto David Johnson-Davies Tecknoblogy.com
Â
 ñòàòüå îïèñàí ïîðòàòèâíûé ðåãóëèðóåìûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ, óäîáíûé äëÿ óñòàíîâêè íà áåñïàå÷íûå ìàêåòíûå ïëàòû è èäåàëüíî ïîäõîäÿùèé äëÿ ïèòàíèÿ ïðîåêòîâ íà Arduino è äëÿ äðóãèõ ìàëîìîùíûõ ñõåì. Îí ñïîñîáåí, ïèòàÿñü îò äâóõ ëèòèéèîííûõ àêêóìóëÿòîðîâ, îáåñïå÷èâàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îò 0  äî 5.5  ïðè òîêå äî 0.5 À. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, âåëè÷èíà êîòîðîãî îòîáðàæàåòñÿ íà òðåõðàçðÿäíîì 7-ñåãìåíòíîì èíäèêàòîðå, ìîæíî ðåãóëèðîâàòü ñ ïîìîùüþ ïîâîðîòíîãî ýíêîäåðà. Âñÿ ñõåìà óïðàâëÿåòñÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîì ATmega328. Äëÿ ïðèìåðà, íà Ðèñóíêå 1 Proto ïèòàåò ATtiny85V íàïðÿæåíèåì 1.8  – ñàìûì íèçêèì äëÿ äàííîãî ìèêðîêîíòðîëëåðà, â êîòîðîì âûïîëíÿåòñÿ ïðîãðàììà Blink.
Õàðàêòåðèñòèêè Ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ðàáîòû ñ ïðîòîòèïàìè èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, êàê ïðàâèëî, èìåþò ôèêñèðîâàííûå âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ 3.3  è 5 Â, ïîëó÷àåìûå îò ïîðòà USB, èëè ðåãóëèðóåìîå íàïðÿæåíèå, ïîëó÷àåìîå èç ïîñòîÿííîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Îäíàêî âñåì èì íå õâàòàåò íåñêîëüêèõ ôóíêöèé, êîòîðûå ÿ õîòåë èìåòü â èñòî÷íèêå ïèòàíèÿ: ! ×òîáû íå áûòü ïðèâÿçàííûì ê ðîçåòêå, îí äîëæåí ïèòàòüñÿ îò àêêóìóëÿòîðîâ. ! Îí äîëæåí ðåãóëèðîâàòü íàïðÿæåíèå âïëîòü äî íóëÿ. Ýòî ïîçâîëèò èññëåäîâàòü ïîâåäåíèå ñõåìû ñ íåèñïðàâíîé áàòàðååé, íàéòè íàïðÿæåíèå, ïðè êîòîðîì çàãîðàåòñÿ ñâåòîäèîä, ïðîâåðèòü ðàáîòó ñõåìû îáíàðóæåíèÿ ïîíèæåííîãî íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. ! Îí äîëæåí îòîáðàæàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, ÷òîáû íå íóæíî áûëî ïîäêëþ÷àòü ìóëüòèìåòð äëÿ ïðîâåðêè ýòîãî íàïðÿæåíèÿ.
52
Ðèñóíîê 1. Áëîê ïèòàíèÿ Proto âñòàâëÿåòñÿ â áåñïàå÷íóþ ìàêåòíóþ ïëàòó è îáåñïå÷èâàåò íàïðÿæåíèå îò 0 äî 5.5  ïðè òîêå äî 0.5 À.
Ïîñêîëüêó áëîê ïèòàíèÿ ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïðîâåðêè ïðîåêòîâ ñ AVR, íåò íåîáõîäèìîñòè â íàïðÿæåíèè áîëüøå 5.5 Â. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî èñòî÷íèê ìîæíî óäîáíî çàïèòàòü îò äâóõ LiIon àêêóìóëÿòîðîâ íàïðÿæåíèåì 3.7 Â. Èñòî÷íèê ìîã áû áûòü ïîñòðîåí íà ñòàíäàðòíîì ðåãóëèðóåìîì ñòàáèëèçàòîðå, òàêîì êàê LM317, íî ìèíèìàëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ýòîãî ðåãóëÿòîðà îêîëî 1.25 Â. Ïîýòîìó ÿ âûáðàë LT3080 – î÷åíü õîðîøåå óñòðîéñòâî, êîòîðîå îáåñïå÷èâàåò òîê äî 1.1 À ïðè âûõîäíîì íàïðÿæåíèè, íà÷èíàÿ îò íóëåâîãî.
Ñõåìà Íà Ðèñóíêå 2 ïðèâåäåíà ïîëíàÿ ñõåìà èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ Proto. Äëÿ êîððåêòíîé ðàáîòû LT3080 òðåáóåòñÿ ìèíèìàëüíûé òîê íàãðóçêè, êîòîðûé ñîãëàñíî òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè ñîñòàâëÿåò 500 ìêÀ. Ïðîñòåéøèé ñïîñîá âûïîëíèòü ýòî òðåáîâàíèå – ïîäêëþ÷èòü ïàðàëëåëüíî âûõîäó ðåçèñòîð. ß âûáðàë ñîïðîòèâëåíèå 220 Îì, êîòîðîå äîáàâëÿåò ê ïîêàçàíèÿì èíäèêàòîðà 0.05  ïðè îòñóòñòâèè íàãðóçêè è îòáèðàåò äîïîëíèòåëüíûå 25 ìÀ ïðè ïîëíîì
ÑÕÅÌÛ
220W×3
Âûõîä: 0…+5.5 Â <1.1 À
+5.5 Â 0.1µF
f
2 3 b
+
D C A Ïîâîðîòíûé ýíêîäåð
220W
10µF
+
47µF
1kW +
e d dp c g
2.2kW
+
680W
ATmega328
1µF
ÂÛÕ. ØÈÌ PD3 ÂÕÎÄ ÀÖÏ PC0 PC3 PC2
PD2
1 a
PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0
GND GND AGND
200W
LT3080 IN OUT SET
+7.4 Â
PD5 PD6 PD7 VCC VCC AVCC AREF RST
+7.4 Â LM317L VIN VOUT ADJ
47µF 10µF
Ñâåòîäèîäíûé èíäèêàòîð 2381BS
Ðèñóíîê 2. Ñõåìà èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ Proto, ïîñòðîåííàÿ íà ATmega328.
âûõîäíîì íàïðÿæåíèè. Ñðåäíåêâàäðàòè÷íîå çíà÷åíèå ïóëüñàöèé âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ íèæå ïðèìåðíî 2 ìÂ.
Ïðîöåññîð  áîëåå ðàííåé ñòàòüå «Portable Lab Power Supply» ìîé ïðîåêò îñíîâûâàëñÿ íà ìèêðîêîíòðîëëåðå ATtiny861, èìåþùåì äîñòàòî÷íî ëèíèé ââîäà/âûâîäà. Îäíàêî äëÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ Proto ÿ ðåøèë èñïîëüçîâàòü áîëåå ïîïóëÿðíûé ìèêðîêîíòðîëëåð ATmega328 èç-çà åãî áîëüøåé äîñòóïíîñòè è, ÷àñòî, ìåíüøåé öåíû, ÷åì ó ATtiny861. È õîòÿ âûâîäîâ ó íåãî áîëüøå, âåðñèÿ SMD íà ñàìîì äåëå èìååò ìåíüøóþ ïëîùàäü, ÷åì ATtiny861 â êîðïóñå SOIC.  ýòîì ïðèëîæåíèè íåò íåîáõîäèìîñòè â òî÷íîé ñèíõðîíèçàöèè, ïîýòîìó ìû ìîæåì îáîéòèñü áåç âíåøíåãî êâàðöåâîãî ðåçîíàòîðà è èñïîëüçîâàòü âíóòðåííèé RC-ãåíåðàòîð ATmega328.
Ñòàáèëèçàòîðû LT3080 âûïóñêàåòñÿ â êîðïóñàõ ðàçëè÷íûõ òèïîâ. ß âûáðàë êîðïóñ äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà SOT-223. Òåïëîîòâîäÿùèé êîíòàêò ñòàáèëèçàòîðà ïðèïàÿí ê áîëüøîìó ïîëèãîíó íà ïå÷àòíîé ïëàòå. Äëÿ äîïîëíèòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ ÿ ÷åðåç ñàìîêëåþùóþñÿ òåðìîïðîêëàäêó ïðèêðåïèë ê íåìó íåáîëüøîé ðàäèàòîð è ïðîòåñòèðîâàë èñòî÷íèê ïèòàíèÿ ïîä íàãðóçêîé 0.5 À. Ñòàáèëèçàòîð îñòàâàëñÿ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
õîëîäíûì. Òåîðåòè÷åñêè îí äîëæåí âûäàâàòü äî 1 À, íî ïðè áóëüøèõ òîêàõ, âåðîÿòíî, ïîíàäîáèòñÿ ðàäèàòîð áîëüøåãî ðàçìåðà. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ öèôðîâîé öåïè 5.5  è îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ ÀÖÏ ÿ èñïîëüçîâàë ðåãóëèðóåìûé ñòàáèëèçàòîð LM317L â êîðïóñå SOT-89, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå êîòîðîãî ìîæíî óñòàíîâèòü ñ ïîìîùüþ äâóõ ðåçèñòîðîâ. Íàïðÿæåíèå îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé:
æ R ö V = 1.25 × çç1 + 2 ÷÷ . è R1 ø Çíà÷åíèÿ R1 = 200 Îì è R2 = 680 Îì äàþò íàì ðîâíî 5.5 Â, êàê è òðåáóåòñÿ.
Ïîâîðîòíûé ýíêîäåð  êà÷åñòâå ïîâîðîòíîãî ýíêîäåðà ÿ èñïîëüçîâàë ïðèîáðåòåííîå ó Adafruit óñòðîéñòâî, êîòîðîå âûäàåò 24 èìïóëüñà íà îäèí ïîâîðîò.
Èíäèêàòîð Â ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ íåäîðîãîé òðåõðàçðÿäíûé ñåìèñåãìåíòíûé ñâåòîäèîäíûé èíäèêàòîð ñ îáùèì àíîäîì òèïà 2381BS ñ ðàçìåðîì ñèìâîëîâ 0.28 äþéìà, êîòîðûé ìîæíî êóïèòü íà eBay. Òàêæå ìîæíî èñïîëüçîâàòü èíäèêàòîð ñ îáùèì êàòîäîì. Äëÿ ýòîãî íóæíî âíåñòè èçìåíåíèÿ â ïîäïðîãðàììó Display().
53
Àêêóìóëÿòîðû
Ñ÷èòûâàíèå ïîëîæåíèÿ ýíêîäåðà
Ïå÷àòíàÿ ïëàòà ðàññ÷èòàíà íà óñòàíîâêó äåðæàòåëÿ àêêóìóëÿòîðà òèïîðàçìåðà AA.  êà÷åñòâå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ÿ âûáðàë äâà àêêóìóëÿòîðà 14250 íàïðÿæåíèåì 3.7 Â. Âûñîòà òàêîãî àêêóìóëÿòîðà – ýòî ïîëîâèíà âûñîòû áàòàðåè AA, ïîýòîìó â äåðæàòåëü ïîìåñòÿòñÿ äâà àêêóìóëÿòîðà, ÷òî â ñóììå äàåò 7.4 Â. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî áîëüøèíñòâî àêêóìóëÿòîðîâ 14250 íå èìåþò çàùèòû, ïîýòîìó èõ íåëüçÿ ðàçðÿæàòü íèæå 3 Â.  êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû ìîæíî èñïîëüçîâàòü íåïåðåçàðÿæàåìûå áàòàðåè 14250 èëè ñáîðêè èç òðåõ íèêåëü-êàäìèåâûõ àêêóìóëÿòîðîâ.
Ïîâîðîòíûé ýíêîäåð ïîäêëþ÷åí ê äâóì âûâîäàì ìèêðîêîíòðîëëåðà – PC2 è PC3.  ïîäïðîãðàììå setup() îíè ñêîíôèãóðèðîâàíû âõîäàìè ñ ïîäòÿæêîé ê øèíå ïèòàíèÿ, à PC2 íàñòðîåí êàê âõîä ïðåðûâàíèÿ ïî èçìåíåíèþ ñîñòîÿíèÿ. Ïðîöåäóðà îáðàáîòêè ïðåðûâàíèÿ ïî èçìåíåíèþ óðîâíÿ ñ÷èòûâàåò ñîñòîÿíèÿ äâóõ âõîäîâ, îïðåäåëÿåò, â êàêîì íàïðàâëåíèè äîëæíî èçìåíèòüñÿ çíà÷åíèå, è âûçûâàåò ChangeValue(). Ïåðåìåííûå a è b õðàíÿò òåêóùèå ñîñòîÿíèÿ äâóõ âõîäîâ, ãëîáàëüíàÿ ïåðåìåííàÿ a0 ñîäåðæèò ïðåäûäóùåå ñîñòîÿíèå a, à c0 ñîäåðæèò î÷èùåííûé ñèãíàë. Îáðàáîòêà ñèãíàëà ýíêîäåðà ïîäðîáíî îïèñàíà â ìîåé ñòàòüå «Bounce-Free Rotary Encoder» [1].
Êîíñòðóêöèÿ ß ñïðîåêòèðîâàë ïëàòó â ïðîãðàììå Eagle è îòïðàâèë åå äëÿ èçãîòîâëåíèÿ â Ragworm â Âåëèêîáðèòàíèè. Äëÿ äîñòèæåíèÿ êîìïàêòíîé êîìïîíîâêè ïðè èñïîëüçîâàíèè ëåãêîäîñòóïíûõ äåòàëåé â ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ ñìåñü êîìïîíåíòîâ äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî è ñêâîçíîãî ìîíòàæà (Ðèñóíîê 3).
Ðèñóíîê 3. Âåðõíÿÿ è íèæíÿÿ ñòîðîíû ãîòîâîé ïå÷àòíîé ïëàòû èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ Proto.
Ñðåäè SMD êîìïîíåíòîâ íåò îñîáåííî ìàëåíüêèõ, ïîýòîìó èõ ìîæíî ïàÿòü âðó÷íóþ ñ ïîìîùüþ ïàÿëüíèêà ñ òîíêèì íàêîíå÷íèêîì, íî ÿ èñïîëüçîâàë òåðìîôåí c òåìïåðàòóðîé 250 °C. Ñíà÷àëà óñòàíîâèòå êîìïîíåíòû SMD, à çàòåì êîìïîíåíòû äëÿ ñêâîçíîãî ìîíòàæà.
Ïðîãðàììà  ýòîì ðàçäåëå îáúÿñíÿþòñÿ ðàçëè÷íûå ÷àñòè ïðîãðàììû Proto Power Supply. Ñìîòðèòå ëèñòèíã ïðîãðàììû, äîñòóïíûé äëÿ ñêà÷èâàíèÿ â ðàçäåëå Çàãðóçêè.
54
Ïîëó÷åíèå àíàëîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ óïðàâëÿåòñÿ àíàëîãîâûì íàïðÿæåíèåì, ïîëó÷àåìûì ôèëüòðàöèåé ñèãíàëà ØÈÌ, ñôîðìèðîâàííîãî íà âûâîäå PD3. Ýòîò ØÈÌ ñèãíàë ñîçäàåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì Timer/Counter2, êîòîðûé â ïîäïðîãðàììå setup() íàñòðîåí íà ðàáîòó â ðåæèìå ØÈÌ ñ ôàçîâîé êîððåêöèåé. Âðàùåíèå ýíêîäåðà âûçûâàåò ïîäïðîãðàììó ChangeValue(), êîòîðàÿ èíêðåìåíòèðóåò èëè äåêðåìåíòèðóåò çíà÷åíèå ãëîáàëüíîé ïåðåìåííîé Count. ChangeValue(), â ñâîþ î÷åðåäü, âûçûâàåò SetVoltage(), êîòîðàÿ èçìåíÿåò çíà÷åíèå â ðåãèñòðå ñðàâíåíèÿ OCR2B.
Èçìåðåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ Ðåãóëèðóåìîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïîäàåòñÿ íà âõîä ÀÖÏ (ADC0/PC0). Èñòî÷íèêîì îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ â setup() âûáðàíî íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ VCC. Çíà÷åíèå àíàëîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ ñ÷èòûâàåòñÿ ïîäïðîãðàììîé ReadADC().
Èíäèêàöèÿ íàïðÿæåíèÿ Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îòîáðàæàåòñÿ íà òðåõðàçðÿäíîì ñåìèñåãìåíòíîì èíäèêàòîðå. Äëÿ ïðîñòîòû èíäèêàòîð ìóëüòèïëåêñèðóåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì òîãî æå òàéìåðà – Timer/Counter2. Êàæäûå 220 îòñ÷åòîâ òàéìåð ïåðåïîëíÿåòñÿ, è ýòî ñîáûòèå èñïîëüçóåòñÿ
ÑÕÅÌÛ
äëÿ âûçîâà ïîäïðîãðàììû îáðàáîòêè ïðåðûâàíèÿ ISR (TIMER2_OVF_vect). Îíà, â ñâîþ î÷åðåäü, âûçûâàåò ïîäïðîãðàììó DisplayNextDigit(), êîòîðàÿ âûâîäèò ñîîòâåòñòâóþùèå äàííûå ñåãìåíòîâ ñëåäóþùåé îòîáðàæàåìîé öèôðû â PORTB, à çàòåì óñòàíàâëèâàåò âûñîêèé óðîâåíü íà îáùåì àíîäå öèôðû, ïîäêëþ÷åííîì ê PORTD. ×èñëî, êîòîðîå áóäåò îòîáðàæàòüñÿ â êàæäîì ðàçðÿäå äèñïëåÿ, çàäàåòñÿ ìàññèâîì Buffer[]. Êàæäûé ÷åòâåðòûé öèêë ýòà ïîäïðîãðàììà ñ÷èòûâàåò èíôîðìàöèþ èç ÀÖÏ è âûçûâàåò Display() äëÿ çàïèñè ñîîòâåòñòâóþùèõ çíà÷åíèé â áóôåð èíäèêàòîðà Buffer[]. Äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ìåðöàíèÿ ìåæäó äâóìÿ ñîñåäíèìè çíà÷åíèÿìè èíäèêàöèÿ îáíîâëÿåòñÿ òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè íàïðÿæåíèå èçìåíèëîñü íå ìåíåå ÷åì íà 10 ìÂ.
Îòêëþ÷åíèå ïðè ïåðåãðóçêå LT3080 èìååò çàùèòó îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, îãðàíè÷èâàþùóþ âûõîäíîé òîê ïðèìåðíî äî 1.4 À, íî ýòîãî äîñòàòî÷íî, ÷òîáû ïîâðåäèòü íåïðàâèëüíî ïîäêëþ÷åííóþ ñõåìó. Ïîýòîìó ÿ ââåë îòêëþ÷åíèå ïî ïåðåãðóçêå, êîòîðîå ñðàáàòûâàåò, åñëè çàäàííîå íàïðÿæåíèå, óñòàíîâëåííîå ýíêîäåðîì, ïðåâûøàåò èçìåðåííîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå áîëåå ÷åì íà 500 ìÂ. Ýòà ñèòóàöèÿ îáðàáàòûâàåòñÿ ïðîâåðêîé â DisplayNextDigit(), êîòîðàÿ óñòàíàâëèâàåò ôëàã Overload, åñëè ïåðåãðóçêà ïðîèçîøëà. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óñòàíàâëèâàåòñÿ íà íîëü, à íà äèñïëåå îòîáðàæàþòñÿ ïðî÷åðêè. Äëÿ ñáðîñà çàùèòû íåîáõîäèìî ïîâåðíóòü ýíêîäåð.
Êíîïêà ïðåäâàðèòåëüíîé óñòàíîâêè íàïðÿæåíèÿ Êíîïêà ïîâîðîòíîãî ýíêîäåðà óñòàíàâëèâàåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíûì 3.3 Â. Êíîïêà ïîäêëþ÷åíà ê âûâîäó PD2, êîòîðûé â ïîäïðîãðàììå setup() ñêîíôèãóðèðîâàí êàê âõîä ïðåðûâàíèÿ INT0.
Çàòåì ïîäïðîãðàììà îáðàáîòêè ïðåðûâàíèÿ ïðîñòî óñòàíàâëèâàåò çíà÷åíèå Count ðàâíûì 3.3/0.025 èëè 132.
Êîìïèëÿöèÿ ïðîãðàììû ATmega328 ìîæíî çàïðîãðàììèðîâàòü ñ ïîìîùüþ âíóòðèñõåìíîãî ïðîãðàììàòîðà ÷åðåç 6-êîíòàêòíûé ðàçúåì ISP, óñòàíîâëåííûé íà ïå÷àòíîé ïëàòå. ß èñïîëüçîâàë íåäîðîãîé ïðîãðàììàòîð USBASP, êóïëåííûé âìåñòå ñ ëåíòî÷íûì êàáåëåì íà eBay, êîòîðûé ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ðàçúåìó ISP íà ïëàòå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ Proto. Âìåñòî íåãî äëÿ âíóòðèñõåìíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðîãðàììàòîð Sparkfun Tiny AVR èëè Arduino Uno.  Arduino IDE îòñóòñòâóåò êîíôèãóðàöèÿ ñ âíóòðåííèì ãåíåðàòîðîì, ïîýòîìó ÿ ñîçäàë åå ñàì. Åå ìîæíî çàãðóçèòü ñ GitHub [2]. Ïîñëå êîïèðîâàíèÿ êîíôèãóðàöèè â ïàïêó hardware âûáåðèòå â ïàïêå Arduino îïöèþ ATmega328 ïîä çàãîëîâêîì ATmegaBreadboard â ìåíþ Boards. Çàòåì â ïîñëåäóþùèõ ìåíþ âûáåðèòå B.O.D. Enabled (4.3V), ATmega328P è 8 MHz (internal). Âûáåðèòå «Burn Bootloader» ÷òîáû ïðàâèëüíî óñòàíîâèòü ôüþçû; çàòåì âûáåðèòå Upload, ÷òîáû çàãðóçèòü ïðîãðàììó. Äîïîëíèòåëüíî ê ïðîãðàììå ïî ññûëêå â ðàçäåëå Çàãðóçêè ìîæíî ñêà÷àòü ïðîåêòíûå ôàéëû ïëàòû â ôîðìàòå Eagle. ÐË
Ññûëêè 1. Bounce-Free Rotary Encoder 2. ATmegaBreadboard
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Atmel ATmega328 2. Datasheet XLITX 2381BS 3. Datasheet Fairchild LM317L 4. Datasheet Analog Devices LT3080
Çàãðóçêè Ôàéëû ïðîåêòà Proto Power Supply
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
55
Ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò ñ óëó÷øåííîé ïåðåõîäíîé õàðàêòåðèñòèêîé John Guy EDN
Ð
Ðàñïðîñòðàíåííîé ïðîáëåìîé, âîçíèêàþùåé ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ôèëüòðîâ íèæíèõ ÷àñòîò äëÿ îáðàáîòêè ñèãíàëîâ, ÿâëÿåòñÿ âëèÿíèå ôèëüòðîâ íà âðåìåííîé îòêëèê ñèñòåìû. Ïîñêîëüêó ïîíèæåíèå ÷àñòîòû ñðåçà çàìåäëÿåò ðåàêöèþ íà ñòóïåí÷àòîå âîçäå-
éñòâèå, ñèñòåìà ìîæåò íå ðàñïîçíàòü ñóùåñòâåííûå èçìåíåíèÿ â òå÷åíèå ïðèåìëåìîãî ïðîìåæóòêà âðåìåíè. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïîääåðæèâàåò áîëåå íèçêèå ÷àñòîòû ñðåçà áåç óùåðáà äëÿ ïåðåõîäíîé õàðàêòåðèñòèêè. Îêîííûé êîìïàðàòîð îòñëåæèâàåò äåëüòó
VCC J1 BNC
IC1 1 8 COM CLK 7 2 SHDN IN 3 6 OS GND 5 4 VDD OUT
1
2
J2 BNC 1 VCC
MAX7409
2
VCC Q4 2N3906
C4 0.1 µF
3 4
R3 430
VCC 7 +
1
– 2 VCC
R2 430
R4 510k
6 C3 1 nF
5 R1 33k
Q1 2N3904
C2 270 nF
C1 27 nF
Q3 2N3906
IC2A MAX966 C5 0.1 µF
VCC R5 10k
7 +
8
– 2
IC2B MAX966
Q5 2N3904
Q2 2N3904
Ðèñóíîê 1. Ýòîò ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò îáåñïå÷èâàåò áûñòðóþ ïåðåõîäíóþ õàðàêòåðèñòèêó, äèíàìè÷åñêè ðåãóëèðóÿ ÷àñòîòó ñðåçà.
56
ÑÕÅÌÛ
(ðàçíîñòü) ìåæäó âõîäíûì è âûõîäíûì ñèãíàëàìè ôèëüòðà. Êîãäà äåëüòà ïðåâûøàåò ±50 ìÂ, ôèëüòð óâåëè÷èâàåò ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ, óâåëè÷èâàÿ ÷àñòîòó ñðåçà íà ïîðÿäîê. Ìèêðîñõåìà ôèëüòðà íà êîììóòèðóåìûõ êîíäåíñàòîðàõ IC1 îáû÷íî ðàáîòàåò êàê ñàìîñèíõðîíèçèðóþùååñÿ óñòðîéñòâî. Êîíäåíñàòîðû C1 è C2 óñòàíàâëèâàþò ÷àñòîòó ñðåçà, ðàâíîé 0.1 Ãö, à äðóãèå ñõåìû îáðàçóþò äèíàìè÷åñêèé îêîííûé êîìïàðàòîð. Òðàíçèñòîðíûå ïàðû Q1-Q2 è Q3-Q4 îáðàçóþò êîìïëåìåíòàðíîå òîêîâîå çåðêàëî, âûõîäíîé ñèãíàë êîòîðîãî ïðîõîäèò ÷åðåç ðåçèñòîðû R2 è R3, ñîçäàâàÿ äåëüòó â ±50 ìÂ. Ïîäêëþ÷åíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ê ñðåäíåé òî÷êå ðåçèñòîðíîé öåïî÷êè R2-R3 öåíòðèðóåò äåëüòó îòíîñèòåëüíî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ïîýòîìó âåðõíèé ïîðîã îêîííîãî êîìïàðàòîðà óñòàíàâëèâàåòñÿ ðàâíûì VOUT + 50 ìÂ, à íèæíèé ïîðîã – VOUT - 50 ìÂ. Ýëåìåíòû R4 è C3 îáåñïå÷èâàþò ôèëüòðàöèþ íèæíèõ ÷àñòîò èñõîäíîãî âõîäíîãî ñèãíàëà, óñòàíàâëèâàÿ ÷àñòîòó ñðåçà 312 Ãö, êîòîðàÿ ñíèæàåò ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê êðàòêîâðåìåííûì áðîñêàì. Îòôèëüòðîâàííûé âõîäíîé ñèãíàë ïîäàåòñÿ íà âõîä îêîííîãî êîìïàðàòîðà. Åñëè âõîäíîé ñèãíàë íå ïîïàäàåò â îêíî ±50 ìÂ, íà âûõîäå êîìïàðàòîðà IC2A èëè IC2B óñòàíàâëèâàåòñÿ íèçêèé óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ. Ïðè íèçêîì óðîâíå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ òðàíçèñòîð Q5 çàêðûâàåòñÿ. Ïîñêîëüêó êîëëåêòîð Q5 áîëüøå íå ñîåäèíÿåò êîíäåíñàòîð C2 ñ çåìëåé, ÷àñòîòà ñðåçà ôèëüòðà óâåëè÷èâàåòñÿ â 10 ðàç. Êîãäà âûõîäíîé ñèãíàë ñèñòåìû ïåðåñòàåò âûõîäèòü çà ïðåäåëû ±50 ì îò âõîäíîãî, ÷àñòîòà ñðåçà âîçâðàùàåòñÿ â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå. Âëèÿíèå îïòèìèçèðîâàííîãî ôèëüòðà èëëþñòðèðóþò îñöèëëîãðàììû íà Ðèñóíêå 2. Âåðõíÿÿ êðèâàÿ ïðåä-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
2.5 Â
1.5 Â
400 ìñ/ÄÅË.
Ðèñóíîê 2. Ýòè îñöèëëîãðàììû ïîêàçûâàþò âðåìåííîé îòêëèê ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ñî ñõåìîé îïòèìèçàöèè (ñðåäíÿÿ êðèâàÿ) è áåç íåå (íèæíÿÿ êðèâàÿ).
ñòàâëÿåò ñêà÷îê âõîäíîãî ñèãíàëà îò 1.5 äî 2.5 Â, íà ñðåäíåé êðèâîé ïîêàçàí âûõîäíîé ñèãíàë ïðè âêëþ÷åííîé ñõåìå îïòèìèçàöèè, à íèæíÿÿ êðèâàÿ ïîêàçûâàåò îòêëèê íåìîäèôèöèðîâàííîãî ôèëüòðà. Íà îòêëèêå îïòèìèçèðîâàííîãî ôèëüòðà âèäíî íåáîëüøîå âîçìóùåíèå âî âðåìÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ ÷àñòîòû ñðåçà, íî îí â ïÿòü ðàç áûñòðåå, ÷åì ó íåìîäèôèöèðîâàííîé ñõåìû. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 íàñòðîåíà íà íèçêèå ÷àñòîòû ñðåçà, íî åå ìîæíî ìàñøòàáèðîâàòü äëÿ áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîò, èçìåíèâ åìêîñòè êîíäåíñàòîðîâ C1 è C2. Òàêæå ìîæíî èçìåíÿòü ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ R2 è R3 äëÿ äðóãîé øèðèíû îêíà; òîãäà äåëüòà áóäåò ðàâíà ñîïðîòèâëåíèþ, óìíîæåííîìó íà 115 ìêÀ. Êîìïàðàòîð äîëæåí èìåòü âûõîä ñ îòêðûòûì ñòîêîì. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX7409 2. Datasheet Maxim MAX966
57
Îäèí âûâîä ïðîöåññîðà óïðàâëÿåò ôóíêöèåé âêëþ÷åíèÿ/âûêëþ÷åíèÿ Michael Sirkis EDN
Î
Îïóáëèêîâàííàÿ íåêîòîðîå âðåìÿ íàçàä ñòàòüÿ [1] ïîáóäèëà ìåíÿ ïðåäëîæèòü áîëåå ïðîñòîå ðåøåíèå, êîòîðîå ÿ èñïîëüçîâàë â íåäàâíåì ïðîåêòå. Íàì ïîíàäîáèëñÿ êíîïî÷íûé âûêëþ÷àòåëü ïèòàíèÿ áåç ôèêñàöèè, êîíòðîëèðóåìûé ïðîöåññîðîì. Ýòîò êîíòðîëü ïîçâîëÿë áû ïðîöåññîðó îòëîæèòü çàïðîñ íà âûêëþ÷åíèå ïîñëå íàæàòèÿ êíîïêè äî òåõ ïîð, ïîêà âñå ïðîöåäóðû íå çàâåðøàòñÿ äîëæíûì îáðàçîì. Êðîìå òîãî, â ïåðèîäû áåçäåéñòâèÿ ïðîöåññîð ìîã îòêëþ÷àòü óñòðîéñòâî äëÿ ýêî-
íîìèè çàðÿäà áàòàðåè.  ïðîåêòå òàêæå èñïîëüçóåòñÿ ïîâûøàþùèé ðåãóëÿòîð äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ äâóõ èëè òðåõ áàòàðååê AA â 5 Â.  êà÷åñòâå ðåãóëÿòîðà IC1 âûáðàíà ìèêðîñõåìà TPS61032 êîìïàíèè Texas Instruments (Ðèñóíîê 1). Ìèêðîñõåìà èìååò âõîä ðàçðåøåíèÿ (âûâîä 9), íèçêèé óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà êîòîðîì íå òîëüêî âûêëþ÷àåò ïðåîáðàçîâàòåëü, íî è ïîëíîñòüþ îòñîåäèíÿåò íàãðóçêó îò áàòàðåè. Óïðàâëÿë óñòðîéñòâîì ïðîöåññîð PIC16F874. Êëþ÷å-
5Â L1 6.8 µH
+ D1 1N4148
D2 1N4148
C1 10 µF
ÁÀÒÀÐÅß
–
R1
R2
13 1 SW1 VOUT1 14 2 SW2 VOUT2 6 15 VBAT VOUT3 8 SYNC 12 IC1 FB TPS61032 10 7 LBO LBI 3 9 EN PGND1 4 PGND2 11 5 GND PGND3
C2 10 µF
ÂÛÕÎÄ Ê ÏÐÎÖÅÑÑÎÐÓ
+ C3 220 µF
S1 D3 1N4148 Ê ÂÕÎÄÓ/ÂÛÕÎÄÓ ÏÐÎÖÅÑÑÎÐÀ
R3 1k
R4 1M
C4 0.01 µF
R5 1M
Ðèñóíîê 1. Ýòà êîíôèãóðàöèÿ ñõåìû îáåñïå÷èâàåò âûêëþ÷åíèå ïèòàíèÿ íåôèêñèðóåìîé êíîïêîé ïîä êîíòðîëåì ïðîöåññîðà.
58
ÑÕÅÌÛ
âûì ýëåìåíòîì êîíñòðóêöèè ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ñíà÷àëà ìîæíî ñêîíôèãóðèðîâàòü âûâîä ïðîöåññîðà â êà÷åñòâå âûõîäà, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü âûñîêèé óðîâåíü íà âõîäå ðàçðåøåíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ, à çàòåì ïåðåíàñòðîèòü åãî äëÿ ïðîâåðêè ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ âûêëþ÷àòåëÿ ïèòàíèÿ. Êîãäà ñõåìà íå ðàáîòàåò, íàæàòèå íà êíîïêó âûêëþ÷àòåëÿ ïèòàíèÿ S1 ïîäòÿãèâàåò âûâîä 9 ìèêðîñõåìû IC1 ê óðîâíþ øèíû ïèòàíèÿ, òåì ñàìûì âêëþ÷àÿ ïðåîáðàçîâàòåëü è ïîäàâàÿ 5  íà ïðîöåññîð. Ïðè çàãðóçêå ïðîöåññîðà åãî ïîðò ââîäà-âûâîäà íàñòðîåí êàê âûõîä ñ âûñîêèì ëîãè÷åñêèì óðîâíåì.  ðåçóëüòàòå íà âûâîäå 9 ìèêðîñõåìû IC1 ïîääåðæèâàåòñÿ âûñîêèé óðîâåíü, è ïîñëå îòïóñêàíèÿ êíîïêè âûêëþ÷àòåëÿ ïèòàíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëü ïðîäîëæàåò ðàáîòàòü. ×åðåç êàæäûå íåñêîëüêî ìèëëèñåêóíä ýòîò ïîðò ïðîöåññîðà ïåðåíàñòðàèâàåòñÿ íà ââîä, ÷òîáû ïðîâåðèòü ñîñòîÿíèå âûêëþ÷àòåëÿ ïèòàíèÿ: âûñîêèé óðîâåíü îçíà÷àåò, ÷òî êíîïêà íàæàòà, à íèçêèé – îòïóùåíà. Ïîñëå ïðîâåðêè âûâîä ïðîöåññîðà âîçâðàùàåòñÿ â ïðåäûäóùèé ðåæèì âûâîäà. Êîíäåíñàòîð C4 ïîääåðæèâàåò âûñîêèé óðîâåíü íà âûâîäå 9 ìèêðîñõåìû IC1, îáåñïå÷èâàÿ ðàáîòó ïðåîáðàçîâàòåëÿ âî âðåìÿ ïîâåðêè ñîñòîÿíèÿ âûêëþ÷àòåëÿ. Åñëè îòïóñòèòü âûêëþ÷àòåëü ïîñëå âêëþ÷åíèÿ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
ïèòàíèÿ, à çàòåì íàæàòü åãî ñíîâà, ïðîöåññîð íà÷íåò âûïîëíÿòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü âûêëþ÷åíèÿ. Ïîñëå âûïîëíåíèÿ âñåõ íåîáõîäèìûõ ñëóæåáíûõ ïðîöåäóð âûâîä ïðîöåññîðà êîíôèãóðèðóåòñÿ âõîäîì è îñòàåòñÿ â òàêîì ñîñòîÿíèè. Çàòåì êîíäåíñàòîð C4 ïîëíîñòüþ ðàçðÿæàåòñÿ, óñòàíàâëèâàÿ íèçêèé óðîâåíü íà âûâîäå 9 ìèêðîñõåìû IC1, è, òåì ñàìûì, îòêëþ÷àÿ ïðåîáðàçîâàòåëü è îñòàëüíóþ ÷àñòü ñõåìû. Äèîäû D1 è D2 ïîçâîëÿþò íàïðÿæåíèþ áàòàðåè çàïóñêàòü ïðåîáðàçîâàòåëü, à ïðîöåññîðó ïðîâåðÿòü ñîñòîÿíèå âûêëþ÷àòåëÿ ïèòàíèÿ, èñïîëüçóÿ áîëåå âûñîêîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ìèêðîñõåìà TPS61032 ñîäåðæèò òàêæå êîìïàðàòîð êîíòðîëÿ ðàçðÿäà áàòàðåè, ïîðîãîâûé óðîâåíü êîòîðîãî óñòàíàâëèâàåòñÿ ðåçèñòîðàìè R1 è R2. Äðóãîé ïðîöåññîð ìîæåò ñ÷èòûâàòü âûõîäíîé ñèãíàë êîìïàðàòîðà (ìèêðîñõåìà IC1, âûâîä 10), ÷òîáû âûïîëíÿòü áåçîïàñíîå âûêëþ÷åíèå, êîãäà íàïðÿæåíèå áàòàðåè ñòàíîâèòñÿ ñëèøêîì íèçêèì. ÐË
Ññûëêà 1. Ìèêðîêîíòðîëëåð èëè ïðîöåññîð DSP óïðàâëÿþò ôóíêöèåé âêëþ÷åíèÿ/âûêëþ÷åíèÿ
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TPS61032RSAR
59
Ïðîñòàÿ ñõåìà ñåíñîðíîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ Brad Albing EDN
Î
Îáû÷íûå êîíñòðóêöèè ñåíñîðíûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé îñíîâàíû íà îáíàðóæåíèè óìåíüøåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ, êîãäà êîí÷èê ïàëüöà ïîëüçîâàòåëÿ ëèáî ñîåäèíÿåò êîíòàêò ñ îáùåé çåìëåé ñõåìû, ëèáî ïîäàåò ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå ÷àñòîòîé 60 Ãö, íàâîäèìîå ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì, èçëó÷àåìûì áëèçëåæàùèìè ýëåêòðè÷åñêèìè ñåòÿìè. Íî ÷òî äåëàòü, åñëè ýëåêòðè÷åñêèõ ñåòåé
ïîáëèçîñòè íåò, è îáîðóäîâàíèå ðàáîòàåò îò áàòàðåè, íàïðèìåð, â àâòîìîáèëüíîì ïðèëîæåíèè, èëè åñëè îòñóòñòâóåò ãàëüâàíè÷åñêèé êîíòàêò ñ îáùåé çåìëåé? Ðàáîòà ñõåìû, ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 1, îñíîâàíà íà îáíàðóæåíèè óâåëè÷åíèÿ åìêîñòè, îáóñëîâëåííîãî ïðèêîñíîâåíèåì ê êîíòàêòó. Õîòÿ äëÿ ðåàëèçàöèè ïðîñòîé êîíñòðóêöèè èíîãäà ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ ñëîæ-
12 Â
9
8
IC1D 40106
11
10
IC1E 40106
13
12
C1 0.1 µF R1 6.8k IC1A 14 40106 1 2 C2 1 nF
C3 0.1 µF R2 10k
7
ÓÐÎÂÅÍÜ ÂÎÇÁÓÆÄÅÍÈß/ ×ÓÂÑÒÂÈÒÅËÜÍÎÑÒÜ
IC1C 40106
12 Â
R3 100k R4 10k ÑÅÍÑÎÐÍÀß ÏÀÍÅËÜ
R5 10M
IC1F 40106
5 D1 1N4148
R7 Q1 2N5457 1M
3
IC1B 40106 4
6
ÊÀÑÀÍÈÅ
ÊÀÑÀÍÈÅ
C4 1 nF
Ðèñóíîê 1. Â íåäîðîãîì èíòåðôåéñå ñåíñîðíîé ïàíåëè íà îäèí êàíàë èñïîëüçóþòñÿ òðè èíâåðòîðà ñ òðèããåðàìè Øìèòòà è ïîëåâîé òðàíçèñòîð.
60
ÑÕÅÌÛ
íàÿ ñõåìà, ïîêàçàííîå çäåñü óñòðîéñòâî ïðåäëàãàåò íåäîðîãîé ïîäõîä, èñïîëüçóþùèé íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî êîìïîíåíòîâ. Íà Ðèñóíêå 1 èíâåðòîð IC1A ðàáîòàåò êàê ãåíåðàòîð ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ñ ÷àñòîòîé ïðèáëèçèòåëüíî 150 êÃö. Âûõîä ãåíåðàòîðà ñâÿçàí ïî ïåðåìåííîìó òîêó ñ ïîòåíöèîìåòðîì R2, êîòîðûé óñòàíàâëèâàåò óðîâåíü óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà è, ñëåäîâàòåëüíî, ÷óâñòâèòåëüíîñòü ñåíñîðíîé ïàíåëè. Ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû, ñìåùàþùèå çàòâîð íà íåñêîëüêî âîëüò, ïåðèîäè÷åñêè ïåðåêëþ÷àåò n-êàíàëüíûé ïîëåâîé òðàíçèñòîð Q1 èç ðåæèìà ïðîâîäèìîñòè â ðåæèì îòñå÷êè. Ñ ðàçìàõîì îò 0 äî 12  ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ïîâòîðÿþòñÿ íà ñòîêå òðàíçèñòîðà Q1. Ïèêîâûé äåòåêòîð, îáðàçîâàííûé ýëåìåíòàìè D1, R7 è C4, îáåñïå÷èâàåò ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå, äîñòàòî÷íîå äëÿ òîãî, ÷òîáû íà âûõîäå èíâåðòîðà IC1B óñòàíîâèëñÿ íèçêèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü. Îäíàêî åñëè êòî-òî ïðèêîñíåòñÿ ê ñåíñîðíîé ïàíåëè, ëþáàÿ äîáàâëåííàÿ åìêîñòü
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
îòíîñèòåëüíî çåìëè èëè îáùåãî ïðîâîäà óìåíüøèò ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà, è Q1 áóäåò ïîñòîÿííî ïðîâîäèòü òîê. Ðàçìàõ ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ, ïîäàâàåìûõ íà äèîä D1, óìåíüøèòñÿ. Íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå C4 óïàäåò íèæå ëîãè÷åñêîãî ïîðîãà, è óðîâåíü ñèãíàëà íà âûõîäå èíâåðòîðà IC1B ñòàíåò âûñîêèì. Ðåãóëèðîâêîé ïîòåíöèîìåòðà R2 ìîæíî óñòàíîâèòü òðåáóåìóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü è êîìïåíñèðîâàòü ðàçáðîñ íàïðÿæåíèé îòñå÷êè ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ. Ñòðåìÿùèåñÿ ê íîâèçíå èëè íîñòàëüãèè ìîãóò èñïîëüçîâàòü ïîëîâèíó äâîéíîãî òðèîäà 12AX7 â êà÷åñòâå ãåíåðàòîðà, à îñòàâøóþñÿ ïîëîâèíó âìåñòî òðàíçèñòîðà Q1. Âûáîð ñîîòâåòñòâóþùèõ ñîïðîòèâëåíèé àíîäíûõ ðåçèñòîðîâ ïîçâîëèò ðàáîòàòü ñ èñòî÷íèêîì àíîäíîãî íàïðÿæåíèÿ 12 Â. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor 2N5457 2. Datasheet Texas Instruments CD40106B
61
Îäèí ãåíåðàòîð óïðàâëÿåò íåñêîëüêèìè òâåðäîòåëüíûìè ðåëå Juan Ramon EDN
ÁÁëàãîäàðÿ ñî÷åòàíèþ íèçêîé íà÷àëüíîé ñòîèìîñòè è íèçêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ âî âêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè èñïîëüçîâàíèå îáû÷íûõ ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ ðåëå ÷àñòî áûâàåò öåëåñîîáðàçíûì äëÿ êîììóòàöèè áîëüøèõ òîêîâ íàãðóçêè, à òàêæå â äðóãèõ ïðèëîæåíèÿõ, íå òðåáóþùèõ ïðîïîðöèîíàëüíîãî óïðàâëåíèÿ òîêîì èëè íàïðÿæåíèåì íàãðóçêè. Íèç-
êàÿ ñòîèìîñòü è íèçêîå ñîïðîòèâëåíèå ÿâëÿþòñÿ îñíîâíûìè ïðè÷èíàìè òîãî, ÷òî ðåëå ïîïðåæíåìó øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ïðîìûøëåííîñòè. Êðîìå òîãî, èç-çà âûñîêîé ñòåïåíè èçîëÿöèè ìåæäó öåïÿìè óïðàâëåíèÿ è íàãðóçêè ðåëå îñòàþòñÿ ïîëåçíûìè äëÿ êîììóòàöèè ïåðåìåííîãî òîêà âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ ïîä óïðàâëåíèåì íèçêîâîëüòíîé ýëåêòðîíèêè.
Ê ÄÎÏÎËÍÈÒÅËÜÍÛÌ ÑÕÅÌÀÌ
ÄÂÓÍÀÏÐÀÂËÅÍÍÛÉ ÏÓÒÜ ÏÐÎÕÎÆÄÅÍÈß ÒÎÊÀ ÎÒ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÀ Q1 IRF530
9Â C3 220 nF 8
5Â Q3 0Â BC547B ÓÏÐÀÂËßÞÙÈÉ ÑÈÃÍÀË 1 R4 4.7k
IC1 NE555P 4 R1 8.2k
RESET 2 6 7 R2 3.3k 5
C1 1 nF
TRIGGER THRESHOLD
C2 1 nF
1
OUTPUT
T1
Q2 IRF530
D1 1N4148
C4 10 nF
R3 100k
D2 1N4148
ÎÒ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÀ
DISCHARGE CONTROL
Ê ÍÀÃÐÓÇÊÅ
3
~60 êÃö
Ê ÍÀÃÐÓÇÊÅ Q5 IRF530
Q4 IRF530 C5 220 nF
5Â Q6 0Â BC547B ÓÏÐÀÂËßÞÙÈÉ ÑÈÃÍÀË 2 R6 4.7k
D3 T2 1N4148
C6 10 nF
R5 100k
D4 1N4148
Ðèñóíîê 1. Îäèí ãåíåðàòîð ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ íà ìèêðîñõåìå 555 ìîæåò óïðàâëÿòü ìàññèâîì èç 15 òâåðäîòåëüíûõ ðåëå íà îñíîâå MOSFET.
62
ÑÕÅÌÛ
Îäíàêî íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî òåõíîëîãèÿ ðåëå õîðîøî îòðàáîòàíà è îáåñïå÷èâàåò ïðîâåðåííûå ðàáî÷èå õàðàêòåðèñòèêè, ðåëå îñòàþòñÿ ìåõàíè÷åñêèìè óñòðîéñòâàìè, ïîäâåðæåííûìè èçíîñó è äðóãèì îòêàçàì. Ýëåêòðè÷åñêàÿ èçíîñîñòîéêîñòü êîíòàêòîâ ðåëå íàêëàäûâàåò îãðàíè÷åíèå íà êîëè÷åñòâî öèêëîâ ïåðåêëþ÷åíèÿ. Âî âðåìÿ ðàçìûêàíèÿ êîíòàêòîâ ðåëå ïðåðûâàíèå òîêà â èíäóêòèâíîé íàãðóçêå âûçûâàåò èñêðåíèå, óõóäøàþùåå êà÷åñòâî êîíòàêòîâ. Ïðè êîììóòàöèè áîëüøèõ òîêîâ íàðàáîòêà íà îòêàç ìîæåò ñîñòàâèòü âñåãî 100,000 öèêëîâ ïåðåêëþ÷åíèÿ. Àëüòåðíàòèâíîé çàìåíîé êîíòàêòàì îáû÷íîãî ðåëå â öåïè ïåðåìåííîãî òîêà ìîæåò ñëóæèòü ïàðà ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ MOSFET (Ðèñóíîê 1). Äâà óñòðîéñòâà IRF530 ïåðåêëþ÷àþò íàãðóçêè â öåïÿõ ñ ìàêñèìàëüíûìè ïèêîâûìè íàïðÿæåíèÿìè äî ±100 Â. Àâòîêîëåáàòåëüíûé ãåíåðàòîð, îñíîâàííûé íà õîðîøî èçâåñòíîì òàéìåðå 555 (IC1), âûðàáàòûâàåò ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû, íåîáõîäèìûå äëÿ óïðàâëåíèÿ çàòâîðàìè ïàð MOSFET. Ðåçèñòîðû R1 è R2 îáðàçóþò ïóòè çàðÿäà è ðàçðÿäà âðåìÿçàäàþùåãî êîíäåíñàòîðà C1. Âûõîäíîé êàñêàä òàéìåðà 555 ðàññ÷èòàí íà âòåêàþùèé è âûòåêàþùèé òîê â íåñêîëüêî äåñÿòêîâ ìèëëèàìïåð. Ýòîãî òîêà äîñòàòî÷íî äëÿ îäíîâðåìåííîãî óïðàâëåíèÿ 10 êàñêàäàìè çàòâîðîâ, êàæäûé èç êîòîðûõ ïîòðåáëÿåò â ïèêå 5 ìÀ. Òàêèì îáðàçîì, ìàêñèìàëüíûé âòåêàþùèé òîê òàéìåðà 555 ñîñòàâëÿåò 50 ìÀ ïðè ìàêñèìàëüíîì ïàäåíèè íàïðÿæåíèÿ 0.75 Â. Âûõîä 555 óïðàâëÿåò ðàñïðåäåëèòåëüíîé øèíîé, ïèòàþùåé ãðóïïó èìïóëüñíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ T1 è T2. Êîíäåíñàòîð C3, âêëþ÷åííûé ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ïåðâè÷íîé îáìîòêîé òðàíñôîðìàòîðà, áëîêèðóåò ïîïàäàíèå â íåå ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ. Âûáîð òðàíñôîðìàòîðà íå èìååò ðåøàþùåãî çíà÷åíèÿ, è â ñõåìå ìîæåò ðàáîòàòü ëþáîé èìïóëüñíûé òðàíñôîðìàòîð ñ ôåððèòîâûì ñåðäå÷íèêîì, ñïîñîáíûé îáåñïå÷èòü îòêðûâàþùåå íàïðÿæåíèå çàòâîðîâ MOSFET è ïîääåðæèâàòü áåçîïàñíûé óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ èçîëÿöèè. Íàïðèìåð, ìîæíî èñïîëüçîâàòü òðàíñôîðìàòîð 76601/3 êîìïàíèè C&D Technology ñ ñîîòíîøåíèåì ÷èñëà âèòêîâ 1:1, èíäóêòèâíîñòüþ ïåðâè÷íîé îáìîòêè 219 ìêÃí è ìåæîáìîòî÷íîé èçîëÿöèåé 500  DC.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Ïîäà÷à óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà íà áàçó èìïóëüñíîãî n-p-n òðàíçèñòîðà îáùåãî íàçíà÷åíèÿ Q3 îòêðûâàåò ïóòü ïðîòåêàíèÿ êîëëåêòîðíîãî òîêà ÷åðåç ïåðâè÷íóþ îáìîòêó òðàíñôîðìàòîðà. ×åðåç äèîä D2 çàìûêàåòñÿ îáðàòíûé òîê îáìîòêè. Äèîä D1 âûïðÿìëÿåò íàïðÿæåíèå âòîðè÷íîé îáìîòêè è çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð C4, êîòîðûé ôèëüòðóåò âûïðÿìëåííîå íàïðÿæåíèå äëÿ ïîâûøåíèÿ ïîìåõîçàùèùåííîñòè è ñíèæåíèÿ ïóëüñàöèé íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðàõ MOSFET. Ñíÿòèå óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà âûêëþ÷àåò òðàíçèñòîðû Q1 è Q2. Ðåçèñòîð R3 îáåñïå÷èâàåò ïóòü ðàçðÿäà êîíäåíñàòîðà C4, ïîçâîëÿÿ MOSFET âûêëþ÷èòüñÿ ïðèìåðíî çà 3 ìñ. Äëÿ áîëåå áûñòðîãî âûêëþ÷åíèÿ ìîæíî óìåíüøèòü íîìèíàëû C4 èëè R3 öåíîé óâåëè÷åíèÿ ïóëüñàöèé âûïðÿìëåííîãî íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðàõ. Ïîñëåäîâàòåëüíîå ñîåäèíåíèå äâóõ MOSFET îáðàçóåò äâóíàïðàâëåííûé ïóòü äëÿ ïåðåìåííîãî òîêà. Êîãäà MOSFET çàêðûòû, èõ ïàðàçèòíûå äèîäû âêëþ÷åíû âñòðå÷íî-ïîñëåäîâàòåëüíî è, òàêèì îáðàçîì, áëîêèðóþò ïðîõîæäåíèå òîêà. Ìîæíî âûáðàòü ëþáîé èç ìíîæåñòâà MOSFET, îòâå÷àþùèõ òðåáîâàíèÿì êîíêðåòíîãî ïðèëîæåíèÿ, íî ñëåäóåò ïîìíèòü î òîì, ÷òî íàïðÿæåíèÿ, ïîäàâàåìîãî íà çàòâîðû Q1 è Q2, äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íî äëÿ ïîëíîãî îòêðûâàíèÿ îáîèõ óñòðîéñòâ. Ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå çàòâîðà òðàíçèñòîðà IRF530 ñîñòàâëÿåò 3 Â, íî èñïîëüçîâàíèå íàïðÿæåíèÿ çàòâîð-èñòîê 10  ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü íèçêîå ñîïðîòèâëåíèå âî âêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè. Óñòàíîâèòü äðóãîå yíàïðÿæåíèå çàòâîð-èñòîê ìîæíî, èçìåíèâ ñîîòíîøåíèå âèòêîâ òðàíñôîðìàòîðà èëè íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ IC1 â ïðåäåëàõ äîïóñòèìûõ çíà÷åíèé îò 4.5 äî 16  (ñì. [1] è [2]). ÐË
Ññûëêè 1. "Transformer-isolated gate driver provides very large duty cycle ratios," Application Note 950, International Rectifier Co. 2. Balogh, Laszlo, "Design and application guide for high speed MOSFET gate drive circuits," Texas Instruments, 2002.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor IRF530 2. Datasheet Diodes NE555
63
Ïðåöèçèîííûé èíòåðôåéñ åìêîñòíîãî äàò÷èêà äëÿ ìèíèàòþðíûõ ïðèáîðîâ Jiaqi Shen, Xiaoshu Cai EDN  íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèÿõ ñ åìêîñòíûìè  äàò÷èêàìè ïåðåäíÿÿ ÷àñòü ïðèáîðà äîëæíà áûòü äîñòàòî÷íî ìàëåíüêîé, ÷òîáû ïîìåñòèòüñÿ â óçêîì ïðîñòðàíñòâå. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí ïðåöèçèîííûé èíòåðôåéñ åìêîñòíîãî äàò÷èêà äëÿ òàêîãî ñëó÷àÿ. Ïðÿìîóãîëüíûå âûõîäíûå èìïóëüñû íèçêîâîëüòíîãî òàéìåðà 555 (IC1) ïîñòîÿííî çàïóñêàþò ïðåöèçèîííûé æäóùèé ìóëüòèâèáðàòîð IC2 äëÿ ïîëó÷åíèÿ êâàçèñòàáèëüíûõ âûõîäíûõ ñèãíàëîâ â òå÷å-
íèå ïåðèîäîâ âðåìåíè T1 è T2, ïðîïîðöèîíàëüíûõ âíåøíåé âðåìÿçàäàþùåé åìêîñòè:
T1 = KR 0 (CS + C0 ) è
T2 = KR 0CS , ãäå K – ïîñòîÿííûé ìíîæèòåëü. K ïî÷òè íå
VCC
VCC 3.3 Â
100 nF
VCC 100 nF
100 nF 8 VCC
1k
4
10 nF
OUT
RST
7 DIS IC1 6 THR TLC555ID 2 TRI 5 CON GND 1 10 nF
1
3
2
1A
16 VDD 1Q
1B
1 7 2 IC 3A 8 4
13
15
IC2A 1REXT SN74LV221AD 1CEXT 1Q 3 1CLR GND
14 R0 49.9k
C0 150 pF
1Z 1Y
4 SN65LVDS9638D
(1) CS
VCC
2Z 2Y
1 5 3 IC 3B
ÐÀÇÚÅÌ (2) RJ45
16
1k
9 10 49.9k
2A 2B
VDD 2Q
5
7
IC2B 2REXT SN74LV221AD 2CEXT 2Q 11 2CLR GND 8
ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: (1) CS – ÅÌÊÎÑÒÍÎÉ ÄÀÒ×ÈÊ £ 400 ïÔ. (2) ÄËß ÏÅÐÅÄÀ×È ÄÀÍÍÛÕ ÈÑÏÎËÜÇÓÉÒÅ 100-ÎÌÍÛÉ ÊÀÁÅËÜ ÑÒÀÍÄÀÐÒÍÎÉ ÊÀÒÅÃÎÐÈÈ 5E.
6
4
6
12
150 pF
Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà êîìïàêòíîãî èíòåðôåéñà åìêîñòíîãî äàò÷èêà îáåñïå÷èâàåò áîëüøóþ ãèáêîñòü. Åå ìîæíî ëåãêî èíòåãðèðîâàòü â ìèíèàòþðíóþ ñåíñîðíóþ ãîëîâêó ðÿäîì ñ òî÷êîé èçìåðåíèÿ.
64
ÑÕÅÌÛ
VCC
1Y RT1 100
100 nF RF 20k
8 1 2 7 IC4A
VO1 CF 220 nF
4
1Z
RS 150k
SN65LVDS9637D VCC
2Y RT2 100 2Z ÐÀÇÚÅÌ RJ45
6
1
5
IC4B
20k
3
VO2
4
220 nF
150k
Ðèñóíîê 2. Ìèêðîñõåìà IC4 â îêîíå÷íîì óñòðîéñòâå ïðåîáðàçóåò ñèãíàëû, ïîëó÷åííûå îò èíòåðôåéñà, â óðîâíè LVTTL, à çàòåì ïîäàåò èõ íà íàáîð ïàññèâíûõ ôèëüòðîâ.
çàâèñèò îò âíåøíåé âðåìÿçàäàþùåé åìêîñòè, åñëè åå çíà÷åíèå ïðåâûøàåò 100 ïÔ. Äëÿ ñîáëþäåíèÿ ýòîãî óñëîâèÿ êîíäåíñàòîð C0 åìêîñòüþ 150 ïÔ, âêëþ÷åííûé ïàðàëëåëüíî åìêîñòíîìó äàò÷èêó CS, ñîçäàåò ñìåùåíèå, áëàãîäàðÿ êîòîðîìó ìóëüòèâèáðàòîð ðàáîòàåò â ïðåäåëàõ ëèíåéíîãî äèàïàçîíà, äàæå åñëè åìêîñòü CS ìåíüøå 100 ïÔ. Äëÿ äîñòèæåíèÿ õîðîøåé òî÷íîñòè èçìåðåíèÿ äîáàâëåí îïîðíûé êàíàë ñ ïîñòîÿííûì êîíäåíñàòîðîì åìêîñòüþ 150 ïÔ. Ýòî ïîçâîëÿåò óñòðàíèòü âëèÿíèå êàê ïàðàçèòíîé åìêîñòè, òàê è âðåìåíè ïðîõîæäåíèÿ ñèãíàëà. Ñõåìà èíòåðôåéñà ïèòàåòñÿ îò îäíîãî èñòî÷íèêà 3.3 Â. Êîìïàêòíàÿ êîíñòðóêöèÿ ñõåìû îáåñïå÷èâàåò ãèáêîñòü, è åå ìîæíî ëåãêî èíòåãðèðîâàòü â ìèíèàòþðíóþ ãîëîâêó äàò÷èêà ðÿäîì ñ òî÷êîé èçìåðåíèÿ. Ìèêðîñõåìà IC3 ïðåîáðàçóåò âûõîäíûå ñèãíàëû â óðîâíè LVDS, à çàòåì ñ ïîìîùüþ ñòàíäàðòíîãî êàáåëÿ êàòåãîðèè 5e ïåðåäàåò ýòè âûõîäíûå äàííûå íà îêîíå÷íîå óñòðîéñòâî, êîòîðîå ìîæåò íàõîäèòüñÿ íà íåêîòîðîì óäàëåíèè. Ïðè äëèíå êàáåëÿ ìåíåå 10 ì ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ äîñòàòî÷íà äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïðèåìëåìîé òî÷íîñòè èçìåðåíèé â ïðåäåëàõ îò íåñêîëüêèõ ïèêîôàðàä äî ñîòåí ïèêîôàðàä [1]. Íà Ðèñóíêå 2 îêîíå÷íîå óñòðîéñòâî íà ìèêðîñõåìå IC4 ïðåîáðàçóåò ñèãíàëû, ïîëó÷åííûå îò èíòåðôåéñà, â óðîâíè LVTTL, à çàòåì ïîäàåò èõ íà íàáîð ïàññèâíûõ ôèëüòðîâ. Ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå íà êàæäîì âûõîäå ïðîïîðöèîíàëüíî êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ ñèãíàëà:
VO1 = VH ×
RS T1 × TP RF + R S
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
è
VO 2 = VH ×
RS T2 × , TP RF + R S
ãäå VH – âûñîêèé óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà ìèêðîñõåìû IC4, TP – ïåðèîä êîëåáàíèé ìèêðîñõåìû IC1, Îöèôðîâàâ äâà âûõîäíûõ ñèãíàëà, ìîæíî ïîëó÷èòü ïîêàçàíèÿ, ïðîïîðöèîíàëüíûå åìêîñòè äàò÷èêà: VO1 – VO2. Óáåäèòåñü, ÷òî T1 < P, òî åñòü,
CS <
TP - C0 , KR 0
â ïðîòèâíîì ñëó÷àå îêîí÷àòåëüíûå âûõîäíûå äàííûå áóäóò íåïðàâèëüíûìè. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ øèðîêîãî äèàïàçîíà èçìåðåíèé ïåðèîä TP ñëåäóåò ñîõðàíÿòü íàñòîëüêî áîëüøèì, íàñêîëüêî ïîçâîëÿåò öåëåâîå ïðèëîæåíèå. ÐË
Ññûëêà 1. High-performance linear products technical staff, LVDS Application and Data Handbook, Texas Instruments.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments SN65LVDS9637 2. Datasheet Texas Instruments SN65LVDS9638 3. Datasheet Texas Instruments SN74LV221A 4. Datasheet Texas Instruments TLC555
65
Äâà îïîðíûõ íàïðÿæåíèÿ ïîâûøàþò òî÷íîñòü ãèñòåðåçèñà Marián Štofka EDN
 óñîâåðøåíñòâîâàííûõ Â
ìèêðîñõåìàõ êîìïàðàòîðîâ ïðîãðàììèðóåìûé ãèñòåðåçèñ óñòðàíÿåò øóìû äèôôåðåíöèàëüíîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, öåíòðèðîâàííûå îòíîñèòåëüíî óðîâíÿ 0 Â, è óëó÷øàåò îòêëèê êîìïàðàòîðà, åñëè åãî äèôôåðåíöèàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå ìàëî èëè ìåäëåííî ìåíÿåòñÿ âî âðåìåíè. Íàïðèìåð, ãèñòåðåçèñ êîìïàðàòîðà ADCMP609 ìîæíî ïðîãðàììèðîâàòü â äèàïàçîíå îò 0 äî 160 ì ñ ïîìîùüþ îäíîãî ðåçèñòîðà, ïîäêëþ÷àåìîãî ìåæäó âûâîäîì
HYS (ãèñòåðåçèñ) è çåìëåé. Îäíàêî äëÿ íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèé òàêîé äèàïàçîí íàïðÿæåíèé ìîæåò áûòü ñëèøêîì óçêèì. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïîçâîëÿåò ðàñøèðèòü ïåòëþ ãèñòåðåçèñà ñ ïîìîùüþ äâóõ îïîðíûõ íàïðÿæåíèé, ïîäàâàåìûõ íà íåèíâåðòèðóþùèé âõîä. Äëÿ ñîçäàíèÿ âûñîêîãî îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREFH, ðàâíîãî 2.048 Â, â ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ ìèêðîñõåìà ADR390B (IC3). Ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü R1/R2 ñîçäàåò íèçêîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå VREFL, ðàâíîå 0.2048 Â, èëè ðàç-
2.7…3.6 Â
ÂÕÎÄ VDD
IN2
S2A D2 S2B VIN SHDN
VOUT FORCE
2.048 Â
100 nF IC2 ADG772
VOUT IC3 SENSE ADR390B GND
CD
VREFH R1 1.8k 0.2% R2 200 2.2 nF 0.2%
S1A
SHDN
–
2.2 nF
S1B
CD
GND IN1
IC1 ADCMP609 Q
1 pF
D1 VREFL
VCC
+
ÂÛÕÎÄ ÂÛÕÎÄ
Q
1 pF
VEE
HYS NC
VREFL = 0.2048 Â 0Â
Ðèñóíîê 1. Àíàëîãîâûé êîììóòàòîð èçìåíÿåò îïîðíîå íàïðÿæåíèå êîìïàðàòîðà, óâåëè÷èâàÿ ãèñòåðåçèñ.
66
ÑÕÅÌÛ
íîñòü 1.8432 Â. Òàêèì îáðàçîì, øèðèíà ïåòëè ãèñòåðåçèñà ðàâíà ðàçíîñòè âûñîêîãî è íèçêîãî îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ. Îäíîïîëþñíûé äâóõïîçèöèîííûé ïåðåêëþ÷àòåëü ADG772 (IC2) íàïðàâëÿåò ýòè íàïðÿæåíèÿ íà íåèíâåðòèðóþùèé âõîä êîìïàðàòîðà. Âñÿêèé ðàç, êîãäà âõîäíîå íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå êîìïàðàòîðà ïðåâûøàåò âûñîêîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå, íà âûõîäå óñòàíàâëèâàåòñÿ íèçêèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü. Ýòîò âûõîäíîé ñèãíàë ÷åðåç S1B ïîäêëþ÷àåò ê íåèíâåðòèðóþùåìó âõîäó êîìïàðàòîðà íèçêîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå. Ñõåìà îñòàåòñÿ â ýòîì ñîñòîÿíèè äî òåõ ïîð, ïîêà âõîäíîå íàïðÿæåíèå íå óïàäåò íèæå íèçêîãî îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ.  ýòîò ìîìåíò êîììóòàòîð ñíîâà ïîäêëþ÷àåò âûñîêîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå ê êîìïàðàòîðó. Äëÿ âõîäíûõ ñèãíàëîâ ñ áîëüøîé ñêîðîñòüþ èçìåíåíèÿ ãèñòåðåçèñ óâåëè÷èâàåòñÿ èç-çà çàäåðæåê ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà êàê â ìèêðîñõåìå IC1, òàê è â IC2. Çàäåðæêà ðàñïðîñòðàíåíèÿ 35 íñ â ìèêðîñõåìå ADCMP609 âîçíèêàåò ïðè ïåðåãðóçêå ïî âõîäó îêîëî 10 ìÂ, è ýòà ïåðåãðóçêà ïðèáëèçèòåëüíî óäâàèâàåòñÿ â êà÷åñòâå äîïîëíåíèÿ ê íàïðÿæåíèþ ãèñòåðåçèñà, óâåëè÷èâàÿ åãî ïðèìåðíî íà 1%.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Ïîñêîëüêó êîìïàðàòîðû ñåìåéñòâà ADCMP60x ÿâëÿþòñÿ óñòðîéñòâàìè ñ rail-torail âõîäàìè è âûõîäàìè, íèçêîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå ìîæåò áûòü ðàâíî 0 Â.  ýòîì ñëó÷àå, îäíàêî, çíà÷åíèå 0.2048  ïîçâîëÿåò êîìïàðàòîðó âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ äðóãèìè rail-to-rail ìèêðîñõåìàìè ïðè òîì æå íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ. Âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ ýòèõ ìèêðîñõåì ìîãóò èçìåíÿòüñÿ ìåæäó 0  è íàïðÿæåíèåì èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, íå äîõîäÿ äî ýòèõ øèí íà åäèíèöû èëè äåñÿòêè ìèëëèâîëüò, â çàâèñèìîñòè îò íàãðóçêè. Îïîðíûå íàïðÿæåíèÿ ñîçäàþòñÿ ìèêðîñõåìîé ADR390B. Ðàçâÿçûâàþùèå êîíäåíñàòîðû åìêîñòüþ 2.2 íÔ ïîäàâëÿþò êîëåáàíèÿ ýòèõ íàïðÿæåíèé âî âðåìÿ ïåðåêëþ÷åíèé óðîâíåé íà âûõîäå Q. Ýòèõ çíà÷åíèé äîñòàòî÷íî, ïîñêîëüêó ïàðàçèòíûé çàðÿä, ïåðåíîñèìûé ñ óïðàâëÿþùåãî âõîäà êîììóòàòîðà IN1 íà âûâîä èñòîêà ñîîòâåòñòâóþùåãî êàíàëà, îáû÷íî ñîñòàâëÿåò 0.5 ïÊë. Êðàòêîâðåìåííîå èçìåíåíèå ðàçâÿçàííûõ îïîðíûõ íàïðÿæåíèé ñîñòàâëÿåò ìåíåå 250 ìêÂ. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices ADCMP609 2. Datasheet Analog Devices ADG772 3. Datasheet Analog Devices ADR390
67
Ëèíåàðèçîâàííûé ïîðòàòèâíûé àíåìîìåòð ñ òåðìîñòàòèðîâàííîé ïàðîé Äàðëèíãòîíà Stephen Woodward EDN
Ý
Ýòîò ñàìîïîäîãðåâàþùèéñÿ àíåìîìåòð ñ ïîñòîÿííîé ðàçíîñòüþ òåìïåðàòóð äåøåâ, íàäåæåí è ÷óâñòâèòåëåí. Åãî ðàáîòà îñíîâàíà íà ñîîòíîøåíèè ìåæäó ñêîðîñòüþ âîçäóøíîãî ïîòîêà (AF) è òåïëîâûì ñîïðîòèâëåíèåì (ZT = °C/Âò) íàãðåòîãî äàò÷èêà ïîòîêà âîçäóõà, ïîêàçàííîì â ïðèâåäåííîé íèæå ôîðìóëå äëÿ òðàíçèñòîðà 2N4401 â êîðïóñå TO-92:
ZT = ZJ +
íà ïîñòîÿííîì óðîâíå (íàïðèìåð, DT = 31 °C), íåîáõîäèìàÿ äëÿ ýòîãî ìîùíîñòü áóäåò çàâèñåòü îò ñêîðîñòè ïîòîêà âîçäóõà P = 31/ZT, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 1. Îáðàòèòå âíèìàíèå íà ðàçäðàæàþùóþ íåëèíåéíîñòü. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà ïðàêòè÷åñêàÿ ñõåìà ïîðòàòèâíîãî òåðìîñòàòà äëÿ ïîääåð0.35
1 , SC + K T A F
68
ÂÀÒÒ
0.30
ãäå: ZT – òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå äàò÷èêà (°C/Âò), ZJ – òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå êðèñòàëëêîðïóñ (44 °C/Âò), SC – òåïëîâàÿ ïðîâîäèìîñòü êîðïóñ - îêðóæàþùàÿ ñðåäà â ñïîêîéíîì âîçäóõå (6.4 ìÂò/°C), K T – ïîñòîÿííàÿ òåðìîäèôôóçèè (0.75 ìÂò/°CÖfpm), AF – ñêîðîñòü âîçäóøíîãî ïîòîêà â ôóòàõ â ìèíóòó (fpm). Åñëè ðàçíîñòü òåìïåðàòóð ïåðåõîäà òðàíçèñòîðà è îêðóæàþùåãî âîçäóõà ïîääåðæèâàòü
0.25
0.20
0.15 0
50 100 150 200 ÏÎÒÎÊ ÂÎÇÄÓÕÀ (ÔÓÒÎÂ Â ÌÈÍÓÒÓ)
250
Ðèñóíîê 1. Çàâèñèìîñòü ìîùíîñòè, ðàññåèâàåìîé òðàíçèñòîðîì â êîðïóñå TO-92, îò âîçäóøíîãî ïîòîêà, ïðè ïîääåðæàíèè òåìïåðàòóðû êîðïóñà íà 31 °C âûøå òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû (PW = 31/ZT).
ÑÕÅÌÛ
+5 Â
Q3 – ÇÀÙÈÒÀ ÎÒ ÇÀÙÅËÊÈÂÀÍÈß
ÂÊË. ÂÛÊË. R3 20 ½ Âò
R7 150k
R4 270k
I
R5
Q3
15k Q2: ÊÎÌÏÅÍÑÀÖÈß ÎÊÐÓÆÀÞÙÅÉ ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÛ
2N3906
R10
100k
150k 6
2N4401 Q2
2
2N4401
8
–
5
+
4 ½LT1013
ÍÎËÜ A2 +
9…15 Â
7
C2 100µF/6 Â
–
Q1 3
VOUT 0 - 2.5 Â = 0 - 250 fpm
A1
R8 50k
C1 0.1µF
R1 20k
ÏÎÒÎÊ ÂÎÇÄÓÕÀ
Q1: ÄÀÒ×ÈÊ ÂÎÇÄÓØÍÎÃÎ ÏÎÒÎÊÀ Ñ ÑÀÌÎÍÀÃÐÅÂÎÌ
R6
1
C3 100µF/12 Â
+ ½LT1013
+
R2 15k
R9 100k
G
U1 OUT
IN
P = (5 Â)·I – I2R3 7905
Ðèñóíîê 2. Ñõåìà ïîðòàòèâíîãî ëèíåàðèçîâàííîãî àíåìîìåòðà ñ ïàðîé Äàðëèíãòîíà.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
äóõà íà Ðèñóíêå 1. Ðåçóëüòèðóþùåå íàïðÿæåíèå (I·R3), ïàäàþùåå íà ðåçèñòîðå R3, ÿâëÿåòñÿ îñíîâîé äëÿ èçìåðåíèÿ ñêîðîñòè âîçäóøíîãî ïîòîêà. Ïîêà âñå â ïîðÿäêå. Íî êàê ïðîèñõîäèò êîìïåíñàöèÿ íåëèíåéíîñòè â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1?
0.35 0.3 0.25 PW (Âò)
æàíèÿ ýòîé ðàçíîñòè òåìïåðàòóð DT, â êîòîðîì ïàðà Äàðëèíãòîíà (òðàíçèñòîðû Q1 è Q2) èñïîëüçóåòñÿ äëÿ êîìïåíñàöèè òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû è ïðåîáðàçîâàíèÿ íåëèíåéíîé çàâèñèìîñòè ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè PW îò âîçäóøíîãî ïîòîêà â ëèíåàðèçîâàííûå ïîêàçàíèÿ àíåìîìåòðà. Âîò êàê ýòî ðàáîòàåò. Òðàíçèñòîð Q1 ñëóæèò ñàìîïîäîãðåâàþùèìñÿ äàò÷èêîì, ìîäåëèðóþùèì ôîðìóëó íà Ðèñóíêå 1, à Q2 îáåñïå÷èâàåò êîìïåíñàöèþ òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû. Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü A2 çàìûêàåò ïåòëþ îáðàòíîé ñâÿçè, êîòîðàÿ, ðåãóëèðóÿ ðàçíîñòü íàïðÿæåíèé áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2 (è, ñëåäîâàòåëüíî, ðàçíîñòü òåìïåðàòóð ìåæäó Q1 è îêðóæàþùåé ñðåäîé) ïîääåðæèâàåò ïîñòîÿííîå çíà÷åíèå 31 °C. Îí äåëàåò ýòî (ñ ïîìîùüþ áîëüøîãî óñèëåíèÿ ïî òîêó ïàðû Äàðëèíãòîíà), çàñòàâëÿÿ òîê I òðàíçèñòîðà Q1, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç ðåçèñòîð R3, óïðàâëÿòü ìîùíîñòüþ PW, ðàññåèâàåìîé òðàíçèñòîðîì Q1, ÷òîáû îòñëåæèâàòü êðèâóþ çàâèñèìîñòè òåïëîâûäåëåíèÿ îò ïîòîêà âîç-
0.2 0.15 0.1 0.05 0 0
0.02
0.04 0.06 0.08 0.1 ÒÎÊ ÊÎËËÅÊÒÎÐÀ Q1 (À)
0.12
0.14
Ðèñóíîê 3. Çàâèñèìîñòü ìîùíîñòè, âûäåëÿåìîé íà òðàíçèñòîðå Q1, îò òîêà êîëëåêòîðà.
69
2.5
Îêàçûâàåòñÿ, çàâèñèìîñòü ìîùíîñòè PW îò òîêà I êîëëåêòîðà òðàíçèñòîðà Q1 òàêæå íåëèíåéíà. Íà ñàìîì äåëå:
2
Ýòîò êâàäðàòè÷íûé ÷ëåí I î÷åíü ïîëåçåí. Îí îòâå÷àåò çà êðàñèâóþ êðèâóþ, ïîêàçàííóþ íà Ðèñóíêå 3. Êðèâèçíà 2-ãî ïîðÿäêà íà Ðèñóíêå 3 – ýòî òî, ÷òî êîìïåíñèðóåò èçãèá çàâèñèìîñòè íà Ðèñóíêå 1. Õîòÿ ñîâïàäåíèå íå èäåàëüíîå, ïîñëå èíâåðòèðîâàíèÿ, ñìåùåíèÿ è ìàñøòàáèðîâàíèÿ ñ ïîìîùüþ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ A1 ïîëó÷åííûé âûõîäíîé ñèãíàë ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòêàëèáðîâàííîå çíà÷åíèå ñêîðîñòè âîçäóõà (1  = 100 fpm), êîòîðîå â äèàïàçîíå ñêîðîñòåé îò 0 äî 250 fpm îòëè÷àåòñÿ îò èäåàëüíîãî ìåíåå ÷åì íà ±5%, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 4. Ïîëó÷åííàÿ â ðåçóëüòàòå ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê îòíîñèòåëüíî ìåäëåííîìó ïîòîêó âîçäóõà èäåàëüíî ïîäõîäèò äëÿ èçìåðåíèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ âîçäóõà, íàãíåòàåìîãî âåíòèëÿòîðàìè îõëàæäåíèÿ, îòñëåæèâàíèÿ èíôèëüòðàöèè âîçäóõà â ñèñòåìàõ HVAC è ìíîãèõ äðóãèõ ïîäîáíûõ ïðèëîæåíèé, ãäå äîñòàòî÷íû äîñòèãíóòûå çíà÷åíèÿ òî÷íîñòè è äèàïàçîíà èçìåðåíèé. Áëàãîäàðÿ ïîñòîÿííîé âðåìåíè ïðèíóäèòåëüíîãî íàãðåâà òðàíçèñòîðà Q1, ñîñòàâëÿþùåé ïîðÿäêà òðåõ ñåêóíä, àíåìîìåòð èìååò õîðîøèé äèíàìè÷åñêèé îòêëèê íà èçìåíåíèÿ âîçäóøíîãî ïîòîêà. Êðîìå òîãî, äîëãîâå÷íîñòü òâåðäîòåëüíûõ äàò÷èêîâ âûøå, ÷åì ó íåæíûõ äàò÷èêîâ ñ ïðîâîëî÷íûì íàãðåâàòåëüíûì ýëåìåíòîì. Çàñëóæèâàþùåé óïîìèíàíèÿ äåòàëüþ íà Ðèñóíêå 2 ÿâëÿåòñÿ òðàíçèñòîð Q3, êîòîðûé ÿ äîáàâèë, ÷òîáû èñêëþ÷èòü âîçìîæíîñòü «çàëèïàíèÿ» ïåòëè îáðàòíîé ñâÿçè óñèëèòåëÿ A2, êîãäà âñëåäñòâèå ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà èëè äðóãîé íåïðèÿòíîñòè ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R3 ïðåâûñèò 2.5 Â. Ýòî ïîòåíöèàëüíî ïëîõàÿ âåùü, ïîñêîëüêó êðèâàÿ çàâèñèìîñòè PW îò I âûøëà áû «çà ïðåäåëû» è èíâåðòèðîâàëà ÷ëåí îáðàòíîé ñâÿçè, îïðåäåëÿþùèé çàâèñèìîñòü I îò PW, ñ îòðèöàòåëüíîãî íà ïîëîæèòåëüíûé, â ðåçóëüòàòå
70
ÂÛÕÎÄ A1
PW = (5 Â) × I - I2R3 .
2.0
1.5
1.0
ÐÅÀËÜÍÛÉ ÈÄÅÀËÜÍÛÉ
0.5
0 0
50 100 150 200 ÏÎÒÎÊ ÂÎÇÄÓÕÀ (ÔÓÒÎÂ Â ÌÈÍÓÒÓ)
250
Ðèñóíîê 4. Çàâèñèìîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ àíåìîìåòðà îò ôàêòè÷åñêîé ñêîðîñòè âîçäóøíîãî ïîòîêà.
÷åãî âûõîä óñèëèòåëÿ A2 çàùåëêíóëñÿ áû ïðè íàñûùåííîé ïàðå Äàðëèíãòîíà è îñòàâàëñÿ â òàêîì çàñòðÿâøåì ñîñòîÿíèè äî ïðåêðàùåíèÿ ïîäà÷è ïèòàíèÿ. Ïðè ïðèáëèæåíèè íàñûùåíèÿ òðàíçèñòîð Q3 îòêðûâàåòñÿ è âûíóæäàåò óñèëèòåëü A2 îãðàíè÷èòü íàïðÿæåíèå, óïðàâëÿþùåå ïàðîé Äàðëèíãòîíà, äî áåçîïàñíîãî óðîâíÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íå çàêîí÷èòñÿ ïåðåõîäíûé ïðîöåññ è íå ñìîæåò âîññòàíîâèòüñÿ íîðìàëüíîå ðåãóëèðîâàíèå òåìïåðàòóðû. Äðóãîé ïîëåçíîé äåòàëüþ ÿâëÿåòñÿ ïåðåâåðíóòûé «ââåðõ íîãàìè» ðåãóëÿòîð U1, êîòîðûé íå òîëüêî îáåñïå÷èâàåò íåîáõîäèìóþ ñòàáèëèçàöèþ íàïðÿæåíèÿ øèíû 5 Â, íî òàêæå «ðàñùåïëÿåò» âõîäíîå ïèòàíèå è äîáàâëÿåò íåñòàáèëèçèðîâàííóþ, íî âñå æå ïîëåçíóþ îòðèöàòåëüíóþ øèíó äëÿ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé. Ýòîò ïðîñòîé, íî óäîáíûé òðþê îïèñàí â áîëåå ðàííåé ñòàòüå [1]. ÐË
Ññûëêà 1. Stephen Woodward. Ïåðåâåðíèòå ðåãóëÿòîð îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ «ââåðõ íîãàìè», ÷òîáû ñäåëàòü áèïîëÿðíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT1013 2. Datasheet Texas Instruments LM7905 3. Datasheet Magnatec 2N3906 4. Datasheet ON Semiconductor 2N4401
ÑÕÅÌÛ
Ñèíõðîííûé ãåíåðàòîð ïðåîáðàçóåò àóäèî è âèäåî â ×Ì ñèãíàë Vasil Uzunoglu EDN
Ñ
Ñèíõðîííûå ãåíåðàòîðû (synchronous oscillator, SO) è êîãåðåíòíûå ñèíõðîííûå ãåíåðàòîðû ñ ôàçîâîé àâòîïîäñòðîéêîé ÷àñòîòû (coherent phase-locked synchronous oscillator, CPSO) ÿâëÿþòñÿ óíèâåðñàëüíûìè ìíîãîôóíêöèîíàëüíûìè ñõåìàìè, êîòîðûå îòñëåæèâàþò, ñèíõðîíèçèðóþò è óñèëèâàþò ñèãíàë äî 80 äÁ, óëó÷øàÿ îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì äî 70 äÁ, à òàêæå ðåàëèçóþò ðàçëè÷íûå ñõåìû ìîäóëÿöèè, âêëþ÷àÿ AM, FM è FSK. Ýòè ñõåìû òàêæå ìîæíî èñïîëüçî-
âàòü â êà÷åñòâå ÀÖÏ, öåïåé âûáîðêè è äåëèòåëåé ÷àñòîòû íà ðàöèîíàëüíûå öåëûå ÷èñëà, òàêèå, íàïðèìåð, êàê 3/4, 5/7 è 7/8. Ïîäõîäÿùèå äëÿ òàêèõ ãåíåðàòîðîâ îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ âêëþ÷àþò øèðîêîïîëîñíóþ ñâÿçü è ôîðìèðîâàíèå ñèãíàëîâ ñ äâîè÷íîé ôàçîâîé ìàíèïóëÿöèåé (BPSK) è êâàäðàòóðíîé ôàçîâîé ìàíèïóëÿöèåé (QPSK). CPSO ñîõðàíÿþò âñå ñâîéñòâà SO è äîïîëíèòåëüíî îáåñïå÷èâàþò íóëåâóþ ôàçîâóþ îøèáêó.
5Â
R1 180k
L2 0.1 mH
1.2k
ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ C1
C3 2000 pF
L1
A Q2
1-10 pF
C2
ÂÛÕÎÄÍÎÉ ÁÓÔÅÐ
100 pF
ÂÕÎÄ ÀÓÄÈÎ
C SST201
C4
Q1 2N5031
1k 0.5 µF
100 pF
b>150 B
RF 15
C5 20 pF
Ðèñóíîê 1. Îäíîêàñêàäíûé ñèíõðîííûé ãåíåðàòîð ïðåîáðàçóåò àóäèî èëè âèäåî â ×Ì ñèãíàë.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
71
ÍÀÃÐÓÇÎ×ÍÀß ËÈÍÈß ÄËß ÏÅÐÅÌÅÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ
IB IC
ÍÀÃÐÓÇÎ×ÍÀß ËÈÍÈß ÄËß ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ
V=5Â
Ðèñóíîê 2. Íàãðóçî÷íàÿ ëèíèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîìáèíàöèþ ïðÿìîé è ýëëèïñà (á).
Îäíîé èç îáëàñòåé ïðèìåíåíèÿ SO ÿâëÿåòñÿ ïðåîáðàçîâàíèå àóäèî è âèäåî â ×Ì ñèãíàë â îäíîì ïðîöåññå. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ñõåìà ïðîñòîãî îäíîêàñêàäíîãî ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà íà ÷àñòîòó 94 ÌÃö. Ýòà ÷àñòîòà ÿâëÿåòñÿ õîðîøèì âûáîðîì äëÿ òåñòèðîâàíèÿ ×Ì çâóêîâûìè ñèãíàëàìè íà ðàäèîâåùàòåëüíîì ïðèåìíèêå FM äèàïàçîíà. Óðîâåíü àóäèî- èëè âèäåîñèãíàëà íà âõîäå ýòîãî SO íå äîëæåí ïðåâûøàòü –5 äÁì; áîëåå âûñîêèé óðîâåíü ìîæåò ïðèâåñòè ê âîçíèêíîâåíèþ ïàðàçèòíîé àìïëèòóäíîé ìîäóëÿöèè. Ðàçäåëèòåëüíûé êîíäåíñàòîð C4 ïðîïóñêàåò àóäèî èëè âèäåî íà SO è óñòðàíÿåò ñìåùåíèå ïî ïîñòîÿííîìó òîêó íà âõîäå. R1 îáåñïå÷èâàåò ñìåùåíèå SO. Ïîñêîëüêó íàãðóçêîé ãåíåðàòîðà ÿâëÿåòñÿ êîìáèíàöèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ, èíäóêòèâíîñòè è åìêîñòè, íàãðóçî÷íàÿ ëèíèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîìáèíàöèþ ïðÿìîé ëèíèè è ýëëèïñà (Ðèñóíîê 2). Ïðÿìàÿ íàãðóçî÷íàÿ ëèíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïîñòîÿííûì ñìåùåíèåì, è åå ñëåäóåò ðàñïîëàãàòü ïîäàëüøå îò íåëèíåéíûõ õàðàêòåðèñòèê òðàíçèñòîðà. Êîíäåíñàòîð C3 è ñîåäèíåíèå òî÷åê A è B îáðàçóþò öåïü ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè. Ãëóáîêàÿ ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü íåîáõîäèìà äëÿ îïòèìàëüíîé ðàáîòû SO. Åìêîñòü êîíäåíñàòîðà C3 äîëæíà íàõîäèòüñÿ â äèàïàçîíå îò 2000 äî 5000 ïÔ. Âêëþ÷åííûå ïàðàëëåëüíî ýëåìåíòû RF è C5 âûïîëíÿþò íåñêîëüêî ôóíêöèé. Íàëè÷èå ýòîé öåïî÷êè îáåñïå÷èâàåò ïîëîæèòåëüíóþ îáðàòíóþ
72
ñâÿçü âíóòðè SO, íî, åñëè ñìîòðåòü ñî ñòîðîíû âõîäà, RF è CF òàêæå îáðàçóþò öåïü îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè. Ýòà îòðèöàòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü óëó÷øàåò ñòàáèëüíîñòü ÷àñòîòû. Íàêîíåö, RF è C5 ïåðåíàïðàâëÿþò âõîäíîé àóäèî- èëè âèäåîñèãíàë íà ãåíåðàòîð, à íå íà çåìëþ. Íîìèíàëû RF è C5 ñîñòàâëÿþò ïðèìåðíî 15 Îì è 20 ïÔ, ñîîòâåòñòâåííî, è ýòè çíà÷åíèÿ çàâèñÿò îò b èñïîëüçóåìîãî òðàíçèñòîðà. Âûñîêî÷àñòîòíûé äðîññåëü L2, ïåðåíàïðàâëÿåò êîëëåêòîðíóþ îáðàòíóþ ñâÿçü â áàçó òðàíçèñòîðà. Ðåçîíàíñíûé êîíòóð, ñîñòîÿùèé èç ýëåìåíòîâ L1, C1 è C2, íóæíî íàñòðîèòü íà ÷àñòîòó ïðèìåðíî 95 ÌÃö, ÷òîáû îíà íàõîäèëàñü â äèàïàçîíå FM-ðàäèîâåùàíèÿ. Òðàíçèñòîð 2N5031 (Q1) õîðîøî ïîäõîäèò äëÿ ýòîãî ïðèëîæåíèÿ áëàãîäàðÿ òîìó, ÷òî èìååò áîëüøîé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ è íèçêèé óðîâåíü øóìà; ïîäîéäåò ëþáîé äðóãîé òðàíçèñòîð ñ òàêèìè æå õàðàêòåðèñòèêàìè. Ê âûõîäó ïðèñîåäèíÿåòñÿ îòðåçîê ïðîâîäà äëèíîé 2-3 äþéìà, êîòîðûé âûïîëíÿåò ôóíêöèþ àíòåííû. Ïðåîáðàçîâàíèå àóäèî èëè âèäåî â ×Ì ñèãíàë ïðîèñõîäèò íà âíóòðåííåé åìêîñòè ïåðåõîäà áàçà-ýìèòòåð çà ñ÷åò ïàðàìåòðè÷åñêîãî ýôôåêòà; èçìåíåíèÿ åìêîñòè ïåðåõîäà èç-çà âàðèàöèé âíåøíåãî ñèãíàëà ìîäóëèðóþò ÷àñòîòó êîëåáàíèé, îáåñïå÷èâàÿ ïðåîáðàçîâàíèå àóäèî- èëè âèäåîñèãíàëà â ñèãíàë ×Ì. SO òàêæå îáëàäàåò âûñîêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ ê âõîäíîìó ñèãíàëó è õîðîøèì ïîäàâ-
ÑÕÅÌÛ
ëåíèåì øóìîâ. Îí ìîæåò âûäåëÿòü ñèãíàëû ñ óðîâíåì âñåãî –100 äÁì è îòíîøåíèåì ñèãíàë/øóì ëèøü –40 äÁ. Äëÿ ñõåìû ñ ÔÀÏ× ýòè ÷èñëîâûå âåëè÷èíû ñîñòàâëÿþò –25 äÁì è 3 äÁ, ñîîòâåòñòâåííî. Ñòàáèëüíîñòü ÷àñòîòû ñèíõðîííîãî ãåíåðàòîðà âûñîêà, à ôàçîâûé äæèòòåð ìàë, ïîñêîëüêó äîáðîòíîñòü ðåçîíàíñíîãî êîíòóðà î÷åíü âåëèêà è ìîæåò äîñòèãàòü 6 3×10 . SO èìååò òðè íåçàâèñèìûõ âíóòðåííèõ ôèëüòðà. Áëàãîäàðÿ 200-ãåðöîâîìó ôèëüòðó ïîäàâëåíèÿ øóìîâ SO èìååò ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ äàííûõ èëè ïîëîñó çàõâàòà â íåñêîëüêî ìåãàãåðö. Äëÿ ñèëüíî çàøóìëåííûõ âõîäíûõ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
ñèãíàëîâ ïðåäïî÷òèòåëüíà ñõåìà SO ñ êàñêîäíûì âêëþ÷åíèåì äâóõ òðàíçèñòîðîâ. Âûõîäíîé áóôåð íà òðàíçèñòîðå Q2 îáåñïå÷èâàåò çàùèòó ãåíåðàòîðà îò âíåøíåãî ìèðà. Îäíàêî ïðè æåëàíèè óïðîñòèòü ñõåìó ìîæíî óäàëèòü Q2 è åãî ïîäòÿãèâàþùèé ðåçèñòîð 1.2 êÎì è ïîäêëþ÷èòü âûõîäíîé êîíäåíñàòîð 100 ïÔ íåïîñðåäñòâåííî ê òî÷êå C. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microsemi 2N5031 2. Datasheet Vishay SST201
73
Àêòèâíûé ýìóëÿòîð äàò÷èêîâ RTD ïîääåðæèâàåò âñå ñõåìû ïîäêëþ÷åíèÿ Vardan Antonyan Electronic Design
Ï
Ïåðåä ïðîâåäåíèåì ôîðìàëüíîãî òåñòà ñèñòåìû ñáîðà äàííûõ ñ íåñêîëüêèìè ðåçèñòèâíûìè äàò÷èêàìè òåìïåðàòóðû (RTD) ÷àñòî áûâàåò íåîáõîäèìî îòêàëèáðîâàòü è îòëàäèòü åå, ÷òîáû ïðîâåðèòü áàçîâóþ ôóíêöèîíàëüíîñòü. Ìåòîä ðåøåíèÿ «â ëîá» ñîñòîÿë áû â òîì, ÷òîáû ïîäêëþ÷èòü âñå äàò÷èêè ê èíòåðôåéñíîé ïëàòå è èñïîëüçîâàòü êëèìàòè÷åñêóþ êàìåðó äëÿ óñòàíîâêè òåìïåðàòóðû RTD. Áîëåå ïðîñòûì ñïîñîáîì ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìîãî ýìóëÿòîðà RTD äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàïðÿæåíèé, îõâàòûâàþùèõ äèàïàçîí âûõîäíûõ ñèãíàëîâ äàò÷èêîâ. Ðåçèñòèâíûå äàò÷èêè òåìïåðàòóðû âûïóñêàþòñÿ â äâóõ-, òðåõ- è ÷åòûðåõïðîâîäíûõ
êîíôèãóðàöèÿõ, êîòîðûå ðàçëè÷àþòñÿ èñïîëüçîâàíèåì ÷óâñòâèòåëüíûõ ïðîâîäîâ (Ðèñóíêè. 1à, 1á è 1â, ñîîòâåòñòâåííî). Ñàìûé ïðîñòîé òèï RTD èìååò äâà ïðîâîäà è íå èìååò èçìåðèòåëüíûõ ïðîâîäîâ, â òî âðåìÿ êàê òðåõïðîâîäíûé RTD èìååò îäèí èçìåðèòåëüíûé ïðîâîä, ïîäêëþ÷åííûé íåïîñðåäñòâåííî ê âûâîäó RTD, à ÷åòûðåõïðîâîäíûé RTD èìååò äâà èçìåðèòåëüíûõ ïðîâîäà. Äîïîëíèòåëüíûå èçìåðèòåëüíûå ïðîâîäà èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ìèíèìèçàöèè ýôôåêòîâ ïàðàçèòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ, âîçíèêàþùèõ ïðè èñïîëüçîâàíèè äëèííûõ êàáåëåé è ñíèæàþùèõ äîñòèæèìóþ òî÷íîñòü ïîêàçàíèé äàò÷èêîâ. ×åòûðåõïðîâîäíûå RTD îáåñïå÷èâàþò ñàìóþ âûñîêóþ òî÷íîñòü, íî ÿâëÿþòñÿ è
I
DC
(à)
+ –
t°
I
I
V
DC
(á)
+ –
t°
V
DC
+ –
t°
V
(â)
Ðèñóíîê 1.  ðàçëè÷íûõ êîíôèãóðàöèÿõ ïîäêëþ÷åíèÿ RTD (äâóõ-, òðåõ- è ÷åòûðåõïðîâîäíûõ) èñïîëüçîâàíèå äîïîëíèòåëüíûõ èçìåðèòåëüíûõ ïðîâîäîâ ïîâûøàåò òî÷íîñòü çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ îøèáîê, âûçâàííûõ ñîïðîòèâëåíèåì êàáåëÿ, íî òðåáóåò äîïîëíèòåëüíûõ ïðîâîäîâ.
74
ÑÕÅÌÛ
Òîê âîçáóæäåíèÿ (RTD_EXCITE)
Âåðõíèé èçìåðèòåëüíûé ïðîâîä (RTD_SENSE_H)
t° Íèæíèé èçìåðèòåëüíûé ïðîâîä (RTD_SENSE_L)
Âîçâðàò òîêà (RTD_SENSE_RET)
Ðèñóíîê 2. Íîìåíêëàòóðà ïðîâîäîâ äàò÷èêîâ RTD ñîõðàíÿåò ïðååìñòâåííîñòü, íåçàâèñèìî îò èñïîëüçóåìîãî êîëè÷åñòâà.
ñàìûìè äîðîãèìè (Ðèñóíîê 2). Ïðîâîä âîçáóæäåíèÿ (RTD_EXCITE) ïîäêëþ÷àåòñÿ ê èñòî÷íèêó ïîñòîÿííîãî òîêà, à âîçâðàòíûé ïðîâîä (RTD_SENSE_RET) îáû÷íî ïîäêëþ÷àåòñÿ ê íàãðóçî÷íîìó ðåçèñòîðó. Ýòîò ýìóëÿòîð ïîääåðæèâàåò âñå òðè êîíôèãóðàöèè (Ðèñóíîê 3). Äëÿ ýìóëÿöèè õàðàêòåðèñòèê ðåàëüíîãî RTD â íåì èñïîëüçóþòñÿ
âíåøíèé èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà è íàãðóçî÷íûé ðåçèñòîð, èìèòèðóþùèå âíåøíþþ ïëàòó äàò÷èêà. Òîê èñòî÷íèêà äîëæåí áûòü îòíîñèòåëüíî íèçêèì äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ñàìîðàçîãðåâà äàò÷èêà RTD. Îáû÷íî åãî çíà÷åíèå âûáèðàåòñÿ â äèàïàçîíå îò íåñêîëüêèõ ñîòåí ìèêðîàìïåð äî 1 ìÀ. Ñ÷èòûâàíèå èíôîðìàöèè, êàê ïðàâèëî, âûïîëíÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ èíñòðóìåíòàëüíîãî óñèëèòåëÿ è ïîäêëþ÷åííîãî ê åãî âûõîäó àíàëîãîöèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ÀÖÏ) ðàçðÿäíîñòüþ îò 12 äî 16 áèò.  ýìóëÿòîðå U1a ñêîíôèãóðèðîâàí êàê äèôôåðåíöèàëüíûé óñèëèòåëü ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ 3,01. Óñèëèòåëü U1b ñêîíôèãóðèðîâàí êàê êîìïàðàòîð. Òðàíçèñòîð Q1 (MOSFET ñ íèçêèì óðîâíåì ïîðîãà) èñïîëüçóåòñÿ â êà÷åñòâå àêòèâíîãî ýëåìåíòà, âûðàáàòûâàþùåãî íàïðÿæåíèÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ îïîðíûì íàïðÿæåíèåì äàò÷èêà VREF. Êîíäåíñàòîð C1 îáåñïå÷èâàåò ðàçâÿçêó ïî ïèòàíèþ, à C2 è C3 ïðåäîòâðàùàþò ñàìîâîçáóæäåíèå ñõåìû. Âûáðàííûå íîìèíàëû ðåçèñòîðîâ R1 è R7 èìèòèðóþò äëèííûå êàáåëüíûå ïîäêëþ÷åíèÿ äàò÷èêîâ RTD. Çäåñü îíè ïðåäñòàâëåíû òèïè÷íûìè çíà÷åíèÿìè 1 Îì.
RTD_EXCITE R1 1.0 (òèï.) RTD_SENSE_H
Q1 BSS138
5Â C1 0.1 µF
R2 10k R3 1k
C2 0.1 µF
R4 30.1k
R5
4
3
+
2
–
10k
RTD_SENSE_L
1 U1a 11 LMC6484
R6
R7 1.0 (òèï.)
30.1k
R8
RTD_SENSE_RET 10k
5 R9 RTD_SENSE_REF
6
+ –
10k C3 33 pF
7 U1b LMC6484
Ðèñóíîê 3. Â ýìóëÿòîðå RTD Q1 (N-êàíàëüíûé íèçêîóðîâíåâûé MOSFET) ÿâëÿåòñÿ àêòèâíûì êîìïîíåíòîì, âûðàáàòûâàþùèì óïðàâëÿåìîå íàïðÿæåíèå äëÿ ýìóëÿöèè RTD.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
75
Âõîä îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ RTD_REF èñïîëüçóåòñÿ êàê îñíîâà ôîðìèðóåìîãî íàïðÿæåíèÿ.  äàííîì ñëó÷àå îí ïîäêëþ÷åí ê 16-ðàçðÿäíîìó öèôðî-àíàëîãîâîìó ïðåîáðàçîâàòåëþ (ÖÀÏ), íå ïîêàçàííîìó íà ñõåìå. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VRTD ìåæäó êëåììàìè RTD_SENSE_H è RTD_SENSE_L îïðåäåëÿåòñÿ íàïðÿæåíèåì, ïîäàâàåìûì íà âõîä RTD_SENSE_REF, è êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ G óñèëèòåëÿ U1a:
VRTD =
VREF . G
Ïðè èñïîëüçîâàíèè 16-áèòíîãî ÀÖÏ è îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF, ðàâíîãî 2.5 Â, ýìóëÿòîð ìîæåò âûäàâàòü íàïðÿæåíèÿ îò 0 äî 830 ì ñ øàãîì 12.7 ìêÂ. Ýòî ïîçâîëÿåò ëåãêî ïåðåêðûòü òåìïåðàòóðíûé äèàïàçîí RTD îò –200 °C äî 384 °C, ñîãëàñíî, íàïðèìåð, òåõíè÷åñêîìó îïèñàíèþ äàò÷èêîâ êîìïàíèè Omega Engineering [1]. Èçìåíÿÿ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ èëè çíà÷åíèå VREF, ìîæíî ëåãêî íàñòðîèòü ïàðàìåòðû ñõåìû äëÿ ðàçëè÷íûõ äèàïàçîíîâ. Êðîìå òîãî, â ýòîé ñõåìå íàïðÿæåíèå RTD íå çàâèñèò îò èñòî÷íèêà òîêà. Ìîæíî èñïîëü-
76
çîâàòü èñòî÷íèê òîêà 100 ìêÀ èëè 1 ìÀ, èëè äàæå ðåçèñòîð, ÷òîáû îáåñïå÷èòü òðåáóåìûé òîê è ïðè ýòîì äëÿ âñåõ òðåõ ñëó÷àåâ ïîëó÷èòü îäèíàêîâûå íàïðÿæåíèÿ RTD. Íàïðÿæåíèå RTD òàêæå íå çàâèñèò îò âåëè÷èíû ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè. ×òîáû ýìóëèðîâàòü íåëèíåéíûå õàðàêòåðèñòèêè ðåàëüíîãî RTD, ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü òàáëèöó ïðåîáðàçîâàíèÿ äëÿ ãåíåðàöèè íàïðÿæåíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ äèñêðåòíûì çíà÷åíèÿì òåìïåðàòóðû. Ýòî äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ ïîä óïðàâëåíèåì ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ. Ñ ìèíèìàëüíûìè èçìåíåíèÿìè ýòà æå ñõåìà ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ èìèòàöèè õàðàêòåðèñòèê òåðìèñòîðà. Äëÿ ýòîãî ïîòðåáóåòñÿ íîâàÿ òàáëèöà ïðåîáðàçîâàíèÿ, ïîçâîëÿþùàÿ ïðîãðàììå ãåíåðèðîâàòü íàïðÿæåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùèå êðèâîé òåìïåðàòóðà/íàïðÿæåíèå âûáðàííîãî òåðìèñòîðà. ÐË
Ññûëêà 1. “RTD Temperature vs. Resistance Table,” www.omega.com/temperature/Z/pdf/z252254.pdf
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor BSS138 2. Datasheet Texas Instruments LMC6484
ÑÕÅÌÛ
Òðàíçèñòîðû óêðîùàþò èíäóêòèâíîñòü ðàññåÿíèÿ Christophe Basso EDN
Â
 îáðàòíîõîäîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ñî ñòàáèëèçàöèåé íà ïåðâè÷íîé ñòîðîíå ñëàáàÿ ñâÿçü ìåæäó âòîðè÷íîé ñèëîâîé è ïåðâè÷íîé âñïîìîãàòåëüíîé îáìîòêîé ÷àñòî ïðèâîäèò ê ïëîõîìó ïåðåêðåñòíîìó ðåãóëèðîâàíèþ. Ýòà ñèòóàöèÿ âîçíèêàåò â îñíîâíîì èç-çà èíäóêòèâíîñòè ðàññåÿíèÿ, íî òàêæå îêàçûâàåò âëèÿíèå óðîâåíü îãðàíè÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ïåðâè÷íîé îáìîòêå. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà òèïè÷íàÿ ñõåìà èñïîëüçîâàíèÿ ìèêðîñõåìû
NCP1200 â êîíôèãóðàöèè ñî âñïîìîãàòåëüíîé îáìîòêîé LAUX.  ýòîé ìèêðîñõåìå èñïîëüçóåòñÿ àâòîíîìíîå ïèòàíèå, íî â íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèÿõ ñ íèçêèì ýíåðãîïîòðåáëåíèåì æåëàòåëüíî ïîñòîÿííî îòêëþ÷àòü ýòó ôóíêöèþ, èñïîëüçóÿ ïèòàíèÿ îò âñïîìîãàòåëüíîé îáìîòêè. Òîãäà öåïü àâòîíîìíîãî ïèòàíèÿ äåéñòâóåò ïðîñòî êàê ñòàíäàðòíûé èñòî÷íèê ïóñêîâîãî òîêà, ïîêà íå âêëþ÷èòñÿ âñïîìîãàòåëüíàÿ îáìîòêà.
VINT MBR20100
100 nF
CBULK 220 µF/400 Â NCP1200P60
22k
10 µH
COUTA COUTB COUTC 2.2 mF 2.2 mF 2.2 mF
VOUT 16.8 Â ÏÐÈ 4.5 À
100 µF
10
MUR160
8 1 ÑÅÒÅÂÀß ÐÎÇÅÒÊÀ
KBU4J
7
1N4148
6
3 4
1N4148
VAUX
2
VINT RG
5
VOUT
MTP3N60E 1k
10 SFH6106
18k
1N4148
RUPPER 39k
1 nF
1k 100 nF 18k CVCC 100 µF
RSENSE 0.33 1 nF
TL431 RLOWER 6.8k
Ðèñóíîê 1. Â ýòîé ñõåìå èíäóêòèâíîñòü ðàññåÿíèÿ âñïîìîãàòåëüíîé îáìîòêè ìîæåò âûâåñòè èç ñòðîÿ öåïè çàùèòû êîíòðîëëåðà ïðåîáðàçîâàòåëÿ îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
77
ÂËÈßÍÈÅ ÐÀÑÑÅßÍÈß: VPEAK = 24.2  «×ÈÑÒÎÅ» ÏËÀÒÎ: V = 13.4 Â
25 15
Q1 2N3906
1N4148 1 R2 10k
0Â
6
5 LAUX
–5
3
2 100k R1 10k
4
5 10k
D1 1N4148
7 Q2 2N3904
–15 236 ìêñ
240 ìêñ
244 ìêñ
248 ìêñ
252 ìêñ
Ðèñóíîê 2. Èíäóêòèâíîñòü ðàññåÿíèÿ íà ñòîðîíå âñïîìîãàòåëüíîé îáìîòêè çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàåò âûïðÿìëåííûå íàïðÿæåíèÿ.
 îïèñûâàåìîé çäåñü ñõåìå ðåãóëèðîâàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ íà âòîðè÷íîé ñòîðîíå ñ ïîìîùüþ ìèêðîñõåìû TL431, íî â óñëîâèÿõ êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïðèîáðåòàåò âàæíîå çíà÷åíèå ïåðâè÷íàÿ ñòîðîíà. Êàæäûé ðàç, êîãäà íàïðÿæåíèå íà âûâîäå VCC ìèêðîñõåìû NCP1200, óìåíüøàÿñü, ïåðåñåêàåò óðîâåíü 10 Â, âíóòðåííÿÿ ëîãèêà ÷åðåç âûâîä îáðàòíîé ñâÿçè îïðåäåëÿåò âîçìîæíîå íàëè÷èå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Åñëè íàëè÷èå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ïîäòâåðæäàåòñÿ, NCP1200 âûäàåò ñèãíàë áåçîïàñíîãî àâòîìàòè÷åñêîãî âîññòàíîâëåíèÿ â âèäå ïà÷êè íèçêî÷àñòîòíûõ èìïóëüñîâ. Îäíàêî, õîòÿ ïëîõàÿ ñâÿçü ïðåäîòâðàùàåò ðàçðóøåíèå âñïîìîãàòåëüíîé îáìîòêè, ïðè íàëè÷èè êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ âòîðè÷íîé öåïè íàïðÿæåíèå VCC íèêîãäà íå ïðåâûñèò ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ 10 Â, ÷òî ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîâðåæäåíèþ ñõåìû. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíî âëèÿíèå èíäóêòèâíîñòè ðàññåÿíèÿ ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè íà âûõîäå. Âèäíî, ÷òî èç-çà âûáðîñà, îáóñëîâëåííîãî èíäóêòèâíîñòüþ ðàññåÿíèÿ, íàïðÿæåíèå íà âñïîìîãàòåëüíîé îáìîòêå îêàçûâàåòñÿ çíà÷èòåëüíî âûøå åãî íîðìàëüíîãî óðîâíÿ ïëàòî. Èç-çà òîãî, ÷òî âûïðÿìèòåëüíûé äèîä èãðàåò ðîëü äåòåêòîðà îãèáàþùåé, îêîí÷àòåëüíûé óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ îêàçûâàåòñÿ áëèçêèì ê 24 Â, ÷òî äàëåêî îò îæèäàåìûõ 13.4 Â.  ðåçóëüòàòå, åñëè ýòî íàïðÿæåíèå ïðåâûñèò ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå, óêàçàííîå â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè êîíòðîëëåðà ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ñõåìà ìîæåò áûòü ïîâðåæäåíà. Âåëè÷èíó âñïîìîãàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ íåîáõîäèìî îãðàíè÷èòü ñ ïîìîùüþ ðàññåèâàþùåãî ýëåìåíòà, òàêîãî êàê ñòàáèëèòðîí. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà ñõåìà, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò
78
VCC
D2 1N4148
C1 2.2 nF
Ðèñóíîê 3. Ýòà ñõåìà ôàêòè÷åñêè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñèñòåìó âûáîðêè è õðàíåíèÿ íà äèñêðåòíûõ êîìïîíåíòàõ.
èçáåæàòü ïðîáëåì ñ èíäóêòèâíîñòüþ ðàññåÿíèÿ. Ôàêòè÷åñêè ýòà ñõåìà ðåàëèçóåò àâòîíîìíóþ ñèñòåìó âûáîðêè è õðàíåíèÿ. Êîãäà âûêëþ÷àòåëü ïèòàíèÿ çàìêíóò, êîíäåíñàòîð C1 ðàçðÿæàåòñÿ ÷åðåç ýëåìåíòû R2 è D1, à äèîä D2 îãðàíè÷èâàåò îáðàòíîå ñìåùåíèå ïåðåõîäà áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q2 íà áåçîïàñíîì óðîâíå. Ïðè ðàçìûêàíèè âûêëþ÷àòåëÿ íàïðÿæåíèå íà âòîðè÷íîé ñòîðîíå ðåçêî âîçðàñòàåò, è ïîòåíöèàë Óçëà 1 ñòàíîâèòñÿ ïîëîæèòåëüíûì. Îäíàêî, ïîñêîëüêó êîíäåíñàòîð C1 ðàçðÿæàåòñÿ, Q1 îñòàåòñÿ îòêðûòûì, è íàïðÿæåíèå VCC íå óâåëè÷èâàåòñÿ. ×åðåç êîðîòêèé ïðîìåæóòîê âðåìåíè (îïðåäåëÿåìûé íîìèíàëàìè êîìïîíåíòîâ R1 è C1) òðàíçèñòîð Q2 çàêðûâàåòñÿ è ïðèòÿãèâàåò áàçó Q1 ê çåìëå. Òåïåðü íàïðÿæåíèå VCC
Ðèñóíîê 4. Çàäåðæèâàÿ âðåìÿ âûáîðêè, ìîæíî ïîëó÷èòü ÷èñòîå íàïðÿæåíèå âñïîìîãàòåëüíîé îáìîòêè, ëèøåííîå êàêîãî-ëèáî âëèÿíèÿ èíäóêòèâíîñòè ðàññåÿíèÿ.
ÑÕÅÌÛ
17 ÂÛÕÎÄ ÑÕÅÌÛ
ÓÐÎÂÍÈ (Â)
16 15
ÂÛÕÎÄ ÂÑÏÎÌÎÃÀÒÅËÜÍÎÉ ÎÁÌÎÒÊÈ
14 13 12 11 0
1
2 3 ÂÛÕÎÄÍÎÉ ÒÎÊ (À)
4
5
Ðèñóíîê 5. Áëàãîäàðÿ ñõåìå íà Ðèñóíêå 3, âñïîìîãàòåëüíàÿ îáìîòêà ëó÷øå îòñëåæèâàåò íàïðÿæåíèå ïåðâè÷íîé îáìîòêè.
óâåëè÷èâàåòñÿ è äîñòèãàåò óðîâíÿ Óçëà 2 çà âû÷åòîì íàïðÿæåíèÿ íàñûùåíèÿ òðàíçèñòîðà Q1. Ïðè ïðàâèëüíî âûáðàííîé çàäåðæêå íàïðÿæåíèå VCC íå áóäåò èìåòü âûáðîñîâ, ïîñêîëüêó ñõåìà âûáèðàåò íàïðÿæåíèå ïëàòî. Îêîí÷àòåëüíûé ðåçóëüòàò ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 4. Âûïîëíåíèå íåêîòîðûõ èçìåðåíèé íà ïðèêëàäíîé ïëàòå ìîùíîñòüþ 70 Âò ñ íèçêèì òîêîì ïîêîÿ äàëî îêîí÷àòåëüíûå
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
ðåçóëüòàòû, ïîêàçàííûå íà Ðèñóíêå 5. Ìîæíî âèäåòü, ÷òî èçìåíåíèå òîêà IOUT íà 4.3 À ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ VOUT âñåãî íà 420 ìÂ. Ýòó ñõåìó ìîæíî èñïîëüçîâàòü â ïðèëîæåíèÿõ ñî ñòàáèëèçàöèåé íà ïåðâè÷íîé ñòîðîíå, â êîòîðûõ òðåáóåòñÿ ïîääåðæàíèå òî÷íîãî óðîâíÿ íàïðÿæåíèÿ áåç ñèëüíîé ôèëüòðàöèè íàïðÿæåíèÿ âòîðè÷íîé îáìîòêè (è ñâÿçàííîé ñ ýòèì ÷àñòè÷íîé ïîòåðåé äîñòóïíîé ýíåðãèè âñïîìîãàòåëüíîé îáìîòêè â ðåæèìå îæèäàíèÿ) èëè ñíèæåíèå ïîðîãà îãðàíè÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïåðâè÷íîé îáìîòêè.  ïðèëîæåíèè ñ NCP1200 ïðè âîçíèêíîâåíèè êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ âûõîäà âñïîìîãàòåëüíàÿ îáìîòêà îáåñïå÷èâàåò íàäåæíûé çàïóñê çàùèòû. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor NCP1200 2. Datasheet Diodes TL431 3. Datasheet Vishay KBU4J 4. Datasheet Vishay MBR20100 5. Datasheet ON Semiconductor MTP3N60E 6. Datasheet MCC MUR160 7. Datasheet Vishay SFH6106
79
Ñõåìà àâàðèéíîé ñèãíàëèçàöèè êîíòðîëèðóåò ñêîðîñòü âðàùåíèÿ
äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà Peter Demchenko EDN
Ñ
Ñõåìó, ïîêàçàííóþ íà Ðèñóíêå 1, ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ êîíòðîëÿ ñêîðîñòè âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ âåíòèëÿòîðà ïîñòîÿííîãî òîêà è ïîäà÷è ñèãíàëà òðåâîãè â ñëó÷àå îñòàíîâêè äâèãàòåëÿ. Îäíèì èç âîçìîæíûõ ïðèìåíåíèé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ ìîíèòîðèíã ñêîðîñòè âåíòèëÿòîðà, îõëàæäàþùåãî ïðîöåññîð ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà (ÏÊ), ïåðåãðåâ êîòîðîãî ìîæåò ïðèâåñòè ê ãèáåëè âñåé ñèñòåìû. BIOS ÏÊ ÷àñòî èìååò îãðàíè÷åííûå âîçìîæíîñòè äëÿ êîíòðîëÿ ñêîðîñòè âåíòèëÿòîðîâ ïðîöåññîðà èëè êîðïóñà âî âðåìÿ çàãðóçêè. Áîëåå òîãî, åñëè ñåãîäíÿ âû âêëþ÷èòå â BIOS ôóíê-
öèþ çàùèòû âåíòèëÿòîðà ïðîöåññîðà, çàâòðà ó âàñ ìîãóò âîçíèêíóòü ñ íåé ïðîáëåìû. Åñëè óñêîðåíèå âåíòèëÿòîðà ïðè âêëþ÷åíèè êîìïüþòåðà çàìåäëÿåòñÿ, BIOS âûêëþ÷àåò êîìïüþòåð â íà÷àëå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè çàãðóçêè, íå ïîçâîëÿÿ çàéòè â íàñòðîéêè, ÷òîáû èñïðàâèòü ñèòóàöèþ. Ïîýòîìó â îïèñàíèè ìàòåðèíñêîé ïëàòû ýòó ôóíêöèþ âåíòèëÿòîðà ÷àñòî ñîâåòóåò îòêëþ÷àòü. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçûâàåò ñïîñîá ðåàëèçàöèè íåïðåðûâíîãî êîíòðîëÿ, ïîäà÷è ñèãíàëà òðåâîãè è àâòîìàòè÷åñêîãî îòêëþ÷åíèÿ ñèñòåìû ïðè âîçíèêíîâåíèè íåïîëàäîê ñ âåíòèëÿòîðîì.
R2 150 C2 0.47 µF
+ M ÂÅÍÒÈËßÒÎÐ 1 ÐÀÇÚÅÌ ÂÅÍÒÈËßÒÎÐÀ
C1 R 3 10 nF 1k
R9 120k
R6 15k
R4 39k
BC849
BC849
Q2 R 7 120k
D1 1N4148
R C
R12 1.5k 6
R11 680k
BC849
Q3 R5 470
12 Â
9
IC1 CD4060 Q7
Q1 R1 13
BC849
11 CLK1 12 RES
10
D2 1N4148
C3 6.8 nF
R10 51k
Q4
Ê ÊÎËËÅÊÒÎÐÓ Q5 ÏÐÈ ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÈÈ ÐÅËÅ
R8 15k Q14
3 R13 120k
BC849
Ê ÂÛÊËÞ×ÀÒÅËÞ Q5 ÏÈÒÀÍÈß ATX (ÏÎÄÊËÞ×ÅÍÈÅ ÁÅÇ ÐÅËÅ)
Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà îáåñïå÷èâàåò äîïîëíèòåëüíûé çâóêîâîé ñèãíàë ïî èñòå÷åíèè òàéì-àóòà, êîãäà áåñùåòî÷íûé äâèãàòåëü âåíòèëÿòîðà ïîñòîÿííîãî òîêà ñíèæàåò ñêîðîñòü âðàùåíèÿ. Çàòåì, ïîñëå âòîðîãî òàéì-àóòà, ñõåìà âûêëþ÷àåò ÏÊ.
80
ÑÕÅÌÛ
Èìïóëüñû íà ðåçèñòîðå R1, âîçíèêàþùèå ïðè êîììóòàöèè â áåñêîëëåêòîðíîì äâèãàòåëå âåíòèëÿòîðà, çàïóñêàþò òðèããåð Øìèòòà Q1/Q2, êîòîðûé óïðàâëÿåò òðàíçèñòîðíûì êëþ÷îì Q3, êîììóòèðóÿ êîíòàêò äàò÷èêà ðàçúåìà ìàòåðèíñêîé ïëàòû âåíòèëÿòîðà; ÷àñòîòà êîììóòàöèè ïðîïîðöèîíàëüíà ñêîðîñòè âðàùåíèÿ. Äîïîëíèòåëüíî âûõîä òðèããåðà ñáðàñûâàåò òàéìåð ñ äâóìÿ ïåðèîäàìè òàéìàóòà; ïî èñòå÷åíèè ïåðâîãî òàéì-àóòà àêòèâèðóåòñÿ çâóêîâîé ñèãíàë òðåâîãè. Ïîñëå âòîðîãî òàéì-àóòà òðàíçèñòîð Q5 âûêëþ÷àåò ÏÊ ñ ïîìîùüþ ðåëå èëè áåç íåãî. Ðåëå îáåñïå÷èâàåò áîëåå îïðåäåëåííîå
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
ñîïðîòèâëåíèå êîíòàêòà è ìåíåå ïîäâåðæåíî ïîìåõàì, ïîýòîìó èñïîëüçîâàíèå ðåëå ïðåäïî÷òèòåëüíåå, êîãäà ðàññòîÿíèå ìåæäó ýòîé ñõåìîé è ðàçúåìîì âûêëþ÷àòåëÿ ïèòàíèÿ íà ìàòåðèíñêîé ïëàòå ïðåâûøàåò 20–30 ñì. Êîëëåêòîð òðàíçèñòîðà Q5 èëè êîíòàêòû ðåëå íóæíî ïîäêëþ÷èòü ïàðàëëåëüíî êíîïêå âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ. Ñõåìà àâàðèéíîé ñèãíàëèçàöèè ñîñòîèò èç òðàíçèñòîðà Q4 è òðåõâûâîäíîãî ïüåçîýëåêòðè÷åñêîãî çóììåðà. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4060B 2. Datasheet Fairchild BC849
81
Àíàëîãî-öèôðîâîé êâàçèôèëüòð êëàïàííîãî òèïà Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê Ðàññìîòðåíà ðàáîòà àêòèâíûõ è ïàññèâíûõ êâàçèôèëüòðîâûõ óñòðîéñòâ êëàïàííîãî òèïà, ïîçâîëÿþùèõ ïðîïóñêàòü ñî âõîäà íà âûõîä óñòðîéñòâà ñèãíàëû, ÷àñòîòà êîòîðûõ ëåæèò âûøå èëè íèæå çàäàííîãî çíà÷åíèÿ, ëèáî íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ çàäàííîé ïîëîñû ÷àñòîò èëè, íàïðîòèâ, âíå ýòîé ïîëîñû.
Ê
Êâàçèôèëüòðû êëàïàííîãî òèïà è îñîáåííîñòè èõ ïîñòðîåíèÿ áûëè îïèñàíû ðàíåå â ïóáëèêàöèÿõ [1–5]. Ïðèíöèï èõ ðàáîòû çàêëþ÷àåòñÿ â ïðåîáðàçîâàíèè ÷àñòîòû âõîäíîãî ñèãíàëà â íàïðÿæåíèå, óïðàâëÿþùåå îäíî- èëè ìíîãîïîðîãîâûì óñòðîéñòâîì. Ïîðîãîâîå óñòðîéñòâî ðàçðåøàåò èëè çàïðåùàåò ïðîõîæäåíèå âõîäíîãî ñèãíàëà íà âûõîä êâàçèôèëüòðà. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí ïðîñòåéøèé âàðèàíò ïàññèâíîãî êâàçèôèëüòðà êëàïàííîãî òèïà. Íà âõîä óñòðîéñòâà ïîäà¸òñÿ àíàëîãîâûé ñèãíàë ñ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé èëè öèôðîâîé ñèãíàë àìïëèòóäîé 10 Â. Ïðåîáðàçîâàòåëü ÷àñòîòû â íàïðÿæåíèå âûïîëíåí ïî ñòàíäàðòíîé ñõåìå è âêëþ÷àåò ýëåìåíòû: êîíäåíñàòîðû C1 è C2, äèîäû VD1 è VD2, à òàêæå ðåçèñòîð R3. Ê âûõîäó ýòîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîäêëþ÷åí çàòâîð ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà VT2 UÂÛÕ
R1 1ê R2
UÂÕ
10 Â
C1 560ï
U
VT1, VT2 2N7000
f
10ê C3 100í
VD1,VD2 1N4148
R3 20ê
C2 330í
Ðèñóíîê 1. Ïðîñòîå êâàçèôèëüòðîâîå óñòðîéñòâî áåç ñîáñòâåííîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, ïðîïóñêàþùåå íà âûõîä ñèãíàëû ÷àñòîòîé âûøå 27 êÃö.
82
2N7000. Ñòîê òðàíçèñòîðà VT2 ïîäêëþ÷åí ê èñòî÷íèêó âõîäíîãî ñèãíàëà ÷åðåç ðåçèñòîð R2. Òàêæå âõîäíîé ñèãíàë ÷åðåç ðåçèñòîð R2 ïîäà¸òñÿ íà çàòâîð òðàíçèñòîðà VT1, ñòîê êîòîðîãî ïîäêëþ÷åí ê èñòî÷íèêó ñèãíàëà ÷åðåç ðåçèñòîð R1. Âûõîäíîé ñèãíàë ñíèìàåòñÿ ñî ñòîêà òðàíçèñòîðà VT1. Ïðè ïîäà÷å íà âõîä óñòðîéñòâà ñèãíàëà ïðÿìîóãîëüíîé èëè ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû ïîëîæèòåëüíîé ïîëÿðíîñòè è ïîñòåïåííîì ïîâûøåíèè åãî ÷àñòîòû íàïðÿæåíèå íà âûõîäå ïðåîáðàçîâàòåëÿ ðàñòåò ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî ÷àñòîòå. Ïðè ïðåâûøåíèè ïîðîãà ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà VT2 2N7000 îí ïåðåêëþ÷àåò ñâîå ñîñòîÿíèå è øóíòèðóåò âõîä óïðàâëåíèÿ òðàíçèñòîðà VT1. Äî ýòîãî ìîìåíòà òðàíçèñòîð VT1 îòêðûò, ñèãíàë ñî âõîäà íà âûõîä óñòðîéñòâà íå ïðîõîäèò. Ïîñêîëüêó òðàíçèñòîð VT1 çàïèðàåòñÿ, è åãî ìîæíî èñêëþ÷èòü èç ðàññìîòðåíèÿ ñõåìû, âõîäíîé ñèãíàë ÷åðåç ðåçèñòîð R1 áåñïðåïÿòñòâåííî ïðîõîäèò íà âûõîä óñòðîéñòâà. ×àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ êâàçèôèëüòðà, Ðèñóíîê 1, îêîëî 27 êÃö. Êîýôôèöèåíò îñëàáëåíèÿ ñèãíàëà, ÷àñòîòà êîòîðîãî ëåæèò âíå ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ, ïîðÿäêà 200. Êîýôôèöèåíò íåëèíåéíûõ èñêàæåíèé ñèãíàëà â ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ îêîëî 0.23%. Ïðè R1=10 êÎì êîýôôèöèåíò îñëàáëåíèÿ âîçðàñòàåò íà ïîðÿäîê, îäíîâðåìåííî íà ïîðÿäîê âîçðàñòàþò èñêàæåíèÿ.
ÑÕÅÌÛ
R2
UÂÕ
10 Â
10ê
+10 Â
C1 560ï 4 VD1, VD2 1N4148
R1 20ê
C2 330í
5
– +
3 DA1.1 2 12
R6 Df
R7
f
R6
R7
20ê
2ê
R8 82ê
7
R4 10ê
6
UÂÛÕ2
10ê
U
f
f
+10 Â
DD1 CD4077
8.2ê 14
R9 DD1 10ê 7 +
R3
DA1 LM324
R5 U
UÂÛÕ1
U
1 C3 330í
2
DD1.1 =1
3
5 6
DD1.2 =1
VT1, VT2 2N7000 4
DA1.2 1
–
Ðèñóíîê 2. Êâàçèôèëüòð êëàïàííîãî òèïà ñ ðåãóëèðóåìîé øèðèíîé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ/çàãðàæäåíèÿ è ïîëîæåíèÿ ýòîé ïîëîñû ïî îñè ÷àñòîò.
Óñòðîéñòâî, Ðèñóíîê 1, ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå ÷àñòîòíîãî ðåëå. Äëÿ ýòîãî äîñòàòî÷íî èçúÿòü èç ñõåìû ðåçèñòîð R1 è èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå íàãðóçêè ðåëå ñ ïèòàíèåì îò âíåøíåãî èñòî÷íèêà. Ââèäó òîãî, ÷òî ïîëåâûå òðàíçèñòîðû íå ÿâëÿþòñÿ èäåàëüíûìè ïîðîãîâûìè óñòðîéñòâàìè, íà Ðèñóíêå 2 ïðèâåäåí áîëåå ñîâåðøåííûé âàðèàíò êâàçèôèëüòðîâîãî óñòðîéñòâà êëàïàííîãî òèïà, ïîçâîëÿþùåãî ïðîïóñêàòü íà îäèí èç åãî âûõîäîâ èçáðàííóþ ïîëîñó ÷àñòîò, à íà äðóãîé – ñèãíàëû, ÷àñòîòà êîòîðûõ ëåæèò âíå ýòîé ïîëîñû. Êâàçèôèëüòð, Ðèñóíîê 2, òàêæå ñîäåðæèò ïðåîáðàçîâàòåëü ÷àñòîòà-íàïðÿæåíèå, ñèãíàë ñ êîòîðîãî ïîäàåòñÿ íà âõîäû êîìïàðàòîðîâ DA1.1 è DA1.2 ìèêðîñõåìû LM324. Ïîðîãè ñðàáàòûâàíèÿ ýòèõ êîìïàðàòîðîâ ðåãóëèðóåòñÿ ïîòåíöèîìåòðàìè R6 è R7. Ïîòåíöèîìåòð R7 çàäàåò ïîëîæåíèå âåðõíåé ãðàíèöû îêíà ïî øêàëå ÷àñòîò (âåðõíåé ãðàíèöû ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ èëè çàãðàæäåíèÿ), à ïîòåíöèîìåòð R6 çàäàåò øèðèíó îêíà. Ñ âûõîäîâ êîìïàðàòîðîâ ñèãíàëû ïîñòóïàþò íà ýëåìåíò DD1.1 «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
ÍÅ» ìèêðîñõåìû CD4077 è çàòåì íà âûõîäíûå êàñêàäû – ýëåìåíò DD1.2 è êëþ÷åâûå òðàíçèñòîðû VT1 è VT2 2N7000. ×àñòîòíûé äèàïàçîí ðàáîòû êâàçèôèëüòðîâ îïðåäåëÿåòñÿ íîìèíàëàìè ýëåìåíòîâ ïðåîáðàçîâàòåëÿ ÷àñòîòà-íàïðÿæåíèå. ÐË
Ëèòåðàòóðà 1. Shustov M.A. Multichannel amplitude discriminator. Electronics World Incorporating Wireless World. 2000. V. 106. ¹ 6 (1770). P. 458. 2. Schustow M.A. NF-Multifrequenzbandfilter. Funkamateur. 2000. Bd. 49. H. 2. S. 171. 3. Schustow M.A. UKW-Panoramaempfänger. Funkamateur. 2001. Bd. 50. H. 3. S. 272–273. 4. Øóñòîâ Ì.À. Ïðàêòè÷åñêàÿ ñõåìîòåõíèêà. 450 ïîëåçíûõ ñõåì. Ì.: Altex-A, 2001. Êí. 1. 352 ñ. (I èçä.); 2003 (II èçä.); Ì.: Äîäýêà-XXI–Altex, 2007. 360 ñ. (II èçä.). 5. Øóñòîâ Ì.À. Àíàëîãî-öèôðîâîé ìíîãîêàíàëüíûé ÷àñòîòíûé êâàçèôèëüòð.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4077B 2. Datasheet Texas Instruments LM324 3. Datasheet Microchip 2N7000
83
Áåñòðàíñôîðìàòîðíûé DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü ñ äâóïîëÿðíûì âûõîäîì David Kim EDN
Î
Îáû÷íûì ñïîñîáîì ïîëó÷åíèÿ äâóïîëÿðíîãî (ïîëîæèòåëüíîãî è îòðèöàòåëüíîãî) âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ èç îäíîãî ïîëîæèòåëüíîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå òðàíñôîðìàòîðà. Õîòÿ ïîäîáíûå êîíñòðóêöèè îòíîñèòåëüíî ïðîñòû, ïðîáëåìó ñîçäàþò áîëüøèå ðàçìåðû òðàíñôîðìàòîðà. Óñòàíîâêà òðàíñôîðìàòîðà â ïðèëîæåíèå ñî ñòðîãèìè îãðàíè÷åíèÿìè ïî ïëîùàäè è âûñîòå ìîæåò îêàçàòüñÿ íåïðîñòîé çàäà÷åé. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 âûðàáàòûâàåò íàïðÿæåíèÿ ±5  èç âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò 3 äî 10  è ïîäõîäèò äëÿ ïðèëîæåíèé,
â êîòîðûõ íåäîñòàòî÷íî ìåñòà äëÿ ðàçìåùåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà.  ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ òîïîëîãèÿ, ïîçâîëÿþùàÿ îòêëþ÷àòü îáà âûõîäà, êîãäà DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü íàõîäèòñÿ â ðåæèìå îñòàíîâà, ïîýòîìó â ðåæèìå îæèäàíèÿ òîê ïîêîÿ ìàë. Ñõåìà ñòàáèëèçèðóåò ïîëîæèòåëüíîå è îòðèöàòåëüíîå íàïðÿæåíèÿ 5 Â, íåçàâèñèìî îò òîãî, âûøå ëè âõîäíîå íàïðÿæåíèå, ÷åì 5 Â, èëè íèæå. Òàêèì îáðàçîì, ñõåìà ìîæåò ðàáîòàòü îò ðàçëè÷íûõ èñòî÷íèêîâ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, òàêèõ êàê ëèòèé-èîííûé àêêóìóëÿòîð íàïðÿæåíèåì îò 3 äî 4.2  èëè ñåòåâîé àäàïòåð íàïðÿæåíè-
CDRH5D28-6R2 6.2 µH
VIN 2.5…10 Â
MBRM120LT3 5Â
3 4.7 µF 10 Â 100 nF
6
5
VIN
SW
SHDN
FB
LT1946A 8
VC
SS GND 4
COMP
2.2 µF 16 Â
28.7k
2
33 µF 10 Â
1 49.9k
CDRH5D28-6R2 6.2 µH
9.53k
7 1000 pF 2.2 µF 16 Â
MBRM120LT3
CDRH5D28-6R2 6.2 µH
20 µF 10 Â –5 Â
Ðèñóíîê 1. Ïðîñòàÿ ñõåìà âûðàáàòûâàåò –5 Â èç îäíîãî âõîäíîãî ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ, íå íóæäàÿñü â òðàíñôîðìàòîðå.
84
ÑÕÅÌÛ
800 ÎÒÐÈÖÀÒÅËÜÍÎÅ ÂÛÕÎÄÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ 5  (Â)
600 500 400 300 200
ÎÄÈÍ ÊÀÍÀË ÎÁÀ ÊÀÍÀËÀ
100 0 3
4
5
6 7 VIN (Â)
8
9
Ðèñóíîê 2. Íà ýòîì ãðàôèêå ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü ìàêñèìàëüíîãî âûõîäíîãî òîêà îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ îáîèõ âûõîäîâ èëè îäíîãî âûõîäà.
åì îò 3.3 äî 10 Â. Íåìíîãî èçìåíèâ ñõåìó, ìîæíî ðàñøèðèòü äèàïàçîí âõîäíûõ íàïðÿæåíèé äî 2.5-16  è âûõîäíûõ – äî 3-12 Â. ×àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ 2.7 ÌÃö DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü íåáîëüøèå íèçêîïðîôèëüíûå âíåøíèå êîìïîíåíòû (âõîäíîé è âûõîäíîé êîíäåíñàòîðû è äðîññåëü). Èñïîëüçîâàíèå òðåõ íåáîëüøèõ äðîññåëåé âìåñòî îäíîãî ãðîìîçäêîãî òðàíñôîðìàòîðà íå òîëüêî óìåíüøàåò ãàáàðèòû è âûñîòó ïðåîáðàçîâàòåëÿ, íî è ðàâíîìåðíî ðàñïðåäåëÿåò ðàññåèâàåìóþ ìîùíîñòü ïî ïëàòå, óñòðàíÿÿ òåì ñàìûì êîíöåíòðèðîâàííûå òî÷êè ïåðåãðåâà. Äîïóñòèìàÿ íàãðóçêà ñõåìû ïî âûõîäíîìó òîêó âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷åíèåì âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (÷åì áîëüøå âõîäíîå íàïðÿæåíèå, òåì ìåíüøå âõîäíîé òîê). Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü ìàêñèìàëüíîãî âûõîäíîãî òîêà îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Êðèâàÿ «îáà êàíàëà» ñîîòâåòñòâóåò ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîìó ñóììàðíîìó òîêó îáîèõ âûõîäîâ ±5  ïðè íàãðóçêå èõ îäèíàêîâûìè òîêàìè. Êðèâàÿ «îäèí êàíàë» ñîîòâåòñòâóåò ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîìó òîêó êàæäîãî âûõîäà ïðè íàãðóçêå îäíîãî ëþáîãî âûõîäà. Êîãäà òîê îäíîãî âûõîäà óìåíüøàåòñÿ, äîïóñòèìàÿ òîêîâàÿ íàãðóçêà äðóãîãî âûõîäà óâåëè÷èâàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íå áóäåò ïðåâûøåí äîïóñòèìûé òîê DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Åùå îäíèì âàæíûì ñîîáðàæåíèåì ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ñõåì òàêîãî òèïà ÿâëÿåòñÿ ïåðåêðåñòíàÿ ñòàáèëèçàöèÿ. Ïîñêîëüêó âûõîäíîå íàïðÿæåíèå –5  íå óïðàâëÿåòñÿ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
5.5
5.3
VIN = 3 Â VIN = 5 Â
5.1
VIN = 10 Â 4.9
10
0
(à)
ÎÒÐÈÖÀÒÅËÜÍÎÅ ÂÛÕÎÄÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ 5  (Â)
ÂÛÕÎÄÍÎÉ ÒÎÊ (ìÀ)
700
VIN = 3 Â
5.1
VIN = 5 Â VIN = 10 Â
4.9
4.7
4.5 0
(á)
200 400 600 800 ÂÛÕÎÄÍÎÉ ÒÎÊ ÊÀÍÀËÀ 5  (ìÀ)
200 400 600 800 ÂÛÕÎÄÍÎÉ ÒÎÊ ÊÀÍÀËÀ –5  (ìÀ)
Ðèñóíîê 3. Ýòè êðèâûå ïîêàçûâàþò èçìåíåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ –5  ïðè ðàçëè÷íûõ íàãðóçêàõ íà âûõîäå 5  (à) è –5  (á).
îáðàòíîé ñâÿçüþ ØÈÌ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ, íàïðÿæåíèå –5  çàâèñèò îò âûõîäíîãî òîêà. Ïåðåêðåñòíóþ ñòàáèëèçàöèþ ìîæíî çíà÷èòåëüíî óëó÷øèòü, äîáàâèâ íà êàæäûé âõîä ïðåäâàðèòåëüíóþ íàãðóçêó 10-20 ìÀ. Ïðåäâàðèòåëüíàÿ íàãðóçêà ãàðàíòèðóåò, ÷òî DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü ðàáîòàåò â ðåæèìå íåïðåðûâíîé ïðîâîäèìîñòè, â êîòîðîì òîê äðîññåëÿ äîñòàòî÷íî ñòàáèëåí äëÿ ïîääåðæàíèÿ ïîñòîÿííîãî âûõîäíîãî òîêà. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíî èçìåíåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ –5  ïðè ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ íàãðóçêè íà âûõîäå ïîëîæèòåëüíîãî (Ðèñóíîê 3à) è îòðèöàòåëüíîãî (Ðèñóíîê 3á) íàïðÿæåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå äëÿ óëó÷øåíèÿ ïåðåêðåñòíîé ñòàáèëèçàöèè ê îáîèì âûõîäàì íàäî ïîäêëþ÷èòü ïðåäâàðèòåëüíóþ íàãðóçêó 20 ìÀ. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Linear Technology LT1946A 2. Datasheet onsemi MBRM120LT3
85
Øèðîêîïîëîñíûé ïèêîâûé äåòåêòîð
ðàáîòàåò â øèðîêîì äèàïàçîíå âõîäíûõ ÷àñòîò Jim Mclucas EDN
Í
Íà îñíîâå îïóáëèêîâàííîé ðàíåå ñõåìû [1] ðåàëèçîâàí ïðåöèçèîííûé ïèêîâûé äåòåêòîð ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ äî 15 èëè 30 ÌÃö è áîëåå, â çàâèñèìîñòè îò ìàêñèìàëüíîãî óðîâíÿ âõîäíîãî ñèãíàëà êîíêðåòíîãî ïðèëîæåíèÿ. Âàæíåéøåé îñîáåííîñòüþ ýòîé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ ñâåðõáûñòðûé êîìïàðàòîð, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ è íèçêóþ çàäåðæêó ðàñïðîñòðàíåíèÿ, íåîáõîäèìûå äëÿ äàííîãî ïðèëîæåíèÿ.  êà÷åñòâå êîìïàðàòîðà â ýòîé êîíñòðóêöèè èñïîëüçóåòñÿ 7-íàíîñåêóíäíîå óñòðîéñòâî AD8561 êîìïàíèè Analog Devices. Ïèêîâûé äåòåêòîð îáåñïå÷èâàåò òî÷íîñòü â ïîëîñå ÷àñòîò îò 100 Ãö äî 14 ÌÃö ïðè óðîâíÿõ ñèãíàëà îò 100 ì ïèê-ïèê äî 6  ïèê-ïèê. Ïðè áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîòàõ ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûé óðîâåíü âõîäíîãî ñèãíàëà ñíèæàåòñÿ. Ñõåìà äåìîíñòðèðóåò òî÷íîñòü ±3% â áîëüøåé ÷àñòè äèàïàçîíà âõîäíûõ óðîâíåé. Êðîìå òîãî, âûñîêèé âõîäíîé èìïåäàíñ äåòåêòîðà, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé ïàðàëëåëüíîå ñîåäèíåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ïîðÿäêà 100 êÎì è åìêîñòè 3 ïÔ, âî ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ íå îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîé íàãðóçêè íà òåñòèðóåìóþ ñõåìó; 3 ïÔ îáðàçóþò èìïåäàíñ 3.5 êÎì íà ÷àñòîòå 15 ÌÃö. Êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 1, âûõîäíîé ñèãíàë áóôåðà ñ âûñîêèì âõîäíûì èìïåäàíñîì, ñîñòîÿùåãî èç ìèêðîñõåìû IC1 è ñâÿçàííûõ ñ íåé êîìïîíåíòîâ, ïîäàåòñÿ íà ñâåðõáûñòðîäåéñòâóþùèé êîìïàðàòîð IC3. Âûõîäíîé ñèãíàë áóôåðà IC1 ïîääåðæèâàåòñÿ ñèììåòðè÷-
86
6.5 Â
R3 10
C3 2.2 µF
C4 0.01 µF
C5 100 pF R4 27
R1 180 C1 27 pF
2 3
7 – + 4
C2 0.1 µF
IC1 + LM6171B/NS 6 – C6 0.01 µF C7 2.2 µF
ÂÕÎÄ AC
R5 10 C9 –6.5 Â 2000 pF R2 100k IC2A ¼TL084 R7 9 – 15k 8
C8 0.1 µF
R6 1.5k
+
R10 1M
R8 1k
10 C10 0.1 µF
R9 1M
C11 0.22 µF
Ðèñóíîê 1. Äëÿ äîñòèæåíèÿ âûñîêîé òî÷íîñòè ñâåðõáûñòðûé êîìïàðàòîð.
ÑÕÅÌÛ
íûì îòíîñèòåëüíî 0  áëàãîäàðÿ äåéñòâèþ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ IC2A è ñâÿçàííûõ ñ íèì êîìïîíåíòîâ, êîòîðûå èçìåðÿþò óðîâåíü ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ íà âûâîäå 6 IC1, à çàòåì ïîäàþò íàïðÿæåíèå êîððåêöèè íà âûâîä 3 IC1. Ýòà êîððåêöèÿ ïðàêòè÷åñêè óñòðàíÿåò âëèÿíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ è âõîäíûõ òîêîâ ñìåùåíèÿ ìèêðîñõåìû IC1. Ýëåìåíòû R1, R4 è C1 îáåñïå÷èâàþò íåáîëüøîé ïîäúåì óñèëåíèÿ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ÷àñòîòû äî 25 ÌÃö, à çàòåì êîíäåíñàòîð C5 íà÷èíàåò ñíèæàòü óñèëåíèå. Âõîäíîé ñèãíàë èìååò åìêîñòíóþ ñâÿçü ñ âõîäíûì áóôåðîì, ïîýòîìó äëÿ ïðàâèëüíîé ðàáîòû ñõåìû âõîäíîé ñèãíàë ïåðåìåííîãî òîêà äîëæåí èìåòü ñèììåòðè÷íóþ ôîðìó, íàïðèìåð ñèíóñîèäàëüíóþ. Ïèêîâîå çíà÷å-
5Â
ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ C16 ÂÎËÜÒÎ- R18 0.01 µF ÄÎÁÀÂÊÈ 100
R13 10
C14 0.01 µF
C12 1000 pF C13 1000 pF
R14 R15 10 100
R19 22
IC2C 4 ¼TL084 + – 13 14 12 + D3 D4 – SD101C SD101C 11
R17 820
D6 1N914
IC2B ¼TL084 – +
R21 7.5k
C18 0.01 µF
D5 1N914
1
C17 0.01 µF
R20 10k
R12 36k IC3 AD8561 1 3 – + 7 8 G 2 +– L 6 C15 45 0.01 µF
12 Â
D2 1N914
R16 820
D1 SD101C
R11 100
íèå íåñèììåòðè÷íîãî ñèãíàëà ñìåùàåòñÿ ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ÷åðåç êîíäåíñàòîð C2, â ðåçóëüòàòå ÷åãî âûõîäíîé ñèãíàë ïèêîâîãî äåòåêòîðà áóäåò íåòî÷íûì. Âûõîäíîé óðîâåíü êîìïàðàòîðà IC3 ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì, êîãäà âõîäíîé ñèãíàë íà âûâîäå 2 ïðåâûøàåò âåëè÷èíó ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ íà âûâîäå 3. Ïðè ýòîì çàïîìèíàþùèé êîíäåíñàòîð C19 çàðÿæàåòñÿ ÷åðåç ýëåìåíòû R17, D4, D5, D6 è R23. Êîãäà íàïðÿæåíèå íà C19 ïðåâûøàåò ïèêîâûé óðîâåíü ñèãíàëà íà âûâîäå 2 ìèêðîñõåìû IC3, ïîñòóïëåíèå çàðÿäíûõ èìïóëüñîâ ñ âûõîäà êîìïàðàòîðà ïðåêðàùàåòñÿ.  ðàâíîâåñíîì ñîñòîÿíèè êîìïàðàòîð âûäàåò âûõîäíûå èìïóëüñû ïðàâèëüíîé àìïëèòóäû è øèðèíû, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü íàïðÿæåíèå íà C19 ïðèìåðíî ðàâíûì ïèêîâîìó óðîâ-
R22 22
2 3
–12 Â R23 33
–5V
C19 0.1 µF
R26 47k R24 47k 6 5
C20 0.1 µF
R25 2.2M
IC2D ¼TL084 – +
7 ÂÛÕÎÄ DC
â øèðîêîì äèàïàçîíå âõîäíûõ ÷àñòîò â ýòîì ïðåöèçèîííîì ïèêîâîì äåòåêòîðå èñïîëüçóåòñÿ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
87
Òàáëèöà 1. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé äëÿ øèðîêîïîëîñíîãî ïèêîâîãî äåòåêòîðà ×àñòîòà (Ãö)
50
% îøèáêè (100 ì ïèê-ïèê íà âõîäå)
–0.8
4.2
% îøèáêè (400 ì ïèê-ïèê íà âõîäå)
–4.7
–1.4
% îøèáêè (1 Â ïèê-ïèê íà âõîäå)
–7
–4
% îøèáêè (2 Â ïèê-ïèê íà âõîäå)
–6.4
% îøèáêè (4 Â ïèê-ïèê íà âõîäå)
–6.1
% îøèáêè (6 Â ïèê-ïèê íà âõîäå)
100
200
500
1000
5ê
10ê
20ê
6
1
0.9
1.9
–3.3
–2.2 –1.4
–3.9
50ê
100ê
0.8
1
0.2
2.2
2.8
2.8
0.4
–1
–1.2
3.7
3.8
–0.6
–0.6
–0.6
3.4
0.4
0.8
1.2
–0.3
–0.3
1.2
–3.3
0.9
0.1
—
–2.1
–0.3
–0.1
1.7
0.5
0.6
1.1
1.7
1.6
–8.3
–5.2
–3.4
–1.9
–1.6
–1.5
–1.5
–1.5
—
0.2
×àñòîòà (Ãö)
200ê
500ê
1Ì
2Ì
5Ì
10Ì
15Ì
20Ì
25Ì
30Ì
% îøèáêè (100 ì ïèê-ïèê íà âõîäå)
–2.4
–2.6
–3
–3.4
–0.6
–2.4
1.6
4.2
4
3.8
% îøèáêè (400 ì ïèê-ïèê íà âõîäå)
3.5
2.3
0.9
0.8
2.3
5.4
3.7
6.6
7.4
6.7
% îøèáêè (1 Â ïèê-ïèê íà âõîäå)
0.4
0.2
–1
–1.2
3.4
2.6
3.8
2.8
0.6
–1.6
% îøèáêè (2 Â ïèê-ïèê íà âõîäå)
1.5
–3.3
–0.8
–1
0.3
0.1
0.1
–1.2
–4.9
–10
% îøèáêè (4 Â ïèê-ïèê íà âõîäå)
1.4 0
0.9
–0.2
–0.5
0.5
4
1.8
31.6
—
—
–0.4
–1.1
–1.7
–0.1
–0.2
–13.3
–20.7
—
—
% îøèáêè (6 Â ïèê-ïèê íà âõîäå)
íþ âõîäíîãî ñèãíàëà. Âûñîêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ïîñòîÿííîìó òîêó áóôåðà IC2B ìèíèìèçèðóåò ðàçðÿä êîíäåíñàòîðà C19 â ïàóçàõ ìåæäó çàðÿæàþùèìè èìïóëüñàìè. Öåïü, ñîñòîÿùàÿ èç ýëåìåíòîâ R24, R25 è C20, ôèëüòðóåò âûõîäíîé ñèãíàë ïîñòîÿííîãî òîêà è îñëàáëÿåò åãî íà 2.1%. Ýòî îñëàáëåíèå íåîáõîäèìî â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî âûõîäíîé ñèãíàë íåìíîãî ïðåâûøàåò ôàêòè÷åñêèé ïèêîâûé óðîâåíü âõîäíîãî ñèãíàëà íà âûâîäå 3 ìèêðîñõåìû IC1. Ñõåìà, ñîñòîÿùàÿ èç ìèêðîñõåìû IC2C è ñâÿçàííûõ ñ íåé êîìïîíåíòîâ, îáåñïå÷èâàåò íîâóþ ôóíêöèþ: ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ íà âûâîäå 14 IC2C ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà çàïîìèíàþùåì êîíäåíñàòîðå C19. Çàòåì ýòî ïîâûøåííîå íàïðÿæåíèå ïîäàåòñÿ íà ðåçèñòîð R16, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ðàçìàõà íàïðÿæåíèÿ â òî÷êå ñîåäèíåíèÿ ðåçèñòîðîâ R16 è R17 ïðè óâåëè÷åíèè çàðÿäà êîíäåíñàòîðà C19. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, óâåëè÷èâàåò àìïëèòóäó èìïóëüñîâ íà äèîäå D4, à òàêæå îáåñïå÷èâàåò îòíîñèòåëüíóþ íåçàâèñèìîñòü òîêà çàðÿäà Ñ19 îò íàïðÿæåíèÿ íà íåì. Äèîä D1 íå ïîçâîëÿåò íàïðÿæåíèþ íà âûõîäå êîìïàðàòîðà IC3 ïðåâûñèòü íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ. Äèîä D2 íå äàåò äîáàâî÷íîìó íàïðÿæåíèþ äîñòèãàòü áîëüøîãî îòðèöàòåëüíîãî óðîâíÿ ïðè çàïóñêå, ÷òî ìîæåò ñòàòü ïðè÷èíîé çàùåëêèâàíèÿ ñõåìû. Ïåðåêëþ÷åíèÿ êîìïàðàòîðà è äèîäà D3 ïðåäîòâðàùàåò çàùåëêèâàíèå ïðè áîëüøèõ ïîëîæèòåëüíûõ íàïðÿæåíèÿõ. Ýòà ñõåìà íå ïðîÿâëÿåò íèêàêèõ ïðèçíàêîâ íåóñòîé÷èâîñòè èëè òåíäåí-
88
öèè ê íåé. Ìàêñèìàëüíûé óðîâåíü âõîäíîãî ñèãíàëà 6  ïèê-ïèê îïðåäåëÿåòñÿ äîïóñòèìûì ñèíôàçíûì âõîäíûì íàïðÿæåíèåì êîìïàðàòîðà AD8561. Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ âõîäíîãî áóôåðà âûáðàíî ðàâíûì ±6.5 Â, ÷òîáû èçáåæàòü âîçìîæíîñòè ñåðüåçíîé ïåðåãðóçêè êîìïàðàòîðà. Ìîæíî ïîâûñèòü òî÷íîñòü ñõåìû, çàìåíèâ ðåçèñòîð R4 100-êèëîîìíûì ïîòåíöèîìåòðîì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ðåãóëèðîâêó âûõîäíîãî óðîâíÿ, à ðåãóëèðîâêà ñìåùåíèÿ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé ïîâûñèò òî÷íîñòü ïðè íèçêèõ óðîâíÿõ ñèãíàëà. Äëÿ ïðîâåðêè õàðàêòåðèñòèê ýòîé ñõåìû èñïîëüçîâàëñÿ îñöèëëîãðàô ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ 300 ÌÃö, âñëåäñòâèå ÷åãî äàííûå â Òàáëèöå 1 ìîãóò ñîäåðæàòü íåêîòîðûå îøèáêè èçìåðåíèé. Ïîýòîìó ðåçóëüòàòû â òàáëèöå ñëåäóåò âîñïðèíèìàòü êàê èëëþñòðàöèþ âîçìîæíîñòåé ñõåìû, à íå êàê òî÷íûå äàííûå. Ýòè äàííûå – ïðîñòî ðåçóëüòàò èñïîëüçîâàíèÿ ëó÷øåãî îáîðóäîâàíèÿ, èìåâøåãîñÿ â íàëè÷èè íà ìîìåíò ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé. ÐË
Ññûëêà 1. Jim McLucas. Ïðåöèçèîííûé ïèêîâûé äåòåêòîð íà îáû÷íûõ êîìïîíåíòàõ.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 2. Datasheet Analog Devices AD8561 3. Datasheet Texas Instruments LM6171 4. Datasheet Texas Instruments TL084 5. Datasheet Vishay SD101A
ÑÕÅÌÛ
Äèîäû Øîòòêè óëó÷øàþò ðåàêöèþ êîìïàðàòîðà íà ïåðåõîäíûå ïðîöåññû Marián Štofka EDN Â ïðåäûäóùåé ñòàòüå [1] ñõåìà ïåðåêëþÂ
íîê 1). Ïðèáëèçèòåëüíîå çíà÷åíèå ïèêîâîãî íàïðÿæåíèÿ îøèáêè âûðàæàåòñÿ ôîðìóëîé:
÷àëà ïðåöèçèîííûå îïîðíûå íàïðÿæåíèÿ íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå ìèêðîñõåìû áûñòðîäåéñòâóþùåãî êîìïàðàòîðà.  ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ ìóëüòèïëåêñîð 2-1, ðàáîòàþùèé ïî ïðèíöèïó «ðàçðûâ ïåðåä çàìûêàíèåì» (Break-Before-Make, BBM). Ìóëüòèïëåêñîðû èìåþò ïàðàçèòíóþ åìêîñòü, èíæåêöèÿ çàðÿäà QD1INJ êîòîðîé â ñòîê D1 ìóëüòèïëåêñîðà ìîæåò ïðèâåñòè ê âîçíèêíîâåíèþ íàïðÿæåíèé îøèáêè íà îïîðíîì âõîäå êîìïàðàòîðà (Ðèñó-
DVD1+ =
QD1INJ+ , CD1OFF - CIN
ãäå CD1OFF – åìêîñòü âûâîäà D1 ìèêðîñõåìû IC2, CIN – âõîäíàÿ åìêîñòü êîìïàðàòîðà, ðàâíàÿ ïðèìåðíî 1 ïÔ. Èíòåðâàë tBBM ìåæäó ðàçðûâîì è çàìûêàíèåì êëþ÷åé ìóëüòèïëåêñîðà ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî 3 íñ, à çàäåð-
ÈÄÅÀËÜÍÎÅ ÏÅÐÅÑÅ×ÅÍÈÅ
VIN
ÝÔÔÅÊÒÈÂÍÛÉ ÏÎÄÚÅÌ VREFH tPDCOMP
tPDCOMP – tRCOMP/2
ÂÑÏËÅÑÊ VQ » VOUT
tOFFA DVD1+
tONB
VREFH tBBM
VD1 VREFL
Ðèñóíîê 1. Èíæåêöèÿ çàðÿäà ìîæåò âûçâàòü âñïëåñêè íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå êîìïàðàòîðà íàïðÿæåíèÿ, è ýòè âñïëåñêè ìîãóò ïðèâåñòè ê ëîãè÷åñêèì îøèáêàì.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
89
2.7…3.6 Â ÂÕÎÄ
VDD
IN2
S2A D2 S2B
SHDN
IC2 ADG772
VIN
VOUT 2.048 Â FORCE
IC3 ADR390B
100 nF
CD
VCC
IC1 ADCMP601
– VOUT SENSE
VREFH 9R 1.8k 0.2%
GND R 200 0.2%
D1 VREFL
Q
1 pF
S1A
S1B
VD1
+ 1 pF
CD
VEE 2.2 nF 2.2 nF
ÂÛÕÎÄ
LE/ HYS
IN1
GND
NC VREFL = 0.2048 Â D1
ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: ÊÎÃÄÀ ÍÀ ÂÕÎÄÅ IN1 ÈËÈ IN2 ÌÈÊÐÎÑÕÅÌÛ IC2 ÓÐÎÂÅÍÜ ÍÈÇÊÈÉ, ÏÎÄÊËÞ×ÅÍ ÊÀÍÀË B. ÊÎÃÄÀ ÍÀ ÂÕÎÄÅ IN1 ÈËÈ IN2 ÌÈÊÐÎÑÕÅÌÛ IC2 ÓÐÎÂÅÍÜ ÂÛÑÎÊÈÉ, ÏÎÄÊËÞ×ÅÍ ÊÀÍÀË A.
D2 D3
NC
NC
IC4 HSMS-282L
Ðèñóíîê 2. Äèîä Øîòòêè D1 ïîäàâëÿåò ïîëîæèòåëüíûå âñïëåñêè íàïðÿæåíèÿ, âîçíèêàþùèå íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå êîìïàðàòîðà IC1 âñêîðå ïîñëå ïåðåõîäà óðîâíÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò âûñîêîãî ê íèçêîìó. Äèîä D2 ïîäàâëÿåò îòðèöàòåëüíûå âñïëåñêè íàïðÿæåíèÿ ïðè ïåðåõîäå óðîâíÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò íèçêîãî ê âûñîêîìó.
æêà ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà â êîìïàðàòîðàõ ADCMP608 è ADCMP609 ïðåâûøàåò ýòî çíà÷åíèå â 10 ðàç. Ñëåäîâàòåëüíî, èçìåíèòü ñâîå ñîñòîÿíèå çà 3 íñ îíè íå ìîãóò. Ìèêðîñõåìû ADCMP601 è ADCMP602 èç òîãî æå ñåìåéñòâà â 10 ðàç áûñòðåå. Ýòè ìèêðîñõåìû, ê ñîæàëåíèþ, ìîãóò áûòü ÷óâñòâèòåëüíû ê èíæåêòèðîâàííûì âñïëåñêàì. Ïðåâûøåíèå óðîâíÿ âûñîêîãî îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREFH ìîæåò ïðèâåñòè ê ðåçêîìó êðàòêîâðåìåííîìó ñêà÷êó âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Êîãäà âûñîêîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå ïðåâûñèò íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå êîìïàðàòîðà, óðîâåíü ñèãíàëà íà åãî âûõîäå ñíîâà ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì èëè âûðàáàòûâàåò âñïëåñê. Ïðè èäåàëüíîì ïîðîãå êîìïàðà-
90
òîðà óðîâåíü åãî âûõîäíîãî ñèãíàëà íà÷èíàåò ìåíÿòüñÿ íà íèçêèé ñ çàäåðæêîé. Ðîñò ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ îøèáêè íà÷èíàåòñÿ ñ äîïîëíèòåëüíîé çàäåðæêîé, îïðåäåëÿåìîé âðåìåíåì âûêëþ÷åíèÿ êàíàëà À ìèêðîñõåìû IC2.  òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè ADCMP601 ïîêàçàíà èíæåêöèÿ çàðÿäà â âûâîä èñòîêà.  äàííîì ñëó÷àå, îäíàêî, èãðàåò ðîëü èíæåêöèÿ çàðÿäà â âûâîä ñòîêà.  êà÷åñòâå ãðóáîé îöåíêè ìîæíî èñïîëüçîâàòü äàííûå ïî èíæåêöèè çàðÿäà èç òåõíè÷åñêîãî îïèñàíèÿ. Ïðè èçìåíåíèè çíàêà èíæåêöèè çàðÿäà â çàâèñèìîñòè îò çíà÷åíèÿ ñèíôàçíîãî íàïðÿæåíèÿ, çàðÿä íà âûâîäå D1 ñîñòàâëÿåò îêîëî 0.8 ïÊë ïðè íàïðÿæåíèè VD1, êîòîðîå ðàâíî âûñîêîìó îïîðíîìó íàïðÿæåíèþ, è ïðèìåðíî –0.3 ïÊë
ÑÕÅÌÛ
ïðè íèçêîì îïîðíîì íàïðÿæåíèè VREFL. Ýòî íàïðÿæåíèå ñïàäàåò ñ çàäåðæêîé, îïðåäåëÿåìîé âðåìåíåì âêëþ÷åíèÿ êàíàëîâ â àíàëîãîâîì êîììóòàòîðå ADG772 (IC2). Íåïðåäóñìîòðåííûé âîçâðàò âûõîäíîãî ñèãíàëà êîìïàðàòîðà ê âûñîêîìó óðîâíþ, õîòÿ è äëèòñÿ íå áîëåå 5 íñ, ìîæåò âûçâàòü íåîæèäàííîå ñðàáàòûâàíèå íåêîòîðûõ ëîãè÷åñêèõ ñõåì. Àíàëîãè÷íàÿ ñèòóàöèÿ ìîæåò âîçíèêíóòü, êîãäà âõîäíîå ëèíåéíî èçìåíÿþùååñÿ íàïðÿæåíèå ñ îòðèöàòåëüíûì íàêëîíîì ïåðåñåêàåò íèçêîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå. ×òîáû èñêëþ÷èòü ýòè îïàñíûå ñîñòîÿíèÿ, ìîæíî äîáàâèòü äâà äèîäà ñ áàðüåðàìè Øîòòêè (Ðèñóíîê 2). Äèîä D1 íà÷èíàåò ïðîâîäèòü òîê, êîãäà íàïðÿæåíèå íà âûâîäå D1 ïðåâûñèò âûñîêîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå ïðèìåðíî íà 200 ìÂ, òîãäà êàê D2 îòêðûâàåòñÿ, åñëè íàïðÿæåíèå îïóñêàåòñÿ íà 200 ì íèæå íèçêîãî îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ. Êðîìå òîãî, íåëèíåéíàÿ åìêîñòü ïåðåõîäà ýòèõ äèîäîâ óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì ïðÿìîãî íàïðÿæåíèÿ îò 0.7 ïÔ ïðè ïðÿìîì íàïðÿæåíèè 0  äî ïðèìåðíî 1.05 ïÔ ïðè ïðÿìîì íàïðÿæåíèè 100 ìÂ. Ïðè
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
âõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ, áëèçêèõ ê âûñîêîìó îïîðíîìó íàïðÿæåíèþ, äèîä D2 ñìåùàåòñÿ â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè ïî÷òè íà 2 Â, è åãî åìêîñòü ïàäàåò ïðèìåðíî äî 2/3CD(0), ãäå CD – åìêîñòü íåñìåùåííîãî äèîäà. Ñóììàðíàÿ åìêîñòü äèîäîâ D1 è D2 ñîñòàâëÿåò 1.5 ïÔ. Ýòî çíà÷åíèå ìîæåò óâåëè÷èòü âõîäíóþ åìêîñòü. Ïîñêîëüêó èíæåêöèÿ çàðÿäà íå ïðåâûøàåò 0.8 ïÊë, âûáðîñ íàïðÿæåíèÿ íà âûâîäå D1 ñîñòàâëÿåò ìåíåå 160 ìÂ. Äèîäû D1 è D2 íàõîäÿòñÿ âíóòðè IC4 – ñáîðêè èç òðåõ äèîäîâ HSMS-282L, íî òàêæå ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñáîðêó ñ ïàðîé äèîäîâ. ÐË
Ññûëêà 1. Marián Štofka. Äâà îïîðíûõ íàïðÿæåíèÿ ïîâûøàþò òî÷íîñòü ãèñòåðåçèñà. ÐàäèîËîöìàí, 2022, 09-10, ñòð. 66
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices ADCMP601 2. Datasheet Analog Devices ADG772 3. Datasheet Analog Devices ADR390 4. Datasheet Broadcom HSMS-282L
91
Ïðîñòàÿ ñõåìà îòêëþ÷àåò ñèñòåìó ïðè íèçêîì íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ Electronic Design
Ìíîãèå íåäîðîãèå è ïîðòàòèâíûå ñèñòåÌ ìû, â òîì ÷èñëå íåáîëüøàÿ áûòîâàÿ ýëåêòðîíèêà, ðàáîòàþò îò íåðåãóëèðóåìûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, òàêèõ êàê áàòàðåè èëè âíåøíèå ïîäêëþ÷àåìûå áëîêè ïèòàíèÿ. Èíîãäà ýòè èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ âûäàþò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íèæå íîìèíàëüíîãî – ëèáî èç-çà íîðìàëüíîãî ðàçðÿäà áàòàðåè, ëèáî ïðîñòî èç-çà ïîäêëþ÷åíèÿ ê ñèñòåìå íå òîãî ñåòåâîãî àäàïòåðà. Êîãäà íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ïàäàåò íèæå ìèíèìàëüíîãî ïîðîãà, ðåêîìåíäóåòñÿ îòêëþ÷èòü ïèòàíèå îò ñèñòåìû, ÷òîáû íå äîïóñòèòü ñíèæåíèÿ ðàáî÷èõ õàðàêòåðèñòèê èëè íåóñòîé÷èâîé ðàáîòû. Ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 1 ïðîñòàÿ ñõåìà ïîçâîëÿåò äîñòè÷ü ýòîãî ñ ìèíèìàëüíûìè Áàòàðåÿ èëè íåñòàáèëèçèðîâàííûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ ½ NDS9948 Âûõîä ê íàãðóçêå R4 4.7M
R1 56k
R6 20k IC1 LM4041-ADJ 2N3904
R2 160k
R3 R5 10k 100k
Ðèñóíîê 1. Ýòà íåäîðîãàÿ, êîìïàêòíàÿ ñõåìà îòêëþ÷àåò ïîðòàòèâíóþ ñèñòåìó, êîãäà íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ïàäàåò íèæå ìèíèìàëüíîãî ïîðîãà.
92
çàòðàòàìè íà ïëàòå ìèíèìàëüíîé ïëîùàäè Êðîìå òîãî, àêòèâíûå êîìïîíåíòû äîñòóïíû â êðîøå÷íûõ êîðïóñàõ SOT-23. IC1 – ðåãóëèðóåìûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ LM4041, êîòîðûé èñïîëüçóåòñÿ çäåñü â êà÷åñòâå ïðîãðàììèðóåìîãî äåòåêòîðà íàïðÿæåíèÿ. Äëÿ ýòîãî ìèêðîñõåìà âêëþ÷åíà â íåòðàäèöèîííîé êîíôèãóðàöèè.  îáû÷íîì âêëþ÷åíèè LM4041 ïîääåðæèâàåò ìåæäó àíîäîì è êàòîäîì òàêîå íàïðÿæåíèå, ïðè êîòîðîì íàïðÿæåíèå ìåæäó åãî àíîäîì è âûâîäîì «ADJ» ðàâíî 1.24 Â. Îäíàêî ïðè äîáàâëåíèè â ñõåìó ðåçèñòîðà R3 íàïðÿæåíèå íà àíîäå ìèêðîñõåìû IC1 áóäåò áëèçêèì ê ïîòåíöèàëó çåìëè, êîãäà ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà R1 ìåíüøå 1.24 Â, è ïðèìåðíî íà âîëüò íèæå íàïðÿæåíèÿ êàòîäà, êîãäà íàïðÿæåíèå íà R1 áîëüøå 1.24 Â. Êîãäà íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ íàõîäèòñÿ â íîðìàëüíîì ðàáî÷åì äèàïàçîíå (âûøå ïðèìåðíî 4.6  äëÿ ïîêàçàííîé ñõåìû), íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå R1 áóäåò áîëüøå 1.24 Â, è óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà àíîäå LM4041, ñîîòâåòñòâåííî, âûñîêèé. Ïîýòîìó n-p-n òðàíçèñòîð îòêðûò, íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå p–êàíàëüíîãî MOSFET íèçêîå, è MOSFET âêëþ÷åí.  ýòîì ñîñòîÿíèè íà íàãðóçêó ÷åðåç MOSFET ïîäàåòñÿ ïèòàíèå. Êîãäà íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ïàäàåò íèæå íîðìàëüíîãî ðàáî÷åãî äèàïàçîíà, óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà àíîäå LM4041 ñòàíîâèòñÿ íèçêèì, n-p-n òðàíçèñòîð è ïðîõîäíîé MOSFET çàêðûâàþòñÿ, è ïèòàíèå îòêëþ÷àåò-
ÑÕÅÌÛ
ñÿ îò íàãðóçêè. R4 îáåñïå÷èâàåò ãèñòåðåçèñ, ïîçâîëÿþùèé èçáåæàòü ìîäóëÿöèè ïèòàíèÿ âáëèçè ïîðîãà îòêëþ÷åíèÿ. Ïðàâèëüíî ïîäîáðàâ ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ R1 è R2, ìîæíî óñòàíîâèòü ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå â ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáîâàíèÿìè ñèñòåìû, èñïîëüçóÿ ñëåäóþùåå ñîîòíîøåíèå:
V R2 = LOW - 1, R1 1.24  ãäå VLOW – ïîðîã îòêëþ÷åíèÿ ïðè íèçêîì íàïðÿæåíèè.  çàâèñèìîñòè îò ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ R1 è R2 ýòà ñõåìà áóäåò õîðî-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
øî ðàáîòàòü ïðè íàïðÿæåíèÿõ îòêëþ÷åíèÿ â äèàïàçîíå îò 4.5 äî 10 Â. Íèæíèé ïðåäåë îïðåäåëÿåòñÿ ïîðîãîâûì íàïðÿæåíèåì ïðîõîäíîãî ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà, à âåðõíèé – ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûì íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ ìèêðîñõåìû IC1. Ïðè íåáîëüøèõ èçìåíåíèÿõ ñõåìû ìîæíî ïîëó÷èòü áîëåå âûñîêèå ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ. Ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ äëÿ ïîêàçàííîé ñõåìû ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 30 Â. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microchip LM4041 2. Datasheet Fairchild NDS9948
93
Èçîëèðîâàííûé óñèëèòåëü ôåìòîàìïåðíûõ òîêîâ ñ ýêñòðåìàëüíûì äèàïàçîíîì ðåãóëèðîâêè óñèëåíèÿ Stephen Woodward EDN
Ó
Óñèëåíèå ñóáïèêîàìïåðíûõ òîêîâûõ ñèãíàëîâ âñåãäà ïðåäñòàâëÿåò äëÿ ðàçðàáîò÷èêà ñëîæíóþ çàäà÷ó, îñîáåííî åñëè òðåáóåòñÿ ðåãóëèðîâêà óñèëåíèÿ, îõâàòûâàþùàÿ íåñêîëüêî äåêàä. Ïðÿìîé ïîäõîä ê çàäà÷å
ïðîåêòèðîâàíèÿ îáû÷íî ïðåäïîëàãàåò èñïîëüçîâàíèå ïîòåíöèîìåòðîâ è òåðàîìíûõ ðåçèñòîðîâ îáðàòíîé ñâÿçè, êîòîðûå íå ÿâëÿþòñÿ íè ëåãêî ìèíèàòþðèçèðóåìûìè, íè òåðìîñòàáèëüíûìè. Ïðåäëàãàåìàÿ çäåñü ñõåìà
ÝÊÐÀÍ + (ÑÎÅÄÈÍÈÒÜ)
U1 V+ LM334 R
ÎÕÐÀÍÍÎÅ ÊÎËÜÖÎ ÂÕÎÄ
R1
9
1M
10
–
R3 6.81K
4 U2C
R2 6.81K
R5 5.6K
ÁÀÒÀÐÅß 2×2/3AA
4
6Â
R6 5.6M
Q2
C9
13
– +
R4 100K
8 R7 1K
2 VR1 50K
+5 Â
0.015
2N5089
6 5
J3
+
2N5089
LMC6044
V–
13
Q1
U2B
3
U3B PS2501-4
8 LMC6044
7
14
C8 10µF 6Â
3
– +
U2A 1 LMC6044 C11 +
12
–
U2D
7
10 U3D PS2501-4 9
14
ÂÛÕÎÄ
LMC6044
+ 11
R8 5.6K
10µF 6Â
ÑÈÍÔÀÇÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ
Ðèñóíîê 1. Äèàïàçîí êîýôôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ ôåìòîàìïåðìåòðà ñîñòàâëÿåò âîñåìü äåêàä.
94
ÑÕÅÌÛ
îñíîâàíà íà äðóãîì ïîäõîäå, èñïîëüçóþùåì áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû, óðàâíåíèå p-n ïåðåõîäà è èñòî÷íèê òîêà ñìåùåíèÿ ñ òåìïåðàòóðíîé êîìïåíñàöèåé. Òåðìîêîìïåíñèðîâàííîå óñòðîéñòâî îáåñïå÷èâàåò äèàïàçîí ðåãóëèðîâêè óñèëåíèÿ 160 äÁ (100,000,000:1), ëèíåéíóþ â äÁ ðåãóëèðîâî÷íóþ õàðàêòåðèñòèêó, à òàêæå ëèíåéíóþ îïòè÷åñêóþ èçîëÿöèþ äëÿ ïîäàâëåíèÿ ñèíôàçíûõ ñîñòàâëÿþùèõ íèçêîóðîâíåâûõ ñèãíàëîâ. ßäðîì êîíñòðóêöèè ÿâëÿåòñÿ öåïü îáðàòíîé ñâÿçè óñèëèòåëÿ U2C, îñíîâó êîòîðîé ñîñòàâëÿåò óïðàâëÿþùàÿ òîêîì ïàðà òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2 (Ðèñóíîê 1). Ðåãóëèðîâêà óñèëåíèÿ ïîòåíöèîìåòðîì VR1 çàäàåò ðàçíîñòü ñìåùåíèé VB (0–500 ìÂ) ìåæäó òðàíçèñòîðàìè, êîòîðàÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, óñòàíàâëèâàåò ñîîòíîøåíèå ìåæäó òîêàìè èõ ýìèòòåðîâ â ñîîòâåòñòâèè ñ îáû÷íûì óðàâíåíèåì äèîäà: VB
I2 = 10 2E - 4 TA , I1 ãäå TA – òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåãî âîçäóõà â ãðàäóñàõ Êåëüâèíà. Òàêèì îáðàçîì, ïðè TA = 300 K (27 °C) ïîñðåäñòâîì ðåãóëèðîâêè ïîäñòðîå÷íîãî ðåçèñòîðà VR1 ìîæíî ïîëó÷èòü äèàïàçîí óñèëåíèÿ 0 – 166 äÁ. (Èç êëàññè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ òðàíçèñòîðà ðàçíîñòü 60 ì ïðè 300 Ê ñîîòâåòñòâóåò 10-êðàòíîìó óâåëè÷åíèþ òîêà. Ñëåäîâàòåëüíî, ðåãóëèðîâêå íàïðÿæåíèÿ óïðàâëåíèÿ óñèëåíèåì â ïðåäåëàõ 500 ì ñîîòâåòñòâóåò äèàïàçîí êîýôôèöèåíòîâ óñè500/60 ëåíèÿ 10 ). Ïðè ýòîì îáåñïå÷èâàåòñÿ òåìïåðàòóðíàÿ êîìïåíñàöèÿ èñòî÷íèêà U1; åãî âûõîäíîé òîê ïðîïîðöèîíàëåí àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðå (10 ìêÀ ïðè 300 K). Òåìïåðàòóðû ýëåìåíòîâ U1, Q1 è Q2 äîëæíû áûòü ìàêñèìàëüíî áëèçêèìè äðóã ê äðóãó. Ñîâìåñòíîãî ðàñïîëîæåíèÿ ïîä îáùèì ýêðàíîì ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî, íî åùå ëó÷øå ôàêòè÷åñêîå ñîåäèíåíèå, òàê êàê íà êàæäûé ãðàäóñ ðàçíîñòè òåìïåðàòóð òðàíçèñòîðîâ óñèëåíèå áóäåò èçìåíÿòüñÿ ïðèìåðíî íà 5%.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Âûõîäíîé òîê òðàíçèñòîðà Q2 äîïîëíèòåëüíî óñèëèâàåòñÿ óñèëèòåëåì U2D ñ êîýôôèöèåíòîì 1000:1 (60 äÁ), îïðåäåëÿåìûì ñîîòíîøåíèåì ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ R6/R5, ïîäêëþ÷åííûõ ê âûõîäó òðàíçèñòîðíîé îïòîïàðû U3D. Âêëþ÷åíèå îïòîèçîëÿòîðà U3B â öåïü îáðàòíîé ñâÿçè óñèëèòåëÿ U2D è ðàáîòà äâóõ ñâÿçàííûõ îïòîïàð ïðè îäèíàêîâûõ íàïðÿæåíèÿõ ñìåùåíèÿ è óðîâíÿõ òîêà îáåñïå÷èâàþò õîðîøóþ ëèíåéíîñòü è ñòàáèëüíîñòü òî÷íîñòè, íå çàâèñÿùèå îò âðåìåíè è òåìïåðàòóðû. Ïåðâîíà÷àëüíî ôåìòîàìïåðìåòð áûë ïðèìåíåí â óíèêàëüíîì ïðèáîðå äëÿ îáíàðó–15 æåíèÿ èìïóëüñîâ 1.6 × 10 Êë, îáðàçóþùèõñÿ ïðè ðàäèîàêòèâíîì ðàñïàäå ðàäîíà 222 ( Rn) â âîçäóõå. Áîëüøèíñòâî äåòåêòîðîâ ðàäîíà íå ñïîñîáíî íåïîñðåäñòâåííî îáíàðóæèâàòü è ïîäñ÷èòûâàòü îñíîâíîé ðàñïàä Rn è âìåñòî ýòîãî çàâèñÿò îò ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî îñàæäåíèÿ «äî÷åðíèõ àòîìîâ» ïîáî÷íûõ ïðîäóêòîâ îñíîâíîãî ðàñïàäà. Èççà ìåäëåííîãî «âðàñòàíèÿ» äî÷åðíèõ àòîìîâ íà âûïîëíåíèå àíàëèçîâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ ïîëó÷åíèÿ òî÷íîãî èçìåðåíèÿ êîíöåíòðàöèè ðàäîíà, òðåáóþòñÿ ÷àñû. Íàïðîòèâ, â ïðèáîðàõ, îñíîâàííûõ íà îïèñàííîé çäåñü èäåå, ðåàëèçîâàíà ïîñòîáðàáîòêà íàêîïëåííîé èíôîðìàöèè îá îáíàðóæåííûõ èìïóëüñàõ:
Rn = Pn - Dn-1Rn-1 - Dn- 2Rn-2 - ... , ãäå ìàññèâ Di ñîäåðæèò êîíñòàíòû, ðàññ÷èòàííûå íà îñíîâå ñêîðîñòåé ðàñïàäà äî÷åðíèõ èçîòîïîâ ðàäîíà, êîòîðûå âû÷èñëèòåëüíûì ïóòåì ïîäâåðãàþò îáðàòíîé ñâåðòêå äëÿ óäàëåíèÿ âêëàäà äî÷åðíèõ àòîìîâ, ïðîèçâîäÿ òî÷íûé àíàëèç àêòèâíîñòè ðàäîíà çà ìèíóòû, à íå çà ÷àñû. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM334 2. Datasheet Texas Instruments LMC6044 3. Datasheet CEL PS2501-4 4. Datasheet ON Semiconductor 2N5089
95
Ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ ñïåöèàëüíîé ôîðìû ñ ìèíèìàëüíîé çàâèñèìîñòüþ àìïëèòóäû îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ Marián Štofka EDN
È
Èíæåíåðû óæå äàâíî èñïîëüçóþò ñõåìû ãåíåðàòîðîâ êîëåáàíèé ñïåöèàëüíîé ôîðìû, îñíîâàííûå íà àíàëîãîâûõ èíòåãðàòîðàõ è êîìïàðàòîðàõ ñ áîëüøèì ãèñòåðåçèñîì. Âûõîäíûå ñèãíàëû ýòèõ ñõåì ÷àñòî çàâèñÿò îò èçìåíåíèé òåìïåðàòóðû, íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, òîêà íàãðóçêè è ðàçáðîñà ïàðàìåòðîâ êîìïîíåíòîâ. Îäíàêî, èñïîëüçóÿ ñõåìó íà Ðèñóíêå 1, â êëàññè÷åñêèé ãåíåðàòîð
òðåóãîëüíûõ/ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ìîæíî âäîõíóòü íîâóþ æèçíü.  ýòîé ñõåìå èñïîëüçóþòñÿ ïðåöèçèîííûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ è äèîäíàÿ öåïü (ýëåìåíòû IC1, IC2 è IC6), ñäâîåííûé îäíîïîëþñíûé äâóõïîçèöèîííûé àíàëîãîâûé êîììóòàòîð IC3, èíòåãðàòîð IC4, è êîìïàðàòîð IC5.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåòñÿ ãåíåðàòîð ïèëîîáðàçíûõ è ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ, ñîõðàíÿþùèé ñòàáèëü5Â
2 VIN
VREF 2.5 Â VOUT 6 IC1 ADR431 5 TRIM NC GND 4
VS
+IN0.8× +IN0.4× 1.25k
1k
1.25k
–IN0.4× 1.25k R–IN0.4 –IN0.8×
–OUT
+
R+IN0.4 1.25k
+OUT
– 1k
100 nF 200k
VCOM
VS 200k –VS
–VS
IC2 AD8475
Ðèñóíîê 1. Ñîçäàíèå ãèñòåðåçèñà ïóòåì ïåðåêëþ÷åíèÿ ïðåöèçèîííûõ îïîðíûõ íàïðÿæåíèé â ãåíåðàòîðå ê èçìåíåíèÿì íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ.
96
ÑÕÅÌÛ
íîñòü àìïëèòóäû âûõîäíîãî ñèãíàëà, íåçàâèñèìî îò âîçäåéñòâèÿ âñåõ ïåðå÷èñëåííûõ íåãàòèâíûõ ôàêòîðîâ. Äëÿ äîñòèæåíèÿ ñòàáèëüíîãî áîëüøîãî ãèñòåðåçèñà â ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ ìåòîä êîììóòàöèè îïîðíûõ íàïðÿæåíèé íà âõîäå êîìïàðàòîðà IC5.  ñòàòüÿõ [1] è [2] ñîäåðæèòñÿ áîëåå ïîäðîáíàÿ èíôîðìàöèÿ, â ÷àñòíîñòè î òîì, êàê äèîäû ñ áàðüåðîì Øîòòêè â IC6 ïîäàâëÿþò èíæåêöèþ çàðÿäà. Èçíà÷àëüíî íàïðÿæåíèå íà âûõîäå êîìïàðàòîðà IC5 èìååò íèçêèé óðîâåíü, ïîýòîìó ê åãî èíâåðòèðóþùåìó âõîäó ÷åðåç àíàëîãîâûé êîììóòàòîð ADG736 (IC3) ïîäêëþ÷åíî ïîëîæèòåëüíîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå, VREF+. Îäíîâðåìåííî ïåðåêëþ÷àòåëü S2 ïîäêëþ÷àåò îòðèöàòåëüíîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå VREF– ê ðåçèñòîðó RI èíòåãðàòîðà. Ïðè íèçêîì íàïðÿæåíèè íà âûõîäå êîìïàðàòîðà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå èíòåãðàòîðà VINT ëèíåéíî íàðàñòàåò, ïîêà íå äîñòèãíåò ïîëîæèòåëüíîãî ïîðîãà êîìïàðàòîðà VREF+. Âûõîäíîé óðîâåíü êîìïàðàòîðà ìåíÿåòñÿ íà âûñîêèé, âñëåäñòâèå ÷åãî âêëþ÷àþòñÿ êàíàëû B îáîèõ ìóëüòèïëåêñîðîâ, à êàíàëû A ðàçìûêàþòñÿ. Êîãäà ïîëîæåíèÿ ïåðåêëþ÷àòåëåé ìåíÿþòñÿ, èíòåãðàòîð íà÷èíàåò èíòåãðèðîâàòü ïîëîæèòåëüíîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå VREF+, è VINT ëèíåéíî óìåíüøàåòñÿ, ïîêà íå äîñòèãíåò
HSMS-282P
óðîâíÿ îòðèöàòåëüíîãî ïîðîãà êîìïàðàòîðà VREF–. Çàòåì öèêë ïîâòîðÿåòñÿ. Íàïðÿæåíèÿ VREF+ è VREF– ñîçäàþòñÿ áèïîëÿðíûì îïîðíûì èñòî÷íèêîì, ñîäåðæàùèì ìèêðîñõåìû IC1 è IC2. Ýòà ÷àñòü ñõåìû ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íåáîëüøóþ ìîäèôèêàöèþ ñõåìû èç áîëåå ðàííåé ñòàòüè [3]. Ïî ìåðå ïîâòîðåíèÿ öèêëîâ íàðàñòàíèÿ/ñïàäà íà âûõîäå èíòåãðàòîðà ôîðìèðóþòñÿ ñèììåòðè÷íûå òðåóãîëüíûå èìïóëüñû VINT, à íà âûõîäå êîìïàðàòîðà – ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû VCOMP. Àìïëèòóäà VINT ïðèìåðíî ðàâíà
VREF+ - VREF. 2 Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ áëèçîê ê 50%. Ïîðîãè êîìïàðàòîðà íå çàâèñÿò îò âûõîäíîé íàãðóçêè, òàê êàê îíè ïîëó÷åíû îò ïðåöèçèîííîãî èñòî÷íèêà îïîðíûõ íàïðÿæåíèé. Ïîýòîìó ñõåìà èìååò íèçêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ÷àñòîòû ïîâòîðåíèÿ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ê èçìåíåíèÿì íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ è íàãðóçêè.  óïðîùåííîé ìîäåëè ãåíåðàòîðà àìïëèòóäà òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ íà âûõîäå èíòåãðàòîðà áîëüøå íå çàâèñèò îò èçìåíåíèé íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ.
ADA4899-1
ADCMP601
IC6 VREF+ CI 25 pF
ÂÛÕÎÄÛ VINT
VDD RI 5k 0.1%
S1A
1 3
D1 S1B IN1
D2 S2B VREF– IC3 ADG736
–
4+
S2A C+ 10 nF
R+ 5k 0.1%
2 4
8
IC4 5
7
–
6
IC5
1
3+ 2 5 NC 100 nF
IN2 VCOMP ÎÁÙ.
ñèãíàëîâ îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ íå÷óâñòâèòåëüíîñòü àìïëèòóäû òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
97
Ýêñïåðèìåíò ïîêàçàë, ÷òî óâåëè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ VS ñ 5.0365 äî 5.437  óâåëè÷èâàåò àìïëèòóäó òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ íà 2.85 ìÂ, ÷òî ñîñòàâëÿåò 0.285% îò ïîëíîé øêàëû. Ïðè òåõ æå óñëîâèÿõ â êëàññè÷åñêîì ãåíåðàòîðå òðåóãîëüíûõ/ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ óâåëè÷åíèå àìïëèòóäû îáû÷íî ñîñòàâëÿåò 8%. Òàêèì îáðàçîì, ýòà ñõåìà ñíèæàåò çàâèñèìîñòü àìïëèòóäû îò èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ïðèìåðíî â 28 ðàç. Ïðè òåñòèðîâàíèè ýòîé ñõåìû ìîæíî îæèäàòü, ÷òî ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 5.0365  âûõîäíàÿ ÷àñòîòà áóäåò ðàâíà 1.366 ÌÃö. Ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 5.437  âûõîäíàÿ ÷àñòîòà ñîñòàâèò 1.368 ÌÃö. ×àñòîòà ïîâòîðåíèÿ çàäàåòñÿ ïîñòîÿííîé âðåìåíè.  äàííîì ñëó÷àå – äëÿ èäåàëüíîãî êîìïàðàòîðà è èäåàëüíûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé – ÷àñòîòà ïîâòîðåíèÿ ðàâíà åäèíèöå, äåëåííîé íà ÷åòûðå ïîñòîÿííûõ âðåìåíè. Çàäåðæêà ðàñïðîñòðàíåíèÿ
98
êîìïàðàòîðà è âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ/âûêëþ÷åíèÿ ïåðåêëþ÷àòåëåé óìåíüøàþò ÷àñòîòó ïîâòîðåíèÿ íèæå èäåàëüíîãî çíà÷åíèÿ. ÐË
Ññûëêè 1. Marián Štofka. Äâà îïîðíûõ íàïðÿæåíèÿ ïîâûøàþò òî÷íîñòü ãèñòåðåçèñà. ÐàäèîËîöìàí, 2022, 09-10, ñòð. 66 2. Marián Štofka. Äèîäû Øîòòêè óëó÷øàþò ðåàêöèþ êîìïàðàòîðà íà ïåðåõîäíûå ïðîöåññû. ÐàäèîËîöìàí, 2022, 09-10, ñòð. 89 3. Marián Štofka. Òî÷íûé áèïîëÿðíûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD8475 2. Datasheet Analog Devices ADA4899-1 3. Datasheet Analog Devices ADCMP601 4. Datasheet Analog Devices ADG736 5. Datasheet Analog Devices ADR431 6. Datasheet Avago Technologies HSMS-282P
ÑÕÅÌÛ
Äâóõñòîêîâûé ñèëîâîé MOSFET Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê
Ïðåäëîæåíà êîíñòðóêöèÿ ñèëîâîãî ìîäóëÿ íà îñíîâå âçàèìîñâÿçàííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷åííûõ ïîëåâûõ èëè áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ. Ìîäóëü èìååò ÷åòûðå âûâîäà: âõîä, îáùàÿ øèíà è äâà âûõîäà äëÿ ïîî÷åðåäíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ íàãðóçîê ïðè ïîäà÷å íà âõîä öèôðîâûõ èëè àíàëîãîâûõ óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ. Ïðèâåäåíû ïðèìåðû ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ òàêîãî ìîäóëÿ.
Ð
Ðàíåå â ñòàòüÿõ [1, 2] áûëè èçëîæåíû âîçìîæíîñòè è ïðåèìóùåñòâà èñïîëüçîâàíèÿ äâóõàíîäíûõ òèðèñòîðîâ, ðàáîòàþùèõ ñ øèðîòíî-èìïóëüñíûì ðåãóëèðîâàíèåì ïîïåðåìåííî íà äâå íàãðóçêè. Ïî àíàëîãèè ñ äâóõàíîäíûìè òèðèñòîðàìè íèæå ïðåäëîæåíû âàðèàíòû èñïîëíåíèÿ è èñïîëüçîâàíèÿ ñèëîâîãî ìîäóëÿ èç äâóõ âçàèìîñâÿçàííûõ ïîëåâûõ èëè áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ. Ñèëîâîé ìîäóëü, Ðèñóíîê 1, ñîäåðæèò äâà ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷åííûõ òðàíçèñòîðà VT1 è VT2, çàùèùåííûõ äèîäàìè VD2 è VD4 ïðè ðàáîòå íà èíäóêòèâíóþ íàãðóçêó èëè ïðè
ñëó÷àéíîé ïåðåïîëþñîâêå ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ, à òàêæå îãðàíè÷èòåëè íàïðÿæåíèé íà ðåçèñòîðàõ R1, R2 è ñòàáèëèòðîíàõ VD1, VD3. Ñòîêè èëè êîëëåêòîðû òðàíçèñòîðîâ, ê êîòîðûì ìîæåò áûòü ïîäêëþ÷åíû íàãðóçêè, îòêðûòû.  çàâèñèìîñòè îò ñâîéñòâ òðàíçèñ-
+E
EL1
EL2 DA1
1
4
2
3
ØÈÌ Out1
Out2 R2
VT1 Input R1
R1
VT2
VD2
VD1
(à)
HL1 ÇÅËÅÍÛÉ DA1
VD4 VD3
+E
HL2 ÊÐÀÑÍÛÉ
1
4
2
3
ØÈÌ
DA1 Out1
1
4
Out2
Input
2
3
GND
Ðèñóíîê 1. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà ñèëîâîãî ìîäóëÿ íà îñíîâå äâóõñòîêîâîãî ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà è åãî âîçìîæíàÿ öîêîë¸âêà â êîðïóñå DIP4.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
(á) Ðèñóíîê 2. Âàðèàíòû èñïîëüçîâàíèÿ äâóõñòîêîâîãî ñèëîâîãî ìîäóëÿ ñ ØÈÌ óïðàâëåíèåì ïðè åãî íàãðóæåíèè íà èñòî÷íèêè îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ: (à) – ëàìïû íàêàëèâàíèÿ; (á) – ñâåòîäèîäû.
99
ìîæíî ïåðåðàñïðåäåëÿòü ìîùíîñòü ñâåòîâîãî ïîòîêà, èçëó÷àåìîãî èñòî÷íèêàìè ñâåòà (ëàìïàìè íàêàëèâàíèÿ èëè ñâåòîäèîäàìè), èçìåíÿòü òåïëîâûäåëåíèå íàãðåâàòåëüíûõ ýëåìåíòîâ, ëèáî óïðàâëÿòü ñêîðîñòüþ âðàùåíèÿ ðîòîðîâ ýëåêòðîäâèãàòåëåé.  êà÷åñòâå èñòî÷íèêà óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ äëÿ øèðîòíî-èìïóëüñíîãî óïðàâëåíèÿ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà êëàññè÷åñêàÿ ñõåìà ãåíåðàòîðà, Ðèñóíîê 3. Òàêîé ãåíåðàòîð ïîçâîëÿåò ïðè ïîìîùè ïîòåíöèîìåòðà R2 ðåãóëèðîâàòü êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ âûõîäíûõ ñèãíàëîâ ïðàêòè÷åñêè îò 0 äî 100%.
VD1 R2 VD2
Uâûõ
R1
ØÈÌ 1
C1
1
2
DD1.1 CD40106
Ðèñóíîê 3. Âàðèàíò ïðîñòåéøåãî ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ äëÿ øèðîòíî-èìïóëüñíîãî óïðàâëåíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà.
òîðîâ òàêèå ìîäóëè ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â àíàëîãîâûõ èëè öèôðîâûõ óñòðîéñòâàõ. Òàêàÿ äîñòàòî÷íî î÷åâèäíàÿ êîìáèíàöèÿ ýëåìåíòîâ ìîæåò áûòü ðàçìåùåíà â êîðïóñå DIP4, Ðèñóíîê 1.
Íà Ðèñóíêå 4 ïðèâåäåíà ñõåìà àíàëîãîâîãî óïðàâëåíèÿ ýíåðãîâûäåëåíèåì â öåïÿõ íàãðóçêè (íàïðèìåð, ëàìï íàêàëèâàíèÿ) ñ èñïîëüçîâàíèåì äâóõñòîêîâîãî ñèëîâîãî ìîäóëÿ ïðè ïèòàíèè óñòðîéñòâà îò ìîñòîâîãî âûïðÿìèòåëÿ áåç ñãëàæèâàþùèõ ïóëüñàöèè êîíäåíñàòîðîâ.
Íà Ðèñóíêå 2 ïðîäåìîíñòðèðîâàíû ñïîñîáû óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé îïòè÷åñêèõ îñâåòèòåëüíûõ èëè èíäèêàòîðíûõ óñòðîéñòâ ñ èñïîëüçîâàíèåì øèðîòíî-èìïóëüñíîé ìîäóëÿöèè (ØÈÌ) èëè ïðè ïîäà÷å íà âõîä ìîäóëÿ àíàëîãîâîãî ñèãíàëà. Ðåãóëèðóÿ êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ âõîäíîãî ñèãíàëà (ëèáî àìïëèòóäó àíàëîãîâîãî ñèãíàëà),
VD1-VD4 1N4004
R1 24ê
T1 ~220 Â
Ïðîñòàÿ ñõåìà óïðàâëåíèÿ ïîïåðåìåííîé ðàáîòîé äâóõ íàãðóçîê ñ èñïîëüçîâàíèåì â êà÷åñòâå ØÈÌ-ãåíåðàòîðà ìèêðîñõåìû 222 [3, 4] è âûõîäíîãî êàñêàäà íà îñíîâå ñèëîâîãî äâóõñòîêîâîãî ìîäóëÿ ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 5.
~12 Â
R4 10ê
EL1
EL2 DA1
R2
1
4
20ê
2
3
VT1 2N7000
R3 7.5ê
Ðèñóíîê 4. Àíàëîãîâîå óïðàâëåíèå ðàáîòîé äâóõñòîêîâîãî ñèëîâîãî ìîäóëÿ ïðè åãî ïèòàíèè íåôèëüòðîâàííûì íàïðÿæåíèåì îò ìîñòîâîãî âûïðÿìèòåëÿ. R2 10ê DA1 222
R1
1
R3
R4
R5
5.1ê
10ê
200 VD1 8.2 Â
6 +
100ê C1 6.8í
2
5
3
4
EL1
EL2 DA2
C2 330ìê
VD2-VD5 1N4004
T1
~10 Â
1
4
2
3
~220 Â
Ðèñóíîê 5. Óïðàâëåíèå íàãðóçêàìè äâóõñòîêîâîãî ñèëîâîãî ìîäóëÿ îò ØÈÌ-ãåíåðàòîðà íà ìèêðîñõåìå DA1 222.
100
ÑÕÅÌÛ
R1 HL1 l1 Â× ÖÌÓ èëè Öèôð. øóì 1
1
4
2
3 R2 HL4 l4
DA2
1
4
2
3 R3
HL5 l5 Í× ÖÌÓ èëè Öèôð. øóì 3
HL2 l2
DA1
HL3 l3 Ñ× ÖÌÓ èëè Öèôð. øóì 2
+E
HL5 l6
DA3
1
4
2
3
Ðèñóíîê 6. Èñïîëüçîâàíèå äâóõñòîêîâûõ òðàíçèñòîðîâ â ñîñòàâå öâåòîìóçûêàëüíîé óñòàíîâêè, ëèáî â êà÷åñòâå ãåíåðàòîðà íåïîâòîðÿþùèõñÿ öâåòîâûõ ýôôåêòîâ.
Äëÿ ïèòàíèÿ íàãðóçîê (ëàìï íàêàëèâàíèÿ EL1 è EL2) èñïîëüçóåòñÿ ïîíèæàþùèé òðàíñôîðìàòîð è äèîäíûé ìîñò VD2–VD5. Äëÿ ïèòàíèÿ ØÈÌ-ãåíåðàòîðà èñïîëüçîâàí ïàðàìåòðè÷åñêèé ñòàáèëèçàòîð íàïðÿæåíèÿ, âûïîëíåííûé íà ðåçèñòîðå R5 è ñòàáèëèòðîíå VD1. Äëÿ ôèëüòðàöèè âûïðÿìëåííîãî íàïðÿæåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ êîíäåíñàòîð C2. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ïëàâíî ðåãóëèðóåòñÿ îò 0 äî 100% ïîòåíöèîìåòðîì R2. Íà Ðèñóíêå 6 ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ìèêðîñõåì DA1–DA3 222 â
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
êà÷åñòâå âûõîäíûõ êàñêàäîâ öâåòîìóçûêàëüíîé óñòàíîâêè (ÖÌÓ). Íà óïðàâëÿþùèå âõîäû óñòàíîâêè ïîäàþòñÿ ïðåäâàðèòåëüíî îòôèëüòðîâàííûå ïî ïîëîñå ÷àñòîò ñèãíàëû – íèçêèå (Í×), ñðåäíèå (Ñ×) è âûñîêèå (Â×) ÷àñòîòû.  êà÷åñòâå íàãðóçîê êàíàëîâ èñïîëüçóþò ñâåòîäèîäû ðàçíîãî öâåòà ñâå÷åíèÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò ñèíòåçèðîâàòü ðàçíîîáðàçíûå öâåòîâûå ãàììû íà ñîáèðàþùåì ñâåò ýêðàíå. Êðîìå öâåòîìóçûêàëüíûõ óñòàíîâîê íà îñíîâå äàííîé êîíñòðóêöèè ìîæåò áûòü ñîçäàí ãåíåðàòîð öâåòîâûõ ýôôåêòîâ, äëÿ ÷åãî íà óïðàâëÿþùèå âõîäû ýëåìåíòîâ DA1–DA3 ïîäà¸òñÿ öèôðîâîé øóì îò òðåõ íåçàâèñèìûõ èñòî÷íèêîâ. Ýòî ïîçâîëÿåò íàáëþäàòü ïðè ïîìîùè ðàçíîöâåòíûõ ñâåòîäèîäîâ êðàñèâûå öâåòîâûå ýôôåêòû, ïåðåëèâàþùèåñÿ âî âðåìåíè ïî ñëó÷àéíîìó çàêîíó. ÐË
Ëèòåðàòóðà 1. Øóñòîâ Ì.À., Øóñòîâ À.Ì. Äâóõàíîäíûé MOSFET òèðèñòîð. 2. Shustov M.A., Shustov A.M., Giesberts T. DualAnode MOSFET Thyristor. ElektorLabs. 2019. V. 45. ¹ 3 (495). P. 15–19. 3. Shustov M.A. Chip 222 – alternative 555. PWM generator with independent frequency control. International Journal of Circuits and Electronics. 2021. V. 6. P. 23–31. 4. Øóñòîâ Ì.À. Ìèêðîñõåìà 222 – àëüòåðíàòèâà 555. ØÈÌ-ãåíåðàòîð ñ íåçàâèñèìîé ðåãóëèðîâêîé ÷àñòîòû.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD40106B 2. Datasheet Microchip 2N7000 3. Datasheet Vishay 1N4004
101
Ïðîñòîé ìíîãîôàçíûé ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ íà îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ Petre Petrov Electronic Design
ÄÄëÿ òåñòèðîâàíèÿ ìíîãîêàíàëüíûõ àíà-
ìàêñèìàëüíî ñòàáèëüíîãî óðîâíÿ êîëåáàíèé èñïîëüçóåòñÿ ïîäñòðîå÷íûé ðåçèñòîð P1 (Ðèñóíîê 1). Ðàçíîñòü ôàç ìåæäó óçëàìè Òî÷êà 0 è Òî÷êà 4 â èäåàëå ñîñòàâëÿåò 180°, ïîñêîëüêó óñèëèòåëü ñêîíôèãóðèðîâàí êàê èíâåðòèðóþùèé. Ðàçíîñòü ìåæäó Òî÷êîé 1 è Òî÷êîé 4 òàêæå ðàâíà 180°, íî ðàçäåëåíà íà ÷åòûðå ðàâíûå ÷àñòè, ïîýòîìó îòíîñèòåëüíàÿ ðàçíîñòü ôàç ìåæäó êàæäûì ïîñëåäóþùèì ñèãíàëîì ñîñòàâëÿåò 45°. Âûõîäû ñ 1 ïî 4 íåëüçÿ èñïîëüçîâàòü íàïðÿìóþ, ïîñêîëüêó ëþáàÿ íåáóôåðèçîâàííàÿ íàãðóçêà ìîæåò ïîâëèÿòü íà ãåíåðàöèþ èëè äàæå ñîðâàòü åå. Áóôåðû òàêæå íóæíû
ëîãî-öèôðîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, àíàëîãîâûõ ôèëüòðîâ, ñõåì âûáîðêè/õðàíåíèÿ è àíàëîãîâûõ ìóëüòèïëåêñîðîâ èíîãäà òðåáóþòñÿ ãåíåðàòîðû ñèãíàëîâ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòû, ñïîñîáíûå îäíîâðåìåííî âûäàâàòü íåñêîëüêî âûõîäíûõ ñèãíàëîâ, ôàçû êîòîðûõ ñäâèíóòû îòíîñèòåëüíî îñíîâíîãî êîëåáàíèÿ, íàïðèìåð, íà 45°, 90°, 135° è 180°.  ìíîãîôàçíîì ãåíåðàòîðå ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ ôèêñèðîâàííàÿ ÷àñòîòà óñòàíàâëèâàåòñÿ ðåçèñòîðàìè R1-R4 è êîíäåíñàòîðàìè C1-C4.(Ðåêîìåíäóþòñÿ äîïóñêè íå õóæå ±1%). Óñèëèòåëü ïîääåðæèâàåò ãåíåðàöèþ íà ñòàáèëüíîì óðîâíå. Äëÿ íàñòðîéêè
Òî÷êà 1 R2
R1
Òî÷êà 0
C1
Òî÷êà 2
NA1
A
R7 A
NA3
IB3 R8
B
R5
R9 B
NA4
IB4 R10
C
Óñèë.
P1
C4
NA2
IB2 R6
Òî÷êà 4 R4
C3
C2
IB1
Òî÷êà 3 R3
R11 C
IB5
R12 D
NA5
R13 D
R14 Out
R15 Out
Ðèñóíîê 1.  ìíîãîôàçíîì ãåíåðàòîðå ñ ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòîé äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ñòóïåí÷àòîãî ñäâèãà ôàç îòíîñèòåëüíî èñõîäíîãî ñèãíàëà èñïîëüçóþòñÿ ïîâòîðÿþùèåñÿ áëîêè.
102
ÑÕÅÌÛ
Òî÷êà 1 R2 10k
R1 10k C1 10 nF
C2 10 nF
Òî÷êà 2 R3 10k C3 10 nF
Òî÷êà 4
Òî÷êà 3 R4 10k
3
C4 10 nF
+
R6 18k
IC1a 1
R5 1k
6
2 –
5
Òî÷êà 0 Îò òî÷êè 1 (ïîâòîðåíèå äëÿ òî÷åê 2, 3 è 4) 3 2
10k
+
R7 1k
R13 100
7
Òî÷êà 5
IC1b + 8 4
A
R11 10k
IC2a
P1 10k –
+VEE C8 0.33 µF
1
–
6
R10 10k R8 10k
P2 10k
5
–
–VEE C7 0.33 µF
IC2b
+ 8 4
4.7k
A
7 +VEE
–VEE C5 0.33 µF
C6 0.33 µF
IC1, IC2: TL082, TL072
Ðèñóíîê 2. Ãåíåðàòîð íà ìèêðîñõåìàõ IC1a è IC1b èìååò íåñêîëüêî âûõîäîâ ñî ñäâèíóòûìè ïî ôàçå ñèãíàëàìè, êàæäûé èç êîòîðûõ áóôåðèçóåòñÿ íåèíâåðòèðóþùèì è èíâåðòèðóþùèì óñèëèòåëåì.
äëÿ ðåãóëèðîâêè è âûðàâíèâàíèÿ óðîâíåé ñèãíàëîâ. NA1, NA2, NA3, NA4 è NA5 – ýòî íåèíâåðòèðóþùèå áóôåðíûå óñèëèòåëè, à IB1, IB2, IB3, IB4 è IB5 – ñîîòâåòñòâóþùèå èíâåðòèðóþùèå áóôåðíûå óñèëèòåëè. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ îäèíàêîâûõ óðîâíåé ñèãíàëîâ íà âñåõ èíâåðòèðóþùèõ âûõîäàõ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ êàæäîãî êàñêàäà óñòàíîâëåí ðàâíûì –1, ïîýòîìó íà êàæäîé ïàðå âûõîäîâ ñèãíàëû èìåþò îäèíàêîâóþ àìïëèòóäó è ðàçíîñòü ôàç 180°. Èçîáðàæåííàÿ íà Ðèñóíêå 2 ñõåìà, ïîñòðîåííàÿ íà îñíîâå óñèëèòåëåé IC1a è IC1b, âûäàåò âîñåìü ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòû ñ ðàçíîñòüþ ôàç 45° ìåæäó ñîñåäíèìè âûõîäàìè, ðàâíîìåðíî ïåðåêðûâàþùèõ âåñü äèàïàçîí 360°.  íåé èñïîëüçóþòñÿ òðè ñ÷åòâåðåííûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿ (TL084) èëè øåñòü ñäâîåííûõ óñòðîéñòâ (TL082), ðàáîòàþùèõ îò èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ ±15  (±VEE), íî ìîæíî èñïîëüçîâàòü è äðóãèå îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè è øèíû ïèòàíèÿ. IC1a – ýòî áóôåð-ïîâòîðèòåëü, ïîçâîëÿþùèé èñïîëüçîâàòü âûñîêîîìíûå ðåçèñòîðû è êîíäåíñàòîðû ìàëîé åìêîñòè. Èíâåðòèðóþùèé óñèëèòåëü IC1b ñ óñèëåíèåì, ðåãóëèðóåìûì ïîäñòðîå÷íûì ðåçèñòîðîì P1, ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòü íà âûõîäå ãåíåðàòîðà ìàêñè-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
ìàëüíóþ ñòàáèëüíóþ àìïëèòóäó. Ïðè ïîêàçàííûõ íà ñõåìå íîìèíàëàõ êîìïîíåíòîâ âûõîäíàÿ ÷àñòîòà ñîñòàâëÿåò îêîëî 2 êÃö, íî ñ ïîìîùüþ ðåçèñòîðîâ è êîíäåíñàòîðîâ åå çíà÷åíèå ìîæíî èçìåíèòü íà ëþáîå äðóãîå. Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ íåèíâåðòèðóþùåãî áóôåðà IC2a ðåãóëèðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïîäñòðîå÷íîãî ðåçèñòîðà P2 äëÿ óñòàíîâêè ìàêñèìàëüíîé àìïëèòóäû âûõîäíîãî ñèãíàëà. Ñõåìû êàæäîãî èç îñòàëüíûõ íåèíâåðòèðóþùèõ áóôåðîâ îäèíàêîâû, íî ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ, çàäàþùèõ óñèëåíèå, ðàçëè÷íû, ïîñêîëüêó ðàçëè÷àþòñÿ âõîäíûå óðîâíè RC-öåïåé. Èíâåðòèðóþùèé áóôåð ïîñòðîåí íà ìèêðîñõåìå IC2b. Îí ïîëó÷àåò ñèãíàë ñ âûõîäà IC2a è âûäàåò âûõîäíîé ñèãíàë ñ òîé æå àìïëèòóäîé è ïðîòèâîïîëîæíîé ôàçîé. Îñòàëüíûå èíâåðòèðóþùèå áóôåðû èìåþò òàêóþ æå ñõåìó. Óäàëåíèå èç ñõåìû îäíîé èç RC-öåïåé (íàïðèìåð, R1 è C1 íà Ðèñóíêå 2) èçìåíèò ÷àñòîòó, à ðàçíîñòü ôàç ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäîâàòåëüíûìè âûõîäàìè ñòàíåò ðàâíîé 60°. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TL072 2. Datasheet Texas Instruments TL082 3. Datasheet Texas Instruments TL084
103
Ìóëüòèâèáðàòîð íà òàéìåðå 555 ñ èíäóêòèâíûì êîìïîíåíòîì Arthur Edang EDN
Ç
Çà ïîñëåäíèå 50 ëåò ñõåìà ìóëüòèâèáðàòîðà íà ìèêðîñõåìå 555 ñòàëà ñòàíäàðòíûì âûáîðîì ìíîãèõ ëþáèòåëåé è äàæå ïðîôåññèîíàëîâ. Ïàðà ôîðìóë äëÿ ÷àñòîòû è êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ ïîçâîëÿåò ëåãêî ðàññ÷èòàòü êîìáèíàöèè íîìèíàëîâ êîíäåíñàòîð-ðåçèñòîð, óäîâëåòâîðÿþùèå òðåáóåìûì ïàðàìåòðàì âûõîäíûõ èìïóëüñîâ. Íî ìîãóò âîçíèêíóòü ñèòóàöèè, êîãäà ëó÷øèì ðåøåíèåì áûëî áû èñïîëüçîâàíèå äðîññåëÿ è ðåçèñòîðîâ. Ïðèìåðîì ìîæåò ñëóæèòü âûñîêîòåìïåðàòóðíàÿ ñðåäà, êîòîðàÿ ñîêðàùàåò ñðîê ñëóæáû ýëåêòðîëèòè÷åñêèõ êîíäåíñàòîðîâ.  ýòîì ñëó÷àå ñòîèò ðàññìîòðåòü ñõåìó, ïîêàçàííóþ íà Ðèñóíêå 1. Ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ íàïðÿæåíèå íà âûâîäå 2 (VRB) ðàâíî íóëþ, à óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà (VOUT) íà âûâîäå 3 – âûñîêèé.  ýòî âðåìÿ ñâåòîäèîä ãîðèò, à ðàçðÿäíûé òðàíçèñòîð (âûâîä 7) âûêëþ÷åí. Òîê äðîññåëÿ ýêñïîíåíöèàëüíî íàðàñòàåò äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå VRB íå äîñòèãíåò óðîâíÿ 2VCC/3. Ýòîò óðîâåíü âîñïðèíèìàåòñÿ âõîäîì ïîðîãà (âûâîä 6), è íàïðÿæåíèå íà âûâîäå VOUT ñòàíîâèòñÿ íèçêèì. Ðàçðÿäíûé òðàíçèñòîð âêëþ÷àåòñÿ, à ñâåòîäèîä ãàñíåò. Âûâîä 7 ýôôåêòèâíî îáåñïå÷èâàåò íèçêîîìíûé ïóòü ê çåìëå (ñ ñîïðîòèâëåíèåì RON), áëàãîäàðÿ êîòîðîìó òîê äðîññåëÿ è íàïðÿæåíèå VRB ïîñòåïåííî óìåíüøàþòñÿ äî íóëÿ. Êîãäà íàïðÿæåíèå íà âûâîäå 2 ïàäà-
104
åò íèæå VCC/3, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOUT ñíîâà ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì, ñâåòîäèîä çàãîðàåòñÿ, à âûâîä 7 âîçâðàùàåòñÿ â îòêëþ÷åííîå ñîñòîÿíèå. ×òîáû ðàññ÷èòàòü çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà TH è ïàóçû TL, ìîæíî èñïîëüçîâàòü ôîðìóëó (1), ïîëó÷åííóþ èç àíàëèçà ïåðåõîäíîé õàðàêòåðèñòèêè RL-öåïè. Îíà îïðåäå+5V
4 Reset
RA 7 L+RS
2 6
RB
Disch
8 VCC Gnd
U1 Trig
Out
Thresh
Ctrl
100µF + /50V
0.1 1 3
330
5 0.1
U1 = LM555CN
VOUT 2VCC/3
VCC/3 VRB
TL
TH
0
Ðèñóíîê 1. Â ìóëüòèâèáðàòîðå íà ìèêðîñõåìå 555 èñïîëüçóþòñÿ äðîññåëü è ðåçèñòîðû.
ÑÕÅÌÛ
Òàáëèöà 1. Ñèìâîëû ôîðìóëû äëÿ ðàñ÷åòà âðåìåííûõ õàðàêòåðèñòèê è èõ çíà÷åíèÿ Ñèìâîë
Îïðåäåëåíèå
TH
TL
II
Íà÷àëüíûé òîê
VCC 3RB
2VCC 3RB
IF
Êîíå÷íûé òîê
2VCC 3RB
VCC 3RB
R
Ýêâèâàëåíòíîå. ñîïðîòèâëåíèå
R A + R S + RB
R A || R ON + R S + RB
t
Ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè
L R A + R S + RB
L R A || R ON + R S + RB
VCC
VCC R ON R A + R ON
VS
Íàïðÿæåíèå íà RL
ëÿåò âðåìÿ ïðîòåêàíèÿ çàðÿäíîãî (èëè ðàçðÿäíîãî) òîêà ïðè åãî èçìåíåíèè îò íà÷àëüíîãî äî êîíå÷íîãî çíà÷åíèÿ:
æ R × I I - VS ö ÷÷ . DT = t × ln çç è R × IF - VS ø
(1)
Ñèìâîëû ôîðìóëû (1) îïðåäåëåíû â Òàáëèöå 1. Êðîìå òîãî, â ôîðìóëó âõîäèò ñîïðîòèâëåíèå äðîññåëÿ ïîñòîÿííîìó òîêó RS, êîòîðûì ïðè íèçêîé äîáðîòíîñòè ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Òàêæå, ñîãëàñíî [1], 0.8101 R ON = 59.135 VCC .
 òå÷åíèå èíòåðâàëîâ TH è TL ñèìâîëû ïðèíèìàþò îïðåäåëåííûå çíà÷åíèÿ, ïîêàçàííûå â Òàáëèöå 1. Ïîëåçíî âûïîëíÿòü âñå ðàñ÷åòû â ýëåêòðîííîé òàáëèöå, îñîáåííî êîãäà íóæíî âûÿñíèòü, íàñêîëüêî ðåçóëüòàò çàâèñèò îò äîïóñêîâ êîìïîíåíòîâ. Òàáëèöà 2. Íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ, èñïîëüçîâàííûõ â ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêå Êîìïîíåíò RA (Îì)
Öâåòîâîé êîä íîìèíàëà
Èçìåðåííîå çíà÷åíèå
100
99.6
Ðèñóíîê 2. Ñîïðîòèâëåíèå äðîññåëÿ ïîñòîÿííîìó òîêó (RS).
íûå õàðàêòåðèñòèêè, ÿ ââåë äàííûå â ýëåêòðîííóþ òàáëèöó. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïðèâåäåíû â Òàáëèöå 3. Òàáëèöà 3. Ñðàâíåíèå ðàñ÷åòíûõ è èçìåðåííûõ çíà÷åíèé Âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè Ðàñ÷åòíûå Èçìåðåííûå % îòëè÷èÿ
RB (Îì)
1000
969
TH (ìêñ)
17.6
16.8
2.05
L (ìÃí); RS (Îì)
18; —
17.77; 120.3
TL (ìêñ)
15.22
15.533
4.66
Ïåðèîä (ìêñ)
32.82
32.333
1.49
×àñòîòà (êÃö)
30.471
30.928
1.49
53.6
51.96
3.17
Äëÿ ïðîâåðêè ýòèõ èäåé, ÿ âûáðàë êîìïîíåíòû, ïåðå÷èñëåííûå â Òàáëèöå 2, è èñïîëüçîâàë èçìåðèòåëü LCR äëÿ èçìåðåíèÿ èõ ôàêòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê (Ðèñóíîê 2). ×òîáû ðàññ÷èòàòü çíà÷åíèÿ TH, TL è äðóãèå âûõîä-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Ê-ò çàïîëíåíèÿ (%)
Äëÿ ïèòàíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè ÿ èñïîëüçîâàë îöåíî÷íóþ ïëàòó ADALM2000
105
Ðèñóíîê 3á. Îñöèëëîãðàììû ñèãíàëîâ VRB è VOUT.
Ðèñóíîê 3à. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà.
êîìïàíèè Analog Devices (Ðèñóíîê 3à), à âðåìåííûå äèàãðàììû (Ðèñóíîê 3á) ñíèìàë íà âûâîäàõ 2 è 3 ìèêðîñõåìû òàéìåðà. Èçìåðåíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî ôîðìóëà (1) â ñî÷åòàíèè ñî çíà÷åíèÿìè èç Òàáëèöû 2 òî÷íî ìîäåëèðóåò ïîâåäåíèå ïðåäëîæåííîé ñõåìû. Ïðè èñïûòàíèÿõ ñõåìû áûëè îòìå÷åíû ñïàäû è âñïëåñ-
106
êè íàïðÿæåíèÿ VRB âî âðåìÿ ïåðåõîäîâ íà âûâîäå 7, â îñíîâíîì èç-çà äëèííûõ ïðîâîäîâ ïèòàíèÿ. Îíè áûëè îñëàáëåíû ïàðîé êîíäåíñàòîðîâ, ðàñïîëîæåííûõ â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò âûâîäà 8. ÐË
Ññûëêà 1. Phil Rogers. Èñïîëüçîâàíèå òàéìåðà 555 â ñõåìàõ ñ íèçêèìè êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM555CN/NOPB
ÑÕÅÌÛ
Óìíûé ïîäàâèòåëü ïóëüñàöèé
ñ ïî÷òè íóëåâûì ïàäåíèåì íàïðÿæåíèÿ Louis Vlemincq EDN Europe
Ó
Óñòðîéñòâà ïîäàâëåíèÿ ïóëüñàöèé, òàêæå èçâåñòíûå êàê ïîæèðàòåëè ïóëüñàöèé, ãèðàòîðû èëè ýëåêòðîííûå ôèëüòðû, ïîëåçíû, êîãäà íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ äîëæíî áûòü ÷èñòûì, íî àáñîëþòíîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íå èìååò çíà÷åíèÿ. Òèïè÷íûìè îáëàñòÿìè ïðèìåíåíèÿ òàêèõ ñõåì ÿâëÿþòñÿ óñèëèòåëè ìîùíîñòè êëàññà A. Ïî ñðàâíåíèþ ñ ëèíåéíûì ñòàáèëèçàòîðîì îíè òðàòÿò ìåíüøå ýíåðãèè, ïîñêîëüêó àäàïòèðóþòñÿ ê âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ. Îäíàêî íåêîòîðûå ïîòåðè íåèçáåæíû: îíè äîëæíû ñíèçèòü îæèäàåìîå ïèêîâîå íàïðÿæåíèå ïóëüñàöèé, è, êðîìå òîãî, ýòèì ñõåìàì ñàìèì íóæåí íåêîòîðûé çàïàñ ïî íàïðÿæåíèþ. Èç ýòèõ òðåáîâàíèé ëåãêî íàáèðàþòñÿ íåñêîëüêî âîëüò, ÷òî ïðèâîäèò ê ñîîòâåòñòâóþùåé ïîòåðå ýíåðãèè. Òåîðåòè÷åñêè ÷èñòî ïàññèâíûé ôèëüòð ìîã áû ðàáîòàòü ëó÷øå, íî äàæå ïðè áîëüøèõ ðàçìåðàõ äðîññåëÿ âñåãäà áóäóò äæîóëåâûå ïîòåðè. Êðîìå òîãî, òàêîé ôèëüòð áûë áû äîðîãèì è îáåñïå÷èâàë äàëåêî íå èäåàëüíîå ïîäàâëåíèå ïóëüñàöèé.  èçëîæåííîé çäåñü èäåå ñî÷åòàþòñÿ îáà ìåòîäà, à òàêæå äîáàâëåíû íåêîòîðûå ñîáñòâåííûå õèòðîñòè, ïîçâîëÿþùèå äîñòè÷ü ïî÷òè èäåàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê ãèáðèäíîãî ôèëüòðà. Ñõåìà îñíîâàíà íà òðàíñôîðìàòîðå Ò1, âòîðè÷íàÿ îáìîòêà êîòîðîãî âêëþ÷åíà ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ôèëüòðóåìûì èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ.  ðåçóëüòàòå íàïðÿæåíèå âòîðè÷íîé îáìîòêè âû÷èòàåòñÿ èç âõîäíîãî
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
íàïðÿæåíèÿ, è, åñëè îíî â òî÷íîñòè ðàâíî íàïðÿæåíèþ ïóëüñàöèé, ïðîèñõîäèò ïîëíàÿ êîìïåíñàöèÿ, ÷òî äàåò íà âûõîäå ÷èñòîå ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå. Ïåðâè÷íàÿ îáìîòêà òðàíñôîðìàòîðà ïîäêëþ÷åíà ê óñèëèòåëþ îøèáêè, âûðàáàòûâàþùåìó ñîîòâåòñòâóþùåå íàïðÿæåíèå.  ïðèíöèïå, âîçìîæíû äâå ñòðàòåãèè: áåç îáðàòíîé ñâÿçè è ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ. È òî, è äðóãîå ìîæíî çàñòàâèòü ðàáîòàòü, íî ó êàæäîãî ìåòîäà åñòü ñâîè îñîáåííîñòè: ñõåìà áåç îáðàòíîé ñâÿçè ïðîèçâîäèò âûáîðêó âõîäíûõ ïóëüñàöèé, òî÷íî ìàñøòàáèðóåò èõ è îòïðàâëÿåò íà òðàíñôîðìàòîð. Ýôôåêòèâíîñòü ïîäàâëåíèÿ çàâèñèò îò òî÷íîñòè ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ. Ñõåìà ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïðîèçâîäèò âûáîðêó âûõîäíîãî ñèãíàëà è ðåãóëèðóåò íàïðÿæåíèå îøèáêè, ÷òîáû óñòðàíèòü ëþáûå ïóëüñàöèè. Ýòîò ìåòîä â ìåíüøåé ñòåïåíè çàâèñèò îò òî÷íîñòè íîìèíàëîâ, íî, êàê è â ëþáîé ñèñòåìå àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ, òî÷íîñòü ïðîöåññà çàâèñèò îò óñèëåíèÿ êîíòóðà, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, ìîæåò âûçâàòü ïðîáëåìû ñ óñòîé÷èâîñòüþ. Íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëåí âàðèàíò ñõåìû ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ. Îäíèì èç âîçðàæåíèé ïðîòèâ èñïîëüçîâàíèÿ òðàíñôîðìàòîðà ÿâëÿåòñÿ áîëüøîé ïîñòîÿííûé òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç åãî âòîðè÷íóþ îáìîòêó. Îáû÷íûå òðàíñôîðìàòîðû ñ ñåðäå÷íèêàìè áåç çàçîðîâ íå âûäåðæèâàþò áîëüøîãî ïîñòîÿííîãî òîêà áåç íàñûùåíèÿ, à òðàíñôîðìàòîðû ñ çàçîðàìè íàìíîãî êðóïíåå. Çäåñü ïðîáëåìà ðåøåíà ýëåãàíòíûì
107
Âõîäíîå íàïðÿæåíèå: 35 Â, ìàêñèìàëüíûå ïóëüñàöèè 2 Â ï-ï
3.1mH T1 òðàíñôîðìàòîð 28.4 : 1 Ñì. òåêñò
+
2.5H
R1 330
+
R11
C4 +
18K
R10 1R0
C5 +
R7 10K
1µ5/63V R9 18K
220µ/40V
D1 C 1N5374
Q1 BD140 R4
Q2 BC546B
R6 75R
120 R3 5R6
C1 1µ
R2 5R6
+
Q3 BC557B
Ñîîòíîøåíèå ñîïðîòèâëåíèé ðàâíî ñîîòíîøåíèþ ÷èñëà âèòêîâ òðàíñôîðìàòîðà
C3 1µ5 63V R8 + 2K2
R5
C6 220µ 40V Ôèëüòðîâàííîå íàïðÿæåíèå ~35  / 4 À Ïóëüñàöèè 10 ì ï-ï
C2 22µ 10V
0R1
Ðèñóíîê 1. Ïîäàâèòåëü ïóëüñàöèé.
îáðàçîì: òðàíñôîðìàòîð ðàáîòàåò â êîìïåíñèðîâàííîì ðåæèìå; ïåðâè÷íàÿ îáìîòêà ïîëó÷àåò òî÷íî òàêèå æå àìïåð-âèòêè ïîñòîÿííîãî òîêà, ÷òî è âòîðè÷íàÿ. Äëÿ ýòîãî óñèëèòåëü îøèáêè ðàáîòàåò â êëàññå À, à åãî òîê ñìåùåíèÿ çàâèñèò îò âûõîäíîãî òîêà. Òîê âîñïðèíèìàåòñÿ ðåçèñòîðîì R5, à Q1-Q3 îòðàæàþò ìàñøòàáèðîâàííûé òîê ÷åðåç ðåçèñòîðû R2 è R3. Ýòî ãàðàíòèðóåò, ÷òî ñóììàðíûé ïîòîê ÷åðåç òðàíñôîðìàòîð T1 âñåãäà ðàâåí íóëþ. Òðàíçèñòîð Q2 – ýòî óñèëèòåëü îøèáêè. Íàïðÿæåíèå îøèáêè ïîäàåòñÿ íà åãî ýìèòòåð ÷åðåç êîíäåíñàòîð C4. Ê ïðîáëåìàì óñòîé÷èâîñòè â òàêîé ñõåìå íåëüçÿ îòíîñèòüñÿ ëåãêîìûñëåííî: ñî÷åòàÿ áîëüøîé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñ ìíîæåñòâîì ðåàêòèâíûõ êîìïîíåíòîâ, ñõåìà èìååò ìíîãî âîçìîæíîñòåé ïðåâðàòèòüñÿ â ãåíåðàòîð, ðàáîòàþùèé íà ðàçëè÷íûõ ÷àñòîòàõ. Êîððåêöèÿ ÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòèêè íà íèçêèõ ÷àñòîòàõ îáåñïå÷èâàåòñÿ ýëåìåíòàìè R9, R11, C5 è C2. C1 îòâå÷àåò çà âûñîêèå ÷àñòîòû. Íà ïðàêòèêå áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ñõåìà îñòàâàëàñü óñòîé÷èâîé è áåç íåãî, íî ÿ ðåêîìåíäóþ îñòàâèòü ýòîò êîíäåíñàòîð. Ìåíåå î÷åâèäíûå ïðîáëåìû ñ óñòîé÷èâîñòüþ òàêæå ìîãóò âîçíèêàòü, êîãäà âõîäíîå ïèòàíèå íåäîñòàòî÷íî «æåñòêîå». Ýòî ìîæåò ïðîèçîéòè ïðè ëåãêèõ íàãðóçêàõ, êîãäà âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå ñòàíîâèòñÿ âûøå. Êîãäà ñõåìà ïûòàåòñÿ êîìïåíñèðîâàòü ïàäåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, óñèëèòåëü íà ìãíî-
108
âåíèå óâåëè÷èâàåò ïîòðåáëåíèå òîêà, è åñëè ýòî ïðèâîäèò ê äàëüíåéøåìó ïàäåíèþ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, âîçíèêàåò ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü, ñîïðîâîæäàþùàÿñÿ ïîòåðåé óñòîé÷èâîñòè è ïëàâàíüåì íàïðÿæåíèÿ. Ýòî ÿâëåíèå ñðîäíè íóëþ â ïðàâîé ïîëóïëîñêîñòè, è åãî ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíî êîìïåíñèðîâàòü îáû÷íûìè ìåòîäàìè, íå óõóäøàÿ ïðè ýòîì õàðàêòåðèñòèê ñõåìû.  óìåðåííûõ ñëó÷àÿõ ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî ïðîñòîãî ôèëüòðà, âêëþ÷åííîãî ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ïåðâè÷íîé îáìîòêîé (Ðèñóíîê 2à).  ñëîæíûõ ñëó÷àÿõ òðåáóåòñÿ
R1 33R 1W
R8 47R 2W
R2 5R6 R7 +
+
C3 470µ 40V
C1 100µ 40V
10R
R6 6K8
Q2 BC546B
Q1 BD140 R3 150 3W
(à)
R5 6K8
R4 12K
+
C2 100µ 40V
(á)
Ðèñóíîê 2.  íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ äîïîëíèòåëüíûé ôèëüòð.
ÑÕÅÌÛ
àêòèâíàÿ ñõåìà (Ðèñóíîê 2á). Ýòà ñõåìà ðàáîòàåò, äóáëèðóÿ òîê, ïîòðåáëÿåìûé óñèëèòåëåì îøèáêè: ðåçèñòîðû R2, R5, R6 è R7 âêëþ÷åíû ìîñòîì, è, ïîñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèå R2 ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî ïîëîâèíó ñîïðîòèâëåíèÿ R7, òðàíçèñòîðû Q1 è Q2 ïûòàþòñÿ ñäåëàòü òîê, èäóùèé ÷åðåç R2, âäâîå áóëüøèì, ÷åì ÷åðåç R7. Íî êîíäåíñàòîð C2 çàäåðæèâàåò ýòîò ïðîöåññ, áëàãîäàðÿ ÷åìó êðàòêîâðåìåííî âõîäíîé òîê îñòàåòñÿ íåèçìåííûì, óñòðàíÿÿ, òàêèì îáðàçîì, íîëü â ïðàâîé ïîëóïëîñêîñòè. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ýòà ñõåìà íå ïîòðåáóåòñÿ.
Ïðèìå÷àíèÿ ïî ðåàëèçàöèè Ìàêñèìàëüíàÿ ñïîñîáíîñòü ïîäàâëåíèÿ ïóëüñàöèé îïðåäåëÿåòñÿ êîýôôèöèåíòîì òðàíñôîðìàöèè T1:
n=
200 . % ïóëüñàöèé ïèê - ïèê
Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, îïðåäåëÿåò îòíîøåíèå R2||R3 ê R5. Èíäóêòèâíîñòü íàìàãíè÷èâàíèÿ òðàíñôîðìàòîðà äîëæíà áûòü äîñòàòî÷íî áîëüøîé, ÷òîáû ïîçâîëèòü óñèëèòåëþ ðàáîòàòü íà ïîëíîé ìîùíîñòè. Ýòî òðåáóåò, ÷òîáû
Lm >
nVIN . 2pf × IOUT
Öåëåñîîáðàçíî ïðåäóñìîòðåòü íåêîòîðûé çàïàñ ïî ýòèì ïàðàìåòðàì, â ÷àñòíîñòè, ïî èíäóêòèâíîñòè íàìàãíè÷èâàíèÿ Lm, êîòîðàÿ äîëæíà áûòü íå ìåíåå ÷åì âäâîå áîëüøå ìèíèìàëüíîé.
Õàðàêòåðèñòèêè Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíû ÷àñòîòíûå çàâèñèìîñòè ïîäàâëåíèÿ è âûõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ. Ïîäàâëåíèå ïóëüñàöèé â íóæíîì äèàïà-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
6 äÁ
0.250 Îì
Ïîäàâëåíèå –6 äÁ ïóëüñàöèé
0.200 Îì
–18 äÁ
Âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå 0.150 Îì
–30 äÁ
0.100 Îì
–42 äÁ
0.050 Îì
–54 äÁ 100 ìÃö
0.000 Îì 1 Ãö
10 Ãö
100 Ãö
1 êÃö
10 êÃö
Ðèñóíîê 3. Âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå è ïîäàâëåíèå ïóëüñàöèé.
çîíå ÷àñòîò ïðåâûøàåò 40 äÁ, à ìàêñèìóì íà ÷àñòîòå 100 Ãö ïðåâûøàåò 46 äÁ. Âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå òàêæå âïå÷àòëÿåò: óñèëåíèå óñèëèòåëÿ ñïîñîáñòâóåò íå òîëüêî ïîäàâëåíèþ ïóëüñàöèé, íî è àêòèâíî ñíèæàåò âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå. Åäèíñòâåííûå ïîòåðè îáóñëîâëåíû ðåçèñòîðîì R5 è ñîïðîòèâëåíèåì âòîðè÷íîé îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà. Îíè ìîãóò áûòü íå íóëåâûìè, íî îíè íàñòîëüêî ìàëû, ÷òî ïî÷òè â 50% ñëó÷àåâ ñõåìà èìååò îòðèöàòåëüíîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ! Äëÿ äîñòèæåíèÿ ýòèõ çàìå÷àòåëüíûõ õàðàêòåðèñòèê òðåáóåòñÿ òîëüêî òðàíñôîðìàòîð ñðåäíåãî ðàçìåðà. Âîçüìåì íåáëàãîïðèÿòíûé ïðèìåð: èñòî÷íèê ïèòàíèÿ 50 Â/5 À ñ ïóëüñàöèÿìè äî 10%. Ïðîèçâåäåíèå íàïðÿæåíèÿ âòîðè÷íîé îáìîòêè íà ïëîùàäü ñå÷åíèÿ ñåðäå÷íèêà äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íî áîëüøèì, ÷òîáû òðàíñôîðìàòîð ìîã âûäåðæèâàòü ïóëüñàöèè îêîëî 2  ñ.ê.ç. Ïðè òîêå 5 À èç ýòîãî ñëåäóåò, ÷òî ìîùíîñòü òðàíñôîðìàòîðà äîëæíà ñîñòàâëÿòü 10 ÂÀ. Íî ïîñêîëüêó ÷àñòîòà ïóëüñàöèé âäâîå âûøå ÷àñòîòû ñåòè, ýòî îçíà÷àåò, ÷òî äëÿ ðàññìàòðèâàåìîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ìîùíîñòüþ 250 Âò, äàæå ñ òàêèìè ñèëüíûìè ïóëüñàöèÿìè, ôàêòè÷åñêè äîñòàòî÷íî 5 ÂÀ. ÐË
109
Òî÷íîå óïðàâëåíèå ñêîðîñòüþ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà ñ ïîìîùüþ ïîòåíöèîìåòðà èëè ÖÀÏ Stephen Woodward EDN
 èäåàëå (â òîé âîëøåáíîé ñòðàíå, ãäå òåîðèÿ è ïðàêòèêà – îäíî è òî æå) ñêîðîñòü S äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà ñ ïîñòîÿííûìè ìàãíèòàìè òî÷íî ïðîïîðöèîíàëüíà âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ: S = KSV, ãäå êîíñòàíòà KS ñïåöèôè÷íà äëÿ ðàññìàòðèâàåìîãî äâèãàòåëÿ. Íî ïîñêîëüêó â ïðàêòè÷åñêîì ìèðå ðÿäîì ñ íàìè ñóùåñòâóþò ðåàëüíûå äâèãàòåëè, èõ ïîâåäåíèå îòëè÷àåòñÿ îò ýòîãî òåîðåòè÷åñêîãî èäåàëà, â îñíîâíîì ïîòîìó, ÷òî íàñòîÿùèå ìîòîðû èìåþò ñîïðîòèâëåíèå – ìåõàíè÷åñêîå, îáóñëîâëåííîå òðåíèåì, è ýëåêòðè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå îáìîòêè RW. ×òîáû ñîçäàòü êðóòÿùèé ìîìåíò, íåîáõîäèìûé äëÿ ïðåîäîëåíèÿ ïåðâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ, äâèãàòåëè äîëæíû ïîòðåáëÿòü òîê (I), è êîãäà ýòî ïðîèñõîäèò, òîê, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç RW, óìåíüøàåò ýôôåêòèâíîå óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå (–IRW). Ñëåäîâàòåëüíî, êîãäà äâèãàòåëü íàãðóæàåòñÿ âíóòðåííèì è/èëè âíåøíèì òðåíèåì, ïîòðåáëåíèå òîêà óâåëè÷èâàåòñÿ, à ýôôåêòèâíîå íàïðÿæåíèå óìåíüøàåòñÿ, ÷òî âûðàæàåòñÿ ñëåäóþùåé ôîðìóëîé: S = KS(V – I·RW). Îäíèì èç ñïîñîáîâ óìåíüøèòü (èëè óñòðàíèòü) ýòîò ýôôåêò è ñäåëàòü ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîé, íåçàâèñèìî îò èçìåíåíèÿ íàãðóçêè, ñîçäàâàåìîé ñèëàìè òðåíèÿ, ÿâëÿåòñÿ àêòèâíàÿ êîìïåíñàöèÿ RW ïóòåì èçìå-
110
ðåíèÿ òîêà I è äîáàâëåíèÿ ïðîïîðöèîíàëüíîãî êîìïåíñèðóþùåãî ÷ëåíà ê V, â ðåçóëüòàòå ÷åãî: S = KS(V – I·RW + I·RW) = KSV. Íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëåíà ïðîñòàÿ óíèâåðñàëüíàÿ ñõåìà, êîòîðàÿ äåëàåò èìåííî ÑÒÀÁÈËÈÇÈÐÎÂÀÍÍÛÉ ÈÑÒÎ×ÍÈÊ +3…+16  ÊÎÌÏÅÍÑÀÖÈß RW R3
R1 = RW /50 2 W = VDD /R W /50
R2 100
10k
R4 1M 4– R5 10k ÑÊÎÐÎÑÒÜ R6 1M
2 VDD A1
3
+
5 VEE
1
C1 1nF
Q1 Ìîæåò áûòü òðàíçèñòîð Äàðëèíãòîíà
TLV271
RW ÄÂÈÃÀÒÅËÜ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ Ñ ÏÎÑÒÎßÍÍÛÌÈ ÌÀÃÍÈÒÀÌÈ
RW – ñîïðîòèâëåíèå îáìîòêè
Ðèñóíîê 1. Êîìïåíñàöèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ îáìîòêè äâèãàòåëÿ.
ÑÕÅÌÛ
ýòî, ïëþñ ïðåäîñòàâëÿåò óäîáñòâî ïîäêëþ÷åíèÿ ê çåìëå îäíîãî èç âûâîäîâ äâèãàòåëÿ. Âîò êàê ýòî ðàáîòàåò. Rail-to-rail îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü A1 ñðàâíèâàåò çàäàííîå ïîòåíöèîìåòðîì R5 íàïðÿæåíèå óñòàâêè ñêîðîñòè, èçìåíÿþùååñÿ îò (0.99)VDD äî VDD, ñ óïðàâëÿþùèì íàïðÿæåíèåì äâèãàòåëÿ VS, êîòîðîå âûâîäèòñÿ òðàíçèñòîðîì Q1 ÷åðåç äåëèòåëü 100:1 íàïðÿæåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè (R4/R3) è, ñîîòâåòñòâåííî, óïðàâëÿåò òîêîì áàçû Q1. Òàêèì îáðàçîì, íàïðÿæåíèå VS ìîæíî óñòàíîâèòü îò ìèíèìàëüíîãî íóëåâîãî çíà÷åíèÿ (ïîòåíöèîìåòð R5 ïîëíîñòüþ âûâåðíóò ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè) äî ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ VDD ìèíóñ ñóììà íàïðÿæåíèé íàñûùåíèÿ A1 è Q1 (ïîòåíöèîìåòð âûâåðíóò ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå). Ðåàëüíî èñïîëüçóåìûé äèàïàçîí íàïðÿæåíèé VDD ñîñòàâëÿåò îò 3  äî 16 Â, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò äîïóñòèìûì çíà÷åíèÿì, óêàçàííûì â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè óñèëèòåëÿ TLV271. VDD è Q1 ñëåäóåò âûáèðàòü èç ñîîáðàæåíèé ñîâìåñòèìîñòè ñ òðåáîâàíèÿìè, ïðåäúÿâëÿåìûìè ê äâèãàòåëþ (íàïðÿæåíèå VS è òîê). À êàê æå êîìïåíñàöèÿ RW? Òîê äâèãàòåëÿ I, îòðàæåííûé â òîêå êîëëåêòîðà òðàíçèñòîðà Q1, èçìåðÿåòñÿ ðåçèñòîðîì R1. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî êîìïåíñàöèÿ, â êîíå÷-
íîì ñ÷åòå, òî÷íî íàñòðàèâàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïîòåíöèîìåòðà R2, äîñòàòî÷íî òî÷íàÿ îöåíêà äëÿ çíà÷åíèÿ R1 ìîæåò áûòü îñíîâàíà íà ïðîñòîì èçìåðåíèè ìóëüòèìåòðîì ñîïðîòèâëåíèÿ RW ïðè íåïîäâèæíîì âàëå äâèãàòåëÿ. Òèïè÷íûå ñîïðîòèâëåíèÿ R1 (R1 = RW/50) áóäóò íàõîäèòüñÿ â äèàïàçîíå ìèëëèîì, ÷òî äåëàåò âîçìîæíîé ðåàëèçàöèþ R1 ñ ïîìîùüþ ïðîñòîãî ìåàíäðà, íàðèñîâàííîãî äîðîæêîé íà ïå÷àòíîé ïëàòå. Ýòî õîðîøî, ïîòîìó ÷òî äîðîæêà, áóäó÷è ìåäíîé, áóäåò èìåòü òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò, àíàëîãè÷íûé (òàêæå ìåäíîìó) ïðîâîäó äâèãàòåëÿ: ~3930 ppm/°C, ÷òî óëó÷øèò òåìïåðàòóðíóþ ñòàáèëüíîñòü êîìïåíñàöèè RW, ïðè óñëîâèè, ÷òî äâèãàòåëü è ðåçèñòîð R1 íàõîäÿòñÿ â àíàëîãè÷íûõ òåïëîâûõ óñëîâèÿõ. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R1 èç-çà åãî ñîåäèíåíèÿ ñ êîëëåêòîðîì Q1 íå âû÷èòàåòñÿ èç ìàêñèìàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëåì, à âìåñòî ýòîãî êîìïåíñèðóåòñÿ (èëè æå òåðÿåòñÿ) ðàçíîñòüþ ìåæäó íàïðÿæåíèåì áàçû Q1 è íàïðÿæåíèåì íàñûùåíèÿ êîëëåêòîðà. Çàìåòüòå òàêæå, ÷òî íîìèíàëüíàÿ ìîùíîñòü, êîòîðóþ äîëæåí 2 ðàññåèâàòü ðåçèñòîð R1, ðàâíà VDD /RW/50, à âåëè÷èíà, êðàòíàÿ ïàäåíèþ íàïðÿæåíèÿ I·R1, (â ñîîòâåòñòâèè ñ ïîëîæåíèåì R2) äîáàâëÿåòñÿ ê VS ÷åðåç ïåòëþ îáðàòíîé ñâÿçè R4/R3 ãëóáèíîé +40 äÁ.
ÑÒÀÁÈËÈÇÈÐÎÂÀÍÍÛÉ ÈÑÒÎ×ÍÈÊ +3…+16  CD4053B VDD 16
C3 0.1µF 1
10
12 ÂÕÎÄ ØÈÌ ÖÀÏ
R7
C2
10k 1nF
14
U1a
R3
R1 = RW /50 2 W = VDD /R W /50
R2 100
10k
7
VEE
R4
U2 LM4040-5
8 VSS
4 – 2 VDD 3
R8
R5 1M
2
13 11
15
U1b
ÊÎÌÏÅÍÑÀÖÈß RW
R10 10k
9
4
U1c
100k
5 6 R9 1k
R6
C4
1M
1nF
A1 3
+
5 VEE
1
1M C1 1nF
Q1 Ìîæåò áûòü òðàíçèñòîð Äàðëèíãòîíà
TLV271
ÄÂÈÃÀÒÅËÜ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ Ñ ÏÎÑÒÎßÍÍÛÌÈ ÌÀÃÍÈÒÀÌÈ
RW
RW – ñîïðîòèâëåíèå îáìîòêè
Ðèñóíîê 2. Óïðàâëåíèå êîìïåíñàöèåé ñîïðîòèâëåíèÿ îáìîòêè äâèãàòåëÿ ñ ïîìîùüþ ØÈÌ ÖÀÏ.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
111
Òàêèì îáðàçîì, ïðàâèëüíàÿ ðåãóëèðîâêà R2 äëÿ êîìïåíñàöèè RW è óñòàíîâêè ïîñòîÿííîé ñêîðîñòè, íåçàâèñèìîé îò òðåíèÿ, ïðèâåäåò ê íóæíîìó ðåçóëüòàòó (âîëøåáíîìó?): KS(V – I·RW + I·RW) = KSV. Ðåãóëèðîâêó R2 ìîæíî âûïîëíÿòü ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè. Íàïðèìåð, ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ìîæíî èçìåðÿòü êîëè÷åñòâåííî (ñêàæåì, ñ ïîìîùüþ íåäîðîãîãî îïòè÷åñêîãî òàõîìåòðà), ãäå R2 íàñòðàèâàåòñÿ íà ïîñòîÿííóþ ñêîðîñòü, íåçàâèñÿùóþ îò èçìåíåíèé íàãðóçêè, ñîçäàâàåìîé òðåíèåì. Èëè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ñòîëü æå òî÷íîãî ðåçóëüòàòà ýòî ìîæíî äåëàòü ñóáúåêòèâíî (íà ñëóõ, ïðèñëóøèâàÿñü ê âûñîòå çâóêà âðàùàþùåãîñÿ ìîòîðà); íî äëÿ ýòîãî âû äîëæíû óìåòü ÷èòàòü íîòû. Èòàê, ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ìîæåò âûðàáàòûâàòü çàäàííîå íàïðÿæåíèå óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëåì è êîìïåíñèðîâàòü ñîïðîòèâëåíèå åãî îáìîòêè, òåì ñàìûì, ðàçâèâàÿ è ïîääåðæèâàÿ òî÷íóþ è ñòàáèëüíóþ çàäàííóþ ñêîðîñòü. Íî ýòà ñêîðîñòü óñòàíàâëèâàåòñÿ âðó÷íóþ ïîëîæåíèåì äâèæêà ïîòåíöèîìåòðà. À ÷òî, åñëè íàì ïîíàäîáèòñÿ áîëåå àâòîìàòèçèðîâàííûé ñïîñîá óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëåì? Ðèñóíîê 2 îòâå÷àåò íà ýòîò âîïðîñ âàðèàíòîì Ðèñóíêà 1, â êîòîðîì ïîòåíöèîìåòð R5 çàìåíåí íà íåäîðîãîé ØÈÌ ÖÀÏ ñ ïîäàâëåíèåì ïóëüñàöèé.
112
Ýëåìåíò U1a ñòðîåííîãî êîììóòàòîðà U1 ðåãåíåðàòèâíî ïðåîáðàçóåò ëîãè÷åñêèå óðîâíè âõîäíîãî ñèãíàëà ØÈÌ íà ðåçèñòîðå R7 â ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû äëÿ ýëåìåíòîâ U1b è U1c. Íàïðÿæåíèå VDD â äèàïàçîíå îò 3 äî 5  ïðîõîäèò íåïîñðåäñòâåííî íà âûâîä 8 ìèêðîñõåìû U1 (VSS) ÷åðåç ðåçèñòîð R9, â òî âðåìÿ êàê íàïðÿæåíèå VDD, ïðåâûøàþùåå 5 Â, âûçûâàåò âêëþ÷åíèå øóíòîâîãî ñòàáèëèçàòîðà U2, îãðàíè÷èâàÿ íàïðÿæåíèå VDD – VSS U1 äî óðîâíåé 5-âîëüòîâîé ëîãèêè. Êîììóòàòîð U1b ôîðìèðóåò íåèíâåðòèðîâàííûé ñèãíàë ØÈÌ äëÿ óñðåäíåíèÿ íèçêî÷àñòîòíûì ôèëüòðîì R5, C3 è R10 è ïîëó÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ VS, â òî âðåìÿ êàê U1c âûäàåò ñâÿçàííóþ ïî ïåðåìåííîìó òîêó èíâåðòèðîâàííóþ âåðñèþ, ïîäõîäÿùóþ äëÿ ïîäàâëåíèÿ ïóëüñàöèé ïóòåì àíàëîãîâîãî âû÷èòàíèÿ ïîñðåäñòâîì R6C4 ïî ñõåìå, îïèñàííîé â [1]. ÐË
Ññûëêà 1. Stephen Woodward. Ïîäàâèòåëü ïóëüñàöèé ØÈÌ ÖÀÏ ñ àíàëîãîâûì âû÷èòàíèåì. ÐàäèîËîöìàí, 2022, 09-10, ñòð. 32
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4053B 2. Datasheet Microchip LM4040 3. Datasheet Texas Instruments TLV271
ÑÕÅÌÛ
Çàùèòà MOSFET â ìîùíûõ èìïóëüñíûõ ñõåìàõ Marián Štofka EDN
Ñ
Ñèëîâûå MOSFET ïåðåêëþ÷àòåëè îáû÷íî ÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå óÿçâèìîé ÷àñòüþ íîâîé èìïóëüñíîé ñõåìû áîëüøîé ìîùíîñòè. Îäíîé èç óãðîç äëÿ ýòîãî óñòðîéñòâà ÿâëÿåòñÿ ïðåâûøåíèå ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ èìïóëüñíîãî òîêà. Ýòîò ïðåäåë íåëüçÿ ïðåâûøàòü, äàæå åñëè äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà ñîñòàâëÿåò âñåãî 10 íñ. Òðàíçèñòîð âñå ðàâíî ìîæåò ïîäâåðãíóòüñÿ òåðìè÷åñêîìó ïîâðåæäåíèþ ïðè áîëüøîì êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ, äàæå åñëè âåëè÷èíà òîêà ñòîêà íàõîäèòñÿ ìåæäó ïèêîâûì è ïîñòîÿí-
íûì äîïóñòèìûìè çíà÷åíèÿìè.  êîíå÷íîì èòîãå ïîëåâîé òðàíçèñòîð ìîæåò âîéòè â ñîñòîÿíèå ñàìîâîçáóæäåíèÿ ñ ÷àñòîòîé, êîòîðàÿ ìîæåò áûòü íà ïîðÿäîê âûøå çàïëàíèðîâàííîé ðàáî÷åé ÷àñòîòû ïîâòîðåíèÿ. ×òîáû çàùèòèòü ïîëåâîé òðàíçèñòîð, ìîæíî îãðàíè÷èòü êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ, ïîäêëþ÷èâ ÷åðåç ðàçäåëèòåëüíûé êîíäåíñàòîð ñõåìó äðàéâåðà ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà. Åñëè äîïîëíèòåëüíî îãðàíè÷èòü ÷àñòîòó ïîâòîðåíèÿ äåñÿòêàìè êèëîãåðö, î ïðîáëåìàõ òåïëîâûäåëåíèÿ ìîæíî áóäåò íå áåñïîêîèòüñÿ. VDDMOS 5 ÈËÈ 10  10k
VDD 5Â
33 µF 16 Â ÒÀÍÒÀËÎÂÛÉ 2700 µF 16 Â
NC
+
+
R 0.53 L WE744355147 0.47 µH 4.7 µF
CS 1 nF D1 D2 BAV99 BAS116
ÖÈÔÐÎÂÎÉ ÂÎËÜÒÌÅÒÐ 10k
Q2 CSD17303Q5
OTW Q1 CSD17303Q5
ADP3624
_
SD Ê ÂÛÕÎÄÓ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ ÈÌÏÓËÜÑÎÂ RS 470 CD R 100 pF D 10k
82 nF 3.3 µF +
VREF 1.28 Â
OUTA
INA
OUTB
IC1
GND
NC
INB
Ðèñóíîê 1. Òåñòîâàÿ óñòàíîâêà ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü ñèëîâûì MOSFET êëþ÷îì ïðè ôèêñèðîâàííîì âðåìåíè âêëþ÷åíèÿ. Ñèëîâàÿ ÷àñòü îñòàåòñÿ õîëîäíîé, ðàáîòàÿ íà ÷àñòîòå ïîâòîðåíèÿ 10 êÃö, äàæå ïðè ïèêîâûõ òîêàõ äðîññåëÿ â äåñÿòêè àìïåð.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
113
Äëÿ îãðàíè÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü ìèêðîñõåìó IC1 ñ òðèããåðîì Øìèòòà íà âõîäå (Ðèñóíîê 1). Âõîäíîé ñèãíàë ïðîïóñêàåòñÿ ÷åðåç äèôôåðåíöèðóþùóþ öåïü, ñîñòîÿùóþ èç ýëåìåíòîâ CD, RD è RS. Ïåðåäíèå ôðîíòû èìïóëüñîâ âûçûâàþò ðåçêîå ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå RD. Ïîýòîìó óðîâåíü âûõîäà íåèíâåðòèðóþùåãî äðàéâåðà ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì. Ñðàçó ïîñëå ýòîãî ïåðåõîäà íàïðÿæåíèå íà RD íà÷èíàåò ýêñïîíåíöèàëüíî óìåíüøàòüñÿ. Êîãäà îíî îïóñêàåòñÿ íèæå VTL – óðîâíÿ íèæíåãî ïîðîãà âõîäà INA, – íàïðÿæåíèå íà âûõîäå OUTA ðåçêî ïàäàåò äî 0 Â. Ñêîðîñòü ýêñïîíåíöèàëüíîãî ñïàäà îïðåäåëÿåòñÿ ïîñòîÿííîé âðåìåíè (RD + RS + RGEN)×CD. RGEN – ýòî âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ãåíåðàòîðà âõîäíûõ èìïóëüñîâ. Èñïîëüçóÿ çíà÷åíèå æåëàåìîé øèðèíû èìïóëüñà TP, ìîæíî ðàññ÷èòàòü åìêîñòü êîíäåíñàòîðà CD:
æ ö TP ÷÷ ´ CD = çç è RD + R S + R GEN ø éæ V ö æ öù RD ÷÷ú . ´ ln êçç DD ÷÷ × çç V R + R + R S GEN ø û ëè TL ø è D  ôîðìóëå èñïîëüçóåòñÿ îöåíêà çíà÷åíèÿ VTL:
VTL » VINL - VINH - 0.1  = 1.165 Â. Óêàçàííûå â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè ìèêðîñõåìû çíà÷åíèÿ íèçêîãî (VINL) è âûñîêîãî (VINH) âõîäíûõ ëîãè÷åñêèõ óðîâíåé ñîñòàâëÿþò 0.8 è 2 Â, ñîîòâåòñòâåííî. Ñïàäàþùèé ôðîíò âõîäíûõ èìïóëüñîâ íå âëèÿåò íà ñõåìó. Ýòîò ñïàä âûçûâàåò ðåçêèé îòðèöàòåëüíûé ýêñïîíåíöèàëüíûé èìïóëüñ, êîòîðûé ïîäàâëÿåòñÿ âíóòðåííèì äèîäîì Øîòòêè íà âõîäå INA. Àíîä ýòîãî âíóòðåííåãî äèîäà ñîåäèíåí ñ çåìëåé, à êàòîä – ñ âõîäîì INA. Ðåçèñòîð RS îãðàíè÷èâàåò ïèêîâûé òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç çàùèòíûé äèîä, ïðèìåðíî äî 10 ìÀ. Âûõîäíîé òîê ìèêðîñõåìû ñîñòàâëÿåò ±4 À. Òèïîâîå ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòîãî òðàíçèñòîðà Q1 ðàâíî 2 ìÎì. Ñîåäèíåíèå âûâîäîâ çàòâîðà è èñòîêà òðàíçèñòîðà Q2 îáðàçóåò äèîä ñâîáîäíîãî õîäà. Òèïîâîå âðåìÿ îáðàòíîãî âîññòàíîâëåíèÿ äèîäà ðàâíî 33 íñ ïðè ïðÿìîì òîêå 25 À. Êîãäà òðàíçèñòîð Q1 âûêëþ÷àåòñÿ, ïèêîâûé òîê äðîññåëÿ òå÷åò ÷åðåç òðàíçèñòîð Q2. Íàïðÿæåíèå VR, âîçíè-
114
êàþùåå íà ìîùíîì ðåçèñòîðå R, äîáàâëÿåòñÿ ê íàïðÿæåíèþ ïèòàíèÿ VDDMOS. Ñóììà ýòèõ íàïðÿæåíèé äîëæíà áûòü ìåíüøå èëè ðàâíà óêàçàííîìó èçãîòîâèòåëåì äîïóñòèìîìó íàïðÿæåíèþ ñòîê-èñòîê òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2. Ïðè òåñòèðîâàíèè ñõåìû ñëåäóåò êîíòðîëèðîâàòü ïîñòîÿííûé òîê èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Äëÿ èäåàëüíîãî ñëó÷àÿ òîê ISID, ïîòðåáëÿåìûé îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, ìîæíî ðàññ÷èòàòü êàê ôóíêöèþ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ñèëîâîé ñåêöèè è ïåðèîäà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ ñëåäóþùèì îáðàçîì:
ISID =
2 1 VDDMOSTPON 1 × × fREP = ILPEAK TPON fR , 2 L 2
ãäå TPON – äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà, fREP – ÷àñòîòà ïîâòîðåíèÿ èìïóëüñîâ, ILPEAK – ïèêîâûé òîê äðîññåëÿ. Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà, òî åñòü âðåìÿ ïðîâîäÿùåãî ñîñòîÿíèÿ êàíàëà Q1, âû÷èñëÿåòñÿ êàê ïðèáëèæåííîå ñîîòíîøåíèå, ñâÿçûâàþùåå âðåìåíà íàðàñòàíèÿ, ñïàäà, âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà:
TPON » TP + t DOFF - t DON + t DMOSOFF æ1 V ö - t DMOSON + ( t R + t F ) × çç - T ÷÷ . è 2 VDD ø ãäå tR – âðåìÿ íàðàñòàíèÿ MOSFET, tF – âðåìÿ ñïàäà MOSFET, tDOFF – âðåìÿ çàäåðæêè âûêëþ÷åíèÿ MOSFET, t D O N – âðåìÿ çàäåðæêè âêëþ÷åíèÿ MOSFET, tDMOSOFF – âðåìÿ âûêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ MOSFET, tDMOSON – âðåìÿ âêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ MOSFET. Ñóììà ðàçíîñòåé çàäåðæåê ðàñïðîñòðàíåíèÿ â ìèêðîñõåìå IC1 è òðàíçèñòîðå Q1 ïîëîæèòåëüíà è ñîñòàâëÿåò 32.1 íñ. VT – ýòî ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå çàòâîð-èñòîê òðàíçèñòîðà Q1. Òèïîâîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ VT, ñîãëàñíî òåõíè÷åñêîìó îïèñàíèþ òðàíçèñòîðà, ñîñòàâëÿåò 1.1 Â, à íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ VDD ðàâíî 5 Â. Ýòè çíà÷åíèÿ äàþò äëÿ ïîñëåäíåãî
ÑÕÅÌÛ
E
÷ëåíà ïðåäûäóùåé ôîðìóëû çíà÷åíèå 9.8 íñ. Òàêèì îáðàçîì, TPON áîëüøå íà 41.9 íñ. Äëÿ õîðîøåé êîíñòðóêöèè àìïåðìåòð áóäåò ïîêàçûâàòü òîê èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ â 1–1.5 ðàçà ïðåâûøàþùèé èäåàëüíîå çíà÷åíèå. Ìîæíî ïðîâåðèòü ïèêîâîå íàïðÿæåíèå íà íàãðóçî÷íîì ðåçèñòîðå R. Äèîäû D1 è D2 è íàêîïèòåëüíûé êîíäåíñàòîð CS âûïîëíÿþò ôóíêöèþ ïèêîâîãî äåòåêòîðà. Èìïóëüñû ïèêîâîãî íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R ñîçäàþò íà CS ïðèìåðíî òîå æå ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå, ÷òî è íà ïèêîâîì äåòåêòîðå. Ïèêîâûé òîê äðîññåëÿ è íàïðÿæåíèå íà ïèêîâîì äåòåêòîðå VRPEAK ñâÿçàíû ñëåäóþùèì ïðèáëèçèòåëüíûì ñîîòíîøåíèåì:
ILPEAK »
VRPEAK . R
Óñòàíîâèòå íàïðÿæåíèå âñïîìîãàòåëüíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, ðàâíûì 5.078 Â, íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ 10  è ÷àñòîòó ïîâòîðåíèÿ òàêòîâûõ èìïóëüñîâ, ðàâíîé 11,387 Ãö. Ïðè òàêèõ óñëîâèÿõ òîê èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ñîñòàâëÿåò 0.327 À, à ïèêîâîå íàïðÿæåíèå ðàâíî 16.4 Â. Ïèêîâûé òîê äðîññåëÿ äîñòèãàåò 30.94 À. Ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëåííîå âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ ðàâíî ïðèáëèçèòåëüíî 1.502 ìêñ.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
Ìèêðîñõåìà äðàéâåðà ñïîñîáñòâóåò çàùèòå MOSFET, áëîêèðóÿ ñõåìó ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè. Åñëè íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ âêëþ÷åíî, à âñïîìîãàòåëüíîå ïèòàíèå âûêëþ÷åíî, íàïðÿæåíèå ñ âûâîäà INA ÷åðåç âíóòðåííèå çàùèòíûå äèîäû ìîæåò ïîïàñòü íà âûâîä VDD. Áëîêèðîâêà ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè ïîääåðæèâàåò óïðàâëÿþùèå âûõîäû îòêëþ÷åííûìè äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå âñïîìîãàòåëüíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íå äîñòèãíåò òèïîâîãî çíà÷åíèÿ íå ìåíåå 4.2 Â. Ñîïðîòèâëåíèå ïîñòîÿííîìó òîêó 0.65 ìÎì äðîññåëÿ ñ ôåððèòîâûì ñåðäå÷íèêîì L ìîæåò ïîêàçàòüñÿ çàâûøåííûì äëÿ äàííîé ñõåìû. Îäíàêî ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ èìïóëüñíîãî òîêà äðîññåëÿ ñîîòâåòñòâóåò ÷àñòîòå, ýêâèâàëåíòíîé ìåãàãåðöîâîìó äèàïàçîíó. Ýôôåêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå äëÿ ýòèõ ïèëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ óâåëè÷èâàåòñÿ çà ñ÷åò ñêèíýôôåêòà è ýôôåêòà áëèçîñòè. Ýòî ýôôåêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ìîæåò âî ìíîãî ðàç ïðåâûøàòü çíà÷åíèå íà ïîñòîÿííîì òîêå. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices ADP3624 2. Datasheet Nexperia BAS116 3. Datasheet Nexperia BAV99 4. Datasheet Texas Instruments CSD17303Q5
115
Ðåãóëèðóåìûé ãåíåðàòîð òðåóãîëüíûõ/ ïèëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ íà îñíîâå òàéìåðà 555 Alfredo Gonzalez Calvin EDN
ïîñòîÿííûì òîêîì I1, è íàïðÿæåíèå íà íåì áóäåò ëèíåéíî âîçðàñòàòü äî òåõ ïîð, ïîêà íå äîñòèãíåò óðîâíÿ 2/3VCC. Êîãäà ýòî ïðîèçîéäåò, óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå òàéìåðà ñòàíåò íèçêèì, è äèîäû D3 è D2 áóäóò ñìåùåíû â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè, à D4 è D1 – â ïðÿìîì, èç-çà ÷åãî êîíäåíñàòîð íà÷íåò ðàçðÿæàòüñÿ ïîñòîÿííûì òîêîì I2 ÷åðåç äèîä D4. VCC
Ð
Ðàáîòà ñõåìû îñíîâàíà íà ëèíåéíîì óâåëè÷åíèè èëè óìåíüøåíèè íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå, êîãäà ïîñòîÿííûé òîê âòåêàåò â êîíäåíñàòîð èëè âûòåêàåò èç íåãî. Åñëè óäàñòñÿ çàðÿæàòü è ðàçðÿæàòü êîíäåíñàòîð îäíèì è òåì æå ïîñòîÿííûì òîêîì, òî íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå áóäåò èìåòü òðåóãîëüíóþ ôîðìó; â ýòîì ñóòü äàííîé ñõåìû (Ðèñóíîê 1). Ïîñëå òîãî, êàê ñõåìà äîñòèãëà óñòàíîâèâøåãîñÿ ñîñòîÿíèÿ, åå ðàáîòà ïðîèñõîäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Êîãäà íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå ðàâíî 1/3VCC, íà âûõîäå òàéìåðà 555 áóäåò âûñîêèé óðîâåíü, â ðåçóëüòàòå ÷åãî äèîäû D1 è D4 áóäóò ñìåùåíû â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè, à D2 è D3 – â ïðÿìîì. Ïîýòîìó êîíäåíñàòîð áóäåò çàðÿæàòüñÿ ÷åðåç äèîä D2
116
VCC I1 1mA
VCC
VCC
GND
D1
D2
DIS
TRIG
1N4148
THRS
OUT
1N4148 V555
CV
RST
D3
D4
1N4148
1N4148
C2 1nF
U1 NE555
+ –
V1 9V
VOUT
VCC C1 100nF
I2 1mA
Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ãåíåðàòîðà òðåóãîëüíûõ/ïèëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ íà îñíîâå òàéìåðà 555.
ÑÕÅÌÛ
Åñëè òîêè I1 è I2 ðàâíû, òî ïåðåõîä îò 1/3VCC ê 2/3VCC áóäåò ïðîèñõîäèòü çà òàêîå æå âðåìÿ, ÷òî è èçìåíåíèå â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè. Îäíàêî, åñëè òîê I1 îòëè÷àåòñÿ îò I2, ìîæíî ãåíåðèðîâàòü ñèãíàëû äðóãîé ôîðìû, òàêèå êàê ïèëîîáðàçíûå èìïóëüñû ñ ïîëîæèòåëüíûì èëè îòðèöàòåëüíûì íàêëîíîì. Âûðàæåíèÿ äëÿ âðåìåíè íàðàñòàíèÿ (TRISE) è ñïàäà (TFALL) áóäóò ñëåäóþùèìè:
TRISE =
VCC C [ñ ]; 3I1
TFALL =
VCC C [ñ ]. 3I2
Òåïåðü ìû äîëæíû ïðèíÿòü âî âíèìàíèå, ÷òî òðàíçèñòîðû Q1 è Q2 íèêîãäà íå âõîäÿò â íàñûùåíèå. Ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå êîëëåêòîðà Q1 áóäåò ïîðÿäêà 2/3VCC + 0.7 Â, ïîñêîëüêó VCC = 9 Â. Ïîýòîìó ñïðîåêòèðîâàòü ñõåìó íóæíî òàê, ÷òîáû èçáåæàòü íàñûùåíèÿ, äëÿ ÷åãî íàïðÿæåíèå ýìèòòåðà äîëæíî áûòü âûøå èëè ðàâíî 2/3VCC + 1 Â. Òàêîé æå ïðèíöèï ïðèìåíÿåòñÿ ê òðàíçèñòîðó Q2. Îäíàêî òåïåðü ìèíèìàëüíîå íàïðÿæåíèå íà êîëëåêòîðå Q2 ñîñòàâëÿåò îêîëî 1/3VCC – 0.7 Â, ïîýòîìó íàïðÿæåíèå íà ýìèòòåðå íóæíî óñòàíîâèòü ìåíüøèì èëè ðàâíûì 1/3VCC – 1 Â. Áëàãîäàðÿ îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè îïåðà-
VCC
VCC
Åñëè I1 è I2 ñäåëàòü çàâèñèìûìè îò VCC, ìîæíî áóäåò óñòðàíèòü çàâèñèìîñòü âðåìåíè îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, ÷òî ñäåëàåò ïðèâåäåííûå âûøå âûðàæåíèÿ äëÿ TRISE è TFALL ôóíêöèÿìè òîëüêî ôèêñèðîâàííûõ ïàðàìåòðîâ (ïîäðîáíåå îá ýòîì íèæå).  öåëÿõ ìîäåëèðîâàíèÿ ïðåäïîëîæèì, ÷òî C = 100 íÔ, I1 = = I2 = 2 ìÀ è VCC = 9 Â, ïîýòîìó TRISE = TFALL = = 150 ìêñ. Êàê âèäíî èç Ðèñóíêà 2, ñõåìà ðàáîòàåò ïðàâèëüíî.
VCC
R1 31k
R2 2k8
+ –
V2 9V
VCC U2 LM358
– V1
Q1 2N3906
+
R3 10k
I1 =
VCC – V1 R1
VCC 9.9
V555
VOUT VCC
GND
D5
D6
8.1
DIS
TRIG
THRS
OUT
1N4148 V555
1N4148
7.2
CV
RST
D7
D8
1N4148
1N4148
Àìïëèòóäà (Â)
9.0
6.3
351.670 ìêñ
5.4
C4 1nF
4.5 3.6 2.7
200.70 ìêñ
VOUT
VCC
U3 NE555
C3 100nF
402.37 ìêñ
1.8
VCC
0.9 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 Âðåìÿ (ìñ)
V2
Ðèñóíîê 2. Ìîäåëèðîâàíèå ñõåìû ãåíåðàòîðà òðåóãîëüíûõ è ïèëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ, ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 1.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
VCC + –
R6 10k
Äàâàéòå òåïåðü ïåðåéäåì ê ðåàëüíîé ñõåìå è ïîñìîòðèì íà îñöèëëîãðàììû ðåàëüíûõ ñèãíàëîâ. Îñíîâíîé ïðèíöèï îñòàëñÿ òåì æå, íî I1 è I2 çàìåíåíû èñòî÷íèêàìè òîêà, ñîñòîÿùèìè èç îäíîé ìèêðîñõåìû óñèëèòåëÿ LM358 è äâóõ òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2 (Ðèñóíîê 3).
I2 =
R5 33k
U1 LM358
V2 R4
Q2 2N3904
R4 1k
Ðèñóíîê 3. Ñõåìà ãåíåðàòîðà òðåóãîëüíûõ/ ïèëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ ñ ìèêðîñõåìîé LM358 è äâóìÿ òðàíçèñòîðàìè, èñïîëüçóåìûìè â êà÷åñòâå èñòî÷íèêîâ òîêà.
117
Ðèñóíîê 4. Îñöèëëîãðàììà òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ èç ñõåìû, ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 1.
öèîííîãî óñèëèòåëÿ ýòî ëåãêî ñäåëàòü ñ ïîìîùüþ äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ (óñòðàíÿÿ çàâèñèìîñòü îò VCC â âûðàæåíèÿõ 1 è 2), ïîñêîëüêó íàïðÿæåíèÿ íà íåèíâåðòèðóþùåì è èíâåðòèðóþùåì âõîäàõ îäèíàêîâû.  äàííîì êîíêðåòíîì ñëó÷àå I1 = I2 = 2 ìÀ, ïîýòîìó äîëæíî ïîëó÷èòüñÿ TRISE = TFALL = = 150 ìêñ. Âûâîäû ïîäòâåðæäàþòñÿ èìïóëüñàìè òðåóãîëüíîé ôîðìû, êîòîðûå ìîæíî óâèäåòü íà Ðèñóíêå 4. Òàêèì îáðàçîì, ñõåìà ðàáîòàåò ïðàâèëüíî, íî åñëè ê ðåçèñòîðàì R1 è R4 ïîñëåäîâàòåëüíî äîáàâèòü ïîòåíöèîìåòðû ïî 10 êÎì, ïîÿâèòñÿ âîçìîæíîñòü èçìåíÿòü îáùåå ñîïðîòèâëåíèå â ýìèòòåðàõ è, ñëåäîâàòåëüíî, èçìåíÿòü òîêè I1 è I2. Åñëè, íàïðèìåð, ïîòåíöèîìåòð â ýìèòòåðå Q2 âûâåðíóòü â 0 Îì, à â
118
Ðèñóíîê 5. Ïèëîîáðàçíûå èìïóëüñû ñ ïîëîæèòåëüíûì íàêëîíîì, ôîðìèðóåìûå ñõåìîé íà Ðèñóíêå 1.
ýìèòòåðå Q1 – â 10 êÎì, òî I2 = 2/1 êÎì = 2 ìÀ è I1 = 2/11 êÎì = 181 ìêÀ, ïîýòîìó äëÿ òîãî, ÷òîáû çàðÿäèòü êîíäåíñàòîð, ïîòðåáóåòñÿ â 11 ðàç áîëüøå âðåìåíè (îêîëî 1.65 ìñ), è ôîðìà âûõîäíûõ èìïóëüñîâ áóäåò ïèëîîáðàçíîé (Ðèñóíîê 5). Èãðàÿ ñ ïîòåíöèîìåòðàìè, ìîæíî ãåíåðèðîâàòü ñèãíàëû ïðîèçâîëüíîé ôîðìû (â îïðåäåëåííûõ ïðåäåëàõ). Ðàçóìååòñÿ, óìåíüøåíèå ñîïðîòèâëåíèé R4 èëè R1 ïðèâåäåò ê óâåëè÷åíèþ òîêîâ I1 è I2 è óìåíüøåíèþ âðåìåíè ñïàäà èëè íàðàñòàíèÿ. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM358 2. Datasheet Diodes NE555
ÑÕÅÌÛ
Ìèêðîêîíòðîëëåð óïðàâëÿåò ðåëå ÷åðåç ðàäèî÷àñòîòíûå ìîäóëè Ricardo Jimenez, Gerardo Quero, Gabriel Lee Álvarez Electronic Design  ýòîé êîíñòðóêöèè, ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ óìíîãî äîìà, èñïîëüçóþòñÿ äâà ìèêðîêîíòðîëëåðà PIC ñ áåñïðîâîäíûìè ðàäèî÷àñòîòíûìè ìîëóîÿìè äëÿ óïðàâëåíèÿ øåñòüþ ðåëå è êîíòðîëÿ äâóõ àíàëîãîâûõ ñèãíàëîâ.
Â
 ýòîé ñòàòüå âû óçíàåòå, êàê ñâÿçàòü äâà ìèêðîêîíòðîëëåðà PIC, èñïîëüçóÿ ïàðó áåñïðîâîäíûõ ìîäóëåé ïåðåäàò÷èêà/ïðèåìíèêà äèàïàçîíà 433 ÌÃö, ÷òîáû óïðàâëÿòü øåñòüþ
ðåëå è êîíòðîëèðîâàòü äâà àíàëîãîâûõ ñèãíàëà. Êîíñòðóêöèÿ íàéäåò ìíîæåñòâî ïðèìåíåíèé, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ñèñòåì óìíîãî äîìà. Êîìïëåêò èñïîëüçóåìûõ â ýòîì óñòðîéLCD1 LM032L
RS R/W E
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 7 8 9 10 11 12 13 14
1 2 3
5Â
4 5 6
VSS VDD VEE
T 27.3 V 0.000
1k
D7 D6 D5 D4
E RS
U1 PIC16F1619 19 18 17 4 3 2
RS E
13 12 11 10
RA0/ICSPDAT RA1/ICSPCLK RA2 RA3/MCLR/VPP RA4 RA5 RB4 RB5 RB6 RB7
RC0 RC1 RC2 RC3 RC4 RC5 RC6 RC7
16 15 14 7 6 5 8 9
D4 D5 D6 D7 5Â
U2 LM34 1 27.0
U5 Ìîäóëü Tx PB1
PB2
PB3
PB4
PB5 Óñò. òåìï.
PB6 Óñò. íàïð.
2
VOUT
C1 1µF
RV1 1k
3 GND DATA VCC ANT
TX
R? 200
5Â
Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ïåðåäàò÷èêà íà îñíîâå ìèêðîêîíòðîëëåðà PIC16F1619.
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
119
ñòâå ðàäèî÷àñòîòíûõ ìîäóëåé (PT2262/ PT2272) ìîæíî êóïèòü ó Digi-Key (P/N: 15971223-ND).
PB5 è PB6 íàñòðîåíû íà óñòàíîâêó òåìïåðàòóðû è íàïðÿæåíèÿ, ñîîòâåòñòâåííî. Òåìïåðàòóðà ìîæåò óñòàíàâëèâàòüñÿ ñ øàãîì 1 °C. Âòîðîé ñèãíàë, êîòîðûé ìîæíî èçìåðèòü, – ýòî íàïðÿæåíèå. Åãî ìîæíî çàäàâàòü ñ øàãîì 10 ìÂ, óñòàíàâëèâàÿ ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå 4.99 Â. Ïðè óñòàíîâêå çíà÷åíèé òåìïåðàòóðû è íàïðÿæåíèÿ ïðîãðàììíî ñîçäàåòñÿ èíòåðâàë, â êîòîðîì èõ ñîñòîÿíèå íå ìåíÿåòñÿ. Ýòî íàçûâàåòñÿ ãèñòåðåçèñîì. Ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû íà ±1 °C íàïðÿæåíèå ìåíÿåòñÿ íà 10 ìÂ. Åñëè íàïðÿæåíèå èëè òåìïåðàòóðà íàõîäÿòñÿ â ïðåäåëàõ äâóõ èíòåðâàëîâ, ðåëå îñòàþòñÿ â ïîñëåäíåì àêòèâíîì ñîñòîÿíèè, âêëþ÷åííîì èëè âûêëþ÷åííîì. Ýòî èñïîëüçóåòñÿ äëÿ òîãî, ÷òîáû èçáåæàòü ïîâðåæäåíèÿ ïîäêëþ÷åííûõ ðåëå.
Íà Ðèñóíêå 1 èçîáðàæåíà ñõåìà ïåðåäàò÷èêà íà îñíîâå ìèêðîêîíòðîëëåðà PIC16F1619. Êíîïêè îò PB1 äî PB4 ïîçâîëÿþò óïðàâëÿòü ÷åòûðüìÿ ðåëå íà ñòîðîíå ìîäóëÿ ïðèåìíèêà, ñõåìà êîòîðîãî ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 2. Ñ ïîìîùüþ êíîïîê PB5 è PB6 óñòàíàâëèâàþòñÿ ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ äëÿ äàò÷èêà òåìïåðàòóðû, ïîäêëþ÷åííîãî ê âûâîäó RC6 ìèêðîêîíòðîëëåðà, è äëÿ ïîòåíöèîìåòðà, ïîäêëþ÷åííîãî ê âûâîäó RC7. Ýòè äâà íàïðÿæåíèÿ óïðàâëÿþò ðåëå 5 è 6, ñîîòâåòñòâåííî, â ìîäóëå ïðèåìíèêà. Ýòó ôóíêöèþ ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ðàáîòû â êà÷åñòâå òåðìîñòàòà â ñèñòåìàõ êîíäèöèîíèðîâàíèÿ. LCD2 LM032L
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
RS R/W E
1k
7 8 9 10 11 12 13 14
1 2 3
5Â
4 5 6
VSS VDD VEE
RELAY RECEIVER
D7_1 D6_1 D5_1 D4_1
E1 RS1
U3 PIC16F1619 19 18 17 4 3 2
RS1 E1
R1
R2
R 220
R3
R 220
13 12 11 10
R4
R 220
R 220
RA0/ICSPDAT RA1/ICSPCLK RA2 RA3/MCLR/VPP RA4 RA5 RB4 RB5 RB6 RB7
RC0 RC1 RC2 RC3 RC4 RC5 RC6 RC7
16 15 14 7 6 5 8 9
R5
R – ÐÅËÅ
D4_1 D5_1 D6_1 D7_1
R6
R 220
R 220
VCC GND GND ANT
VCC
GND OUT
U4 Ìîäóëü Rx
5Â
Ðèñóíîê 2. Ñõåìà ïðèåìíèêà íà îñíîâå ìèêðîêîíòðîëëåðà PIC16F1619, óïðàâëÿþùàÿ øåñòüþ ðåëå.
120
ÑÕÅÌÛ
Ðèñóíîê 3. Ìàêåòíàÿ ïëàòà ïåðåäàò÷èêà â ñáîðå.
Ðèñóíîê 4. Äèñïëåé íà ìàêåòíîé ïëàòå ïðèåìíèêà ïîêàçûâàåò ñîñòîÿíèå ðåëå.
 Ëèñòèíãàõ 1 è 2, äîñòóïíûõ â ðàçäåëå Çàãðóçêè, ïðèâåäåíû èñõîäíûå êîäû äëÿ ïåðåäàþùåãî è ïðèåìíîãî ìîäóëåé, ñîîòâåòñòâåííî. Ìîäóëü ïåðåäàò÷èêà îòîáðàæàåò ôàêòè÷åñêóþ òåìïåðàòóðó, èçìåðÿåìóþ äàò÷èêîì LM34, è íàïðÿæåíèå, ïîñòóïàþùåå ñ ïîäñòðîå÷íîãî ïîòåíöèîìåòðà. Ìîäóëü ïðèåìíèêà îòîáðàæàåò ñîñòîÿíèå êàæäîãî ðåëå.  ýòîé ñõåìå èñïîëüçóþòñÿ óëó÷øåííûå ìîäóëè USART (EUSART), èíòåãðèðîâàííûå â äâà ìèêðîêîíòðîëëåðà PIC16F1619 è PIC16F1614. Ñâÿçü ìåæäó îáîèìè óñòðîéñòâàìè (Rx è Tx) îñóùåñòâëÿåòñÿ â ïîëíîäóïëåêñíîì ðåæèìå. Óñòàíîâëåíèå ñâÿçè íåîáõîäèìî íà÷èíàòü ñî ñòàðòîâîãî áèòà îïðåäåëåííîé äëèòåëüíîñòè, ÷òîáû ïðåäóïðåäèòü ïðèåìíèê î òîì, ÷òî ñåé÷àñ áóäåò ïåðåäàí ïàêåò äàííûõ. Ýòî ïîçâîëÿåò òàêòîâîìó ãåíåðàòîðó ïðèåìíèêà
íà÷àòü ñèíõðîíèçàöèþ ñ íóëåâîãî áèòà. Çàòåì êàæäûé áèò îòïðàâëÿåòñÿ èíäèâèäóàëüíî, íà÷èíàÿ ñ ìëàäøåãî áèòà, è çàêàí÷èâàÿ ñòàðøèì. Êàæäûé áèò èìååò îäèíàêîâûé ïåðèîä. Êàê òîëüêî âñå áèòû ïåðåäàíû, ïðèåìíèê äîëæåí äîæäàòüñÿ ñòîï-áèòà âûñîêîãî óðîâíÿ, óêàçûâàþùåãî íà êîíåö ïåðåäà÷è. Íà Ðèñóíêàõ 3 è 4 ïîêàçàíû ðåàëüíî ñîáðàííûå ñõåìû íà äâóõ ìàêåòíûõ ïëàòàõ. ÐË
Ññûëêà 1. Jimenez, Ricardo, and Alvarez, Gabriel L. “Microcontroller Sends Voltage and Frequency via LowCost Modules”
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microchip PIC16F1619 2. Datasheet Texas Instruments LM34
Çàãðóçêè Èñõîäíûå êîäû äëÿ ïåðåäàþùåãî è ïðèåìíîãî ìîäóëåé
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
121
Áåñïðîâîäíàÿ «áàòàðåÿ» ïèòàåò ìàëîìîùíûå óñòðîéñòâà Carlos Cossio EDN
ÁÁåñïðîâîäíîå ïîäêëþ÷åíèå – ýòî ðàñòó-
îïèñàí ïðîñòîé ïîäõîä ê áåñïðîâîäíîé ïåðåäà÷å ýíåðãèè ìàëîìîùíûì óñòðîéñòâàì íà ðàññòîÿíèå äî 10 ñì.  ñõåìå, ðàáîòàþùèé íà ÷àñòîòå 13.56 ÌÃö, èñïîëüçóåòñÿ ïðèíöèï ðåçîíàíñíî-èíäóêòèâíîé ñâÿçè. Ñèñòåìà ñîñòîèò èç ðàäèî÷àñòîòíîãî ïåðåäàò÷èêà ýíåðãèè è ðàäèî÷àñòîòíîãî ïðèåìíèêà ýíåðãèè. Ñõåìà ïåðåäàò÷èêà, ñîäåðæàùàÿ ãåíåðàòîð, ðàáîòàþùèé íà ÷àñòîòå, 13.56 ÌÃö, ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1. Ãåíåðàòîð îñíîâàí íà ÊÌÎÏ èíâåðòîðå CD4069, ïèòàþùèìñÿ îò áàòàðåè 9  äëÿ ïîëó÷åíèÿ áîëüøîãî ðàçìàõà
ùàÿ òåíäåíöèÿ â ïîðòàòèâíûõ ïîòðåáèòåëüñêèõ ãàäæåòàõ. Îäíàêî êîíñòðóêöèè íå ìîãóò îáåñïå÷èòü èñòèííîé ìîáèëüíîñòè èççà êîðîòêîãî âðåìåíè àâòîíîìíîé ðàáîòû, ïîýòîìó âñå ðàâíî íóæåí øíóð ïèòàíèÿ, ÷òîáû ïîäêëþ÷àòü óñòðîéñòâî ê ýëåêòðîñåòè äëÿ ïîëó÷åíèÿ íåîáõîäèìîé ýíåðãèè èëè ïîäçàðÿäêè àêêóìóëÿòîðîâ. Îäíàêî, áëàãîäàðÿ íèçêèì òðåáîâàíèÿì ê ýíåðãîïîòðåáëåíèþ ñîâðåìåííûõ ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ, èõ ìîæíî ïèòàòü áåç ïðîâîäîâ.  ýòîé ñòàòüå
CD4069 1
2
3
4
5
6
9
8
11
10
13
12
2.2M
BS250
13.56 ÌÃö
33 pF
BS170
50 × 65 ìì 5 ÂÈÒÊÎÂ
33 pF 14
VCC
GND
7 60 pF
9Â
100 nF
Ðèñóíîê 1. Ïðîñòàÿ ñõåìà ãåíåðàòîðà 13.56 ÌÃö ïèòàåò êàòóøêó àíòåííû, ïåðåäàþùóþ ýíåðãèþ ïðèåìíîé ñõåìå íà Ðèñóíêå 2.
122
ÑÕÅÌÛ
3.3 Â DC 1N4001 50 × 65 ìì 5 ÂÈÒÊÎÂ
1N4001
60 pF 1N4001
1N4001
BZX85-C3V3
1 nF
Ðèñóíîê 2. Ïðèåìíèê âûïðÿìëÿåò ñèãíàë ãåíåðàòîðà íà Ðèñóíêå 1, ïèòàÿ ìàëîìîùíûå ïîòðåáèòåëüñêèå óñòðîéñòâà.
íàïðÿæåíèÿ. Äàëåå ñèãíàë ãåíåðàòîðà ïîäàåòñÿ íà äâóõòàêòíûé âûõîäíîé êàñêàä, ñîñòîÿùèé èç äâóõ ìàëîñèãíàëüíûõ MOSFET, îáåñïå÷èâàþùèõ äîñòàòî÷íûé òîê â âûõîäíîé êàòóøêå. Âûõîäíîé ñèãíàë èçëó÷àåòñÿ íàðóæó ñ ïîìîùüþ ïîñëåäîâàòåëüíîãî ðåçîíàíñíîãî LC-êîíòóðà, âêëþ÷àþùåãî êàòóøêó è ïåðåìåííûé êîíäåíñàòîð åìêîñòüþ 60 ïÔ, íàñòðîåííîãî íà ÷àñòîòó 13.56 ÌÃö. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà ñõåìà ïðèåìíèêà ñ LC-öåïüþ, íàñòðîåííîé íà íåñóùóþ ÷àñòîòó 13.56 ÌÃö, êîòîðàÿ ñîñòîèò èç êàòóøêè è âêëþ÷åííîãî ïàðàëëåëüíî ïåðåìåííîãî êîíäåíñàòîðà åìêîñòüþ 60 ïÔ. Ìîñòîâîé âûïðÿìèòåëü, ñîäåðæàùèé ÷åòûðå äèîäà 1N4001, âûïðÿìëÿåò âûñîêî÷àñòîòíóþ ìîùíîñòü. ÊÏÄ âûïðÿìëåíèÿ ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 50%. Äëÿ òîãî, ÷òîáû âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äîñòèãàëî 3.3 Â, ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå íà âûâîäàõ êàòóøêè äîëæíî ñîñòàâëÿòü 9  ïèêïèê. Ïàðàëëåëüíûé ñòàáèëèçàòîð íà ñòàáèëèòðîíå 3.3  îáåñïå÷èâàåò îãðàíè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ âûøå 3.3 Â, ïðåäîòâðàùàÿ âàðè-
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
àöèè óðîâíÿ ìîùíîñòè ïðè èçìåíåíèè ðàññòîÿíèÿ. Êîíäåíñàòîð 1 íÔ ïîñëå âûïðÿìèòåëÿ âûïîëíÿåò áëîêèðîâî÷íóþ ôóíêöèþ. Äâå èäåíòè÷íûå ñïèðàëüíûå àíòåííû ñäåëàíû èç ïÿòè âèòêîâ ýìàëèðîâàííîé ìåäíîé ïðîâîëîêè äèàìåòðîì 1 ìì, ñâåðíóòîé â ôîðìå ïðÿìîóãîëüíèêà ðàçìåðîì 50 × 60 ìì. Åñëè ïðèëîæåíèå äîëæíî ðàáîòàòü íà áîëüøåì ðàññòîÿíèè, ñõåìó ìîæíî óëó÷øèòü, óâåëè÷èâ íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ äî 15  äëÿ óâåëè÷åíèÿ ðàçìàõà íàïðÿæåíèÿ íà êàòóøêå ïåðåäàò÷èêà, ÷òî ïîçâîëÿåò ÊÌÎÏ ìèêðîñõåìà, èñïîëüçóåìàÿ â ñõåìå ãåíåðàòîðà. Êðîìå òîãî, äàëüíîñòü äåéñòâèÿ ìîæíî óâåëè÷èòü, åñëè ñî ñòîðîíû ïåðåäàò÷èêà è ïðèåìíèêà èñïîëüçîâàòü êàòóøêè áîëüøåãî ðàçìåðà. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4069UB 2. Datasheet Vishay BS170 3. Datasheet Vishay BS250
123
Ñêîðîñòüþ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà óïðàâëÿåò ñâåò Firas Mohammed Ali Al-Raie Electronic Design
Ý
Ýòà ñõåìà óïðàâëåíèÿ íà îñíîâå ìèêðîêîíòðîëëåðà 8051 ñ ïîìîùüþ ôîòîäàò÷èêîâ ðåãóëèðóåò ñêîðîñòü íåáîëüøîãî äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà ñ ïîñòîÿííûìè ìàãíèòàìè (Ðèñóíîê 1). Ñõåìà ìîæåò íàéòè ïðèìåíåíèå â ñèñòåìàõ ñëåæåíèÿ çà ñâåòîì äëÿ ðåãóëèðîâêè ñêîðîñòè ñëåäÿùåãî äâèãàòåëÿ â çàâèñèìîñòè îò èíòåíñèâíîñòè ïàäàþùåãî ñâåòà. Åå òàêæå ìîæíî èçìåíèòü äëÿ îäíîâðåìåííîãî óïðàâëåíèÿ áîëåå ÷åì îäíèì äâèãàòåëåì. Ñõåìà è ïðîãðàììà óñòàíàâëèâàþò òðè óðîâíÿ ñêîðîñòè äâèãàòåëÿ, â çàâèñèìîñòè îò ñîñòîÿíèÿ äâóõ ôîòîäàò÷èêîâ, ïîäêëþ÷åííûõ
ê ìèêðîêîíòðîëëåðó. Âõîäíîé ïîðò ìèêðîêîíòðîëëåðà (Ïîðò 1) èçìåðÿåò óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ êàæäîé ñõåìû ôîòîäàò÷èêà, â òî âðåìÿ êàê ïðîãðàììîé, õðàíÿùåéñÿ â ïàìÿòè ìèêðîêîíòðîëëåðà, íà âûâîäå âûõîäíîãî ïîðòà (Ïîðò 2) ôîðìèðóåòñÿ ØÈÌ-ñèãíàë, íåîáõîäèìûé äëÿ óïðàâëåíèÿ ñõåìîé äâèãàòåëÿ. Ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ìîæíî ðåãóëèðîâàòü èíòåíñèâíîñòüþ ñâåòà, ïîïàäàþùåãî íà ôîòîðåçèñòîðû LDR1 è LDR2. Ýòè ôîòîðåçèñòîðû óïðàâëÿþò ñìåùåíèÿìè äâóõ òðàíçèñòîðîâ, ïîäêëþ÷åííûõ ÷åðåç âõîäíîé èíâåðòèðóþùèé áóôåð (74LS240) ê Ïîðòó 1 ìèêðîêîí-
VCC (+5 V)
+5 V
VCC (+5 V)
+5 V
40 31
5.6k
RESET
+
LDR1
–
VCC
EA
P2.0
21
10 µF 9
2N2222
2
VCC A1
YA1 74LS244
18
EA GND EB 1 10 19
RST
R3 8.2k
10k
+5 V AT89C51
+
+5 V
1N4007
+5 V 2
A1
5.6k
YA1 YA2
18
1
16
2
0.1 µF P1.0
2N2222
4
–
P1.1 X1
19
A2 EA GND EB 1 10 19
M1
51k
74LS240
LDR2
10k
VCC
GND 20
X2
18
22 pF
2N2222
10 MHz 22 pF
Ðèñóíîê 1. Â ýòîé ñõåìå óïðàâëåíèÿ ñêîðîñòüþ âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà èñïîëüçóþòñÿ ñòàíäàðòíûå äîñòóïíûå êîìïîíåíòû. Ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ îïðåäåëÿåòñÿ ñâåòîì, ïàäàþùèì íà äâà íåçàâèñèìûõ ôîòîðåçèñòîðà.
124
ÑÕÅÌÛ
òðîëëåðà AT89C51. Áàçîâûå è êîëëåêòîðíûå ðåçèñòîðû ñõåìû ôîòîäàò÷èêà áûëè âûáðàíû îïûòíûì ïóòåì, ÷òîáû ïðàâèëüíî óñòàíîâèòü îáëàñòè îòñå÷êè è íàñûùåíèÿ òðàíçèñòîðîâ. Âûõîäíîé ñèãíàë Ïîðòà 2 ìèêðîêîíòðîëëåðà ïîäàåòñÿ íà ñõåìó äâèãàòåëÿ ÷åðåç íåèíâåðòèðóþùèé áóôåð 74LS244. Êîãäà ñâåò íå ïàäàåò íà êàêîé-ëèáî ôîòîäàò÷èê, åãî ñîïðîòèâëåíèÿ áóäóò áîëüøèìè (äîñòèãàÿ ïðèìåðíî 1 ÌÎì) è, òàêèì îáðàçîì, òðàíçèñòîð âûêëþ÷èòñÿ. Òîãäà íàïðÿæåíèå íà êîëëåêòîðå ýòîãî òðàíçèñòîðà áóäåò âûñîêèì (+5 Â). Ïðè óâåëè÷åíèè ñâåòîâîãî ïîòîêà, ïàäàþùåãî íà ôîòîðåçèñòîð, åãî ñîïðîòèâëåíèå óìåíüøàåòñÿ, äîñòèãàÿ ïðèìåðíî 1 êÎì ïðè ïîëíîì îñâåùåíèè, òåì ñàìûì, âûçûâàÿ âêëþ÷åíèå ñâÿçàííîãî ñ íèì n-p-n òðàíçèñòîðà.  ýòîì ñëó÷àå íàïðÿæåíèå íà êîëëåêòîðå òðàíçèñòîðà áóäåò íèçêèì. Äëÿ èíâåðòèðîâàíèÿ óðîâíåé ñèãíàëîâ íà êîëëåêòîðàõ òðàíçèñòîðîâ èñïîëüçóåòñÿ ìèêðîñõåìà èíâåðòèðóþùåãî áóôåðà 74LS240. Ýòîò áóôåð òàêæå èñïîëüçóåòñÿ äëÿ çàùèòû Ïîðòà 1 ìèêðîêîíòðîëëåðà 8051. Áóôåð 74LS244 çàùèùàåò Ïîðò 2 ìèêðîêîíòðîëëåðà îò öåïè äâèãàòåëÿ è îáåñïå÷èâàåò òîê, äîñòàòî÷íûé äëÿ óïðàâëåíèÿ âûõîäíûì òðàíçèñòîðîì. Äâèãàòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà ïîäêëþ÷åí ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ +5  ÷åðåç óïðàâëÿþùèé òðàíçèñòîð. Îáðàòíûé äèîä ïîäêëþ÷åí ê äâèãàòåëþ äëÿ çàùèòû òðàíçèñòîðà îò ëþáîãî îáðàòíûõ âûáðîñîâ íàïðÿæåíèÿ. Êîíäåíñàòîð â öåïè äâèãàòåëÿ óñòðàíÿåò ýëåêòðîìàãíèòíûå ïîìåõè è øóìû, âîçíèêàþùèå âî âðåìÿ ðàáîòû ìîòîðà. Êîãäà ñèãíàë íà âûõîäå P2.0 èìååò óðîâåíü «ëîã. 1», òîê ïðîõîäèò ÷åðåç áóôåð è áàçó óïðàâëÿþùåãî òðàíçèñòîðà. Ñîîòâåòñòâåííî, âêëþ÷àþòñÿ óïðàâëÿþùèé òðàíçèñòîð è äâèãàòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà. Íà âûâîäå P2.0 âûðàáàòûâàåòñÿ ØÈÌ ñèãíàë, ñðåäíåå
çíà÷åíèå êîòîðîãî ðåãóëèðóåò ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ ÷åðåç óïðàâëÿþùèé òðàíçèñòîð. Ýòîò ñèãíàë ôîðìèðóåò ïðîãðàììà, õðàíÿùàÿñÿ â ïàìÿòè ìèêðîêîíòðîëëåðà 8051 è äîñòóïíàÿ äëÿ ñêà÷èâàíèÿ â ðàçäåëå Çàãðóçêè. Óïðàâëÿþùàÿ ïðîãðàììà áûëà ïðåîáðàçîâàíà â ìàøèííûé hex-êîä ñ èñïîëüçîâàíèåì àññåìáëåðà ASEM-51, à çàòåì ïðîøèòà âî ôëýø-ïàìÿòü AT89C51 ñ ïîìîùüþ êîììåð÷åñêîãî óíèâåðñàëüíîãî ïðîãðàììàòîðà. Âûáîð íåîáõîäèìîé ñêîðîñòè äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò óïðàâëåíèÿ ñâåòîì, ïàäàþùèì íà LDR1 è LDR2 (Òàáëèöà 1).
Òàáëèöà 1. Óðîâíè ñêîðîñòè äâèãàòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ
Ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ
LDR2
LDR1
ÂÛÊË.
ÂÛÊË.
0%
ÂÛÊË.
ÂÊË.
25%
Ìèíèìàëüíàÿ
ÂÊË. ÂÊË.
ÂÛÊË. ÂÊË.
50% 100%
Ñðåäíÿÿ Ìàêñèìàëüíàÿ
Îñòàíîâ
Ïîðò 1 îïðåäåëåí êàê âõîäíîé ïîðò, à Ïîðò 2 – êàê âûõîäíîé. Ñèãíàë, ïðèíÿòûé Ïîðòîì 1, ìàñêèðóåòñÿ äâîè÷íûì ÷èñëîì 00000011 ñ ïîìîùüþ ëîãè÷åñêîé èíñòðóêöèè ANL, ÷òîáû ïðîâåðèòü çíà÷åíèå, ïîëó÷åííîå Ïîðòîì 1, â çàâèñèìîñòè îò ñîñòîÿíèé ôîòîäàò÷èêîâ. Ýòî çíà÷åíèå ñðàâíèâàåòñÿ ñ 00, 01, 02 è 03, ÷òîáû îòïðàâèòü ñîîòâåòñòâóþùèé ØÈÌ ñèãíàë â öåïü óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëåì. Ïîäïðîãðàììà çàäåðæêè âêëþ÷åíà äëÿ ñîçäàíèÿ íåîáõîäèìîãî âðåìåíè çàäåðæêè äëÿ òðåáóåìûõ ñèãíàëîâ ØÈÌ. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microchip AT89C51 2. Datasheet Texas Instruments SN74LS240 3. Datasheet Texas Instruments SN74LS244
Çàãðóçêè DC motor speed control
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
125
Ãåíåðàòîðó Õàðòëè íå íóæíû ñâÿçàííûå êàòóøêè èíäóêòèâíîñòè Jim McLucas EDN
È
Èçó÷èòå òðàäèöèîííûå ñõåìû ãåíåðàòîðà Õàðòëè, è âû çàìåòèòå èõ îòëè÷èòåëüíóþ ÷åðòó: êàòóøêó èíäóêòèâíîñòè ñ îòâîäîì, êîòîðàÿ îïðåäåëÿåò ÷àñòîòó êîëåáàíèé è îáåñïå÷èâàåò îáðàòíóþ ñâÿçü, ïîääåðæèâàþùóþ êîëåáàíèÿ. Õîòÿ ðàññ÷èòàòü îáùóþ èíäóêòèâíîñòü, íåîáõîäèìóþ äëÿ äàííîé ÷àñòîòû, ìîæíî ëåãêî, îïðåäåëåíèå êîýôôèöèåíòà ñâÿçè k ñîïðÿæåíî ñ òåõíè÷åñêèìè òðóäíîñòÿìè è ìîæåò ïîòðåáîâàòü ýêñïåðèìåíòàëüíîé îïòèìèçàöèè, èíûìè ñëîâàìè, ìåòîäà «ïðîá è îøèáîê».  ýòîé ñòàòüå ïðåäñòàâëåíà àëüòåðíàòèâíàÿ ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà, ïîçâîëÿþùàÿ ñìîäåëèðîâàòü ñõåìó ïåðåä ñîçäàíèåì ïðîòîòèïà. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíû ýêâèâàëåíò íàñòðîåííîé ñõåìû ãåíåðàòîðà Õàðòëè è íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ äëÿ ÷àñòîòû 18 ÌÃö.
(à)
k=0.250 LM=92.5 nH
L M = k L1 ´ L 2 . Ôîðìóëû äëÿ ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû èìåþò âèä:
L A = - LM , LB = L 2 - L A = L 2 + LM è
L C = L1 - L A = L1 + L M . Îñòàëüíûå ôîðìóëû äëÿ ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû òàêîâû:
CA =
1 , (2pfO )2 L A
LB 907.5 nH
L2 815 nH C 67 pF
Âçàèìíàÿ èíäóêòèâíîñòü ðàâíà
C 67 pF L1 168 nH
(á)
LA –92.5 nH LC 260.5 nH
LB 907.5 nH C 67 pF
CA 845 pF
LC 260.5 nH
(â)
Ðèñóíîê 1. Ðåçîíàíñíûé êîíòóð òðàäèöèîííîãî ãåíåðàòîðà Õàðòëè ñîñòîèò èç êàòóøêè èíäóêòèâíîñòè ñ îòâîäîì è êîíäåíñàòîðà (à). Ïðè ó÷åòå âçàèìíîé ñâÿçè ìåæäó îáìîòêàìè ïîëó÷àåòñÿ ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà ñ îòðèöàòåëüíîé èíäóêòèâíîñòüþ (á). Çàìåíà îòðèöàòåëüíîé èíäóêòèâíîñòè êîíäåíñàòîðîì äàåò ëåãêî ìîäåëèðóåìóþ ýêâèâàëåíòíóþ ñõåìó (â).
126
ÑÕÅÌÛ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
+
C18 4.7 µF
C19 0.22 µF
R17 73.2k
ÓÏÐÀÂËßÞÙÅÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ
LC 0.2605 µH
D2 SD101C
C9 0.01 µF
R2 C8 39 pF 100k
C20 220 pF
R18 43.2k
CA 845 pF
D3 SD101C
R3 39
L2 8.3 µH
C21 220 pF
R6 10k
R7 27k
R4 4.3k
C11 220 pF
G1
G2
Q2 BF998
R5 47k
R10 220
R9 220
S
D
C12 0.01 µF
R13 10k
C14 560 pF
R11 13k Q3 2N3904
L3 620 nH
C15 0.01 µF
R14 220
R12 22
C17 200 pF ÍÀÃÐ. R19 50
ÂÛÕÎÄ
C16 240 pF
1 . (2pfO ) k L1 ´ L 2 2
C5 33 pF
C6 10 pF
C7 18 pF
S
Q1 BF998
C10 0.01 µF
R8 22
C13 0.01 µF
è
C4 27 pF
LB 0.9075 µH
ÐÅÇÎÍÀÍÑÍÛÉ ÊÎÍÒÓÐ
C3 560 pF
G1
G2
D
D1 1N4370A
ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: L1, L2: 6 ÂÈÒÊΠÏÐÎÂÎÄÀ 0.6 ìì ÍÀ ÑÅÐÄÅ×ÍÈÊÅ FAIR-RITE 2643002402. L3: 5 ÂÈÒÊΠÏÐÎÂÎÄÀ 0.4 ìì ÍÀ ÑÅÐÄÅ×ÍÈÊÅ CWS BYTEMARK FT-23-61. LB: 11 ÂÈÒÊΠÏÐÎÂÎÄÀ 0.64 ìì ÍÀ ÊÀÐÊÀÑÅ ÁÅÇ ÑÅÐÄÅ×ÍÈÊÀ, ÑÐÅÄÍÈÉ ÄÈÀÌÅÒÐ 11.4 ìì, ÄËÈÍÀ 11.4 ìì. LC: 7 ÂÈÒÊΠÏÐÎÂÎÄÀ 0.64 ìì ÍÀ ÊÀÐÊÀÑÅ ÁÅÇ ÑÅÐÄÅ×ÍÈÊÀ, ÑÐÅÄÍÈÉ ÄÈÀÌÅÒÐ 11.4 ìì, ÄËÈÍÀ 7 ìì. ÑÐÅÄÍÈÉ ÄÈÀÌÅÒÐ – ÝÒÎ ÄÈÀÌÅÒÐ ÑÅÐÄÅ×ÍÈÊÀ ÏËÞÑ ÎÄÈÍ ÄÈÀÌÅÒÐ ÏÐÎÂÎÄÀ.
1 2p (LB + L C )C
R16 3.01k
ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ ÂÛÕÎÄÍÎÃÎ ÓÐÎÂÍß R15 5k
R1 10k
C2 0.01 µF
C1 0.01 µF
L1 8.3 µH
CA =
CA=680 pF+150 pF+15 pF=845 pF.
9.5 Â ±2%
fO =
Ê ñîæàëåíèþ, èñòèííî ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà òðåáóåò îòðèöàòåëüíîé èíäóêòèâíîñòè LA. Îäíàêî äëÿ ÷àñòîò, áëèçêèõ ê ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòå f0, îòðèöàòåëüíóþ èíäóêòèâíîñòü ìîæíî çàìåíèòü êîíäåíñàòîðîì, êàê íà Ðèñóíêå 1â, ãäå CA çàìåíÿåò LA. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî â ýêâèâàëåíòíîé ñõåìå íå
Ðèñóíîê 2. Â ýòîì 18-ìåãàãåðöîâîì ãåíåðàòîðå ñ áóôåðèçîâàííûì âûõîäîì èñïîëüçóåòñÿ ðåçîíàíñíûé êîíòóð, ðàáîòà êîòîðîãî íå çàâèñèò îò âçàèìíîé ñâÿçè êàòóøåê èíäóêòèâíîñòè.
127
áûëè ó÷òåíû ïàðàçèòíûå ñîïðîòèâëåíèÿ è åìêîñòè îáìîòîê. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíû ãåíåðàòîð è âûõîäíîé áóôåð, ïîñòðîåííûå íà îñíîâå ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû. Ñîáðàííûé ìàêåò ñõåìû â öåëîì ðàáîòàë òàê, êàê îæèäàëîñü ïîñëå ïåðâîíà÷àëüíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ â Spice. Âî âðåìÿ òåñòèðîâàíèÿ íîìèíàëû íåñêîëüêèõ êîìïîíåíòîâ ïîòðåáîâàëè êîððåêöèè, è íåñêîëüêî èòåðàöèé àíàëèçà â Spice â èòîãå ïðèâåëè ê îêîí÷àòåëüíîé ñõåìå. Ðåçîíàíñíûé êîíòóð ñõåìû ñîñòîèò èç ýëåìåíòîâ LB, LC, C4 è C5, à òàêæå âêëþ÷àåò â ñåáÿ åìêîñòü äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ C6, C7 è C8 – ïðèìåðíî 6 ïÔ, âêëþ÷àÿ âõîäíûå åìêîñòè òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2 è íåêîòîðóþ ïàðàçèòíóþ åìêîñòü. Îáùàÿ åìêîñòü êîíòóðà 66 ïÔ ïðèáëèçèòåëüíî ñîîòâåòñòâóåò ðàñ÷åòíîìó çíà÷åíèþ 67 ïÔ. Êîíäåíñàòîðû, ïîäêëþ÷àåìûå ê ðåçîíàíñíîìó êîíòóðó, äîëæíû èìåòü êåðàìè÷åñêèé äèýëåêòðèê ñ òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì NP0. Êàòóøêè LB è LC íàìîòàíû íà êàðêàñå áåç ñåðäå÷íèêà; èõ îñè ðàñïîëîæåíû ïîä ïðÿìûì óãëîì äðóã ê äðóãó, ÷òîáû ñâåñòè ê ìèíèìóìó ïàðàçèòíóþ ñâÿçü. Îäíàêî íà èõ èíäóêòèâíîñòè âëèÿåò âèáðàöèÿ, è â îêîí÷àòåëüíîé êîíñòðóêöèè îáå êàòóøêè äîëæíû áûòü íàìîòàíû ëèáî íà äèýëåêòðè÷åñêèõ ñåðäå÷íèêàõ, ëèáî íà òîðîèäàëüíûõ, åñëè òåìïåðàòóðíûå êîýôôèöèåíòû èíäóêòèâíîñòè êàòóøåê íà òîðîèäàëüíûõ ñåðäå÷íèêàõ ïðèåìëåìû äëÿ ïðåäïîëàãàåìîãî ïðèìåíåíèÿ. Îïèñàíèå êîíñòðóêöèé îáåèõ êàòóøåê ìîæíî íàéòè â [1]; òàì æå ïîêàçàíî, êàê ðåãóëèðîâêîé ðàññòîÿíèÿ ìåæäó âèòêàìè íàñòðîèòü ãåíåðàòîð òî÷íî íà 18 ÌÃö. Ïðè áîëåå ñòðîãîì ïîäõîäå ê êîíñòðóèðîâàíèþ ìîæíî èçìåðèòü èíäóêòèâíîñòè êàòóøåê ïåðåä óñòàíîâêîé, íî ïàðàçèòíûå ýôôåêòû ìîãóò ïîòðåáîâàòü íåêîòîðîé äîïîëíèòåëüíîé ðåãóëèðîâêè. Åìêîñòíîé äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ C6, C7 è C8 îáåñïå÷èâàåò íóæíûå óðîâíè ñèãíàëîâ, ïîäàâàåìûõ íà òðàíçèñòîðû Q1 è Q2. Ïîñêîëüêó ýôôåêòèâíàÿ åìêîñòü äåëèòåëÿ, «âèäèìàÿ» êîëåáàòåëüíûì êîíòóðîì, ñîñòàâëÿåò âñåãî 6 ïÔ, îñòàâøèåñÿ 60 ïÔ, ñîñòîÿùèå èç C4 è C5, ìîæíî çàìåíèòü êîíäåíñàòîðîì ïåðåìåííîé åìêîñòè, åñëè êîíñòðóêöèÿ òðåáóåò âîçìîæíîñòè ïåðåñòðîéêè ÷àñòîòû ãåíåðàòîðà.  ýòîì ïðèìåðå âûõîäíîé êàñêàä,
128
ñîñòîÿùèé èç òðàíçèñòîðà Q3 è ñâÿçàííûõ ñ íèì êîìïîíåíòîâ, ïîòðåáóåò ìîäèôèêàöèè äëÿ ðàñøèðåíèÿ ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ, åñëè äèàïàçîí ïåðåñòðîéêè ãåíåðàòîðà äîëæåí ïðåâûøàòü ±2 ÌÃö. Ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü, ñîçäàâàåìàÿ êîíäåíñàòîðîì C3, âêëþ÷åííûì ìåæäó çàòâîðîì 2 òðàíçèñòîðà Q1 è åãî èñòîêîì, îáåñïå÷èâàåò äîïîëíèòåëüíîå óñèëåíèå è ñíèæàåò è áåç òîãî íèçêóþ âõîäíóþ åìêîñòü çàòâîðà 1 äî çíà÷åíèÿ, ðàâíîãî ïðèìåðíî 2.1 ïÔ [2]. Êàòóøêà L2 èíäóêòèâíîñòüþ 8.3 ìêÃí ñ ñîïðîòèâëåíèåì ïîñòîÿííîìó òîêó ìåíåå 2 Îì, âêëþ÷åííàÿ â èñòîê òðàíçèñòîðà Q1, èìååò îòíîñèòåëüíî âûñîêèé èìïåäàíñ íà ÷àñòîòå 18 ÌÃö è îáåñïå÷èâàåò ïóòü äëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà îò èñòîêà Q1 ê çåìëå ÷åðåç ðåçèñòîð R3. Íà ÷àñòîòå 18 ÌÃö èìïåäàíñ L2 ñîñòîèò èç èíäóêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïîðÿäêà 940 Îì è ïàðàëëåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ îêîëî 3.5 êÎì, ÷òî îáðàçóåò äðîññåëü ñ î÷åíü íèçêîé äîáðîòíîñòüþ. Ïðè óñëîâèè, ÷òî åãî èíäóêòèâíîñòü è ðåàêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ïðèáëèçèòåëüíî ñîîòâåòñòâóþò ïåðâîíà÷àëüíûì çíà÷åíèÿì L2, ìîæíî çàìåíèòü L2 äðîññåëåì ôèçè÷åñêè ìåíüøåãî ðàçìåðà. Ñâîéñòâà äðîññåëÿ L1 ìåíåå êðèòè÷íû, íî îí äîëæåí èìåòü íèçêóþ äîáðîòíîñòü îò 4 äî 6 è ñîïðîòèâëåíèå ïîñòîÿííîìó òîêó ïðèìåðíî 5 Îì èëè ìåíüøå.  êà÷åñòâå L1 ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñòàíäàðòíûé äðîññåëü, åñëè îí ñîîòâåòñòâóåò ýòèì òðåáîâàíèÿì. Èñòîêîâûé ïîâòîðèòåëü Q2 óïðàâëÿåò âûõîäíûì êàñêàäîì, â êîòîðîì äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ âûõîäíîé íàãðóçêè 50 Îì â 285 Îì íà êîëëåêòîðå Q3 èñïîëüçóåòñÿ Ï-îáðàçíàÿ ñîãëàñóþùàÿ öåïü. Óâåëè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå 2 òðàíçèñòîðà Q2 íà ïîëîâèíó âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ êàñêàäà ñ ïîìîùüþ êîíäåíñàòîðà C11 óâåëè÷èâàåò óñèëåíèå è äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí èñòîêîâîãî ïîâòîðèòåëÿ, à òàêæå óìåíüøàåò åãî âõîäíóþ åìêîñòü. Äëÿ ðåãóëèðîâêè óðîâíÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà ñõåìû â ïðèìåðíîì äèàïàçîíå îò 0.9  ïèê-ïèê äî 1.5  ïèê-ïèê ïðè íàãðóçêå 50 Îì ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïîòåíöèîìåòð R15. Ïðè ïîñòîÿííîé êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå îêîëî 23 °C ÷àñòîòà îñòàåòñÿ ñòàáèëüíîé, à ñõåìà, óïðàâëÿþùàÿ óðîâíåì âûõîäíîãî ñèãíàëà, ñîõðàíÿåò óñòîé÷èâîñòü äàæå ïðè îòñóòñòâèè íàãðóçêè íà âûõîäå. Äëÿ ïðèëîæåíèé ñ ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòîé íàãðóæåííàÿ äîáðîò-
ÑÕÅÌÛ
íîñòü âûõîäíîé öåïè, ðàâíàÿ 4, îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ, ÷òîáû èñêëþ÷èòü íåîáõîäèìîñòü ïåðåíàñòðîéêè ïðè íåáîëüøèõ èçìåíåíèÿõ ÷àñòîòû. ×òîáû óñòàíîâèòü áåçîïàñíûé ìàêñèìóì óðîâíÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà, íóæíî ïîäêëþ÷èòü ê âûõîäó íàãðóçêó 50 Îì, à çàòåì íàñòðîèòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíûì 1.5  ïèêïèê. Íàïðÿæåíèå, ïðèëîæåííîå ìåæäó ñòîêîì è èñòîêîì òðàíçèñòîðà Q1, îñòàíåòñÿ íà áåçîïàñíîì óðîâíå ïðè ëþáûõ íàãðóçêàõ îò 50 Îì äî õîëîñòîãî õîäà, äàæå åñëè óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè. ×òîáû íå ïðåâûñèòü ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå íàïðÿæåíèå 12  ìåæäó ñòîêîì è èñòîêîì òðàíçèñòîðà Q1, óñòàíîâëåííîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðè íàãðóçêå 50 Îì íå äîëæíî áûòü áîëüøå 1.5 Â. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ñòàáèëèòðîí D1 ñíèæàåò íàïðÿæåíèå íà ñòîêå Q1, ÷òîáû îáåñïå÷èòü äîïîëíèòåëüíûé çàïàñ íàäåæíîñòè.  ïðåäûäóùåé ñòàòüå [3] óñèëåíèå ãåíåðàòîðà óñòàíàâëèâàëîñü îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì è äèîäíûì âûïðÿìèòåëåì, êîòîðûå âûðàáàòûâàëè óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå, ïîäàâàåìîå íà çàòâîð 2 òðàíçèñòîðà Q1.  äàííîé êîíñòðóêöèè òîé æå öåëè ñëóæèò ïðîñòàÿ ïàññèâíàÿ öåïü. ×àñòü ñèãíàëà ñ êîëëåêòîðà òðàíçèñòîðà Q3 ïîäàåòñÿ íà óäâîèòåëü íàïðÿæåíèÿ, ñîñòîÿùèé èç ýëåìåíòîâ
ÐàäèîËîöìàí 09,10-2022
D2, D3, C20 è C21. ×àñòü îòðèöàòåëüíîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óäâîèòåëÿ ïîäàåòñÿ â òî÷êó ñîåäèíåíèÿ R18 è C19 – óçåë óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ, êóäà ÷åðåç ðåçèñòîð R17 òàêæå ïðèõîäèò ïîëîæèòåëüíîå íàïðÿæåíèå îò ïîòåíöèîìåòðà R 15 , è ðåçóëüòèðóþùåå íàïðÿæåíèå çàäàåò óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà. Ïðè âêëþ÷åíèè ñõåìû íà çàòâîðå 2 òðàíçèñòîðà Q1 ïðèñóòñòâóåò òîëüêî ïîëîæèòåëüíîå íàïðÿæåíèå, è áëàãîäàðÿ ìàêñèìàëüíîìó óñèëåíèþ Q1 ãåíåðàòîð ëåãêî çàïóñêàåòñÿ. Ïî äîñòèæåíèè óñòàíîâèâøåãîñÿ ðåæèìà óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå óìåíüøàåòñÿ è ïîääåðæèâàåò àìïëèòóäó êîëåáàíèé, óñòàíîâëåííóþ ðåãóëÿòîðîì âûõîäíîãî óðîâíÿ. ÐË
Ññûëêè 1. Reed, Dana G, Editor, "Calculating Practical Inductors," ARRL Handbook for Radio Communications, 82nd Edition, American Radio Relay League, 2005, pg 4.32. 2. "Practical FET Cascode Circuits, Designing with Field-Effect Transistors," Siliconix Inc, 1981, pg 79. 3. Jim McLucas. Âûñîêîñòàáèëüíûé ãåíåðàòîð ãàðìîíè÷åñêèõ êîëåáàíèé 18 ÌÃö ñ íèçêèìè èñêàæåíèÿìè è àâòîìàòè÷åñêîé ðåãóëèðîâêîé óðîâíÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet NXP BF998 2. Datasheet Vishay SD101C
129
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!