radiolotsman_03042022

Æóðíàë ðàçðàáîò÷èêîâ ýëåêòðîíèêè

WWW.RLOCMAN.RU

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Ìàðò-Àïðåëü 2022 (119)

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!

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Ìàðò-Àïðåëü 2022 (119) Ãëàâíûé ðåäàêòîð: À. Íèêîëàåâ

Íîâîñòè 4 Ðîññèéñêèå ó÷åíûå óñïåøíî ïðîâåëè èññëåäîâàòåëüñêèå èñïûòàíèÿ ëîêàòîðà äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ Çåìëè

5 Ðîñòåõ ïîêàçàë âîçìîæíîñòè ïåðâîãî â ñòðàíå ìèíèàòþðíîãî OLED-äèñïëåÿ 6 Ñîçäàí íàíîêîìïîçèò äëÿ ïðîèçâîäñòâà ðîññèéñêèõ ñóïåðêîíäåíñàòîðîâ 7 «Ïðîìýëåêòðîíèêà» ïðåäëàãàåò ìèêðîêîíòðîëëåðû Nuvoton NUC906DK61Y è NUC907DK61Y ñ ïîääåðæêîé Linux

8 Ïàìÿòè ïèîíåðà ýðû ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ Äæîíà Ðîó÷à 9 E-PEAS ïðåäñòàâëÿåò ìèêðîñõåìû óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì äëÿ óñòðîéñòâ ñáîðà èìïóëüñíîé ýíåðãèè

Ñòàòüè

Äèðåêòîð: Ñ. Ìóðàò÷àåâ

10 Óïðàâëåíèå ðàñïðåäåëåíèåì òîêîâ ïàðàëëåëüíûõ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé 16 Íåáîëüøîé êîíäåíñàòîð ïîääåðæèâàåò ðàáîòîñïîñîáíîñòü òåëåêîììóíèêàöèîííîãî îáîðóäîâàíèÿ ïðè ñáîÿõ ïèòàíèÿ

Íàä íîìåðîì ðàáîòàëè: Ì. Áàñêîâ Ä. Çàõàðîâ Â.Êîëåñíèê Î. Ëåâàøîâ Ñ. Ìóðàò÷àåâ À. Íèêîëàåâ À. Ðóñó

18 LC-ãåíåðàòîð ñî ñòàáèëüíîé àìïëèòóäîé 23 Îäèí ðåçèñòîð äåëàåò êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ãåíåðàòîðà íà LM555 ðàâíûì 50% Óñîâåðøåíñòâîâàííûé óñèëèòåëü äëÿ óïðàâëåíèÿ ÀÖÏ ñ äèôôåðåíöèàëüíûìè âõîäàìè Øóíòîâîé ðåãóëÿòîð ñëóæèò íåäîðîãèì îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì â èñòî÷íèêå ïèòàíèÿ Èäåàëüíûå ïåðåêëþ÷àòåëè ñîçäàþò ñâîè ñîáñòâåííûå ïðîáëåìû Èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà óëó÷øàåò êîìïåíñàöèþ íàêëîíà ïèëû â èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêàõ ïèòàíèÿ 35 Äâóïîëÿðíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ íà îñíîâå äâóõ îäíîïîëÿðíûõ èñòî÷íèêîâ ïîñòîÿííîãî òîêà

26 28 30 32

Ñõåìû

rlocman@rlocman.ru

38 43 46 49 50 52 54

+7 (495) 721-72-14

58

www.rlocman.ru

61 64 67

Ïî âîïðîñàì ðàçìåùåíèÿ ðåêëàìû, ïóáëèêàöèè àâòîðñêèõ ìàòåðèàëîâ, ñ çàìå÷àíèÿìè è ïîæåëàíèÿìè îáðàùàòüñÿ:

Å

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

68 70 72 75 78 81 83 86 88 92 94 96 98 100 102 105 108 110 112 114 118 120

Êîìáèíèðîâàííûå ñòàáèëèçàòîðû íàïðÿæåíèÿ Êîìïàêòíûé è ýêîíîìè÷íûé èìïóëüñíûé äðàéâåð ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ Ðåçèñòèâíàÿ íàãðóçêà äëÿ òåñòèðîâàíèÿ íèçêîâîëüòíûõ èñòî÷íèêîâ ïåðåìåííîãî òîêà Èñïîëüçîâàíèå ñâåòîäèîäà â êà÷åñòâå ôîòîäèîäà Óïðàâëåíèå òåìïåðàòóðîé êåðàìè÷åñêîãî íàãðåâàòåëÿ ïàÿëüíèêà Àíàëîãîâûé êîíòðîëëåð ïàÿëüíîé ñòàíöèè Èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü îáåñïå÷èâàåò âûñîêèé CMRR ïðè íèçêîì íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ îïòðîíà ñíèæàåò ïîòðåáëåíèå òîêà è çàìåäëÿåò ñòàðåíèå ñâåòîäèîäà Äåëèòåëè ÷àñòîòû íà ÷åòíîå ÷èñëî îò 2 äî 18 è ëþáîå öåëîå ÷èñëî îò 1 äî 9 Äâóõòàêòíûé ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèÿ Îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó ýêîíîìÿò ýíåðãèþ â ôîòîäèîäíûõ ïðèëîæåíèÿõ Óñîâåðøåíñòâîâàííûé èçîëèðîâàííûé èìïóëüñíûé äðàéâåð ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ Ïðåöèçèîííûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ñ âûõîäíûì òîêîì 80 ìÀ Óñòðîéñòâî íà ÊÌÎÏ ýëåìåíòàõ èçìåðÿåò åìêîñòè ïèêîôàðàäíîãî äèàïàçîíà Äåëèòåëè ÷àñòîòû íà ÷åòíîå ÷èñëî îò 2 äî 256 è ëþáîå öåëîå ÷èñëî îò 1 äî 128 Ïðîñòàÿ ñõåìà óïðàâëåíèÿ ìÿãêèì çàïóñêîì ØÈÌ-êîíòðîëëåðà Èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü íà îñíîâå ñäâîåííîãî ÎÓ Èçîëèðîâàííàÿ ñõåìà ëèíåéíîãî óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ ïåðåìåííîãî òîêà Ãèñòåðåçèñ êîìïàðàòîðà çàâèñèò îò óðîâíÿ ñèãíàëà Óíèâåðñàëüíûé ëèíåéíûé ðåãóëÿòîð íà îñíîâå LP2951, óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì Ïèêîâûé äåòåêòîð ñ ôóíêöèÿìè âûáîðêè è âûêëþ÷åíèÿ Èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü ðàñøèðÿåò âîçìîæíîñòè DSO Àñèììåòðè÷íûé âûõîäíîé êàñêàä ïðåâðàùàåò êîíäåíñàòîð â èäåàëüíûé äèîä Ñõåìà îãðàíè÷èòåëÿ ñíèæàåò èñêàæåíèÿ è âðåìÿ âîññòàíîâëåíèÿ Íåäîðîãîé èìïóëüñíûé ïðåîáðàçîâàòåëü 5  â 24  Ñâåðõìàëîøóìÿùèé óñèëèòåëü ñ ðåãóëèðóåìûì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ Ñèíòåç ïåðåìåííîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ñ ãèïåðáîëè÷åñêîé ôóíêöèîíàëüíîé õàðàêòåðèñòèêîé Ïðîñòàÿ öåïü îáðàòíîé ñâÿçè ïîâûøàåò ÊÏÄ Íåäîðîãîé èçìåðèòåëü èíäóêòèâíîñòè íà îäíîé ìèêðîñõåìå ØÈÌ-ãåíåðàòîðû ñ íåçàâèñèìûìè ðåãóëèðîâêàìè Òî÷íîå óïðàâëåíèå ñòóïåí÷àòûìè ïðèðàùåíèÿìè íàïðÿæåíèÿ ñ ïîìîùüþ óãëîâîãî ýíêîäåðà Äðàéâåð áåëîãî ñâåòîäèîäà ðàáîòàåò ïðè íàïðÿæåíèè 1.2  Äèôôåðåíöèàëüíûé îïòîèçîëèðîâàííûé äðàéâåð äëÿ ïðîâåðêè èíñòðóìåíòàëüíûõ óñèëèòåëåé

Ðîññèéñêèå ó÷åíûå óñïåøíî ïðîâåëè èññëåäîâàòåëüñêèå èñïûòàíèÿ ëîêàòîðà äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ Çåìëè Ó÷åíûå Öåíòðà êîìïåòåíöèé ÍÒÈ «Ñåíñîðèêà» íà áàçå Íàöèîíàëüíîãî èññëåäîâàòåëüñêîãî óíèâåðñèòåòà «Ìîñêîâñêèé èíñòèòóò ýëåêòðîííîé òåõíèêè» (ÍÈÓ ÌÈÝÒ) óñïåøíî ïðîâåëè èññëåäîâàòåëüñêèå èñïûòàíèÿ è ãîòîâÿòñÿ ïðîâåðèòü ðàáîòó íîâîé ðàäèîëîêàöèîííîé ïëàòôîðìû äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ Çåìëè íà òåððèòîðèè ðîññèéñêèõ ñåëüñêîõîçÿéñòâåííûõ óãîäèé. Îïðåäåëåíèå èíäåêñà âåãåòàöèè è ðàéîíîâ ïåðåóïëîòíåíèÿ ïî÷âû ñ èñïîëüçîâàíèåì ñîçäàííîé ïëàòôîðìû ïîçâîëèò ïîâûñèòü óðîæàéíîñòü íà 15-20%.

Ðàçðàáîòêà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ãåêñàêîïòåð ñðåäíåãî êëàññà ñ ãðóçîïîäúåìíîñòüþ äî 12 êã è áîðòîâîé ðàäèîêîìïëåêñ ðàäèîëîêàòîðà ñ ñèíòåçèðîâàííîé àïåðòóðîé, ñîñòîÿùèé èç áëîêà îáðàáîòêè è ÑÂ×-÷àñòè, à òàêæå àíòåííû. Ïî ñëîâàì ðóêîâîäèòåëÿ ÍÎÖ «Öèôðîâûå ñåíñîðíûå ñèñòåìû» Öåíòðà êîìïåòåíöèé ÍÒÈ «Ñåíñîðèêà» Êîíñòàíòèíà Ëÿëèíà, ðàçðàáîòêà áûëà âûïîëíåíà â èíòåðåñàõ ðîññèéñêîãî àãðîõîçÿéñòâà. Åå çàäà÷à – îáíàðóæåíèå âëàãè â ïî÷âå è íåîäíîðîäíîñòåé åå ñòðóêòóðû, ïîýòîìó êîìïëåêñ ñîñòîèò èç äâóõ äèàïàçîíîâ ÷àñòîò: 10 ÃÃö è 1.2 ÃÃö. Ñðàâíåíèå ýòèõ äâóõ äèàïàçîíîâ ïîçâîëÿåò âûÿâëÿòü ðàçëè÷èÿ â ñòðóêòóðå ïî÷âû. Ïðèìåíÿòü ïëàòôîðìó ìîæíî â ñåëüñêîì õîçÿéñòâå – äëÿ êîíòðîëÿ ñîñòîÿíèÿ ñåëüõîçóãîäèé, ìîíèòîðèíãà òåõíîãåííûõ è ïðèðîä-

4

íûõ êàòàñòðîô, ëåäîâîé ðàçâåäêè (îïðåäåëåíèÿ òîëùèíû ëüäà è îïòèìàëüíûõ ìàðøðóòîâ êîðàáëåé âî ëüäàõ Àðêòèêè), äëÿ ìîíèòîðèíãà ñîñòîÿíèÿ íåôòåïðîâîäîâ, ãàçîïðîâîäîâ, ëèíèé ýëåêòðîïåðåäà÷, à òàêæå ïîèñêà ïîëåçíûõ èñêîïàåìûõ è ïðîâåäåíèÿ íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé, â òîì ÷èñëå íà êàðáîíîâûõ ïîëèãîíàõ. Ñðåäè ïðåèìóùåñòâ ðàçðàáîòêè ó÷åíûå íàçûâàþò ðàçðåøåíèå íà óðîâíå ìèðîâûõ àíàëîãîâ (èçîáðàæåíèÿ çåìíîé ïîâåðõíîñòè ñîïîñòàâèìû ïî êà÷åñòâó ñ îïòè÷åñêèìè), ìàëûå ìàññîãàáàðèòíûå õàðàêòåðèñòèêè, ìîäóëüíóþ êîíñòðóêöèþ ðàäèîëîêàòîðà, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò êîíôèãóðèðîâàòü ïëàòôîðìó ïîä íóæäû êîíêðåòíîãî çàêàç÷èêà áåç ðàçðàáîòêè ðàäèîëîêàòîðà «ñ íóëÿ». Áëàãîäàðÿ ëîêàòîðó äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ Çåìëè ñ ëåòàòåëüíûõ è êîñìè÷åñêèõ àïïàðàòîâ ìîæíî ïîëó÷àòü èçîáðàæåíèÿ çåìíîé ïîâåðõíîñòè âíå çàâèñèìîñòè îò îñâåùåííîñòè, ïîãîäû, íàëè÷èÿ îáëàêîâ èëè êðîí äåðåâüåâ. Òàêèì îáðàçîì, ñèñòåìà ñòàëà âñåïîãîäíîé, à ðàçðåøåíèå è ðàçìåð ïèêñåëÿ íà êàðòå íå çàâèñÿò îò âûñîòû ïîëåòà, ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü åå è â êîñìè÷åñêîì ñåãìåíòå.

Ìàëîãàáàðèòíûé ìîäóëüíûé ðàäèîëîêàòîð ñ ñèíòåçèðîâàííîé àïåðòóðîé. Ôîòî ÌÈÝÒ.

ÍÎÂÎÑÒÈ

 õîäå óæå ïðîâåäåííûõ èñïûòàíèé áûëè ïîäòâåðæäåíû õàðàêòåðèñòèêè èçîáðàæåíèé ïî ðàçðåøåíèþ è äèíàìè÷åñêîìó äèàïàçîíó íà óðîâíå ëó÷øèõ ìèðîâûõ àíàëîãîâ (30 íà 30 ñì â X-äèàïàçîíå ÷àñòîò, 65 íà 65 â Läèàïàçîíå ÷àñòîò) ïðè ìåíüøèõ ìàññîãàáàðèòíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ (ìåíåå 2.5 êã). Íàïðèìåð, ðàçðåøåíèå â 25 ñì â íàñòîÿùåå âðåìÿ ìîæåò îáåñïå÷èòü òîëüêî êîìïàíèÿ IMSAR, íî ñ ïðèìåíåíèåì èíåðöèàëüíûõ ñèñòåì íàâèãàöèè. Óñïåøíûå ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé íåãàáàðèòíîãî ìàêåòà îáåñïå÷èëè âîçìîæíîñòü ðàçðàáîòêè ïå÷àòíûõ ïëàò è óçëîâ óæå äëÿ ìàëîãàáàðèòíîãî ëîêàòîðà. «Ñåé÷àñ â íàøåì öåíòðå ïðîâîäèòñÿ ðàçðàáîòêà êîñìè÷åñêîãî ñåãìåíòà. Ìû ïðîâîäèì íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèå ðàáîòû è ãîòîâèì ïðåäëîæåíèÿ ïî ìàëûì êîñìè÷åñêèì àïïàðàòàì. Òàêæå ìû èçó÷àåì âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ëîêàòîðà ñ öåëüþ îïðåäåëåíèÿ âëàæíîñòè â ðàñòåíèÿõ. Ýòî âàæíî, ïîñêîëüêó ïðîöåíò âëàæíîñòè îïðåäåëÿåò êà÷åñòâî çåðíà. Êðîìå òîãî, ìû ðàáîòàåì íàä

ñîâåðøåíñòâîâàíèåì ïëàòôîðìû ñ öåëüþ ðàäèîëîêàöèîííîé ñúåìêè äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïîëåçíûõ èñêîïàåìûõ. Óæå ñåãîäíÿ äàííàÿ òåõíîëîãèÿ óñïåøíî ïðèìåíÿåòñÿ ñ öåëüþ âñåïîãîäíîé ñúåìêè äëÿ êàðòîãðàôèðîâàíèÿ. Ìîæíî ïðèìåíÿòü åå äëÿ ìåæåâàíèÿ, îñîáåííî êîãäà ðå÷ü èäåò î òðóäíîäîñòóïíûõ ìåñòàõ, ãäå åñòü ëåñà. Íàø ëîêàòîð ïîçâîëÿåò «ïðîíèêàòü» ñêâîçü äåðåâüÿ è îñóùåñòâëÿòü ðàçìåòêó ó÷àñòêà», – ðàññêàçàë Êîíñòàíòèí Ëÿëèí.  íà÷àëå 2022 ãîäà ÀÎ «Çàâîä Ïðîòîí» ñîâìåñòíî ñ ÍÈÓ ÌÈÝÒ ñòàëè ïîáåäèòåëÿìè êîíêóðñà Ìèíèñòåðñòâà íàóêè è âûñøåãî îáðàçîâàíèÿ ÐÔ íà îïðåäåëåíèå ïîëó÷àòåëåé ñóáñèäèé â öåëÿõ ðåàëèçàöèè êîìïëåêñíûõ ïðîåêòîâ ïî ñîçäàíèþ âûñîêîòåõíîëîãè÷íûõ ïðîèçâîäñòâ, â ðàìêàõ êîòîðîãî â 2022-2024 ãã. áóäåò ïðîâåäåíà ðàçðàáîòêà è îñâîåíèå ñåðèéíîãî ïðîèçâîäñòâà ìîäóëüíîé ìíîãîäèàïàçîííîé ðàäèîëîêàöèîííîé ïëàòôîðìû äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ Çåìëè ñ ëåòàòåëüíûõ àïïàðàòîâ.

Ðîñòåõ ïîêàçàë âîçìîæíîñòè ïåðâîãî â ñòðàíå ìèíèàòþðíîãî OLED-äèñïëåÿ Õîëäèíã «Ðîñýëåêòðîíèêà» Ãîñêîðïîðàöèè Ðîñòåõ ïðîäåìîíñòðèðîâàë âîçìîæíîñòè ïåðâîãî ïîëíîñòüþ ðîññèéñêîãî ìèêðîäèñïëåÿ íà îðãàíè÷åñêèõ ýëåêòðîëþìèíåñöåíòíûõ ñâåòîäèîäàõ (OLED).

Óñòðîéñòâî, ðàçìåðû êîòîðîãî ñîïîñòàâèìû ñ äåñÿòèðóáëåâîé ìîíåòîé, îáëàäàåò ðàçðåøåíèåì 1280 × 1024 ïèêñåëåé è øàãîì ïèê-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

ñåëåé â 12 ìêì.  ñôåðó åãî ïðèìåíåíèÿ âõîäÿò î÷êè âèðòóàëüíîé, äîïîëíåííîé è ñìåøàííîé ðåàëüíîñòè, ôîòî- è âèäåîêàìåðû, òåïëîâèçèîííûå ïðèöåëû è òåïëîâèçîðû. Îäíèì èç íåïðåìåííûõ óñëîâèé ïðîèçâîäñòâà OLED-ìèêðîäèñïëååâ ÿâëÿåòñÿ ñòðîãîå ñîáëþäåíèå ïîâûøåííûõ òðåáîâàíèé ê òåõíîëîãè÷åñêîìó ïðîöåññó.  ÷àñòíîñòè, òðåáóåòñÿ âûñîêàÿ òî÷íîñòü îáðàáîòêè âåðõíåãî ñòåêà êðåìíèåâîé ñâåðõáîëüøîé èíòåãðàëüíîé ñõåìû è íàíåñåíèÿ ìíîãîñëîéíîé OLED-ñòðóêòóðû, òîëùèíà êîòîðîé íå ïðåâûøàåò 100 íì.  ìèðå íàñ÷èòûâàåòñÿ ïÿòü ñòðàí, â òîì ÷èñëå Ðîññèÿ, âëàäåþùèõ òåõíîëîãèåé ñîçäàíèÿ òàêèõ óñòðîéñòâ. Åäèíñòâåííîå â íàøåé ñòðàíå ïðåäïðèÿòèå, êîòîðîå îáëàäàåò ñîîòâåòñòâóþùèì îáîðóäîâàíèåì è òåõíîëîãèåé äëÿ èçãîòîâëåíèÿ OLED-ñòðóêòóð è óñòðîéñòâ íà èõ îñíîâå, – ÖÍÈÈ «Öèêëîí» õîëäèíãà «Ðîñýëåêòðîíèêà».

5

Ñîçäàí íàíîêîìïîçèò äëÿ ïðîèçâîäñòâà ðîññèéñêèõ ñóïåðêîíäåíñàòîðîâ Ðîññèéñêî-êèòàéñêèé íàó÷íûé êîëëåêòèâ ñèíòåçèðîâàë ïîëóïðîâîäíèêîâûå êîìïîçèòû íà îñíîâå îêñèäîâ ìåòàëëîâ è ãðàôåíà, êîòîðûå çà ñ÷åò óëó÷øåííîé ïðîâîäèìîñòè è óäåëüíîé åìêîñòè ìîãóò ïðèìåíÿòüñÿ â êà÷åñòâå ýëåêòðîäîâ äëÿ îòå÷åñòâåííûõ íàêîïèòåëåé ýíåðãèè. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé îïóáëèêîâàíû â ìåæäóíàðîäíîì íàó÷íîì æóðíàëå Nanomaterials.

Èñêîïàåìûå âèäû òîïëèâà, çàïàñû êîòîðûõ â áóäóùåì èñòîùàòñÿ, ñîñòàâëÿþò áîëüøóþ ÷àñòü ïðèðîñòà ìèðîâîãî ïîòðåáëåíèÿ ýíåðãèè, íå ãîâîðÿ óæå î òîì, ÷òî ýòè èñòî÷íèêè íå ÿâëÿþòñÿ ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûìè. Î÷åâèäíî, ÷òî ñðî÷íî òðåáóþòñÿ íîâûå ýíåðãåòè÷åñêèå ñèñòåìû, èñïîëüçóþùèå âîçîáíîâëÿåìûå èñòî÷íèêè ýíåðãèè.  ÷àñòíîñòè, ñîâðåìåííûå ýëåêòðîìîáèëè óæå ðàáîòàþò ñ èñïîëüçîâàíèåì ñóïåðêîíäåíñàòîðîâ íà îñíîâå ñëîæíûõ îêñèäîâ ìåòàëëîâ. Ó íèõ äâà ïðåèìóùåñòâà – âûñîêàÿ ýíåðãîåìêîñòü è íèçêîå âíóòðåííå ñîïðîòèâëåíèå, ÷òî ïîçâîëÿåò âûäàâàòü áîëüøèå îáúåìû ýíåðãèè íà ïðîòÿæåíèè äëèòåëüíîãî âðåìåíè. Ýòè óíèêàëüíûå ñâîéñòâà îáóñëîâëåíû îñîáåííîñòÿìè ìàòåðèàëîâ, èñïîëüçóåìûõ â êà÷åñòâå ýëåêòðîäîâ: ýíåðãîýôôåêòèâíîñòü èõ íàïðÿìóþ çàâèñèò îò óäåëüíîé ïëîùàäè ïîâåðõíîñòè íà åäèíèöó îáúåìà. Íîâûé ïåðñïåêòèâíûé ìàòåðèàë äëÿ ýëåêòðîäîâ ñóïåðêîíäåíñàòîðîâ – êîìïîçèò íà îñíîâå íàíî÷àñòèö ôåððèòà êîáàëüòà, ôåððèòà ìàðãàíöà è ãðàôåíà – óäàëîñü ñèíòåçè-

6

ðîâàòü è èññëåäîâàòü ìåæäóíàðîäíîìó êîëëåêòèâó ó÷åíûõ ÍÈÒÓ «ÌÈÑèÑ», ñîâìåñòíî ñ êîëëåãàìè èç Êèòàÿ è Áåëîðóññèè. «Íàøà ðàáîòà ïîñâÿùåíà ñèíòåçó è èññëåäîâàíèþ ñâîéñòâ êîìïîçèòîâ íà îñíîâå ñëîæíûõ îêñèäîâ èîíîâ æåëåçà è óãëåðîäíûõ íàíîïðîèçâîäíûõ (ãðàôåíîâûå ìàññèâû), êîòîðûå, íà íàø âçãëÿä, áóäóò âîñòðåáîâàíû â ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè è â ñèñòåìàõ õðàíåíèÿ ýíåðãèè. Îáðàçöû íàíîðàçìåðíûõ ôåððèòîâ áûëè ñèíòåçèðîâàíû õèìè÷åñêèì ìåòîäîì (ñîîñàæäåíèå), èç êîòîðûõ âïîñëåäñòâèè áûëè èçãîòîâëåíû êîìïîçèòû (25% ãðàôåíà + 75% ôåððèòà). Ìû ïðîâåëè õàðàêòåðèçàöèþ êàê èñõîäíûõ ìàòåðèàëîâ, òàê è ñèíòåçèðîâàííûõ êîìïîçèòîâ ìåòîäàìè äèôðàêöèè ðåíòãåíîâñêèõ ëó÷åé è ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè, çàôèêñèðîâàâ âûñîêóþ ñòåïåíü îäíîôàçíîñòè, à òàêæå îäíîðîäíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ è îòñóòñòâèå õèìè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ êîìïîíåíòîâ ôåððèò-ãàðôåíîâûõ êîìïîçèòîâ, – ðàññêàçàë íàó÷íûé ñîòðóäíèê êàôåäðû òåõíîëîãèè ìàòåðèàëîâ ýëåêòðîíèêè ÍÈÒÓ «ÌÈÑèÑ», ê.ô.-ì.í. Àëåêñåé Òðóõàíîâ.

Ïî ñëîâàì èññëåäîâàòåëåé, ïîëó÷åííûå êîìïîçèòû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ìàãíèòíûå ïîëóïðîâîäíèêîâûå ìàòåðèàëû ñ âîçìîæíîñòüþ êîíòðîëèðóåìîãî óïðàâëåíèÿ èõ ýëåêòðè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè, ÷òî îòêðûâàåò âîçìîæíîñòè äëÿ èíòåãðàöèè ìàãíèòíûõ ìàòåðèàëîâ â ýëåêòðîííóþ òåõíèêó, à òàêæå îòêðûâàåò ïåðñïåêòèâû äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â

ÍÎÂÎÑÒÈ

ñóïåðêîíäåíñàòîðîâ è äðóãèõ ñèñòåìàõ íàêîïëåíèÿ ýíåðãèè. Íå ìåíåå âàæíî, ïîä÷åðêèâàþò ó÷åíûå, ÷òî êîìáèíèðîâàíèå ôåððèòîâûõ íàíî÷àñòèö è ãðàôåíîïîäîáíûõ ìàòåðèàëîâ ïîçâîëÿåò íå òîëüêî âàðüèðîâàòü ìàãíèòíû-

ìè/ýëåêòðè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè, íî òàêæå è â çíà÷èòåëüíîé ìåðå èçìåíÿòü óäåëüíóþ ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè êîìïîçèòîâ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ íàó÷íûé êîëëåêòèâ çàâåðøàåò ñåðèþ ëàáîðàòîðíûõ èññëåäîâàíèé ïîëó÷åííûõ êîìïîçèòîâ.

«Ïðîìýëåêòðîíèêà» ïðåäëàãàåò ìèêðîêîíòðîëëåðû Nuvoton NUC906DK61Y è NUC907DK61Y ñ ïîääåðæêîé Linux Òàéâàíüñêàÿ êîìïàíèÿ Nuvoton Technology îñíîâàíà â 2008 ãîäó è ñïåöèàëèçèðóåòñÿ íà âûïóñêå àíàëîãîâûõ è öèôðîâûõ ìèêðîñõåì. Íàèáîëåå èçâåñòíû å¸ àóäèî÷èïû è ìèêðîêîíòðîëëåðû. Ôàóíäðè-áèçíåñ ÿâëÿåòñÿ íîâûì âèäîì äåÿòåëüíîñòè â ïîëóïðîâîäíèêîâîé ïðîìûøëåííîñòè è ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîèçâîäñòâî êðèñòàëëîâ (Silicon Foundry), ìèêðîýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ è èíòåãðàëüíûõ ìèêðîñõåì ïî ñïåöèôèêàöèÿì çàêàç÷èêà ñ øèðîêèì ñïåêòðîì âûñîêîòåõíîëîãè÷íûõ óñëóã. Ýòî äîïîëíèòåëüíî ïîä÷åðêèâàåò íàäåæíîñòü è îòëàæåííîñòü ïðîèçâîäñòâà Nuvoton.

Ñðåäè ïðîäóêöèè Nuvoton îñîáûé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò ìèêðîêîíòðîëëåðû ñ ïîääåðæêîé Linux NUC906 è NUC907. Äàííûå ìîäåëè ÿâëÿþòñÿ âàðèàíòàìè NUC976 è NUC977 áåç êðèïòîãðàôè÷åñêîãî ÿäðà, ÷òî ïîçâîëÿåò îáîéòè çàêîíîäàòåëüíûå îãðàíè÷åíèÿ íà èìïîðò îïðåäåë¸ííîé ïðîäóêöèè. Ñàìîå ïîïóëÿðíîå íàïðàâëåíèå ðàçðàáîòêè íà ìèêðîïðîöåññîðàõ NUC906DK61Y/ NUC976DK61Y – ýòî ñèñòåìû ñáîðà è ïåðå-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

äà÷è äàííûõ, ÷òî îáóñëîâëåíî áîëüøèì êîëè÷åñòâîì UART íà áîðòó. Ìèêðîêîíòðîëëåðû NUC906DK61Y/ NUC976DK61Y îò êîìïàíèè Nuvoton ïðèìåíÿþòñÿ â òàêèõ èçäåëèÿõ êàê: ! ÏÎÑ òåðìèíàëû; ! Ïðèíòåðû ýòèêåòîê; ! ÑÊÓÄ (ñèñòåìû êîíòðîëÿ è óïðàâëåíèÿ äîñòóïîì); ! Ñèñòåìû àâòîìàòèçàöèè òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ; ! Ïðîìûøëåííûå êîíòðîëëåðû – ÏËÊ; ! Ïîðòàòèâíûå èçìåðèòåëüíûå óñòðîéñòâà; ! ÓÑÏÄ (óñòðîéñòâî ñáîðà è ïåðåäà÷è äàííûõ) ïîä óïðàâëåíèåì îïåðàöèîííîé ñèñòåìû Linux. Îòäåëüíî ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî îáå ìîäåëè îáîðóäîâàíû ìîäóëåì óïðàâëåíèÿ ïàìÿòüþ (Memory Management Unit, MMU).  ñî÷åòàíèè ñ áîëüøèì äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ îáú¸ìîì îïåðàòèâíîé ïàìÿòè ýòî ïîçâîëÿåò îáåñïå÷èòü ðàáîòó ïîëíîöåííîé îïåðàöèîííîé ñèñòåìû â çàùèù¸ííîì ðåæèìå, îñíîâàííîé íà ÿäðå Linux. Ïðè ýòîì çíà÷èòåëüíî îáëåã÷àåòñÿ ðàçðàáîòêà ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ äëÿ NUC906 è NUC907, óâåëè÷èâàåòñÿ ÷èñëî âîçìîæíîñòåé ïî èõ ïðèìåíåíèþ. Îñíîâíûå îòëè÷èÿ NUC907DK61Y îò NUC906DK61Y çàêëþ÷àþòñÿ â îòñóòñòâèè ïîääåðæêè ñåíñîðíûõ ýêðàíîâ, à òàêæå â óâåëè÷åííîì êîëè÷åñòâå òàéìåðîâ. Ìèêðîêîíòðîëëåðû îñíîâàíû íà ÿäðå ARM9 è ñîäåðæàò ÎÇÓ 64 ÌÁ.

7

Ïàìÿòè ïèîíåðà ýðû ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ Äæîíà Ðîó÷à Majeed Ahmad EDN Ïèîíåð ýðû ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ Äæîí Ðîó÷ (John Roach) ñêîí÷àëñÿ â ÔîðòÓýðòå, øòàò Òåõàñ, â âîçðàñòå 83 ëåò. Õîòÿ, ïðåæäå âñåãî, îí øèðîêî èçâåñòåí êàê ïðîâèäåö â îáëàñòè ìàðêåòèíãà, èçâåñòíî, ÷òî îí ñûãðàë íîâàòîðñêóþ ðîëü â êîììåðöèàëèçàöèè ãîòîâûõ ïîëíîñòüþ ñîáðàííûõ êîìïüþòåðîâ â 1970-õ ãîäàõ.  òî âðåìÿ, êîãäà íåáîëüøèå êîìïüþòåðû ïðîäàâàëèñü â îñíîâíîì â âèäå íàáîðîâ äëÿ ñáîðêè ðàäèîëþáèòåëÿìè, Ðîó÷ ïðåäâèäåë ïîòðåáèòåëüñêèé ñïðîñ íà ïîëíîöåííûå êîìïüþòåðû. Ðîó÷, êîòîðûé ïðèñîåäèíèëñÿ ê Tandy Corporation â 1967 ãîäó, âî âðåìÿ ó÷åáû â êîëëåäæå çàíèìàëñÿ ñòîå÷íûìè êîìïüþòåðàìè ðàçìåðîì ñ õîëîäèëüíèê.

íèå ìèêðîïðîöåññîðà Zilog Z80, êîòîðûé áûë ïðîãðàììíî ñîâìåñòèì ñ Intel 8080. Ðåàêöèÿ ×àðëüçà Òýíäè ïîñëå äåìîíñòðàöèè TRS-80 áûëà ñïîêîéíîé: «Ñîáåðèòå òûñÿ÷ó, è åñëè ìû íå ñìîæåì èõ ïðîäàòü, èñïîëüçóåì èõ äëÿ ÷åãî-íèáóäü â ìàãàçèíå». Çäåñü ñòîèò óïîìÿíóòü, ÷òî Tandy áûëà îñíîâàíà êàê êîìïàíèÿ ïî ïðîèçâîäñòâó èçäåëèé èç êîæè, à ïîçæå òåõàññêèé êîíãëîìåðàò ðàñøèðèë ñâîé àññîðòèìåíò ïðîäóêòàìè RadioShack.

Ðèñóíîê 2. Êîìïüþòåð TRS-80 ïðîäàâàëñÿ òîëüêî â ìàãàçèíàõ RadioShack.

Ðèñóíîê 1. Ðîó÷ ñûãðàë âàæíóþ ðîëü â âûâîäå Tandy íà êîìïüþòåðíûé ðûíîê.

 ÿíâàðå 1977 ãîäà åãî êîìàíäà ïðåäñòàâèëà ïðîòîòèï êîìïüþòåðà ãåíåðàëüíîìó äèðåêòîðó Tandy ×àðëüçó Òýíäè (Charles Tandy) è ïðåçèäåíòó RadioShack Ëüþèñó Êîðíôåëüäó (Lewis Kornfeld). Ïðîòîòèï êîìïüþòåðà, íàçâàííûé TRS-80, ñîñòîÿë èç ìèêðîïðîöåññîðà, êëàâèàòóðû, ÷åðíî-áåëîãî ìîíèòîðà RCA ñ 64 ñèìâîëàìè â ñòðîêå, êàññåòíîãî ìàãíèòîôîíà, 4 ÊÁ äèíàìè÷åñêîãî ÎÇÓ è èíòåðïðåòàòîðà ÿçûêà BASIC ñ ïëàâàþùåé çàïÿòîé â ÏÇÓ. TRS îçíà÷àëî Tandy Radio Shack, òîãäà êàê 80 óêàçûâàëî íà èñïîëüçîâà-

8

Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî çà ãîä äî äåìîíñòðàöèè TRS-80 áûë ïðåäñòàâëåí Apple I, à Commodore è äðóãèå êîìïàíèè óæå íà÷èíàëè ïðîäàâàòü ñâîè äîìàøíèå êîìïüþòåðû. Îäíàêî ñàìûì ïîïóëÿðíûì êîìïüþòåðîì íà ðûíêå áûñòðî ñòàë TRS-80. Tandy íà÷àëà ïîñòàâêè TRS-80 â ñåíòÿáðå 1977 ãîäà è ê êîíöó ãîäà ïðîäàëà îêîëî 5000 ìàøèí ïî öåíå $599.95.

TRS-80 ìîæíî áûëî êóïèòü â 800 ìàãàçèíàõ RadioShack. Òýíäè òàêæå íàíÿë ñîó÷ðåäèòåëåé Microsoft Áèëëà Ãåéòñà è Ïîëà Àëåíà, êîòîðûå íàïèñàëè ýêñêëþçèâíîå ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå äëÿ ëè÷íûõ, äîìàøíèõ ïðèëîæåíèé è ïðèëîæåíèé äëÿ ìàëîãî áèçíåñà. Êîãäà â 1980 ãîäó Ðîó÷à íàçíà÷èëè ãëàâíûì îïåðàöèîííûì äèðåêòîðîì, Tandy çàõâàòèëà ïî÷òè 40% ðûíêà ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ.

ÍÎÂÎÑÒÈ

E-PEAS ïðåäñòàâëÿåò ìèêðîñõåìû óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì äëÿ óñòðîéñòâ ñáîðà èìïóëüñíîé ýíåðãèè Âûïóñòèâ òðè íîâûå ìèêðîñõåìû óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì, áåëüãèéñêàÿ êîìïàíèÿ epeas ïðåäîñòàâèëà ðàçðàáîò÷èêàì åùå áîëüøèå âîçìîæíîñòè äëÿ ðåàëèçàöèè ñâîèõ ñèñòåì ñáîðà ýíåðãèè. Ïåðå÷åíü âîïëîùåííûõ â ýòèõ íîâûõ óñòðîéñòâàõ èííîâàöèîííûõ èíæåíåðíûõ ðåøåíèé âêëþ÷àåò ôóíêöèþ ïîääåðæàíèÿ ïîñòîÿíñòâà âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ÷òî äåëàåò èõ èñêëþ÷èòåëüíî îïòèìèçèðîâàííûìè äëÿ ðàáîòû ñ ïðåðûâèñòûìè è èìïóëüñíûìè èñòî÷íèêàìè âõîäíîé ýíåðãèè, äîïîëíÿÿ ñóùåñòâóþùåå ñåìåéñòâî ìèêðîñõåì AEM.

àêöåíò íà âûñîêóþ ñêîðîñòü ðåàêöèè íà ïðåâûøåíèå âõîäíîé ìîùíîñòüþ çàðàíåå îïðåäåëåííîãî ïîðîãà, ÷òîáû èçâëåêàòü ýíåðãèþ áûñòðî è ýôôåêòèâíî. Äèàïàçîí ðàáî÷èõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé ñîñòàâëÿåò îò 140 ì äî 4.5 Â, ÷òî ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü óðîâíÿìè ìîùíîñòè îò 3 ìêÂò äî 570 ìÂò. Åùå îäíîé âàæíîé îñîáåííîñòüþ ÿâëÿåòñÿ èõ ñïîñîáíîñòü ïåðåêëþ÷àòüñÿ ìåæäó ïèòàíèåì íàãðóçêè èëè íàêîïèòåëüíîãî ýëåìåíòà, ÷òî îáåñïå÷èâàåò áóëüøóþ ãèáêîñòü â ïðèëîæåíèÿõ, ãäå èçíà÷àëüíî ñëåäóåò ñîñðåäîòî÷èòüñÿ ëèáî íà îäíîì, ëèáî íà äðóãîì. Ñðåäè ïîòåíöèàëüíûõ ñôåð ïðèìåíåíèÿ ýòèõ óñòðîéñòâ – ñèñòåìû êîíòðîëÿ äîñòóïà ê äâåðÿì, èíòåëëåêòóàëüíûå âûêëþ÷àòåëè äëÿ óìíûõ äîìîâ èëè óìíûõ çäàíèé, PoSòåðìèíàëû è óìíûå êðîññîâêè.

AEM00940

AEM00330 è AEM00300 AEM00330 – ýòî ïîëíîôóíêöèîíàëüíàÿ ìèêðîñõåìà óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì, òîãäà êàê AEM00300 ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ çàðÿäêè íàêîïèòåëÿ ýíåðãèè. Îáà óñòðîéñòâà ÿâëÿþòñÿ ñàìîíàñòðàèâàåìûìè, ñ âîçìîæíîñòüþ àâòîìàòè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷åíèÿ ìåæäó ïîíèæàþùèì, ïîíèæàþùå-ïîâûøàþùèì è ïîâûøàþùèì ðåæèìàìè. Ýòî ïîçâîëÿåò áûñòðåå àäàïòèðîâàòü ñõåìû ê ðàçëè÷íûì èñòî÷íèêàì ýíåðãèè, óñòðîéñòâàì õðàíåíèÿ è îñîáåííîñòÿì íàãðóçêè (ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ, ïîíèæåíèå è ò.ä.), ÷òîáû ìàêñèìàëüíî óâåëè÷èòü âîçìîæíîñòè ïåðåäà÷è ýíåðãèè ýòèìè ìèêðîñõåìàìè. Ïðè èõ ðàçðàáîòêå äåëàëñÿ

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

AEM00940 – ýòî ïîâûøàþùåå ðåøåíèå, ïðåäíàçíà÷åííîå äëÿ ïîääåðæêè âûñîêîýôôåêòèâíîé ïåðåäà÷è ýíåðãèè îò èñòî÷íèêîâ ñ áîëåå íèçêèìè íàïðÿæåíèÿìè, ÷åì ó íàêîïèòåëüíîãî ýëåìåíòà. Âûõîä ýòîé ìèêðîñõåìû îñíîâàí íà LDO ðåãóëÿòîðå, à íå íà DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëå. Äèàïàçîí âûáèðàåìûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé ñîñòàâëÿåò îò 50 ì äî 4.5 Â.

Äîïîëíèòåëüíûå ïðåèìóùåñòâà Âñå òðè íîâûõ óñòðîéñòâà, ïðåäñòàâëåííûõ e-peas, ïîëíîñòüþ ñîâìåñòèìû ñ ëþáûìè òèïàìè íàêîïèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ, ÷òî ïîçâîëÿåò ïðèìåíÿòü èõ â óñòðîéñòâàõ ñáîðà ýíåðãèè ñ îäíî- è äâóõýëåìåíòíûìè ñóïåðêîíäåíñàòîðàìè, Li-Ion, LiFePO4, Li-Po è NiCd àêêóìóëÿòîðàìè, à òàêæå ñ òîíêîïëåíî÷íûìè è òâåðäîòåëüíûìè áàòàðåÿìè.  êàæäîì èç íèõ èìåþòñÿ âûáèðàåìûå è íàñòðàèâàåìûå ìåõàíèçìû çàùèòû íàêîïèòåëüíîãî ýëåìåíòà, âêëþ÷àÿ çàùèòó îò ïåðåçàðÿäà è ãëóáîêîãî ðàçðÿäà.

9

Óïðàâëåíèå ðàñïðåäåëåíèåì òîêîâ ïàðàëëåëüíûõ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé Youhao Xi EDN

À

Àóäèîóñèëèòåëè äëÿ ìîùíûõ ïîðòàòèâíûõ êîëîíîê ÷àùå âñåãî ðàáîòàþò îò ëèòèéèîííûõ áàòàðåé, êîëè÷åñòâî ïîñëåäîâàòåëüíûõ ýëåìåíòîâ â êîòîðûõ ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ îò îäíîãî äî íåñêîëüêèõ. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ àóäèîóñèëèòåëÿ ðàçðàáîò÷èêè îáû÷íî èñïîëüçóþò ïîâûøàþùèå ïðåîáðàçîâàòåëè, ïîñêîëüêó êîëîíêè ìîãóò ïîòðåáëÿòü íåñêîëüêî ñîòåí âàòò. Äëÿ ñíèæåíèÿ ñòîèìîñòè ìîùíûõ àóäèîóñèëèòåëåé èñïîëüçóåòñÿ ðÿä ïîäõîäîâ, îäíèì èç êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ ïàðàëëåëüíîå âêëþ÷åíèå äâóõ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé â êîíôèãóðàöèè îñíîâíîé-âåäîìûé, â êîòîðîé óçåë íàïðÿæåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè âåäîìîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ çàçåìëåí, à âûõîä óñèëèòåëÿ îøèáêè COMP ñîåäèíåí ñ óçëîì COMP îñíîâíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ïîñêîëüêó ïèêîâûé òîê ñèëîâîãî äðîññåëÿ îïðåäåëÿåòñÿ íàïðÿæåíèåì óçëà COMP, âåäîìûé ïðåîáðàçîâàòåëü îòñëåæèâàåò îñíîâíîé ïðåîáðàçîâàòåëü äëÿ ïîääåðæàíèÿ òàêîãî æå ïèêîâîãî òîêà, òåì ñàìûì, îáåñïå÷èâàÿ ðàñïðåäåëåíèå íàãðóçêè ìåæäó äâóìÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿìè. Òàêîé ïîäõîä ïðîñò è ýôôåêòèâåí ïðè áàëàíñèðîâêå ïèêîâûõ òîêîâ. Îäíàêî ôàêòè÷åñêóþ ìîùíîñòü îïðåäåëÿåò ïîñòîÿííûé òîê, êîòîðûé îòëè÷àåòñÿ îò ïèêîâîãî òîêà äðîññåëÿ. Íåñîîòâåòñòâèå ïàðàìåòðîâ äðîññåëåé íåèçáåæíî ïðèâîäèò ê ðàçëè÷èþ ïîñòîÿííûõ òîêîâ äâóõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, äàæå

10

åñëè èõ ïèêîâûå òîêè èäåíòè÷íû. Õóæå òîãî, ïèêîâûå òîêè äâóõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ìîãóò ëåãêî ðàçëè÷àòüñÿ áîëåå ÷åì íà 20%, ÷òî åùå áîëüøå óâåëè÷èâàåò îøèáêó ðàñïðåäåëåíèÿ òîêîâ èç-çà åñòåñòâåííîãî ðàçáðîñà òàêèõ ïàðàìåòðîâ ñõåìû, êàê: ! Âíóòðåííåå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ êîíòðîëëåðà øèðîòíî-èìïóëüñíîé ìîäóëÿöèè (ØÈÌ) íà ó÷àñòêå îò âûâîäà COMP äî êîìïàðàòîðà ØÈÌ. ! Òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð, à òàêæå êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ òîêîèçìåðèòåëüíîãî óñèëèòåëÿ (åñëè òàêîâîé èñïîëüçóåòñÿ). ! Ñèãíàë êîððåêòîðà íàêëîíà ïèëû, íàëîæåííûé íà ñèãíàë òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà. Ðåçóëüòàòîì ÿâëÿåòñÿ íåñáàëàíñèðîâàííîå ðàñïðåäåëåíèå ìîùíîñòè ñ ïåðåãðåâîì îäíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ – ñèòóàöèÿ, êîòîðàÿ â ñëó÷àå îòñóòñòâèÿ áîëåå äîðîãîñòîÿùåé ñõåìû óïðàâëåíèÿ òåïëîâûì ðåæèìîì ìîæåò çíà÷èòåëüíî ñíèçèòü îáùóþ íàäåæíîñòü ñèñòåìû. Îäíàêî åñòü è äðóãèå âàðèàíòû.  ýòîé ñòàòüå áóäóò îáñóæäàòüñÿ ïðîñòûå ñõåìû ðàñïðåäåëåíèÿ òîêîâ, è ïðåäëîæåí ìåòîä ìèíèìèçàöèè îøèáêè ðàñïðåäåëåíèÿ ìåæäó ïàðàëëåëüíûìè ïîâûøàþùèìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè.  êà÷åñòâå äîêàçàòåëüñòâà êîíöåïöèè áóäóò ïðèâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû.

ÑÒÀÒÜÈ

íàïðÿæåíèå U1) óâåëè÷èòñÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, íàïðÿæåíèå VFB2 áóäåò ðàñòè, óìåíüøàÿ VO2 è IO2 äî òåõ ïîð, ïîêà íå ñòàíóò ðàâíûìè òîêè IO2 è IO1. Òî÷íî òàê æå, åñëè IO2 ñòàíåò ìåíüøå, ÷åì IO1, ñõåìà áóäåò óâåëè÷èâàòü VO2 è IO2, ÷òîáû äîñòè÷ü ðàâåíñòâà IO2 = IO1. Êîðî÷å ãîâîðÿ, òîê IO2 áóäåò îòñëåæèâàòü IO1, ÷òîáû äîáèòüñÿ ñáàëàíñèðîâàííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ.  óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå ïîñòîÿííûå òîêè IO1, IO2 è IOUT óäîâëåòâîðÿþò ôîðìóëå (1):

Ñõåìà óïðàâëåíèÿ ðàñïðåäåëåíèåì òîêîâ è ïðèíöèï åå ðàáîòû Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ñõåìà óïðàâëåíèÿ ðàñïðåäåëåíèåì òîêîâ, â êîòîðîé òîê íàãðóçêè âåäîìîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïðèíóäèòåëüíî ïîääåðæèâàåòñÿ ðàâíûì òîêó îñíîâíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ñõåìà óïðàâëåíèÿ ðàñïðåäåëåíèåì òîêîâ ñîñòîèò èç: ! Îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ U1; ! Òîêîèçìåðèòåëüíûõ ðåçèñòîðîâ RSN1 è RSN2; ! Ðåçèñòèâíûõ äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ R1/R3 è R2/R4; ! Íåîáÿçàòåëüíûõ ôèëüòðóþùèõ êîíäåíñàòîðîâ C1 è C2; ! Êîððåêòèðóþùåãî êîíäåíñàòîðà C3, îáåñïå÷èâàþùåãî óñòîé÷èâîñòü êîíòóðà óïðàâëåíèÿ ðàñïðåäåëåíèåì òîêîâ; ! Ðåçèñòîð êîíòðîëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ òîêîâ R5. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü U1 èäåàëüíûé, è âûïîëíÿþòñÿ ðàâåíñòâà RSN1 = RSN2, R1 = R2 è R3 = R4. Åñëè IO2 ñòàíåò áîëüøå, ÷åì IO1, òî VC (âûõîäíîå

VO1 - VOUT ì , ïIO1 = R SN1 ï ï V - VOUT , íIO 2 = O 2 R SN2 ï ï ïIOUT = IO1 + IO 2. î

(1)

Àíàëèç îøèáîê áàëàíñèðîâêè òîêîâ Íà ñàìîì äåëå íèêàêèå ïàðàìåòðû ñõåìû íå ìîãóò áûòü èäåàëüíûìè. Äâà ôàêòîðà âíîñÿò îøèáêè ðàñïðåäåëåíèÿ òîêîâ â ñõåìó,

VO1

VIN

VOUT Îñíîâíîé ïðåîáðàçîâàòåëü FB

IO1 VFB1

RSN1 IOUT RSN2 VOUT IO2

VO2

VIN

VOUT Âåäîìûé ïðåîáðàçîâàòåëü FB

R7 VFB2 R1

R8

R2

C1

C2

R5 V2

+ VC U1

C3

–

V1 R3

R4

Ðèñóíîê 1. Â ýòîé ñõåìå óïðàâëåíèÿ ðàñïðåäåëåíèåì òîêîâ òîê íàãðóçêè âåäîìîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïðèíóäèòåëüíî ïîääåðæèâàåòñÿ ðàâíûì òîêó îñíîâíîãî.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

11

ñõåìû ìîæíî ïîëó÷èòü ôîðìóëó (2), äàþùóþ îøèáêó ðàñïðåäåëåíèÿ, âûçâàííóþ VOS è IOS.

C3

V1

+ ½IOS

Èäåàëüíûé

ÎÓ

U1

–

+ –

VC

DIO = IO1 - IO2 =

V2

VOS

ö 1 æ R1 + R3 çç VOS + R1 IOS ÷÷ . (2) RSN1 è R3 ø

Èç ôîðìóëû (2) ñëåäóåò, ÷òî: ! ×åì áîëüøå ñìåùåíèÿ VOS è IOS îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, òåì áîëüøå îøèáêè. ! Áóëüøèå çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé RSN1 è RSN2 ïîìîãàþò óìåíüøèòü îøèáêó. ! Áîëåå âûñîêèå êîýôôèöèåíòû äåëåíèÿ ðåçèñòèâíûõ äåëèòåëåé óâåëè÷èâàþò îøèáêè ïî íàïðÿæåíèþ. ! Åñëè R1 = R2 = 0 Îì, òî îøèáêà, îáóñëîâëåííàÿ IOS, èñêëþ÷àåòñÿ. Îäíàêî ïðè âûáîðå ýòèõ óñòðîéñòâ ñóùåñòâóþò è äðóãèå îãðàíè÷åíèÿ. Îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè ñ óëüòðàíèçêèìè çíà÷åíèÿìè VOS è IOS îáû÷íî äîðîãè. Òîêîèçìåðèòåëüíûå ðåçèñòîðû ñ áóëüøèìè ñîïðîòèâëåíèÿìè íå òîëüêî óâåëè÷èâàþò ðàññåèâàíèå ýíåðãèè, íî è ñòîÿò äîðîæå. Ñëåäîâàòåëüíî, áîëåå ýêîíîìè÷íûì ïîäõîäîì áóäåò îïòèìèçàöèÿ âûáîðà ðåçèñòîðîâ äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ.

Ðèñóíîê 2. Òàê âûãëÿäèò ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà óñèëèòåëÿ U1.

ïîêàçàííóþ íà Ðèñóíêå 1: äîïóñêè ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ RSN1, RSN2, R1, R2, R3 è R4, à òàêæå âõîäíîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ è òîêè ñìåùåíèÿ óñèëèòåëÿ U1. Äëÿ ìèíèìèçàöèè îøèáêè âûðàâíèâàíèÿ òîêîâ ñëåäóåò âî âñåõ øåñòè ïîçèöèÿõ èñïîëüçîâàòü ðåçèñòîðû èç ðÿäà E96, èìåþùèå äîïóñê 0.1%, ÷òî îãðàíè÷èò èõ âëèÿíèå íà îøèáêó ðàñïðåäåëåíèÿ äî çíà÷åíèÿ ìåíåå 0.6%. Ïðîàíàëèçèðóåì îøèáêè, ñîçäàâàåìûå óñèëèòåëåì U1 (ñì. Ðèñóíîê 2). Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî âõîäíîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ U1 ðàâíî VOS, òîê ñìåùåíèÿ ðàâåí IOS, RSN1 = RSN2, R1 = R2 è R3 = R4. Ïîñëå ïðîñòîãî àíàëèçà

VO1

VIN

VOUT Îñíîâíîé ïðåîáðàçîâàòåëü FB

R7

IO1

VFB1

RSN1 IOUT RSN2 VOUT IO2

VO2

VIN

VOUT Âåäîìûé ïðåîáðàçîâàòåëü FB

R7 VFB2 R1

R8 C1 R5

R2 C2

VOUT V2=VO2

+ VC U1

–

V1=VO1

C3

Ðèñóíîê 3. Ýòà ñõåìà ðàñïðåäåëåíèÿ òîêîâ îïòèìàëüíà, êîãäà óñèëèòåëü U1 ìîæíî íàïðÿìóþ ïèòàòü îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VOUT.

12

ÑÒÀÒÜÈ

ìè. Ïðè âûáîðå íîìèíàëîâ R1, R2, C1 è C2 ïðèäåòñÿ ïîéòè íà êîìïðîìèññ, ÷òîáû äîáèòüñÿ æåëàåìîãî îñëàáëåíèÿ ïóëüñàöèé ñ ìèíèìàëüíûìè çàòðàòàìè.

Îïòèìèçàöèÿ âûáîðà ðåçèñòîðîâ äåëèòåëÿ Êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ äîëæåí áûòü êàê ìîæíî ìåíüøå.  ëó÷øåì ñëó÷àå îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü U1 äîëæåí áûòü òàêèì, ÷òîáû äëÿ åãî ïèòàíèÿ ìîæíî áûëî èñïîëüçîâàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ýòî ïîçâîëèò óäàëèòü íèæíèé ðåçèñòîð êàæäîãî äåëèòåëÿ, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 3. Áëàãîäàðÿ âûñîêîìó ñîïðîòèâëåíèþ äâóõ âõîäîâ óñèëèòåëÿ U1 ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà âåðõíèõ ðåçèñòîðàõ êàæäîãî äåëèòåëÿ ñòàíîâèòñÿ íåçíà÷èòåëüíûì, ÷òî ïîçâîëÿåò íàïðÿìóþ èñïîëüçîâàòü äâà âõîäà U1 äëÿ èçìåðåíèÿ ðàçíîñòè òîêîâ. Ïðÿìîå èçìåðåíèå òîêîâ óìåíüøàåò ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé è îøèáêè ðàñïðåäåëåíèÿ. Ýòî òàêæå óñòðàíÿåò ðàññåèâàíèå ñòàòè÷åñêîé ìîùíîñòè â ðåçèñòèâíûõ äåëèòåëÿõ íàïðÿæåíèÿ. Åñëè íå îñëàáèòü ïîìåõè ïåðåêëþ÷åíèÿ íà øèíàõ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, îíè ìîãóò ïîâëèÿòü íà ðàáîòó óñèëèòåëÿ U1. Èñïîëüçîâàíèå êîíäåíñàòîðîâ C1 è C2 äëÿ îáðàçîâàíèÿ ôèëüòðîâ íèæíèõ ÷àñòîò ñ ðåçèñòîðàìè R1 è R2 óìåíüøèò ïóëüñàöèè íàïðÿæåíèÿ íà âõîäàõ U1. Ñëåäîâàòåëüíî, ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ R1 è R2 íå äîëæíû áûòü íóëåâû-

RSN1 VA

IIN

Ðàñïðåäåëåíèå òîêîâ ïàðàëëåëüíûõ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé  íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèÿõ ñ ïîâûøàþùèìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOUT ìîæåò ïðåâûøàòü ìàêñèìàëüíîå äîïóñòèìîå íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ óñèëèòåëÿ U1. Ýòî çíà÷èò, ÷òî äëÿ ïèòàíèÿ U1 äîëæíî èñïîëüçîâàòüñÿ áîëåå íèçêîå íàïðÿæåíèå, íàïðèìåð, íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ.  ýòîì ñëó÷àå äëÿ òîãî, ÷òîáû íàïðÿæåíèÿ V1 è V2 áûëè íèæå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ U1, íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ðåçèñòîðû R3 è R4 èç ñõåìû íà Ðèñóíêå 1. Íåäîñòàòêàìè òàêîãî ðåøåíèÿ ÿâëÿþòñÿ óâåëè÷åííàÿ îøèáêà ðàñïðåäåëåíèÿ è ñâÿçàííîå ñ ýòèì ðàññåèâàíèå ìîùíîñòè â ðåçèñòèâíûõ äåëèòåëÿõ íàïðÿæåíèÿ. Íà Ðèñóíêå 4 ïîêàçàíà ìîäèôèöèðîâàííàÿ ñõåìà óïðàâëåíèÿ ðàñïðåäåëåíèåì òîêîâ, óëó÷øàþùàÿ õàðàêòåðèñòèêè ïàðàëëåëüíûõ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé. Òîêîèçìåðèòåëüíûå ýëåìåíòû òåïåðü ðàçìåùåíû íà âõîäíîé ñòîðîíå. Ïðèíöèï ðàáîòû òàêîé æå, êàê ó ñõåìû íà Ðèñóíêå 1, çà

VIN

VOUT Îñíîâíîé ïðåîáðàçîâàòåëü FB

Ii1

RSN2 VB

VFB1

Ii2 VIN VOUT

VIN R2

VOUT Âåäîìûé ïðåîáðàçîâàòåëü FB

R1

C2

C1

R7 VFB2 R8

VIN V1 V2 R4

+

VC

–

R5

U1

R3 C3

Ðèñóíîê 4. Ñõåìà ðàñïðåäåëåíèÿ òîêîâ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, îáåñïå÷èâàþùàÿ ëó÷øèå õàðàêòåðèñòèêè ïðè èñïîëüçîâàíèè ïàðàëëåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

13

èñêëþ÷åíèåì òîãî, ÷òî â ýòîé ñõåìå îñóùåñòâëÿåòñÿ áàëàíñèðîâêà âõîäíûõ òîêîâ äâóõ ïðåîáðàçîâàòåëåé. Àíàëîãè÷íî, åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü U1 èäåàëüíûé, è âûïîëíÿþòñÿ ðàâåíñòâà RSN1 = RSN2, R1 = R2 è R3 = R4, òî âõîäíûå òîêè IIN, II1 è II2 óäîâëåòâîðÿþò ôîðìóëå (3).

VIN - VA ì , ïI I1 = R SN1 ï ï VIN - VB , íI I2 = R SN2 ï ï ïI IN = I I1 + I I2 . î

(3)

Âûáîð âñåõ øåñòè ðåçèñòîðîâ èç ðÿäà E96 (äîïóñê 0.1%) ìîæåò îãðàíè÷èòü èõ âëèÿíèå íà îøèáêó ðàñïðåäåëåíèÿ äî çíà÷åíèÿ ìåíåå 0.6%. Âëèÿíèå íàïðÿæåíèÿ è òîêà ñìåùåíèÿ óñèëèòåëÿ U1 íà îøèáêó ðàñïðåäåëåíèÿ òî÷íî òàêîå æå, êàê àíàëèçèðîâàëèñü ðàíåå, è âûðàæàåòñÿ ôîðìóëîé (4):

DIIN = II1 - II2 =

ö 1 æ R1 + R3 çç VOS + R1 IOS ÷÷ . (4) RSN1 è R3 ø

Ïîñêîëüêó âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ íèæå, ÷åì VOUT, ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì óìåíüøèòü òðåáóåìûå êîýôôèöèåíòû äåëåíèÿ ðåçèñòèâíûõ äåëèòåëåé äëÿ ñíèæåíèÿ îøèáêè ðàñïðåäåëåíèÿ. Åñëè âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìåíüøå, ÷åì ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ óñèëèòåëÿ U1, äëÿ ïèòàíèÿ U1 ìîæíî íàïðÿìóþ èñïîëüçîâàòü âõîäíîå íàïðÿæåíèå VIN, è òîãäà ðåçèñòîðû R3 è R4 ìîæíî óäàëèòü, ÷òîáû ïîëó÷èòü òå æå ïðåèìóùåñòâà, êîòîðûå îáñóæäàëèñü ðàíåå.

LM8261 ìîæíî íàïðÿìóþ ïèòàòü îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VIN, ÷òî ïîçâîëÿåò èñêëþ÷èòü ðåçèñòîðû R3 è R4. Îñòàëüíûå êîìïîíåíòû âûáðàíû ñëåäóþùèìè: ! RSN1 = RSN2 = 10 ìÎì ! R1 = R2 = 499 Îì ! C1 = C2 = 1 ìêÔ ! C3 = 100 íÔ ! R5 = 50 êÎì Ñîãëàñíî òåõíè÷åñêîìó îïèñàíèþ ìèêðîñõåìû LM8261, ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ VOS ðàâíî 7 ìÂ, à ìàêñèìàëüíûé òîê ñìåùåíèÿ IOS ðàâåí 400 íÀ. Òàêèì îáðàçîì, â õóäøåì ñëó÷àå ìàêñèìàëüíàÿ îøèáêà ðàñïðåäåëåíèÿ òîêîâ, âíîñèìàÿ óñèëèòåëåì U1, êàê ñëåäóåò èç ðàñ÷åòîâ ïî ôîðìóëå (4), ñîñòàâëÿåò 0.72 À: DIIN ³ 1/10ìÎì × (7 ì + 499 Îì × 400 íÀ) = = 720 ìÀ. Íà Ðèñóíêàõ 5 è 6 ïîêàçàíû äâà òèïè÷íûõ ðåçóëüòàòà ïðîâåäåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ.

Îñíîâíîé

Âåäîìûé

Ðèñóíîê 5. Èëëþñòðàöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ âõîäíûõ òîêîâ ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 8 Â è âûõîäíîé ìîùíîñòè 98 Âò.

Îñíîâíîé

Âåäîìûé

Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòîâ ×òîáû ïðîâåðèòü êîíöåïöèþ, âîñïîëüçóåìñÿ äâóìÿ îöåíî÷íûìè ìîäóëÿìè êîíòðîëëåðà ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ LM5155, äîïîëíåííûìè îáùåé ñõåìîé óïðàâëåíèÿ, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 4. Ïîñêîëüêó ìàêñèìàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñîñòàâëÿåò 18 Â, âûáðàííûé â êà÷åñòâå U1 îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü

14

Ðèñóíîê 6. Èëëþñòðàöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ âõîäíûõ òîêîâ ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 8 Â è âûõîäíîé ìîùíîñòè 72 Âò.

ÑÒÀÒÜÈ

LED-ÄÐÀÉÂÅÐÛ HLG Äðàéâåð èëè ÈÏ – âûáèðàé! Ìîùíîñòü îò 40 äî 600 Âò Òåìïåðàòóðà îò -40 äî 70°Ñ Äèììèíã Îòñóòñòâèå ïóëüñàöèé Ãàðàíòèÿ 7 ëåò

Îøèáêè ðàñïðåäåëåíèÿ âõîäíîãî òîêà ìåæäó îñíîâíûì è âåäîìûì ïðåîáðàçîâàòåëÿìè ñîñòàâëÿþò ìåíåå 120 ìÀ, ÷òî íàìíîãî ìåíüøå îøèáêè 720 ìÀ, ðàññ÷èòàííîé äëÿ íàèõóäøåãî ñëó÷àÿ. Ïðåäëîæåííàÿ êîíöåïöèÿ òàêæå áûëà ðåàëèçîâàíà â áàçîâîì ïðîåêòå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ äëÿ òèïè÷íûõ óëè÷íûõ ïîðòàòèâíûõ êîëîíîê ñ âõîäíûì íàïðÿæåíèåì 9-16 Â, âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì 50  è âûõîäíîé ìîùíîñòüþ 300 Âò, êîòîðûé ñîñòîèò èç äâóõ 150âàòòíûõ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé LM5155 â êîíôèãóðàöèè îñíîâíîé è âåäîìûé. Ïîñêîëüêó âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ îáû÷íî íèæå âûõîäíîãî, ðàçìåùåíèå òîêîèçìåðèòåëüíîé ñõåìû íà ñòîðîíå âõîäà ïîìîãàåò óìåíüøèòü îøèáêè ðàñïðåäåëåíèÿ òîêà. Ñõåìà, ïðåäëîæåí-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

íàÿ â ýòîé ñòàòüå, ìîæåò ñëóæèòü ðåøåíèåì äëÿ ïðåîáðàçîâàòåëåé ñ áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì ïîâûøåíèÿ, èñïîëüçóåìûõ â ïîðòàòèâíûõ êîëîíêàõ.  òàêèõ ïðèëîæåíèÿõ íà âõîäå îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿ 12-âîëüòîâàÿ áàòàðåÿ, à âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðåâûøàåò 40 Â, ÷òî òðåáóåò ïàðàëëåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé äëÿ ïîääåðæêè âûñîêîêà÷åñòâåííûõ àóäèîóñèëèòåëåé, âûõîäíàÿ ìîùíîñòü êîòîðûõ ìîæåò ïðåâûøàòü 300 Âò. Ñ ïîìîùüþ îïèñàííîé çäåñü ñõåìû ìîæíî îáåñïå÷èòü äîñòàòî÷íî ñáàëàíñèðîâàííîå ðàñïðåäåëåíèå ìîùíîñòè ïàðàëëåëüíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM5155 2. Datasheet Texas Instruments LM8261

15

Íåáîëüøîé êîíäåíñàòîð ïîääåðæèâàåò ðàáîòîñïîñîáíîñòü òåëåêîììóíèêàöèîííîãî îáîðóäîâàíèÿ ïðè ñáîÿõ ïèòàíèÿ Samuel Kerem EDN

Â

 ýòîé ñòàòüå ïîêàçàíî, êàê ïîääåðæèâàòü ðàáîòîñïîñîáíîñòü òåëåêîììóíèêàöèîííîãî îáîðóäîâàíèÿ âî âðåìÿ êðàòêîâðåìåííûõ íàðóøåíèé ýíåðãîñíàáæåíèÿ. Íî ñíà÷àëà íåîáõîäèìî ðàçîáðàòüñÿ â íåñêîëüêèõ äåòàëÿõ, êàñàþùèõñÿ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ òåëåêîììóíèêàöèîííîãî îáîðóäîâàíèÿ. Íîìèíàëüíîå íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà, ïèòàþùåãî òåëåêîììóíèêàöèîííîå îáîðóäîâàíèå, ñîñòàâëÿåò –48 Â, õîòÿ ôàêòè÷åñêîå íàïðÿæåíèå ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ îò –42.5 äî –56 Â, îò –40 äî –60  è äàæå øèðå. Òèïè÷íûé DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü ðàáîòàåò ñ âõîäíûìè íàïðÿæåíèÿìè â äèàïàçîíå îò –36 äî –75 Â. Íàðóøåíèå ïèòàíèÿ ïðîèñõîäèò, êîãäà íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà –48  ïàäàåò äî 0  è îñòàåòñÿ íà ýòîì óðîâíå â òå÷åíèå 10 ìñ. Î÷åâèäíûì ïîäõîäîì ê ðåøåíèþ ýòîé ïðîáëåìû ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå åìêîñòíîãî íàêîïèòåëÿ, ïîäêëþ÷åííîãî ê âõîäó áëîêà ïèòàíèÿ, íî íåäîñòàòîê òàêîãî ïîäõîäà ñòàíîâèòñÿ î÷åâèäíûì, åñëè ïîñìîòðåòü íà ðåàëüíóþ ñóùíîñòü èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ –48 Â. Íàïðèìåð, ýíåðãèÿ, çàïàñåííàÿ â êîíäåíñàòîðå åìêîñòüþ C, çàðÿæåííîì äî íàïðÿæåíèÿ V, ðàâíà

CV 2 .

2 Ðàáîòà ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïðåêðàòèòñÿ, êîãäà êîíäåíñàòîð ðàçðÿäèòñÿ äî 36 Â. Òàêèì

16

îáðàçîì, ýíåðãèÿ, äîñòóïíàÿ äëÿ ïîääåðæàíèÿ ðàáîòû ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ñîñòàâëÿåò:

U=C

V12 - V22 , 2

ãäå V1 è V1 – íà÷àëüíîå è êîíå÷íîå (–36 Â) íàïðÿæåíèÿ, ñîîòâåòñòâåííî, à U – ýíåðãèÿ. Êðîìå òîãî

U = Pt , ãäå P – ìîùíîñòü, à t – âðåìÿ. Èñïîëüçóÿ ýòè ôîðìóëû, ìîæíî íàéòè âðåìÿ, â òå÷åíèå êîòîðîãî îáîðóäîâàíèå áóäåò îñòàâàòüñÿ â ðàáî÷åì ñîñòîÿíèè:

t=C

V12 - V22 , 2P

èëè, ìîæíî îïðåäåëèòü åìêîñòü êîíäåíñàòîðà:

C=

2Pt .

V - V22 2 1

Ïðåäïîëîæèì, ÷òî îòêëþ÷åíèå ïèòàíèÿ ïðîèñõîäèò, êîãäà íàïðÿæåíèå íà âõîäå áëîêà ñîñòàâëÿåò –39 Â, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ñëó÷àþ, êîãäà â ïðåäåëàõ äîïóñòèìîãî îòêëîíåíèÿ íàïðÿæåíèå –48  ïðîñåëî äî –40 Â, à ïåðåä áëîêîì ïèòàíèÿ â êîíôèãóðà-

ÑÒÀÒÜÈ

ÌÈÍÈÌÀËÜÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ ÏÎÐÎÃÀ 37 Â

2×VIN 2

+ –

ÅÌÊÎÑÒÍÎÉ ÓÄÂÎÈÒÅËÜ ÈËÈ ÏÎÂÛØÀÞÙÈÉ ÏÐÅÎÁÐÀÇÎÂÀÒÅËÜ

80 Â

C1

S1 1

ÊÎÌÏÀÐÀÒÎÐ

VIN 40 Â

ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÏÈÒÀÍÈß ÂÕÎÄ: 36 … 80  ÂÛÕÎÄ: 5 Â

ÍÀÃÐÓÇÊÀ

Ðèñóíîê 1. Ýíåðãèÿ, çàïàñåííàÿ â êîíäåíñàòîðå Ñ1, çàðÿæåííîì äî óäâîåííîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ñáðàñûâàåòñÿ íà âõîä áëîêà ïèòàíèÿ âî âðåìÿ ñáîåâ, êîãäà âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïàäàåò íèæå –37 Â.

öèè ñ ãîðÿ÷åé çàìåíîé òåðÿåòñÿ íå ìåíåå 1  èç-çà âêëþ÷åííûõ ïî «ÈËÈ» çàùèòíûõ äèîäîâ. Òàêæå ïðåäñòàâèì, ÷òî íàêîïèòåëüíûé êîíäåíñàòîð çàðÿæàåòñÿ äî –39 Â. Îáîðóäîâàíèå ðàáîòàåò äî òåõ ïîð, ïîêà êîíäåíñàòîð íå ðàçðÿäèòñÿ äî –36 Â. Äîïóñòèì, ÷òî îáîðóäîâàíèå ïîòðåáëÿåò 100 Âò. ×òîáû íàêîïëåííîé ýíåðãèè õâàòèëî íà 5 ìñ, êîíäåíñàòîð äîëæåí èìåòü åìêîñòü ïðèìåðíî 4500 ìêÔ. Êîíäåíñàòîð äîëæåí áûòü ðàññ÷èòàí íà ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå, êîòîðîå ìîæåò ïðåâûøàòü 75 Â, òàê ÷òî åãî ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå íå ìîæåò áûòü ìåíüøå 100 Â. 100-âîëüòîâûé êîíäåíñàòîð åìêîñòüþ 4500 ìêÔ èìååò íåìàëûå ðàçìåðû. Åñëè òðåáóåòñÿ, ÷òîáû êîíñòðóêöèÿ ðàáîòàëà âäâîå äîëüøå ïðè ïîòðåáëÿåìîé ìîùíîñòè 300 Âò, êîíäåíñàòîð äîëæåí èìåòü åìêîñòü 27000 ìêÔ è ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå 100 Â.  ïðåäëàãàåìîé çäåñü ñõåìå ïî-ïðåæíåìó òðåáóåòñÿ êîíäåíñàòîð, íî åìêîñòü åãî íàìíîãî ìåíüøå – 200 ìêÔ âìåñòî 4500 ìêÔ, îäíàêî ñõåìà ïî-ïðåæíåìó ìîæåò ïîääåðæèâàòü íàãðóçêó 100 Âò â òå÷åíèå 5 ìñ. Òàêîé

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

ïîäõîä ïîâûøàåò íàäåæíîñòü è ñíèæàåò ñòîèìîñòü è ðàçìåðû ñèñòåìû. Ñêðûòîé îñîáåííîñòüþ ÿâëÿåòñÿ ñïîñîáíîñòü áëîêà ïèòàíèÿ ñîõðàíÿòü ðàáîòîñïîñîáíîñòü â äèàïàçîíå âõîäíûõ íàïðÿæåíèé îò –36 äî –75  è äàæå ïðè áðîñêàõ íàïðÿæåíèÿ, ïðåâûøàþùèõ –80 Â. Êàê ðåàëèçîâàòü ýòîò ïîäõîä, âèäíî èç Ðèñóíêà 1. Íà ðèñóíêå ïîêàçàíî ïîëîæèòåëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå. Áëîê ïèòàíèÿ èçîëèðîâàí, ïîýòîìó ïîëÿðíîñòü íå èìååò çíà÷åíèÿ, íî ïðèìåð ñ ïîëîæèòåëüíûì íàïðÿæåíèåì ëåã÷å ïðîèëëþñòðèðîâàòü. Ïîìíèòå, ÷òî ïðè ëèíåéíîì óâåëè÷åíèè íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå íàêîïëåííàÿ â íåì ýíåðãèÿ ðàñòåò êâàäðàòè÷íî. Óäâîèòåëü çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð C1 äî óäâîåííîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, èëè íå ìåíåå ÷åì äî 80 Â. Äàæå â ãèïîòåòè÷åñêîì ñëó÷àå, åñëè ïèòàíèå áóäåò îòêëþ÷àòüñÿ íà 5 ìñ êàæäûå 10 ñ, òîê çàðÿäà êîíäåíñàòîðà 200 ìêÔ âñå ðàâíî ñîñòàâèò ëèøü ïîðÿäêà 3 ìÀ. Êîìïàðàòîð ñëåäèò çà âõîäíûì íàïðÿæåíèåì, è, êàê òîëüêî îíî ïàäàåò íèæå 37 Â, ïåðåêëþ÷àòåëü S1 çàìûêàåòñÿ, è ýíåðãèÿ êîíäåíñàòîðà Ñ1 ïîñòóïàåò â áëîê ïèòàíèÿ. ÐË

17

LC-ãåíåðàòîð ñî ñòàáèëüíîé àìïëèòóäîé Julius Foit EDN

ÂÂî ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ òðåáóþòñÿ øèðî-

êîäèàïàçîííûå ïåðåñòðàèâàåìûå LC-ãåíåðàòîðû, ñïîñîáíûå îáåñïå÷èâàòü ïî÷òè ïîñòîÿííóþ ÷àñòîòó è ïðàêòè÷åñêè ïîëíîå îòñóòñòâèå ãàðìîíèê, äàæå ïðè èçìåíåíèè âûõîäíîé íàãðóçêè ñõåìû. Ñ òî÷êè çðåíèÿ êîíñòðóêöèè óñòðîéñòâà èñêëþ÷åíèå îòâîäîâ îò èíäóêòèâíûõ èëè åìêîñòíûõ âåòâåé LCöåïè è òðàíñôîðìàòîðíûõ ñâÿçåé â ÷àñòîòíîçàäàþùåé öåïè óïðîùàåò ïðîåêòèðîâàíèå è ïðîèçâîäñòâî, ðàâíî êàê è äàåò âîçìîæíîñòü ïðè íåîáõîäèìîñòè çàçåìëèòü îäíó ñòîðîíó êîëåáàòåëüíîãî êîíòóðà. Äëÿ âûïîëíåíèÿ ýòèõ òðåáîâàíèé íóæíà ñõåìà, êîòîðàÿ ìîæåò àâòîìàòè÷åñêè è ýôôåêòèâíî ðåãóëèðîâàòü ïåòëåâîå óñèëåíèå, ÷òî ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì êðèòåðèåì äëÿ ãåíåðàöèè. Êðîìå òîãî, ñõåìà äîëæíà îáåñïå÷èâàòü äîñòàòî÷íîå óñèëåíèå ÓÑÈËÈÒÅËÜ IOUT = f(VIN)

AO =

ÂÕÎÄ

ÂÛÕÎÄ

VIN

IOUT

C

L

Ðèñóíîê 1. Áàçîâàÿ ñõåìà ãåíåðàòîðà îáðàçîâàíà ïàðàëëåëüíûì LC-êîíòóðîì è óñèëèòåëåì-ïðåîáðàçîâàòåëåì íàïðÿæåíèå-òîê.

18

äëÿ ãåíåðàöèè ñ íèçêîèìïåäàíñíûìè LCöåïÿìè è ðåãóëèðîâàòü àìïëèòóäó êîëåáàíèé äëÿ óëó÷øåíèÿ ñòàáèëüíîñòè ÷àñòîòû è ìèíèìèçàöèè îáùèõ ãàðìîíè÷åñêèõ èñêàæåíèé.  ñâîèõ ïîïûòêàõ ðåøåíèÿ ýòèõ ïðîáëåì ðàçðàáîò÷èêè ñîçäàâàëè ìíîæåñòâî òîïîëîãèé ñõåì, ñðåäè êîòîðûõ áûëè î÷åíü ñëîæíûå, îäíàêî èñïîëüçîâàíèå íåêîòîðûõ îñíîâíûõ ñâîéñòâ àêòèâíûõ óñòðîéñòâ ìîæåò ïîìî÷ü èì äîáèòüñÿ ïðèåìëåìîãî ïîâåäåíèÿ è îò ïðîñòîé ñõåìû ãåíåðàòîðà. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà áàçîâàÿ êîíôèãóðàöèÿ LC-ãåíåðàòîðà. Óñèëèòåëü ðàáîòàåò êàê íåèíâåðòèðóþùèé èñòî÷íèê òîêà, óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì. LC-öåïü ïðåîáðàçóåò âûõîäíîé òîê óñèëèòåëÿ IOUT â íàïðÿæåíèå VIN, êîòîðîå ñëóæèò âõîäíûì ñèãíàëîì óñèëèòåëÿ. Ôîðìàëüíîå óñëîâèå âîçíèêíîâåíèÿ êîëåáàíèé âûðàæàåòñÿ ôîðìóëîé (1):

IOUTRD ³ 1.

VIN

(1)

Çäåñü AO – îáùèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ, RD – ðåçîíàíñíîå ñîïðîòèâëåíèå èíäóêòèâíî-åìêîñòíîé öåïè.  ïðàêòè÷åñêèõ ñõåìàõ âåëè÷èíà ñîïðîòèâëåíèÿ RD çàâèñèò îò ñâîéñòâ ýëåìåíòîâ LC-öåïè è, ñëåäîâàòåëüíî, ìîæåò èìåòü øèðîêèé äèàïàçîí çíà÷åíèé. Êðîìå òîãî, ôîðìóëà (1) ïðåäïîëàãàåò, ÷òî õàðàêòåðèñòèêè óñèëèòåëÿ èäåàëüíû, òî åñòü íå çàâèñÿò îò ÷àñòîòû.

ÑÒÀÒÜÈ

Ðèñóíîê 1 è ôîðìóëà (1) äàþò ïðîñòîå ïðåäñòàâëåíèå îá îñíîâíîé ïðîáëåìå ïðîåêòèðîâàíèÿ. Åñëè äëÿ ðàáîòû â áîëüøîé ïîëîñå ÷àñòîò òðåáóåòñÿ èñïîëüçîâàíèå íåñêîëüêèõ LC-öåïåé ñ øèðîêî èçìåíÿþùèìèñÿ çíà÷åíèÿìè RD, òî è õàðàêòåðèñòèêè óñèëèòåëÿ äîëæíû ïåðåñòðàèâàòüñÿ â øèðîêîì äèàïàçîíå. Ìîæíî íàñòðîèòü óñèëåíèå òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû âûïîëíèòü óñëîâèå îãðàíè÷åíèÿ óñèëåíèÿ äëÿ ñëó÷àÿ íàèõóäøèõ ïàðàìåòðîâ LC-öåïè, à çàòåì, èñïîëüçóÿ íåëèíåéíîñòü óñòðîéñòâà, óìåíüøàòü óñèëåíèå ïðè ïåðåãðóçêàõ. Îäíàêî ïðè áîëüøîé ïåðåãðóçêå óñèëèòåëÿ åãî âõîäíîå è âûõîäíîå äèôôåðåíöèàëüíûå ñîïðîòèâëåíèÿ ìîãóò óïàñòü äî íåáîëüøèõ äîëåé îò èõ îïòèìàëüíûõ âûñîêîîìíûõ çíà÷åíèé. Âûñîêèé óðîâåíü íåëèíåéíûõ èñêàæåíèé òàêæå ìîæåò óõóäøèòü ñòàáèëüíîñòü ÷àñòîòû. Áîëåå òîãî, ýòè ýôôåêòû ñèëüíî çàâèñÿò îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ óñèëèòåëÿ, ÷òî óõóäøàåò ñòàáèëüíîñòü ÷àñòîòû, åñëè íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò íàãðóçêè.  ðàçíûõ ñõåìàõ ãåíåðàòîðîâ èñïîëüçóþòñÿ ðàçëè÷íûå êîíñòðóêöèè óñèëèòåëüíîãî áëîêà, ïîêàçàííîãî íà Ðèñóíêå 1. Ïîïóëÿðíûé òðàíçèñòîðíûé êàñêàä ñ îáùèì ýìèòòåðîì èëè îáùèì èñòîêîì èìååò äâà ñóùåñòâåííûõ íåäîñòàòêà. Âî-ïåðâûõ, òàêîé óñèëèòåëü ÿâëÿåòñÿ èíâåðòèðóþùèì, à âî-âòîðûõ, åãî âûõîä íå âåäåò ñåáÿ êàê õîðîøèé èñòî÷íèê òîêà, îñîáåííî ïðè áîëüøîé íàãðóçêå. Ïîïûòêè èçáåæàòü ýòèõ ïðîáëåì âêëþ÷àþò òðàíñôîðìàòîðíóþ ñâÿçü èëè ñîãëàñîâàíèå èìïåäàíñîâ â LC-öåïè ñ ïîìîùüþ îòâîäîâ êàòóøêè, íî ýòî óñëîæíÿåò êîíñòðóêöèþ è ëèøü ÷àñòè÷íî ðåøàåò ïðîáëåìû.

A1

A2

V–A

V–A

I1

V11

I2

RS V22

C

L

ÎÁÐ. ÑÂßÇÜ

Ðèñóíîê 2. Äîáàâëåíèå âòîðîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ íàïðÿæåíèå-òîê èçîëèðóåò ðåçîíàíñíûé êîíòóð.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà äðóãàÿ òîïîëîãèÿ ãåíåðàòîðà, îñíîâàííàÿ íà äâóõ êàñêàäàõ íåèíâåðòèðóþùèõ óñèëèòåëåé A1 è A2, ðàáîòàþùèõ êàê ïðåîáðàçîâàòåëè íàïðÿæåíèÿ â òîê (èñòî÷íèêè òîêà, óïðàâëÿåìûå íàïðÿæåíèåì).  ýòîé ñõåìå ðåçèñòîð ñâÿçè RS ïðåîáðàçóåò âûõîäíîé òîê IIN óñèëèòåëÿ A1 â íàïðÿæåíèå VIN, êîòîðîå ïîäàåòñÿ íà âòîðîé êàñêàä A2. Äèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå íàñòðîåííîé LC-öåïè ïðåîáðàçóåò âûõîäíîé òîê óñèëèòåëÿ A2 â âûõîäíîå íàïðÿæåíèå V22, êîòîðîå âîçâðàùàåòñÿ íà âõîä A1, çàìûêàÿ ïåòëþ ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè. Îáùåå ïåòëåâîå óñèëåíèå ATOTAL âûðàæàåòñÿ ôîðìóëîé (2):

A TOTAL = A 1 × A 2 = R SRD y 21S1 × y 21S 2 .

(2)

 ýòîé ôîðìóëå RD = QwL – äèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå LC-êîíòóðà íà ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòå w, Q – äîáðîòíîñòü LC-êîíòóðà, A1 è A2 – ýêâèâàëåíòíûå êîýôôèöèåíòû óñèëåíèÿ îáîèõ óñèëèòåëüíûõ êàñêàäîâ, |y21S1| è |y21S2| – äåéñòâèòåëüíûå ÷àñòè ïîëíîé äèôôåðåíöèàëüíîé ïðîâîäèìîñòè ïðÿìîé ïåðåäà÷è (êðóòèçíû) îáîèõ óñèëèòåëüíûõ êàñêàäîâ. Äëÿ ïîääåðæàíèÿ íåçàòóõàþùèõ êîëåáàíèé óñëîâèå ATOTAL > 1 â ôîðìóëå (1) äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ äëÿ âñåõ çíà÷åíèé äèíàìè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ RD êîëåáàòåëüíîãî êîíòóðà. Òåîðåòè÷åñêè ýòî óñëîâèå íå ïðåäñòàâëÿåò íèêàêèõ ïðîáëåì, îäíàêî íà ïðàêòèêå âîçíèêàåò ñèòóàöèÿ, êîãäà ñõåìà äîëæíà ðàáîòàòü êàê LC-ãåíåðàòîð ñ øèðîêèì äèàïàçîíîì ïåðåñòðîéêè èíäóêòèâíîñòåé è åìêîñòåé, ñ øèðîêèì äèàïàçîíîì èçìåíåíèÿ äîáðîòíîñòè Q íàñòðîåííîãî êîíòóðà, îïðåäåëÿåìîé â ïåðâóþ î÷åðåäü êàòóøêîé èíäóêòèâíîñòè, ñ ïîñòîÿííîé àìïëèòóäîé âûõîäíîãî ñèãíàëà ïðè ëþáîì ñî÷åòàíèè ïåðâûõ äâóõ óñëîâèé è ñ ìèíèìàëüíî âîçìîæíîé çàâèñèìîñòüþ ÷àñòîòû îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ è íàãðóçêè. Áîëüøèíñòâî ñõåì LC-ãåíåðàòîðîâ íå ìîãóò îäíîâðåìåííî óäîâëåòâîðÿòü âñåì ýòèì òðåáîâàíèÿì. Êàæäàÿ ñõåìà ãåíåðàòîðà ìîæåò îòâå÷àòü ëèøü îòäåëüíûì òðåáîâàíèÿì, íî íè îäíà íå ìîæåò ïîääåðæèâàòü èõ âñå, åñëè íå óñëîæíèòü ñõåìó ñâåðõ ðàçóìíûõ ïðåäåëîâ. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà ñõåìà, ïîëó÷àþùàÿ îò V22 âíåøíåå ïîñòîÿííîå íàïðÿæå-

19

A1

A2

V–A

V–A

I1

V11

I2

RS V22

C

L

ÎÁÐ. ÑÂßÇÜ

CS VCONT

èñòî÷íèêà òîêà óñèëèòåëü A2 äîëæåí èìåòü ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå âíóòðåííåå äèôôåðåíöèàëüíîå âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå. Ëó÷øèìè àêòèâíûìè óñòðîéñòâàìè äëÿ îáîèõ óñèëèòåëüíûõ êàñêàäîâ ÿâëÿþòñÿ ïîäîáðàííûå n-êàíàëüíûå ïîëåâûå òðàíçèñòîðû ñðåäíåé ìîùíîñòè ñ p-n ïåðåõîäîì BF245B, èìåþùèå òîê ñòîêà 5 ìÀ ïðè íàïðÿæåíèè çàòâîð-èñòîê, ðàâíîì 0 Â, è íàïðÿæåíèè ñòîêèñòîê 15 Â. Íà Ðèñóíêå 5 ïîêàçàíà îêîí÷àòåëüíàÿ ñõåìà, â êîòîðîé Q2 ðàáîòàåò êàê óñèëèòåëü ñ îáùèì ñòîêîì (A2), à Q1 – êàê óñèëèòåëü ñ îáùèì çàòâîðîì (A1).

ÂÛÏÐßÌÈÒÅËÜ

Ðèñóíîê 3. Íàïðÿæåíèå óïðàâëåíèÿ óñèëåíèåì ñîçäàåòñÿ âûïðÿìëåíèåì ÷àñòè ñèãíàëà.

–10V

R1 330

R2 1M

R3 1M

íèå äëÿ óïðàâëåíèÿ êîýôôèöèåíòàìè ïðåîáðàçîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ â òîê, òî åñòü êîýôôèöèåíòàìè óñèëåíèÿ A1 è A2. Êîíòðîëü óñèëåíèÿ îáîèõ êàñêàäîâ çíà÷èòåëüíî ïîâûøàåò ýôôåêòèâíîñòü óïðàâëåíèÿ.  äîïîëíåíèå ê èñõîäíîé ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, íåîáõîäèìîé äëÿ çàïóñêà è ïîääåðæàíèÿ êîëåáàíèé, ìîæíî äîáàâèòü â ñõåìó ãåíåðàòîðà êàíàë êîñâåííîé îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, ÷òîáû îãðàíè÷èòü àìïëèòóäó V22. ×òîáû ñîîòâåòñòâîâàòü ïåðâîíà÷àëüíûì öåëÿì ïðîåêòèðîâàíèÿ, óñèëèòåëüíûå áëîêè A1 è A2 äîëæíû èìåòü óïðàâëÿåìûå íàïðÿæåíèåì àìïëèòóäíûå õàðàêòåðèñòèêè, îáëàäàòü ëèíåéíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè óïðàâëåíèÿ óñèëåíèåì (Ðèñóíîê 4), íå äîëæíû èíâåðòèðîâàòü ôàçó ñèãíàëà è ïî÷òè íå äîëæíû ïîòðåáëÿòü âõîäíîé òîê. Êðîìå òîãî, äëÿ ýìóëÿöèè

PO

|y21S| VCONT 0 VGS

VTH

0

Ðèñóíîê 4. Õàðàêòåðèñòèêà óïðàâëåíèÿ èäåàëèçèðîâàííîãî ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà ñ p-n ïåðåõîäîì ïîêàçûâàåò ëèíåéíóþ çàâèñèìîñòü êðóòèçíû îò íàïðÿæåíèÿ çàòâîð-èñòîê.

20

Q2 BF245

Q1 BF245 C4 82 pF

C2 0.001 µF

L1

C1 R4 150

C3 0.001 µF

VOUT

Ðèñóíîê 5. Çàêîí÷åííàÿ ñõåìà ãåíåðàòîðà ñîñòîèò èç ìèíèìàëüíîãî êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ.

Ïåðåõîä çàòâîð-èñòîê òðàíçèñòîðà Q1 âûïðÿìëÿåò ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå V22 êîëåáàòåëüíîãî êîíòóðà. Êîíäåíñàòîð ñâÿçè C4 íà Ðèñóíêå 5 îäíîâðåìåííî âûïîëíÿåò ôóíêöèþ ñãëàæèâàþùåãî êîíäåíñàòîðà CS íà Ðèñóíêå 3, ïîñêîëüêó åãî íèæíèé âûâîä ñîåäèíÿåòñÿ ñ çåìëåé ÷åðåç íèçêîå ñîïðîòèâëåíèå êîíòóðíîé êàòóøêè L ïîñòîÿííîìó òîêó. Ïîñòîÿííîå óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå ïîäàåòñÿ íà çàòâîð òðàíçèñòîðà Q2 ÷åðåç ðåçèñòîð R2. Êîíäåíñàòîð C2 ñîåäèíÿåò çàòâîð Q2 ñ çåìëåé ïî ïåðåìåííîìó òîêó; òðàíçèñòîð Q2 ðàáîòàåò â ðåæèìå âêëþ÷åíèÿ ñ îáùèì çàòâîðîì, ïîñêîëüêó èñòîê Q1 óïðàâëÿåò èñòîêîì Q2. ×òîáû ñâåñòè ê ìèíèìóìó îòêëîíåíèÿ ÷àñòîòû èç-çà èçìåíåíèé íàãðóçêè, â ñòîê òðàíçèñòîðà Q1 âêëþ÷åí îòíîñèòåëüíî íèçêîîìíûé ðåçèñòîð R4, èçîëèðóþ-

ÑÒÀÒÜÈ

(á)

(à)

(â)

Ðèñóíîê 6. ×èñòàÿ ñèíóñîèäà (V22 íà Ðèñóí-êå 3) íà íàñòðîåííîì êîíòóðå ñ ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòîé 280 êÃö ïðè L1 = 147 ìêÃí è C1 = 2200 ïÔ (à). Ñèíóñîèäà ïðè L1 = 56 ìêÃí è C1 = 60 ïÔ (á). Âûõîäíîé ñèãíàë VOUT íà ÷àñòîòå íàñòðîéêè 280 êÃö ïðè L1 = 147 ìêÃí è C1 = 2200 ïÔ èìååò ïëîñêóþ âåðøèíó (â).

ùèé âûõîä îò ÷àñòîòíî-çàäàþùèõ ýëåìåíòîâ ñõåìû. Êðîìå òîãî, ïî îäíîìó âûâîäó L è C ñîåäèíåíî ñ çåìëåé. Îñöèëëîãðàììû íà Ðèñóíêàõ 6à è 6á íå ïîêàçûâàþò ñóùåñòâåííîãî èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà íàñòðîåííîì êîíòóðå äàæå ïðè î÷åíü ðàçíûõ çíà÷åíèÿõ L è C.  äèàïàçîíå

íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ îò 8 äî 30  íàïðÿæåíèå íà êîíòóðå ìåíÿåòñÿ íå áîëåå ÷åì íà 3%. Òàêàÿ æå èëè ëó÷øàÿ ñòàáèëüíîñòü àìïëèòóäû âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 6â) ñîõðàíÿåòñÿ äàæå íà ÷àñòîòàõ îò 5 êÃö äî 50 ÌÃö áåç ïîäñòðîéêè íîìèíàëîâ êàêèõëèáî ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ, çà èñêëþ÷åíè-

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

åì L è C. Óìåíüøåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ R4 óìåíüøàåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, ÷òî åùå áîëüøå ñíèæàåò âëèÿíèå èçìåíåíèé íàãðóçêè íà ðàáî÷óþ ÷àñòîòó. Óðîâåíü âåðõíåé ïëîñêîé ÷àñòè VOUT ñîîòâåòñòâóåò ïîòåíöèàëó çåìëè, à îòðèöàòåëüíûì ñèãíàë ñòàíîâèòñÿ èç-çà îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Áëàãîäàðÿ àâòîìàòè÷åñêîé ðåãóëèðîâêå óñèëåíèÿ ôîðìà ñèãíàëà îñòàåòñÿ óäèâèòåëüíî ñòàáèëüíîé íåçàâèñèìî îò ÷àñòîòû, à ñëåãêà çàêðóãëåííûå óãëû, â îñíîâíîì ïðîÿâëÿþùèåñÿ íà ÷àñòîòàõ âûøå 25 ÌÃö, îáóñëîâëåíû, ïðåæäå âñåãî, ïàðàçèòíûìè åìêîñòÿìè. Èäåàëüíîñòü ñèíóñîèäû îáåñïå÷èâàåòñÿ òîëüêî íà íåçàçåìëåííîé ñòîðîíå LC-öåïè.  äðóãèõ óçëàõ ñõåìû íàáëþäàåòñÿ îòñå÷êà ñèãíàëîâ íàïðÿæåíèÿ è òîêà, ïîñêîëüêó îáà òðàíçèñòîðà ðàáîòàþò ïðèìåðíî â ðåæèìå êëàññà B, ñìåùàÿñü â ñòîðîíó êëàññà C ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Ìîæíî âçÿòü

22

ñèíóñîèäó íåïîñðåäñòâåííî ñ LC-öåïè, íî èçìåíåíèÿ èìïåäàíñà íàãðóçêè áóäóò âëèÿòü íà ðàáî÷óþ ÷àñòîòó. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, îòðèöàòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü ïî ïîñòîÿííîìó òîêó, óïðàâëÿþùàÿ êîýôôèöèåíòàìè óñèëåíèÿ îáîèõ òðàíçèñòîðîâ, íå ïîçâîëÿåò äàæå îòíîñèòåëüíî áîëüøèì èçìåíåíèÿì èìïåäàíñà íàãðóçêè êîíòóðà ñóùåñòâåííî âëèÿòü íà àìïëèòóäó ñèíóñîèäû äî òåõ ïîð, ïîêà äîáðîòíîñòü LC-öåïè íå óïàäåò äî î÷åíü íèçêîãî óðîâíÿ. Öåíîé óñëîæíåíèÿ ñõåìû è óâåëè÷åíèÿ êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ ìîæíî äîáàâèòü áóôåðíûé êàñêàä è èçâëå÷ü èñòèííóþ ñèíóñîèäó èç LCöåïè, íî â ïåðâîíà÷àëüíîì ïðèëîæåíèè ðàäèîìàÿêà, äëÿ êîòîðîãî ñîçäàâàëñÿ ýòîò ãåíåðàòîð, ïîñòîÿíñòâî àìïëèòóäû âûõîäíîãî ñèãíàëà áûëî âàæíåå, ÷åì åãî ôîðìà. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet NXP BF245

ÑÒÀÒÜÈ

Îäèí ðåçèñòîð äåëàåò êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ãåíåðàòîðà íà LM555 ðàâíûì 50% Stephen Woodward EDN

ÂÂåçäåñóùèé è íåâåðîÿòíî ïîëåçíûé àíà-

ëîãîâûé òàéìåð 555, êîòîðîìó óæå áîëåå ïîëóâåêà, ñòàë ïîñòîÿííûì îáúåêòîì êàê ïîõâàë, òàê è êðèòèêè. Ïåðâîå ïî÷òè ïîëíîñòüþ, à âòîðîå îò÷àñòè îïðàâäàíî, íî èíîãäà ïðåäïîëàãàåìûé íåäîñòàòîê ïåðåðàñòàåò â ñòàòóñ «îáùåèçâåñòíîãî» òîëüêî ïîòîìó, ÷òî áûë óïóùåí èç âèäó ïðîñòîé ñïîñîá åãî èñïðàâëåíèÿ, äàæå äëÿ òàêîãî øèðîêî è äîëãî èñïîëüçóåìîãî ïîïóëÿðíîãî êîìïîíåíòà, êàê 555. Ïîêàçàòåëüíûì ïðèìåðîì ÿâëÿåòñÿ ÷àñòî âûñêàçûâàåìîå (õîòÿ è îøèáî÷íîå) ìíåíèå î òîì, ÷òî íà îðèãèíàëüíîé (áèïîëÿðíîé) âåðñèè 555 ñëîæíî ñäåëàòü ãåíåðàòîð ñèììåòðè÷íûõ ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 50:50%.

4 RESET

R1 47k

7

DISCHARGE

Ñâîèì ïðîèñõîæäåíèåì ýòîò ìèô, ïîâèäèìîìó, îáÿçàí ïðèìåðàì èñïîëüçîâàíèÿ èç ðàííèõ òåõíè÷åñêèõ îïèñàíèé 555, ãäå ïðèâîäèëàñü ñõåìà àâòîêîëåáàòåëüíîãî ãåíåðàòîðà, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 1. Âûðàæåíèå äëÿ åãî âûõîäíîãî êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ D, êîòîðûé ðàâåí

D=

R1 + R 2 , R2

ïîêàçûâàåò, ÷òî ñîîòíîøåíèå 50:50 íåäîñòèæèìî, åñëè òîëüêî ñîïðîòèâëåíèå R1 íå ðàâíî íóëþ. Ïîñêîëüêó ðåçóëüòàòîì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ DISCHARGE íà VS, ñêîðåå âñåãî, áóäåò äûì, à íå ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû,

8 VCC

OUTPUT

3

1 êÃö D =67:33%

R2 47k 6 THRESHOLD

C1 .01 µF

TRIGGER 2

CONTROL

GND

5

+ +

C3 10 µF

VS –

C2 .01 µF

1

FOSC = 0.48/[(2R1 + R2)C1] D = (R1 + R2):R2

Ðèñóíîê 1. «Òðàäèöèîííûé äâóõðåçèñòîðíûé» ãåíåðàòîð íà ìèêðîñõåìå 555.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

23

4

VS

RESET

R1 36k 2VS/3 R2 36k

VC1

DISCHARGE

3

OUTPUT

8.2k

1 êÃö D = 50%

6

VS/3 VDD

R3 7

8 VCC

THRESHOLD

C1 .01 µF

T1 T2 T1 T2 T1 T2

TRIGGER

5

CONTROL

C3 10 µF

VS –

C2 .01 µF

GND

2

+ +

1

R3 = 0.225×R1 R2 = R1 T1 = 1.386×R1C1 T2 = T1 FOSC = 0.36/(R1C1)

Ðèñóíîê 2. Íîâàÿ «òðåõðåçèñòîðíàÿ» òîïîëîãèÿ.

ñëåäóåò âûâîä, ÷òî óñëîâèå 50:50 äåéñòâèòåëüíî íåâûïîëíèìî. Îäíàêî, ê ñ÷àñòüþ, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 2, êëàññè÷åñêàÿ äâóõðåçèñòîðíàÿ ñõåìà – íå åäèíñòâåííûé äîñòóïíûé âàðèàíò òîïîëîãèè.  ÷àñòíîñòè, åñëè ïîñëåäîâàòåëüíî ñ âûâîäîì DISCHARGE äîáàâèòü òðåòèé ðåçèñòîð (R3), òî â êà÷åñòâå àñèìïòîòè÷åñêîãî ïðåäåëà äëÿ ýêñïîíåíöèàëüíîãî ðàçðÿäà êîíäåíñàòîðà C1 óñòàíàâëèâàåòñÿ íîâûé óðîâåíü

T1 = T2,

FOSC =

0.36 , R1C1

D = 50:50. Ýòîò ìåòîä òàêæå ðàáîòàåò äëÿ ìíîãèõ îòíîøåíèé R2/R1, îòëè÷íûõ îò 1.0. Íåêîòîðûå ïðèìåðû ïîêàçàíû â Òàáëèöå 1. Òàáëèöà 1.

R3 , VD = VS R1 + R 3 ðàñòÿãèâàþùèé ôàçó T2 ïåðèîäà êîëåáàíèé. Êðîìå òîãî, ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè, îïðåäåëÿþùàÿ äëèòåëüíîñòü T2, îò çíà÷åíèÿ R2C1 óâåëè÷èâàåòñÿ äî

æ RR ö çç R 2 + 1 3 ÷÷ C1 .

R1 + R 3 ø è  ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî åñëè R2 = R1 è R3 = 0.225·R1, òî

T1 = ln 2 × 2R1C1 ,

æ 2 ö - VD ÷ ç 3V ÷æç R + R1R 3 ö÷ C = T2 = ln ç S ç VS ÷çè 1 R1 + R 3 ÷ø 1 V D ÷ ç 3 è ø = ln 2 × 2R1C1 ,

24

R2/R1

R3/R1

5.0

0.076

4.0

0.092

3.0 2.0

0.114 0.152

1.8 1.6

0.162 0.174

1.4

0.188

1.3

0.205

1.0 0.9

0.225 0.236

0.8 0.7

0.249 0.263

0.6

0.278

0.5

0.296

0.0

0.423

 êàæäîì ñëó÷àå

FOSC =

0.72 (R1 + R 2 ) C1

è êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ðàâåí 50:50.

ÑÒÀÒÜÈ

Êàê óæå îòìå÷àëîñü, ìåòîä ðàáîòàåò âïëîòü äî R2 = 0, êîãäà â ñõåìå îñòàþòñÿ òîëüêî R1 è R3, à R2 çàìåíÿåòñÿ ïðÿìûì ñîåäèíåíèåì. Îäíàêî ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå, ÷òî ïðè R3 = 0.423·R1 íàïðÿæåíèå ïîðîãà VD ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì 0.297·VS, ÷òî ñëèøêîì áëèçêî ê íîìèíàëüíîìó óðîâíþ ïîðîãà âõîäà TRIGGER ìèêðîñõåìû 555, ðàâíîìó 0.333·VS, è ìîæåò ñåðüåçíî óñèëèòü âëèÿíèå íàïðÿæå-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

íèé ñìåùåíèÿ è äîïóñêîâ íîìèíàëîâ âíóòðåííèõ ðåçèñòîðîâ òàéìåðà íà ÷àñòîòó FOSC è êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ. Íó à êàêîâà æå ìîðàëü íàøåé èñòîðèè? Äàæå ñïóñòÿ 50 ëåò ìèôû ñîçäàþòñÿ äëÿ òîãî, ÷òîáû èõ ðàçâåí÷èâàòü! ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM555

25

Óñîâåðøåíñòâîâàííûé óñèëèòåëü äëÿ óïðàâëåíèÿ ÀÖÏ ñ äèôôåðåíöèàëüíûìè âõîäàìè Stephan Goldstein EDN

À

ÀÖÏ ñ äèôôåðåíöèàëüíûìè âõîäàìè ñòàíîâÿòñÿ âñå áîëåå ïîïóëÿðíûìè. Òàêàÿ ïîïóëÿðíîñòü íåóäèâèòåëüíà, ïîñêîëüêó äèôôåðåíöèàëüíûå âõîäû äàþò ðÿä ïðåèìóùåñòâ: õîðîøåå ïîäàâëåíèå ñèíôàçíûõ ïîìåõ, óäâîåíèå äîñòóïíîãî äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà áåç óäâîåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ è ïîäàâëåíèå ÷åòíûõ ãàðìîíèê, äîáàâëÿþùèõñÿ ïðè íåñèììåòðè÷íîì âõîäå. Íî äèôôåðåíöèàëüíàÿ ñòðóêòóðà âõîäà íå óñòðàíÿåò íåðåäêóþ íåîáõîäèìîñòü â äîïîëíèòåëüíîì óñèëåíèè

+

+IN

–

REF RF RG

+ VOUT

– RF

– –IN

+

ÓÑÈËÅÍÈÅ = 1+

2RF RG

Ðèñóíîê 1. Êëàññè÷åñêèé èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü íà òðåõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ íå îáåñïå÷èâàåò äèôôåðåíöèàëüíûõ âûõîäîâ.

26

ñèãíàëà ìåæäó èñòî÷íèêîì è ÀÖÏ.  òàêèõ ñëó÷àÿõ ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ êëàññè÷åñêèé èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü íà òðåõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ (Ðèñóíîê 1). Ýòà ïîïóëÿðíàÿ ñõåìà îáåñïå÷èâàåò ïðåâîñõîäíîå ïîäàâëåíèå ñèíôàçíîãî ñèãíàëà è âûñîêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå. Ñõåìà òàêæå èìååò âûõîäíóþ êëåììó îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ REF, ïîçâîëÿþùóþ ïðèâÿçûâàòü âûõîäíîé ñèãíàë ê íàïðÿæåíèþ, îòëè÷íîìó îò ïîòåíöèàëà çåìëè. Îäíàêî ýòà ñõåìà èìååò íåñèììåòðè÷íûé âûõîä (îòíîñèòåëüíî îïîðíîãî âûâîäà), è ïîýòîìó ïëîõî ïîäõîäèò äëÿ ÀÖÏ ñ äèôôåðåíöèàëüíûì âõîäîì. Ðèñóíîê 2 èëëþñòðèðóåò äâà ïðîñòûõ ñïîñîáà ñîçäàíèÿ èíñòðóìåíòàëüíîãî óñèëèòåëÿ ñ äèôôåðåíöèàëüíûìè âõîäàìè. Íà Ðèñóíêå 2à óñèëèòåëü IC4 è ñâÿçàííûå ñ íèì ðåçèñòîðû îáðàòíîé ñâÿçè ïîäêëþ÷åíû ïàðàëëåëüíî èñõîäíîìó âûõîäíîìó óñèëèòåëþ, íî ñ îáðàòíîé ïîëÿðíîñòüþ îòíîñèòåëüíî ïåðâîíà÷àëüíîé ñõåìû. Äâà âûõîäà âìåñòå îáåñïå÷èâàþò íóæíóþ ôóíêöèþ, îäíàêî äëÿ ñõåìû òðåáóåòñÿ ìíîãî ñîãëàñîâàííûõ ðåçèñòîðîâ. Êðîìå òîãî, äëÿ óïðàâëåíèÿ ñèíôàçíûì îïîðíûì âõîäîì ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ òîê â íåñêîëüêî ìèëëèàìïåð, â çàâèñèìîñòè îò ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ è íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ. Òåì íå ìåíåå, ñõåìà âûïîëíÿåò ñâîþ ðàáîòó, è åå ìîæíî ïîñòðîèòü, èñïîëüçóÿ

ÑÒÀÒÜÈ

+

+IN

AD8021 IC1

–

+IN – +

IC3

+ –

–VOUT

R

RF

R –VOUT

RF + REF

RG

–IN

(à)

– +

REF

RG

–

RF

– IC2 +

AD8138

RF + IC4 –

R

R +VOUT

AD8021

+VOUT

– +

–IN 4RF ÓÑÈËÅÍÈÅ = 2+ RG

ÓÑÈËÅÍÈÅ = 2+

4RF RG

(á)

Ðèñóíîê 2. Èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü íà ÷åòûðåõ ÎÓ (à) îáåñïå÷èâàåò äèôôåðåíöèàëüíûå âûõîäû, íî òðåáóåò ìíîãî ñîãëàñîâàííûõ ðåçèñòîðîâ. Óñèëèòåëü ñ äèôôåðåíöèàëüíûì âûõîäîì (á) óìåíüøàåò êîëè÷åñòâî ìèêðîñõåì â ñõåìå íà Ðèñóíêå 2à äî òðåõ.

âûñîêîêà÷åñòâåííûé ñ÷åòâåðåííûé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü (ÎÓ) è íåñêîëüêî ðåçèñòîðîâ. Áîëåå ýôôåêòèâíûé è ýëåãàíòíûé ïîäõîä ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 2á, â êîòîðîì èñïîëüçóþòñÿ òîëüêî ÷åòûðå ðåçèñòîðà èç íåîáõîäèìûõ â èñõîäíîì âûõîäíîì êàñêàäå.  ýòîé ñõåìå óñèëèòåëè IC3 è IC4 íà Ðèñóíêå 2à çàìåíåíû ñîâðåìåííûì ïîëíîñòüþ äèôôåðåíöèàëüíûì îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì, òàêèì êàê AD8138. Ñèãíàëû íà äâóõ âûõîäàõ óñèëèòåëÿ

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

èçìåíÿþòñÿ ñèììåòðè÷íî îòíîñèòåëüíî íàïðÿæåíèÿ åãî âûñîêîèìïåäàíñíîãî ñèíôàçíîãî îïîðíîãî âõîäà. Äèôôåðåíöèàëüíûå âûõîäû îáåñïå÷èâàþò ÷èñòûé è ïðîñòîé èíòåðôåéñ ê ÀÖÏ ñ äèôôåðåíöèàëüíûì âõîäîì. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD8021AR 2. Datasheet Analog Devices AD8138

27

Øóíòîâîé ðåãóëÿòîð ñëóæèò íåäîðîãèì îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì â èñòî÷íèêå ïèòàíèÿ Michael O'loughlin EDN

ÏÏîïóëÿðíàÿ ìèêðîñõåìà TL431, ðàçðàáî-

òàííàÿ äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â êà÷åñòâå òðåõâûâîäíîãî øóíòîâîãî ðåãóëÿòîðà, âûïóñêàåòñÿ ìíîãèìè ïðîèçâîäèòåëÿìè è ïðåäëàãàåò ðàçðàáîò÷èêàì ìíîæåñòâî èíòðèãóþùèõ âîçìîæíîñòåé, âûõîäÿùèõ çà ðàìêè åå ïðåäïîëàãàåìîãî ïðèìåíåíèÿ. TL431 ñîäåðæèò ïðåöèçèîííûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ, îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü è øóíòèðóþùèé òðàíçèñòîð (Ðèñóíîê 1a).  òèïè÷íîì ïðèëîæåíèè ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ äîáàâëåíèå äâóõ âíåøíèõ ðåçèñòîðîâ RA è RB ïîçâîëÿåò óñòàíàâëèâàòü ñòàáèëèçèðîâàííîå âûõîäíîå

íàïðÿæåíèå íà íèæíåì âûâîäå íàãðóçî÷íîãî ðåçèñòîðà RS (Ðèñóíîê 1á). Íà ñîâðåìåííîì ðûíêå èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ äâèæóùåé ñèëîé áîëüøèíñòâà ðàçðàáîòîê ÿâëÿåòñÿ ñíèæåíèå ñòîèìîñòè, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóþò àçèàòñêèå ïðîèçâîäèòåëè, êîòîðûå çà êîïåéêè ïðîäàþò ñâîè èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, èñïîëüçóÿ îäíîñòîðîííèå ïå÷àòíûå ïëàòû.  ýòîé ñòàòüå ïîêàçàíî, êàê òðåõâûâîäíîé øóíòîâîé ðåãóëÿòîð ìîæåò çàìåíèòü áîëåå äîðîãîé îáû÷íûé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü â ñõåìå ïðåîáðàçîâàòåëÿ ýíåðãèè.

VIN VIN RS ÊÀÒÎÄ RA

RS

VOUT

VOUT

IC1 TL431

VREF

RA

+ _

RB +

RB

ÀÍÎÄ

(à)

(á)

Ðèñóíîê 1. Âíóòðåííåå óñòðîéñòâî TL431 äîñòàòî÷íî ñëîæíîå (à), îäíàêî äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ ìèêðîñõåìû â êà÷åñòâå ïàðàëëåëüíîãî ñòàáèëèçàòîðà íóæíî âñåãî òðè âíåøíèõ ðåçèñòîðà (á).

28

ÑÒÀÒÜÈ

VOUT

+

R1

R3 D1

RI

ÊÀÒÎÄ

RZ CP

CZ

ÈÇÎËÈÐÎÂÀÍÎ ÎÒ ÑÅÒÈ ÏÅÐÅÌÅÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ R

ÎÏÎÐÍÛÉ ÂÕÎÄ ØÈÌ R2

IC1 TL431

VREF

VERR ÂÛÕÎÄ

+

IC2 OPTO

_ +

_

ÑÒÎÐÎÍÀ ÑÅÒÈ ÏÅÐÅÌÅÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ (ÍÅÈÇÎËÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ)

ÀÍÎÄ

Ðèñóíîê 2. TL431 çàìåíÿåò áîëåå äîðîãîé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè ØÈÌ ýòîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ.

 èìïóëüñíîì èñòî÷íèêå ïèòàíèÿ èñïîëüçóåòñÿ ãàëüâàíè÷åñêè èçîëèðîâàííàÿ öåïü îáðàòíîé ñâÿçè ØÈÌ (Ðèñóíîê 2).  êîíñòðóêöèÿõ, â êîòîðûõ îòñóòñòâóåò óñèëèòåëü íàïðÿæåíèÿ, øóíòîâîé ðåãóëÿòîð ìîæåò ñëóæèòü íåäîðîãèì îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì. Ðåçèñòîðû RI è R çàäàþò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, à îïòîïàðà IC2 îáåñïå÷èâàåò ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó. Ðåçèñòîð R3 è ñòàáèëèòðîí D1 óñòàíàâëèâàþò ôèêñèðîâàííîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ, ãàðàíòèðóþùåå, ÷òî öåïü îáðàòíîé ñâÿçè íå çàìêíåòñÿ ÷åðåç ðåçèñòîð R1. Ðåçèñòîðû R1 è R2 îïðåäåëÿþò óñèëåíèå öåïè, ñâÿçàííîé ñ îïòîïàðîé.  áîëüøèíñòâå êîíñòðóêöèé îòíîøåíèå ñîïðîòèâëåíèé R2 è R1 ðàâíî ïðèìåðíî 10 ê 1. Êîìïîíåíòû CP, CZ è RZ îáåñïå÷èâàþ ÷àñòîòíóþ êîððåêöèþ ïåòëè îáðàòíîé ñâÿçè. ×àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà îïòîèçîëÿòîðà èìååò âûñîêî÷àñòîòíûé ïîëþñ íà ÷àñòîòå fP, î êîòîðîì íè÷åãî íå ãîâîðèòñÿ â òåõíè÷åñêèõ îïèñàíèÿõ áîëüøèíñòâà îïòðîíîâ. ×òîáû îïðåäåëèòü ìåñòîïîëîæåíèå ýòîãî ïîëþñà èëè óáåäèòüñÿ, ÷òî îí íàõîäèòñÿ íà ÷àñòîòå ïðèìåðíî 10 êÃö, ìîæíî èñïîëüçîâàòü àíàëè-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

çàòîð öåïåé. Ìàëîñèãíàëüíóþ ïåðåäàòî÷íóþ ôóíêöèþ GC(s) öåïè ÷àñòîòíîé êîððåêöèè îïèñûâàåò ñëåäóþùàÿ ôîðìóëà:

GC ( s ) =

DVERR = DVOUT

sR ZC Z + 1 ´ ö æ sR ZCPC Z + 1÷÷ sRI (C Z + CP ) çç ø è C Z + CP æ ö ç ÷ ÷ R2 ç 1 ´ ´ç ÷.

R1 ö æ s çç ÷ ç ç 2pf + 1÷÷ ÷ P øø èè =

Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ äëÿ ñíèæåíèÿ âûõîäíîãî øóìà ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ âêëþ÷åíèå äîïîëíèòåëüíîãî áëîêèðîâî÷íîãî êîíäåíñàòîðà ïàðàëëåëüíî äèîäó D1. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Diodes TL431

29

Èäåàëüíûå ïåðåêëþ÷àòåëè ñîçäàþò ñâîè ñîáñòâåííûå ïðîáëåìû UnitedSiC

ÑÑïðîñèòå ðàçðàáîò÷èêà ïðåîáðàçîâàòåëÿ ýíåðãèè, ÷åãî îí õî÷åò îò ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ, è îòâåò ìîæåò áûòü ïðèìåðíî òàêèì: «Íèçêîå ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòîãî êëþ÷à, áîëüøîå ñîïðîòèâëåíèå â çàêðûòîì ñîñòîÿíèè è ìàêñèìàëüíî áûñòðûé ïåðåõîä ìåæäó äâóìÿ ñîñòîÿíèÿìè». Èäåÿ, êîíå÷íî, â òîì, ÷òî óïðîùåííî ýòî äàåò íèçêîå ðàññåèâàíèå ìîùíîñòè. SiC ïîëåâûå òðàíçèñòîðû áëèçêè ê ýòîìó èäåàëó: ñîïðîòèâëåíèå èõ îòêðûòîãî êàíàëà â êëàññå 750-âîëüòîâûõ ïðèáîðîâ òåïåðü ñîñòàâëÿåò ìåíåå 6 ìÎì, à ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ íàõîäÿòñÿ â íàíîñåêóíäíîé îáëàñòè, ÷òî îáåùàåò ïîêàçàòåëè ÊÏÄ íå ìåíåå 99.5% äëÿ ïðåîáðàçîâàòåëåé è èíâåðòîðîâ ñ âûõîäíîé ìîùíîñòüþ â äèàïàçîíå íåñêîëüêèõ êÂò. Íåìíîãî ïîäóìàâ, ðàçðàáîò÷èê åùå äîáàâèò íåñêîëüêî «÷óòü íå çàáûë», òàêèõ êàê ïðîñòîòà óïðàâëåíèÿ çàòâîðîì, âûñîêîå äîïóñòèìîå íàïðÿæåíèå, ýôôåêòèâíàÿ ðàáîòà â òðåòüåì êâàäðàíòå, âûñîêàÿ ýíåðãèÿ ëàâèííîãî ïðîáîÿ è óñòîé÷èâîñòü ê êîðîòêîìó çàìûêàíèþ, íèçêîå òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå, íèçêàÿ ñòîèìîñòü ñèñòåìû è, âîçìîæíî, åùå ÷òîíèáóäü. Ê ñ÷àñòüþ, SiC ïîëåâûå òðàíçèñòîðû îáëàäàþò âñåìè ýòèìè áàçîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè, à ïîêàçàòåëè êà÷åñòâà ÿâëÿþòñÿ ëó÷øèìè â ñâîåì êëàññå.

30

Èòàê, ó íàñ åñòü ñ÷àñòëèâûé ðàçðàáîò÷èê, ïîêà îí íå îòïðàâèò SiC ïîëåâîé òðàíçèñòîð â ìàêåòíóþ ïëàòó ñ ìàêñèìàëüíûìè ñêîðîñòÿìè ôðîíòîâ è ìãíîâåííî íå óâèäèò äûì. «Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ áûëî çíà÷èòåëüíî íèæå ìàêñèìàëüíîãî, à íàãðóçêà áûëà ñîâñåì ëåãêîé!» Íî ñ êàêîé èíäóêòèâíîñòüþ ñîåäèíåíèé è ïîäêëþ÷åíèé? Ôåíîìåíàëüíàÿ ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ ôðîíòà òîêà 3000 À/ìêñ ïðè èíäóêòèâíîñòè âñåãî 100 íÃí âûçâàëà ñêà÷îê íàïðÿæåíèÿ â 300  â ïîëíîì ñîîòâåòñòâèè ñî çíàêîìîé íàì ôîðìóëîé

V =L

di , dt

ïåðåãðóçèâ êîììóòàòîð è ñïðîâîöèðîâàâ âûñîêî÷àñòîòíûé çâîí äëèòåëüíîñòüþ â ìèêðîñåêóíäû, êîòîðûé äî òîãî, êàê SiC òðàíçèñòîð ñäàëñÿ, íà êîðîòêèé ïåðèîä óíè÷òîæèë ìåñòíûé ðàäèîïðèåì. Òåïåðü íàì ïîíÿòíî, ÷òî åñëè ìû íå áóäåì ñòðåìèòüñÿ ê íóëåâîé èíäóêòèâíîñòè ñîåäèíåíèé èëè ñèëüíî ïðåâûñèì íîìèíàëüíîå íàïðÿæåíèå êîììóòàòîðà è íå îáåñïå÷èì õîðîøóþ ôèëüòðàöèþ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîìåõ, ïîòðåáóþòñÿ êîíòðîëü êðóòèçíû ôðîíòîâ è ïîäàâëåíèå çâîíà. Òðàäèöèîííûì ñïîñîáîì îãðàíè÷åíèÿ áðîñêîâ íàïðÿæåíèÿ ÿâëÿåòñÿ äîáàâëåíèå ïîñëåäîâàòåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ çàòâîðà RG(OFF) (äëÿ ðåæèìà âûêëþ÷åíèÿ), íî ýòî ñîçäàåò ñâîè ïðîáëåìû, äîáàâëÿÿ çàäåðæêó ê ñèãíàëàì, êîòîðàÿ îãðàíè÷èâàåò êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ è âîçìîæíîñòè ðàáîòû íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ, – îäíî èç îñíîâíûõ ïðåèìóùåñòâ ïåðåêëþ÷àòåëåé íà îñíîâå øèðîêîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ. Çàòâîðíûé ðåçèñòîð òàêæå ñóùåñòâåííî óâåëè÷èâàåò ïîòåðè ïåðåêëþ÷åíèÿ è ìàëî âëèÿåò íà çâîí.

ÑÒÀÒÜÈ

Îáùèå ïîòåðè (ìêÄæ)

2000 Óñòðîéñòâî #1 RG(ON) 5 RG(OFF) 0 Óñòðîéñòâî #1 RG(ON) 5 RG(OFF) 5 Óñòðîéñòâî #1 RG(ON) 5 RG(OFF) 0 ñî ñíàááåðîì

1800 1600

Ñíàááåð áîëåå ýôôåêòèâåí

1400 1200 Íåïðàêòè÷íûé ðåæèì ðàáîòû (÷ðåçìåðíûé çâîí)

1000 800 600 400 0

10

20 30 Òîê ñòîêà (À)

40

50

Ðèñóíîê 1. Çàâèñèìîñòü îáùèõ ïîòåðü îò òîêà ñòîêà.

Ëó÷øèì ðåøåíèåì ÿâëÿåòñÿ ïðîñòîé RC ñíàááåð. Âàñ ìîæåò ñìóòèòü èäåÿ ãðîìîçäêîé è ãîðÿ÷åé ðåçèñòîðíî-êîíäåíñàòîðíîé öåïè, îáû÷íî íåîáõîäèìîé äëÿ IGBT, íî äëÿ SiC ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ âñå ïî-äðóãîìó. Îí èñïîëüçóåòñÿ â îñíîâíîì äëÿ ïîäàâëåíèÿ ðåçîíàíñà, îáóñëîâëåííîãî èíäóêòèâíîñòüþ ñîåäèíåíèé è åìêîñòüþ óñòðîéñòâà, êîòîðàÿ äëÿ SiC ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ ÷ðåçâû÷àéíî íèçêà. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî âñå, ÷òî îáû÷íî òðåáóåòñÿ äëÿ äåìïôèðîâàíèÿ – ýòî ïîñëåäîâàòåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå â íåñêîëüêî Îì è åìêîñòü ïîðÿäêà 200 ïÔ (â 2 èëè 3 ðàçà áîëüøå, ÷åì COSS(ER) – ýêâèâàëåíòíàÿ âûõîäíàÿ åìêîñòü â ðåæèìå æåñòêîé êîììóòàöèè). Íåêîòîðàÿ ìîùíîñòü ðàññåèâàåòñÿ íà ñíàááåðíîì ðåçèñòîðå, íî öåïü óìåíüøàåò ïåðåêðûòèå ìåæäó íàïðÿæåíèåì âûêëþ÷åíèÿ è òîêîì, êàê â ïðèëîæåíèÿõ ñ æåñòêîé, òàê è ñ ìÿãêîé êîììóòàöèåé, ïîýòîìó ïîòåðè ïðè ýòîì ïåðåõîäå ôàêòè÷åñêè ìåíüøå. Äåìïôåð ðàññåèâàåò íåáîëüøóþ ìîùíîñòü è ïðè âêëþ÷åíèè, ïîýòîìó äëÿ ïîëíîé êàðòèíû ñëåäóåò ó÷èòûâàòü îáùèå ïîòåðè, âîçíèêàþùèå êàê ïðè âûêëþ÷åíèè, òàê è ïðè âêëþ÷åíèè. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü îáùèõ ïîòåðü îò òîêà ñòîêà ïðè íîìèíàëàõ çàòâîðíûõ ðåçèñòîðîâ, ðåêîìåíäîâàííûõ äëÿ ñîïðîòèâëåíèÿ îòêðûòîãî êàíàëà 40 ìÎì. Ñèíÿÿ êðèâàÿ ñîîòâåòñòâóåò îòñóòñòâèþ ñíàááåðà ïðè îäèíàêîâûõ ñîïðîòèâëåíèÿõ çàòâîðíûõ ðåçèñòîðîâ RG(ON) (äëÿ ðåæè-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

ìà âêëþ÷åíèÿ) è RG(OFF), ðàâíûõ 5 Îì. Îðàíæåâàÿ êðèâàÿ èëëþñòðèðóåò ñëó÷àé, êîãäà RG(ON) = 0, RG(OFF) = 5 Îì è èñïîëüçóåòñÿ ñíàááåðíàÿ öåïî÷êà 200 ïÔ/10 Îì. Ïðè âûõîäíîì òîêå 40 À âûãîäà îò èñïîëüçîâàíèÿ ñíàááåðà î÷åâèäíà: ïðè ðàáîòå íà ÷àñòîòå 40 êÃö ðàññåèâàåìàÿ ìîùíîñòü óìåíüøàåòñÿ ïðèìåðíî íà 10.9 Âò. Ïðè íåáîëüøèõ íàãðóçêàõ ñèòóàöèÿ îáðàòíàÿ, íî ðàññåèâàíèå ìîùíîñòè íà ýòèõ óðîâíÿõ íèçêîå. Ñíàááåð – îòëè÷íîå ðåøåíèå, íî óìåñòíû ëè òàêèå íàêëàäíûå ðàñõîäû? Åñëè îöåíèòü ýíåðãèþ, ïîãëîùàåìóþ ñíàááåðíûì ðåçèñòîðîì, â òèïè÷íîì ïðèëîæåíèè îíà ìîæåò ñîñòàâèòü ïîðÿäêà 120 ìêÄæ çà ïåðèîä, ÷òî ïðè ÷àñòîòå 40 êÃö ñîîòâåòñòâóåò ïîòåðÿì áîëåå 5 Âò. Îäíàêî òåñòû ïîêàçûâàþò, ÷òî áóëüøàÿ ÷àñòü ýíåðãèè ðàññåèâàåòñÿ íå â ñíàááåðíîì ðåçèñòîðå, à â êàíàëå SiC òðàíçèñòîðà âî âðåìÿ ïðîõîæäåíèÿ ëèíåéíîé îáëàñòè åãî õàðàêòåðèñòèêè ïðè âêëþ÷åíèè. Ïîýòîìó äëÿ ñíàááåðà îáû÷íî äîñòàòî÷íî ðåçèñòîðà ìîùíîñòüþ 1 Âò, êîòîðûé ïðè òàêîì óðîâíå ìîùíîñòè âïîëíå ìîæåò áûòü êîìïîíåíòîì äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà. Êîíäåíñàòîð íóæåí íåáîëüøîé. Òåïåðü ðàçðàáîò÷èê ìîæåò ñ ðàäîñòüþ ïîñòàâèòü åùå îäíó ïòè÷êó â ñâîåì ñïèñêå ïîæåëàíèé ê èäåàëüíîìó êîììóòàòîðó: óñòðîéñòâî, êîòîðîå ìîæíî ëåãêî è äåøåâî ïðèðó÷èòü, ÷òîáû óìåíüøèòü âûáðîñû è çâîí áåç óùåðáà äëÿ äðóãèõ ïðåèìóùåñòâ. ÐË

31

Èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà óëó÷øàåò êîìïåíñàöèþ íàêëîíà ïèëû â èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêàõ ïèòàíèÿ Claude Abraham Electronic Design

È

Èìïóëüñíûì èñòî÷íèêàì ïèòàíèÿ, â êîòîðûõ èñïîëüçóåòñÿ óïðàâëåíèå ïî ïèêîâîìó òîêó äðîññåëÿ, òðåáóåòñÿ ïèëîîáðàçíûé ñèãíàë äëÿ êîìïåíñàöèè ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ (íàêëîíà) òîêà âî âíóòðåííåì êîíòóðå óïðàâëåíèÿ. Êîìïåíñàöèÿ íàêëîíà îáåñïå÷èâàåò óñòîé÷èâîñòü êîíòóðà îáðàòíîé ñâÿçè ïî òîêó, â êîòîðîì áåç êîìïåíñàöèè è ïðè ðàáîòå â ðåæèìå íåïðåðûâíîé ïðîâîäèìîñòè ñ êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ, áëèçêèìè èëè ïðåâûøàþùèìè 50%, âîçíèêàëè áû ñóáãàðìîíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ. Êðîìå òîãî, êîíòðîëèðóåìûì ïàðàìåòðîì ÿâëÿåòñÿ ñðåäíåå çíà÷åíèå òîêà äðîññåëÿ, êîòîðîå íàïðÿìóþ ñâÿçàíî ñ òîêîì íàãðóçêè, ïîñêîëüêó âûõîäíîé êîíäåíñàòîð äîëæåí èìåòü íóëåâîé ñðåäíèé òîê. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ðåæèìà óïðàâëåíèÿ ïî ïèêîâîìó òîêó (peak current-mode control, PCMC) ðàçíîñòü ìåæäó ïèêîâûì è ñðåäíèì çíà÷åíèÿìè òîêà äðîññåëÿ ÿâëÿåòñÿ îøèáêîé, êîòîðàÿ äîëæíà áûòü ñêîððåêòèðîâàíà. Êîìïåíñàöèÿ íàêëîíà èñïðàâëÿåò ýòó îøèáêó. Êîìïåíñàöèÿ íàêëîíà ðåàëèçóåòñÿ ïóòåì ñóììèðîâàíèÿ ïåðèîäè÷åñêîãî ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ ñ èçìåðÿåìûì ñèãíàëîì òîêà. Îäíèì èç ñïîñîáîâ ôîðìèðîâàíèÿ ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ñèãíàëà RC-ãåíåðàòîðà óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìû [1, 2]. Âûõîäíîé ñèãíàë ãåíåðàòîðà

32

îáû÷íî áóôåðèçóåòñÿ ýìèòòåðíûì ïîâòîðèòåëåì è ïîäàåòñÿ íà ðåçèñòîð, íà êîòîðîì ïèëîîáðàçíîå íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà ñóììèðóåòñÿ ñ èçìåðÿåìûì òîêîâûì ñèãíàëîì, ïîäàâàåìûì íà äðóãîé ðåçèñòîð. Ñóììà íàïðÿæåíèé ïîñòóïàåò íà òîêîèçìåðèòåëüíûé âõîä ISNS óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìû. Îäíàêî ýòîò ìåòîä íàãðóæàåò ãåíåðàòîð è âíîñèò ïîìåõè, êîòîðûå ìîãóò ïðèâîäèòü ê ëîæíûì çàïóñêàì ñõåìû óïðàâëåíèÿ øèðîòíî-èìïóëüñíîé ìîäóëÿöèåé (ØÈÌ).  óêàçàíèÿõ ïî ïðèìåíåíèþ íåêîòîðûõ ïðîèçâîäèòåëåé ìèêðîñõåì óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì ïðåäïèñûâàþò íå íàãðóæàòü ãåíåðàòîð äàæå áóôåðíûì ýìèòòåðíûì ïîâòîðèòåëåì [3, 4]. Ðåêîìåíäóåìûé ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèå – èíòåãðèðîâàíèå ñèãíàëà, óïðàâëÿþùåãî çàòâîðîì MOSFET, ñ ïîìîùüþ RC-öåïè. Âûõîäíîé ñèãíàë äðàéâåðà çàòâîðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ñ ðàçìàõîì îò 0 äî 10 Â. Ïðè ïðàâèëüíîì âûáîðå íîìèíàëîâ R è C ýòè èìïóëüñû èíòåãðèðóþòñÿ, ôîðìèðóÿ ïèëîîáðàçíûé ñèãíàë. Êîãäà óðîâåíü èìïóëüñà ñòàíîâèòñÿ íèçêèì, äèîä ðàçðÿæàåò êîíäåíñàòîð, è ïèëîîáðàçíîå íàïðÿæåíèå âîçâðàùàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè ê íóëþ. Ýòîò ìåòîä âïîëíå ýôôåêòèâåí, íî åñëè âõîäíîå íàïðÿæåíèå èìïóëüñíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ìåíÿåòñÿ â çíà÷èòåëüíûõ ïðåäåëàõ,

ÑÒÀÒÜÈ

ÍÅÔÈËÜÒÐÎÂÀÍÍÛÉ ÑÈÃÍÀË ISNS R4

C2 R3

1 COMP 2 FDBK 3 ISNS 4 RTCT

U1 UCC28C43

ÂÛÕÎÄ ÏÈËÎÎÁÐÀÇÍÎÃÎ 2 ÑÈÃÍÀËÀ

R2 10k

GAT_DRV

1 R1 220

2

3 C1 1.5 nF COG

8 5VR 7 VCC 6 OUT 5 GND

D1 BAT54WS

Q2 2N2907

õîæäåíèå ìåæäó èçìåðÿåìûìè çíà÷åíèÿìè ïèêîâîãî è ñðåäíåãî òîêà.

GAT_DRV

Q1 1 2N2907

1 3

2

Ðèñóíîê 1. Äîáàâëåíèå ê âûâîäó äðàéâåðà çàòâîðà ïðîñòîãî èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîãî òîêà äëÿ êîððåêòîðà íàêëîíà ïèëû óëó÷øàåò ñòàáèëüíîñòü è òî÷íîñòü èìïóëüñíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ.

âîçíèêàåò ïðîáëåìà. Ýòî ïðèâîäèò ê ïåðåêîìïåíñàöèè è ôàêòè÷åñêè óâåëè÷èâàåò ðàñ-

Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ôîðìèðóåò ïèëîîáðàçíûé ñèãíàë, êðóòèçíà êîòîðîãî íå çàâèñèò îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ýòî äåëàåòñÿ ïóòåì çàðÿäêè êîíäåíñàòîðà îò èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîãî òîêà, èñïîëüçóþùåãî âûâîä ØÈÌ äðàéâåðà çàòâîðà óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìû (âûâîä 6, OUT) â êà÷åñòâå âõîäà. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ìèíèìàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå èìïóëüñíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ (âûâîä 7 ìèêðîñõåìû U1, ïîäêëþ÷åíèå êîòîðîãî îïóùåíî äëÿ óïðîùåíèÿ) ðàâíî 9 Â. Ïðè âûñîêîì óðîâíå èìïóëüñà, ñîñòàâëÿþùåì ïîðÿäêà 7.5 – 8.0 Â, öåïî÷êà R1-Q1-Q2-R2 îáðàçóåò èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà, çàðÿæàþùèé êîíäåíñàòîð C1. Ïðè R1 = 220 Îì (è íàïðÿæåíèè áàçàýìèòòåð 0.65 Â) òîê ðàâåí ïðèìåðíî 2.95 ìÀ.  òå÷åíèå âðåìåíè t ýòîò ïîñòîÿííûé òîê áóäåò çàðÿæàòü êîíäåíñàòîð C1 äî íàïðÿæåíèÿ, îïðåäåëÿåìîãî ñëåäóþùèìè ôîðìóëàìè:

Q = C ´ V = I´ t

LED-ÄÐÀÉÂÅÐÛ XLG Ðåøåíèÿ ìåíÿþòñÿ – äðàéâåð îñòàåòñÿ! Ðåæèì ñòàáèëèçàöèè ìîùíîñòè (ÑÐ) Äèììèíã (3-â-1) Âõîäíîå íàïðÿæåíèå 100…305  ÀÑ Êàñêàä êîððåêöèè ìîùíîñòè Çàùèòà îò ÌÈÏ 4/6 ê (2/4 ê äëÿ XLG-20)

èëè

V=

I´ t , C

è íàêëîí ïèëû áóäåò ðàâåí

V I = . t C Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ðàññìàòðèâàåìîãî ïðèìåðà ñõåìû íàêëîí ðàâåí

2.95 ìÀ = 1.97  / ìêñ .

1.5 íÔ Äëÿ ïåðèîäà ïåðåêëþ÷åíèÿ 3.0 ìêñ (333 êÃö) è êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ, ðàâíîãî 2/3, âðåìÿ àêòèâíîãî ñîñòîÿíèÿ èìïóëüñîâ ØÈÌ ðàâíî 2.0 ìêñ. Ïîýòîìó ïèêîâûé óðîâåíü êîìïåíñèðóþùåãî ïèëîîáðàçíîãî ñèãíàëà ðàâåí 3.94 Â.  ïàóçàõ ìåæäó èìïóëüñàìè äèîä D1 îòêðûâàåòñÿ è ðàçðÿæàåò êîíäåíñàòîð C1 äî íàïðÿæåíèÿ, áëèçêîãî ê íóëþ. Íîìèíàëû R1 è C1 ñëåäóåò âûáèðàòü òàêèìè, ÷òîáû ïèêîâîå íàïðÿæåíèå ïèëîîáðàçíîãî ñèãíàëà îñòàâàëîñü ìåíüøå ìèíèìàëüíîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, êîòîðîå â äàííîì ñëó÷àå ñîñòàâëÿåò 9.0 Â. Êðîìå òîãî, íîìèíàëû R3 è C1 äîëæíû áûòü âûáðàíû òàê, ÷òîáû R3 íå íàãðóæàë êîíäåíñàòîð C1. Ïðè ìàêñèìàëüíîì âõîäíîì íàïðÿæåíèè 16.0  íàêëîí ïèëû ïî-ïðåæíåìó ñîñòàâëÿåò 1.97 Â/ìêñ, ÷òî áûëî áû íåâîçìîæíî ïðè èñïîëüçîâàíèè RC-öåïî÷êè. Ïèëîîáðàçíûé ñèãíàë ïîäàåòñÿ íà ðåçèñòîð R3, à íåôèëüòðîâàííûé èçìåðåííûé ñèãíàë ISNS_UNFLTRD – íà ðåçèñòîð R4. Ñóììà ýòèõ äâóõ ñèãíàëîâ ïîñòóïàåò íà òîêîèçìåðèòåëüíûé âõîä ISNS (âûâîä 3) óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìû. Ôîðìà è

34

Ðèñóíîê 2. Èçìåðåíèå ïèëîîáðàçíîãî ñèãíàëà, ôîðìèðóåìîãî ñõåìîé íà Ðèñóíêå 1, ïîêàçûâàåò, ÷òî èçìåíåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò 9 äî 16 Â íå âëèÿåò íà ôîðìó è àìïëèòóäó ñèãíàëà.

àìïëèòóäà ñèãíàëà, ïîêàçàííîãî íà Ðèñóíêå 2, íå ìåíÿþòñÿ ïðè èçìåíåíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò 9 äî 16 Â. ÐË

Ññûëêè 1. The UCC38C42 Family Of High-Speed, BiCMOS Current Mode PWM Controllers – Application Note; Bill Andreycak, Texas Instruments, SLUA257, Feb. 2002 2. Practical Considerations In Current-Mode Power Supplies; Bill Andreycak, Texas Instruments, 2001 3. Ramp Compensation for the NCP1200, AND8029/D; Christophe Basso, On Semiconductor, March 2001, Rev. 1 4. Single CS3842A Provides Control for 500-W/200kHz Current-Mode Power Supply; CS3842AN/D, On Semiconductor, April 2001, Rev. 1

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments UCC28C43P 2. Datasheet CDIL 2N2907 3. Datasheet Diodes BAT54

ÑÒÀÒÜÈ

Äâóïîëÿðíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ íà îñíîâå äâóõ îäíîïîëÿðíûõ èñòî÷íèêîâ ïîñòîÿííîãî òîêà Bob Zollo Electronic Design Èñïîëüçîâàíèå äâóõ îäíîïîëÿðíûõ èñòî÷íèêîâ ïîñòîÿííîãî òîêà âî âñòðå÷íî-ïîñëåäîâàòåëüíîì âêëþ÷åíèè – ýòî åùå îäèí ïîäõîä ê ôîðìèðîâàíèþ íåïðåðûâàåìîãî äâóïîëÿðíîãî íàïðÿæåíèÿ.

Â

 2012 ãîäó ÿ íàïèñàë äëÿ Electronic Design äâå ñòàòüè, â êîòîðûõ îáñóæäàëèñü íåñêîëüêî ìåòîäîâ ñîçäàíèÿ èñòî÷íèêà ìîùíîãî ñèãíàëà, íàïðÿæåíèå êîòîðîãî ìîæåò áûòü êàê ïîëîæèòåëüíûì, òàê è îòðèöàòåëüíûì, ñ èñïîëüçîâàíèåì ðåëå ïåðåêëþ÷åíèÿ

ïîëÿðíîñòè [1] è ñ èñïîëüçîâàíèåì áèïîëÿðíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ [2].  ýòîé ñòàòüå ÿ ïðåäñòàâëÿþ òðåòèé ìåòîä ôîðìèðîâàíèÿ ìîùíîãî ñèãíàëà, îñíîâàííûé íà èñïîëüçîâàíèè äâóõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ ïîñòîÿííîãî òîêà.

+Â Êâàäðàíò 1 +Â

+À

(à)

1-êâàäðàíòíûé îäíîïîëÿðíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ (òèïè÷íûé èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà)

Êâàäðàíò 2 Êâàäðàíò 1 –À

+À Êâàäðàíò 3 Êâàäðàíò 4

+Â Êâàäðàíò 2 Êâàäðàíò 1 –À

(â)

–Â +À

4-êâàäðàíòíûé áèïîëÿðíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ

(á)

2-êâàäðàíòíûé áèïîëÿðíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ (èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà + ýëåêòðîííàÿ íàãðóçêà)

Ðèñóíîê 1. Èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ ìîãóò áûòü ñêîíôèãóðèðîâàíû êàê 1-êâàäðàíòíûé îäíîïîëÿðíûé, 2-êâàäðàíòíûé îäíîïîëÿðíûé è 4-êâàäðàíòíûé äâóïîëÿðíûé, ÷òîáû âûðàáàòûâàòü ïîëîæèòåëüíîå è îòðèöàòåëüíîå íàïðÿæåíèå.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

35

Êðàòêèé îáçîð ïðåäûäóùèõ ìåòîäîâ Ïðîùå è äåøåâëþ âñåãî ìîæíî ðåøèòü ýòó çàäà÷ó ñ ïîìîùüþ 1-êâàäðàíòíîãî îäíîïîëÿðíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ïîñòîÿííîãî òîêà (Ðèñóíîê 1à), äîïîëíåííîãî ðåëå ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîëÿðíîñòè. Îäíàêî èñïîëüçîâàíèå ðåëå èìååò òðè îñíîâíûõ íåäîñòàòêà: ïðåðûâàíèå ïèòàíèÿ âî âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ ðåëå, íåâîçìîæíîñòü îáåñïå÷èòü ìàëûå ïîëîæèòåëüíûå è îòðèöàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ è óâåëè÷åííàÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòü òåñòà èç-çà âðåìåíè, êîòîðîå òðåáóåòñÿ äëÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ ðåëå. Êðîìå òîãî, åñëè ïðèëîæåíèþ òðåáóåòñÿ áîëüøîé òîê, ïîèñê ïîäõîäÿùåãî ðåëå êîììóòàöèè ïîëÿðíîñòè ìîæåò ñòàòü ïðîáëåìîé. Äðóãîé ñïîñîá çàêëþ÷àåòñÿ â èñïîëüçîâàíèè áèïîëÿðíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ (Ðèñóíîê 1á). Åãî îñíîâíàÿ õàðàêòåðèñòèêà çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî îäíà ïàðà êëåìì èñòî÷íèêà ìîæåò îáåñïå÷èâàòü êàê ïîëîæèòåëüíîå, òàê è îòðèöàòåëüíîå íàïðÿæåíèå. Ïîñêîëüêó ðåëå ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîëÿðíîñòè òåïåðü íåò, áèïîëÿðíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ ìîæåò ïëàâíî ïåðåõîäèòü îò ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ ÷åðåç íîëü ê îòðèöàòåëüíîìó. Îí òàêæå ìîæåò ñòàáèëèçèðîâàòü íîëü âîëüò èëè èíûå î÷åíü ìàëûå íàïðÿæåíèÿ. Îäíàêî èç-çà ñëîæíîñòè êîíñòðóêöèè áèïîëÿðíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, êàê ïðàâèëî, çíà÷èòåëüíî äîðîæå, ÷åì èõ îäíîïîëÿðíûå àíàëîãè. Ïîñêîëüêó äëÿ áîëüøèíñòâà ïðèëîæåíèé äîñòàòî÷íî ñòàíäàðòíîãî îäíîïîëÿðíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ïîñòîÿííîãî òîêà, áîëüøèíñòâî ïðîèçâîäèòåëåé íå ïðåäëàãàþò øèðîêîãî âûáîðà áèïîëÿðíûõ èñòî÷íèêîâ.

Âñòðå÷íî-ïîñëåäîâàòåëüíîå âêëþ÷åíèå äëÿ ïîëîæèòåëüíîãî è îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèé Åñòü åùå îäíà àëüòåðíàòèâà. Ìîæíî èñïîëüçîâàòü äâà îäíîïîëÿðíûõ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ïîñòîÿííîãî òîêà âî âñòðå÷íî-ïîñëåäîâàòåëüíîì âêëþ÷åíèè (Ðèñóíîê 2).  òàêîé êîíôèãóðàöèè îñíîâíîé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ äîëæåí áûòü ðàññ÷èòàí íà óäâîåííîå ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå. Åñëè íàïðÿæåíèå äîëæíî ðåãóëèðîâàòüñÿ îò +20  äî –20 Â, îñíîâíîé èñòî÷íèê äîëæåí áûòü ðàññ÷èòàí íà +40 Â.  ýòîé âñòðå÷íî-ïîñëåäîâàòåëüíîé êîíôèãóðàöèè âòîðè÷íûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ ïîäêëþ÷åí «íàîáîðîò» è îáåñïå÷èâàåò ïîñòîÿííîå îòðèöàòåëüíîå ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå. Ñëåäîâàòåëüíî, â äàííîì ñëó÷àå îí äîëæåí âûäàâàòü –20 Â. Âòîðè÷íûé èñòî÷íèê äîëæåí áûòü ïëàâàþùèì, ÷òîáû åãî ìîæíî áûëî ïîäêëþ÷èòü «çàäîì íàïåðåä» êàê èñòî÷íèê îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ. Òàêæå îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ÷åðåç âòîðè÷íûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ òîê áóäåò òå÷ü â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè. Òàêèì îáðàçîì, ýòîò èñòî÷íèê äîëæåí áûòü ïëàâàþùèì 2-êâàäðàíòíûì îäíîïîëÿðíûì èñòî÷íèêîì ïîñòîÿííîãî òîêà (Ðèñóíîê 1â), ïîääåðæèâàþùèì ïîëîæèòåëüíûé è îòðèöàòåëüíûé òîê, òàêèì êàê Keysight N6782A èëè ñåìåéñòâî èñòî÷íèêîâ APS. Êàê ìîæíî âèäåòü èç Òàáëèöû 1, âñþ ðàáîòó âûïîëíÿåò îñíîâíîé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ. Íàïðÿæåíèå âòîðè÷íîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ îñòàâàëîñü ôèêñèðîâàííûì íà ïîñòîÿííîì óðîâíå +20 Â, íî èñòî÷íèêà âûðàáàòûâàë

+ +20 Â Ìîòîð

–20 Â Âûâîäû

+20 Â …

–20 Â

Îñíîâíîé (0-40 Â)

– – Âòîðè÷íûé (20 Â)

+

Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îñíîâíîãî èñòî÷íèêà ðåãóëèðóåòñÿ äëÿ èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ìîòîðå +40  ® +20  íà ìîòîðå +20  ® 0  íà ìîòîðå 0  ® –20  íà ìîòîðå Âòîðè÷íûé èñòî÷íèê ôèêñèðîâàííîãî íàïðÿæåíèÿ 20 Â. Ïîäêëþ÷åí äëÿ ïîëó÷åíèÿ –20 Â. Äîëæåí áûòü ïëàâàþùèì. Äîëæåí áûòü 2-êâàäðàíòíûì

Ðèñóíîê 2. Ýòà âñòðå÷íî-ïîñëåäîâàòåëüíàÿ êîíôèãóðàöèÿ ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü íà êëåììàõ äâèãàòåëÿ íàïðÿæåíèÿ îò +20 äî –20 Â.

36

ÑÒÀÒÜÈ

Òàáëèöà 1. Óñòàíîâêè îñíîâíîãî è âòîðè÷íîãî èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, íåîáõîäèìûå äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé Íàïðÿæåíèå íà êëåììàõ

Óñòàíîâêà îñíîâíîãî èñòî÷íèêà

Óñòàíîâêà âòîðè÷íîãî èñòî÷íèêà

+20 Â

+40 Â

+20 Â

+15 Â

+35 Â

+20 Â

+10 Â +5 Â

+30 Â +25 Â

+20 Â

0Â –5 Â

+20 Â +15 Â

+20 Â +20 Â

–10 Â –15 Â

+10 Â +5 Â

+20 Â +20 Â

–20 Â

0Â

+20 Â

+20 Â

–20 Â, ïîòîìó áûë ïîäêëþ÷åí âñòðå÷íîïîñëåäîâàòåëüíî. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ íà âûõîäíûõ êëåììàõ èçìåíÿþùåãîñÿ ñèãíàëà ïîëîæèòåëüíîé è îòðèöàòåëüíîé ïîëÿðíîñòè òðåáóåòñÿ óïðàâëÿòü òîëüêî îñíîâíûì èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ, ÷òî óïðîùàåò ïðîãðàììèðîâàíèå. Èñïîëüçóÿ áûñòðîäåéñòâóþùèé èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà â êà÷åñòâå îñíîâíîãî, ìîæíî ãåíåðèðîâàòü ìîùíûå ñèãíàëû ÷àñòîòîé äî íåñêîëüêèõ êèëîãåðö. Ýòî ðåøåíèå ìîæåò ïðèìåíÿòüñÿ äëÿ ïèòàíèÿ ëþáûõ óñòðîéñòâ, êîòîðûå ïîòðåáëÿþò ïîëîæèòåëüíóþ ìîùíîñòü (ò. å. ñàìî óñòðîéñòâî íå ÿâëÿåòñÿ èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ), íî

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

íóæäàþòñÿ â ïîëîæèòåëüíîì è îòðèöàòåëüíîì íàïðÿæåíèè. Íàïðèìåð, ìíå íóæíî áûëî çàïèòàòü äâèãàòåëü, èñïîëüçóåìûé â ïðèëîæåíèè òàêòèëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè äëÿ èãðîâîé ïðèñòàâêè, ãäå äâèãàòåëü áûë ïîäêëþ÷åí ê ðóëåâîìó êîëåñó â àâòîìîáèëüíîì òðåíàæåðå. Ïðè ïîäà÷å +20  äâèãàòåëü âðàùàëñÿ ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå. Ïðè ïîäà÷å –20  äâèãàòåëü âðàùàëñÿ ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè. Òàêèì îáðàçîì, áûñòðî èçìåíÿÿ óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå äâèãàòåëÿ îò +20 äî –20 Â, ìû ìîãëè ïîâîðà÷èâàòü ðóëü è îáåñïå÷èâàòü èãðîêó îáðàòíóþ ñâÿçü, òàêóþ êàê ñîïðîòèâëåíèå ïîâîðîòó ðóëÿ èëè íåðîâíîñòÿì äîðîãè. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî îáùàÿ ñòîèìîñòü îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ýòîé âñòðå÷íî-ïîñëåäîâàòåëüíîé êîíôèãóðàöèè âäâîå ïðåâûøàåò ñòîèìîñòü îäèíî÷íîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, òàêîå ðåøåíèå âñå æå áóäåò äåøåâëå, ÷åì îäèíî÷íûé áèïîëÿðíûé èñòî÷íèê òîé æå íîìèíàëüíîé ìîùíîñòè.  îòëè÷èå îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ñ ðåëå ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîëÿðíîñòè, âñòðå÷íî-ïîñëåäîâàòåëüíàÿ êîíôèãóðàöèÿ íå áóäåò ïðåðûâàòü ïèòàíèå ïðè ïåðåêëþ÷åíèè ñèãíàëà ñ ïîëîæèòåëüíîãî íà îòðèöàòåëüíûé. ÐË

Ññûëêè 1. Turn Positive Voltages Negative with Relays 2. Bipolar Power Supplies Run the Gamut

37

Êîìáèíèðîâàííûå ñòàáèëèçàòîðû íàïðÿæåíèÿ

Áàñêîâ Ì. Ï.

Ì. Ï. Áàñêîâ, Ìîñêâà

Ï

Ïðèìåíåíèå ðåãóëèðóåìûõ èíòåãðàëüíûõ ëèíåéíûõ ñòàáèëèçàòîðîâ íàïðÿæåíèÿ, íàïðèìåð LM317T, â áëîêàõ ïèòàíèÿ, èìåþùèõ øèðîêèé äèàïàçîí âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, íàïðèìåð îò 1.5  äî 30 Â, ñâÿçàíî ñ òðóäíîñòüþ, à çà÷àñòóþ è íåâîçìîæíîñòüþ îáåñïå÷èòü ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå ïàñïîðòíîå çíà÷åíèå òîêà â íàãðóçêå 1.5 À â íèæíåì ó÷àñòêå äèàïàçîíà. ×òîáû îáåñïå÷èòü òîê â íàãðóçêå 1.5 À, ðàçíîñòü ìåæäó âõîäíûì è âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì äëÿ LM317T äîëæíà ñîñòàâëÿòü íå ìåíåå 3.5  áåç ó÷åòà ïóëüñàöèé âûïðÿìëåííîãî íàïðÿæåíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, ìèíèìàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå äîëæíî ñîñòàâëÿòü íå ìåíåå 34 Â. Ïðè âûõîäíîì íàïðÿæåíèè 5  è òîêå 1.5 À íà ðåãóëèðóþùåì ýëåìåíòå ñòàáèëèçàòîðà äîëæíà ðàññåèâàòüñÿ ìîùíîñòü (34  – 4 Â) × × 1.5 À = 45 Âò! Æèçíü LM317T â ýòîì ðåæèìå áóäåò ÿðêîé, íî íåäîëãîé.  ðàìêàõ ýòîé ñòàòüè ìû ïîïûòàåìñÿ íàéòè ïðîñòûå ñõåìîòåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ðàáîòû ëèíåéíûõ èíòåãðàëüíûõ ñòàáèëèçàòîðîâ â øèðîêîì äèàïàçîíå âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé ñ òîêîì íàãðóçêè äî 1.5 À áåç ïðèìåíåíèÿ ãðîìîçäêèõ ðàäèàòîðîâ è äîñòèæåíèÿ ýêñòðåìàëüíûõ òåìïåðàòóð êðèñòàëëà. Äëÿ òîãî ÷òîáû îáåñïå÷èòü îïòèìàëüíóþ ðàáîòó ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà âî âñåì äèàïàçîíå äîïóñòèìûõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé è òîêîâ, íåîáõîäèìî ïîääåðæèâàòü ïðèìåðíîå ïîñòîÿíñòâî ðàçíîñòè âõîäíûõ è

38

âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé. Ïðè ýòîì ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ ðåãóëèðóþùèì ýëåìåíòîì, áóäåò ìèíèìàëüíî âîçìîæíîé. Òàê äëÿ LM317T ïðè òîêå â íàãðóçêå 1.5 À ìèíèìàëüíî âîçìîæíàÿ ðàññåèâàåìàÿ ìîùíîñòü ñîñòàâèò 4 Â × 1.5 À = 6 Âò. Íàøà çàäà÷à áóäåò çàêëþ÷àòüñÿ â òîì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ïðèìåðíî òàêóþ ðàññåèâàåìóþ ìîùíîñòü â äèàïàçîíå âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé îò 1.5  äî 25  ïðè òîêå 1.5 À. Ïðèìå÷àíèå. Íå âñå noname ìèêðîñõåìû LM317T ñïîñîáíû ðàáîòàòü ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè âûøå 30 Â, ïîýòîìó àâòîð ïðè íàïèñàíèè ýòîé ñòàòüè ðåøèë îãðàíè÷èòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìàêñèìóìîì â 25 Â. Åñëè ÷èòàòåëü ðàñïîëàãàåò îðèãèíàëüíûìè ìèêðîñõåìàìè, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæíî ïîäíÿòü äî ïàñïîðòíûõ çíà÷åíèé. Äëÿ ðåøåíèÿ ýòîé çàäà÷è ìû èñïîëüçóåì êîìáèíèðîâàííûå ñòàáèëèçàòîðû, ðåàëèçóþùèå ïîñëåäîâàòåëüíîå âêëþ÷åíèå èìïóëüñíîãî è ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðîâ. Èìïóëüñíûé ñòàáèëèçàòîð ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ýôôåêòèâíîãî ïîäàâëåíèÿ ïóëüñàöèé ïèòàþùåãî âûïðÿìëåííîãî íàïðÿæåíèÿ è ôîðìèðîâàíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, îáåñïå÷èâàþùåãî ìèíèìàëüíóþ ìîùíîñòü ðàññåÿíèÿ íà ëèíåéíîì ñòàáèëèçàòîðå. Òî åñòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå èìïóëüñíîãî ñòàáèëèçàòîðà äîëæíî ïðåâûøàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà íà ôèêñèðîâàííóþ âåëè÷èíó.

ÑÕÅÌÛ

DA1

UÂÕ +32…36 Â

1

L1

2

A1

UÏÐ +5.5…29 Â

3

UÂÛÕ +1.5…25 Â

2

R1 3

C1 100í

5

4

1 1ê5 VD1

R2-1 10ê

+

C2 220ìê

DA1 – LM2576HT A1 – LM317T VD1 – 1N5822 VD2 – FR107 L1 – 100 ìêÃí 3 À

VD2

R4 470

C3 100í

+ R3 R2-2 470 10ê

C2 10ìê

Ðèñóíîê 1. Êîìáèíèðîâàííûé ñòàáèëèçàòîð íà ìèêðîñõåìàõ LM2576 (LM2596) è LM317T ñ èñïîëüçîâàíèåì ñäâîåííîãî ïåðåìåííîãî ðåçèñòîðà.

Ïåðåõîäèì ê ïðàêòè÷åñêîé ðåàëèçàöèè êîìáèíèðîâàííûõ ñòàáèëèçàòîðîâ. Ïåðâûé âàðèàíò ïîñòðîåíèÿ êîìáèíèðîâàííîãî ñòàáèëèçàòîðà íà ìèêðîñõåìàõ LM2576 (LM2596) è LM317T èçîáðàæåí íà Ðèñóíêå 1 è çàêëþ÷àåòñÿ â èñïîëüçîâàíèè ñäâîåííîãî ïåðåìåííîãî ðåçèñòîðà, ñèíõðîííî ìåíÿþùåãî âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ èìïóëüñíîãî è ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà ñ îáåñïå÷åíèåì íåîáõîäèìîé ðàçíîñòè ìåæäó ýòèìè íàïðÿæåíèÿìè. Íà Ðèñóíêå 1 ìû âèäèì, ÷òî ñõåìà êîìáèíèðîâàííîãî ñòàáèëèçàòîðà ñîäåðæèò î÷åíü ìàëî êîìïîíåíòîâ, ñàìûì äåôèöèòíûì èç êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ êà÷åñòâåííûé ñäâîåííûé ïåðåìåííûé ðåçèñòîð R2 ñ íîìèíàëîì 10 êÎì. Ïðè óêàçàííûõ íîìèíàëàõ ðåçèñòîðîâ R1 è R3 èìïóëüñíûé ñòàáèëèçàòîð DA1 ôîðìèðóåò íåîáõîäèìûé óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ìèíèìóìà ïîòåðü íà ëèíåéíîì ñòàáèëèçàòîðå A1 âî âñåì äèàïàçîíå âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé. Íà Ðèñóíêå 2

UÂÕ +32…36 Â

DA1 1

C1 100í

2 3

5

VD1

Ðèñóíîê 2. Îñöèëëîãðàììà ñèíõðîííîãî èçìåíåíèÿ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé èìïóëüñíîãî è ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðîâ. Òîê íàãðóçêè â òî÷êå ìàêñèìóìà 1.45 À.

A2

L1

3 +

4

ïðèâåäåíà îñöèëëîãðàììà ñèíõðîííîãî èçìåíåíèÿ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé èìïóëüñíîãî è ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðîâ ñ ñîáëþäåíèåì íåîáõîäèìîãî èíòåðâàëà ìåæäó íèìè.

C2 220ìê

R2 18ê

1

Z2

R1 1ê5

R3 10ê A1 1

+ –

8 4

Z1 DA1 – LM2576HT A1 – LM358P A2 – LM317T L1 – 100 ìêÃí 3 À

2

R7 10ê

R6 470

C4 100í

VD2 R5 10ê

3

UÂÛÕ +1.5…25 Â

2

+ C3 10ìê

R8 5ê1

R4 5ê1

Z1 – 1N4747A (20 B) Z2 – 1N4730A (3.9 B) VD1 – 1N5822 VD2 – FR107

Ðèñóíîê 3. Êîìáèíèðîâàííûé ñòàáèëèçàòîð íà ìèêðîñõåìàõ LM2576 (LM2596) è LM317T ñ îäíèì ïåðåìåííûì ðåçèñòîðîì.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

39

Ìû ïðåäïîëàãàåì, ÷òî ÷èòàòåëü çíàêîì ñ ðàáîòîé èíòåãðàëüíûõ ñòàáèëèçàòîðîâ LM2576 (LM2596) è LM317, ïîýòîìó ïåðåõîäèì ê ðàññìîòðåíèþ ñëåäóþùåãî âàðèàíòà ïîñòðîåíèÿ êîìáèíèðîâàííîãî ñòàáèëèçàòîðà. Íà Ðèñóíêå 3 èçîáðàæåí êîìáèíèðîâàííûé ñòàáèëèçàòîð, èñïîëüçóþùèé äëÿ ðåãóëèðîâêè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ òîëüêî îäèí ïåðåìåííûé ðåçèñòîð. Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü À1 òèïà LM358P èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîääåðæàíèÿ íåîáõîäèìîé ðàçíîñòè ìåæäó âõîäíûì è âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà A2. Ýòà ðàçíîñòü îáåñïå÷èâàåòñÿ ñòàáèëèòðîíîì Z2. Ïèòàíèå A1 îáåñïå÷èâàåò ïàðàìåòðè÷åñêèé ñòàáèëèçàòîð, òàê êàê âõîäíîå íàïðÿæåíèå êîìáèíèðîâàííîãî ñòàáèëèçàòîðà ìîæåò ïðåâûøàòü ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå äëÿ LM358P. Âòîðîé óñèëèòåëü â äàííîé ñõåìå íå çàäåéñòâîâàí, íî ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí â ëþáûõ ñåðâèñíûõ öåëÿõ. Ïðèìå÷àíèå. Ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà ìèêðîñõåìû LM317T àâòîð íàñòîÿòåëüíî ðåêîìåíäóåò èñïîëüçîâàòü äîïîëíèòåëüíûå ìåòîäû çàùèòû îò ïåðåãðóçêè èëè êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ âûõîäà. Ðàññ÷èòûâàòü íà äåêëàðèðóåìóþ çàùèòó îò ïåðåãðåâà è êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ íå ñëåäóåò, ïîñêîëüêó ó noname ìèêðîñõåì îíà ïðàêòè÷åñêè íå ðàáîòàåò.

UÂÕ +32…36 Â

R1 1ê5

DA1 1

C1 100í

5

A2

L1

2 3

+

4

C3 220ìê

VD1

5

1 R3 18ê

Z2

4

3

1

–

C2 1í*

R2 820ê*

UÓÏÐ

5 6

+

+ –

10ê

3 2

R5 5ê1

7

R6

4

2

R9

UÂÛÕ +3…25 Â

0.15 C4 100í

R8

R4 10ê A1-1 8

Z1

Ðàññìîòðèì åùå îäèí âàðèàíò ïîñòðîåíèÿ êîìáèíèðîâàííîãî ñòàáèëèçàòîðà.  íåì èñïîëüçóþòñÿ ìèêðîñõåìû èíòåãðàëüíûõ ñòàáèëèçàòîðîâ LM2576 (LM2596) è L200Ñ, êîòîðûå èäåàëüíî ïîäõîäÿò äëÿ ñîâìåñòíîé ðàáîòû â êîìáèíèðîâàííûõ ñòàáèëèçàòîðàõ ïî äâóì ïðè÷èíàì: ! Ó îáåèõ ìèêðîñõåì ïîäëîæêà ñîåäèíåíà ñ îáùèì ïðîâîäîì, ÷òî ïîçâîëÿåò ðàçìåñòèòü èõ íà îáùåì ðàäèàòîðå áåç èçîëèðóþùèõ ïðîêëàäîê, áëàãîäàðÿ ÷åìó ðåçêî óìåíüøàåòñÿ òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå «ïîäëîæêà – ðàäèàòîð» è óðîâåíü èíäóêòèâíûõ ïîìåõ. ! Ó îáåèõ ìèêðîñõåì ðåçèñòîð, ðåãóëèðóþùèé âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, íàõîäèòñÿ â âåðõíåì ïëå÷å, ÷òî ïîçâîëÿåò ñòðîèòü èäåíòè÷íûå ïî ïðèíöèïó ðàáîòû ñõåìû óïðàâëåíèÿ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì. Íà Ðèñóíêå 4 ïðåäñòàâëåíà ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà êîìáèíèðîâàííîãî ñòàáèëèçàòîðà íà ìèêðîñõåìàõ LM2576 (LM2596) è L200C ñ ñóùåñòâåííûì ðàñøèðåíèåì ôóíêöèîíàëà. Ïðèíöèï ôîðìèðîâàíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà îñòàëñÿ íåèçìåííûì, â òî âðåìÿ êàê äëÿ óïðàâëåíèÿ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì èñïîëüçóåòñÿ âíåøíèé èñòî÷íèê ñèãíàëà, íàïðèìåð öèôðîàíàëîãîâûé ïðåîáðàçîâàòåëü ìèêðîêîíòðîëëåðà. Äëÿ ýòîé öåëè â íèæíåå ïëå÷î ðåãóëÿ-

R10 10ê

R11 5ê1

VT1

3ê A1-2 R7 1ê

DA1 – LM2576HT A1 – LM358P A2 – L200C VD1 – 1N5822 VT1 – BC547 Z1 – 1N4747A (20 B) Z2 – 1N4731A (4.3 B) L1 – 100 ìêÃí 3 À

Ðèñóíîê 4. Êîìáèíèðîâàííûé ñòàáèëèçàòîð íà ìèêðîñõåìàõ LM2576 (LM2596) è L200Ñ ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì, óïðàâëÿåìûì âíåøíèì èñòî÷íèêîì.

40

ÑÕÅÌÛ

òîðà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà âêëþ÷åí èñòî÷íèê âòåêàþùåãî òîêà, ðåàëèçîâàííûé íà îïåðàöèîííîì óñèëèòåëå À1-2 è òðàíçèñòîðå VT1. Çàâèñèìîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ ñ äîñòàòî÷íîé äëÿ ïðàêòèêè òî÷íîñòüþ îïèñûâàåòñÿ ïðîñòåéøèì ëèíåéíûì óðàâíåíèåì âèäà: UOUT =k × UCNT + UREF, ãäå: UOUT – âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà, UCNT – óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå, UREF – îïîðíîå íàïðÿæåíèå ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà, k – êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ìåæäó âûõîäíûì è óïðàâëÿþùèì íàïðÿæåíèåì. Ïðè óêàçàííûõ íà ñõåìå ñîïðîòèâëåíèÿõ ðåçèñòîðîâ R8 è R7 êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ðàâåí 10. Òî åñòü, ïîäàâ íà óïðàâëÿþùèé âõîä íàïðÿæåíèå 1 Â, íà âûõîäå ïîëó÷èì 1 × 10 + 2.77 = 12.77 (Â). Ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ ñòàáèëüíîñòè ïðåîáðàçîâàíèÿ óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ â òîê, ìîæíî â êà÷åñòâå VT1 èñïîëüçîâàòü ïîëåâîé òðàíçèñòîð, íàïðèìåð 2N7000. Âîçìîæíîñòü âíåøíåãî óïðàâëåíèÿ ïðåâðàùàåò òàêîé êîìáèíèðîâàííûé ñòàáèëèçàòîð â ìîùíûé óñèëèòåëü ïîñòîÿííîãî òîêà. Âíåøíåå óïðàâëåíèå ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü íà âûõîäå ñòàáèëèçàòîðà ïîëîæèòåëüíîå íàïðÿæåíèå ëþáîé ôîðìû. Íà Ðèñóíêå 5 ïîêà-

çàí âûõîäíîé ñèãíàë òðåóãîëüíîé ôîðìû. Ïî ññûëêå â êîíöå ñòàòüè ìîæíî çàãðóçèòü âèäåî, â êîòîðîì ïðèâîäÿòñÿ è äðóãèå ôîðìû íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå ñòàáèëèçàòîðà. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ óñòîé÷èâîñòè è óëó÷øåíèÿ ôèëüòðàöèè ïîìåõ óñèëèòåëü À1 îõâà÷åí ÷àñòîòíî-çàâèñèìîé îáðàòíîé ñâÿçüþ (R2Ñ2). Ðåçèñòîð R2 óìåíüøàåò óñèëåíèå â ïåòëå îáðàòíîé ñâÿçè, ïîâûøàÿ óñòîé÷èâîñòü, à êîíäåíñàòîð Ñ2 îïðåäåëÿåò ñòåïåíü ïîäàâëåíèÿ ïóëüñàöèé. Ïðè ïîâòîðåíèè ýòîãî âàðèàíòà êîìáèíèðîâàííîãî ñòàáèëèçàòîðà âåëè÷èíû ýòèõ ýëåìåíòîâ ñëåäóåò ïîäîáðàòü ýêñïåðèìåíòàëüíî äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàèëó÷øèõ ðåçóëüòàòîâ. Ïóëüñàöèè è øóìû íà âûõîäå êîìáèíèðîâàííîãî ñòàáèëèçàòîðà ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿþòñÿ êîìïîíîâêîé è êà÷åñòâîì ìîíòàæà. Ïðè îïòèìàëüíîé êîìïîíîâêå êîìáèíèðîâàííîãî ñòàáèëèçàòîðà ïóëüñàöèè è íàâåäåííûå øóìû íà âûõîäå íå ïðåâûøàþò 10 ìÂ. Íà Ðèñóíêå 6 ïðèâåäåíû îñöèëëîãðàììû ïóëüñàöèé íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå èìïóëüñíîãî ñòàáèëèçàòîðà (âåðõíèé ëó÷) è íà âûõîäå ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà (íèæíèé ëó÷).

Ðèñóíîê 6. Îñöèëëîãðàììû ïóëüñàöèé íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå èìïóëüñíîãî ñòàáèëèçàòîðà (âåðõíèé ëó÷) è íà âûõîäå ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðà (íèæíèé ëó÷). Òîê íàãðóçêè 0.75 À.

Ðèñóíîê 5. Îñöèëëîãðàììà ñèíõðîííîãî èçìåíåíèÿ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé èìïóëüñíîãî è ëèíåéíîãî ñòàáèëèçàòîðîâ ïðè ïîäà÷å íà óïðàâëÿþùèé âõîä íàïðÿæåíèÿ òðåóãîëüíîé ôîðìû. Òîê íàãðóçêè â òî÷êå ìàêñèìóìà 1.45 À.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

Îñöèëëîãðàììû ñíèìàëèñü íà ìàêåòå, ñèëîâàÿ ÷àñòü êîòîðîãî âûïîëíåíà íàâåñíûì ìîíòàæîì, ÷åì, ñîáñòâåííî, è îáúÿñíÿåòñÿ âûñîêèé óðîâåíü íàâåäåííûõ íà ùóïû îñöèëëîãðàôà ïîìåõ. Ïðè çàêîðà÷èâàíèè ùóïîâ íà îáùèé ïðîâîä óðîâåíü íàâåäåííûõ ïîìåõ îñòàåòñÿ ïðèìåðíî òàêèì æå. Âàæíî! Ñòàáèëèçàòîð, âûïîëíåííûé ïî ñõåìå íà Ðèñóíêå 4, âåñüìà óñòîé÷èâ ïðè

41

ïåðåãðóçêå è êîðîòêèõ çàìûêàíèÿõ âûõîäà, òàê êàê íà ëèíåéíîì ñòàáèëèçàòîðå ïîääåðæèâàåòñÿ ôèêñèðîâàííîå íàïðÿæåíèå ìåæäó âõîäîì è âûõîäîì. Îäíàêî ðåæèì ñòàáèëèçàöèè ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîãî òîêà, îïðåäåëÿåìîãî ñîïðîòèâëåíèåì ðåçèñòîðà R9 (â íàøåì ñëó÷àå ýòî 3 À), íå ÿâëÿåòñÿ øòàòíûì äëÿ ñòàáèëèçàòîðà íàïðÿæåíèÿ è âûçîâåò áûñòðûé ïåðåãðåâ ìèêðîñõåìû A2. Íåñìîòðÿ íà âñòðîåííóþ â L200C çàùèòó îò ïåðåãðåâà, àâòîð ðåêîìåíäóåò èñïîëüçîâàòü äîïîëíèòåëüíóþ òåïëîâóþ çàùèòó â âèäå áèìåòàëëè÷åñêîãî òåïëîâîãî ðåëå òèïà ÊSD-01F 60° â êîðïóñå ÒÎ220, óñòàíîâëåííîãî íà îáùèé ðàäèàòîð ìåæäó ìèêðîñõåìàìè DA1 è A2, êîíòàêòû êîòîðîãî â ñëó÷àå íàãðåâà ðàäèàòîðà âûøå 60 °Ñ ðàçðûâàëè áû öåïü ìåæäó îáùèì ïðîâîäîì è óïðàâëÿþùèì âûâîäîì 5 ìèêðîñõåìû DA1, îáåñòî÷èâàÿ òàêèì îáðàçîì ëèíåéíûé ñòàáèëèçàòîð.

Çàêëþ÷åíèå Âñå ïðèâåäåííûå ñõåìû ïðîâåðåíû ìíîãîëåòíåé ïðàêòèêîé èñïîëüçîâàíèÿ â êîíñòðóêöèÿõ àâòîðà. Íåêîòîðûå ñîõðàíèâøèåñÿ ìàêåòû êîìáèíèðîâàííûõ ñòàáèëèçàòîðîâ, ïðîòåñòèðîâàííûõ â õîäå íàïèñàíèÿ ñòàòüè, ïîêàçàíû â ïðèëàãàåìîì âèäåî. Äîïîëíèòåëüíûì áîíóñîì ïðèâåäåííûõ âûøå ñõåì ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ

ðåãóëèðóåìîãî íàïðÿæåíèÿ ñ âûõîäà èìïóëüñíîãî ñòàáèëèçàòîðà äëÿ ñëó÷àåâ, êîãäà óðîâåíü ïóëüñàöèé è øóìîâ íå èìååò îñîáîãî çíà÷åíèÿ. Ñïðàâåäëèâîñòè ðàäè íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî èäåþ ôîðìèðîâàíèÿ ôèêñèðîâàííîãî íàïðÿæåíèÿ íà ëèíåéíîì ñòàáèëèçàòîðå ïðè ïîìîùè ñòàáèëèòðîíà àâòîð ïî÷åðïíóë èç àíãëîÿçû÷íîé ëèòåðàòóðû åùå â ñòóäåí÷åñêèå ãîäû. Çà äàâíîñòüþ ëåò óêàçàòü èñòî÷íèê íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì. Ïðèâåäåííûìè â ñòàòüå ñõåìîòåõíè÷åñêèìè ðåøåíèÿìè îòíþäü íå èñ÷åðïûâàþòñÿ âàðèàíòû ïîñòðîåíèÿ êîìáèíèðîâàííûõ ñòàáèëèçàòîðîâ. Âíèìàòåëüíîå èçó÷åíèå äàòàøèòîâ íà ðàçëè÷íûå ìèêðîñõåìû ëèíåéíûõ è èìïóëüñíûõ ñòàáèëèçàòîðîâ ïîçâîëèò ñòðîèòü ðàçíîîáðàçíûå êîìáèíèðîâàííûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, â òîì ÷èñëå è î÷åíü ìîùíûå, çàðÿäíûå óñòðîéñòâà è ìíîæåñòâî äðóãèõ ïðèáîðîâ, ïîëåçíûõ â ëàáîðàòîðíîé ïðàêòèêå è áûòó. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet STMicroelectronics L200 2. Datasheet Microchip LM2576 3. Datasheet Texas Instruments LM317T 4. Datasheet Texas Instruments LM358P 5. Datasheet ON Semiconductor 1N5822 6. Datasheet Won-Top Electronics FR107

Çàãðóçêè Âèäåîäàéäæåñò ñòàòüè «Êîìáèíèðîâàííûå ñòàáèëèçàòîðû íàïðÿæåíèÿ» Âèäåî YouTube

Âèäåî RuTube

42

ÑÕÅÌÛ

Êîìïàêòíûé è ýêîíîìè÷íûé

èìïóëüñíûé äðàéâåð ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ José M Espí, Rafael García-Gil, Jaime Castelló EDN

ÒÒðåõôàçíûå óïðàâëÿåìûå âûïðÿìèòåëè è

èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ 15  ïåðâè÷íîé ñòîðîíû. Ýòî óñòðîéñòâî, óñïåøíî ïðîòåñòèðîâàííîå ñ èñïîëüçîâàíèåì íåñêîëüêèõ MOSFET è IGBT ñ âõîäíûìè åìêîñòÿìè äî 5 íÔ, ìîæåò áûòü àäàïòèðîâàíî äëÿ óïðàâëåíèÿ è áîëåå ñèëüíîòî÷íûìè ïðèáîðàìè ïóòåì çàìåíû òðàíçèñòîðîâ äðàéâåðà è òðàíñôîðìàòîðà ñâÿçè, à òàêæå íåñêîëüêèõ ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ. Òðàíçèñòîðû Q1 è Q2 ÷åðåç ðàçäåëèòåëüíûé òðàíñôîðìàòîð T1 ïåðåäàþò èìïóëüñû äëèòåëüíîñòüþ ïðèìåðíî 1 ìêñ íà òðàíçèñòîðû Q3 è Q4, êîòîðûå, â ñâîþ î÷åðåäü, çàðÿæàþò è ðàçðÿæàþò âõîäíóþ åìêîñòü çàòâîð-

èíâåðòîðû, ìàòðè÷íûå öèêëîêîíâåðòåðû è ñèëîâûå êàñêàäû îáû÷íî ñîäåðæàò áîëüøîå êîëè÷åñòâî ìîùíûõ òðàíçèñòîðîâ, êàæäûé ñî ñâîåé ñîáñòâåííîé ñõåìîé óïðàâëåíèÿ. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 óïðàâëÿåò åìêîñòíûì âõîäîì ñèëîâîãî óñòðîéñòâà, òàêîãî êàê MOSFET èëè IGBT (áèïîëÿðíûé òðàíçèñòîð ñ èçîëèðîâàííûì çàòâîðîì), èìïóëüñàìè ñ ëþáûìè êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ íà ÷àñòîòàõ îò 1 äî 200 êÃö. Îäèí òðàíñôîðìàòîð îáåñïå÷èâàåò ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó, è ñõåìà ïîòðåáëÿåò íåáîëüøóþ ìîùíîñòü îò C1 470 pF

15 Â 9

1

IC1 CD4049 10

3

R3 47 2

15 Â 0Â

11

12

5

4

14

15

7

6

8

P1 1k

D3 1N4148

15 Â +

C3 100 µF

C2 470 pF

Q3 ZVP2106 T1 170 µH 10 ÂÈÒ.

R4 47

R5 2.2 D5 1N4148

240 µH 12 ÂÈÒ.

D4 1N4148

R2 560

RÍÀÃÐ

Q1 ZVN2106

D1 1N4148

R1 560

170 µH 10 ÂÈÒ.

Q4 ZVP2106

D6 1N4148

Ê Ç

Q5 D7 12V

+ –

VCC

Ý

D8 12V

R6 2.2

D2 1N4148 Q2 ZVN2106

Ðèñóíîê 1. Èçîëèðîâàííûé èìïóëüñíûé äðàéâåð ðàáîòàåò ñ ëþáûìè êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ è ïîòðåáëÿåò ýíåðãèþ ëèøü âî âðåìÿ ïðîöåññîâ çàðÿäà è ðàçðÿäà åìêîñòè çàòâîðà.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

43

èñòîê ìîùíîãî âûõîäíîãî òðàíçèñòîðà Q5. Èìïóëüñ çàðÿäà, ôîðìèðóåìûé òðàíçèñòîðîì Q1, íà÷èíàåòñÿ ñ ïåðåäíåãî ôðîíòà âõîäíîãî óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà, à èìïóëüñ ðàçðÿäà, ôîðìèðóåìûé òðàíçèñòîðîì Q2, íà÷èíàåòñÿ ñî ñïàäàþùåãî ôðîíòà óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà. Äèôôåðåíöèðóþùèå öåïè, îáðàçîâàííûå ýëåìåíòàìè C1, R1, ÷àñòüþ ïîòåíöèîìåòðà P1, ýëåìåíòàìè C2, R2 è îñòàâøåéñÿ ÷àñòüþ ïîòåíöèîìåòðà P1, óñòàíàâëèâàþò äëèòåëüíîñòè èìïóëüñîâ çàðÿäà è ðàçðÿäà. Ïðè íåîáõîäèìîñòè ðåãóëèðîâêîé ïîòåíöèîìåòðà P1 ìîæíî èçìåíÿòü áàëàíñ ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé çàðÿäà è ðàçðÿäà, ïîëó÷àåìûõ çàòâîðîì Q5. Òðàíçèñòîðû Q3 è Q4 ïåðåäàþò èìïóëüñû, ñîîòâåòñòâåííî, äëÿ çàðÿäà èëè ðàçðÿäà âõîäíîé åìêîñòè òðàíçèñòîðà Q5, à çàòåì âûêëþ÷àþòñÿ, îáðàçóÿ âûñîêîèìïåäàíñíóþ öåïü, øóíòèðóþùóþ âõîäíóþ åìêîñòü Q5, òàê ÷òî íàïðÿæåíèå çàòâîðà Q5 îñòàåòñÿ íåèçìåííûì, åñëè íå ñ÷èòàòü ìåäëåííîãî ðàçðÿäà èç-çà íåáîëüøèõ òîêîâ óòå÷êè. Òàêèì îáðàçîì, ñõåìà äðàéâåðà ïîòðåáëÿåò ìîùíîñòü òîëüêî â òå÷åíèå êîðîòêèõ èíòåðâàëîâ âðåìåíè, êîãäà ïðîèñõîäÿò ïðîöåññû çàðÿäà è ðàçðÿäà åìêîñòè çàòâîð-èñòîê. Êîãäà òðàíçèñòîðû Q1 - Q4 âûêëþ÷àþòñÿ, ðåçèñòîðíî-äèîäíûå ïàðû R3, D3, è R4, D4 ñîçäàþò ïóòè äëÿ òîêà ðàçìàãíè÷èâàíèÿ òðàíñôîðìàòîðà T1. Õîòÿ áóëüøóþ ÷àñòü âðåìåíè îíè ñìåùåíû â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè, äèîäû D5 è D6 îáðàçóþò àìïëèòóäíûé äèñêðèìèíàòîð, ñêîíôèãóðèðîâàííûé êàê ëîãè÷åñêàÿ ñõåìà «ÈËÈ», ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðàõ Q3 è Q4 íèêîãäà íå áóäåò ìåíüøå íàïðÿæåíèÿ íà åìêîñòè çàòâîð-èñòîê Q5. Ðåçèñòîðû R5 è R6 îãðàíè÷èâàþò ñêîðîñòè çàðÿäà è ðàçðÿäà åìêîñòè çàòâîð-èñòîê òðàíçèñòîðà Q5; èõ ñîïðîòèâëåíèÿ ìîãóò ìåíÿòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò âõîäíûõ õàðàêòåðèñòèê òðàíçèñòîðà Q5. Òðàíñôîðìàòîð T1 íàìîòàí íà ñåðäå÷íèêå RM5/I èç ôåððèòà 3E5 îáìîòî÷íûì ïðîâîäîì äèàìåòðîì 0.2 ìì. Ïåðâè÷íàÿ îáìîòêà ñ îòâîäîì îò ñåðåäèíû èìååò 20 âèòêîâ, à âòîðè÷íàÿ – 12 âèòêîâ. Êîãäà òðàíçèñòîð Q1 âêëþ÷àåòñÿ, íà âòîðè÷íîé îáìîòêå òðàíñôîðìàòîðà T1 ñîçäàåòñÿ ïîëîæèòåëüíîå íàïðÿæåíèå, êîòîðîå âêëþ÷àåò p-êàíàëüíûé MOSFET Q3 è îòêðûâàåò ïàðàçèòíûé äèîä òðàíçèñòîðà Q4, ÷òîáû

44

íà÷àòü çàðÿäêó åìêîñòè çàòâîð-èñòîê Q5. Ñêîðîñòü çàðÿäêè îïðåäåëÿåòñÿ â ïåðâóþ î÷åðåäü ñîïðîòèâëåíèåì îòêðûòîãî êàíàëà òðàíçèñòîðà Q3. Çàðÿäêà çàâåðøàåòñÿ ëèáî ïî îêîí÷àíèè èìïóëüñà, ëèáî êîãäà íàïðÿæåíèå çàòâîð-èñòîê MOSFET Q5 ïðèáëèæàåòñÿ ê çíà÷åíèþ, ðàâíîìó ðàçíîñòè íàïðÿæåíèÿ íà âòîðè÷íîé îáìîòêå T1 è ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ çàòâîðà òðàíçèñòîðà Q3. Çàòåì Q3 çàêðûâàåòñÿ, ïîçâîëÿÿ çàðÿäíîìó òîêó óïàñòü äî íóëÿ, à çàðÿäó åìêîñòè äîñòè÷ü ìàêñèìàëüíîãî ïîëîæèòåëüíîãî çíà÷åíèÿ. Êîãäà òðàíçèñòîð Q1 çàêðûâàåòñÿ, òîê íàìàãíè÷èâàíèÿ òðàíñôîðìàòîðà T1 óõîäèò ÷åðåç ýëåìåíòû R3 è D3. Íàïðÿæåíèå íà âòîðè÷íîé îáìîòêå T1 ñòàíîâèòñÿ ñëåãêà îòðèöàòåëüíûì, ÷òîáû ñáàëàíñèðîâàòü âîëüò-ñåêóíäíóþ õàðàêòåðèñòèêó ñåðäå÷íèêà, âñëåäñòâèå ÷åãî ïàðàçèòíûé äèîä òðàíçèñòîðà Q3 íåìíîãî ñìåùàåòñÿ â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè (áåç ïîÿâëåíèÿ òîêà), à ïàðàçèòíûé äèîä òðàíçèñòîðà Q4 áëîêèðóåò ðàçðÿä åìêîñòè çàòâîð-èñòîê Q5. Îòðèöàòåëüíîå íàïðÿæåíèå, ïðèëîæåííîå ê çàòâîðó Q4, íå ìîæåò âêëþ÷èòü òðàíçèñòîð, ïîñêîëüêó ïðÿìîå íàïðÿæåíèå äèîäà D5 óñòàíàâëèâàåò íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå Q4 áîëüøåå, ÷åì íà çàòâîðå Q5. Òàêèì îáðàçîì, âõîäíàÿ åìêîñòü Q5 îñòàåòñÿ çàðÿæåííîé, à ïóòü åå ðàçðÿäà èìååò âûñîêîå ñîïðîòèâ-

Ðèñóíîê 2. Âèä ñâåðõó ïðîòîòèïà èçîëèðîâàííîãî äðàéâåðà çàòâîðà ïîêàçûâàåò, ÷òî çåìëÿíîé ñëîé ïîä òðàíñôîðìàòîðîì T1 ïðåðâàí èçîëèðóþùèì áàðüåðîì (ââåðõó ñïðàâà).

ÑÕÅÌÛ

Ðèñóíîê 3. Íà âåðõíåé îñöèëëîãðàììå ïîêàçàíî óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå äðàéâåðà, à íà íèæíåé îñöèëëîãðàììå ïîêàçàíî íàïðÿæåíèå çàòâîð-èñòîê IGBT APT40GF120JRD (Q5) ïðè ÷àñòîòå 20 êÃö. Äëÿ ðåãóëèðîâêè âûñîêîãî è íèçêîãî óðîâíåé íàïðÿæåíèé çàòâîð-èñòîê 9.1 è 20.7 Â, ñîîòâåòñòâåííî, ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïîòåíöèîìåòð P1.

Ðèñóíîê 4. Íà âåðõíåé îñöèëëîãðàììå ïîêàçàíî íàïðÿæåíèå çàòâîð-èñòîê óïðàâëÿåìîãî òðàíçèñòîðà, à íà íèæíåé – åãî íàïðÿæåíèå êîëëåêòîð-ýìèòòåð, îñëàáëåííîå ïðîáíèêîì. Íàãðóçêîé òðàíçèñòîðà ÿâëÿåòñÿ ðåçèñòîð, ïîäêëþ÷åííûé ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ.

ëåíèå. Êîãäà Q2 âêëþ÷àåòñÿ, îòðèöàòåëüíîå íàïðÿæåíèå, êîòîðîå ïîÿâëÿåòñÿ íà âòîðè÷-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

íîé îáìîòêå T1, îòêðûâàåò Q4 è çàïóñêàåò ïðîöåññ ðàçðÿäà, êîòîðûé çàêàí÷èâàåòñÿ, êîãäà íàïðÿæåíèå èñòîê-çàòâîð Q4 ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì åãî ïîðîãîâîìó óðîâíþ, èëè êîãäà çàêàí÷èâàåòñÿ èìïóëüñ. Çàòåì Q4 âûêëþ÷àåòñÿ, è íàïðÿæåíèå íà åìêîñòè çàòâîðà Q5 äîñòèãàåò ñâîåãî ìèíèìàëüíîãî îòðèöàòåëüíîãî çíà÷åíèÿ. Êîãäà Q2 âûêëþ÷àåòñÿ, òîê íàìàãíè÷èâàíèÿ òðàíñôîðìàòîðà T1 ñáðàñûâàåòñÿ ÷åðåç D4 è R4, ïàðàçèòíûé äèîä òðàíçèñòîðà Q4 îòêðûâàåòñÿ, à ïàðàçèòíûé äèîä òðàíçèñòîðà Q3 áëîêèðóåò íàïðÿæåíèå çàòâîð-èñòîê Q5. Âûñîêîå íàïðÿæåíèå íà äèîäå D6, ïðèëîæåííîå ê çàòâîðàì Q3 è Q4, ãàðàíòèðóåò, ÷òî íàïðÿæåíèå ðàçðÿäêè íà âòîðè÷íîé îáìîòêå T1 íå ïðèâåäåò ê îòêðûâàíèþ Q3. Òàêèì îáðàçîì, âñå òðàíçèñòîðû îñòàþòñÿ âûêëþ÷åííûìè, à çàòâîðíàÿ åìêîñòü Q5 îñòàåòñÿ ðàçðÿæåííîé. Ïðè ñëåäóþùåì âêëþ÷åíèè òðàíçèñòîðà Q1 ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïîâòîðÿåòñÿ. Íà Ðèñóíêå 2 â ñðàâíåíèè ñ ìîíåòîé â 1 åâðî ïîêàçàíû ïðîòîòèï äðàéâåðà è ñèëîâîé òðàíçèñòîð.  òðàíçèñòîðå APT40GF120JRD ñ åìêîñòüþ çàòâîð-èñòîê, ðàâíîé 4 íÔ, îáúåäèíåíû IGBT è áûñòðîâîññòàíàâëèâàþùèéñÿ äèîä, ðàññ÷èòàííûå íà ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå 1200  è òîê äî 60 À. Òðàíçèñòîð óïàêîâàí â êîðïóñ JEDEC SOT-227 ðàçìåðîì ïðèìåðíî 38 ìì × 25 ìì. Íà Ðèñóíêàõ 3 è 4 ïîêàçàíû îñöèëëîãðàììû ñèãíàëîâ óïðàâëåíèÿ IGBT Q5 â ñõåìå Ðèñóíîê 1 ïðè ÷àñòîòå ïåðåêëþ÷åíèÿ 20 êÃö. Çàäåðæêà âêëþ÷åíèÿ ðàâíà ïðèìåðíî 600 íñ, à îáùèé ïîòðåáëÿåìûé òîê ñîñòàâëÿåò 22 ìÀ ïðè ïîòðåáëÿåìîé ìîùíîñòè 0.33 Âò. Ïðè óïðàâëåíèè òðàíçèñòîðàìè ñ ìåíüøåé åìêîñòüþ çàòâîð-èñòîê çàäåðæêà âêëþ÷åíèÿ ñõåìû è ýíåðãîïîòðåáëåíèå óìåíüøàþòñÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet APT APT40GF120JRD 2. Datasheet Texas Instruments CD4049A 3. Datasheet Diodes ZVN2106A 4. Datasheet Diodes ZVP2106A

45

Ðåçèñòèâíàÿ íàãðóçêà äëÿ òåñòèðîâàíèÿ

Áàñêîâ Ì. Ï.

íèçêîâîëüòíûõ èñòî÷íèêîâ ïåðåìåííîãî òîêà Ì. Ï. Áàñêîâ, Ìîñêâà

Í

Íåäàâíî àâòîð ñòîëêíóëñÿ ñ íåîáõîäèìîñòüþ ñíÿòü âîëüòàìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè èñòî÷íèêà ïåðåìåííîãî òîêà ñ ìàêñèìàëüíîé ñèëîé òîêà îêîëî 5 À. Óñëîâèÿ ýêñïåðèìåíòà òðåáîâàëè èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèé îò 100 ìÂ. Ïðè ýòîì íåîáõîäèìî áûëî ïðîâåñòè íåñêîëüêî ñåðèé èçìåðåíèé äëÿ êîíòðîëÿ äèíàìèêè ïðîöåññà, íîñÿùåãî íåñòàöèîíàðíûé õàðàêòåð.

Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïîâòîðÿåìîñòè óñëîâèé èçìåðåíèÿ áûëî ðåøåíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå íàãðóçêè íàáîð ðåçèñòîðîâ ñîîòâåòñòâóþùåé ìîùíîñòè. Ïîäõîäÿùèõ ðåçèñòîðîâ ïîä ðóêîé íå îêàçàëîñü; èõ ìîæíî áûëî áû çàêàçàòü íà AliExpress, íî ýòî, êàê ìèíèìóì, ìåñÿö îæèäàíèÿ. È òóò, ïðè î÷åðåäíîì ïîñåùåíèè ïóíêòà ïðèåìà ìåòàëëîëîìà, íà ãëàçà ïîïàëñÿ íàáîð èç òðåõ îäíîòèïíûõ ïðîâîëî÷-

Âõîä X1

NO

K1.1

R1-1 10

NO

K2.1

R1-2 10

R2-1 10

R2-2 10

NC NO

K4.1

K3.1

R3-1 10

R3-2 10

NC

K5.1

NC

Âõîä X2

I SW1 II RÄ 50

Ðèñóíîê1. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà óñòðîéñòâà. Èñõîäíîå ïîëîæåíèå «I» ïåðåêëþ÷àòåëÿ SW1 ñîîòâåòñòâóåò äèàïàçîíó ñîïðîòèâëåíèé 5 – 50 Îì, ïîëîæåíèå «II» ñîîòâåòñòâóåò äèàïàçîíó ñîïðîòèâëåíèé 55 – 100 Îì.

46

ÑÕÅÌÛ

R*

K1

K2

K3

K4

K5

50 45

1

40 35

1

1 1

30 25

1

1 1

1 1

20 15

1 1

1 1

1

1 1

1 1

10 5

1 1

1 1

1 1

1

Ðèñóíîê 2. Òàáëèöà êîììóòàöèè ðåëå äëÿ ñèíòåçà ðåçèñòîðà ñ èçìåíÿåìûì ñîïðîòèâëåíèåì. R* – ïðèáëèæåííûå çíà÷åíèÿ.

íûõ ðåçèñòîðîâ íà êåðàìè÷åñêèõ íîñèòåëÿõ, ñìîíòèðîâàííûõ íà ìåòàëëè÷åñêîé ðàìå. Ïðèîáðåòåííûé çà ñèìâîëè÷åñêóþ öåíó, íàáîð ðåçèñòîðîâ áûë äîñòàâëåí â ãàðàæ è î÷èùåí ïðè ïîìîùè ëàçåðíîé óñòàíîâêè,

ïîñëå ÷åãî âûãëÿäåë î÷åíü ïðèëè÷íî. Ñîïðîòèâëåíèå êàæäîãî èç ðåçèñòîðîâ ñîñòàâëÿëî îêîëî 21 Oì. Ïîñëå íåäîëãèõ ðàçìûøëåíèé áûëî ðåøåíî ðàçäåëèòü êàæäûé èç íèõ ïîïîëàì ïðè ïîìîùè ìåòàëëè÷åñêîãî õîìóòà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïîëó÷èëîñü 6 ðåçèñòîðîâ, ñîïðîòèâëåíèå êàæäîãî èç êîòîðûõ ñîñòàâëÿëî ïðèìåðíî 10 Îì. Ýòî ïîçâîëèëî ïðîñòûìè ñðåäñòâàìè ñèíòåçèðîâàòü ñëåäóþùèé ðÿä ðåçèñòîðîâ (â Îì): 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà òàêîãî ñèíòåçàòîðà ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 1. Äîáàâî÷íûé 50âàòòíûé ðåçèñòîð RÄ ñîïðîòèâëåíèåì 50 Îì è òóìáëåð SW1 ïîçâîëÿþò ðàñøèðèòü íàáîð ôèêñèðîâàííûõ âåëè÷èí ñîïðîòèâëåíèÿ, äîáàâèâ âòîðîé äèàïàçîí îò 55 äî 100 Îì.  êà÷åñòâå êîììóòèðóþùèõ óñòðîéñòâ èñïîëüçîâàíû 4- è 5-êîíòàêòíûå àâòîìîáèëüíûå ðåëå. Ïèòàþòñÿ ðåëå îò âíåøíåãî èñòî÷íèêà íàïðÿæåíèåì 12 Â. Íà Ðèñóíêå 1 ïîëî-

+12 Â K1

K2

K3

K4

K5

SA1 50 Îì 45 Îì 40 Îì 35 Îì 30 Îì 25 Îì 20 Îì 15 Îì 10 Îì 5 Îì

Âñå äèîäû: FR207; K1-K5: 12 Â/40 À; SA1: ïåðåêëþ÷àòåëü ãàëåòíûé 10Ï1Í.

Ðèñóíîê 3. Ñõåìà óïðàâëåíèÿ ðåëå.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

47

æåíèÿ êîíòàêòîâ ðåëå ïîêàçàíû â èñõîäíîì ñîñòîÿíèè óñòðîéñòâà – ïðè îòñóòñòâèè óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ. Òàáëèöà êîììóòàöèè ðåëå ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 2. Ñèìâîëîì «1» îáîçíà÷åíû àêòèâíûå ñîñòîÿíèÿ ðåëå, ïàññèâíûå íå ïîêàçàíû äëÿ îáëåã÷åíèÿ âîñïðèÿòèÿ. Äëÿ óïðàâëåíèÿ ðåëå èñïîëüçîâàëàñü ìàòðèöà èç èìåâøèõñÿ â íàëè÷èè äèîäîâ FR207. Ñõåìà óïðàâëåíèÿ ðåëå ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 3. Äàííîå ðåøåíèå, íåñìîòðÿ íà ïðîñòîòó, îòñóòñòâèå ñèëîâûõ ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ è âîçìîæíîñòü òåñòèðîâàòü èñòî÷íèêè ïåðåìåííîãî òîêà ñ íàïðÿæåíèåì îò 0 Â, èìååò è îïðåäåëåííûå íåäîñòàòêè, çàêëþ÷àþùèåñÿ â «äðåáåçãå» êîíòàêòîâ ðåëå è ñâÿçàííîé ñ ýòèì ôàêòîðîì âîçìîæíîñòè âîçíèêíîâåíèÿ êðàòêîâðåìåííûõ ïðîâàëîâ â ìîìåíò ïåðåêëþ÷åíèÿ ðåëå.

Ðèñóíîê 4. Ïåðåõîäíûå ïðîöåññû ïðè êîììóòàöèè ðåëå ïîä íàãðóçêîé. Ìàñøòàá ïî âåðòèêàëè 100 ìÂ/äåë, ïî ãîðèçîíòàëè 1 ñ/äåë.

Ðèñóíîê 4 äåìîíñòðèðóåò ïåðåõîäíûå ïðîöåññû ïðè èçìåíåíèè ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè. Ñèãíàë ñíèìàëñÿ ñ ðåçèñòîðà ñîïðîòèâëå-

48

Ðèñóíîê 5. Âíåøíèé âèä óñòðîéñòâà. Íàãðóçêà ïîäêëþ÷åíà ê èñòî÷íèêó ïîñòîÿííîãî òîêà.

íèåì 0.1 Îì, âêëþ÷åííûì ïîñëåäîâàòåëüíî ñ íàãðóçêîé. Õîðîøî çàìåòíû êðàòêîâðåìåííûå ïðîâàëû ïðè ïåðåêëþ÷åíèè ðåëå. Ââèäó èñïîëüçîâàíèÿ ãàáàðèòíûõ è òÿæåëûõ äåòàëåé óñòðîéñòâî ñìîíòèðîâàíî íà ïëàñòèíå ëàìèíàòà ðàçìåðîì 300 × 150 ìì. Äëÿ ðàñøèðåíèÿ ôóíêöèîíàëüíîñòè äîáàâëåí DC àìïåðâîëüòìåòð è òóìáëåð, îòêëþ÷àþùèé åãî ïðè òåñòèðîâàíèè èñòî÷íèêîâ ïåðåìåííîãî òîêà. Âíåøíèé âèä óñòðîéñòâà ñî ñíÿòûì êîæóõîì ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 5.  çàêëþ÷åíèå õîòåëîñü áû îñòàíîâèòüñÿ íà íåñêîëüêèõ ïðàêòè÷åñêèõ ìîìåíòàõ, ñâÿçàííûõ ñ ìîíòàæîì óñòðîéñòâà. Ñèëîâûå âûâîäû ðåëå, èñïîëüçóåìûå äëÿ êîììóòàöèè ðåçèñòîðîâ, ïðèñîåäèíÿëèñü ïàéêîé äëÿ èñêëþ÷åíèÿ ñîåäèíåíèé ñ íåñòàáèëüíûì ïåðåõîäíûì ñîïðîòèâëåíèåì.  êà÷åñòâå ñîåäèíåíèé ìåæäó ñèëîâûìè âûâîäàìè ðåëå è âûâîäàìè ðåçèñòîðîâ èñïîëüçîâàëèñü ïðî2 âîäà ñå÷åíèåì îêîëî 3 ìì . ÐË

ÑÕÅÌÛ

Èñïîëüçîâàíèå ñâåòîäèîäà

â êà÷åñòâå ôîòîäèîäà Raju Baddi EDN

ÏÏðîñòàÿ

ñõåìà íà Ðèñóíêå 1, êîòîðàÿ ìîæåò ïèòàòüñÿ îò íèêåëü-êàäìèåâîãî àêêóìóëÿòîðà 3.6 Â, ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ñâåòîäèîä äëÿ îáíàðóæåíèÿ ñâåòà.  ñîñòîÿíèè ïîêîÿ ñõåìà ïðàêòè÷åñêè íå ïîòðåáëÿåò ýíåðãèè. Äâà ñâåòîäèîäà ðàáîòàþò êàê ôîòîäèîäû, îáíàðóæèâàÿ îêðóæàþùèé ñâåò è ðåàãèðóÿ íà íåãî. Ïðè íàëè÷èè îêðóæàþùåãî ñâåòà âåðõíèé ñâåòîäèîä – ìàëåíüêîå êðàñíîå óñòðîéñòâî â ïðîçðà÷íîì êîðïóñå, çàêðûòîå ÷åðíîé òðóáêîé, – èìååò áîëåå âûñîêîå ýôôåêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå, ÷åì íèæíèé áîëüøîé çåëåíûé ñâåòîäèîä. Ïîýòîìó íàïðÿæåíèå íà âõîäå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà «È-ÍÅ» ìåíüøå åãî ïîðîãîâîãî óðîâíÿ «ëîã. 1», è óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà åãî âûõîäå âûñîêèé. Êîãäà îêðóæàþùèé ñâåò ãàñíåò, ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà îáðàòíîñìåùåííîì çåëåíîì ñâåòîäèîäå óâåëè÷èâàåòñÿ, è óðîâåíü âûõîäà ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ñòàíîâèòñÿ íèçêèì. Äåòåêòîð ñâåòà òàêîãî òèïà èñêëþ÷èòåëüíî ýíåðãîýôôåêòèâåí è èäåàëüíî ïîäõîäèò äëÿ áàòàðåéíûõ ïðèëîæåíèé. Âûõîä ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà «È-ÍÅ» ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ óïðàâëåíèÿ äðàéâåðîì ñâåòîäèîäà, âîçáóäèòåëåì ðåëå èëè ïîäêëþ÷èòü åãî ê ìèêðîêîíòðîëëåðó. Ñõåìó ñëåäóåò ðàçìåùàòü òàê, ÷òîáû íà çåëåíûé ñâåòîäèîä äåòåêòîðà ïîïàäàëî äîñ-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

ÊÐÀÑÍÛÉ ÑÂÅÒÎÄÈÎÄ 3 ìì  ÒÐÓÁÊÅ ÈÇ ÍÅÏÐÎÇÐÀ×ÍÎÃÎ ÌÀÒÅÐÈÀËÀ

3.6 … 6 Â

CD4011

ÇÅËÅÍÛÉ ÑÂÅÒÎÄÈÎÄ 5 ìì

Ê ÄÐÀÉÂÅÐÓ ÐÅËÅ, ÄÐÀÉÂÅÐÓ ÑÂÅÒÎÄÈÎÄÀ ÈËÈ ÈÍÎÉ ÑÕÅÌÅ

Ðèñóíîê 1. Ñîïðîòèâëåíèå ñâåòîäèîäà ìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò óðîâíÿ îêðóæàþùåãî îñâåùåíèÿ, ìåíÿÿ íàïðÿæåíèå, óïðàâëÿþùåå ëîãè÷åñêèì ýëåìåíòîì.

òàòî÷íîå êîëè÷åñòâî ñâåòà. Ýòî ïîçâîëèò èçáåæàòü ñîñòîÿíèÿ, êîãäà ñòàöèîíàðíûé óðîâåíü âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ áóäåò áëèçêèì ê ïîðîãîâîìó íàïðÿæåíèþ «È-ÍÅ». Ìîùíîñòü, ïîòðåáëÿåìàÿ ëîãè÷åñêèì ýëåìåíòîì «È-ÍÅ», ðåçêî âîçðàñòàåò âáëèçè ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ. Êîãäà âõîäíîå íàïðÿæåíèå çàòâîðà ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà íàõîäèòñÿ íà óðîâíå, ñîîòâåòñòâóþùåì îïðåäåëåííîìó ëîãè÷åñêîìó ñîñòîÿíèþ, ïîòðåáëÿåìàÿ èì ìîùíîñòü ÷ðåçâû÷àéíî ìàëà. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4011B

49

Óïðàâëåíèå òåìïåðàòóðîé êåðàìè÷åñêîãî íàãðåâàòåëÿ ïàÿëüíèêà Áàáàíèí Â., Êðàñíîÿðñêèé êðàé

Ä

Äëÿ ðåãóëèðîâêè ìîùíîñòè íàãðåâàòåëÿ ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ ìåòîä øèðîòíî-èìïóëüñíîé ìîäóëÿöèè (ØÈÌ). Òèïîâûå ñõåìû ØÈ ìîäóëÿòîðîâ ñîäåðæàò, êàê ìèíèìóì, äâà îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿ. Èçâåñòíà ñõåìà øèðîòíî-èìïóëüñíîãî ìîäóëÿòîðà íà áàçå îäíîãî ÎÓ êðóòèçíû (Operational transconductance amplifier, OTA) [1]. Ýòè êîìïîíåíòû ñðàâíèòåëüíî äîðîãè è ïðàêòè÷åñêè íå èñïîëüçóþòñÿ â ïàÿëüíîé òåõíèêå è ëþáèòåëüñêèõ êîíñòðóêöèÿõ. Èçâåñòíî èñïîëüçîâàíèå îáû÷íîãî ÎÓ â äàííîé ñõåìå ØÈÌ [2], ñòîèìîñòü è äîñòóïíîñòü êîòîðîãî íå îñòàâëÿþò íàäåæäû íà øèðîêîå ïðèìåíåíèå. Êñòàòè, ñîâåòóåì ïðîñìîòðåòü ýòó ïóáëèêàöèþ è ïîçâîëèòü àâòîðó

íå óïðàæíÿòüñÿ â ñëîâåñíîñòè, îáúÿñíÿÿ ïðèíöèï.  äàííîé ñõåìå ïðè ñîîòâåòñòâóþùåì âêëþ÷åíèè ìîæíî ïðèìåíèòü äîñòóïíûé è íåäîðîãîé ÎÓ. Íà ïðèìåðå óïðàâëåíèÿ òåìïåðàòóðîé ïîêàæåì, êàê ìîæíî óïðîñòèòü êîíòðîëëåð íàãðåâàòåëÿ ïàÿëüíèêà (Ðèñóíîê 1). Ñõåìà ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ðàáîòû ñ êåðàìè÷åñêèì íàãðåâàòåëåì ïàÿëüíèêà òèïà A1321 (24 Â, 50 Âò) ñ PTC (Positive Temperature Coefficient) òåðìîðåçèñòîðîì. Òàêèå ïàÿëüíèêè ñåé÷àñ ñàìûå äîñòóïíûå è íåäîðîãèå. Ýëåìåíòû íàãðåâàòåëÿ óêàçàíû êàê Rt è Rh (òåðìîðåçèñòîð è íàãðåâàòåëü). Ñ óêàçàííûìè íîìèíàëàìè êîíòðîëëåð ðåãóëèðóåò è ñòàáèëèçèðóåò òåìïåðàòóðó æàëà

19 Â Rt

R3 1.3K R4 2K R2

R1 510

20K R5* 12K

3 Tmax 1

R6

R8

62K

18K

R10

LM321MF 4

R9

2.4K

100

AO4468

R7 10K

Rh

C1 0.1µ LD1

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà êîíòðîëëåðà ïàÿëüíèêà.

50

ÑÕÅÌÛ

Ðèñóíîê 2. Ïðîòîòèï êîíòðîëëåðà ïàÿëüíèêà íà áåñïàå÷íîé ìàêåòíîé ïëàòå.

ïàÿëüíèêà â äèàïàçîíå 70-430 °C ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 19 Â. Âðåìÿ âûõîäà íà ðåæèì ñòàáèëèçàöèè îêîëî 90 ñ. Óñòîé÷èâî ðàáîòàåò îò 6 äî 24 Â, íå òðåáóåò ñòàáèëèçèðîâàííîãî ïèòàíèÿ. Äâóõöâåòíûé ñâåòîäèîä ïðåêðàñíî èíôîðìèðóåò î ðåæèìàõ ðàáîòû. Ïîëåâîé òðàíçèñòîð ëþáîé, ñ òîêîì ñòîêà íå ìåíåå 10 À, òàê êàê ïðè «õîëîäíîì ñòàðòå» òîê íàãðåâàòåëÿ ìîæåò äîñòèãàòü 5 À. Ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ âûøå 20  ïîòðåáóåòñÿ çàùèòèòü çàòâîð ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà ñòàáèëèòðîíîì íà 20 Â. Ðåçèñòîð R1 äîëæåí

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

ðàññåèâàòü íå ìåíåå ¼ Âò. Åñëè âñòðîèòü êîíòðîëëåð â ðó÷êó, ìîæíî îáîéòèñü äâóõïðîâîäíûì ïîäêëþ÷åíèåì ïàÿëüíèêà ê áëîêó ïèòàíèÿ. Âíåøíèé âèä ìàêåòà êîíòðîëëåðà ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 2. Íàñòðîéêà çàêëþ÷àåòñÿ â ïåðåâîäå ðåãóëÿòîðà â íèæíåå ïî ñõåìå ïîëîæåíèå è ïîäáîð R5 ïîä ìàêñèìàëüíóþ òåìïåðàòóðó.  âåðõíåì ïîëîæåíèè ðåãóëÿòîð âûêëþ÷àåò íàãðåâ. Íåìíîãî óâåëè÷èâ íîìèíàë R3, ìîæíî ïîäíÿòü íèæíþþ ãðàíèöó òåìïåðàòóðû è «ðàñòÿíóòü» øêàëó ãðàäóèðîâêè. Âîçìîæíî ïðèäåòñÿ ïîäîáðàòü R8/R10 ïî ñâîåìó ïðåäïî÷òåíèþ. Ìàêñèìàëüíàÿ ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü â óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå îêîëî 16 Âò. Íåñêîëüêî «âðåäíûõ» ñîâåòîâ íàïîñëåäîê. Óâåëè÷èâ åìêîñòü äî 1 ìêÔ, äàëüòîíèêè ïðèîáðåòóò êîìôîðò. Âêëþ÷èâ âìåñòî ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà îïòîïàðó, ìîæíî óïðàâëÿòü íàãðåâàòåëåì íà 220  (òèï íàãðåâàòåëÿ A1324). Âçÿâ ïîäõîäÿùèå PTC òåðìèñòîð è íàãðåâàòåëü, ìîæíî ïîëó÷èòü òåðìîñòàò íóæíûõ ðàçìåðîâ. ÐË

Ññûëêè 1. Voltage Mode Pulse Width Modulator Using Single Operational Transresistance Amplifier 2. David Dowe. Âèçóàëüíûé òåñòåð íàïðÿæåíèÿ íà îäíîì ÎÓ

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM321 2. Datasheet Alpha & Omega AO4468

51

Àíàëîãîâûé êîíòðîëëåð ïàÿëüíîé ñòàíöèè Áàáàíèí Â., Êðàñíîÿðñêèé êðàé

Å

Åñòü ìíîãî ñõåì êîíòðîëëåðîâ ïàÿëüíûõ ñòàíöèé, îäíàêî àáñîëþòíî âñå çàìûêàþò ïåòëþ îáðàòíîé ñâÿçè ïî òåìïåðàòóðå, èñïîëüçóÿ òåðìîðåçèñòîð íàãðåâàòåëÿ ïàÿëüíèêà. Õàðàêòåðèñòèêè ïàÿëüíîé ñòàíöèè ìîæíî óëó÷øèòü, à ñõåìó ñäåëàòü ïðîùå, åñëè â öåïü îáðàòíîé ñâÿçè âêëþ÷èòü è íàãðåâàòåëü. Ïðè èçãîòîâëåíèè êåðàìè÷åñêîãî íàãðåâàòåëüíîãî ýëåìåíòà ïàÿëüíèêà (äëÿ ïðèìåðà âîçüìåì A1321 – 24 Â/50 Âò) òåðìîðåçèñòîð è íàãðåâàòåëü ôîðìèðóþò â åäèíîì òåõíîëîãè÷åñêîì öèêëå. Ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî òåìïåðàòóðíûå êîýôôèöèåíòû èõ òîæå îäèíàêîâû. Ïðÿìîå èçìåðåíèå ïîäòâåðæäàåò ýòî. Ïðåäëàãàåòñÿ óñîâåðøåíñòâîâàííûé âàðèàíò èçâåñòíîé ñõåìû êîíòðîëëåðà íà äâóõ êîìïàðàòîðàõ (Ðèñóíîê 1).  öåïü îáðàòíîé ñâÿçè ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷åíû íàãðåâàòåëü (Rh) è òåðìîðåçèñòîð (Rt). Ñîïðîòèâëåíèå Rh ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî 10% îò Rt è íå äîëæíî, âðîäå, ñèëüíî âëèÿòü íà ïîðîã ïåðåêëþ÷åíèÿ êîìïàðàòîðà. Íî ýòî òîëüêî íà ïåðâûé âçãëÿä. Ïðè âêëþ÷åíèè íàãðåâàòåëü íàãðåâàåòñÿ äî âèøíåâîãî öâåòà, à ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î åãî òåìïåðàòóðå, ïðèáëèæàþùåéñÿ ê 800 °C, à ìîæåò è âûøå. Ïðè ýòîì ñîïðîòèâëåíèå ìîæåò ïðåâûøàòü íà÷àëüíîå â 4-5 ðàç, ò.å. óæå ñîñòàâëÿòü îêîëî 20% îò îáùåãî. Òåðìîðåçèñòîð, ðàñïîëîæåííûé íà óäàëåíèè è íàõîäÿùèéñÿ â êîíòàêòå ñ áîëåå õîëîäíûì íàêîíå÷íèêîì æàëà ïàÿëüíèêà, íàãðåò ãîðàçäî ìåíüøå.

52

Ýëåìåíòàðíûé âûâîä çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî íàãðåâàòåëü êàê òåðìîäàò÷èê âíîñèò äîñòàòî÷íûé âêëàä â îáùóþ êàðòèíó, îñîáåííî ïðè ðàáîòå ïàÿëüíèêà íà âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ. Êîñâåííûì ñâèäåòåëüñòâîì ñëóæèò è òîò ôàêò, ÷òî âðåìÿ âûõîäà íà ðóáåæ 360 °C ïðè «õîëîäíîì» ñòàðòå â ïðåäëîæåííîé ñõåìå áîëüøå ïî÷òè íà 10 ñ è ñîñòàâëÿåò 60 ñ. Ïðè æåëàíèè ýòî ïðîñòî ïðîâåðèòü, ïîäêëþ÷èâ âåðõíèé ïî ñõåìå âûâîä Rt ê ïëþñîâîé øèíå. ×åì ñèëüíåå íàãðåâ, òåì ðàíüøå åãî îòêëþ÷àåò ñõåìà, ñîõðàíÿÿ ïðè ýòîì óñòàíîâëåííóþ òåìïåðàòóðó æàëà. Íå ñòîèò çàáûâàòü, ÷òî èç-çà ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçíåñåíèÿ äàò÷èêà è íàãðåâàòåëÿ íåèçáåæíà âðåìåííáÿ çàäåðæêà â ïåòëå îáðàòíîé ñâÿçè, çà êîòîðóþ +24  R1 2.2K

A1321

R5 100K

Rh

C2

R6 10K

R9 1K

0.1µ R8

Rt Tmax R2 2K R3 15K

4 R4 510

10K 5 U1.2

U1.1 8 LM393 2 1 3 Q1

7 6 C1 1.0µ

R7 10K

D1 18 Â

AO4468

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà àíàëîãîâîãî êîíòðîëëåðà ïàÿëüíèêà.

ÑÕÅÌÛ

Ðèñóíîê 2. Ïðîòîòèï êîíòðîëëåðà ïàÿëüíèêà íà áåñïàå÷íîé ìàêåòíîé ïëàòå.

ðàòîðà. Âîçìîæíî, ïðåäëîæåííîå ðåøåíèå, ïîìèìî ñâîåé ýëåãàíòíîñòè, îãðàíè÷èâàÿ ìàêñèìàëüíóþ òåìïåðàòóðó íàãðåâàòåëüíîãî ýëåìåíòà, ïðîäëèò ñðîê ñëóæáû ïàÿëüíèêà, íåçíà÷èòåëüíî «ïðèòóïèâ» âðåìÿ ðåàêöèè. Ïðè óêàçàííûõ íîìèíàëàõ êîíòðîëëåð ïîçâîëÿåò ðåãóëèðîâàòü è ñòàáèëèçèðîâàòü òåìïåðàòóðó æàëà ïàÿëüíèêà ñ òî÷íîñòüþ ±2 °C â äèàïàçîíå îò 150 äî 450 °C. Ðåãóëèðîâî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïîòåíöèîìåòðà R2 äîëæíà áûòü ëèíåéíîé. Íîìèíàëüíàÿ ìîùíîñòü ðàññåèâàíèÿ ðåçèñòîðà R4 – íå ìåíåå 0.25 Âò. Ñõåìà ðàáîòîñïîñîáíà â øèðîêîì äèàïàçîíå ïèòàþùèõ íàïðÿæåíèé ïðè óñëîâèè êîððåêòèðîâêè íîìèíàëîâ ðåçèñòîðîâ R1-R4. Äëÿ èíäèêàöèè ðåæèìà ïàðàëëåëüíî íàãðåâàòåëþ ìîæíî âêëþ÷èòü ñèíèé ñâåòîäèîä. Âíåøíèé âèä ìàêåòà êîíòðîëëåðà ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 2. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå òåìïåðàòóðà ïîñëåäíåãî çíà÷èòåëüíî ïðåâûñèò ðàáî÷óþ ê ìîìåíòó ñðàáàòûâàíèÿ êîìïà-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

1. Datasheet Texas Instruments LM393 2. Datasheet Alpha & Omega AO4468

53

Èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü îáåñïå÷èâàåò âûñîêèé CMRR ïðè íèçêîì íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ Dobromir Dobrev EDN

Ñ

Ñõåìû, ïèòàþùèåñÿ îò ñîâðåìåííûõ áàòàðåé ñ íàïðÿæåíèåì îò 3 äî 3.6 Â, äîëæíû ýôôåêòèâíî ðàáîòàòü ïðè íèçêîì íàïðÿæåíèè.  ýòîé ñòàòüå ïðåäëàãàåòñÿ êîíñòðóêöèÿ èíñòðóìåíòàëüíîãî óñèëèòåëÿ ñî ñâÿçüþ ïî ïåðåìåííîìó òîêó, êîòîðàÿ îòëè÷àåòñÿ âûñîêèì CMRR (êîýôôèöèåíòîì ïîäàâëåíèÿ ñèí-

ôàçíîãî ñèãíàëà), øèðîêèì äèàïàçîíîì âõîäíûõ ïîñòîÿííûõ íàïðÿæåíèé è ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêîé ïåðâîãî ïîðÿäêà â îáëàñòè âûñîêèõ ÷àñòîò. Áîëüøèíñòâî èç ýòèõ îñîáåííîñòåé îáåñïå÷èâàþòñÿ êîíñòðóêöèåé ïåðâîãî êàñêàäà ñ áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ.  ñõåìå èñïîëüçóþòñÿ ïîïóëÿðíûå êîì-

VIN (+)

+ –

VA

A1

R4

R1

VIN (+)

VA

1 R3

VB

R3

+ –

AD

R3 VIN (–)

1

– +

C VC VD

A3

R4

R4

+

VOUT C

– –

+ –

R2 VB

+

AD

+

R4

VC

A4

VOUT A5

R4

R2

R3

– +

R1

R4

A2 VD

VIN (–)

(à)

(á)

Ðèñóíîê 1. Íà óïðîùåííîé ñõåìå ïîêàçàí ðàçâÿçûâàþùèé êîíäåíñàòîð C (à).  ïîäðîáíîé ñõåìå (á) èñïîëüçóþòñÿ óñèëèòåëüíûå êàñêàäû è êàñêàä ñóììàòîðà-âû÷èòàòåëÿ.

54

ÑÕÅÌÛ

ïîíåíòû ñ îáû÷íûìè äîïóñêàìè. Óïðîùåííàÿ ñõåìà óñèëèòåëÿ ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1à. Îáùèé ïðèíöèï çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî êîíäåíñàòîð C è ðåçèñòîðû R3 áóôåðèçóþò è ñâÿçûâàþò âõîäíîé ñèãíàë ïî ïåðåìåííîìó òîêó. Âòîðîé êàñêàä ñîñòîèò èç äâóõ äèôôåðåíöèàëüíûõ óñèëèòåëåé AD. Êàæäûé èç íèõ óñèëèâàåò ïîëîâèíó äèôôåðåíöèàëüíîãî âõîäíîãî ñèãíàëà. Ñóììèðîâàíèå äàåò äëÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VOUT ñëåäóþùåå âûðàæåíèå:

ôåðåíöèàëüíûìè âõîäàìè, ôîðìèðóþùèõ îöèôðîâàííûé âûõîäíîé ñèãíàë VOUT ãîòîâûé äëÿ îáðàáîòêè ìèêðîêîìïüþòåðîì. Ïðè íàëè÷èè â ñõåìå äâóïîëÿðíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ±5  ìîæíî ïîëó÷èòü VOUT ñ ïîìîùüþ ìèêðîñõåìû ñäâîåííîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ, íàïðèìåð, INA2134. Ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå CMRR ìîæíî ðàññ÷èòàòü ñëåäóþùèì îáðàçîì:

CMRR = æ 2sR3C ö ÷÷ .

VOUT = AD ( VA - VB + VC - VD ) = AD çç è 1+ 2sR3C ø VA, VB, VC è VD íà Ðèñóíêå 1à – ýòî íàïðÿæåíèÿ íà âõîäàõ äâóõ äèôôåðåíöèàëüíûõ óñèëèòåëåé, à AD – êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ. Ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè 2R3C îïðåäåëÿåò âåðõíþþ ÷àñòîòó ñðåçà óñèëèòåëÿ. Ïîäðîáíàÿ ñõåìà ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1á. Âõîäíîé êàñêàä ñîñòîèò èç óñèëèòåëåé A1, A2, A3 è A4. Îñíîâíûìè êàñêàäàìè óñèëåíèÿ ÿâëÿþòñÿ A1 è A2. Ïîñêîëüêó ïîòåíöèàëû èõ èíâåðòèðóþùèõ è íåèíâåðòèðóþùèõ âõîäîâ îäèíàêîâû, âõîäíûå íàïðÿæåíèÿ ïèòàþò ðåçèñòîðû R3. Áóôåðû A3 è A4 âìåñòå ñ ðåçèñòîðàìè R2 îáåñïå÷èâàþò äëÿ òîêà ðåçèñòîðà R3 êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ 1 + R3/R2, ïîñêîëüêó ðåçèñòîðû R2 è R3 ïîäêëþ÷åíû ê îäèíàêîâûì ïîòåíöèàëàì. Ýòà ñõåìà ÿâëÿåòñÿ îñíîâîé êîíñòðóêöèè. Íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå C íå èìååò ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé, à A1 è A2 óñèëèâàþò ïîëîâèíó âõîäíîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî ñèãíàëà ïåðåìåííîãî òîêà. Êîíäåíñàòîð C áëîêèðóåò ïîñòîÿííóþ ñîñòàâëÿþùóþ âõîäíîãî ñèãíàëà, ïîñòóïàþùåãî ñ âûõîäîâ óñèëèòåëåé A3 è A4. Âòîðîé êàñêàä ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñóììàòîð-âû÷èòàòåëü ñ åäèíè÷íûì óñèëåíèåì. Îí ðåàëèçóåò ïðèâåäåííóþ âûøå ôîðìóëó, ãäå

AD = 1+

R1 .

R 2 || R 3

Ïîëàãàÿ, ÷òî R3 >> R2,

AD = 1+

R1 .

R2

 äðóãîé âîçìîæíîé ðåàëèçàöèè âòîðîãî êàñêàäà ìîæíî èñïîëüçîâàòü äâà ÀÖÏ ñ äèô-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

=

A D (1- 4 ) A CM (1- 4 )

´

A DS = A CMS

AD 1 .5 A D = , 4D (1 + R 4 2R 4 ) 4D

ãäå AD(1-4) – äèôôåðåíöèàëüíûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ óñèëèòåëåé A1 – A4, ACM(1-4) – ñèíôàçíûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ óñèëèòåëåé A1 – A4, AD5 – äèôôåðåíöèàëüíûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ óñèëèòåëÿ A5, ACM5 – ñèíôàçíûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ óñèëèòåëÿ A5, D – äîïóñòèìîå îòêëîíåíèå ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ R4 â ýòîé ñõåìå. Î÷åíü âàæíûì ïàðàìåòðîì ÿâëÿåòñÿ âõîäíîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ, îñîáåííî äëÿ óñèëèòåëåé A3 è A4. Ñìåùåíèÿ óñèëèòåëåé A1 è A2 íå âíîñÿò âêëàä â îøèáêó, ïîñêîëüêó îíè äîáàâëÿþò ê âõîäíîìó ñèãíàëó ïîñòîÿííóþ ñîñòàâëÿþùóþ, êîòîðóþ ïîäàâëÿåò êîíäåíñàòîð C. Ìàêñèìàëüíàÿ ïîãðåøíîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ñâÿçàííàÿ ñ íàïðÿæåíèåì ñìåùåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, ñîñòàâëÿåò:

æ R ö VMAX = ( VIOA 3MAX + VIOA 4MAX ) çç1 + 1 ÷÷ + è R2 ø + 3 VIOA 5MAX » 2A D VIOA 34MAX , ãäå VIOMAX – ìàêñèìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé. Ïðè âûáîðå îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé ñëåäóåò ó÷èòûâàòü, ÷òî A3, A4 è A5 äîëæíû èìåòü ìàëûå ñìåùåíèÿ è âûñîêèå CMRR, à A1 è A2 äîëæíû èìåòü áîëüøèå çíà÷åíèÿ óñèëåíèÿ áåç îáðàòíîé ñâÿçè, CMRR è ïðîèçâåäåíèÿ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ íà ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ. Ïðàêòè÷åñêàÿ ñõåìà óñèëèòåëÿ

55

3Â R7 VIN (+) 10k

IC1A MCP607

–

C2 6.8 nF

C4 680 pF

R5 2M

R4 100k

+

D1 BAV99

R3 1.6M

+

R1 200k

C1 10 µF

R8 1M

IC3B MCP607

ÏÎÒÅÍÖÈÀË ÑÈÃÍÀËÜÍÎÉ ÇÅÌËÈ

–

R2 1k

+

R4 100k

IC2A MCP607

–

R4 100k

ÏÎÒÅÍÖÈÀË ÑÈÃÍÀËÜÍÎÉ ÇÅÌËÈ

C3 1 µF

+

IC3A MCP607

– R4 100k

– IC2B MCP607

VOUT

R4 100k

+ R3 1.6M

R2 1k

C4 680 pF

– R7 VIN (–) 10k

D1 BAV99

C2 6.8 nF

IC1B MCP607

R1 200k

R4 100k

+

Ðèñóíîê 2. Ýòîò èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü ñ áîëüøèì CMRR ðàáîòàåò ïðè î÷åíü íèçêèõ íàïðÿæåíèÿõ ïèòàíèÿ.

èçîáðàæåíà íà Ðèñóíêå 2. Èñòî÷íèêîì åãî ïèòàíèÿ ñëóæèò îäíà 3-âîëüòîâàÿ ëèòèåâàÿ áàòàðåéêà.  ñõåìå ìîæíî èñïîëüçîâàòü íåñêîëüêî òèïîâ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé, òàêèõ, íàïðèìåð, êàê MCP607 èëè OPA2336. Ñ ó÷åòîì äèàïàçîíà ñèíôàçíûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé, ñèãíàëüíàÿ çåìëÿ ïîäêëþ÷åíà ê ïîòåíöèàëó, ðàâíîìó îäíîé òðåòè íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Äèîä D1 çàùèùàåò ñõåìó îò çàùåëêèâàíèÿ. Öåïî÷êà R7-C4 îáåñïå÷èâàåò ôèëüòðàöèþ âûñîêî÷àñòîòíûõ øóìîâ íà âõîäàõ ñõåìû. Çíà÷åíèÿ íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ ñõåìû ìîæíî ïîëó÷èòü, èñõîäÿ èç ñëåäóþùèõ ñîîáðàæåíèé. Åñëè

R 7C 4 = (R1 || R 2 || R 3 )C2 » R 3C2 ,

56

òî íîëü ïåðåäàòî÷íîé ôóíêöèè â îáëàñòè âûñîêèõ ÷àñòîò êîìïåíñèðóåòñÿ:

A D ( s) = =

VOUT = VIN ( + ) - VIN ( -)

2sC3R 3 ´ (1 + sC 4R 4 )(1 + 2sC3R 3 )

æ R1 ö æ 1 + sC2 (R1 || R 2 || R 3 ) ö ÷÷ ´ çç ÷÷ . ´ çç1 + 1 + sC2R1 ø è R 2 || R 3 ø è Ñõåìà èìååò ñëåäóþùèå ïðåèìóùåñòâà: ! Îáùåå óñèëåíèå ðåàëèçîâàíî â ïåðâûì êàñêàäå, ÷òî îáåñïå÷èâàåò âûñîêèé CMRR áåç èñïîëüçîâàíèÿ âûñîêîòî÷íûõ ðåçèñòîðîâ âî âòîðîì êàñêàäå.

ÑÕÅÌÛ

! Áëàãîäàðÿ ïîäêëþ÷åíèþ ôèëüòðà íèæíèõ ÷àñòîò ê èíâåðòèðóþùèì âõîäàì ïàðû îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé, óñèëèâàþùèõ âõîäíîé ñèãíàë, ñõåìà íå íóæäàåòñÿ â äîïîëíèòåëüíûõ âõîäíûõ áóôåðàõ. !  ñõåìå, èìåþùåé ñòàíäàðòíóþ ïåðåäàòî÷íóþ õàðàêòåðèñòèêó ïåðâîãî ïîðÿäêà â îáëàñòè âûñîêèõ ÷àñòîò, èñïîëüçóþòñÿ ïîïóëÿðíûå êîìïîíåíòû ñ îáû÷íûìè äîïóñêàìè.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

! Äèàïàçîí äèôôåðåíöèàëüíûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé äîñòèãàåò 2  ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 3 Â. ! Òîê è ìîùíîñòü, ïîòðåáëÿåìûå ñõåìîé, î÷åíü ìàëû: 120 ìêÀ è 0.4 ìÂò. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments INA2134 2. Datasheet Microchip MCP607 3. Datasheet Texas Instruments OPA2336

57

Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ îïòðîíà ñíèæàåò ïîòðåáëåíèå òîêà è çàìåäëÿåò ñòàðåíèå ñâåòîäèîäà Peter Demchenko EDN

Ï

Ïðîñòîòà, ñ êîòîðîé ìîæíî ñîçäàòü îïòðîííóþ ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó ìåæäó öåïÿìè, ðàáîòàþùèìè ïðè ðàçíûõ ïîòåíöèàëàõ çåìëè, íà ñàìîì äåëå îáìàí÷èâà. Îïòðîíû ïèòàþòñÿ îò èçîëèðîâàííîé öåïè, è èõ ïåðåêëþ÷åíèå ìîæåò áûòü îòíîñèòåëüíî ìåäëåííûì è íåîïðåäåëåííûì èç-çà ñòàðåíèÿ ñâåòîäèîäîâ. Ñóùåñòâóþò àëüòåðíàòèâû îïòðîíàì, òàêèå, íàïðèìåð, êàê öèôðîâûå èçîëÿòîðû êîìïàíèé Analog Devices è Texas Instruments.  ýòîé ñòàòüå îïèñàí ìåòîä óëó÷øåíèÿ ïðîñòîé îïòîïàðû.

Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíû äâå ïîïóëÿðíûå êîíñòðóêöèè äåòåêòîðîâ ïåðåõîäà ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ ÷åðåç íîëü. Ïîïûòêà óìåíüøèòü ìîùíîñòü, ïîòðåáëÿåìóþ îò èçîëèðîâàííîé öåïè, çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ òîêà ñâåòîäèîäà îïòîïàðû ïóòåì ñîîòâåòñòâóþùåãî óâåëè÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ åãî íàãðóçî÷íîãî ðåçèñòîðà ïðèâîäèò ê áîëåå ìåäëåííîìó è íåîïðåäåëåííîìó ïåðåêëþ÷åíèþ. ×òîáû äîáèòüñÿ áîëåå áûñòðîãî è ÷åòêîãî ïåðåêëþ÷åíèÿ, ìîæíî ïîæåðòâîâàòü ýíåðãîýôôåêòèâíîñòüþ, îäíàêî ïîëüçà îò ýòîé æåðòâû íåâåëèêà

3V R1 16k

TLP624-2

2k 3V

R1

TLP126

2k

220V AC R2 R2 16k

Ðèñóíîê 1. Ïðîñòîòà, ñ êîòîðîé ìîæíî ñîçäàòü îïòðîííóþ ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó ìåæäó öåïÿìè, ðàáîòàþùèìè ïðè ðàçíûõ ïîòåíöèàëàõ çåìëè, îáìàí÷èâà. Îïòðîíû ïèòàþòñÿ îò èçîëèðîâàííîé öåïè, è èõ ïåðåêëþ÷åíèå ìîæåò áûòü îòíîñèòåëüíî ìåäëåííûì è íåîïðåäåëåííûì èç-çà ñòàðåíèÿ ñâåòîäèîäîâ.

58

ÑÕÅÌÛ

D1 1N4007

3V TLP624

R1 240k

1N4004

1N4004

R5 620k

R3 1.6M C1 10 nF

220V AC R2 240k

BF820

CF 150 µF

Q2 D2 1N4148

Q1

1N4004

R8 2k

1N4004

R4 360k

BC849B

D3 1N4148

R6 160

Ðèñóíîê 2. Ýòà ñõåìà ðåøàåò ïðîáëåìû ÷ðåçìåðíîãî ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ, íåóâåðåííîãî ïåðåêëþ÷åíèÿ è ñòàðåíèÿ ñâåòîäèîäîâ.

èç-çà îáðàòíîé çàâèñèìîñòè ìåæäó ýíåðãîýôôåêòèâíîñòüþ è âåëè÷èíîé ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ. Ñâåòîäèîä îïòîïàðû èçëó÷àåò ïðàêòè÷åñêè íåïðåðûâíî, ïðè÷åì â òå÷åíèå ïî÷òè âñåãî ïåðèîäà ñåòåâîé ÷àñòîòû åãî òîê ïðåâûøàåò íîìèíàëüíûé, ÷òî ïðèâîäèò ê íèçêîé ýíåðãîýôôåêòèâíîñòè è îòíîñèòåëüíî áûñòðîìó ñòàðåíèþ îïòðîíà. Åùå îäíèì íåäîñòàòêîì ÿâëÿåòñÿ ÷ðåçìåðíî áîëüøàÿ è ïðàêòè÷åñêè íåêîíòðîëèðóåìàÿ îøèáêà îïðåäåëåíèÿ ìîìåíòà ïåðåõîäà ÷åðåç íîëü, îáóñëîâëåííàÿ çàâèñèìîñòüþ ïîðîãà ÷óâñòâèòåëüíîñòè ñõåìû îò ïàðàìåòðîâ îïòîïàðû. Ïîýòîìó ïîäõîä, ïîêàçàííûé íà Ðèñóíêå 1, íåëüçÿ íàçâàòü èäåàëüíûì. ×òî êàñàåòñÿ ýôôåêòèâíîñòè, ñâåòîäèîäû, â çàâèñèìîñòè îò êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è òîêà îïòîïàðû è àìïëèòóäû âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ìîãóò ïîòðåáëÿòü îò 5 äî 100 ìÀ. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 2 ðåøàåò ïðîáëåìû ÷ðåçìåðíîãî ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ, íåóâåðåííîãî ïåðåêëþ÷åíèÿ è ñòàðåíèÿ ñâåòîäèîäîâ. Îíà õîðîøî ïîäõîäèò äëÿ øèðîêîãî ñïåêòðà ïðèëîæåíèé ïåðåìåííîãî òîêà. Ïî ñðàâíåíèþ ñî ñõåìîé íà Ðèñóíêå 1, ñâåòîäèîä íà Ðèñóíêå 2 èçëó÷àåò òîëüêî â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò ìîìåíòà ïåðåñå÷åíèÿ íóëÿ è ïîëó÷àåò ïèòàíèå îò ïðåäâàðèòåëüíî çàðÿæåííîãî êîíäåíñàòîðà, òàê ÷òî ñðåäíèé òîê ïîòðåáëåíèÿ ìîæíî óìåíüøèòü â 10-100 ðàç. Ñõåìà òàêæå îáåñïå÷èâàåò áîëåå áûñòðîå, äåòåðìèíèðîâàííîå è ÷åòêîå ïåðåêëþ÷åíèå.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

Áîëåå òîãî, ìû ìîæåì îæèäàòü áîëåå ìåäëåííîãî ñòàðåíèÿ ñâåòîäèîäîâ. Ðåçèñòîðàìè R1 è R2 íà Ðèñóíêå 1 ðàññåèâàåòñÿ ìîùíîñòü íå ìåíåå 1.5 Âò, ïîýòîìó çàìåíà èõ íà ðåçèñòîðû 0.1 Âò ïîçâîëÿåò ðàçìåñòèòü äîïîëíèòåëüíûå êîìïîíåíòû íà òîé æå ïëîùàäè ïå÷àòíîé ïëàòû (Ðèñóíîê 2). Îñíîâíûìè êîìïîíåíòàìè ñõåìû ÿâëÿþòñÿ àìïëèòóäíûé äåòåêòîð D1, êîíäåíñàòîð C1 è òðèããåð Øìèòòà íà òðàíçèñòîðàõ Q1/Q2, óïðàâëÿþùèé òîêîì ñâåòîäèîäà îïòîïàðû. Äèîäû D2 è D3 ñòàáèëèçèðóþò íàïðÿæåíèå íà áàçå òðàíçèñòîðà Q2 è, ñëåäîâàòåëüíî, åãî êîëëåêòîðíûé òîê, êîòîðûé òå÷åò ÷åðåç îïòðîí. Êîíäåíñàòîð C1 çàðÿæàåòñÿ ÷åðåç ðåçèñòîðû R1, R2 è äèîä D1.  òå÷åíèå ïî÷òè âñåãî ïåðèîäà ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ, çà èñêëþ÷åíèåì îáëàñòè âáëèçè òî÷êè ïåðåñå÷åíèÿ íóëÿ, òðàíçèñòîð Q1 âêëþ÷åí, à Q2 âûêëþ÷åí. Çàòåì, ïðè ïðèáëèæåíèè ê òî÷êå ïåðåõîäà ÷åðåç íîëü, ñîñòîÿíèå òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2 òðèããåðà Øìèòòà ìåíÿåòñÿ, è Q2 ðàçðÿæàåò êîíäåíñàòîð Ñ1 ïîñòîÿííûì òîêîì, ïîñêîëüêó öåïü, ñîñòîÿùàÿ èç Q2, D2, D3, R5 è R6, ñòàáèëèçèðóåò òîê íà óðîâíå

I=

2VD - VBE 2 , R6

ãäå VD – ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà äèîäå D2 èëè D3, à VBE2 – íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q2.

59

3V

TLP624 1N4004

1N4004

1N4004

220V AC R2 240k

R5 620k

1N4004 C1 10 nF

R1 240k

BF820

R3 1.6M

CF 150 µF

Q2 Q1

1N4004

1N4004

R8 2k

BC849B

D2 1N4148 D3 1N4148

R6 160

Ðèñóíîê 3. Äðóãîé âàðèàíò êîíñòðóêöèè, ïîêàçûâàþùèé, êàê ìîæíî îáîéòè òðåáîâàíèÿ ê ìèíèìàëüíîìó îáðàòíîìó òîêó äèîäà D1.

Íåêîòîðûì ïðèëîæåíèÿì ãèñòåðåçèñ òðèããåðà Øìèòòà íå íóæåí. Òàêàÿ êîíñòðóêöèÿ ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 3. Èç ðèñóíêà òàêæå âèäíî, êàê ìîæíî îáîéòè òðåáîâàíèÿ ê ìèíèìàëüíîìó îáðàòíîìó òîêó äèîäà D1. Ýòà ñõåìà, îäíàêî, ëó÷øå ïîäõîäèò äëÿ ÷èñòîé ñèíõðîíèçàöèè, à íå äëÿ óïðàâëåíèÿ òèðèñòîðàìè. Áëàãîäàðÿ ñòàáèëüíîñòè òîêà ñâåòîäèîäà ýòè ñõåìû ïîääåðæèâàþò ðàñøèðåííûé äèàïàçîí âõîäíîãî ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ, ÷òî ìîæåò áûòü ïîëåçíî äëÿ óñòðîéñòâ ñ óíèâåðñàëüíûì ñåòåâûì ïèòàíèåì, äàåò âîçìîæíîñòü çàäàâàòü òîê ñâåòîäèîäà áåç ðèñêà åãî ïåðåãðóçêè è óìåíüøàåò âëèÿíèå íåñòàáèëüíîñòè îïòîïàðû. Åùå îäíèì ïðåèìóùåñòâîì ýòèõ ñõåì ÿâëÿåòñÿ èõ áóëüøàÿ áåçîïàñ-

60

íîñòü.  ñëó÷àå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ òîê, ïðîõîäÿùèé ìåæäó èçîëèðîâàííîé è íåèçîëèðîâàííîé ñòîðîíàìè, â 10-100 ðàç ìåíüøå, ÷åì â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1. Áëàãîäàðÿ íåáîëüøîìó êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ, ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçî÷íîãî ðåçèñòîðà îïòîïàðû R8 ìîæíî ñâîáîäíî óìåíüøàòü áåç óùåðáà äëÿ ýíåðãîýôôåêòèâíîñòè. À ýòî óìåíüøåíèå, â ñâîþ î÷åðåäü, ñíèæàåò îøèáêó îïðåäåëåíèÿ òî÷êè ïåðåñå÷åíèÿ íóëÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Toshiba TLP126 2. Datasheet Toshiba TLP624 3. Datasheet Nexperia BF820 4. Datasheet Fairchild BC849

ÑÕÅÌÛ

Äåëèòåëè ÷àñòîòû íà ÷åòíîå ÷èñëî îò 2 äî 18 è ëþáîå öåëîå ÷èñëî îò 1 äî 9 Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Ïðèâåäåíû ñõåìû øèðîêîäèàïàçîííûõ ãåíåðàòîðîâ èìïóëüñîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû ñ ïîñëåäóþùèì äåëåíèåì èõ ÷àñòîòû íà ÷åòíîå ÷èñëî â ïðåäåëàõ îò 2 äî 18 èëè ëþáîå öåëîå ÷èñëî â ïðåäåëàõ îò 1 äî 9. Êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ íå çàâèñèò îò ÷àñòîòû âõîäíîãî ñèãíàëà. Îïèñûâàåìûå óñòðîéñòâà âûïîëíåíû íà ìèêðîñõåìàõ CD4093, CD4017 è CD4013 è ñîñòîÿò èç ïåðåñòðàèâàåìîãî çàäàþùåãî ãåíåðàòîðà, ñ÷åò÷èêà èìïóëüñîâ è âûõîäíîãî ôîðìèðîâàòåëÿ ñèãíàëîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 50%.  êà÷åñòâå çàäàþùåãî ãåíåðàòîðà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí âíåøíèé ãåíåðàòîð èìïóëüñîâ ÷àñòîòîé äî 1 ÌÃö è âûøå.

Ä

Äåëèòåëè ÷àñòîòû öèôðîâûõ ñèãíàëîâ ÷àùå âñåãî èìåþò çàäàííûé êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ, îáû÷íî íå ïðåâûøàþùèé çíà÷åíèé 10–12 [1, 2]. Íà Ðèñóíêå 1 ïðèâåäåíà ñõåìà ãåíåðàòîðà ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ñ äåëèòåëåì ÷àñ-

òîòû ñ ïåðåêëþ÷àåìûì êîýôôèöèåíòîì äåëåíèÿ. Êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ ÷àñòîòû ãåíåðàòîðà ñòóïåí÷àòî ìåíÿåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 2 äî 18 ñ øàãîì 2. Çàäàþùèé ãåíåðàòîð âûïîëíåí íà ýëåìåíòå DD1.1 ìèêðîñõåìû CD4093. ×àñòîòà

+10 Â

C1 5.6í f1=1…0.1 êÃö R1 R2 100ê 1 2

R3 1Ì 14 13

1Ì

DD1.1

15 3

&

12

DD1 CD4093 12 13

CT2 CN CP R P

R5 10ê

DD1.4 &

DD1.2 11

4

C2-C4

DD2 CD4017

&

5 6

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9

3 SA1 2 4 7 10 1 5 6 9 11

DD1.3 10

&

R4 1Ì

14

16

DD1,DD3 DD2 8 7 3×220í DD3.1 CD4013 6 S T 1 3 Q C 5 2 D Q 4 R

Uâûõ f=f1/n n=2,4…18

R6 10ê

8 9

Ðèñóíîê 1. Äåëèòåëü ÷àñòîòû ñî âñòðîåííûì ãåíåðàòîðîì èìïóëüñîâ, èìåþùèé êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ 2, 4, 6 … 18.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

61

+10 Â

R2 1Ì

CT2

14 Uâõ f1<1 ÌÃö 10 Â

R1 1Ì 1 2

13

DD1.1 &

CN CP

15 3

DD1 CD4093

C1-C3

DD2 CD4017

R

12

P

R4 10ê DD1.2 4

&

DD1.3

5 6

R3 1Ì

3 SA1 2 4 7 10 1 5 6 9 11

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9

10

Uâûõ2 f=f1/m n=1,2…9 6 3 5 4 R5 10ê

DD3.1 CD4013

Uâûõ1

S T 1 Q C 2 D Q R

12 13

8 9

&

16

14

DD1,DD3 DD2 8 7 3×220í

f=f1/n n=2,4…18

DD1.4 &

11

Ðèñóíîê 2. Äåëèòåëü ÷àñòîòû ñ âíåøíèì ãåíåðàòîðîì èìïóëüñîâ, èìåþùèé êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ 1, 2, 3 … 9 è 2, 4, 6 … 18.

ãåíåðàöèè f1 ðåãóëèðóåòñÿ ïîòåíöèîìåòðîì R2 îò 100 Ãö äî 1 êÃö. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ðàâåí 50%. Ñèãíàë ñ âûõîäà ãåíåðàòîðà ïîñòóïàåò íà ñ÷åò÷èê èìïóëüñîâ íà ìèêðîñõåìå CD4017. Íà âûõîäàõ Q1–Q9 ñ÷åò÷èêà â çàâèñèìîñòè îò ïîëîæåíèÿ ïåðåêëþ÷àòåëÿ SA1 ôîðìèðóþòñÿ èìïóëüñû ÷àñòîòîé f = f1/n, ãäå n = 1, 2, 3 … 9. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ çàâèñèò îò êîýôôèöèåíòà äåëåíèÿ. Äëÿ òîãî ÷òîáû îáåñïå÷èòü íåèçìåííûé êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ, ðàâíûé 50%, èñïîëüçîâàí äîïîëíèòåëüíûé äåëèòåëü ÷àñòîòû íà äâà, âûïîëíåííûé íà D-òðèããåðå DD3.1 ìèêðîñõåìû CD4013.

Òàêèì îáðàçîì, íà âûõîäå óñòðîéñòâà ÷àñòîòà èìïóëüñîâ â çàâèñèìîñòè îò ïîëîæåíèÿ ïåðåêëþ÷àòåëÿ SA1 ìåíÿåòñÿ êàê f = f1/n, ãäå n = 2, 4, 6 … 18, à f1 = 0.1…1.0 êÃö. Äåëèòåëü ÷àñòîòû, Ðèñóíîê 2, ñïîñîáåí äåëèòü ñ òàêèì æå êîýôôèöèåíòîì äåëåíèÿ ÷àñòîòó èìïóëüñîâ âõîäíîãî ñèãíàëà ÷àñòîòîé äî 1 ÌÃö è âûøå. Àìïëèòóäà âõîäíûõ ñèãíàëîâ äîëæíà áûòü íå ìåíåå 0.7 îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Ñèãíàëû c ÷àñòîòîé f = 2f1/m, ãäå m = 1, 2, 3 … 9, ñíèìàþò ñ âûõîäà Uâûõ2, îäíàêî êîýôôèöèåíò èõ çàïîëíåíèÿ íå íîðìèðîâàí (óìåíüøàåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî ðîñòó êîýôôèöèåíòà äåëåíèÿ).

+10 Â

R2 1Ì 14 Uâõ f1<0.7 ÌÃö DD1.4 10 Â 12 13 &

11

C1 100 C2

VD1-VD4 1N4148

R1 1.2ê 1 2

13

DD1.1 & DD1 CD4093

15 3

12

CT2 CN CP R P

R4 10ê DD1.2

100

4

C3-C5

DD2 CD4017

&

5 6

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9

3 SA1 2 4 7 10 1 5 6 9 11

DD1.3 10

&

R3 1Ì

16

14

DD1,DD3 DD2 8 7 3×220í

Uâûõ2 f=2f1/n n=1,2…9 6 3 5 4 R5 10ê

DD3.1 CD4013

Uâûõ1

S T 1 Q C 2 D Q R

f=f1/n n=1,2…9

8 9

Ðèñóíîê 3. Äåëèòåëü ÷àñòîòû ñ êîýôôèöèåíòîì äåëåíèÿ 1, 2, 3 … 9 íà âûõîäå Uâûõ1.

62

ÑÕÅÌÛ

Íà Ðèñóíêå 3 ïðèâåäåíà åùå îäíà ñõåìà öåëî÷èñëåííîãî äåëèòåëÿ ÷àñòîòû öèôðîâûõ ñèãíàëîâ ñ êîýôôèöèåíòàìè äåëåíèÿ 1, 2, 3 … 9. Äîïîëíèòåëüíî ñ âûõîäà Uâûõ2 ìîæíî ñíèìàòü êîðîòêèå èìïóëüñû ÷àñòîòîé f = 2f1/n. Íà âõîäå äåëèòåëÿ ÷àñòîòû èñïîëüçîâàí óäâîèòåëü ÷àñòîòû âõîäíûõ èìïóëüñîâ, âûïîëíåííûé íà ýëåìåíòå DD1.4, äèîäàõ VD1–VD4 è êîíäåíñàòîðàõ C1, C2. Ìàêñèìàëüíàÿ ÷àñòîòà âõîäíûõ èìïóëüñîâ äåëèòåëÿ ÷àñòîòû íå âûøå 700 êÃö. ÐË

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

Ëèòåðàòóðà 1. Øóñòîâ Ì.À. Öèôðîâàÿ ñõåìîòåõíèêà. Îñíîâû ïîñòðîåíèÿ. – ÑÏá.: Íàóêà è Òåõíèêà, 2018. – 320 ñ.

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

– 432 ñ.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4013B 2. Datasheet Texas Instruments CD4017 3. Datasheet Texas Instruments CD4093B

63

Äâóõòàêòíûé ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèÿ Î. Ïåòðàêîâ, Ìîñêâà  ñòàòüå îïèñàí ïðîñòîé âûñîêîýôôåêòèâíûé äâóõòàêòíûé ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèÿ 5  â 32.5  äëÿ ïèòàíèÿ ïüåçîêåðàìè÷åñêèõ äàò÷èêîâ. Òàêæå åãî ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ îòáîðà ýíåðãèè èç áàòàðååê â ñâåòîäèîäíûõ ôîíàðÿõ.

Í

Íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëåíà ñõåìà äâóõòàêòíîãî ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì 32.5 Â, ïèòàþùåãîñÿ îò íàïðÿæåíèÿ +5 Â. Ïðåîáðàçîâàòåëü ïîòðåáîâàëñÿ äëÿ ïèòàíèÿ ïüåçîêåðàìè÷åñêèõ äàò÷èêîâ ñ òîêîì ïîòðåáëåíèÿ 15 ìÀ. Ãåíåðàòîð ñîáðàí íà òðàíçèñòîðàõ VT1.2, VT1.3 è ýëåìåíòàõ L1, L2, R1, R2. Òðàíçèñòîðû VT1.1 è VT1.4 èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå äèîäîâ.

Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñòàáèëèçèðóåòñÿ ïðåöèçèîííûì óïðàâëÿåìûì ñòàáèëèòðîíîì VD1 òèïà TL431. (Îòå÷åñòâåííûé àíàëîã Í142ÅÍ19 ñ ÂÏ èëè ÊÐ142ÅÍ19 ñ ïðèåìêîé ÎÒÊ). Ïðè ïîäà÷å íàïðÿæåíèÿ +5  ñõåìà ïåðåõîäèò â ðåæèì ãåíåðàöèè.  ïðîöåññå ïåðåêëþ÷åíèÿ òðàíçèñòîðîâ VT1.2 è VT1.3 íà èíäóêòèâíîñòÿõ L1 è L2 îáðàçóþòñÿ âûñîêîâîëüòíûå èìïóëüñû ïîëîæèòåëüíîé ïîëÿð-

VT1 14 2

+32.5 B

VT1.1

13

L1, L2 - ÄÌ-0,2-60

Âûõîä R3 48K

4 L1 +

60µ

R1 –

12

510

VT1.2 3 10

L2 +(4...5) B

+

60µ

R2 –

510

5

R4 4K

VT1.3

11 6

+

9

Âõîä

VD1 H142EH19

VT1.4 7

C1 0.47µ

C2 10µ

C3 0.47µ

1HT251 Îáùèé

Îáùèé

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ íàïðÿæåíèÿ.

64

ÑÕÅÌÛ

íîñòè. ×åðåç êîëëåêòîðíûå ïåðåõîäû òðàíçèñòîðîâ VT1.1 è VT1.4 (âêëþ÷åííûõ äèîäàìè) âûñîêîâîëüòíûå èìïóëüñû çàðÿæàþò ¸ìêîñòü Ñ2 äî íàïðÿæåíèÿ ñòàáèëèçàöèè ïðåöèçèîííîãî ñòàáèëèòðîíà VD1. Ôîðìà èìïóëüñîâ íà êîëëåêòîðàõ òðàíçèñòîðîâ VT1.2 è VT1.3 ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 2. Èõ àìïëèòóäà ðàâíà ïðèìåðíî +33.5 Â.  ñõåìå èñïîëüçîâàíà ìàòðèöà êðåìíèåâûõ òðàíçèñòîðîâ n-p-n 1ÍÒ251 èñêëþ÷èòåëüíî äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðåîáðàçîâàòåëü ïîëó÷èëñÿ ìàëîãàáàðèòíûì. Ìîæíî èñïîëüçîâàòü ëþáûå äðóãèå òðàíçèñòîðû, â òîì ÷èñëå è ãåðìàíèåâûå. Äðîññåëè L1, L2 ìîãóò áûòü ëþáûå, ñ èíäóêòèâíîñòüþ îò 60 ìêÃí äî 125 ìêÃí. Ïîäõîäèò ìàëîãàáàðèòíûé âûñîêî÷àñòîòíûé äðîññåëü ÄÌ-0,2-60 - 0,2 À, 60 ìêÃí, 4.10 Îì. Íî ëó÷øå ïîñòàâèòü äðîññåëü íà òîðîèäàëüíîì ñåðäå÷íèêå, òàê êàê îí áóäåò ñîçäàâàòü ìåíüøå ïîìåõ. ¨ìêîñòü êîíäåíñàòîðà Ñ2 ìîæåò áûòü â äèàïàçîíå îò 0.68 ìêÔ äî 100 ìêÔ. Âñ¸ çàâèñèò îò òîãî, êàêîå êà÷åñòâî ôèëüòðàöèè ïèòàíèÿ âàì òðåáóåòñÿ.  ìî¸ì ñëó÷àå äîñòàòî÷íî ¸ìêîñòè (4.7…10) ìêÔ. Êîíäåíñàòîð Ñ3 äîëæåí áûòü îáÿçàòåëüíî êåðàìè÷åñêèì, òàê êàê ÷àñòîòà èìïóëüñîâ íà âûõîäå ãåíåðàòîðà ñîñòàâëÿåò 100 …130 êÃö.

Ðèñóíîê 2. Âûñîêîâîëüòíûå èìïóëüñû (+33.5 Â) íà êîëëåêòîðàõ òðàíçèñòîðîâ VT1.2 è VT1.3.

Íîìèíàëüíàÿ ìîùíîñòü ðàññåÿíèÿ ðåçèñòîðîâ R1 è R2 ðàâíà 0.25 Âò, ðåçèñòîðîâ R3 è R4 – 0.125 Âò. Òèï ðåçèñòîðîâ ëþáîé. Äëÿ ïðîâåðêè ðàáîòîñïîñîáíîñòè ïðåîáðàçîâàòåëÿ ê åãî âûõîäó íàäî ïîäêëþ÷èòü ðåçèñòîð, èìèòèðóþùåé òîê, ïîòðåáëÿåìûé äàò÷èêàìè – îêîëî 15 ìÀ. Äëÿ ýòîãî ïîòðåáóåòñÿ ðåçèñòîð ñîïðîòèâëåíèåì 2.2 êÎì è ìîùíîñòüþ íå ìåíåå 1 Âò. Åñëè òðåáóåòñÿ óâåëè÷èòü ìîùíîñòü ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ãåíåðàòîðû ìîæíî êàñêàäèðîâàòü (Ðèñóíîê 3), ñîåäèíÿÿ èõ ïàðàëëåëüíî â ïðîèçâîëüíîì êîëè÷åñòâå íà îáùóþ íàãðóç-

+32.5 B

Îáùèé

Âûõîä VT1

VT2 14

2

14 2

VT1.1

VT2.1

13 L1 +

60µ

R1 12 –

R3 48K

VT1.2 3

510

+(4...5) B

+

60µ

R2 –

510

5

510

VT1.4 7

L1, L2 - ÄÌ-0,2-60 1HT251

–

60µ

+

VT2.3 11 6 R4 4K C1 10µ

+

L4

R6

5 VD1 H142EH19

9

L3

12 R5

10

VT1.3

11 6

Âõîä

4 VT2.2 3

10 L2

13

C2 0.47µ

4

510

–

60µ

+

9

VT2.4 7

L3, L4 - ÄÌ-0,2-60 1HT251

Îáùèé

Ðèñóíîê 3. Ñõåìà ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ äâóìÿ ãåíåðàòîðàìè è îáùåé íàãðóçêîé.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

65

êó. Ãëàâíîå, íå ïåðåãðåòü ñòàáèëèòðîí VD1, êîòîðûé ìîæíî âûáðàòü è áîëåå ìîùíûì.

Çàêëþ÷åíèå Ïðåîáðàçîâàòåëü ñïîñîáåí ðàáîòàòü è ïðè ìåíüøåì ïèòàþùåì íàïðÿæåíèè.  ïðåäñòàâëåííîé ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ ìàòðèöà êðåìíèåâûõ òðàíçèñòîðîâ 1ÍÒ251, ïîýòîìó äëÿ çàïóñêà ïðåîáðàçîâàòåëÿ òðåáóåòñÿ íàïðÿæåíèå áîëüøå âîëüòà. Ïðè ïîíèæåííûõ íàïðÿæåíèÿõ ñëåäóåò óìåíüøèòü íîìèíàëû ðåçèñòîðîâ R1 è R2.

66

Åñëè â ýòîé ñõåìå èñïîëüçîâàòü ãåðìàíèåâûå òðàíçèñòîðû, íàïðèìåð ÌÏ35, ÌÏ37, ÌÏ38, òî äëÿ åå çàïóñêà ïîòðåáóåòñÿ íàïðÿæåíèå áîëüøå 0.3 Â. Ýòî ïîçâîëèò ïîëíîñòüþ èçâëåêàòü ýíåðãèþ áàòàðåéêè 1.5 Â ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðåîáðàçîâàòåëÿ äëÿ ïèòàíèÿ ñâåòîäèîäíîãî ôîíàðèêà. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ÂÇÏÏ-Ñ 1ÍÒ251 2. Datasheet ÝëÒîì Í142ÅÍ19 3. Datasheet Diodes TL431

ÑÕÅÌÛ

Îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó ýêîíîìÿò ýíåðãèþ â ôîòîäèîäíûõ ïðèëîæåíèÿõ Glen Brisebois Electronic Design

Óñèëèòåëè ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó îáåñÓ

ïå÷èâàþò øèðîêóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ ïðè ìèíèìàëüíîì ïîòðåáëåíèè òîêà èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Îäíàêî îíè ðåäêî èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå òðàíñèìïåäàíñíûõ óñèëèòåëåé â ôîòîäèîäíûõ ïðèëîæåíèÿõ èç-çà áîëüøèõ òîêîâûõ øóìîâ èõ èíâåðòèðóþùèõ âõîäîâ. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíî, êàê èñïîëüçîâàòü â ôîòîäèîäíûõ ïðèëîæåíèÿõ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ 400 ÌÃö (ïðè åäèíè÷íîì óñèëåíèè) îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó LT1396, èñêëþ÷èâ ïðè ýòîì âëèÿíèå òîêîâûõ øóìîâ èíâåðòèðóþùåãî âõîäà. Ôîòîäèîä ïîäêëþ÷åí ê íåèíâåðòèðóþùåìó âõîäó óñèëèòåëÿ A – ïîëîâèíå ìèêðîñõåìû ñäâîåííîãî ÎÓ LT1396, – êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ êîòîðîãî ðàâåí 2. Âûõîä óñèëèòåëÿ A ÷åðåç ðåçèñòîð R1 óïðàâëÿåò âõîäîì óñèëèòåëÿ B, âûáîð êîòîðîãî îáóñëîâëåí îïòèìàëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè âî âðåìåííóé îáëàñòè. Ðåçèñòîð îáðàòíîé ñâÿçè R2 óñòàíàâëèâàåò òðàíñèìïåäàíñíîå óñèëåíèå 3.01 êÎì, à êîíäåíñàòîð C1 êîìïåíñèðóåò åìêîñòü ôîòîäèîäà. Èçìåðåííîå âðåìÿ íàðàñòàíèÿ ñîñòàâèëî 6 íñ (ïî óðîâíþ îò 10% äî 90%), à ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ 75 ÌÃö áûëà ðàññ÷èòàíà ñ ïîìîùüþ Pspice ìîäåëè, â êîòîðîé åìêîñòü ôîòîäèîäà ïðåäïîëàãàëàñü ðàâíîé 3 ïÔ. Ïðè êîýôôèöè-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

C1 1.2pF R2 5Â

+ SFH213 ½LT1396

3.01k

R1

–

½LT1396 –5 Â R3

–5 Â

–

324W

R4 280W

ÂÛÕÎÄ

+

280W

Ðèñóíîê 1.

åíòå øóìà 8 äÁ ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü âûõîäíîãî øóìà ñîñòàâèëà 18 íÂ/ÖÃö, ÷òî ñîãëàñóåòñÿ ñ òîêîâûì øóìîì íåèíâåðòèðóþùåãî âõîäà 6 ïÀ/ÖÃö è ñîïðîòèâëåíèåì 3 êÎì. Äëÿ ìèíèìèçàöèè ïëîùàäè, çàíèìàåìîé íà ïëàòå, ñëåäóåò âûáðàòü âåðñèþ ìèêðîñõåìû LT1396 â êîðïóñå MSOP. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT1396 2. Datasheet OSRAM SFH213FA

67

Óñîâåðøåíñòâîâàííûé èçîëèðîâàííûé èìïóëüñíûé äðàéâåð ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ Jaime Castelló, José M Espí, Rafael García-Gil EDN

Â

 ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ýíåðãèè ñõåìû èìïóëüñíûõ äðàéâåðîâ ïåðåäàþò èìïóëüñû, ôîðìèðóåìûå êîíòðîëëåðîì, íà ìîùíûé òðàíçèñòîð. Ñõåìû äðàéâåðà äîëæíû ïåðåäàâàòü êàê ñèãíàëû âêëþ÷åíèÿ/âûêëþ÷åíèÿ îò êîíòðîëëåðà, îáåñïå÷èâàÿ ïðè ýòîì ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó, òàê è ýíåðãèþ äëÿ âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ êîììóòàòîðà è ïîääåðæàíèÿ åãî â íóæíîì ñîñòîÿíèè. Òðåáóåìàÿ äëÿ ýòîãî ýíåðãèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì âõîäíîé åìêîñòè ñèëîâîãî òðàíçèñòî-

ðà, êîòîðàÿ òàêæå ðàñòåò ñ ðîñòîì ìîùíîñòè, êîììóòèðóåìîé òðàíçèñòîðíûì ìîäóëåì. Êîãäà òðåáóåòñÿ êîììóòàöèÿ áîëüøîé ìîùíîñòè, ðàçðàáîò÷èêè îáû÷íî âêëþ÷àþò ñèëîâûå òðàíçèñòîðû ïàðàëëåëüíî, óâåëè÷èâàÿ âõîäíóþ åìêîñòü. Åñëè íóæíî âêëþ÷àòü íåñêîëüêî ìîäóëåé IGBT ïàðàëëåëüíî, ëó÷øå âñåãî èñïîëüçîâàòü îáùèé äðàéâåð çàòâîðà, ïîñêîëüêó èñïîëüçîâàíèå ðàçíûõ ñõåì äðàéâåðîâ ïðèâîäèò ê äîïîëíèòåëüíîìó ðàçáðîñó âî âðåìåíàõ âêëþ÷åíèÿ è

15 Â

9 IC 1D 15 Â

11 IC 1E

10 12

C1 470 pF

15

R1 560

0Â 14 IC 1F

15 Â

C4 100 nF

1

Q6 ZVN2106

D1 1N4148

2

5 IC 1B

4

C2 470 pF

7 IC 1C

6

R2 560

8

R3 15 Â 47

R8 100

Q3 R5 BUZ171 5.6 1 T1 4

10 ÂÈÒ.

2

P1 100

3 IC 1A

D3 Q1 BUZ71 1N4148

C3 + R4 100 µF 47

R9 100

10 ÂÈÒ.

3

20 ÂÈÒ.

5

D5 1N4148 D6 1N4148

RM5 D4 1N4148

Q5 D7 15V D8 15V

R7 47k

R6 Q4 5.6 BUZ171

Q2 BUZ71

Q7 D2 1N4148 ZVN2106

CD4049 15 Â

Ðèñóíîê 2. Èçîëèðîâàííûé èìïóëüñíûé äðàéâåð ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ â 10-êèëîâàòòíîì òðåõôàçíîì èíâåðòîðå òðåáóåò íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ è èìååò ãàëüâàíè÷åñêóþ èçîëÿöèþ.

68

ÑÕÅÌÛ

âûêëþ÷åíèÿ è ìîæåò ñîçäàòü äèñáàëàíñ ìåæäó êàæäûì ñèëîâûì ìîäóëåì. Çà îñíîâó èçîáðàæåííîé íà Ðèñóíêå 1 ñõåìû áûëà âçÿòà êîíñòðóêöèÿ èç ïðåäûäóùåé ñòàòüè [1]. Ðàáîòàåò ñõåìà â îñíîâíîì òàê æå, êàê è ïðåäûäóùàÿ, íî îíà ìîæåò óïðàâëÿòü MOSFET èëè IGBT ñ âõîäíîé åìêîñòüþ áîëåå 5 íÔ. Ñõåìà îáåñïå÷èâàåò ïîëíóþ ãàëüâàíè÷åñêóþ èçîëÿöèþ è íå íóæäàåòñÿ â ïëàâàþùèõ èñòî÷íèêàõ ïèòàíèÿ. Îíà ìîæåò ïåðåäàâàòü èìïóëüñû ñ êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ, ïðèáëèæàþùèìèñÿ ê 100%.  ñõåìó èç ïðåäûäóùåé ñòàòüè äîáàâëåíû òðàíçèñòîðû Q6 è Q7. Ìîùíîñòü òðàíçèñòîðîâ Q1, Q2, Q3 è Q4 òåïåðü óâåëè÷åíà, ïîñêîëüêó îíè äîëæíû ðàáîòàòü ñ áóëüøèìè òîêàìè, â çàâèñèìîñòè îò òðàíçèñòîðà, êîòîðûì íåîáõîäèìî óïðàâëÿòü. Òðàíçèñòîðû Q1 è Q2 òèïà BUZ71, Q3 è Q4 – BUZ171, à Q6 è Q7 – ZVN2106. Äèôôåðåíöèðóþùèå öåïè C1/R1 è C2/R2 ôîðìèðóþò èìïóëüñû äëèòåëüíîñòüþ 1 ìêñ, êîòîðûå ïîäàþòñÿ íå íàïðÿìóþ íà çàòâîðû òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2, êàê â [1], à íà òðàíçèñòîðû Q6 è Q7. Õîòÿ âõîäíûå åìêîñòè Q1 è Q2 ñîñòàâëÿþò îêîëî 700 ïÔ, âõîäíûå åìêîñòè òðàíçèñòîðîâ Q6 è Q7 ðàâíû ïðèìåðíî 75 ïÔ, ÷òî ãàðàíòèðóåò ïðàâèëüíóþ ïåðåäà÷ó óçêèõ èìïóëüñîâ. Âî âðåìÿ íàðàñòàþùåãî ôðîíòà âõîäíîãî óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà òðàíçèñòîð Q7 âêëþ÷àåòñÿ, è ÷åðåç ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòîãî êàíàëà åãî òîê íà÷èíàåò çàðÿæàòü âõîäíóþ åìêîñòü òðàíçèñòîðà Q7. Ïîñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòîãî êàíàëà Q7 ñîñòàâëÿåò âñåãî íåñêîëüêî îì è äîïîëíèòåëüíûõ ñîïðîòèâëåíèé â öåïè åãî ñòîêà íåò, ïðîöåññ çàðÿäêè âõîäíîé åìêîñòè Q2 ñòàíîâèòüñÿ áûñòðûì, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî åãî âõîäíàÿ åìêîñòü âåëèêà. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå Q2 íàïðÿæåíèå çàòâîð-èñòîê Q7 óìåíüøàåòñÿ, è òðàíçèñòîð çàêðûâàåòñÿ.  ðåçóëüòàòå óçêèå èìïóëüñû, ôîðìèðóåìûå äèôôåðåíöèðóþùåé öåïüþ, ïåðåäàþòñÿ íà òðàíçèñòîðû Q7 è Q2 è äàëåå ÷åðåç òðàíñôîðìàòîð ñâÿçè T1 íà òðàíçèñòîð Q3, êîòîðûé çàðÿæàåò âõîäíóþ åìêîñòü çàòâîð-èñòîê òðàíçèñòîðà Q5. Òîò æå ïðîöåññ ïðîèñõîäèò ñ òðàíçèñòîðàìè Q6, Q1 è Q4 âî âðåìÿ ñïàäàþùåãî ôðîíòà âõîäíîãî ñèãíàëà óïðàâëåíèÿ äðàéâåðîì äëÿ ðàçðÿäà âõîäíîé åìêîñòè òðàíçèñòîðà Q5. Ñ ïîìîùüþ ïîòåíöèîìåòðà P1 ìîæíî óïðàâëÿòü âðåìåíåì ðàçðÿäà Q1 è Q2 è,

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

òàêèì îáðàçîì, ðåãóëèðîâàòü ñìåùåíèå óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà, ïîäàâàåìîãî íà ñèëîâîé òðàíçèñòîð. Ïîñêîëüêó òðàíçèñòîðû Q6/Q1 è Q7/Q2 ïåðåäàþò óçêèå èìïóëüñû è èìåþò âûñîêèå ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ è ñïàäà, ìîæíî ïîëó÷èòü áîëüøîé äèàïàçîí èçìåíåíèÿ êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ äàæå ïðè âûñîêèõ ÷àñòîòàõ ïåðåêëþ÷åíèÿ. Ïðè òàêòîâîé ÷àñòîòå 20 êÃö êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ìîæíî èçìåíÿòü îò 2% äî 98%. Êîìïàêòíàÿ êîíñòðóêöèÿ ñõåìû ïîçâîëÿåò ìîíòèðîâàòü åå áëèçêî ê ñèëîâîìó ìîäóëþ, ÷òî ìèíèìèçèðóåò ïàðàçèòíûå ïàðàìåòðû.

Ðèñóíîê 1. Ýòîò èçîëèðîâàííûé èìïóëüñíûé äðàéâåð ìîæåò ïåðåäàâàòü ñèãíàëû ñ ëþáûìè êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ äàæå ïðè óïðàâëåíèè ìîùíûìè MOSFET/IGBT ìîäóëÿìè ñ áîëüøîé âõîäíîé åìêîñòüþ çàòâîðà.

Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàí ïðîòîòèï 10êèëîâàòòíîãî äðàéâåðà òðåõôàçíîãî èíâåðòîðà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ïåðåäà÷è ýíåðãèè â ñåòü.  ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ ìîùíûé òðàíçèñòîð SKM75GB128. Èçìåðåííàÿ âõîäíàÿ åìêîñòü òðàíçèñòîðîâ ïðåâûøàåò 15 íÔ. Ïðè ýòîì îáùèé òîê, ïîòðåáëÿåìûé èìïóëüñíûì äðàéâåðîì ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ, ñîñòàâëÿåò ìåíåå 30 ìÀ. ÐË

Ññûëêà 1. José M Espí, Rafael García-Gil, Jaime Castelló. Êîìïàêòíûé è ýêîíîìè÷íûé èçîëèðîâàííûé èìïóëüñíûé äðàéâåð ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ. ÐàäèîËîöìàí, 2022, 03-04, ñòð. 43

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet STMicroelectronics BUZ71 2. Datasheet STMicroelectronics BUZ171 3. Datasheet Texas Instruments CD4049A 4. Datasheet Semikron SKM75GB128 5. Datasheet Diodes ZVN2106A

69

Ïðåöèçèîííûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ñ âûõîäíûì òîêîì 80 ìÀ James Horste EDN

Á

Áîëüøèì àíàëîãîâûì ñèñòåìàì ñî ìíîæåñòâîì ïîòðåáèòåëåé îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ÷àñòî ìîæåò òðåáîâàòüñÿ áîëüøèé òîê, ÷åì ìîæåò îáåñïå÷èòü îäíà ìèêðîñõåìà îïîðíîãî èñòî÷íèêà. Îäíàêî åñëè ìèêðîñõåìà èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ (ÈÎÍ) èìååò âûõîä äëÿ óïðàâëåíèÿ òðàíçèñòîðîì è âõîä èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèÿ, ìîæíî ëåãêî äîáàâèòü áóôåð â êîíòóð îáðàòíîé ñâÿçè ñõåìû, íå âëèÿÿ íà òî÷íîñòü ýòàëîííîãî íàïðÿæåíèÿ. Íàïðèìåð, ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 îáåñïå÷èâàåò òó æå íà÷àëüíóþ òî÷íîñòü 0.04% è òîò æå òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò 7 ppm/°C, ÷òî è ìèêðîñõåìà MAX6033 (IC1), ðàáîòàþùàÿ àâòîíîìíî. Áóôåðíàÿ ñõåìà ìîæåò îòäàâàòü òîê äî 80 ìÀ.

Ïðè êîíñòðóèðîâàíèè áóôåðíîãî êàñêàäà äëÿ óñèëèòåëüíî-èçìåðèòåëüíîãî êîíòóðà íóæíî èñõîäèòü èç òîãî, ÷òî áóôåð äîëæåí èìåòü åäèíè÷íîå óñèëåíèå è íå èíâåðòèðîâàòü ôàçó. Êðîìå òîãî, íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ñõåìû äîëæíî ñ çàïàñîì ïðåâûøàòü ñóììó îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ è íàïðÿæåíèÿ, ïàäàþùåãî íà áóôåðíîì êàñêàäå. Ïðîñòåéøàÿ áóôåðíàÿ ñõåìà ñîñòîèò èç n-p-n òðàíçèñòîðà, âêëþ÷åííîãî ýìèòòåðíûì ïîâòîðèòåëåì, ÷òî òðåáóåò óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ, ïðåâûøàþùåãî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ÈÎÍ íà âåëè÷èíó íàïðÿæåíèÿ áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà. Èñïîëüçîâàíèå êàñêàäà ñ îáùèì ýìèòòåðîì íà p-n-p òðàíçèñòîðå ðåøàåò ïðîáëåìó çàïàñà ïî íàïðÿæåíèþ ïèòàíèÿ, 5V

5V

C1 0.1 µF

IN IC1 OUTF MAX6033A OUTS GND

R1 10k C2 0.1 µF

Q2 2N2907

Q1 2N2222

VOUT = 4.096V D1 1N4148

CLOAD

RLOAD

R2 2.7k

Ðèñóíîê 1. Äîáàâëåíèå äâóõòðàíçèñòîðíîãî âûõîäíîãî áóôåðà ê ìèêðîñõåìå èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 4.096  ñ ìàêñèìàëüíûì âûõîäíûì òîêîì 15 ìÀ óâåëè÷èâàåò åå òîê íàãðóçêè äî 80 ìÀ èëè áîëåå.

70

ÑÕÅÌÛ

íî èíâåðòèðóåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå è ïðåïÿòñòâóåò íîðìàëüíîé ðàáîòå óñèëèòåëüíîèçìåðèòåëüíîãî êîíòóðà. Äîáàâëåíèå âòîðîãî êàñêàäà íà p-n-p òðàíçèñòîðå óñòðàíÿåò èíâåðñèþ ôàçû, íî íàðóøàåò óñòîé÷èâîñòü êîíòóðà îáðàòíîé ñâÿçè, âíîñÿ â íåãî èçáûòî÷íîå óñèëåíèå. Ìîäèôèöèðîâàííàÿ ñõåìà Äàðëèíãòîíà íà êîìïëåìåíòàðíûõ òðàíçèñòîðàõ, íàçûâàåìàÿ ñõåìîé Øèêëàè [1], ðåøàåò îáå ïðîáëåìû, îáåñïå÷èâàÿ åäèíè÷íîå óñèëåíèå ýìèòòåðíîãî ïîâòîðèòåëÿ è îòñóòñòâèå èíâåðñèè. Âûõîäíîé êàñêàä íà p-n-p òðàíçèñòîðå èìååò äîñòàòî÷íûé çàïàñ ïî ïèòàíèþ, à êàñêàä íà n-p-n – íåò. Ýòîò íåäîñòàòîê ìîæíî ëåãêî èñïðàâèòü, äîáàâèâ äèîä D1, ÷òîáû ñìåñòèòü íàïðÿæåíèå ýìèòòåðà n-p-n òðàíçèñòîðà âíèç íà âåëè÷èíó ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà äèîäå. Òàêèì îáðàçîì, â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà äèîäå è íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà êîìïåíñèðóþò äðóã äðóãà, îñòàâëÿÿ äîñòàòî÷íûé çàïàñ ïî íàïðÿæåíèþ. Òðàíçèñòîð Q2 òèïà 2N2907 èìååò îãðàíè÷åííîå óñèëåíèå ïî òîêó, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, îãðàíè÷èâàåò ìàêñèìàëüíûé âûõîäíîé òîê çíà÷åíèåì 80 ìÀ. Çàìåíà

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

òðàíçèñòîðîì ñ áîëåå âûñîêèì êîýôôèöèåíòîì ïåðåäà÷è òîêà ìîæåò óâåëè÷èòü âûõîäíîé òîê äî ëþáîãî ðàçóìíîãî óðîâíÿ. Äëÿ óñòîé÷èâîñòè ìèêðîñõåìû MAX6033 ê åå âûâîäàì IN è OUTF òðåáóåòñÿ ïîäêëþ÷èòü êåðàìè÷åñêèå êîíäåíñàòîðû åìêîñòüþ 0.1 ìêÔ. Âðåìÿ îòêëèêà ñõåìû îïðåäåëÿåòñÿ êîíäåíñàòîðîì Ñ2, à áóôåðíàÿ ñõåìà íå îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîãî âëèÿíèÿ íà ïåðåõîäíóþ õàðàêòåðèñòèêó. Áîëüøèíñòâî ìèêðîñõåì èñòî÷íèêîâ îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ íå ìîãóò îòðàáàòûâàòü áûñòðûå ñêà÷êè òîêà íàãðóçêè; òàêèì îáðàçîì, ïåðåõîäíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñõåìû è åå ñïîñîáíîñòü ðåàãèðîâàòü íà áûñòðûå ñêà÷êè òîêà çàâèñÿò îò åìêîñòè âûõîäíîãî êîíäåíñàòîðà CLOAD. Çíà÷åíèÿ CLOAD äî 10 ìêÔ íà óñòîé÷èâîñòü ñõåìû íå âëèÿþò. ÐË

Ññûëêè 1. "Sziklai Pair," Wikipedia.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX6033 2. Datasheet Central 2N2907

71

Óñòðîéñòâî íà ÊÌÎÏ ýëåìåíòàõ èçìåðÿåò åìêîñòè ïèêîôàðàäíîãî äèàïàçîíà Raju Baddi EDN

ÈÈíâåðòîðû

ÊÌÎÏ ìèêðîñõåìû CD4069 ìîæíî ïðèìåíÿòü êàê â öèôðîâûõ, òàê è â àíàëîãîâûõ ïðèëîæåíèÿõ. Ïðåäëàãàåìàÿ ñòàòüÿ èëëþñòðèðóåò ýòî íà ïðèìåðå èñïîëüçîâàíèÿ âñåõ øåñòè èíâåðòîðîâ êîðïóñà ìèêðîñõåìû CD4069 äëÿ ñîçäàíèÿ èçìåðèòåëÿ åìêîñòè ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ, îñíîâàííîãî íà

èçìåíåíèè êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ, ñ äèàïàçîíîì ïîëíîé øêàëû ìåíåå îäíîãî ïèêîôàðàäà. Ïðè íåïîñðåäñòâåííîé îáðàòíîé ñâÿçè âûõîäíîé ñèãíàë èíâåðòîðà ñòàáèëåí; êîãäà âûõîä îäíîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà íàïðÿìóþ ñîåäèíåí ñ âõîäîì, ðåçóëüòèðóþùåå

1N4148 G1

G1-G6: CD4069

~750 Ãö

10k 100nF

Óñò. íóëÿ 5Â +

G2 1N4148

D1 1N4148

~VT/R

R1 G3

G4

CX

200k

2M

20M

680

1k8 R2 4k7 G5

VT

25pF 2.5pF

250pF

100 ìêÀ

Óñò. ïîëíîé øêàëû

1/6

CD4069

RCAL

+

G6

R

3k

(à)

(á)

Ðèñóíîê 1. Èçìåðèòåëü åìêîñòè ñ äèàïàçîíàìè ïîëíîé øêàëû 2.5 ïÔ-250 ïÔ, â êîòîðîì èñïîëüçîâàíû âñå øåñòü èíâåðòîðîâ ìèêðîñõåìû CD4069 (à). Èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà íà îäíîì ëîãè÷åñêîì ýëåìåíòå (á).

72

ÑÕÅÌÛ

âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íàõîäèòñÿ âîçëå ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ VT. Åñëè ðåçèñòîð R ïîäêëþ÷åí ìåæäó âõîäîì è çåìëåé, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç íåãî òîê ðàâåí ~VT/R, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 1á. Åãî âåëè÷èíà îñòàåòñÿ äîâîëüíî ïîñòîÿííîé, äàæå êîãäà â öåïü îáðàòíîé ñâÿçè äîáàâëÿåòñÿ ðåçèñòîð, ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî ìàëî ïî ñðàâíåíèþ ñ R. Îêíî íåîïðåäåëåííîñòè DVT âîêðóã ïîðîãà VT, â êîòîðîì âûõîäíîé óðîâåíü ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ìåíÿåòñÿ ñ «ëîã. 0» íà «ëîã. 1», ïî ñðàâíåíèþ ñ ñàìèì çíà÷åíèåì VT î÷åíü ìàëî. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå R áóäåò îñòàâàòüñÿ â ïðåäåëàõ VT ± DVT/2, îáåñïå÷èâàÿ ïðèáëèçèòåëüíî ïîñòîÿííûé òîê ÷åðåç íåãî. (Ïîñêîëüêó âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæåò èìåòü çíà÷åíèå, ïðàêòè÷åñêè ðàâíîå VDD, íà ðåçèñòîðå îáðàòíîé ñâÿçè ìîæåò ïàäàòü íàïðÿæåíèå VDD – VT). Òàêèì îáðàçîì, êîíòóð îáðàòíîé ñâÿçè ÿâëÿåòñÿ èñòî÷íèêîì ïîñòîÿííîãî òîêà. Åñëè âêëþ÷èòü â ýòîò êîíòóð êîíäåíñàòîð, åãî ìîæíî çàðÿæàòü ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ, ÷òî ïîçâîëèò ïîëó÷èòü ëèíåéíî íàðàñòàþùåå íàïðÿæåíèå. Ýòîò ìåòîä ðåàëèçîâàí â ñõåìå, ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 1à, äëÿ ïîñòðîåíèÿ èçìåðèòåëÿ åìêîñòè ñ ïèêîôàðàäíûì äèàïàçîíîì ïîëíîé øêàëû. Îí ñîñòîèò èç àâòîãåíåðàòîðà íà äâóõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòàõ G1 è G2, ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ íà ýëåìåíòå G3, ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ êîòîðîãî çàâèñèò îò åìêîñòè èçìåðÿåìîãî êîíäåíñàòîðà CX, äåòåêòîðà óðîâíÿ íà ýëåìåíòå G4 è äâóõ áóôåðîâ G5, G6, óïðàâëÿþùèõ ñòðåëî÷íûì ïðèáîðîì ÷åðåç êàëèáðîâî÷íûé ðåçèñòîð RCAL. Ñêîìïåíñèðîâàòü îøèáêó, ñîçäàâàåìóþ ïàðàçèòíîé åìêîñòüþ, ìîæíî, ðåãóëèðóÿ êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ àâòîãåíåðàòîðà 10-êèëîîìíûì ïîòåíöèîìåòðîì «Óñòà-

íîâêà íóëÿ». Àâòîãåíåðàòîð óïðàâëÿåò ãåíåðàòîðîì ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ ÷åðåç èçîëèðóþùèé äèîä D1, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò áûñòðûé ðàçðÿä êîíäåíñàòîðà CX, íî ïîçâîëÿåò åìó çàðÿæàòüñÿ òîëüêî ÷åðåç ðåçèñòîð ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ 20 ÌÎì, 2 ÌÎì èëè 200 êÎì. Ñìåùåííûé â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè äèîä èìååò ýôôåêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ïîðÿäêà 109 Îì, ÷òî íàìíîãî áîëüøå äàæå ðåçèñòîðà 20 ÌÎì. Êîìïëåìåíòàðíûé âûõîä àâòîãåíåðàòîðà óïðàâëÿåò èíâåðòîðîì G6, âûõîä êîòîðîãî ïîäêëþ÷åí ê îäíîé èç êëåìì èçìåðèòåëüíîãî ïðèáîðà. Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò G4 ñëóæèò äàò÷èêîì óðîâíÿ ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ, ïîäàâàåìîãî íà íåãî ÷åðåç äåëèòåëü R1/R2. (Ïðè æåëàíèè çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé ìîãóò áûòü óâåëè÷åíû). Âûõîä èíâåðòîðà G4 ÷åðåç áóôåðíûé ýëåìåíò G5 ñîåäèíÿåòñÿ ñî âòîðîé êëåììîé èçìåðèòåëüíîãî ïðèáîðà. Ïèëîîáðàçíîå íàïðÿæåíèå ýôôåêòèâíî çàäåðæèâàåò çàäíèé ôðîíò èìïóëüñà àâòîãåíåðàòîðà íà âðåìÿ, ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíîå åìêîñòè êîíäåíñàòîðà CX. Áëàãîäàðÿ ýòîé çàäåðæêå â òå÷åíèå ÷àñòè ïåðèîäà íà èçìåðèòåëüíîì ïðèáîðå ñîçäàåòñÿ ðàçíîñòü íàïðÿæåíèé, îòðàæàþùàÿ çíà÷åíèå CX. Ïðè óïðàâëåíèè öèôðîâûì èçìåðèòåëüíûì ïðèáîðîì ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ RC ôèëüòð. Âûñîêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ÊÌÎÏ ýëåìåíòîâ – åùå îäíà âàæíàÿ îñîáåííîñòü, áëàãîäàðÿ êîòîðîé ýòà êîíñòðóêöèÿ ðàáîòàåò, ïîçâîëÿÿ èñïîëüçîâàòü íà âõîäå ðåçèñòîðû ñ áîëüøèìè ñîïðîòèâëåíèÿìè, òàêèìè êàê 20 ÌÎì èëè áîëåå. Äëÿ ñîçäàíèÿ çàêîí÷åííîãî íàäåæíîãî èçìåðèòåëÿ åìêîñòè â ýòîé ïðîñòîé ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ âñåãî îäíà ìèêðîñõåìà èíâåðòîðà 4069. Ðàáîòà ñõåìû ïîÿñíÿåòñÿ äèàãðàììàìè íà Ðèñóíêå 2.

ÎÏÎÐÍÀß ×ÀÑÒÎÒÀ

d a

(à)

b

c´

(á)

a

c´

d´ b

(â)

Ðèñóíîê 2. Äèàãðàììû, ïîÿñíÿþùèå ðàáîòó ñõåìû íà Ðèñóíêå 1. Ñèíèé öâåò – ñèãíàë íà âõîäå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà G5, êðàñíûé – íà âõîäå G6.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

73

200pF

680*

Q

100k

1N4148 Q

O/P

CD4069

CD4069

1M

1M –

*ÎÏÖÈÎÍÀËÜÍÎ –

VIN +

VT

Ðèñóíîê 3. Ðåàëèçàöèÿ ØÈÌ ñ èñïîëüçîâàíèåì äâóõ èíâåðòîðîâ.

Íà Ðèñóíêå 2à ïîêàçàíû äâà ïðîòèâîôàçíûõ ñèãíàëà ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 50%, ïîäàâàåìûõ íà èçìåðèòåëüíûé ïðèáîð. Ñðåäíÿÿ ðàçíîñòü ðàâíà íóëþ, ïîýòîìó ñòðåëêà èçìåðèòåëüíîãî ïðèáîðà íå îòêëîíÿåòñÿ. Íà Ðèñóíêå 2á ïðåäñòàâëåíû ñèãíàëû àâòîãåíåðàòîðà, êîìïåíñèðóþùèå ïàðàçèòíóþ åìêîñòü, ãäå â ôàçàõ a è b ñîçäàþòñÿ ðàâíûå è ïðîòèâîïîëîæíûå ñèãíàëû îòêëîíåíèÿ ñòðåëêè ïðèáîðà, ïðè êîòîðûõ ðåçóëüòèðóþùåå îòêëîíåíèå òî÷íî ðàâíî íóëþ. Îäíàêî âíîñèìàÿ ïèëîîáðàçíûì íàïðÿæåíèåì çàäåðæêà ïðèâîäèò ê ñìåùåíèþ ïîëîæåíèÿ îäíîãî èç ñèãíàëîâ (íóëåâàÿ ôàçà c'). Âî âðåìÿ ýòîé íóëåâîé ôàçû c' ðåçóëüòèðóþùàÿ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ íà èçìåðèòåëüíîì ïðèáîðå ðàâíà íóëþ, ïîýòîìó îòêëîíåíèÿ ñòðåëêè íå ïðîèñõîäèò.  öåëîì â òå÷åíèå ïîëíîãî ïåðèîäà ñ÷åò÷èê èìååò ÷èñòîå íóëåâîå ñóììàðíîå îòêëîíåíèå. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî êîìïåíñàöèÿ ïàðàçèòíîé åìêîñòè îáåñïå÷èâàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ðåãóëèðîâêè êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ àâòîãåíåðàòîðà, êîòîðûå ïðåäñòàâëåíû íà äèàãðàììå êðàñíûì öâåòîì. Íà Ðèñóíêå 2â ïîêàçàíû ñèãíàëû èçìåðèòåëÿ, êîãäà â ãåíåðàòîð ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ âêëþ÷åí èçìåðÿåìûé êîíäåíñà-

74

òîð CX. Ýòî âíîñèò äîïîëíèòåëüíóþ çàäåðæêó, ñîçäàþùóþ àñèììåòðè÷íûå îòêëîíÿþùèå ìîìåíòû â èçìåðèòåëüíîì ïðèáîðå. Ôàçà a òåïåðü äëèòñÿ îòíîñèòåëüíî äîëüøå ôàçû b, ïðåâûøàÿ åå íà âåëè÷èíó d', ïðîïîðöèîíàëüíóþ åìêîñòè êîíäåíñàòîðà ÑX. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ îäíîãî ïåðèîäà T èìïóëüñîâ àâòîãåíåðàòîðà îñòàòî÷íîå ñóììàðíîå îòêëîíåíèå òåïåðü îïðåäåëÿåòñÿ äëèòåëüíîñòüþ ôàçû d (= d'). Ñðåäíåå îòêëîíåíèå, íàáëþäàåìîå íà èçìåðèòåëüíîì ïðèáîðå, òåïåðü çàâèñèò îò îòíîøåíèÿ d/T, êîòîðîå, â ñâîþ î÷åðåäü, ñîîòâåòñòâóåò åìêîñòè èçìåðÿåìîãî êîíäåíñàòîðà. Äðóãèì ïðèìåíåíèåì èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîãî òîêà ñ èíòåãðàòîðîì ÿâëÿåòñÿ ðåàëèçàöèÿ ñõåìû ØÈÌ ñ èñïîëüçîâàíèåì âñåãî äâóõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (Ðèñóíîê 3). VIN ïðåäñòàâëÿåò íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå 100 êÎì, êîòîðîå äîëæíî ïðåâçîéòè ïèëîîáðàçíîå íàïðÿæåíèå, ÷òîáû ïåðåêëþ÷èòü âûõîäíîé èíâåðòîð. Ïðè íåîáõîäèìîñòè íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ VT ìîæíî ïîëó÷èòü ñ ïîìîùüþ äðóãîãî èíâåðòîðà, âûõîä êîòîðîãî ñîåäèíåí ñ âõîäîì.ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4069UB

ÑÕÅÌÛ

Äåëèòåëè ÷àñòîòû íà ÷åòíîå ÷èñëî îò 2 äî 256 è ëþáîå öåëîå ÷èñëî îò 1 äî 128 Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Ïðèâåäåíû ñõåìû äåëèòåëåé ÷àñòîòû öèôðîâûõ ñèãíàëîâ, ðàáîòàþùèõ â øèðîêîé îáëàñòè ÷àñòîò, âåðõíåå çíà÷åíèå êîòîðûõ îãðàíè÷èâàåòñÿ òèïîì èñïîëüçóåìûõ ìèêðîñõåì, à òàêæå íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ, è ïîçâîëÿþùèõ äèñêðåòíî çà ñ÷åò ðåãóëèðîâêè ïîòåíöèîìåòðà óñòàíàâëèâàòü çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà äåëåíèÿ ÷àñòîòû â ïðåäåëàõ îò 2 äî 256 (÷åòíîå ÷èñëî), ëèáî â ïðåäåëàõ îò 1 äî 128 (ëþáîå öåëîå ÷èñëî).

ÄÄåëèòåëè

÷àñòîòû öèôðîâûõ ñèãíàëîâ øèðîêî èñïîëüçóþò â öèôðîâîé òåõíèêå. ×àùå âñåãî äåëèòåëè ÷àñòîòû ðàáîòàþò ïðè ôèêñèðîâàííîì êîýôôèöèåíòå äåëåíèÿ â øèðîêîé ÷àñòîòíîé îáëàñòè, ëèáî, íàïðîòèâ, ñ äèñêðåòíî ðåãóëèðóåìûì êîýôôèöèåíòîì äåëåíèÿ ïðè íåèçìåííîé ÷àñòîòå âõîäíîãî ñèãíàëà. Äîñòàòî÷íî çíà÷èìûå ïðîáëåìû ïðåäñòàâëÿåò ñîçäàíèå äåëèòåëåé ÷àñòîòû, ðàáîòàþùèõ â øèðîêîì äèàïàçîíå ÷àñòîò è ïîçâîëÿþùèõ çàäàâàòü êàêèì-ëèáî îáðàçîì êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ áåç ñóùåñòâåííîé ðåêîíôèãóðàöèè óñòðîéñòâà, íàïðèìåð, çà ñ÷åò ïåðåêëþ÷åíèÿ âûâîäîâ ìèêðîñõåìû äåëèòåëÿ.

Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ñõåìà äåëèòåëÿ ÷àñòîòû öèôðîâûõ ñèãíàëîâ íà ëþáîå ÷¸òíîå ÷èñëî â äèàïàçîíå îò 2 äî 256. Äëÿ èçìåíåíèÿ êîýôôèöèåíòà äåëåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ ïðîñòàÿ ðåãóëèðîâêà ïîòåíöèîìåòðà, ïîçâîëÿþùàÿ âûáðàòü ëþáîé íåîáõîäèìîé ïîëüçîâàòåëþ êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ. Êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ íå çàâèñèò îò ÷àñòîòû âõîäíîãî ñèãíàëà. Óñòðîéñòâî ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Âõîäíîé ñèãíàë ïîñòóïàåò íà âõîä ìèêðîñõåìû äâîè÷íîãî ñ÷¸ò÷èêà DD1 CD4024, èìåþùåãî 7 ðàçðÿäîâ. Íà âûõîäå ñ÷¸ò÷èêà ïîäêëþ÷åíà ðåçèñòèâíàÿ ìàòðèöà èç ðåçèñòîðîâ R1–R7, íàãðóæåííàÿ íà ðåçèñòîð R8.

DD1,DD2 DD1 CD4024 Uâõ

1

C

f1<1 ÌÃö D=50%

2 10 Â

R

7

12 1 11 2 9 4 6 8 5 16 4 32 3 64

R1-R7

+10 Â

14

C1,C2 220í

R8 3ê

R9 3ê

DA1.1 LM339 5 3 +

R10 4 – 10ê

12

R11 10ê 2

DD2 CD4013 6 S T 1 3 Q C 5 2 D Q 4 R

Uâûõ f=f1/n n=2,4…

D=50%

R1 120ê R2 60ê R3 Ç0ê R4 15ê R5 7.5ê R6 3.75ê R7 1.875k

Ðèñóíîê 1. Äåëèòåëü ÷àñòîòû íà ÷åòíîå ÷èñëî îò 2 äî 256.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

75

f1<0.85 ÌÃö

E1

DD1 Uâõ f1<0.85 ÌÃö CD40106 10 Â 1 2 1

C1

VD1-VD4 1N4148 100

ê Uâõ 10 Â

C1

VD1-VD4 1N4148

ê Uâõ 2f1

100 R1 1.2ê

2f1 R1 1.2ê

C2 100

(a)

(á)

+E R1 62ê

R2 240 C2

Uâõ f1<0.85 ÌÃö 10 Â

VT1 BC547C

+E

VD1-VD4 1N4148

R2 240

ê Uâõ 2f1

100 R3 1.2ê

C1 100í

Uâõ f1<0.85 ÌÃö 10 Â

C2

R1 1Ì

VT1 100 2N7000

VD1-VD4 1N4148

ê Uâõ 2f1 R3 1.2ê

C1 100í C3

C3

100

100

(â)

(ã)

Ðèñóíîê 2. Âõîäíûå öåïè óäâîåíèÿ ÷àñòîòû âõîäíûõ ñèãíàëîâ.

Ê âûõîäó ðåçèñòèâíîé öåïî÷êè ïîäêëþ÷åí îäèí èç âõîäîâ êîìïàðàòîðà DA1.1 LM339; âòîðîé âõîä êîìïàðàòîðà ïîäêëþ÷åí ê äâèæêó ïîòåíöèîìåòðà R10. Ñ âûõîäà êîìïàðàòîðà ñèãíàë ïîñòóïàåò íà âõîä ñáðîñà R ìèêðîñõåìû DD1.1. Ê âûõîäó êîìïàðàòîðà ïîäêëþ÷åí D-òðèããåð DD2 CD4013, ðàáîòàþùèé â ðåæèìå äåëåíèÿ ÷àñòîòû íà äâà è îáåñïå÷èâàþùèé êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ âûõîäíûõ ñèãíàëîâ D = 50%. Ðåçèñòèâíàÿ ìàòðèöà R1–R7 âûïîëíåíà òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïðè êàæäîì ïîñëåäóþùåì âõîäíîì èìïóëüñå íà âõîäå ñ÷¸ò÷èêà DD1 íàïðÿæåíèå íà âûõîäå ðåçèñòèâíûé öåïî÷êè ïðèðàñòàëî íà çàäàííûé óðîâåíü. Òàêèì îáðàçîì, íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå R8 íàðàñòàåò ïî ìåðå ïîñòóïëåíèÿ êàæäîãî èìïóëüñà âûõîäíîãî ñèãíàëà äîçèðîâàííî íà øàã, çàäàííûé ñâîéñòâàìè ðåçèñòèâíîé ìàòðèöû R1–R7. Ðåãóëèðîâêà ïîòåíöèîìåòðà R10 ïîçâîëÿåò óñòàíàâëèâàòü íàïðÿæåíèå íà âõîäå ñðàâíåíèÿ êîìïàðàòîðà â ïðåäåëàõ îò íóëÿ äî ìàêñèìàëüíî äîñòèæèìîãî çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R8.

76

Ðåãóëèðóÿ ïîðîã ïåðåêëþ÷åíèÿ êîìïàðàòîðà, ìîæíî çàäàâàòü êîëè÷åñòâî èìïóëüñîâ, ïîñòóïèâøèõ íà âõîä ñ÷åò÷èêà èìïóëüñîâ, äîñòàòî÷íûõ äëÿ äîñòèæåíèÿ ïîðîãà ïåðåêëþ÷åíèÿ êîìïàðàòîðà (èëè êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ). Ïðè ïåðåêëþ÷åíèè êîìïàðàòîðà ñèãíàë ñ åãî âûõîäà ïîñòóïàåò íà âõîä ñáðîñà R ñ÷¸ò÷èêà è îáíóëÿåò åãî ñîñòîÿíèå. Òàêèì îáðàçîì ìîæíî ìåíÿòü êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ â ïðåäåëàõ îò 1 äî 128. Íà âûõîäå êîìïàðàòîðà ôîðìèðóåòñÿ êîðîòêèé èìïóëüñ èãëîîáðàçíîé ôîðìû. D-òðèããåð DD2 CD4013 ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ òàêèõ èìïóëüñîâ â ñèãíàë ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ èìïóëüñà D = 50%. ×àñòîòà ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ ïðè ýòîì ïîíèæàåòñÿ âäâîå, ïîýòîìó ÷àñòîòà èìïóëüñîâ íà âûõîäå óñòðîéñòâà îòëè÷àåòñÿ îò ÷àñòîòû âõîäíûõ ñèãíàëîâ îò 2 äî 256 ðàç. Ìàêñèìàëüíàÿ ÷àñòîòà âûõîäíûõ èìïóëüñîâ óñòðîéñòâà ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 10 (15)  íå ïðåâûøàåò 1 (1.75) ÌÃö. Ïðåäåëüíàÿ ÷àñòîòà ðàáîòû ëîãè÷åñêèõ ýëåìåí-

ÑÕÅÌÛ

òîâ çàâèñèò îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, ïîâûøàÿñü ñ ðîñòîì ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Àìïëèòóäà èìïóëüñîâ âõîäíûõ ñèãíàëîâ äîëæíà áûòü áëèçêà ê íàïðÿæåíèþ ïèòàíèÿ óñòðîéñòâà, êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ D âõîäíûõ ñèãíàëîâ ðàâåí 50%. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàí âàðèàíò îðãàíèçàöèè âõîäíûõ öåïåé óñòðîéñòâà, ÷òî ïîçâîëÿåò äåëèòü ÷àñòîòó âõîäíûõ ñèãíàëîâ íà ëþáîå öåëîå ÷èñëî â ïðåäåëàõ îò 1 äî 128. Äëÿ ýòîãî íà âõîä óñòðîéñòâà, Ðèñóíîê 1, ïîäêëþ÷àþò óäâîèòåëü ÷àñòîòû âõîäíîãî ñèãíàëà, âûïîëíåííûé ïî îäíîé èç ÷åòûð¸õ ïðèâåä¸ííûõ íà Ðèñóíêå 2 ñõåì. Ïðåäåëüíàÿ ÷àñòîòà ñëåäîâàíèÿ âõîäíûõ èìïóëüñîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì óäâîèòåëåé ÷àñòîòû íå ïðåâûøàåò 850 êÃö. Ðàáîòà óäâîèòåëåé ÷àñòîòû îñíîâàíà íà ñóììèðîâàíèè èìïóëüñîâ ñ âûõîäîâ äèôôåðåíöèðóþùèõ RC-öåïî÷åê, ïîäêëþ÷åííûõ íàïðÿìóþ è ñî ñäâèãîì ôàçû íà 180° ê èñòî÷íèêó âõîäíîãî ñèãíàëà. Íà Ðèñóíêå 2à ïîêàçàí âàðèàíò ðåàëèçàöèè óäâîèòåëÿ ÷àñòîòû èìïóëüñîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì åäèíñòâåííîé äèôôåðåíöèðóþùåé RC-öåïî÷êè C1R1 è äèîäíîãî ìîñòà

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

VD1–VD4. Íåäîñòàòêîì ñõåìû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ãåíåðàòîð èìïóëüñîâ Å1 «ïîäâåøåí â âîçäóõå». Óäâîèòåëü íàïðÿæåíèÿ íà Ðèñóíêå 1á âûïîëíåí ñ èñïîëüçîâàíèåì ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà DD1.1 CD40106. Âõîäíîé è âûõîäíîé ñèãíàëû ñ èíâåðòîðà íàïðÿæåíèÿ DD1.1 ÷åðåç êîíäåíñàòîðû C1 è C2 ïîñòóïàþò ÷åðåç äèîäíûå öåïî÷êè VD1–VD4 íà ðåçèñòîð íàãðóçêè R1. Íà ýòîì ðåçèñòîðå â çàâèñèìîñòè îò ÷àñòîòû ôîðìèðóþòñÿ ñèãíàëû ëèáî èãëîîáðàçíîé ôîðìû, ëèáî èìåþùèå âñïëåñê è ïîñëåäóþùèé ýêñïîíåíöèàëüíûé ñïàä. Íà Ðèñóíêàõ 2â, ã ïîêàçàíû óäâîèòåëè ÷àñòîòû, âûïîëíåííûå íà áèïîëÿðíîì òðàíçèñòîðå VT1 BC547C (Ðèñóíîê 2â) è íà ïîëåâîì òðàíçèñòîðå VT1 2N7000 (Ðèñóíîê 2ã). ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor LM339 2. Datasheet Texas Instruments CD4013B 3. Datasheet Texas Instruments CD4024B 4. Datasheet Texas Instruments CD40106B 5. Datasheet Microchip 2N7000 6. Datasheet Fairchild BC547C

77

Ïðîñòàÿ ñõåìà óïðàâëåíèÿ ìÿãêèì çàïóñêîì ØÈÌ-êîíòðîëëåðà Robert Buono EDN

Ñ

Ñåìåéñòâî ØÈÌ-êîíòðîëëåðîâ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ ñ òîêîâûì óïðàâëåíèåì UC384x, äîñòóïíîå ó ìíîãèõ ïðîèçâîäèòåëåé, îòëè÷àåòñÿ õîðîøèìè õàðàêòåðèñòèêàìè è ïîðîäèëî ìíîæåñòâî àíàëîãè÷íûõ ìèêðîñõåì. Âñå ÷ëåíû ñåìåéñòâà UC384x è åãî êëîíû èìåþò îáùóþ õàðàêòåðèñòèêó – âíóòðåííèé óñèëèòåëü îøèáêè, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò îãðàíè÷åíèå âûõîäíîãî òîêà. Âûõîä óñèëèòåëÿ, îáîçíà÷åííûé êàê COMP, ïîçâîëÿåò óäîáíî ïîäêëþ÷àòü öåïè êîððåêöèè äëÿ ïîääåðæàíèÿ îáùåé óñòîé÷èâîñòè êîíòóðà îáðàòíîé ñâÿçè. Êðîìå òîãî, âûâîä COMP äàåò âîçìîæíîñòü óïðàâëåíèÿ îòêëþ÷åíèåì è ïëàâíûì ïóñêîì è ñëóæèò óäîáíîé òî÷êîé äëÿ óñòàíîâêè ïîðîãà îãðàíè÷åíèÿ âûõîäíîãî òîêà ñèëîâîãî êëþ÷à. Äâå õàðàêòåðèñòèêè âûâîäà COMP ïîâûøàþò åãî óíèâåðñàëüíîñòü: âî-ïåðâûõ,

âûâîä îáåñïå÷èâàåò îãðàíè÷åíèå âûõîäíîãî òîêà, à, âî-âòîðûõ, íàïðÿæåíèå íà âûâîäå ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî òîêó, ïðîòåêàþùåìó ÷åðåç âíåøíèé ñèëîâîé êëþ÷. Îáå ôóíêöèè òàêæå ïîçâîëÿþò èñïîëüçîâàòü âûâîä â êà÷åñòâå ïîðòà óïðàâëåíèÿ. Íàïðèìåð, âîçìîæíî, íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì ïðèìåíåíèåì ýòîãî âûâîäà ÿâëÿåòñÿ äîáàâëåíèå ôóíêöèè ïëàâíîãî çàïóñêà ê ñõåìå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íà áàçå UC384x.  ðåæèìå ìÿãêîãî çàïóñêà âûõîäíîé òîê âíåøíåãî ñèëîâîãî êëþ÷à è âûõîäíîå íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ óâåëè÷èâàþòñÿ ñî ñêîðîñòüþ, ðåãóëèðóåìîé íàïðÿæåíèåì íà âûâîäå COMP è ïðîïîðöèîíàëüíîé åìó. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà òèïè÷íàÿ ðåàëèçàöèÿ ñõåìû ìÿãêîãî çàïóñêà, ñîäåðæàùàÿ p-n-p òðàíçèñòîð Q1, ïîäêëþ÷åííûé ê âûâîäó COMP. RC-öåïî÷êà R1 è CSS óïðàâëÿåò áàçîé VDD IC1 UC384X VREF

IAVG 2.5 ìêÀ

ICHARGE 15 ìêÀ CSS

R1 1M

COMP

Q1 2N3906

5Â

ÓÑÈËÈÒÅËÜ ÎØÈÁÊÈ ×ÀÑÒÜ UC384X

ISOURCE 1 ìÀ ÒÈÏ.

IB1 12.5 ìêÀ

Ðèñóíîê 1. Îäèí òðàíçèñòîð Q1 ðåàëèçóåò ôóíêöèþ ìåäëåííîãî çàïóñêà èìïóëüñíîãî ðåãóëÿòîðà, íî åãî áàçîâûé òîê âíîñèò îøèáêó âðåìåíè.

78

ÑÕÅÌÛ

VDD IC1 UC384X VREF IAVG 2.5 ìêÀ

ICHARGE 2.838 ìêÀ CSS

5Â

R1 1M

COMP 2N3906 IC 20.3 ìêÀ

Q1

IB1 338 ìÀ 6 ìêÀ

ISOURCE 1 ìÀ ÒÈÏ.

Q2

100k

IB2 14.3 ìêÀ

×ÀÑÒÜ UC384X ÓÑÈËÈÒÅËÜ ÎØÈÁÊÈ

2N3904

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: ÌÈÍÈÌÀËÜÍÛÉ ÊÎÝÔÔÈÖÈÅÍÒ ÏÅÐÅÄÀ×È ÒÎÊÀ Q1 – 60 ÏÐÈ ÒÎÊÅ 20 ìêÀ. ÌÈÍÈÌÀËÜÍÛÉ ÊÎÝÔÔÈÖÈÅÍÒ ÏÅÐÅÄÀ×È ÒÎÊÀ Q2 – 70 ÏÐÈ ÒÎÊÅ 1 ìÀ.

Ðèñóíîê 2. Çàìåíà òðàíçèñòîðà Q1 íà Ðèñóíêå 1 ñîñòàâíûì p-n-p/n-p-n òðàíçèñòîðîì çíà÷èòåëüíî óìåíüøàåò îøèáêó âðåìåíè çàïóñêà ñõåìû.

Q1, èñïîëüçóÿ âíóòðåííèé èñòî÷íèê òî÷íîãî îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 5  ìèêðîñõåìû IC1. Êîãäà íàïðÿæåíèå âíåøíåãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ VDD ïðåâûøàåò ïðåäóñòàíîâëåííûé âíóòðåííèé ïîðîã áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè ìèêðîñõåìû IC1, âêëþ÷àåòñÿ èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 5 Â. Íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå CSS ëèíåéíî íàðàñòàåò äî 5  ñî ñêîðîñòüþ, îïðåäåëÿåìîé ïîñòîÿííîé âðåìåíè R1×CSS. Ïîñêîëüêó òðàíçèñòîð Q1 âêëþ÷åí ýìèòòåðíûì ïîâòîðèòåëåì, íàïðÿæåíèå, êîòîðîå îí ïåðåäàåò íà âûâîä COMP, «ïîâòîðÿåò» íàïðÿæåíèå áàçû Q1, è âûõîäíîé òîê èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî ýòîìó íàïðÿæåíèþ. Ïðîñòàÿ ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 óäîâëåòâîðÿåò òðåáîâàíèÿì ìíîãèõ ïðèëîæåíèé ñ ïëàâíûì çàïóñêîì. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ âðåìåíè ïëàâíîãî çàïóñêà ìîæíî óâåëè÷èòü åìêîñòü CSS èëè ñîïðîòèâëåíèå R1, ÷òîáû óìåíüøèòü çàðÿäíûé òîê ICHARGE êîíäåíñàòîðà CSS. Îäíàêî óâåëè÷åíèå íîìèíàëà ëþáîãî êîìïîíåíòà ìîæåò âûçâàòü ïðîáëåìû.  çàâèñèìîñòè îò êîíñòðóêöèè êîíäåíñàòîðà CSS åãî òîê óòå÷êè ìîæåò áûòü çíà÷èòåëüíûì. Êðîìå òîãî, áîëüøå íåëüçÿ áóäåò èãíîðèðîâàòü òîê áàçû òðàíçèñòîðà Q1. Íàïðèìåð, îáçîð êîíñòðóêöèé ìèêðîñõåì ØÈÌ-óïðàâëåíèÿ ïîêàçûâàåò, ÷òî òîê ISOURCE, âûòåêàþùèé èç âûâîäà COMP, îáû÷íî ðàâåí 1 ìÀ. Åñëè ìèíèìàëüíûé êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà èñïîëüçóåìîãî â êà÷åñòâå Q1 òðàíçèñòîðà 2N3906 ðàâåí 80, òîê áàçû Q1 äîëæåí ñîñòàâëÿòü íå

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

ìåíåå 12.5 ìêÀ. Áàçîâûé òîê, âûòåêàÿ èç âûâîäà áàçû Q1, äîáàâëÿåòñÿ ê çàðÿäíîìó òîêó CSS. Åñëè â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 èñïîëüçóþòñÿ êîíäåíñàòîð CSS åìêîñòüþ 1 ìêÔ è ðåçèñòîð R1 ñîïðîòèâëåíèåì 1 ÌÎì, ìîæíî áûëî áû îæèäàòü, ÷òî íîìèíàëüíàÿ ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè çàðÿäà ðàâíà 1 ñåêóíäå ïðè ñðåäíåì çàðÿäíîì òîêå IAVG, èäóùåì ÷åðåç R1, ðàâíîì 2.5 ìêÀ. Îäíàêî íà ñàìîì äåëå çàðÿäíûé òîê ñîñòàâëÿåò 15 ìêÀ, ïðåäñòàâëÿÿ ñîáîé ñóììó çàðÿäíîãî òîêà 2.5 ìêÀ è áàçîâîãî òîêà Q1 12.5 ìêÀ, à âðåìÿ ïëàâíîãî çàïóñêà îêàçûâàåòñÿ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå íîìèíàëüíîãî çíà÷åíèÿ.  êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû ñõåìà íà Ðèñóíêå 2 ëó÷øå ïîäõîäèò äëÿ òàêèõ ïðèëîæåíèé, êàê çàðÿäíûå óñòðîéñòâà àêêóìóëÿòîðîâ, êîòîðûå òðåáóþò áîëåå äëèòåëüíîãî èëè áîëåå òî÷íîãî âðåìåíè ïëàâíîãî çàïóñêà. Äîáàâëåíèå âòîðîãî òðàíçèñòîðà äëÿ ñîçäàíèÿ ñîñòàâíîãî p-n-p/n-p-n òðàíçèñòîðà ïîçâîëÿåò ïîääåðæèâàòü ôóíêöèþ ïëàâíîãî çàïóñêà. Îáùåå óñèëåíèå òîêà ñõåìû ðàâíî ïðîèçâåäåíèþ êîýôôèöèåíòîâ ïåðåäà÷è òîêà òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2, èëè 70 × 60 = 4200, ÷òî íàìíîãî ïðåâûøàåò óñèëåíèå îäíîãî òðàíçèñòîðà, ðàâíîå 60. Áîëåå âûñîêèé êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà óìåíüøàåò áàçîâóþ ñîñòàâëÿþùóþ çàðÿäíîãî òîêà âñåãî äî 338 íÀ. Îñöèëëîãðàììû íà Ðèñóíêå 3 ïîçâîëÿþò ñðàâíèòü îòêëèêè îáåèõ ñõåì. Òåìíî-çåëåíàÿ êðèâàÿ ïîêàçûâàåò, ÷òî ñõåìà íà Ðèñóíêå 2 îáåñïå÷èâàåò îæèäàåìûé 1-ñåêóíäíûé èíòåðâàë âðåìåíè ïëàâ-

79

Ðèñóíîê 3. Òåìíî-çåëåíàÿ êðèâàÿ ïîêàçûâàåò, ÷òî ñõåìà íà Ðèñóíêå 2 îáåñïå÷èâàåò îæèäàåìûé 1-ñåêóíäíûé èíòåðâàë âðåìåíè ìåäëåííîãî çàïóñêà, à ñâåòëî-çåëåíàÿ êðèâàÿ èëëþñòðèðóåò ñëèøêîì êîðîòêîå âðåìÿ çàïóñêà ñõåìû íà Ðèñóíêå 1.

íîãî çàïóñêà, à ñâåòëî-çåëåíàÿ êðèâàÿ èëëþñòðèðóåò ñëèøêîì êîðîòêîå âðåìÿ çàïóñêà ñõåìû íà Ðèñóíêå 1. Ñõåìà, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóí-êå 2, íå òîëüêî îáåñïå÷èâàåò áîëåå òî÷íîå íàðàñòàíèå íàïðÿæåíèÿ ïëàâíîãî çàïóñêà, íî è ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü êîíäåí-

80

ñàòîðû ìåíüøåãî ðàçìåðà, íàïðèìåð, ìíîãîñëîéíûå êåðàìè÷åñêèå, ÷òîáû óìåíüøèòü ïëîùàäü ïå÷àòíîé ïëàòû è ñíèçèòü ñòîèìîñòü êîìïîíåíòîâ. Õîòÿ ñîåäèíåííàÿ ïî ñõåìå Äàðëèíãòîíà ïàðà òðàíçèñòîðîâ òàêæå îáåñïå÷èâàëà áû âûñîêèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî òîêó, åå âûõîäíîé òðàíçèñòîð íå ìîã áû íàñûùàòüñÿ, ÷òî íåîáõîäèìî äëÿ òîãî, ÷òîáû â âûêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè íà âûâîäå COMP ìèêðîñõåìû IC1 ïîääåðæèâàëîñü íàïðÿæåíèå íèæå 1 Â.

P-n-p òðàíçèñòîð Q1 â ñîñòàâíîì p-n-p/n-p-n òðàíçèñòîðå íà Ðèñóíêå 2 ìîæåò íàñûùàòüñÿ, à n-p-n òðàíçèñòîð Q2 ïîääåðæèâàåò óïðàâëÿåìîå íàïðÿæåíèå íàñûùåíèÿ íà óðîâíå, çíà÷èòåëüíî ìåíüøåì 1  âî âñåì äèàïàçîíå ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð ñõåìû. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments UC3842N 2. Datasheet Texas Instruments UC3844N 3. Datasheet Texas Instruments UC3844N 4. Datasheet Texas Instruments UC3845N

ÑÕÅÌÛ

Èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü íà îñíîâå ñäâîåííîãî ÎÓ Jerald Graeme EDN

ÕÕîòÿ ìîíîëèòíûå èíñòðóìåíòàëüíûå óñè-

ëèòåëè äåøåâëå, ÷åì èõ äèñêðåòíûå è ìîäóëüíûå ïðåäøåñòâåííèêè, íåáîëüøîé àññîðòèìåíò ìîíîëèòíûõ èíñòðóìåíòàëüíûõ óñèëèòåëåé îãðàíè÷èâàåò èõ èñïîëüçîâàíèå. Îäíàêî âûáîð âîçìîæíûõ ðåøåíèé ìîæíî ðàñøèðèòü, ïîëó÷èâ äèôôåðåíöèàëüíûé îòêëèê èíñòðóìåíòàëüíîãî óñèëèòåëÿ îò ñäâî-

V1

–

IC1A

VOUT

+

R 10k

RG 204 R 10k

R 10k

R 10k

–

IC1B +

V2

åííîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (Ðèñóíîê 1). Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ øóìîâ è âõîäíûõ òîêîâ ñìåùåíèÿ áîëåå íèçêèõ, ÷åì ìîæíî ïîëó÷èòü îò ìîíîëèòíûõ èíñòðóìåíòàëüíûõ óñèëèòåëåé, â ñõåìå èñïîëüçóþòñÿ îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè (ÎÓ) ñ ïîëåâûìè òðàíçèñòîðàìè íà âõîäàõ. Íà Ðèñóíêå 1 öåïè îáðàòíîé ñâÿçè äâóõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé ñîåäèíåíû ìåæäó ñîáîé òàê, ÷òîáû IC1B áûë èíâåðòèðóþùèì óñèëèòåëåì â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè IC1A. Êàæäûé óñèëèòåëü ïîääåðæèâàåò âûñîêîèìïåäàíñíûé âõîä âíåøíåãî ñèãíàëà, òðåáóåìûé äëÿ èíñòðóìåíòàëüíîãî óñèëèòåëÿ. (Âõîäíîé òîê ñìåùåíèÿ ýòîé ñõåìû ïðè òåìïåðàòóðå 25 °C ñîñòàâëÿåò 2 ïÀ). Îáðàòíûå ñâÿçè ñ âûõîäîâ îáîèõ óñèëèòåëåé óñòàíàâëèâàþò íà ðåçèñòîðå RG íàïðÿæåíèå, ðàâíîå (V1 – V2). Ïîýòîìó ñèãíàëüíûé òîê â êîìáèíèðîâàííîé öåïè îáðàòíîé ñâÿçè ïðîïîðöèîíàëåí äèôôåðåíöèàëüíîìó âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ è îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëåí âåëè÷èíå ñîïðîòèâëåíèÿ RG. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOUT ðàâíî G(V1 – V2), òî åñòü

10k 50 pF ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: æ R ö VOUT = 2 çç1 + ÷÷( V1 - V2 ).

R G ø è IC1 – OPA2111.

Ðèñóíîê 1. Îáåñïå÷èâ îáùèé ïóòü ñèãíàëà îáðàòíîé ñâÿçè äëÿ äâóõ ñòîðîí ñäâîåííîãî ÎÓ, ìîæíî ñäåëàòü èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

æ R ö ÷÷( V1 - V2 ).

VOUT = 2 çç1 + è RG ø Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà RG âûáèðàþò, èñõîäÿ èç æåëàåìîãî êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ G, êîòîðûé ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ îò çíà÷åíèÿ 2 (RG îòñóòñòâóåò) äî ìàêñèìóìà, îãðà-

81

íè÷åííîãî òîëüêî êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ ÎÓ áåç îáðàòíîé ñâÿçè, äîïóñòèìîé îøèáêîé óñèëåíèÿ è òðåáóåìîé ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 îáåñïå÷èâàåò ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ 2 êÃö ïðè êîýôôèöèåíòå óñèëåíèÿ 2000.  öåëîì ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 2 ÌÃö/G. Áîëåå òîãî, âûõîäíîå ñìåùåíèå ðàâíî ðàçíîñòè ñìåùåíèé îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé, óìíîæåííîé íà G. Âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé èíñòðóìåíòàëüíûõ óñèëèòåëåé ÿâëÿåòñÿ ñïîñîáíîñòü ïîäàâëåíèÿ ñèíôàçíîãî ñèãíàëà ïîñòîÿííîãî òîêà, êîòîðàÿ äëÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 çàâèñèò ãëàâíûì îáðàçîì îò ñîãëàñîâàíèÿ ñîïðîòèâëåíèé ÷åòûðåõ ðåçèñòîðîâ, îáîçíà÷åííûõ R. Êîýôôèöèåíò ïîäàâëåíèÿ ñèíôàçíîãî ñèãíàëà ïîñòîÿííîãî òîêà íàõîäèòñÿ â îáðàòíîé çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èíû ðàññîãëàñîâàíèÿ ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ, òî åñòü ïðè äîïóñòèìîì îòêëîíåíèè 0.01% îí âûðàæàåòñÿ îòíîøåíèåì 10,000 ê 1 (–80 äÁ). Ñ äðóãîé ñòîðîíû, êîýôôèöèåíò ïîäàâëåíèÿ ñèíôàçíîãî ñèãíàëà ïåðåìåííîãî òîêà îãðàíè÷åí íåðàâåíñòâîì êîýôôèöèåíòîâ îáðàòíîé ñâÿçè îïåðà-

82

öèîííûõ óñèëèòåëåé. Öåïü â çàòåìíåííîé îáëàñòè ñõåìû ïîçâîëÿåò êîìïåíñèðîâàòü âëèÿíèå íåðàâåíñòâà êîýôôèöèåíòîâ îáðàòíîé ñâÿçè òàì, ãäå ýòî íåîáõîäèìî – â ïðèëîæåíèÿõ, â êîòîðûõ ÷àñòîòà ñèíôàçíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðåâûøàåò äèàïàçîí ÷àñòîò ïîëåçíûõ ñèãíàëîâ. Íàêîíåö, îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ðàçìàõ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ IC1B (êîìáèíàöèÿ äèôôåðåíöèàëüíîãî è ñèíôàçíîãî ñèãíàëîâ) øèðå äèàïàçîíà VOUT. Ýòî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíî

2V1 +

R ( V1 - 2V2 ) RG

è äîëæíî îñòàâàòüñÿ â ïðåäåëàõ äîïóñòèìîãî äèàïàçîíà ñèíôàçíûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, ÷òîáû îáåñïå÷èòü åãî ðàáîòó â ëèíåéíîì ðåæèìå. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments OPA2111

ÑÕÅÌÛ

Èçîëèðîâàííàÿ ñõåìà ëèíåéíîãî óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ ïåðåìåííîãî òîêà Sajjad Haidar EDN

Ó

Óïðàâëåíèå ìîùíîñòüþ ñ èñïîëüçîâàíèåì àêòèâíîãî óñòðîéñòâà, òàêîãî êàê MOSFET, â ëèíåéíîé îáëàñòè – íå ñàìûé ýôôåêòèâíûé ñïîñîá. Îäíàêî åñëè äèàïàçîí ðåãóëèðóåìîé ìîùíîñòè îãðàíè÷åí îïðåäåëåííûìè ïðåäåëàìè, èñïîëüçîâàíèå êîìïîíåíòà â ëèíåéíîé îáëàñòè ìîæåò áûòü íåïëîõèì âûáîðîì. Íàïðèìåð, åñëè íóæíî êîíòðîëèðîâàòü ìîùíîñòü 45-âàòòíîãî ïàÿëüíèêà â äèàïàçîíå îò 35 Âò äî 45 Âò, àêòèâíîå óñòðîéñòâî áóäåò ðàññåèâàòü ïðèìåðíî îò 4 Âò äî 0.1 Âò.

Ñ ó÷åòîì ýòîãî áûëà ðàçðàáîòàíà ñõåìà, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 1. Äëÿ ïèòàíèÿ ñâåòîäèîäà îïòîèçîëèðîâàííîãî äðàéâåðà MOSFET VOM1271 èñïîëüçóåòñÿ ïðîñòîé èñòî÷íèê òîêà. Ìàêñèìàëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOM1271 ñîñòàâëÿåò 8.4 Â. Èç Ðèñóíêà 2 âèäíî, ÷òî çàâèñèìîñòü âûõîäíîãî òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ISC îò âõîäíîãî ïðÿìîãî òîêà IF ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíà. Âûõîä îïòîèçîëÿòîðà âåäåò ñåáÿ êàê èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà, ïîêà íàïðÿæåíèå íà íåì íå ïðèáëèçèòñÿ ê íàïðÿæåíèþ õîëîñòîãî õîäà

+5 Â

+

Èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà

VGS

C3 + R3 200R

10µF

R4 10K

Q3 TK12A60U

Îïòîèçîëèðîâàííûé äðàéâåð MOSFET D1 LED

R2 18R

+ IF

PV

0Â

D2 12 Â

R5 500K

R8 1R Q2 BS108

ÍÀÃÐÓÇÊÀ 45 Âò

115 Â, AC

– VOM1271

Q1 2N2904 R1 350R

R6 10K 0Â

Q4 TK12A60U

R7 200K C1 0.2µF

R9 1R

0Â

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ëèíåéíîãî óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ ïåðåìåííîãî òîêà.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

83

Òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, ISC (ìêÀ)

80

íèå VGS ïðèáëèæàåòñÿ ê íàïðÿæåíèþ èçëîìà õàðàêòåðèñòèêè VKNEE ñ íàêëîíîì (ñêîðîñòüþ) m1. Íàêëîí ïðèáëèçèòåëüíî ïðîïîðöèîíàëåí

VOM1271

70 60

1 , R5 + R6 + R7

50 40 Íàêëîí: 1.73 30 20 10 0 0

10

20 30 Ïðÿìîé òîê, IF (ìÀ)

40

50

Ðèñóíîê 2. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà îïòîèçîëÿòîðà.

45

IF = 6.5 ìÀ, VGS = 4.71  IF = 8.2 ìÀ, VGS = 5.12  IF = 9.7 ìÀ, VGS = 5.29 Â

200

40

160 Íàïðÿæåíèå íàãðóçêè (Â)

35 30

í m2

25 20

Í àê ë î

Ïðÿìîé òîê ñâåòîäèîäà îïòðîíà, IF (ìÀ)

(~8 Â). Ýòî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ óïðàâëåíèÿ MOSFET ñ ïîðîãîâûì íàïðÿæåíèåì VTH ìåíåå 8 Â. Ñëîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ MOSFET â ëèíåéíîì ðåæèìå çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äàæå â îäíîé ïàðòèè óñòðîéñòâ ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ çàòâîð-èñòîê (VGS) ðàçëè÷àþòñÿ. Ñðàçó ïîñëå ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ òîê ñòîêà áûñòðî óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè íåáîëüøîì èçìåíåíèè VGS [1]. MOSFET Q2 íà âûõîäå îïòîèçîëÿòîðà ñìåùåí òàêèì îáðàçîì, ÷òî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, ïîäàâàåìîå íà çàòâîðû Q3 è Q4 (VGS), èçìåíÿåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ êðóòèçíîé õàðàêòåðèñòèêè Q3 è Q4. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü ïðÿìîãî òîêà ñâåòîäèîäà îïòîèçîëÿòîðà (IF) îò íàïðÿæåíèÿ VGS. Ïðè ìàëîì òîêå IF íàïðÿæå-

ïîñêîëüêó R5 + R6 + R7 >> R4. Ðåãóëèðîâêîé ïîäñòðîå÷íîãî ðåçèñòîðà R7 ìîæíî ñäåëàòü òàê, ÷òîáû íàïðÿæåíèå VKNEE áûëî áëèçêèì ê ïîðîãîâûì íàïðÿæåíèÿì Q3 è Q4 (ïðèìåðíî îò 4 äî 5 Â). Ïîñëå òî÷êè èçëîìà VGS ñ èçìåíåíèåì IF èçìåíÿåòñÿ ìåäëåííåå, è íàêëîí m2 ñòàíîâèòñÿ áîëåå êðóòûì è ïîõîæèì íà çàâèñèìîñòü ID îò VGS äëÿ MOSFET. Íàêëîí m2 ðåãóëèðóåòñÿ ïîäñòðîå÷íûì ðåçèñòîðîì R4 (m2 µ 1/R4). Êàê âèäíî èç ñõåìû, Q3 è Q4 âêëþ÷åíû òàê, ÷òîáû ïðîïóñêàòü ïåðåìåííûé òîê.  êà÷åñòâå íàãðóçêè, óïðàâëÿåìîé ñõåìîé, èñïîëüçóåòñÿ 45-âàòòíûé ïàÿëüíèê. Ââèäó òîãî, ÷òî ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ Q3 è Q4 ìîãóò ðàçëè÷àòüñÿ, äëÿ ÷àñòè÷íîé êîìïåíñàöèè ýòîãî ðàçáðîñà âêëþ÷åíû ðåçèñòîðû R8 è R9 ñîïðîòèâëåíèåì 1 Îì. Ïîñêîëüêó íà çàòâîðû Q3 è Q4 ïîäàåòñÿ îäíî è òî æå íàïðÿæåíèå, ñ ðîñòîì òîêà íàãðóçêè ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ýòèõ ðåçèñòîðàõ óâåëè÷èâàåòñÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ID. Íîìèíàëû R8 è R9 ñëåäóåò âûáèðàòü ñ ó÷åòîì òîêà íàãðóçêè: ÷åì áîëüøå íàãðóçêà, òåì íèæå ñîïðîòèâëåíèÿ. Íàïðÿæåíèå íà íàãðóçêå ïðè ðàçíûõ óðîâíÿõ ìîùíîñòè ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 4.

15 10 5

Í

0 0.0

1.0

ím àê ë î

1

VKNEE

6.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Íàïðÿæåíèå çàòâîð-èñòîê, VGS (Â)

IF = 12.5 ìÀ, VGS = 5.56  IF = 24.2 ìÀ, VGS = 6.08 Â

120 80 40 0 -40 -80 -120 -160

7.0

-200 0

10

20

30

40

50

Âðåìÿ (ìñ)

Ðèñóíîê 3. Çàâèñèìîñòü ïðÿìîãî òîêà ñâåòîäèîäà îïòîèçîëÿòîðà îò íàïðÿæåíèÿ çàòâîð-èñòîê.

84

Ðèñóíîê 4. Íàïðÿæåíèå íà íàãðóçêå ïðè ðàçíûõ óðîâíÿõ ìîùíîñòè.

ÑÕÅÌÛ

Íåáîëüøîé äèñáàëàíñ ìåæäó ïîëîæèòåëüíîé è îòðèöàòåëüíîé ïîëóâîëíàìè, îñîáåííî ïðè íåáîëüøîé ìîùíîñòè, îáúÿñíÿåòñÿ ðàçëè÷èÿìè çíà÷åíèé VTH. Ôîðìà íàïðÿæåíèé î÷åíü ïîõîæà íà îãðàíè÷åííóþ ñèíóñîèäó. Îäíàêî âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî ýòè èñêàæåíèÿ ïðèâåäóò ê âîçíèêíîâåíèþ ðàäèî÷àñòîòíûõ ïîìåõ, ìåíüøå, ÷åì ïðè ñèãíàëàõ, ïîëó÷àþùèõñÿ ïðè îáû÷íîì ñèìèñòîðíîì óïðàâëåíèè. Äëÿ óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ çäåñü èñïîëüçóåòñÿ èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî òîêà, íî åãî ìîæíî çàìåíèòü ëþáîé äðóãîé ñõåìîé óïðàâëåíèÿ. Îïòè÷åñêàÿ èçîëÿöèÿ çàùèòèò ñõåìó

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

óïðàâëåíèÿ îò íàïðÿæåíèÿ ñåòè. Õîòÿ ýòà ñõåìà èñïîëüçóåòñÿ çäåñü äëÿ óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ ïåðåìåííîãî òîêà, îíà ïîäõîäèò è äëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà. ÐË

Ññûëêè 1. Electronics – Circuits and Systems, Owen Bishop, Elsevier, 2011, pg. 63.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Vishay VOM1271T 2. Datasheet onsemi BS108 3. Datasheet ToshibaTK12A60U

85

Ãèñòåðåçèñ êîìïàðàòîðà çàâèñèò îò óðîâíÿ ñèãíàëà P Krehlik, L Sliwczynski EDN

È

Èíîãäà áûâàåò íóæíî îöåíèòü ðàçëè÷èå äâóõ íàïðÿæåíèé ñ ïîìîùüþ ðåøåíèÿ, îñíîâàííîãî íà èñïîëüçîâàíèè íåêîòîðîãî ãèñòåðåçèñà. Ïðè èçìåíåíèè óðîâíåé ñðàâíèâàåìûõ ñèãíàëîâ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ (íàïðèìåð, íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ) øèðèíà ïåòëè ãèñòåðåçèñà äîëæíà èçìåíÿòüñÿ àíàëîãè÷íûì îáðàçîì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ïîñòîÿííîå ñîîòíîøåíèå ìåæäó øèðèíîé ãèñòåðåçèñà è óðîâíåì ñèãíàëà. Ñ òàêîé ñèòóàöèåé ìîæíî ñòîëêíóòüñÿ, íàïðèìåð, êîãäà íåîáõîäèìî ðåøèòü, â êàêîì èç äâóõ êàíàëîâ ïåðåäà÷è ñèãíàë «áîëåå âûñîêîãî êà÷åñòâà» (îäèí ñ áîëåå âûñîêèì óðîâíåì). ×òîáû èçáåæàòü ïîñòîÿííûõ èçìåíåíèé â ðåçóëüòàòàõ ñðàâíåíèÿ, êîãäà óðîâíè ñèãíàëîâ áëèçêè äðóã ê äðóãó, íóæåí ãèñòåðåçèñ.  ýòîì ñëó÷àå ëó÷øå âñåãî âûáèðàòü áîëüøåå íàïðÿæåíèå, îñíîD2

VI2

R2 3.3k

VI1

æ VI1, I2 ö ÷÷ , VO1, O 2 = - VT ln çç è RIS ø ãäå

VT =

kT » 25 ì q

ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå, à IS – òîê íàñûùåíèÿ p-n ïåðåõîäà. Ïðè âûâîäå ôîðìóëû

VO2 IC1 = LM324 R3 1k

– IC1B +

VO3 + IC1C –

R4 100k R1 3.3k

âûâàÿñü íà ñîîòíîøåíèè ñèãíàëîâ, à íå ñðàâíèâàòü èõ íàïðÿìóþ. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ñõåìà ñ ãèñòåðåçèñîì, çàâèñÿùèì îò ñèãíàëà. Óñèëèòåëè IC1A è IC1B è ñâÿçàííûå ñ íèìè ðåçèñòîðû è äèîäû R1, R2, D1 è D2 ðàáîòàþò êàê ëîãàðèôìè÷åñêèå ïðåîáðàçîâàòåëè, âûðàáàòûâàþùèå âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ

+ IC1A –

R5 1k

– IC1D +

VO4

R8 33k

R6 100k R7 15k

D1

R9 1k

D3 – D8

VO1

Ðèñóíîê 1. Øèðèíà ïåòëè ãèñòåðåçèñà, ïðîïîðöèîíàëüíàÿ âåëè÷èíå ñèãíàëà, ïîçâîëÿåò ñðàâíèâàòü ñèãíàëû â øèðîêîì äèàïàçîíå óðîâíåé.

86

ÑÕÅÌÛ

ïðåäïîëàãàëîñü, ÷òî R1 = R2 = R. Çàòåì íàïðÿæåíèÿ VO1 è VO2 îáúåäèíÿþòñÿ â ñóììèðóþùåì óñèëèòåëå IC1C. Åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî R3 = R5, R4 = R6 è äèîäû ïîäîáðàíû ïî ïðÿìûì íàïðÿæåíèÿì, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óñèëèòåëÿ IC1C áóäåò ðàâíî

VO3

æV ö R R = 4 ( VO 2 - VO3 ) = VT 4 ln çç I1 ÷÷ .

R3 R 3 è VI2 ø

Òàêèì îáðàçîì, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óñèëèòåëÿ ïðîïîðöèîíàëüíî îòíîøåíèþ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé. Ïîñëåäíèé óñèëèòåëü â ñõåìå (IC1D) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñòàíäàðòíûé èíâåðòèðóþùèé êîìïàðàòîð ñ ãèñòåðåçèñîì, ñèììåòðè÷íûì îòíîñèòåëüíî íóëÿ, è ïîðîãîâûìè óðîâíÿìè:

VH+ = VO+ 4

R7 R7 + R8

VH- = VO- 4

R7 .

R7 + R8

è

Ðàçìàõ íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå ñõåìû – VO4 ) ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé îãðàíè÷èòåëÿ, ñîñòîÿùåãî èç ðåçèñòîðà R9 è äèîäîâ D3–D8. Óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VO4 èçìåíÿ+ åòñÿ, êîãäà VO3 > VH (ñòàíîâèòñÿ íèçêèì) èëè + (VO4 ,

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

–

VO3 < VH (ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì). Â ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèìè óñëîâèÿìè

æ V+ R ö V I1 > VI 2 exp çç H × 3 ÷÷ è VT R 4 ø èëè

æ V- R ö V I1 < VI 2 exp çç H × 3 ÷÷ . è VT R 4 ø Êîíñòðóêöèÿ ïîçâîëÿåò ðàçëè÷àòü äâà ñèãíàëà, ïðîöåíòíîå ñîîòíîøåíèå óðîâíåé êîòîðûõ óñòàíàâëèâàåòñÿ âíåøíèìè êîìïî+ – íåíòàìè R3, R4, R7 è R8. Êîãäà VO4 = |VO4 |, âõîäû VI1 è VI2 ñèììåòðè÷íû. Ïðè èñïîëüçîâàíèè íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ, óêàçàííûõ íà ñõåìå, âûõîäíîå ñîñòîÿíèå êîìïàðàòîðà èçìåíÿåòñÿ, êîãäà îäèí âõîäíîé ñèãíàë ïðèìåðíî íà 30% áîëüøå äðóãîãî. Åñëè ñõåìà äîëæíà ðàáîòàòü â øèðîêîì äèàïàçîíå òåìïåðàòóð, ñëåäóåò ó÷èòûâàòü òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü ïîðîãîâûõ óðîâíåé.  ñõåìå ïðèìåíåí ñ÷åòâåðåííûé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü LM324. Åñëè èñïîëüçîâàòü rail-to-rail óñèëèòåëü (íàïðèìåð, LMC6484), âûõîäíîé îãðàíè÷èòåëü áóäåò íå íóæåí. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM324 2. Datasheet Texas Instruments LMC6484

87

Óíèâåðñàëüíûé ëèíåéíûé ðåãóëÿòîð íà îñíîâå LP2951, óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì Anthony Smith EDN

Ë

Ëèíåéíûé ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ LP2951 îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿ â ïðèëîæåíèÿõ, òðåáóþùèõ çàäàííîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, êîòîðîå ìîæíî ëåãêî óñòàíîâèòü ñ ïîìîùüþ äâóõ ðåçèñòîðîâ. Óñòðîéñòâî îáåñïå÷èâàåò ñòàáèëèçàöèþ ïðè ìàëîì ïàäåíèè íàïðÿæåíèÿ íà ïðîõîäíîì òðàíçèñòîðå â øèðîêîì äèàïàçîíå âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé îò 1.235  äî ïðèìåðíî 30 Â. Áëàãîäàðÿ íèçêîé öåíå è äîñòóïíîñòè ó íåñêîëüêèõ ïðîèçâîäèòåëåé (âêëþ÷àÿ MaxLinear, Microchip, ON Semiconductor è Texas Instruments), ïðèáîð ñòàë ïîïóëÿðíûì

CIN

+ NC

2

8 VIN SENSE

Ïðèìå÷àíèÿ: CIN, COUT, C1: ñì. äîêóìåíòàöèþ íà LP2951.

R1, R2, R3: ñì. òåêñò.

VOUT

1

3 6 SD LP2951 VTAP NC NC + Íàïð.

– 7 ïèòàíèÿ NC 5 ERROR FB (30 Â ìàêñ.)

GND 4 VREF

VOUT R1

C1

+

COUT

R3 Óïðàâë.

R2 íàïðÿæåíèå VC GND (0 Â)

Ðèñóíîê 1. Îáû÷íóþ ñõåìó ìîæíî ïðåâðàòèòü â ãîðàçäî áîëåå óíèâåðñàëüíûé è ãèáêèé ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ.

88

âûáîðîì äëÿ ñõåì, êîòîðûì íåîáõîäèì ìèêðîìîùíûé ðåãóëÿòîð, ñïîñîáíûé îòäàâàòü â íàãðóçêó òîê äî 100 ìÀ. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1, ãäå ðåçèñòîðû R1 è R2 çàäàþò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå â ñîîòâåòñòâèè ñî ñëåäóþùåé ïðîñòîé ôîðìóëîé:

æ R ö VOUT = VREF çç1 + 1 ÷÷ +IFB R1 [Â] . è R2 ø Çäåñü VREF – íàïðÿæåíèå âíóòðåííåãî îïîðíîãî èñòî÷íèêà (òèïîâîå çíà÷åíèå 1.235 Â) íà âûâîäå îáðàòíîé ñâÿçè FB, IFB – òîê, âõîäÿùèé â âûâîä îáðàòíîé ñâÿçè. Îáû÷íî IFB èìååò ïîðÿäîê 20 íÀ, ïîýòîìó ïðè óñëîâèè, ÷òî ñîïðîòèâëåíèå R1 íå ñëèøêîì âåëèêî, îøèáêîé, âíîñèìîé IFB, ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, è âûðàæåíèå äëÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óïðîùàåòñÿ äî:

æ R ö VOUT = VREF çç1 + 1 ÷÷ [Â] . è R2 ø Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæíî ðåãóëèðîâàòü, åñëè ïîñòîÿííûé ðåçèñòîð R1 çàìåíèòü

ÑÕÅÌÛ

ïåðåìåííûì ñîïðîòèâëåíèåì, íàïðèìåð ïîäñòðîå÷íûì ðåçèñòîðîì. Ïðè ñîîòâåòñòâóþùåì âûáîðå ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðà R2 ýòî ïîçâîëèò èçìåíÿòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOUT â øèðîêîì äèàïàçîíå, âïëîòü äî ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ îêîëî 30 Â. Íåñìîòðÿ íà ñâîþ ãèáêîñòü, ýòîò ïîäõîä èìååò îãðàíè÷åíèÿ.  ÷àñòíîñòè, åãî ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ óñòàíîâêè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ òîëüêî îäíîãî ðåãóëÿòîðà, à íåîáõîäèìîñòü ðó÷íîé ðåãóëèðîâêè ïîòåíöèîìåòðà íå äàåò âîçìîæíîñòè ïðÿìîãî ëèíåéíîãî ýëåêòðîííîãî óïðàâëåíèÿ. Êðîìå òîãî, èç ïðèâåäåííîé âûøå ôîðìóëû ñëåäóåò, ÷òî äàæå ïðè íóëåâîì ñîïðîòèâëåíèè R1 âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOUT íå ìîæåò áûòü ìåíüøå, ÷åì VREF (1.235 Â). Îäíàêî äîáàâëåíèå âñåãî îäíîãî äîïîëíèòåëüíîãî ðåçèñòîðà R3 ïîçâîëÿåò íàïðÿìóþ óïðàâëÿòü âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì ñ ïîìîùüþ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ VC (Ðèñóíîê 1). Çàâèñèìîñòü ìåæäó VOUT è VC ÿâëÿåòñÿ îáðàòíîé è ëèíåéíîé, ò.å. ñ óâåëè÷åíèåì VC ïðîïîðöèîíàëüíî óìåíüøàåòñÿ VOUT. Ïðè ñîáëþäåíèè îïðåäåëåííûõ óñëîâèé ýòó çàâèñèìîñòü ìîæíî óñòàíîâèòü ïðàêòè÷åñêè ëþáîé. Áîëåå òîãî, åñòü äîïîëíèòåëüíûé

áîíóñ, çàêëþ÷àþùèéñÿ â òîì, ÷òî òåïåðü VOUT ìîæåò îïóñêàòüñÿ íèæå VREF. Ôàêòè÷åñêè, ýòîò ìåòîä ïîçâîëÿåò íàïðÿæåíèþ VOUT ïðèáëèæàòüñÿ ê óðîâíþ çåìëè (0 Â). Ýòà ñõåìà ïîçâîëÿåò îòíîñèòåëüíî «ñëàáîìó» íàïðÿæåíèþ (íàïðèìåð, ïîëó÷àåìîìó ñ âûõîäà ÖÀÏ èëè îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ) óïðàâëÿòü ãîðàçäî áîëåå âûñîêèìè óðîâíÿìè íàïðÿæåíèÿ è ìîùíîñòè. Îíà òàêæå ïîçâîëÿåò ñ ïîìîùüþ îäíîãî íàïðÿæåíèÿ óïðàâëÿòü íåñêîëüêèìè ðåãóëÿòîðàìè, êàæäûé èç êîòîðûõ ìîæåò èìåòü ñâîþ óíèêàëüíóþ õàðàêòåðèñòèêó óïðàâëåíèÿ. Ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ R1, R2 è R3, íåîáõîäèìûå äëÿ çàäàíèÿ òðåáóåìîé çàâèñèìîñòè VOUT îò VC, ðàññ÷èòûâàþòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ôîðìóë íà Ðèñóíêå 2, ãäå VOUT(MIN) – íàèìåíüøåå òðåáóåìîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, êîòîðîå äîëæíî óñòàíîâèòüñÿ ïðè ìàêñèìàëüíîì çíà÷åíèè VC (VC(MAX)), è VOUT(MAX) – ìàêñèìàëüíîå òðåáóåìîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå óïðàâëÿþùåìó íàïðÿæåíèþ VC, ðàâíîìó íóëþ. Ïðè ðàñ÷åòå k çà âåëè÷èíó îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF ìîæíî ïðèíÿòü åãî òèïîâîå çíà÷åíèå 1.235 Â.

Ôîðìóëû: k=

VREF ( VOUT (MAX ) - VOUT (MIN) ) VREF ( VOUT (MIN) - VC(MAX ) - VOUT (MAX ) ) + VC(MAX ) × VOUT (MAX )

R1 =

kR 3 ( VOUT (MAX ) - VREF ) VREF (k + 1)

R 2 = kR 3 VOUT =

(1)

(2) (3)

VREF (R1 × R 2 + R1 × R 3 + R 2 × R 3 ) - VC × R1 × R 2 R2 × R3

(4)

Óñëîâèÿ: VOUT (MAX ) > VREF

VC(MAX ) × VOUT (MAX ) VREF

(1)

> VOUT (MIN) - VC(MAX ) - VOUT (MAX )

(2)

Ðèñóíîê 2. Ýòè ôîðìóëû èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ðàñ÷åòà çíà÷åíèé R1, R2 è R3, íåîáõîäèìûõ äëÿ ïîëó÷åíèÿ æåëàåìîé çàâèñèìîñòè VOUT îò VC.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

89

Ïðèìåð 1  ýòîì ïðèìåðå ìû õîòèì ïîëó÷èòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå â äèàïàçîíå îò 1.0  äî 10 Â, èñïîëüçóÿ óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå îò íóëÿ äî 5.0 Â, òî åñòü, VOUT(MIN) = 1.0  ïðè VC(MAX) = = 5.0  è VOUT(MAX) = 10.0  ïðè VC = 0. Óñëîâèÿ (1) è (2) âûïîëíÿþòñÿ, ïîýòîìó ìû ìîæåì èñïîëüçîâàòü ôîðìóëó (1) äëÿ âû÷èñëåíèÿ k, êîòîðîå îêàçûâàåòñÿ ðàâíûì 0.34. Ïîäñòàâèâ ýòî çíà÷åíèå â ôîðìóëû (2) è (3) è ïîýêñïåðèìåíòèðîâàâ ñ ðàçëè÷íûìè ñîïðîòèâëåíèÿìè R3, ìû íàõîäèì, ÷òî ïîäõîäÿùè-

Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå (Â)

10 8

Ïðèìåð 1

6 4 2 0

0

0.5

1.0

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå (Â)

4.5

5.0

Ðèñóíîê 3. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé äëÿ ïðèìåðà 1, ãäå R1 = 27 êÎì, R2 = 5.1 êÎì, R3 = 15 êÎì è VIN = 12.0 Â.

90

ìè ñòàíäàðòíûìè íîìèíàëàìè ÿâëÿþòñÿ R1 = = 27 êÎì, R2 = 5.1 êÎì è R3 = 15 êÎì. Ðåçóëüòàòû äëÿ ýòîãî ïðèìåðà âçÿòû èç òåñòîâîé ñõåìû ñ âõîäíûì íàïðÿæåíèåì VIN = 12.0 Â, ïîäêëþ÷åííîé ê íàãðóçêå 330 Îì (Ðèñóíîê 3).

Ïðèìåð 2 Çäåñü íàì íóæíî ïîëó÷èòü VOUT(MIN) = 0.25  ïðè VC(MAX) = 2.0  è VOUT(MAX) = 25.0  ïðè VC = 0. Ïðè âûïîëíåíèè óñëîâèé (1) è (2) ôîðìóëà (1) äàåò çíà÷åíèå k = 1.80. Ïîäñòàíîâêà ýòîãî çíà÷åíèÿ â ôîðìóëû (2) è (3) äàåò ïîäõîäÿùèå ñòàíäàðòíûå íîìèíàëû R1 = 240 êÎì + + 7.5 êÎì, R2 = 36 êÎì è R3 = 20 êÎì. Ðåçóëüòàòû äëÿ ýòîãî ïðèìåðà âçÿòû èç òåñòîâîé ñõåìû ïðè ñîïðîòèâëåíèè íàãðóçêè RLOAD = 1 êÎì è VIN = 26.0  (Ðèñóíîê 4).

25 Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå (Â)

Îïðåäåëèâ k ñ ïîìîùüþ ôîðìóëû (1), âûáèðàåì ñòàíäàðòíûé íîìèíàë R 3, à çàòåì, èñïîëüçóÿ ôîðìóëû (2) è (3), âû÷èñëÿåì ñîïðîòèâëåíèÿ R1 è R2, ñîîòâåòñòâåííî. ×òîáû ïîëó÷èòü ïîäõîäÿùèå ñòàíäàðòíûå íîìèíàëû äëÿ R1 è R2, âîçìîæíî, ïîòðåáóåòñÿ ðàññìîòðåòü íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé ñîïðîòèâëåíèÿ R3. Ïîñëå òîãî, êàê íîìèíàëû R1, R2 è R3 îïðåäåëåíû, âåëè÷èíó âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VOUT äëÿ ëþáîãî çíà÷åíèÿ VC ìîæíî ðàññ÷èòàòü ñ ïîìîùüþ ôîðìóëû (4). Âàæíî âûïîëíèòü óñëîâèÿ, ïîêàçàííûå íà Ðèñóíêå 2. Ïåðâîå óñëîâèå òðåáóåò, ÷òîáû ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå VOUT áûëî áîëüøå, ÷åì VREF. Ýòî íåîáõîäèìî äëÿ òîãî, ÷òîáû ÷èñëèòåëü ôîðìóëû (2) íå ìîã áûòü îòðèöàòåëüíûì. Âûïîëíåíèå òðåáîâàíèé óñëîâèÿ (2) äàþò ãàðàíòèþ, ÷òî çíàìåíàòåëü ôîðìóëû (1) íå áóäåò íóëåâûì èëè îòðèöàòåëüíûì. Íåñêîëüêî ïðèìåðîâ ïîìîãóò ïðîèëëþñòðèðîâàòü ïðîöåññ ïðîåêòèðîâàíèÿ.

20 Ïðèìåð 2 Ïðèìåð 3

15 10 5 0

0

0.2

0.4

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 Óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå (Â)

2.8

2.0

Ðèñóíîê 4. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé äëÿ ïðèìåðîâ 2 è 3.

Ïðèìåð 7  ýòîì ïðèìåðå ìû õîòèì, ÷òîáû VOUT(MIN) = = 0.5  ïðè VC(MAX) = 2.0  è VOUT(MAX) = 12.0  ïðè VC = 0. Îáà óñëîâèÿ (1) è (2) âûïîëíÿþòñÿ, è ôîðìóëà (1) äàåò çíà÷åíèå k = 1.94. Ïîäñòàíîâêà ýòîãî çíà÷åíèÿ â ôîðìóëû (2) è (3) äàåò R1 = 270 êÎì è R2 = 91 êÎì ïðè R3 = 47 êÎì. Ðåçóëüòàòû áûëè èçìåðåíû íà òåñòîâîé ñõåìå ïðè RLOAD = 1 êÎì è VIN = 13.0  (Ðèñóíîê 4). Âñå ïðèâåäåííûå âûøå ïðèìåðû èëëþñòðèðóþò îáðàòíóþ çàâèñèìîñòü ìåæäó óïðàâëÿþùèì íàïðÿæåíèåì è âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì. Ïî ìåðå òîãî, êàê íàïðÿæåíèå VC óâåëè÷èâàåòñÿ, óâåëè÷èâàåòñÿ íàïðÿæåíèå íà âûâîäå FB, è öåïü îáðàòíîé ñâÿçè çàñòàâëÿåò ðåãóëÿòîð óìåíüøàòü VOUT, ÷òîáû ïîääåðæè-

ÑÕÅÌÛ

âàòü ïîòåíöèàë âûâîäà FB, ðàâíûì âíóòðåííåìó îïîðíîìó íàïðÿæåíèþ VREF. Êðîìå òîãî, â êàæäîì ïðèìåðå VOUT(MIN) ìåíüøå, ÷åì VREF (à â ïðèìåðå 2 çíà÷èòåëüíî ìåíüøå). Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæåò áûòü íèæå VREF, ïîñêîëüêó ïðè óâåëè÷åíèè VC äî ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ ðåãóëÿòîð äîëæåí ïîäòÿãèâàòü ñâîé âûõîä ê íóëþ, ÷òîáû óäåðæèâàòü íàïðÿæåíèå íà âûâîäå FB ðàâíûì VREF. Èìåéòå â âèäó, ÷òî ïðè î÷åíü ëåãêîé íàãðóçêå ðåãóëÿòîðà è/èëè ïðè îòíîñèòåëüíî áîëüøèõ ñîïðîòèâëåíèÿõ R1 è R2 èçìåðåííîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæåò îòëè÷àòüñÿ îò îæèäàåìîãî çíà÷åíèÿ, îñîáåííî ïðè íèçêèõ óðîâíÿõ VOUT. Ïî-âèäèìîìó, ýòî ñâÿçàíî ñ òðåáîâàíèÿìè ê ìèíèìàëüíîé íàãðóçêå LP2951. Ýòó ïðîáëåìó ìîæíî ðåøèòü,

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

óâåëè÷èâ òîê íàãðóçêè è/èëè óìåíüøèâ ñîïðîòèâëåíèÿ R1 è R2. Ïðèìåðû 2 è 3 ïîêàçûâàþò, ÷òî îäíî óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ êîíòðîëÿ äâóõ (èëè áîëåå) ðåãóëÿòîðîâ, èìåþùèõ î÷åíü ðàçíûå âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè. Ñ äîáàâëåíèåì âñåãî îäíîãî êîìïîíåíòà îáû÷íàÿ ñõåìà ïðåâðàùàåòñÿ â ãîðàçäî áîëåå óíèâåðñàëüíûé è ãèáêèé ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ, ñîõðàíÿþùèé âñå ïðåèìóùåñòâà (ìàëîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ, îãðàíè÷åíèå òîêà, çàùèòà îò ïåðåãðåâà è ò. ä.) ìèêðîñõåìû LP2951. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microchip LP2951

91

Ïèêîâûé äåòåêòîð ñ ôóíêöèÿìè âûáîðêè è âûêëþ÷åíèÿ Shyam Tiwari EDN

Ï

Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåäëåííîãî ÀÖÏ ñ áûñòðûì ïèêîâûì äåòåêòîðîì ðàçðàáîò÷èêè ñòàëêèâàþòñÿ ñ ñåðüåçíîé ïðîáëåìîé. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïîçâîëÿåò ìåäëåííîìó ÀÖÏ èçìåðÿòü áûñòðûå ïèêè äèñêðåòèçèðóåìîãî ñèãíàëà.  100-ìåãàãåðöîâîì ïèêîâîì äåòåêòîðå äëÿ âûáîðêè óëüòðàçâóêîâûõ èìïóëüñîâ èñïîëüçóåòñÿ áûñòðîäåéñòâóþùèé óñèëèòåëü MAX4231. Ýòîò óñèëèòåëü èìååò ôóíêöèþ îòêëþ÷åíèÿ, êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò ýêîíîìèþ ýíåðãèè áåç ïîòåðè âûáðàííîé èíôîðìàöèè. Êîãäà ïðè íèçêîì óðîâíå ñèãíàëà íà óïðàâëÿþùåì âõîäå ñõåìà ïðîèçâîäèò âûáîðêó ïèêà, âûõîä óñèëèòåëÿ ïèêîâîãî äåòåêòîðà îòêëþ-

ÂÕÎÄ

IN+ 1

IC1 MAX4231

–2 Â DC

VSS 2

+

VDD 6

Òàáëèöà 1. Ôóíêöèè ñõåìû è ðåæèìû óñèëèòåëåé

Âûáîðêà ïèêà ñèãíàëà Èçìåðåíèå ïèêà

–2 Â DC

5

Âûêë.

TL 0 (0 Â)

Âêë.

TTL 1 (2.4–5 Â)

IN+ 1

IC2 MAX4231

VSS 2

+

–

VDD 6

5 Â DC

SHDN 5

– D1 1N4148

IN– 3

IN– 3

4

4

R1 10k

C1 0.1 µF ÄÅÒÅÊÒ. ÏÈÊÀ

Âêë. Âûêë.

÷àåòñÿ, à âûõîäíîé óñèëèòåëü âêëþ÷àåòñÿ äëÿ èçìåðåíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà. Ýòîò ìåòîä ñíèæàåò ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè ïî÷òè íà 50%, ïîñêîëüêó â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè àêòèâåí òîëüêî îäèí èç óñèëèòåëåé.  Òàáëèöå 1 ïîêàçàíû ôóíêöèè ñõåìû è ðåæèìû óñèëèòåëåé â çàâèñèìîñòè îò óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà.

5 Â DC

SHDN

Óñèëèòåëü Óñèëèòåëü Âõîä 1 2 óïðàâëåíèÿ

Ôóíêöèÿ

ÂÛÕÎÄ

ÈÇÌÅÐÅÍÈÅ ÓÏÐÀÂËÅÍÈÅ

1

IC3 74HC14

2

3

IC3 74HC14

4

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ìåäëåííûé ÀÖÏ äëÿ èçìåðåíèÿ áûñòðûõ ïèêîâ è ýêîíîìèò ýíåðãèþ.

92

ÑÕÅÌÛ

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

Íàèáîëåå âàæíûì ïðåèìóùåñòâîì ñõåìû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îíà ïðåäîòâðàùàåò âûáîðêó äðóãîãî âõîäíîãî ïèêà äî çàâåðøåíèÿ èçìåðåíèÿ. Ïåðâûé óñèëèòåëü ïèêîâîãî äåòåêòîðà, íàõîäÿñü â ðåæèìå âûêëþ÷åíèÿ, íå äîïóñêàåò èçìåíåíèÿ èçìåðÿåìîãî íàïðÿæåíèÿ. Ýòà ôóíêöèÿ ïîìîãàåò ìåäëåííîìó ÀÖÏ îòñëåæèâàòü âûáîðêè áûñòðûõ ïèêîâ â æåëàåìîì èíòåðâàëå èçìåðåíèÿ, ÷òî íåâîçìîæíî ïðè èñïîëüçîâàíèè îáû÷íîé ñõåìû ïèêîâîãî äåòåêòîðà. Íîìèíàëû R1 è C1 âûáèðàþò â ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáóåìîé ïîñòîÿííîé âðåìå-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

íè, íåîáõîäèìîé äëÿ õðàíåíèÿ ïèêà è ïîñëåäóþùåãî ñïàäà âûáðàííîãî ñèãíàëà. Åñëè ìåäëåííûé ñïàä ïèêà íåæåëàòåëåí, ìîæíî èñïîëüçîâàòü òðàíçèñòîðíûé êëþ÷ (íà ñõåìå íå ïîêàçàí) áåç ðåçèñòîðà R1, ÷òîáû ðàçðÿæàòü êîíäåíñàòîð íà çåìëþ ïåðåä âûáîðêîé íîâîãî ïèêà âõîäíîãî ñèãíàëà. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX4231 2. Datasheet Texas Instruments SN74HC14

93

Èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü ðàñøèðÿåò âîçìîæíîñòè DSO Bob Perrin EDN

ÄÄëÿ îïðåäåëåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ñîëíå÷-

íîé óñòàíîâêè, ìíå ïîíàäîáèëîñü òî÷íî èçìåðèòü åå òîê, îòäàâàåìûé â íàãðóçêó. Èçäåëèå âêëþ÷àëî è âûêëþ÷àëî íåñêîëüêî âíóòðåííèõ óñòðîéñòâ ñ èíòåðâàëîì â íåñêîëüêî ñåêóíä. Àìïåðìåòð ïîêàçàë, ÷òî èçìåíåíèÿ òîêà ïðîèñõîäèëè ñëèøêîì áûñòðî äëÿ âèçóàëüíîé ðåãèñòðàöèè, è ìîè ìåíåäæåðû ïîïðîñèëè ñäåëàòü ôîòîãðàôèþ îñöèëëîãðàììû ïèêîâ òîêà. ß âûêàòèë óñòàíîâëåííûé íà òåëåæêå DSO (öèôðîâîé çàïîìèíàþùèé îñöèëëîãðàô) íàøåé êîìïàíèè, âêëþ÷èë íèçêîîìíûé ðåçèñòîð ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ïîëîæèòåëüíîé âõîäíîé êëåììîé èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ óñòðîéñòâà è ïîïûòàëñÿ èçìåðèòü äèôôåðåíöèàëüíîå íàïðÿæåíèå (êàíàë A ìèíóñ êàíàë B) íà òîêîèçìåðèòåëüíîì ðåçèñòîðå. Ê ñîæàëåíèþ, ðàäèîïîìåõè îò ìåñòíîé FM-ðàäèîñòàíöèè ïîäàâëÿëè ñëàáûå èçìåíåíèÿ ñèãíàëà íà íèçêîîìíîì òîêîèçìåðèòåëüíîì ðåçèñòîðå, à óâåëè÷åíèå åãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïðèâîäèëî ê ÷ðåçìåðíîìó ïàäåíèþ íàïðÿæåíèÿ íà øèíå ïèòàíèÿ óñòðîéñòâà. Íàêîíåö, 12-âîëüòîâîå ñìåùåíèå, âíîñèìîå øèíîé ïèòàíèÿ, îãðàíè÷èâàëî ñïîñîáíîñòü îñöèëëîãðàôà òî÷íî ðàçðåøàòü ñëàáûé äèôôåðåíöèàëüíûé ñèãíàë, êîòîðûé ÿ ïûòàëñÿ èçìåðÿòü. ß îòêëþ÷èë çàçåìëåíèå îñöèëëîãðàôà, ÷òîáû äàòü åìó «ïëàâàòü» îòíîñèòåëüíî òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà, íî âûñîêî÷àñòîòíûé øóì, âèäèìûé íà îñöèëëîãðàììå,

94

çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èëñÿ. ß áûëî ïîäóìàë îá èñïîëüçîâàíèè áîëåå ñòàðîãî àíàëîãîâîãî îñöèëëîãðàôà (íå çàïîìèíàþùåãî), íî ôóíêöèÿ çàïîìèíàíèÿ DSO ïîçâîëèëà áû çàõâàòûâàòü è ðàñïå÷àòûâàòü îñöèëëîãðàììû ñèãíàëîâ, íåîáõîäèìûå äëÿ ìîåãî îò÷åòà.  îò÷àÿíèè ÿ ïåðåðûë ëàáîðàòîðíûé ñòîë â ïîèñêàõ ñòàðûõ êîìïîíåíòîâ è ñîáðàë ñõåìó, êîòîðàÿ ðåøèëà ïðîáëåìó. Ñëó÷àéíî òàì îêàçàëñÿ èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü IC1, êîòîðûé îòëè÷íî ñïðàâëÿåòñÿ ñ âûäåëåíèåì ñëàáûõ ñèãíàëîâ èç âûñîêî÷àñòîòíûõ ôîíîâûõ øóìîâ. Íåâûñîêàÿ ñêîðîñòü îòêëèêà óñèëèòåëÿ îñëàáëÿåò ðàäèî÷àñòîòíûå ïîìåõè, íî íå âëèÿåò íà óñèëåíèå íèçêî÷àñòîòíûõ ñèãíàëîâ. Äîáàâëåíèå RC-ôèëüòðîâ íèæíèõ ÷àñòîò íà âõîäû è âûõîäû óñèëèòåëÿ äîïîëíèòåëüíî îñëàáëÿåò íèçêî÷àñòîòíûé øóì, ñîçäàâàåìûé áëèçëåæàùèìè èìïóëüñíûìè èñòî÷íèêàìè ïèòàíèÿ è öèôðîâîé ëîãèêîé èëè ìèêðîïðîöåññîðàìè. Îáû÷íî ÿ ñòàðàþñü èçáåãàòü èñïîëüçîâàíèÿ øóìíûõ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëåé â êà÷åñòâå èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ äëÿ àíàëîãîâûõ ñõåì. Îäíàêî â äàííîì ñëó÷àå DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü IC2 ïîçâîëèë ðåàëèçîâàòü öåëåñîîáðàçíîå è òåõíè÷åñêè îáîñíîâàííîå ðåøåíèå (Ðèñóíîê 1). Êàê ïðàâèëî, øóì DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëåé óâåëè÷èâàåòñÿ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ òîêà íàãðóçêè, íî â ýòîé ñõåìå åäèíñòâåííîé íàãðóçêîé ÿâëÿåòñÿ

ÑÕÅÌÛ

Ê ÈÇÎËÈÐÎÂÀÍÍÎÌÓ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÓ 15  +

ËÀÁÎÐÀÒÎÐÍÛÉ ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÏÈÒÀÍÈß

R3 121

+12 Â

C7 10 µF

C9

+

+ 100 nF

R1 25 C4 + C3 100 nF 150 µF

+ C2 C1 100 nF 150 µF

F1

C5 100 nF

R2 475

C6 100 nF

V+ + RG IC1 REF R _G

TRIM

IC2 COM OFF/ON

15 Â ÈÇÎË.

VIN

–15 Â ÈÇÎË.

GND

NC

C18 10 µF

+

C11 10 µF ÊÎÀÊÑÈÀËÜÍÛÉ ÊÀÁÅËÜ RG-174 Ê DSO LECROY

C12 100 nF

C13 100 nF

C14 100 nF

V–

R4 121

ÏÐÎÂÅÐßÅÌÎÅ ÓÑÒÐÎÉÑÒÂÎ

C10 1 µF

R5 15k

NC

+VIN

C8 10 nF

+

C15 10 µF +

C16 1 µF

C17 100 nF

Ê ÈÇÎËÈÐÎÂÀÍÍÎÌÓ C19 ÈÑÒÎ×ÍÈÊÓ –15  100 nF

Ðèñóíîê 1. Õàðàêòåðèñòèêè îñöèëëîãðàôà ïðè ðàáîòå â óñëîâèÿõ âûñîêîãî óðîâíÿ ðàäèîïîìåõ ìîæíî óëó÷øèòü, äîáàâèâ âõîäíîé êàñêàä íà èíñòðóìåíòàëüíîì óñèëèòåëå. Äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øèõ ðåçóëüòàòîâ ñëåäóåò ïîìåñòèòü ñõåìó â ìåòàëëè÷åñêèé êîðïóñ.

èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü, ïîòðåáëÿþùèé âñåãî íåñêîëüêî ìèëëèàìïåð. Äîïîëíèòåëüíîå ïîäàâëåíèå øóìà îáåñïå÷èëè íåñêîëüêî ôèëüòðóþùèõ ýëåìåíòîâ. Ïðè íîðìàëüíîé ðàáîòå ïîòðåáëÿåìûé èçäåëèåì òîê êîëåáëåòñÿ â äèàïàçîíå ïðèìåðíî îò 300 äî 800 ìÀ. ×òîáû ñâåñòè ê ìèíèìóìó ïîòåðè íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, â êà÷åñòâå òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà ÿ èñïîëüçîâàë ïðåäîõðàíèòåëü 5×20 ìì, 10 À, 250  (F1). Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ïðåäîõðàíèòåëå ðàâíî ïðèáëèçèòåëüíî 1 ì íà 100 ìÀ òîêà, à ðàáîòà ïðåäîõðàíèòåëÿ ïðè òîêå, ñîñòàâëÿþùåì íåáîëüøóþ äîëþ îò åãî íîìèíàëüíîãî

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

çíà÷åíèÿ, ïîçâîëÿåò èçáåæàòü ïîÿâëåíèÿ íåëèíåéíîñòåé èçìåðåíèé. Ïðè ñîïðîòèâëåíèè ðåçèñòîðà R2, óñòàíàâëèâàþùåãî êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ìèêðîñõåìû AD620, ðàâíîì 475 Îì, óñèëåíèå ñîñòàâëÿåò 105 Â/Â; ïðè ýòîì ïðîòåêàþùåìó ÷åðåç øóíò òîêó 1 À ñîîòâåòñòâóåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðèìåðíî 1 Â. Êîíäåíñàòîðû C12 è C13 îáðàçóþò íèçêîèìïåäàíñíûé ïóòü äëÿ âûñîêî÷àñòîòíûõ ïîìåõ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Analog Devices AD620

95

Àñèììåòðè÷íûé âûõîäíîé êàñêàä ïðåâðàùàåò êîíäåíñàòîð â èäåàëüíûé äèîä Glen Briseboid Electronic Design

Ê

Êîìïàðàòîðû îòëè÷íî ïîäõîäÿò äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ ñëàáûõ ñèãíàëîâ â öèôðîâûå ñèãíàëû áîëüøîãî óðîâíÿ.  îïèñàííîì çäåñü ïðèìåðå ðåøàåòñÿ çàäà÷à îáíàðóæåíèÿ íàëè÷èÿ íåáîëüøîãî ñèãíàëà ïåðåìåííîãî òîêà ÷àñòîòîé 60 Ãö, ñìåùåííîãî íà ïîñòîÿííûé óðîâåíü 2.5 Â. Êîãäà ñèãíàë îòñóòñòâóåò (íèæå çàäàííîãî ïîðîãà), óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå êîìïàðàòîðà äîëæåí áûòü âûñîêèì, à ïðè íàëè÷èè ñèãíàëà – íèçêèì. Îñîáåííîñòü ñõåìû çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ýòî îáÿçàòåëüíî òðåáóåò ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëà ïåðåìåííîãî òîêà â ïîñòîÿííûé, òîãäà êàê ïðè îáû÷íîì âêëþ÷åíèè êîìïàðàòîðà ëîãè÷åñêèå óðîâíè åãî âûõîäà ÷åðåäîâà-

ëèñü áû ñèíõðîííî ñ âõîäíûì ñèãíàëîì. Êëàññè÷åñêèé ñïîñîá ðåàëèçàöèè òàêîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ – èñïîëüçîâàíèå äèîäà (Ðèñóíîê 1).  ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ êîìïàðàòîð LT1716. Äåëèòåëü R2/R3 óñòàíàâëèâàþò ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå 10 ìÂ, îáåñïå÷èâàþùåå íîðìàëüíî âûñîêèé óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà, à ðåçèñòîð R6 ïîääåðæèâàåò êîíäåíñàòîð C3 â çàðÿæåííîì ñîñòîÿíèè. Ðåçèñòîð R4 îáåñïå÷èâàåò ãèñòåðåçèñ êîìïàðàòîðà. Ïðè íàëè÷èè ñèãíàëà ïåðåìåííîãî òîêà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå êîìïàðàòîðà U1 ïåðåêëþ÷àåòñÿ ìåæäó íèçêèì è âûñîêèì óðîâíÿìè, à äèîä D1 âûïðÿìëÿåò åãî ñ ïîìîùüþ êîíäåíñàòîðà C3.

+V +V = 5 Â

C2 0.22 µF

R2 1k

+V U1 LT1716 – +

+ –

V5 2.5 Â DC

+

V3

– AC ñèãíàë íåáîëüøîãî óðîâíÿ

R1 1k

C1 0.22 µF

R3 249k

+

D1

R6 100k VOUT

–

R4 1M

BAT54 C3 0.47 µF

Ðèñóíîê 1. Òðàäèöèîííàÿ ñõåìà, èñïîëüçóþùàÿ äèîä è êîíäåíñàòîð C3 äëÿ âûïðÿìëåíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà.

96

ÑÕÅÌÛ

+V = 5 Â

C2 0.22 µF

R2 1k

+V U1 LT1716 – +

+ –

V5 2.5 Â DC

+

V3

–

R1 1k

AC ñèãíàë íåáîëüøîãî óðîâíÿ

C1 0.22 µF

R3 249k

+

R5 330

VOUT

– C3 0.47 µF

R4 1M

Ðèñóíîê 2. Áëàãîäàðÿ àñèììåòðè÷íîìó âûõîäíîìó êàñêàäó êîìïàðàòîðà U1, â ýòîé óëó÷øåííîé ñõåìå íå òðåáóåòñÿ äèîä, ÷òî ïîçâîëÿåò èñêëþ÷èòü ïðÿìîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà äèîäå.

Ïðîáëåìà çäåñü çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî îòëè÷íûé îò íóëÿ óðîâåíü «ëîã. 0» âûõîäíîãî ñèãíàëà êîìïàðàòîðà è ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà äèîäå ïðèâîäÿò ê òîìó, ÷òî îáùèé íèçêèé óðîâåíü VOUT ñõåìû íå ìîæåò ãàðàíòèðîâàííî áûòü ìåíüøå 0.4 Â, ÷òî òðåáóåòñÿ â áîëüøèíñòâå öèôðîâûõ ñõåì. Ó ðàçðàáîò÷èêà ìîæåò âîçíèêíóòü ñîáëàçí ðåøèòü ýòó ïðîáëåìó, âêëþ÷èâ ïîñëå êîìïàðàòîðà äèñêðåòíûé òðàíçèñòîð (íàïðèìåð, 2N7002), ÷òîáû îáåñïå÷èòü êîíäåíñàòîðó ñëàáóþ ïîäòÿæêó ê øèíå ïèòàíèÿ è ñèëüíóþ ïîäòÿæêó ê çåìëå. Íî LT1716 è òàê èìååò èìåííî òàêîé âûõîäíîé êàñêàä, ïîýòîìó äëÿ óìåíüøåíèÿ óðîâíÿ «ëîã. 0» äîñòàòî÷íî ïðîñòî óäàëèòü äèîä. Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñõåìà (Ðèñóíîê 2) ðàáîòàåò òàê æå, êàê îïèñàíî ðàíåå, çà èñêëþ÷åíèåì òîãî, ÷òî âûïðÿìëåíèå ñèãíàëà ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò àñèììåòðèè âûõîäíîãî êàñêàäà êîìïàðàòîðà, ýêâèâàëåíòíûå ïîäòÿãèâàþùèå ñîïðîòèâëåíèÿ êîòîðîãî äëÿ âòåêàþùåãî è âûòåêàþùåãî òîêîâ ðàçëè÷àþòñÿ áîëåå ÷åì íà äâà ïîðÿäêà. Ðåçèñòîð R5 îãðàíè÷èâàåò ïèêîâîå çíà÷åíèå òîêà ïîäòÿæêè. Õîòÿ èçíà÷àëüíî ðåøàëàñü çàäà÷à îáíàðóæåíèÿ ñèãíàëà ñ ÷àñòîòîé 60 Ãö, ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè R1/C1 îáåñïå÷èâàåò âõîäíóþ ïîëîñó îáíàðóæåíèÿ îêîëî 700 Ãö, êîòîðóþ ìîæíî ðàñøèðèòü ïðèìåðíî äî 40 êÃö, åñëè óäàëèòü êîíäåíñàòîð C1 (ïðîâåðåíî ïðè ïèêîâîì óðîâíå ñèãíàëà 20 ìÂ). Ñêîðîñòü èçìåíå-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

Ïðèñóòñòâèå 2.5 Â + AC ñëàáîãî ñèãíàëà

VOUT

Îáíàðóæåíî ïðèñóòñòâèå ñèãíàëà (Áîëåå ìåäëåííîå âûêëþ÷åíèå)

Ðèñóíîê 3. Ëàáîðàòîðíûå èñïûòàíèÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçûâàþò, ÷òî îíà îáíàðóæèâàåò ñèãíàë ïåðåìåííîãî òîêà, ñìåùåííûé íà 2.5 Â. Îáðàòèòå âíèìàíèå íà áîëåå ìåäëåííîå âûêëþ÷åíèå ïî ñðàâíåíèþ ñ âêëþ÷åíèåì.

íèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îãðàíè÷åíà ïîñòîÿííîé âðåìåíè R5/C3, ïðè÷åì èç-çà ñëàáîé âíóòðåííåé ïîäòÿæêè âðåìÿ âûêëþ÷åíèÿ íàìíîãî ïðåâûøàåò âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ (Ðèñóíîê 3). Âûñîêèé óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà îïðåäåëÿåòñÿ íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ 5  ìèêðîñõåìû LT1716. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT1716 2. Datasheet Microchip 2N7002

97

Ñõåìà îãðàíè÷èòåëÿ ñíèæàåò èñêàæåíèÿ è âðåìÿ âîññòàíîâëåíèÿ John Ardizzoni Electronic Design

ÂÂ íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèÿõ òðåáóåòñÿ îãðà-

íè÷åíèå ñèëüíûõ ñïîðàäè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, âîçíèêàþùèõ íà âõîäå óñèëèòåëÿ. Îãðàíè÷åíèå ýòèõ îøèáî÷íûõ ñèãíàëîâ çàùèùàåò óñèëèòåëü è äðóãèå ïîäêëþ÷åííûå ê íåìó ÷óâñòâèòåëüíûå ñõåìû. Ýòî òàêæå óìåíüøàåò âðåìÿ âîññòàíîâëåíèÿ ïîñëå ïåðåãðóçêè è ìîæåò ñíèçèòü èñêàæåíèÿ.  îñíîâå îïèñûâàåìîé ñõåìû îãðàíè÷èòåëÿ ëåæèò áûñòðîäåéñòâóþùèé ìàëîøóìÿ+5 V

R2 499 R1 34.2

C2 0.01 µF

– VIN

C1 10 µF

FB AD8099 CC

VOUT C3 0.01 µF

+

R3 100 –5 V

CR1 1N5711

R4 1k

C4 10 µF

CR2 1N5711 –2 V

+2 V

Ðèñóíîê 1.  ýòîé ñõåìå ìèêðîñõåìà óñèëèòåëÿ AD8099 èñïîëüçóåòñÿ íåòðàäèöèîííûì ñïîñîáîì, ñîåäèíÿÿ îãðàíè÷èâàþùóþ öåïü ñ âûâîäîì ÷àñòîòíîé êîððåêöèè.

98

ùèé óñèëèòåëü AD8099 ñ âíåøíåé ÷àñòîòíîé êîððåêöèåé. Óñòðîéñòâî ñîñòîèò èç îäíîêàñêàäíîãî óñèëèòåëÿ è ñëåäóþùåãî çà íèì áóôåðà ñ åäèíè÷íûì óñèëåíèåì.  ïðèëîæåíèÿõ ñ íèçêèì óñèëåíèåì òðåáóåòñÿ âíåøíÿÿ ÷àñòîòíàÿ êîððåêöèÿ, íî ïðè êîýôôèöèåíòàõ óñèëåíèÿ áîëüøå 10 îíà íå íóæíà. Îãðàíè÷èòåëü èñïîëüçóåò ýòî ñâîéñòâî, óñòàíàâëèâàÿ çíà÷åíèå óñèëåíèÿ, ðàâíîå 15, ïðè êîòîðîì íåò íåîáõîäèìîñòè â öåïè êîððåêöèè. Òîãäà âûâîä êîððåêöèè ìîæíî èñïîëüçîâàòü íåòðàäèöèîííûì ñïîñîáîì äëÿ îáåñïå÷åíèÿ îãðàíè÷åíèÿ.  ñõåìå îãðàíè÷èòåëÿ èñïîëüçóþòñÿ äâà áûñòðîäåéñòâóþùèõ äèîäà Øîòòêè 1N5711, ïîäêëþ÷åííûå ê âûâîäó ÷àñòîòíîé êîððåêöèè ÷åðåç ðåçèñòîð R3, êîòîðûé îãðàíè÷èâàåò òîê, âòåêàþùèé è âûòåêàþùèé ýòîãî âûâîäà (Ðèñóíîê 1).  äàííîì ïðèëîæåíèè ýòîò òîê ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 6 ìÀ. Äëÿ áåçîïàñíîé ðàáîòû îí äîëæåí áûòü íèæå 10 ìÀ. Äèîäû âûïîëíÿþò ëüâèíóþ äîëþ ôóíêöèè îãðàíè÷åíèÿ. Îíè èìåþò î÷åíü íèçêóþ åìêîñòü è ïèêîñåêóíäíîå âðåìÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ, ÷òî îáåñïå÷èâàåò õîðîøèå õàðàêòåðèñòèêè íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ è ÷åòêèå ôðîíòû. Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà R3 ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 0.6 Â, ÷òî â ñóììå ñ ïàäåíèåì 0.4  íà äèîäå D1 èëè D2 äàåò ïðèìåðíî 1 Â. Ïðè îïîðíûõ íàïðÿæåíèÿõ ±2  âûõîäíîé ñèãíàë óñèëèòåëÿ îãðàíè÷èâàåòñÿ íà óðîâíå ±3 Â.

ÑÕÅÌÛ

Ðèñóíîê 2. Ïðè ïåðåãðóçêå âõîäà â îòñóòñòâèå îãðàíè÷èòåëÿ íà âûõîäå óñèëèòåëÿ õîðîøî âèäíû àñèììåòðèÿ, èñêàæåíèÿ è äðóãèå ïðèçíàêè ïåðåãðóçêè.

Ðèñóíîê 3. Äîáàâëåíèå öåïè îãðàíè÷åíèÿ óñòðàíÿåò ïðîáëåìû ñ âûõîäíûì ñèãíàëîì óñèëèòåëÿ, âûçâàííûå ïåðåãðóçêîé âõîäà.

Áåç öåïè îãðàíè÷åíèÿ ïåðåãðóçêà âõîäà óñèëèòåëÿ ïðÿìîóãîëüíûìè èìïóëüñàìè àìïëèòóäîé 1  è ÷àñòîòîé 5 ÌÃö ïðèâåäåò ê íàñûùåíèþ âûõîäà óñèëèòåëÿ. Àñèììåòðèÿ, èñêàæåíèÿ è äðóãèå ïðèçíàêè ïåðåãðóçêè õîðîøî âèäíû íà âûõîäå óñèëèòåëÿ (Ðèñóíîê 2). Ïðè íàëè÷èè îãðàíè÷èòåëÿ âûõîäíîé

ñèãíàë îãðàíè÷èâàåòñÿ äî ±3 Â, à àñèììåòðèÿ è èñêàæåíèÿ, âûçâàííûå ïåðåãðóçêîé, èñ÷åçàþò (Ðèñóíîê 3). ÐË

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD8099 2. Datasheet Avago Technologies 1N5711

99

Íåäîðîãîé èìïóëüñíûé ïðåîáðàçîâàòåëü 5 Â â 24 Â Paul C Florian EDN

ÄÄåøåâûé òðåõòðàíçèñòîðíûé ïîâûøàþ-

ùèé èìïóëüñíûé ðåãóëÿòîð íà Ðèñóíêå 1à ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìîäèôèöèðîâàííûé àâòîêîëåáàòåëüíûé ìóëüòèâèáðàòîð, ñîäåðæàùèé òðàíçèñòîðû Q1, Q2 è äðîññåëü L1, âêëþ÷åííûé íàãðóçêîé â êîëëåêòîð Q2. Ïðè ïîëíîé âûõîäíîé ìîùíîñòè ÷àñòîòà ãåíåðàöèè ðàâíà ïðèìåðíî 60 êÃö. ÊÏÄ ñîñòàâëÿåò

65% ïðè âûõîäíîì íàïðÿæåíèè VOUT, ðàâíîì 24 Â, è òîêå íàãðóçêè 8 ìÀ. Ïðè âûñîêîì íàïðÿæåíèè íà áàçå Q2 ýíåðãèÿ íàêàïëèâàåòñÿ â ìàãíèòíîì ïîëå äðîññåëÿ L1. Êîãäà íàïðÿæåíèå íà áàçå Q2 ñòàíîâèòñÿ íèçêèì, íàïðÿæåíèå, èíäóöèðîâàííîå ìàãíèòíûì ïîëåì L1, óìåíüøàåòñÿ, äîáàâëÿÿñü ê íàïðÿæåíèþ ïèòàíèÿ. Ýòîò âñïëåñê íàïðÿ-

5Â

1k

10k C1 100 µF 10 Â

L1 330 µH DCR £ 2 Îì ISAT ³ 200 ìÀ

1k

+ 0.001 µF

Q1

24 Â

Q2

0.047 µF Q3

D1 1N4933 D2 24 Â ÑÒÀÁÈË.

1N5252B

0.1 µF

5  ÓÏÐÀÂËßÞÙÅÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ 0…5  VOUT 24  8 ìÀ

3

R1 10k 0.1 µF

C2 + 10 µF 35 Â

8

+

½LM358N 2

–

1

0…20 Â Ê ÃÓÍ

4

300k, 1%

100k 1%

C1 150 pF

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: Q1…Q3 – 2N3904. ÂÑÅ ÐÅÇÈÑÒÎÐÛ Ñ ÄÎÏÓÑÊÎÌ ±5%.

(à)

(á)

Ðèñóíîê 1. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ýòîãî ïðîñòîãî òðåõòðàíçèñòîðíîãî ïîâûøàþùåãî èìïóëüñíîãî ðåãóëÿòîðà (à) ðàâíî 24  ïðè òîêå 8 ìÀ. Ñõåìà ìîæåò áûòü ïîëåçíîé äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ íàñòðîéêè ÃÓÍ îò 0 äî 20  èç óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ 0…5  (á).

100

ÑÕÅÌÛ

æåíèÿ çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð C2 ÷åðåç äèîä D1. Êîãäà çàðÿä êîíäåíñàòîðà C2 äîñòèãíåò çíà÷åíèÿ, ïðè êîòîðîì íàïðÿæåíèå íà íåì ñòàíåò ðàâíûì íàïðÿæåíèþ ñòàáèëèçàöèè D2 ïëþñ 0.6 Â, òðàíçèñòîð Q3 ïðèòÿíåò áàçó Q2 ê çåìëå, ñîêðàùàÿ âðåìÿ âêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ Q2 â ïîñëåäóþùèõ ïåðèîäàõ êîëåáàíèé, è òåì ñàìûì, óìåíüøàÿ ýíåðãèþ, ïåðåäàâàåìóþ â C2. Îáðàòíàÿ ñâÿçü ÷åðåç D2 ñòàáèëèçèðóåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íà óðîâíå 24.6  ñ òî÷íîñòüþ, îïðåäåëÿåìîé ðàçáðîñîì íàïðÿæåíèé ñòàáèëèçàöèè D2. ×òîáû èçìåíèòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñõåìû, íóæíî ïðîñòî âûáðàòü D2 ñ äðóãèì íàïðÿæåíèåì ñòàáèëèçàöèè. Äëÿ ìíîãèõ ãåíåðàòîðîâ, óïðàâëÿåìûõ íàïðÿæåíèåì (ÃÓÍ), òðåáóåòñÿ íàïðÿæåíèå íàñòðîéêè äî 20 Â, è ýòîò èìïóëüñíûé ñòàáè-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

ëèçàòîð ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ íàñòðîéêè îò 0 äî 20  èç óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ 0 … 5  (Ðèñóíîê 1á).  ñõåìå èñïîëüçîâàíà ïîëîâèíà ìèêðîñõåìû LM358N, ñêîíôèãóðèðîâàííàÿ íåèíâåðòèðóþùèì óñèëèòåëåì ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ 4. C1 ïîäàâëÿåò óñèëåíèå ïîìåõ, ïðèõîäÿùèõ îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ 24 Â. Íàïðÿæåíèå íàñòðîéêè ìîæíî ðåãóëèðîâàòü âðó÷íóþ ñ ïîìîùüþ ïîòåíöèîìåòðà R1 èëè èñïîëüçîâàòü íàïðÿæåíèå îáðàòíîé ñâÿçè îò ñõåìû ÔÀÏ×. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM358-N 2. Datasheet onsemi 1N4933 3. Datasheet onsemi 1N5252B

101

Ñâåðõìàëîøóìÿùèé óñèëèòåëü ñ ðåãóëèðóåìûì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ Dale Ouimette EDN

Ñ

Ñåãîäíÿ ïðåäëàãàåòñÿ äîñòàòî÷íî ìíîãî îäíîêðèñòàëüíûõ óñèëèòåëåé ñ ðåãóëèðóåìûì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ (variable-gain amplifier, VGA). Ê ñîæàëåíèþ, âñå îíè èìåþò íåäîñòàòêè, òàêèå êàê âûñîêèé óðîâåíü øóìà, îãðàíè÷åííûé äèàïàçîí ðàáî÷èõ íàïðÿæåíèé, íèçêèé âõîäíîé èìïåäàíñ èëè íåëèíåéíûå àìïëèòóäíî-÷àñòîòíûå õàðàêòåðèñòèêè.

Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ñõåìà ñâåðõìàëîøóìÿùåãî VGA ñ 16 ñòóïåíÿìè óñèëåíèÿ, ðåøàþùàÿ ìíîãèå èç ýòèõ ïðîáëåì. Ìèêðîñõåìà IC1 – ýòî ñ÷åòâåðåííûé ìàëîøóìÿùèé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü, à IC2 – ñ÷åòâåðåííûé îäíîïîëþñíûé ÊÌÎÏ ïåðåêëþ÷àòåëü íà äâà íàïðàâëåíèÿ. Ñîåäèíåííûå ïîñëåäîâàòåëüíî êàñêàäû óñèëåíèÿ âêëþ÷àþòñÿ â ñîîòâåò15  0.1 µF

24 äÁ ÀÒÒÅÍÞÀÒÎÐ ÑÄÂÈÃÀ ÄÈÀÏÀÇÎÍÀ (ÎÏÖ,) R1

15 Â 0.1 µF

ÂÕÎÄ ÑÈÃÍÀËÀ

090 R2 100

IC2A ADG333 4 SB

3

16

7 SB

VDD D 3

4

+ 1 2 _IC1A LT1125 13

IC2B ADG333

12 äÁ

2 SA 1

5

+ IC 6 _ 1B

7

LT1125CS

9 SA

D 8

10

0.1 µF –15 Â

GND

VSS

6

5

1k

0.1 µF 66.5

1k 332 ÁÈÒ 3

–15 Â

ÁÈÒ 2 ÁÈÒ 1 ÁÈÒ 0

Ðèñóíîê 1. Ýòîò óñèëèòåëü ñ ðåãóëèðóåìûì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ îòëè÷àåòñÿ ñâåðõíèçêèì

102

ÑÕÅÌÛ

ñòâèè ñ ñèãíàëàìè óïðàâëÿþùåãî äâîè÷íîãî êîäà, èìåþùèìè óðîâíè ÒÒË. Ïðè èñïîëüçîâàíèè êîìïîíåíòîâ ñ íîìèíàëàìè, ïîêàçàííûìè íà ñõåìå, óñèëåíèå ðåãóëèðóåòñÿ â äèàïàçîíå îò 0 äÁ äî 45 äÁ ñ øàãîì 3 äÁ. Äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øèõ øóìîâûõ õàðàêòåðèñòèê êàñêàäàì ñ ìåíüøèì óñèëåíèåì ïðåäøåñòâóþò êàñêàäû ñ áóëüøèì óñèëåíèåì. Ïðàêòè÷åñêè äëÿ âñåõ óñòàíàâëèâàåìûõ êîýôôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ ïðèâåäåííîå êî âõîäó íàïðÿæåíèå øóìîâ ñõåìû ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 3 íÂ/ÖÃö. Íàèáîëüøåå çíà÷åíèå 4.5 íÂ/ÖÃö ñîîòâåòñòâóåò óñèëåíèþ 9 äÁ. Ðàñïðåäåëåíèå ñóììàðíîãî óñèëåíèÿ ìåæäó íåñêîëüêèìè êàñêàäàìè ðàñøèðÿåò îáùóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ. Âûõîäíîé êàñêàä èìååò äðóãóþ êîíôèãóðàöèþ, îáåñïå÷èâàþùóþ íèçêèé âûõîäíîé èìïåäàíñ äëÿ ëþáûõ óñòàíîâëåííûõ êîýôôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ. Åñëè óïðàâëÿòü óñèëåíèåì íóæíî äèñòàíöèîííî, ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå íà êîíòóðû çàçåìëåíèÿ, êîòîðûå ìîãóò èñïîðòèòü õîðîøèå øóìîâûå õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû. Îäíèì èç ðåøåíèé ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíèå îïòîèçîëÿòîðîâ â ÷åòûðåõ ëèíèÿõ öèôðîâîãî óïðàâëåíèÿ, ÷òîáû ìåæäó äâóìÿ êîíöàìè êàáåëÿ íå áûëî ñîåäèíåíèé ñ çåìëåé, êðîìå êàê ÷åðåç èñòî÷íèê ïèòàíèÿ. Ïðè ýòîì

IC2C ADG333

6 äÁ

+ IC 11 _ 1C

SA 10 12

LT1125CS

R2 è C2 çàäàþò ÷àñòîòó äèñêðåòèçàöèè, êîòîðàÿ ïðè ïîêàçàííûõ íîìèíàëàõ êîìïîíåíòîâ ðàâíà ïðèìåðíî 640 êÃö. D1, R3 è C3 îáåñïå÷èâàþò èíèöèàëèçàöèþ ñèñòåìû ñèíõðîíèçàöèè ÀÖÏ ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ. Øàãè óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ ðàçíåñåíû íà 310 ìÂ, ÷òî îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íóþ

3 äÁ

14 SB 12

4-ðàçðÿäíûé êîä ôîðìèðóåòñÿ èç äèôôåðåíöèàëüíîãî àíàëîãîâîãî óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ ñ ïîìîùüþ ÀÖÏ. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà ñõåìà, êîòîðàÿ õîðîøî âûïîëíÿåò ýòó ôóíêöèþ. Ìèêðîñõåìà IC1 èñïîëüçóåòñÿ êàê äèôôåðåíöèàëüíûé ïðèåìíèê, à IC2 – ýòî 8ðàçðÿäíûé ÀÖÏ.  íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèÿõ ìîæíî îáîéòèñü îäíèì òîëüêî ÀÖÏ, ïîñêîëüêó îí óæå èìååò äèôôåðåíöèàëüíûé âõîä. Îäíàêî òîãäà íåîáõîäèìî ïîçàáîòèòüñÿ î òîì, ÷òîáû íå âûéòè çà ïðåäåëû óçêîãî äèàïàçîíà âõîäíûõ ñèíôàçíûõ ñèãíàëîâ ÀÖÏ. Áîëåå íàäåæíûì ðåøåíèåì ÿâëÿåòñÿ âêëþ÷åíèå äèôôåðåíöèàëüíîãî ïðèåìíèêà ïåðåä ÀÖÏ, êàê ïîêàçàíî íà ðèñóíêå. Ýëåìåíòû R1 è C1 îáðàçóþò ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò äëÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ÀÖÏ. ×åòûðå ñòàðøèõ áèòà âûõîäíîãî êîäà ÀÖÏ óïðàâëÿþò ÊÌÎÏ ïåðåêëþ÷àòåëÿìè. Êàê âèäíî èç ñõåìû, ÀÖÏ ðàáîòàåò â ðåæèìå àâòîñèíõðîíèçàöèè è íå íóæäàåòñÿ â äðóãèõ ýëåìåíòàõ óïðàâëåíèÿ.

D 13 14

+ IC1D 15 _

11

ÂÛÕÎÄ 16 ÑÈÃÍÀËÀ

LT1125CS 825

1k

IC2D ADG333

17 SB 19 SA

D 8

1k 2k

20

øóìîì, áîëüøèì äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì è øèðîêîé ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

103

15 Â

VCC 0.1 µF GND

3

+

8

+ RG

ÓÏÐÀÂËßÞÙÅÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ 0…5  1

RG 2 –

–

VCC

IC2 ADC0804

7 +VS IC1 AD620

REF

6

7

C1 1 µF

8 R2 10k

0.1 µF

4

9 6

5

–VS

S1A

S1A

R1 1k

19 4

–15 Â

C2 140 pF

1 2

S1A

3 D1 VCC

R3 1M

5

+ 10 µF 20 Â

VREF/2

VCC

VIN+

DB7

VIN–

DB6

A GND

DB5

CLK R

DB4

CLK IN

DB3

CS'

DB2

RD'

DB1

WR'

DB0

INTR'

D GND

20 11

ÁÈÒ 3

12

ÁÈÒ 2

13

ÁÈÒ 1

14

ÁÈÒ 0

15 16 17 18 10

+ C 3 4.7 µF

Ðèñóíîê 2. Êîäû, óñòàíàâëèâàþùèå êîýôôèöèåíòû óñèëåíèÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1, ôîðìèðóþòñÿ ñ ïîìîùüþ ÀÖÏ.

ïîìåõîóñòîé÷èâîñòü óñèëèòåëÿ.  Òàáëèöå 1 ïðåäñòàâëåíû õàðàêòåðèñòèêè ïîëíîé ñõåìû ñ àíàëîãîâûì óïðàâëåíèåì. Ïîêàçàííûå íà Ðèñóíêå 1 ðåçèñòîðû R1 è R2 ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ òîãî, ÷òîáû, íåìíîãî ïîòåðÿâ â øóìîâûõ õàðàêòåðèñòèêàõ, óìåíüøèòü îáùèé äèàïàçîí óñèëåíèÿ. Î÷åâèäíî, ÷òî, èçìåíèâ Òàáëèöà 1. Çàâèñèìîñòü õàðàêòåðèñòèê ñõåìû îò êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ Óñèëåíèå Øàã äÁ

Â/Â

Øóì, Ïîëîñà ïðèâåäåííûé ïðîïóñêàíèÿ êî âõîäó ïî óðîâíþ 3 äÁ (ÌÃö) Ö (íÂ/ÖÃö)

0

0

1

3.1

10.5

1

3

1.4

3.8

7.7

2

6

2

4.4

5.1

3

9

2.8

4.5

4.6

4

12

4

3.6

2.7

5

15

5.6

3.6

2.7

6

18

7.9

3.7

2.6

7

21

11.2

3.7

2.6

8

24

15.8

3

0.88

îòäåëüíûå óñèëèòåëüíûå êàñêàäû, ìîæíî ïîëó÷èòü äðóãèå äèàïàçîíû ðåãóëèðîâêè è ðàçìåðû øàãîâ, íàïðèìåð, îò 0 äî 30 äÁ ñ øàãîì 2 äÁ. Ïîæåðòâîâàâ ïðîñòîòîé ñõåìû, ìîæíî çàìåíèòü ñ÷åòâåðåííûé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü ÷åòûðüìÿ ñâåðõìàëîøóìÿùèìè îïåðàöèîííûìè óñèëèòåëÿìè, òàêèìè êàê LT1128 èëè AD797. Òàêàÿ çàìåíà ñíèçèò øóì äî óðîâíÿ ïðèìåðíî 1.4 íÂ/ÖÃö. Ìîæíî òàêæå óâåëè÷èòü êîëè÷åñòâî êàñêàäîâ, ÷òîáû ðàñøèðèòü äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí, ïîâûñèòü òî÷íîñòü øàãà óñèëåíèÿ èëè îáåñïå÷èòü è òî, è äðóãîå. Ïðåèìóùåñòâàìè ýòîé ñõåìû ïî ñðàâíåíèþ ñ êîììåð÷åñêè äîñòóïíûìè îäíîêðèñòàëüíûìè VGA ÿâëÿþòñÿ ñâåðõíèçêèé óðîâåíü øóìà, øèðîêàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ, áîëüøîé äèàïàçîí âõîäíûõ ñèãíàëîâ ±13 Â, âûñîêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå, çàùèùåííîñòü îò ïîìåõ ïî çåìëÿíîé øèíå, à òàêæå îïðåäåëÿåìûå ïîëüçîâàòåëåì ïðåäåëû äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà è ðàçìåð øàãà. ÐË

9

27

22.4

3

0.89

10

30

31.6

3

0.94

11

33

44.7

3

0.96

12

36

63.1

3

0.97

2. Datasheet Texas Instruments ADC0804

13

39

89.1

3

0.97

3. Datasheet Analog Devices ADG333

14

42

125.9

3

1.04

4. Datasheet Linear Technology LT1125

15

45

177.8

3

1.02

5. Datasheet PanJit S1A

104

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD620

ÑÕÅÌÛ

Ñèíòåç ïåðåìåííîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ñ ãèïåðáîëè÷åñêîé ôóíêöèîíàëüíîé õàðàêòåðèñòèêîé TL Flaig EDN

 ïåðåñòðàèâàåìûõ ÷àñòîòíî-èçáèðàòåëüíûõ RC-öåïÿõ ÷àñòîòà ñðåçà wC îïðåäåëÿåòñÿ îáðàòíîé âåëè÷èíîé ïðîèçâåäåíèÿ RC, òî åñòü wC = 1/RC. Åñëè ðåãóëèðîâî÷íûå ýëåìåíòû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïîòåíöèîìåòðû ñ ëèíåéíîé ôóíêöèîíàëüíîé õàðàêòåðèñòèêîé, ó êîòîðûõ R(a) = aRP, ãäå a – íîðìèðîâàííîå ïîëîæåíèå ïîëçóíêà (0 £ a £ 1), à RP – ñîïðîòèâëåíèå ìåæäó êðàéíèìè âûâîäàìè ïîòåíöèîìåòðà, òî ÷àñòîòû ñðåçà ÿâëÿþòñÿ îáðàòíûìè ôóíêöèÿìè ïîëîæåíèÿ äâèæêà ïîòåíöèîìåòðà, à øêàëà ÷àñòîò ñæèìàåòñÿ â âåðõíåé ÷àñòè äèàïàçîíà ðåãóëèðîâêè. Òàêàÿ ñèòóàöèÿ îáû÷íî íåæåëàòåëüíà, ïîñêîëüêó óñëîæíÿåò íàñòðîéêó öåïè. ×òîáû øêàëà ÷àñòîò áûëà ëèíåéíîé, íåîáõîäèì óïðàâëÿþùèé ýëåìåíò ñ ãèïåðáîëè÷åñêîé ôóíêöèîíàëüíîé õàðàêòåðèñòèêîé, òî åñòü ÷òî-òî òèïà

R(a ) =

RP .

A + aB

Òàêèå ïåðåìåííûå ñîïðîòèâëåíèÿ îáû÷íî íå äîñòóïíû ó ïðîèçâîäèòåëåé, íî èõ ìîæíî ñèíòåçèðîâàòü, èñïîëüçóÿ ïîòåíöèîìåòð ñ ëèíåéíîé ôóíêöèîíàëüíîé õàðàêòåðèñòèêîé è íåñêîëüêî äðóãèõ êîìïîíåíòîâ. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ïðîñòàÿ ñõåìà äëÿ ñîçäàíèÿ ïðèâÿçàííîãî ê çåìëå ïåðåìåííîãî ñîïðîòèâëåíèÿ, èìåþùåãî òðåáóåìóþ ãèïåð-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

I1

R1

V1

–

R1-0(a) R2

RP

aRP

+ (1–a)RP

Ðèñóíîê 1. Ýòà ïðîñòàÿ ñõåìà ñèíòåçèðóåò çàçåìëåííîå ïåðåìåííîå ñîïðîòèâëåíèå ñ ãèïåðáîëè÷åñêîé ôóíêöèîíàëüíîé õàðàêòåðèñòèêîé.

áîëè÷åñêóþ õàðàêòåðèñòèêó óïðàâëåíèÿ. Àíàëèç ýòîé ñõåìû äàåò ñëåäóþùóþ çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ ìåæäó óçëîì 1 è çåìëåé îò ïîëîæåíèÿ ýëåìåíòà óïðàâëåíèÿ:

R1-0 (a ) =

R1R 2RP , R1R 2 + R1RP + aR 2RP

0 £ a £ 1. Åñëè ïîñëåäîâàòåëüíî èëè ïàðàëëåëüíî ñ ýòèì ñîïðîòèâëåíèåì âêëþ÷àåòñÿ êîíäåíñàòîð, ðåçóëüòèðóþùàÿ ÷àñòîòà ñðåçà áóäåò ëèíåéíîé ôóíêöèåé a:

wC =

R1R 2 + R1RP + aR 2RP .

R1R 2RPC

105

Ìèíèìàëüíîå è ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèÿ R1-0 ñîñòàâëÿþò

R1-0MIN =

öèîíàëüíîé õàðàêòåðèñòèêîé (Ðèñóíîê 2). Ñîïðîòèâëåíèå ïëàâàþùåãî ðåçèñòîðà ìåæäó óçëàìè 1 è 2 ðàâíî

R1R 2RP R1R 2 + R1RP + R 2RP

2R1R 2RP , 2R1R 2 + R1RP + 2aR 2RP

R1-2 (a ) =

è

0 £ a £ 1, R1-0MAX =

à ìèíèìàëüíîå è ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèÿ R1-2 ðàâíû

R 2RP .

R 2 + RP

×òîáû ðàçðàáîòàòü ýòó ñõåìó äëÿ îïðåäåëåííûõ çíà÷åíèé R1-0MIN è R1-0MAX, ñëåäóåò âûáðàòü RP > R1-0MAX è çàòåì ðàññ÷èòàòü ñîïðîòèâëåíèÿ R1 è R2:

R1 =

R2 =

Áàçîâóþ ñõåìó íà Ðèñóíêå 1 ìîæíî ðàñøèðèòü, ÷òîáû ïîëó÷èòü ïëàâàþùåå ïåðåìåííîå ñîïðîòèâëåíèå ñ ãèïåðáîëè÷åñêîé ôóíê-

2R 2RP .

2R 2 + RP

R1 =

R1-2MAXR1-2MIN R1-2MAX - R1-2MIN

R2 =

½RPR1-2MAX .

RP - R1-2MAX

è

I1

R1

V1

– RP

aRP

+ (1–a)RP

R1-2(a)

–

R2

R3

R3

+ R2

R1

I2

Ðèñóíîê 2. Ñ ïîìîùüþ ýòîé ñõåìû ìîæíî ðåàëèçîâàòü ïëàâàþùåå ïåðåìåííîå ñîïðîòèâëåíèå ñ ãèïåðáîëè÷åñêîé ôóíêöèîíàëüíîé õàðàêòåðèñòèêîé. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî íîìèíàëû ðåçèñòîðîâ ñ îäèíàêîâûìè ïîçèöèîííûìè îáîçíà÷åíèÿìè äîëæíû ïîäáèðàòüñÿ ïàðàìè.

106

R1-2MAX =

×òîáû ñêîíñòðóèðîâàòü ýòó ñõåìó äëÿ îïðåäåëåííûõ çíà÷åíèé R1-2MIN è R1-2MAX, ñëåäóåò âûáðàòü RP > R1-2MAX è çàòåì ðàññ÷èòàòü ñîïðîòèâëåíèÿ R1 è R2:

RPR1-0MAX .

RP - R1-0MAX

V2

2R1R 2RP 2R1R 2 + R1RP + 2R 2RP

è

R1-0MAXR1-0MIN R1-0MAX - R1-0MIN

è

R1-2MIN =

Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðîâ R3 íàïðÿìóþ íå âëèÿåò íà âåëè÷èíó R1-2(a). Ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ íóæíî âûáèðàòü äîñòàòî÷íî áîëüøèìè, ÷òîáû ÷ðåçìåðíî íå ïåðåãðóæàòü âûõîäû îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. Ðèñóíîê 3 èëëþñòðèðóåò èñïîëüçîâàíèå ñõåì íà Ðèñóíêàõ 1 è 2 â êîíñòðóêöèè ïåðåñòðàèâàåìîãî ìîñòîâîãî Ò-îáðàçíîãî ðåæåêòîðíîãî ôèëüòðà ñ ëèíåéíîé øêàëîé ÷àñòîò. Öåíòðàëüíàÿ ÷àñòîòà ðåæåêöèè ôèëüòðà ðåãóëèðóåòñÿ â äèàïàçîíå îò 50 äî 1000 Ãö, à ãëóáèíà ðåæåêöèè ñîñòàâëÿåò –20 äÁ. Èç ýòèõ òðåáîâàíèé è ïðè âûáîðå êîíäåíñàòîðîâ C1 è C2 åìêîñòüþ 0.1 ìêÔ ñëåäóåò, ÷òî R1-0 èçìåíÿåòñÿ îò 375 äî 7503 Îì, à R1-2 – îò 6752 äî 135,047 Îì. (Äîïîëíèòåëüíûì ïðåèìóùåñ-

ÑÕÅÌÛ

Öåíòðàëüíàÿ ÷àñòîòà ðåæåêöèè (Ãö)

R4 7.15k

– LT1007

R1B 500k

+

R8 10k R9 10k

–

R6 93.1k

LT1007

+ R7 93.1k

C1 0.1 µF

R5 7.15k

–

C2 0.1 µF

VIN

LT1007 R2 392

VOUT

+

1000 800 600 400 200 0

0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Íîðìàëèçîâàííîå ïîëîæåíèå äâèæêà a

1

Ðèñóíîê 4. Ñìîäåëèðîâàííàÿ â Spice çàâèñèìîñòü öåíòðàëüíîé ÷àñòîòà ðåæåêöèè ñõåìû íà Ðèñóíêå 3 îò íîðìàëèçîâàííîãî ïîëîæåíèÿ äâèæêà ïîêàçûâàåò, ÷òî öåíòðàëüíàÿ ÷àñòîòû ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíîé ôóíêöèåé ïîëîæåíèÿ ðåãóëÿòîðà.

– R3 7.68k

R1A 500k

LT1007

+

Ðèñóíîê 3.  êîíñòðóêöèè ïåðåñòðàèâàåìîãî ìîñòîâîãî Ò-îáðàçíîãî ðåæåêòîðíîãî ôèëüòðà ñ ëèíåéíîé øêàëîé ÷àñòîò áûëè èñïîëüçîâàíû áàçîâûå ñõåìû íà Ðèñóíêàõ 1 è 2.

òâîì èñïîëüçîâàíèÿ ýòîãî ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îí îñâîáîæäàåò ðàçðàáîò÷èêà îò îãðà-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

íè÷åíèé êîíå÷íîãî ÷èñëà ñòàíäàðòíûõ íîìèíàëîâ ñîïðîòèâëåíèé, ïðåäëàãàåìûõ ïðîèçâîäèòåëÿìè ïîòåíöèîìåòðîâ). Íà Ðèñóíêå 4 ïîêàçàíà ñìîäåëèðîâàííàÿ â Spice çàâèñèìîñòü öåíòðàëüíîé ÷àñòîòû ðåæåêöèè ñõåìû íà Ðèñóíêå 3 îò íîðìàëèçîâàííîãî ïîëîæåíèÿ äâèæêà. Öåíòðàëüíàÿ ÷àñòîòà ðåæåêöèè ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíîé ôóíêöèåé ïîëîæåíèÿ ðåãóëÿòîðà. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT1007

107

Ïðîñòàÿ öåïü îáðàòíîé ñâÿçè ïîâûøàåò ÊÏÄ John Guy EDN

××òîáû ðåàëèçîâàòü ïîâûøàþùèé ïðåîá-

ðàçîâàòåëü ñ òîêîâûì âûõîäîì, ðàçðàáîò÷èêè ÷àñòî ïðîñòî ïîäêëþ÷àþò íàãðóçêó âìåñòî âåðõíåãî ðåçèñòîðà â äåëèòåëå íàïðÿæåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè.  ýòîì ñëó÷àå íèæíèé ðåçèñòîð ñëóæèò òîêîèçìåðèòåëüíûì ðåçèñòîðîì. Íåñìîòðÿ íà ïðîñòîòó, ýòîò ïîäõîä íåýôôåêòèâåí. Íèçêàÿ ýôôåêòèâíîñòü îáóñëîâëåíà

C2 47 µF

îòíîñèòåëüíî âûñîêèìè íàïðÿæåíèÿìè ñ÷èòûâàíèÿ – îáû÷íî îíî ðàâíî 1.25 Â, íî äëÿ íåêîòîðûõ ìèêðîñõåì äîñòèãàåò 2.5 Â.  èìïóëüñíîì DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëå, ñêîíôèãóðèðîâàííîì êàê èñòî÷íèê òîêà 20 ìÀ, ïîòåðè ìîùíîñòè ìèíèìèçèðîâàíû çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ èçìåðÿåìîãî íàïðÿæåíèÿ äî 200 ì (Ðèñóíîê 1). Ïðåèìóùåñòâàìè ýòîé ñõåìû ÿâëÿ-

+

+

V1 1 … 5.5 Â

L1 330 µH IC1 MAX867

LX OUT SDN FB REF

D1 1N5817

8 6

+ R3 200k

1

LB0 LB1

C3 47 µF

2 3

ÍÀÃÐÓÇÊÀ C1 100 nF

GND

R4 200k

R1 51k

7 4

R2 10k

Q2 2N3904

Q1 2N3904 R5 10

5

Ðèñóíîê 1. Èñïîëüçîâàíèå òîêîâîãî çåðêàëà â êîíòóðå îáðàòíîé ñâÿçè ïîâûøàåò ýôôåêòèâíîñòü è óñòîé÷èâîñòü ýòîãî ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ òîêîâûì âûõîäîì.

108

ÑÕÅÌÛ

þòñÿ øåñòèêðàòíûé âûèãðûø â ïîòåðÿõ, ìèíèìàëüíàÿ ïëîùàäü, çàíèìàåìàÿ íà ïå÷àòíîé ïëàòå, à òàêæå äîñòóïíîñòü è äåøåâèçíà êîìïîíåíòîâ. Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ âêëþ÷àþò çàðÿäíûå óñòðîéñòâà àêêóìóëÿòîðîâ, äðàéâåðû ñâåòîäèîäîâ è èñòî÷íèêè òîêà îáùåãî íàçíà÷åíèÿ. Ðåçèñòîðû R1 è R2 îáðàçóþò äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ, ôîðìèðóþùèé 200 ì èç îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ìèêðîñõåìû. Ýòî íàïðÿæåíèå ñ÷èòûâàíèÿ ïîäàåòñÿ íà ýìèòòåð òðàíçèñòîðà òîêîâîãî çåðêàëà, ñîñòîÿùåãî èç ýëåìåíòîâ Q1 è Q2. Êîëëåêòîðû îáîèõ òðàíçèñòîðîâ ïîäêëþ÷åíû ê âûõîäíîìó íàïðÿæåíèþ ÷åðåç ðåçèñòîðû 200 êÎì. Êîëëåêòîð Q2

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

òàêæå ïîäêëþ÷åí ê âõîäó îáðàòíîé ñâÿçè ìèêðîñõåìû, à ýìèòòåð Q2 ñîåäèíåí ñ òîêîèçìåðèòåëüíûì ðåçèñòîðîì R5. Öåïü îáðàòíîé ñâÿçè ìèêðîñõåìû ôàêòè÷åñêè ÿâëÿåòñÿ óñèëèòåëåì ñ îáùåé áàçîé. Âûáîð â êà÷åñòâå Q2 òðàíçèñòîðà 2N3904 îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íîå äëÿ ýòîé öåëè óñèëåíèå îò ýìèòòåðà ê êîëëåêòîðó, ðàâíîå ïðèìåðíî 80 Â/Â. Êðîìå òîãî, øèðîêàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ öåïè îáðàòíîé ñâÿçè (õàðàêòåðíàÿ äëÿ êîíôèãóðàöèé ñ îáùåé áàçîé) ïðåäîòâðàùàåò íåóñòîé÷èâîñòü êîíòóðà óïðàâëåíèÿ ìèêðîñõåìû. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX867

109

Íåäîðîãîé èçìåðèòåëü èíäóêòèâíîñòè íà îäíîé ìèêðîñõåìå Luca Bruno EDN

Â

 ýòîé ñòàòüå ïîêàçàíî, êàê ñäåëàòü íàäåæíûé, íåäîðîãîé è ïðîñòîé èçìåðèòåëü èíäóêòèâíîñòè. Îñíîâîé èçìåðèòåëÿ ÿâëÿåòñÿ åìêîñòíàÿ òðåõòî÷êà (ãåíåðàòîð Ïèðñà) íà áóôåðèçîâàííîì ÊÌÎÏ ëîãè÷åñêîì ýëåìåíòå (Ðèñóíîê 1). Âìåñòî îáû÷íîãî êâàðöåâîãî ðåçîíàòîðà, â ñõåìó ãåíåðàòîðà âêëþ÷àåòñÿ èçìåðÿåìàÿ êàòóøêà èíäóêòèâíîñòè.  ãåíåR1 2.2M

1

IC1A 74HC04

2

3

IC1B 74HC04

4

R2 2.2k

ÂÛÕ.

GND

C2 100 nF 1%

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: ÍÅÈÑÏÎËÜÇÓÅÌÛÅ ÂÕÎÄÛ IC1 ÏÎÄÊËÞ×ÈÒÜ Ê ØÈÍÀÌ ÇÅÌËÈ ÈËÈ ÏÈÒÀÍÈß. ÂÎÇËÅ ÂÛÂÎÄΠÏÈÒÀÍÈß IC1 ÂÊËÞ×ÈÒÜ ÁËÎÊÈÐÎÂÎ×ÍÛÉ ÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÐ 100 íÔ. ÂÛÂÎÄÛ ÂÑÅÕ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒΠÄÎËÆÍÛ ÁÛÒÜ ÊÎÐÎÒÊÈÌÈ.

Ðèñóíîê 1. Çàìåíà êâàðöåâîãî ðåçîíàòîðà â ãåíåðàòîðå Ïèðñà íåèçâåñòíîé èíäóêòèâíîñòüþ ïîçâîëÿåò èçìåðèòü åå çíà÷åíèå, íàáëþäàÿ çà ÷àñòîòîé ðåçóëüòèðóþùèõ êîëåáàíèé.

110

fO =

1 , 2p L X C S

êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåò ïåðèîäó

TO = 2p L XCS ,

LX C1 ÈÇÌÅÐßÅÌÀß ÈÍÄÓÊ100 nF 1% ÒÈÂÍÎÑÒÜ

ðàòîðå èñïîëüçóåòñÿ îäèí ÊÌÎÏ èíâåðòîð, ñìåùåííûé â ëèíåéíóþ îáëàñòü ðåçèñòîðîì R1, îáðàçóþùèé èíâåðòèðóþùèé óñèëèòåëü ñ áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ. Áëàãîäàðÿ âûñîêîìó êîýôôèöèåíòó óñèëåíèÿ èíâåðòîð ðàññåèâàåò ìåíüøóþ ìîùíîñòü, ÷åì åãî íåáóôåðèçîâàííûé àíàëîã, è äàæå ïðè íåáîëüøîì ñèãíàëå âûõîä ïåðåêëþ÷àåòñÿ ìåæäó óðîâíÿìè ïèòàíèÿ è çåìëè. Ï-îáðàçíàÿ LC-öåïî÷êà îáðàçóåò ïàðàëëåëüíûé êîëåáàòåëüíûé êîíòóð, ðàáîòàþùèé íà ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòå

ãäå CS = 50 íÔ – ýêâèâàëåíòíàÿ åìêîñòü ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷åííûõ êîíäåíñàòîðîâ C1 è C2. Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ðàññ÷èòàòü èíäóêòèâíîñòü LX, èçìåðèâ ðåçîíàíñíóþ ÷àñòîòó fO èëè ïåðèîä TO. Íà ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòå Ï-îáðàçíàÿ LC-öåïî÷êà ñäâèãàåò ôàçó âûõîäíîãî ñèãíàëà íà 180° îòíîñèòåëüíî âõîäíîãî. Äëÿ âîçíèêíîâåíèÿ êîëåáàíèé ôàçîâûé ñäâèã â êîíòóðå îáðàòíîé ñâÿçè ãåíåðàòîðà íà ÷àñòîòå fO äîëæåí ñîñòàâëÿòü 360°, à êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ äîëæåí áûòü áîëüøå åäèíèöû. Èíâåðòîð IC1A îáåñïå÷èâàåò

ÑÕÅÌÛ

äîïîëíèòåëüíûé ñäâèã ôàçû íà 180° è âûñîêèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ, êîìïåíñèðóþùèé îñëàáëåíèå â öåïè. Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R1 íåêðèòè÷íî è ìîæåò ñîñòàâëÿòü îò 1 äî 10 ÌÎì. Ðåçèñòîð R2 èçîëèðóåò âûõîä ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà IC1A îò LC-öåïî÷êè, ÷òî ïîçâîëÿåò íà âûõîäå ñàìîãî èíâåðòîðà ïîëó÷èòü ïðàêòè÷åñêè ÷èñòûé ïðÿìîóãîëüíûé ñèãíàë. Êðîìå òîãî, R2 óëó÷øàåò ñòàáèëüíîñòü ÷àñòîòû, ïîñêîëüêó óâåëè÷èâàåò íàêëîí ôàçîâîé õàðàêòåðèñòèêè âáëèçè ÷àñòîòû ðåçîíàíñà. Äëÿ íàèëó÷øèõ õàðàêòåðèñòèê ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü ïëåíî÷íûå êîíäåíñàòîðû ñ íèçêîé ñîáñòâåí-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

íîé èíäóêòèâíîñòüþ, íàïðèìåð, âûïóñêàåìûå Vishay ïîëèïðîïèëåíîâûå êîíäåíñàòîðû ñåðèè MKP1837 ñ äîïóñêîì 1%. Ìîæíî òàêæå èñïîëüçîâàòü äðóãèå ïëåíî÷íûå êîíäåíñàòîðû ñî ñòàíäàðòíûìè çíà÷åíèÿìè äîïóñêîâ ïðè óñëîâèè, ÷òî äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øåé òî÷íîñòè èõ íîìèíàëû áóäóò ïîäîáðàíû ñ ïîìîùüþ ïðåöèçèîííîãî èçìåðèòåëÿ åìêîñòè. Íåáîëüøîé òîê, ïîòðåáëÿåìûé ñõåìîé, ïîçâîëÿåò â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ èñïîëüçîâàòü áàòàðåþ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD74HC04

111

ØÈÌ-ãåíåðàòîðû ñ íåçàâèñèìûìè ðåãóëèðîâêàìè Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Îïèñûâàþòñÿ ñõåìû ØÈÌ-ãåíåðàòîðîâ èìïóëüñîâ ñ íåçàâèñèìûìè ðåãóëèðîâêàìè ÷àñòîòû è êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ.  ïåðâîì èç íèõ èñïîëüçîâàíà ìèêðîñõåìà TLC555 è âíåøíèé çàäàþùèé ãåíåðàòîð èìïóëüñîâ íà ìèêðîñõåìå CD40106. Âòîðîé ãåíåðàòîð âûïîëíåí íà D-òðèããåðå ìèêðîñõåìû CD4013 è àíàëîãîâîì êîìïàðàòîðå ìèêðîñõåìû LM339.

ÕÕîðîøî çíàêîìàÿ ðàäèîëþáèòåëÿì ìèê-

÷àñòîò îò 1 äî 9.7 êÃö. Çàäàþùèé ãåíåðàòîð âûïîëíåí íà ýëåìåíòå DD1.1 ìèêðîñõåìû CD40106. Ðàáî÷óþ ÷àñòîòà ãåíåðàòîðà ìîæíî ïëàâíî ðåãóëèðîâàòü ïîòåíöèîìåòðîì R2. Íà êîíäåíñàòîðå C1 ôîðìèðóåòñÿ èìïóëüñû ïèëîîáðàçíîé ôîðìû, ìåäëåííî íàðàñòàþùèå âî âðåìåíè è áûñòðî ñïàäàþùèå ê ìîìåíòó îêîí÷àíèÿ èìïóëüñà. Ýòè èìïóëüñû ïîñòóïàþò íà âûâîä 6 ìèêðîñõåìû DA1 TLC555. Ñ âûâîäà 5 ìèêðîñõåìû DA1 ñèãíàë ÷åðåç ðåçèñòîð R6 ïîäà¸òñÿ íà ïîòåíöèîìåòð R5, êîòîðûé îáåñïå÷èâàåò ïëàâíóþ ðåãóëèðîâêó øèðèíû âûõîäíûõ èìïóëüñîâ, ñíèìàåìûõ ñ âûâîäà 3 ìèêðîñõåìû DA1.

ðîñõåìà 555 (ÊÐ1006ÂÈ1) ïîçâîëÿåò ãåíåðèðîâàòü ØÈÌ-ñèãíàë, íî ÷àñòîòà òàêîãî ñèãíàëà çàìåòíî èçìåíÿåòñÿ ñ èçìåíåíèåì øèðèíû âûõîäíîãî ñèãíàëà. Ðåøèòü ïðîáëåìó ñîçäàíèÿ ØÈÌ-ãåíåðàòîðà ñ íåçàâèñèìûìè ðåãóëèðîâêàìè è èñïîëüçîâàíèåì ìèêðîñõåìû 555, íàïðèìåð, TLC555 èëè åå àíàëîãà âîçìîæíî ïðè èñïîëüçîâàíèè âíåøíåãî çàäàþùåãî ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ. Ãåíåðàòîð ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ñ íåçàâèñèìûìè ðåãóëèðîâêàìè ÷àñòîòû è øèðèíû èìïóëüñîâ, Ðèñóíîê 1, ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü íà âûõîäå ØÈÌ-ñèãíàë â äèàïàçîíå

+15 Â C2 14 100í DD1 C1 DD1.1 2í CD40106 1 2 1 R1

4

7

2

6

RES

500ê

THR

VD1 1N4148

R3 51ê R4 10ê

VCC

TRI

1Ì R2

+

8

OUT

GND 1

R5 100ê

DIS

CTR

7

3

C3 22ìê

Uâûõ

1…9.7 êÃö ØÈÌ

5

DA1 TLC555

R6 10ê

Ðèñóíîê 1. ØÈÌ-ãåíåðàòîð ñ íåçàâèñèìûìè ðåãóëèðîâêàìè ÷àñòîòû è øèðèíû èìïóëüñîâ.

112

ÑÕÅÌÛ

VD1-VD4 1N4148

4.5 Â 7

C1 75í DD1.1 CD4013 C2 75í

R4 R1

10ê 50ê 10  6 S T 2 3 Q C 0.12…1 êÃö 5 1 D Q 4 10  R R3 10ê

R5

R2.1

R2.2

10ê

10ê

7 4.5 Â

C3 DD1 220í 14 +10 Â

6

R7 100ê

+

3

–

12

R6 10ê 1

DA1.1 LM339

+10 ØÈÌ 0…100% 0.24…2 êÃö

50ê

4.5 Â

Ðèñóíîê 2. Âàðèàíò ãåíåðàòîðà ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ñ íåçàâèñèìûìè ðåãóëèðîâêàìè ÷àñòîòû è øèðèíû èìïóëüñîâ.

Íà Ðèñóíêå 2 ïðèâåäåíà ñõåìà ãåíåðàòîðà ïîäîáíîãî íàçíà÷åíèÿ, âûïîëíåííàÿ íà D-òðèããåðå DD1.1 ìèêðîñõåìû CD4013 è àíàëîãîâîì êîìïàðàòîðå DA1.1 ìèêðîñõåìû LM339. Çàäàþùèé ãåíåðàòîð óñòðîéñòâà ñîáðàí íà D-òðèããåðå DD1.1 è ðàáîòàåò îí ïðè ðåãóëèðîâêå ñäâîåííîãî ïîòåíöèîìåòðà R2.1, R2.2 â äèàïàçîíå ÷àñòîò îò 0.12 äî 1 êÃö. Àìïëèòóäà âûõîäíûõ ñèãíàëîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû íà âûõîäàõ 1 è 2 ìèêðîñõåìû äîñòèãàåò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ óñòðîéñòâà, ò.å. 10 Â. Íà âðåìÿçàäàþùèõ êîíäåíñàòîðàõ C1 è C2 ôîðìèðóåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïèëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ àìïëèòóäîé 4.5  ñ ìåæèìïóëüñíîé ïàóçîé â 50% îò äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà. Ýòè èìïóëüñû ÷åðåç äèîäû VD1 è VD4 1N4148 ñóììèðóåòñÿ íà ðåçèñòîðå R7 è ïîñòóïàþò íà âõîä êîìïàðàòîðà DA1.1 LM339 (âûâîä 6). Íà äðóãîé âõîä êîìïàðàòîðà (âû-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

âîä 7) ïîñòóïàåò íàïðÿæåíèå ñðàâíåíèÿ ñ ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ, âûïîëíåííîãî íà ðåçèñòîðå R5 è ïîòåíöèîìåòðå R4. Ïîòåíöèîìåòð R4 ïîçâîëÿåò ðåãóëèðîâàòü êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ îò 0 äî 100% â ïðåäåëàõ ïåðåñòðîéêè ÷àñòîòû âûõîäíîãî ñèãíàëà îò 0.24 äî 2 êÃö, ò.å. óäâîåííîé ÷àñòîòû ñèãíàëà çàäàþùåãî ãåíåðàòîðà. Àìïëèòóäà âûõîäíîãî ñèãíàëà ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû, ñíèìàåìîãî ñ âûâîäà 1 ìèêðîñõåìû DA1.1, ïðàêòè÷åñêè ðàâíà íàïðÿæåíèþ ïèòàíèÿ óñòðîéñòâà (10 Â). ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4013B 2. Datasheet Texas Instruments CD40106B 3. Datasheet ON Semiconductor LM339 4. Datasheet Texas Instruments TLC555

113

Òî÷íîå óïðàâëåíèå ñòóïåí÷àòûìè ïðèðàùåíèÿìè íàïðÿæåíèÿ ñ ïîìîùüþ óãëîâîãî ýíêîäåðà Anthony Smith EDN

Ï

Ïðè ýêñïåðèìåíòàõ ñ âûñîêî÷àñòîòíûì ãåíåðàòîðîì ìíå ïîíàäîáèëîñü óïðàâëÿòü íàïðÿæåíèåì íà âàðàêòîðíîì äèîäå òî÷íûìè ïðèðàùåíèÿìè â äèàïàçîíå îò 2  äî 10 Â. Î÷åâèäíûì âûáîðîì áûë áóôåðèçîâàííûé ïîòåíöèîìåòð, à ïîñëåäîâàòåëüíîå ñîåäèíåíèå äâóõ ïîòåíöèîìåòðîâ äëÿ ãðóáîãî/òî÷íîãî óïðàâëåíèÿ (èëè èñïîëüçîâàíèå ìíîãîîáîðîòíîãî ïîòåíöèîìåòðà) ïîçâîëèëî

áû óëó÷øèòü êîíòðîëü íàïðÿæåíèÿ âàðàêòîðà. Îäíàêî ýòîò ïîäõîä ïî-ïðåæíåìó íå ïîçâîëÿë ìíå ôîðìèðîâàòü ðàâíîìåðíûå èíêðåìåíòû è äåêðåìåíòû óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ íàäåæíûì è âîñïðîèçâîäèìûì îáðàçîì. Ìíå òðåáîâàëîñü ðåøåíèå, êîòîðîå îáåñïå÷èâàëî áû íåîáõîäèìóþ òî÷íîñòü âìåñòå ñ ïîëíîé ãèáêîñòüþ â îòíîøåíèè âûáîðà âåëè÷èíû ïðèðàùåíèé íàïðÿæåíèÿ.

Ïîëîæèòåëüíîå ïèòàíèå (+Vs)

+12 Â A

IC1a

R1 10k

R3 100k

1 2

12

C1 10n

Óãëîâîé ýíêîäåð

R2 10k

11 IC2a 14

13

0Â

IC1b

R4 100k

5

C2 10n

12

4

6 IC1d 13

R8 1M0

ÂÂÅÐÕ/ÂÍÈÇ

3

C3 (ñì. R5 òåêñò) 100

IC1c 8

10

9

D1 1N4148

IC3 2 3

6 ÇÀÏÐÅÒ

B R6 11 N/C (ñì. òåêñò)

R7 (ñì. òåêñò)

C4 (ñì. òåêñò)

R9 1M0

–

7

+

4

6 ÂÛÕÎÄ

C5 100n

Áëîêèðîâî÷íûå êîíäåíñàòîðû íå ïîêàçàíû 0  ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: IC1 CD4093 (âûâ. 7 = 0 Â; âûâ. 14 = +Vs) IC2: CD4053 (âûâ. 7, 8 = 0 Â; âûâ. 16 = +Vs) IC3: ñì. òåêñò

Ðèñóíîê 1. Óãëîâîé ýíêîäåð óïðàâëÿåò ñòóïåí÷àòûì ñèãíàëîì ñ òî÷íî îïðåäåëåííûìè óðîâíÿìè øàãîâ.

114

ÑÕÅÌÛ

Îò êîìáèíàöèè ìèêðîêîíòðîëëåð-ÖÀÏ ÿ îòêàçàëñÿ, ïîñêîëüêó äëÿ ýòîãî ïîòðåáîâàëèñü áû ñïåöèàëüíûå êîìïîíåíòû, à ïðèðàùåíèÿ íàïðÿæåíèÿ çàâèñåëè áû îò ðàçðåøåíèÿ ÖÀÏ (ê òîìó æå ìíå áûëî ëåíü ïèñàòü êîä). Äðóãèì âîçìîæíûì âàðèàíòîì áûë öèôðîâîé ïîòåíöèîìåòð ñ âõîäîì ïîøàãîâîãî èçìåíåíèÿ ïîëîæåíèÿ äâèæêà. Ýòî äàâàëî áû ýíåðãîíåçàâèñèìîå ðåøåíèå, ïîäîáíîå èñïîëüçîâàíèþ ÖÀÏ, íî îïÿòü æå, ïðèðàùåíèÿ ïîëíîñòüþ çàâèñåëè áû îò ðàçðåøåíèÿ ïîòåíöèîìåòðà. Ðåøåíèå, îïèñàííîå â ýòîé ñòàòüå, ìîæåò áûòü ñîáðàíî ñ íà îñíîâå íåäîðîãèõ ëåãêîäîñòóïíûõ êîìïîíåíòîâ, à ïðèðàùåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ìîãóò èçìåíÿòüñÿ ïîëüçîâàòåëåì (Ðèñóíîê 1). Äëÿ óïðàâëåíèÿ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì èñïîëüçóåòñÿ íåäîðîãîé óãëîâîé ýíêîäåð, îäèí øàã êîòîðîãî óâåëè÷èâàåò èëè óìåíüøàåò íàïðÿæåíèå íà òî÷íóþ âåëè÷èíó, îáåñïå÷èâàÿ ïðîñòîå ðåâåðñèâíîå óïðàâëåíèå, êàê îáû÷íûé ïîòåíöèîìåòð. Âûõîäû èíêðåìåíòíîãî ýíêîäåðà îáû÷íî ïðåäñòàâëåíû äâóìÿ êâàäðàòóðíûìè ñèãíàëàìè (ò. å. ñäâèíóòûìè ïî ôàçå íà ÷åòâåðòü ïåðèîäà), êîëè÷åñòâî èìïóëüñîâ â êîòîðûõ, ïðèõîäÿùååñÿ íà îäèí îáîðîò âàëà, çàâèñèò îò òèïà óñòðîéñòâà. Âíóòðè ýíêîäåð ñîäåðæèò äâà ïåðåêëþ÷àòåëÿ, èìåþùèõ îáùóþ êëåììó. Ýòà êëåììà îáû÷íî ñîåäèíÿþòñÿ ñ çåìëåé, à äâà âûõîäà ïîäêëþ÷àþòñÿ ê íàãðóçî÷íûì ðåçèñòîðàì (R1, R2). Öåïè R3/C1 è R4/C2 îáåñïå÷èâàþò ïîäàâëåíèå äðåáåçãà êîíòàêòîâ, à ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû IC1a è IC1b ôîðìèðóþò ïðÿìîóãîëüíûå ñèãíàëû â òî÷êàõ A è B. Ýíêîäåð äîëæåí áûòü ïîäêëþÏÎ ×ÀÑÎÂÎÉ ÑÒÐÅËÊÅ A

B

ÏÐÎÒÈ ×ÀÑÎÂÎÉ ÑÒÐÅËÊÈ A

B

Ðèñóíîê 2. Âûõîäíûå ñèãíàëû óãëîâîãî ýíêîäåðà.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

÷åí òàê, ÷òîáû ïðè åãî âðàùåíèè ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå ïåðåäíèé ôðîíò ñèãíàëà À îïåðåæàë ïåðåäíèé ôðîíò ñèãíàëà  íà ÷åòâåðòü ïåðèîäà, è íàîáîðîò, ïðè âðàùåíèè ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè ñèãíàë B äîëæåí íà ÷åòâåðòü ïåðèîäà îïåðåæàòü A (Ðèñóíîê 2). Äèôôåðåíöèðóþùàÿ öåïî÷êà è ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò C1c ôîðìèðóþò óçêèå îòðèöàòåëüíûå èìïóëüñû, øèðèíà êîòîðûõ îïðåäåëÿåòñÿ ïîñòîÿííîé âðåìåíè C3-R6. Ýòîò èìïóëüñ ôîðìèðóåòñÿ ïî ïåðåäíåìó ôðîíòó ñèãíàëà B è èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ðàçðåøåíèÿ ðàáîòû àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà IC2a ïîñðåäñòâîì âõîäà ÇÀÏÐÅÒ. Ïðè âûñîêîì óðîâíå íà ýòîì âõîäå àíàëîãîâûé êîììóòàòîð ïîëíîñòüþ ðàçîìêíóò, è òîê ÷åðåç ðåçèñòîð èíòåãðàòîðà R7 íå òå÷åò. Êîãäà âûõîäíîé óðîâåíü ýëåìåíòà IC1c ñòàíîâèòñÿ íèçêèì, êëþ÷ êîììóòàòîðà çàìûêàåòñÿ, è R7 íà êîðîòêîå âðåìÿ ïîäêëþ÷àåòñÿ ëèáî ê ïîëîæèòåëüíîé øèíå ïèòàíèÿ, ëèáî ê çåìëå, â çàâèñèìîñòè îò âõîäíîãî ñèãíàëà ÂÂÅÐÕ/ÂÍÈÇ. Ñîñòîÿíèå ñèãíàëà ÂÂÅÐÕ/ÂÍÈÇ ïðè âêëþ÷åííîì àíàëîãîâîì ïåðåêëþ÷àòåëå çàâèñèò îò íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ ýíêîäåðà. Åñëè âðàùàòü ýíêîäåð ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå, óðîâåíü ñèãíàëà A âî âðåìÿ èìïóëüñà ÇÀÏÐÅÒ áóäåò âûñîêèì, è ÷åðåç ðåçèñòîð R7, ñîåäèíåííûé ñ çåìëåé, â êîíäåíñàòîð C4 ñ êàæäûì èìïóëüñîì áóäåò ïîñòóïàòü äèñêðåòíàÿ ïîðöèÿ çàðÿäà, óâåëè÷èâàÿ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íà îäèí øàã. Äëÿ âðàùåíèÿ ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè, ðàçóìååòñÿ, êàðòèíà áóäåò îáðàòíîé. Òàêèì îáðàçîì, êàæäûé ùåë÷îê ýíêîäåðà ïåðåìåùàåò â èëè èç C4 çàðÿä, îïðåäåëÿåìûé êîðîòêèì èìïóëüñîì òîêà ÷åðåç R7. Êàê îïèñàíî âûøå, êàæäàÿ ïîðöèÿ çàðÿäà èíòåãðèðóåòñÿ ñõåìîé íà ýëåìåíòàõ C4 è IC3. ×òîáû ïîíÿòü, êàê âåäåò ñåáÿ ýòà ÷àñòü ñõåìû, ïðåäïîëîæèì, ÷òî êîíäåíñàòîð C4 èçíà÷àëüíî ðàçðÿæåí. Íàïðÿæåíèå, óñòàíîâëåííîå ðåçèñòîðàìè R8 è R9 íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, ðàâíî +Vs/2 (â äàííîì ïðèìåðå 6 Â), è öåïü îáðàòíîé ñâÿçü îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ áóäåò ïîääåðæèâàòü ïîòåíöèàë èíâåðòèðóþùåãî âõîäà íà òîì æå óðîâíå. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïîòåíöèàë ïðàâîãî ïî ñõåìå âûâîäà ðåçèñòîðà R7 âñåãäà ðàâåí +Vs/2. Ïîñêîëüêó íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå C4 åùå íåò, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ïåðâîíà÷àëüíî òàêæå ðàâíî +Vs/2.

115

Êîãäà àíàëîãîâûé êîììóòàòîð çàìûêàåòñÿ, ëåâûé ïî ñõåìå âûâîä ðåçèñòîðà R7 ñîåäèíÿåòñÿ ëèáî ñ 0 Â, ëèáî ñ +Vs. Áåç ó÷åòà òîêà ñìåùåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ è ñîïðîòèâëåíèÿ àíàëîãîâîãî êëþ÷à âåëè÷èíà èìïóëüñà òîêà, ïîñòóïàþùåãî â èíòåãðàòîð, îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì:

Vs R7 .

2 Íàïðèìåð, ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 12  è R7 = 100 êÎì àìïëèòóäà èìïóëüñà òîêà ñîñòàâèò 60 ìêÀ. Åñëè ýíêîäåð âðàùàåòñÿ ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå, ñèãíàë ÂÂÅÐÕ/ÂÍÈÇ âî âðåìÿ âûõîäíîãî èìïóëüñà ýëåìåíòà IC1c èìååò âûñîêèé óðîâåíü, ïîäêëþ÷àÿ R7 ê 0  è çàáèðàÿ çàðÿä èç C4. Ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ îáåñïå÷åíèÿ îáùåãî áàëàíñà çà ñ÷åò ïîääåðæàíèÿ ïîòåíöèàëà èíâåðòèðóþùåãî âõîäà íà óðîâíå +Vs/2, îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü äîëæåí ñáðîñèòü çàðÿä â êîíäåíñàòîð C4, â ðåçóëüòàòå ÷åãî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óâåëè÷èòñÿ íà îäèí øàã. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, åñëè ýíêîäåð âðàùàåòñÿ ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè, ñèãíàë ÂÂÅÐÕ/ÂÍÈÇ èìååò íèçêèé óðîâåíü, ïîýòîìó R7 ïîäêëþ÷àåòñÿ ê +Vs, à çàðÿä C4 óâåëè÷èâàåòñÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü äîëæåí çàáðàòü çàðÿä èç C4, ÷òî ïðèâåäåò ê óìåíüøåíèþ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ íà îäèí øàã. Ðåçóëüòèðóþùèé âûõîäíîé ñèãíàë îáðàçóåò ëåñòíèöó ñî ñòóïåíÿìè ðàâíîé àìïëèòóäû, êîòîðàÿ ïåðåìåùàåòñÿ ââåðõ èëè âíèç â çàâèñèìîñòè îò íàïðàâëåíèÿ âðàùåíèÿ ýíêîäåðà. Âåëè÷èíà øàãà îïðåäåëÿåòñÿ øèðèíîé èìïóëüñà íà âõîäå ÇÀÏÐÅÒ è íîìèíàëàìè êîìïîíåíòîâ R7 è C4. Èç îñíîâ ýëåêòðîòåõíèêè ìû çíàåì, ÷òî

I=

ãäå I – àìïëèòóäà èìïóëüñîâ òîêà, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç ðåçèñòîð R7, dt – äëèòåëüíîñòü âûõîäíîãî èìïóëüñà ýëåìåíòà IC1c, C – åìêîñòü êîíäåíñàòîðà C4. Ïðè ôèêñèðîâàííûõ íîìèíàëàõ C3 è R6 äëèòåëüíîñòü dt áóäåò ïîñòîÿííîé, è åñëè íàïðÿæåíèå +Vs ïîääåðæèâàåòñÿ íåèçìåííûì, çíà÷åíèå I áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ òîëüêî ñîïðîòèâëåíèåì R7 (ïðè óñëîâèè, ÷òî ñîïðîòèâëåíèå àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà íåçíà÷èòåëüíî). Ñëåäîâàòåëüíî, èçìåíÿÿ íîìèíàëû R7 è C4, ìîæíî ïîëó÷àòü òðåáóåìûå çíà÷åíèÿ dV. Íàïðèìåð, ïóñòü C3 è R6 âûáðàíû òàê, ÷òîáû dt = 100 ìêñ, à C4 = 100 íÔ. Òîãäà ïðè ñîïðîòèâëåíèè R7, ðàâíîì 100 êÎì, ÷òî äàåò âåëè÷èíó èìïóëüñà òîêà I = 60 ìêÀ, ðàññ÷èòàííîå íîìèíàëüíîå çíà÷åíèå øàãà ðàâíî 60 ìÂ.  òåñòîâîé ñõåìå ïðè C3 = 1 íÔ è R6 = 100 êÎì (ïðè ýòîì dt » 100 ìêñ) ôàêòè÷åñêèé ðàçìåð èçìåðåííîãî øàãà ñîñòàâèë 59.7 ì (Ðèñóíêè 3à è 3á).

Ðèñóíîê 3à. Îñöèëëîãðàììà âûõîäíîãî ñèãíàëà ïðè âðàùåíèè ýíêîäåðà ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå è ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè. (4 ñ/äåë., 2 Â/äåë.).

dQ dt

è

C=

dQ . dV

Ïðåîáðàçîâàíèå è óïðîùåíèå ýòèõ ôîðìóë ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü âåëè÷èíó øàãîâ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ:

dV =

116

I × dt , C

Ðèñóíîê 3á. Ðàñøèðåííûé âèä îñöèëëîãðàììû âûõîäíîãî ñèãíàëà ïîêàçûâàåò îòäåëüíûå ïðèðàùåíèÿ.

ÑÕÅÌÛ

Ïðè âêëþ÷åíèè ñõåìû íà åå âûõîäå óñòàíàâëèâàåòñÿ ñåðåäèíà íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå èìååò òåíäåíöèþ äðåéôîâàòü ñî âðåìåíåì. Îöåíêó äðåéôà íàïðÿæåíèÿ äàåò âûðàæåíèå

dV I = , dT C4 ãäå I – îáùèé òîê óòå÷êè. Òîê óòå÷êè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîìáèíàöèþ òîêà ñìåùåíèÿ èíâåðòèðóþùåãî âõîäà îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ è òîêà óòå÷êè ðàçîìêíóòîãî àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà. Î÷åâèäíî, ÷òî äðåéô íàïðÿæåíèÿ ìîæíî ñâåñòè ê ìèíèìóìó, âûáèðàÿ áîëüøîå çíà÷åíèå åìêîñòè C4 è îáåñïå÷èâàÿ êàê ìîæíî áîëåå íèçêèå òîêè óòå÷êè.  ýòîì îòíîøåíèè ëó÷øå âñåãî ïîäõîäÿò ÊÌÎÏ îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè èëè óñèëèòåëè ñ âõîäíûìè êàñêàäàìè íà ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ, ïîñêîëüêó îíè èìåþò ÷ðåçâû÷àéíî íèçêèå âõîäíûå òîêè ñìåùåíèÿ – îáû÷íî â äèàïàçîíå ïèêîàìïåð. Òèïîâîé òîê óòå÷êè ðàçîìêíóòîãî êëþ÷à àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà 4053 ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå îáû÷íî ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 50 ïÀ, õîòÿ äëÿ íåêîòîðûõ îáðàçöîâ îí ìîæåò äîñòèãàòü 100 íÀ. Óòå÷êè ìîæíî ñíèçèòü, çàìåíèâ ñòàíäàðòíóþ ìèêðîñõåìó 4053 óëó÷øåííîé âåðñèåé, òàêîé êàê MAX4053A, ìàêñèìàëüíûé òîê óòå÷êè êîòîðîé ðàâåí âñåãî 100 ïÀ ïðè 25 °C. Êðîìå òîãî, îíà èìååò áîëåå íèçêîå ñîïðîòèâëåíèå â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè, ÷åì ñòàíäàðòíûé êîììóòàòîð 4053. Äðåéô íàïðÿæåíèÿ èìååò òåíäåíöèþ ê óâåëè÷åíèþ â êðàéíèõ òî÷êàõ äèàïàçîíà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ãäå âåëè÷èíà íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå C4 ìàêñèìàëüíà.  òåñòîâîé ñõåìå, ñîáðàííîé ñ èñïîëüçîâàíèåì îáû÷íîãî àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà 4053 è ÊÌÎÏ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ LMC6081, ñðåäíèé äðåéô ñîñòàâèë 6.8 ìê â ñåêóíäó. Ïðè äàííîì íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé îïðåäåëÿåòñÿ òèïîì èñïîëüçóåìîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. Åñëè íóæíî, ÷òîáû âûõîäíîé ñèãíàë èçìåíÿëñÿ îò 0  äî +Vs, ïîòðåáóåòñÿ îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü ñ âûõîäîì rail-to-rail. Õîðîøèì âûáîðîì ÿâëÿåòñÿ TLC271, õîòÿ LMC6081 îáåñïå÷èâàåò áîëüøèé ãàðàíòèðîâàííûé ðàçìàõ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Îáà ýòèõ óñòðîéñòâà èìåþò ÷ðåçâû÷àéíî íèçêèå

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

Ïîëîæèòåëüíîå ïèòàíèå (+Vs)

100k Sw.1

Îò âûâîäà 14 IC2a 15

10

1

R7a

2 IC2b

9

3 5

R7b

0Â Ê èíâåðòèðóþùåìó 4 âõîäó (âûâ. 2) IC3

IC2c

Ðèñóíîê 4. Óñîâåðøåíñòâîâàíèå ñõåìû ïîçâîëÿåò âûïîëíÿòü òî÷íîå è ãðóáîå óïðàâëåíèå âåëè÷èíîé âûõîäíîãî øàãà.

âõîäíûå òîêè ñìåùåíèÿ. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî âõîäû îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëü íå îáÿçàòåëüíî äîëæíû áûòü òèïà rail-to-rail, òàê êàê îáà âõîäà âñå âðåìÿ óäåðæèâàþòñÿ íà óðîâíå ñåðåäèíû íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Õîòÿ ñõåìà èíòåãðàòîðà â îïðåäåëåííîé ñòåïåíè ïîäàâëÿåò ïîìåõè, òùàòåëüíàÿ êîìïîíîâêà è ðàçâÿçêà ïî-ïðåæíåìó íåîáõîäèìû äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ïîïàäàíèÿ öèôðîâûõ øóìîâ â âûõîäíîé ñèãíàë. Ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ R8 è R9 äîëæíû áûòü õîðîøî ñîãëàñîâàíû, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî âåëè÷èíû èíêðåìåíòà è äåêðåìåíòà áóäóò îäèíàêîâû. Òîê ïîêîÿ òåñòîâîé ñõåìû ñîñòàâëÿë âñåãî 0.5 ìÀ, óâåëè÷èâàÿñü äî 1.5 ìÀ ïðè âðàùåíèè ýíêîäåðà. Íà Ðèñóíêå 4 ïîêàçàíî, êàê ìîæíî óëó÷øèòü ñõåìó, ÷òîáû îáåñïå÷èòü òî÷íîå è ãðóáîå óïðàâëåíèå âûõîäíûìè øàãàìè.  ýòîé äîïîëíèòåëüíîé ñõåìå çàäåéñòâîâàíû íåèñïîëüçóåìûå êëþ÷è êîììóòàòîðà IC2. Çäåñü ðåçèñòîð èíòåãðàòîðà R7 ðàçäåëåí íà äâå íåðàâíûå ÷àñòè R7a è R7b. Ïðè ðàçîìêíóòîì ïåðåêëþ÷àòåëå Sw.1 êëþ÷è àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà íàõîäÿòñÿ â ïîëîæåíèÿõ, ïîêàçàííûõ íà ñõåìå, è òîê èíòåãðàòîðà îïðåäåëÿåòñÿ ðåçèñòîðîì R7a. Ïðè çàìêíóòîì ïåðåêëþ÷àòåëå àíàëîãîâûé êîììóòàòîð âûáèðàåò R7b. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX4053 2. Datasheet Texas Instruments CD4053B 3. Datasheet Texas Instruments CD4093B 4. Datasheet Texas Instruments TLC271 5. Datasheet Texas Instruments LMC6081

117

Äðàéâåð áåëîãî ñâåòîäèîäà ðàáîòàåò ïðè íàïðÿæåíèè 1.2 Â Dave Wuchinich EDN

Ì Ìíîãèå ìèêðîñõåìû äðàéâåðîâ ñâåòîäèî-

áàòàðåè ñíèæàåòñÿ äî ïîðîãîâîãî óðîâíÿ, âûõîäíîé ñèãíàë ñòàíîâèòñÿ íåóñòîé÷èâûì.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 äëÿ ñîçäàíèÿ ìàãíèòíîãî ïîòîêà â äðîññåëå èñïîëüçîâàí ìóëüòèâèáðàòîð, êîòîðûé çàòåì çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð, êàê îáû÷íûé ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü. Ðàáîòà òàêîãî ìóëüòèâèáðàòîðà â ïðèëîæåíèè óïðàâëåíèÿ ìèãàþùèì àâàðèéíûì ìàÿêîì íà îñíîâå ëàìïû íàêàëèâàíèÿ îïèñàíà â ïàòåíòå ÑØÀ 4,068,149 [1]. Ðåçèñòîð R1 íà Ðèñóíêå 1 îáåñïå÷èâàåò ïóòü äëÿ ïóñêîâîãî òîêà ÷åðåç ïåðåõîäû áàçàýìèòòåð òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2. Ýòîò òîê îòêðûâàåò òðàíçèñòîð Q2, èç-çà ÷åãî âêëþ÷àåòñÿ Q1, è îáà òðàíçèñòîðà áûñòðî ïåðåõîäÿò

äîâ, èñïîëüçóþùèå êàê èíäóêòèâíûå, òàê è åìêîñòíûå íàêîïèòåëè ýíåðãèè, ñïîñîáíû ïîâûøàòü íàïðÿæåíèÿ îò 1.2 äî 2.4 Â, ïîëó÷àåìûå îò îäíî- èëè äâóõýëåìåíòíûõ NiMH áàòàðåé, äî 3.6 Â, òðåáóåìûõ äëÿ ïèòàíèÿ áåëûõ ñâåòîäèîäîâ. Îäíàêî äëÿ ïðàâèëüíîé ðàáîòû áîëüøèíñòâà èç ýòèõ ñõåì, òàêèõ, íàïðèìåð, êàê MAX1595, òðåáóåòñÿ ìèíèìàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðèìåðíî 2.5 Â. MAX1595 ìîæåò ðàáîòàòü ñ âõîäíûì íàïðÿæåíèåì 2.4 Â, íî íå îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ïîêà âõîäíîå íàïðÿæåíèå íå äîñòèãíåò çíà÷åíèÿ ïîðÿäêà 3 Â. Êðîìå òîãî, êîãäà íàïðÿæåíèå

C1 100 ïÔ 2N2907 Q1 R1 10k ÁÀÒÀÐÅß 1.1 Â ÌÈÍÈÌÓÌ

R2 10k

L1 100 ìêÃí 400 ìÀ

R3 270

D1 1N914

Q2 2N2222

+ C2 1 ìêÔ

D2 3.6  20 ìÀ

Ðèñóíîê 1.  ýòîé ñõåìå òðàíçèñòîðû Q1 è Q2 îáðàçóþò ìóëüòèâèáðàòîð, êîòîðûé ïåðåêëþ÷àåòñÿ ñ ÷àñòîòîé 60 êÃö, îáåñïå÷èâàÿ òîê äëÿ ïèòàíèÿ âûõîäíîãî ñâåòîäèîäà ïðè íàïðÿæåíèè áàòàðåè äî 1 Â.

118

ÑÕÅÌÛ

â ñîñòîÿíèå íàñûùåíèÿ. C1 çàðÿæàåòñÿ ÷åðåç R2 äî íàïðÿæåíèÿ áàòàðåè çà âû÷åòîì ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q1 è íàïðÿæåíèÿ íàñûùåíèÿ êîëëåêòîðýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q2, ÷òî â êîíå÷íîì èòîãå ïðèâîäèò ê âûêëþ÷åíèþ Q1 è, ñîîòâåòñòâåííî, ê âûêëþ÷åíèþ Q2. Çàòåì êîíäåíñàòîð C1 ðàçðÿæàåòñÿ ÷åðåç ðåçèñòîðû R1 è R2 è ñìåùåííûé â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè ïåðåõîä áàçà-êîëëåêòîð òðàíçèñòîðà Q2. Âðåìÿ âêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ îïðåäåëÿåò ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè R2C1, à âûêëþ÷åííîãî – (R1+R2)(C2). Êîíäåíñàòîð C2 äåéñòâóåò êàê åìêîñòíîé âõîäíîé ôèëüòð äëÿ òîêà, âûòåêàþùåãî èç L1, êîãäà òðàíçèñòîð Q2 âûêëþ÷åí, è îáåñïå÷èâàåò ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå äëÿ ïèòàíèÿ ñòàíäàðòíîãî áåëîãî ñâåòîäèîäà D2. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðîïîðöèîíàëüíî íàïðÿæåíèþ áàòàðåè. Ñ íîìèíàëàìè êîìïîíåíòîâ, ïîêàçàííûìè íà Ðèñóíêå 1, è ñ äðîññåëåì L1 òèïà Coilcraft MSS7341-104MLB ðàáî÷àÿ ÷àñòîòà

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî 60 êÃö. Ïðè íàïðÿæåíèè áàòàðåè èç äâóõ NiMH ýëåìåíòîâ, ðàâíîì 2.36 Â, ÷åðåç ñâåòîäèîä ïðîòåêàåò òîê ïðèìåðíî 20 ìÀ. Ïðè òàêîì íàïðÿæåíèè áàòàðåè â òåñòàõ ñ îäíîâðåìåííûì âêëþ÷åíèåì äâóõ ñâåòîäèîäîâ, êàæäûé ñî ñâîèì òîêîîãðàíè÷èâàþùèì ðåçèñòîðîì R3, ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè ñõåìû ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 80%. Ðàáîòà ñõåìû ïðîäîëæàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå áàòàðåè îñòàåòñÿ ÷óòü áîëüøå 1 Â, à âûõîäíîé òîê óìåíüøàåòñÿ, íî ïî-ïðåæíåìó îáåñïå÷èâàåò ñâå÷åíèå ñâåòîäèîäîâ. ÐË

Ññûëêè 1. Wuchinich, David G, “Flasher circuit with low power drain,” US Patent 4,068,149, Oct 28, 1975.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim Integrated MAX1595 2. Datasheet Coilcraft MSS7341

119

Äèôôåðåíöèàëüíûé îïòîèçîëèðîâàííûé äðàéâåð äëÿ ïðîâåðêè èíñòðóìåíòàëüíûõ óñèëèòåëåé Dusan Ponikvar EDN

Í

Íåêîòîðûå ýëåêòðè÷åñêèå ñèãíàëû, ñ êîòîðûìè íàì ïðèõîäèòñÿ èìåòü äåëî, «ïëàâàþò» îòíîñèòåëüíî çåìëè. Òèïè÷íûìè ïðèìåðàìè ìîãóò áûòü ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà òîêîèçìåðèòåëüíîì ðåçèñòîðå â èñòî÷íèêå ïèòàíèÿ èëè ñëîæíûé áèîìåäèöèíñêèé ñèãíàë, òàêîé êàê ÝÊÃ.  òàêèõ ñëó÷àÿõ äëÿ óñèëåíèÿ äèôôåðåíöèàëüíîé ñîñòàâëÿþùåé ñèãíàëà è ïîäàâëåíèÿ åãî ñèíôàçíûõ êîìïîíåíòîâ èñïîëüçóåòñÿ èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü (ÈÓ). Èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü íåîáõîäèìî òåñòèðîâàòü ñ èñïîëüçîâàíèåì ðåàëüíûõ ñèãíàëîâ, êàê âî âðåìÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ, òàê è ïåðèîäè÷åñêè â òå÷åíèå ïðàêòè÷åñêîé ýêñïëóàòàöèè. ÈÓ òàêæå ñëåäóåò ïðîâåðÿòü ïóòåì ïîäà÷è íà åãî âõîäû èçâåñòíîãî êàëèáðîâàííîãî òåñòîâîãî ñèãíàëà, ÷òîáû îïðåäåëèòü åãî òî÷íîñòü, ïîäàâëåíèå ñèíôàçíîãî ñèãíàëà è òî, êàê íà íåãî âëèÿþò ðàçëè÷íûå îøèáêè ïîäêëþ÷åíèÿ, êîòîðûå ìîãóò âîçíèêíóòü ïðè èñïîëüçîâàíèè óñèëèòåëÿ. Èñòî÷íèê òåñòîâîãî ñèãíàëà äëÿ ìåäèöèíñêîãî ÈÓ äîëæåí âûäàâàòü ñèãíàë UOUT ïîäõîäÿùåé ôîðìû ñ äèàïàçîíîì àìïëèòóä â íåñêîëüêî ìèëëèâîëüò è äèàïàçîíîì ÷àñòîò îò íóëÿ äî íåñêîëüêèõ êèëîãåðö. Ýòîò èñòî÷íèê äîëæåí èìåòü äâà äèôôåðåíöèàëüíûõ âûõîäà, êîòîðûå ìîãóò áûòü ïîäêëþ÷åíû ê ñîîòâåòñòâóþùèì âõîäàì ÈÓ, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 1.

120

Âûõîäíûå ñîïðîòèâëåíèÿ RG1 è RG2 äîëæíû ñîñòàâëÿòü, êàê ìèíèìóì, íåñêîëüêî êÎì, ÷òîáû ìîäåëèðîâàòü õàðàêòåðèñòèêè òåë, êîòîðûå áóäóò èçìåðÿòüñÿ â ðåàëüíîé æèçíè. Êðîìå òîãî, îáà âûõîäà äîëæíû áûòü ýëåêòðè÷åñêè èçîëèðîâàíû îò çåìëè, íî äîëæåí áûòü äîñòóïåí îáùèé îïîðíûé óðîâåíü äëÿ ïðîâåðêè ñïîñîáíîñòè ÈÓ ïîäàâëÿòü ñèíôàçíûå ïîìåõè. Äëÿ òåñòèðîâàíèÿ äîñòóïíî íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ òèïîâ èñòî÷íèêîâ ñèãíàëîâ. Âñå îíè, íà÷èíàÿ ñ ãåíåðàòîðîâ ôóíêöèé è çàêàí÷èâàÿ ñïåöèàëèçèðîâàííûìè öèôðîâûìè ñèíòåçàòîðàìè, ðàçëè÷àþòñÿ óðîâíÿìè òî÷íîñòè è ñëîæíîñòè. Ìíîãèå èç íèõ ñïîñîáíû ôîðìèðîâàòü ñèãíàëû â ïîäõîäÿùåì äèàïàçîíå àìïëèòóä è ÷àñòîò, à íåêîòîðûå äàæå ìîãóò èìèòèðîâàòü ÝÊÃ, ÝÝà è äðóãèå ìåäèöèíñêèå ñèãíàëû. Îäíàêî èñïîëüçîâàíèå ýòèõ èñòî÷íèêîâ ìîæåò áûòü ïðîáëåìàòè÷RG1

Îáùèé

UOUT

VG

RG2

Ðèñóíîê 1. Èñòî÷íèê äèôôåðåíöèàëüíîãî ñèãíàëà.

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

+3 Â UIN 3

7

U1 OPA349

+

R2

6

270R

2 _ 4

U2 2 IL300

C2 47p 4

P1 10K

5 PD2

Èçîëÿöèÿ ìåæäó âõîäîì è âûõîäîì îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ îïòðîíà – óñòðîéñòâà, êîòîðîå ñîäåðæèò ñâåòîäèîä (LED) è (PD) â îäíîì êîðïóñå. Ôîòîäèîä äåéñòâóåò êàê äåòåêòîð, òî åñòü ôîòîýëåêòðè÷åñêèé ãåíåðàòîð òîêà, ãäå òîê ÷åðåç ôîòîäèîä ïðîïîðöèîíàëåí êîëè÷åñòâó ñâåòà, ãåíåðèðóåìîãî ñèãíàëîì, ïðîõîäÿùèì ÷åðåç ñâåòîäèîä. Äëÿ ïðèëîæåíèé, èñïîëüçóþùèõ äèôôåðåíöèàëüíûå ñèãíàëû, õîðîøî ïîäõîäÿò äâóõêàíàëüíûå îïòðîíû, â êîòîðûõ îäèí ñâåòîäèîä óïðàâëÿåò äâóìÿ ôîòîäèîäàìè, òàêèå, íàïðèìåð, êàê âûïóñêàåìûå Vishay ïðèáîðû IL300. Äâóõêàíàëüíûå óñòðîéñòâà îáû÷íî ïðåäïî÷òèòåëüíåå, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî ëþáûå ðàçëè÷èÿ ìåæäó îòêëèêàìè äâóõ êàíàëîâ, îáóñëîâëåííûå ïðîèçâîäñòâåííûì ðàçáðîñîì, áóäóò ìèíèìàëüíûìè.  ýòîì ïðèëîæåíèè ñâåò îò ñâåòîäèîäà ïîïàäàåò íà îáà ôîòîäèîäà, îäèí èç êîòîðûõ ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ êîíòðîëÿ êîëè÷åñòâà ñâåòà, èñïóñêàåìîãî ñâåòîäèîäîì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ëèíåéíóþ îáðàòíóþ ñâÿçü äëÿ óïðàâëåíèÿ ñâåòîäèîäîì. Âòîðîé ôîòîäèîä èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ôàêòè÷åñêîé ïåðåäà÷è ñèãíàëà ÷åðåç èçîëèðóþùèé áàðüåð íà âûõîä. Íåñêîëüêî ïîëåçíûõ ïðèìåðîâ èñïîëüçîâàíèÿ îïòðîíîâ â ðàçëè÷íûõ ñõåìàõ ìîæíî íàéòè â [1]. Îäíàêî âî âñåõ ýòèõ ïðèìåðàõ íà âûõîäíîé ñòîðîíå îïòîèçîëÿòîðà âêëþ÷àåòñÿ îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü, ïîòåí-

LED

Ïðàêòè÷åñêàÿ ðåàëèçàöèÿ îïòè÷åñêîé ðàçâÿçêè àíàëîãîâûõ ñèãíàëîâ

öèàëüíî òðåáóþùèé îòäåëüíîãî (èçîëèðîâàííîãî) èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Îïòðîíû îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ãàëüâàíè÷åñêîé ðàçâÿçêè ïîòîêîâ öèôðîâûõ äàííûõ.  òàêèõ ïðèëîæåíèÿõ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ÷èñòîé öèôðîâîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ îíè ðàáîòàþò â «ðåæèìå íàñûùåíèÿ», êîãäà ÷åðåç âêëþ÷åííûé ñâåòîäèîä ïðîõîäèò äîñòàòî÷íî ñèëüíûé òîê, ÷òîáû ïîëíîñòüþ íàñûòèòü ôîòîäèîäû, è ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò òîê, êîãäà îí âûêëþ÷åí. Îäíàêî â äàííîì ïðèëîæåíèè îïòðîí ðàáîòàåò â ëèíåéíîé îáëàñòè, ÷òî èíîãäà íàçûâàåòñÿ ôîòîãàëüâàíè÷åñêèì ðåæèìîì, ãäå ôîòîäèîä âûäàåò ñèãíàë, ïðîïîðöèîíàëüíûé êîëè÷åñòâó ñâåòà, ïîëó÷àåìîãî îò ñâåòîäèîäà.  íàøåé ñõåìå äëÿ èçîëÿöèè àíàëîãîâûõ òåñòîâûõ ñèãíàëîâ ãåíåðàòîðà îïòðîí èñïîëüçóåòñÿ â ôîòîãàëüâàíè÷åñêîì ðåæèìå. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà ïðîñòàÿ ñõåìà ñ ëèíåéíûì îïòðîíîì, ôîòîäèîäû êîòîðîãî ðàáîòàþò â ôîòîãàëüâàíè÷åñêîì ðåæèìå, ïîäîáíî ñîëíå÷íûì ýëåìåíòàì.

PD1

íûì, ïîñêîëüêó ÷àñòî îíè èìåþò íåñèììåòðè÷íûå âûõîäû è íåäîñòàòî÷íî èçîëèðîâàíû îò çåìëè äëÿ ïðîâåäåíèÿ èñïûòàíèé íà ðàçäåëåíèå ñèíôàçíûõ ñèãíàëîâ. Ýòè èñòî÷íèêè ìîãóò áûòü àäàïòèðîâàíû äëÿ òåñòèðîâàíèÿ ÈÓ ïóòåì äîáàâëåíèåì ñõåìû äðàéâåðà, ïðåîáðàçóþùåé íåñèììåòðè÷íûé ñèãíàë â äèôôåðåíöèàëüíûé è îáåñïå÷èâàþùåé ðàçâÿçêó ïîòåíöèàëîâ.  ýòîé ñòàòüå îïèñûâàþòñÿ ïðîåêòèðîâàíèå, êîíñòðóêöèÿ è ïðèìåíåíèå òàêîé ñõåìû. Åå âûõîäû ãàëüâàíè÷åñêè èçîëèðîâàíû îò çåìëè è ïîääåðæèâàþò èìèòàöèþ «ñèíôàçíîé» ñîñòàâëÿþùåé ñèãíàëà. Êðîìå òîãî, âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå èñòî÷íèêà ýìóëèðóåìîãî ñèãíàëà ìîæíî îòðåãóëèðîâàòü â ñîîòâåòñòâèè ñ èìïåäàíñîì íåñèììåòðè÷íîãî èñòî÷íèêà.

UPD1 3

1

R3 U 10K OUT

6

Ðèñóíîê 2. Ïðîñòàÿ ñõåìà, â êîòîðîé èñïîëüçóåòñÿ ëèíåéíûé îïòðîí.

Òîêè îáîèõ ñâåòîäèîäîâ PD1 è PD2 ïðåîáðàçóþòñÿ â íàïðÿæåíèÿ íàãðóçî÷íûìè ðåçèñòîðàìè R3 è P1. Äî òåõ ïîð, ïîêà îáà íàïðÿæåíèÿ (UPD1 è UOUT) îñòàþòñÿ â ëèíåéíîì äèàïàçîíå õàðàêòåðèñòèê ôîòîäèîäîâ (â íàøåì ñëó÷àå – ìåíåå 50 ìÂ), èõ àìïëèòóäà áóäåò ïðîïîðöèîíàëüíà êîëè÷åñòâó ñâåòà, èçëó÷àåìîãî ñâåòîäèîäîì. Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü U1 ñðàâíèâàåò ñèãíàë UPD1 ñ âõîäíûì ñèãíàëîì UIN è, óïðàâëÿÿ ñâåòîäèîäîì, ñòðåìèòñÿ ñäåëàòü èõ ðàâíûìè. Ïîäñòðîå÷íûé ðåçèñòîð P1 èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ðåãóëèðîâêè êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ (UOUT/UIN) ñõåìû, à êîíäåíñàòîð C2 íåîáõîäèì äëÿ ïîäàâëåíèÿ ãåíåðàöèè.

121

C1 100n

+3 Â

U1 OPA349 6

R2

Îáùèé

270R

2 _ 4

U2 2 IL300

C2 47p PD1

4 R1 4K7 3

P1 10K

3K9

10K

PD1

4

3

RG1 R3a 100K 5K6

UOUT

R3b 5K6 RG2

6

100K

R7

P7

+3 Â

1

5 PD2

R6 1K

7 +

U3 2 IL300

1

5 PD2

1M

3

LED

R4

LED

R5 150K

UIN

6

Ðèñóíîê 3. Ïîëíàÿ ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà îïòè÷åñêè èçîëèðîâàííîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî äðàéâåðà.

Âûõîäíîé ñèãíàë UOUT (íàø èñòî÷íèê òåñòîâîãî ñèãíàëà) áåðåòñÿ ñî âòîðîãî ôîòîäèîäà PD2. Îí èçîëèðîâàí îò çåìëè, à åãî âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå îïðåäåëÿåòñÿ ðåçèñòîðîì R3. Ôîòîãàëüâàíè÷åñêèé ðåæèì îáû÷íî íå èñïîëüçóåòñÿ ñ ëèíåéíûìè îïòðîíàìè, ïîñêîëüêó äîñòóïíûé äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé îãðàíè÷åí íåñêîëüêèìè ìèëëèâîëüòàìè. Íî â äàííîì ïðèëîæåíèè ôîòîãàëüâàíè÷åñêèé ðåæèì îïðàâäàí è ïðåäïî÷òèòåëåí, ïîñêîëüêó îí íå òðåáóåò êàêîãîëèáî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íà âûõîäå îïòðîíà, à íóæíûé âûõîäíîé ñèãíàë â ëþáîì ñëó÷àå íåâåëèê.

Âàðèàíòû èçîëÿöèè äëÿ ñïåöèàëüíûõ òðåáîâàíèé Âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 2 ìîãóò áûòü ëèøü ïîëîæèòåëüíûìè, ïîñêîëüêó òîê ÷åðåç ñâåòîäèîä è îáà ôîòîäèîäà ìîæåò òå÷ü òîëüêî â îäíîì íàïðàâëåíèè. Ïðîáëåìà ìîæåò áûòü ðåøåíà ïóòåì äîáàâëåíèÿ ê âõîäíîìó ñèãíàëó UIN íåáîëüøîãî ïîëîæèòåëüíîãî ñìåùåíèÿ, ÷òî ïîçâîëÿþò ñäåëàòü áîëüøèíñòâî ñòàíäàðòíûõ ãåíåðàòîðîâ ñèãíàëîâ. Îäíàêî ýòî òàêæå äîáàâëÿåò ïîñòîÿííîå ñìåùåíèå è ê âûõîäíîìó ñèãíàëó UOUT. Åñëè ïîñòîÿííîå ñìåùåíèå óðîâíÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà äîïóñòèìî, èëè åñëè íåæå-

122

ëàòåëüíîå ïîñòîÿííîå ñìåùåíèå âûõîäíîãî ñèãíàëà ìîæíî óñòðàíèòü, äîáàâèâ RCôèëüòð âåðõíèõ ÷àñòîò ñ ïîäõîäÿùåé ÷àñòîòîé ñðåçà (ïðè óñëîâèè, ÷òî òàêàÿ èçìåíåííàÿ ÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðèåìëåìà), òî ñõåìà íà Ðèñóíêå 2 ïîäõîäèò äëÿ ðåøåíèÿ ïîñòàâëåííîé çàäà÷è. Åñëè â âûõîäíîì ñèãíàëå äðàéâåðà íå äîëæíî áûòü ïîñòîÿííîãî ñìåùåíèÿ, à åãî ÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äîëæíà íà÷èíàòüñÿ îò 0 Ãö, òî ïîñòîÿííîå ñìåùåíèå ñëåäóåò âû÷åñòü èç âûõîäíîãî ñèãíàëà.  ýòîì ñëó÷àå äëÿ ðåøåíèÿ ïðîáëåìû ìîæíî èñïîëüçîâàòü âòîðóþ áàòàðåþ è ïîäñòðîå÷íûé ðåçèñòîð. Îäíàêî áîëåå ïðîñòîå ðåøåíèå, íå òðåáóþùåå âòîðîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 3.  ýòîé ñõåìå äîáàâëåí âòîðîé îïòðîí (U3), óïðàâëÿåìûé ïîñòîÿííûì òîêîì, à åãî âûõîäíîé ôîòîäèîä âêëþ÷åí âñòðå÷íî-ïàðàëëåëüíî ñ âûõîäíûì ôîòîäèîäîì îïòðîíà U2. Ïîñòîÿííûé òîê ÷åðåç îïòðîí U3 óñòàíàâëèâàåòñÿ ïîäñòðîå÷íûì ðåçèñòîðîì P7 äëÿ êîìïåíñàöèè òîêà ñìåùåíèÿ îïòðîíà U2.  êîíñòðóêöèè òàêæå èñïîëüçîâàí ìàëîìîùíûé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü OPA349, ãëàâíûì îáðàçîì ïîòîìó, ÷òî äèàïàçîí åãî ñèíôàçíûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé ìîæåò íà 200 ì âûõîäèòü çà ïðåäåëû øèí ïèòàíèÿ, è

ÑÕÅÌÛ

åìó òðåáóåòñÿ î÷åíü ìàëî ýíåðãèè.  ðåçóëüòàòå îáùèé òîê, ïîòðåáëÿåìûé ñõåìîé, ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 1 ìÀ. Ïîñêîëüêó ïðîòîòèï ïèòàåòñÿ îò äâóõ áàòàðååê òèïîðàçìåðà ÀÀÀ, åãî ñðîê ñëóæáû äîëæåí áûòü áëèçîê ê 1000 ÷àñîâ. Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ìàêñèìàëüíûé äèàïàçîí âõîäíûõ ñèãíàëîâ è ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü ñõåìû ñèëüíî çàâèñÿò îò âåëè÷èíû ñìåùåíèÿ. Íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ ôèêñèðóåòñÿ ðåçèñòèâíûì äåëèòåëåì R5/R6 íà óðîâíå 20 ìÂ, ÷òî óñòàíàâëèâàåò òîê ñâåòîäèîäà îïòðîíà U2 ðàâíûì ïðèìåðíî 500 ìêÀ. Òàêîé æå òîê íóæíî óñòàíîâèòü äëÿ ñâåòîäèîäà îïòðîíà U3. Áëàãîäàðÿ íàëè÷èþ äåëèòåëÿ, ñîñòîÿùåãî èç ðåçèñòîðîâ R4 è R6, â ýòîì âàðèàíòå èñõîäíîé ñõåìû âõîäíîé ñèãíàë íå íóæíî ñìåùàòü îòíîñèòåëüíî óðîâíÿ çåìëè. Ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå UIN äëÿ ýòîé ñõåìû ñîñòàâëÿåò îêîëî ±5 Â. Çà ýòèìè ïðåäåëàìè âûõîäíîé ñèãíàë èñêàæàåòñÿ, ÷àñòè÷íî èç-çà íåáîëüøîãî ñìåùåíèÿ â 20 ì è ÷àñòè÷íî èç-çà íåëèíåéíîñòåé íà ãðàíèöàõ ôîòîãàëüâàíè÷åñêîãî ðåæèìà ôîòîäèîäîâ îïòðîíà U2. Ïðè âõîäíîì ñèãíàëå 1  ïèê-ïèê îæèäàþòñÿ âûõîäíîé ñèãíàë 1 ì ïèê-ïèê è ãàðìîíèêè íèæå –40 äÁ. ×àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðîñòèðàåòñÿ îò 0 Ãö äî ïðèìåðíî 10 êÃö (ïî óðîâíþ –3 äÁ).

Íàñòðîéêà ñõåìû Ñîáðàííàÿ ñõåìà ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 4. Íàñòðîéêà ñõåìû íà÷èíàåòñÿ ñ ïîäà÷è íà

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2022

Ðèñóíîê 4. Ñõåìà â ñáîðå. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ïîäñòðîå÷íûé ðåçèñòîð P1 îòñóòñòâóåò, ïîñêîëüêó â ýòîì ñëó÷àå íåò íåîáõîäèìîñòè â êàëèáðîâêå óñèëåíèÿ ñõåìû.

âõîä UIN ñèíóñîèäàëüíîãî ñèãíàëà ÷àñòîòîé ïîðÿäêà 500 Ãö è ðàçìàõîì 4  ïèê-ïèê è íàáëþäåíèÿ âõîäíîãî è âûõîäíîãî (UOUT) ñèãíàëîâ íà îñöèëëîãðàôå. Ïðèìå÷àíèå: èñïîëüçîâàíèå äåëèòåëåé 10:1 (êàê ìèíèìóì) îáÿçàòåëüíî. Çàòåì ïîäñòðîå÷íûì ðåçèñòîðîì P1 óñòàíàâëèâàþò ñîîòíîøåíèå àìïëèòóä îáîèõ ëó÷åé, ðàâíîå 1000:1. È, íàêîíåö, ðåãóëèðîâêîé ïîäñòðîå÷íîãî ðåçèñòîðà P7 ñðåäíèé óðîâåíü ñèãíàëà íà âûõîäå UOUT äåëàþò ðàâíûì íóëþ. ÐË

Ññûëêè 1. Vishay: Designing Linear Amplifiers Using the IL300 Optocoupler, Application note 50.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Vishay IL300 2. Datasheet Texas Instruments OPA349

123

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!