Æóðíàë ðàçðàáîò÷èêîâ ýëåêòðîíèêè
WWW.RLOCMAN.RU
ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Èþëü-Àâãóñò 2020 (109)
Ðàñøèðåíèå äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà âûñîêîèìïåäàíñíûõ
äàò÷èêîâ
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 Èþëü-Àâãóñò 2020 (109) Ãëàâíûé ðåäàêòîð: À. Íèêîëàåâ
Äèðåêòîð: Ñ. Ìóðàò÷àåâ
Íàä íîìåðîì ðàáîòàëè: Ì. Áàñêîâ Ä. Çàõàðîâ Î. Ëåâàøîâ Ñ. Ìóðàò÷àåâ À. Íèêîëàåâ À. Ðóñó
Ïî âîïðîñàì ðàçìåùåíèÿ ðåêëàìû, ïóáëèêàöèè àâòîðñêèõ ìàòåðèàëîâ, ñ çàìå÷àíèÿìè è ïîæåëàíèÿìè îáðàùàòüñÿ: rlocman@rlocman.ru
Å
+7 (903) 721-72-14 www.rlocman.ru
Îôèöèàëüíûå âåðñèè æóðíàëà ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ áåñïëàòíî è áåç ðåãèñòðàöèè òîëüêî íà ñàéòå ÐàäèîËîöìàí Ïðè ëþáîì èñïîëüçîâàíèè ìàòåðèàëîâ, îïóáëèêîâàííûõ â æóðíàëå, ññûëêà íà ÐàäèîËîöìàí îáÿçàòåëüíà. Ïîëíîå èëè ÷àñòè÷íîå âîñïðîèçâåäåíèå èëè òèðàæèðîâàíèå êàêèì áû òî íè áûëî ñïîñîáîì ìàòåðèàëîâ íàñòîÿùåãî èçäàíèÿ äîïóñêàåòñÿ òîëüêî ñ ïèñüìåííîãî ðàçðåøåíèÿ ðåäàêöèè. Ìíåíèÿ àâòîðîâ íå âñåãäà îòðàæàþò òî÷êó çðåíèÿ ðåäàêöèè.
Îôîðìëåíèå áåñïëàòíîé ïîäïèñêè: www.rlocman.ru/magazine
Íîâîñòè 4 Hitex ïðåäñòàâëÿåò íîâóþ ïëàòó ðàçðàáîòêè AURIX äëÿ ïðèëîæåíèé áåçîïàñíîñòè 4 Analog Devices àíîíñèðîâàëà ìèêðîìîäóëü ðåãóëÿòîðà òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî îõëàäèòåëÿ 5 AKM ðàçðàáîòàëà ñâåðõýêîíîìè÷íûé ñòåðåî ÀÖÏ ñ èíòåãðèðîâàííûì Àíàëèçàòîðîì Àêóñòè÷åñêîé Àêòèâíîñòè 7 Íîâàÿ ìèêðîñõåìà ìîñòà 1-Wire – I2C/SPI êîìïàíèè Maxim Integrated óïðîùàåò ïîñòðîåíèå ñåòåé ñ óäàëåííûìè äàò÷èêàìè 8 Texas Instruments âûïóñêàåò ïåðâûå â îòðàñëè òîêîâûå äàò÷èêè Õîëëà ñ íóëåâûì äðåéôîì 10 Renesas ïðåäñòàâëÿåò ñàìûé òî÷íûé â îòðàñëè îïòè÷åñêè èçîëèðîâàííûé äåëüòà-ñèãìà ìîäóëÿòîð äëÿ ïðèëîæåíèé ïðîìûøëåííîé àâòîìàòèçàöèè 11 Ãðàôåíîâûé äàò÷èê çà ìèíóòû îáíàðóæèâàåò àíòèòåëà ê Covid-19 12 SiTime ïðåäñòàâèëà ìèíèàòþðíûé äèôôåðåíöèàëüíûé ÌÝÌÑ ãåíåðàòîð ñ ñàìûì íèçêèì â îòðàñëè äæèòòåðîì
Ñòàòüè 14 Êàê óïðàâëÿòü èìïóëüñíûìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè ñ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé ïåðåêëþ÷åíèÿ. ×àñòü 1 23 Îïòîýëåêòðîííûå ýëåìåíòû «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ (ÍÅ)» 26 Ðàñøèðåíèå äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà âûñîêîèìïåäàíñíûõ äàò÷èêîâ 31 TSOP48xx. Ðàáîòà â ðåæèìå íåïðåðûâíîãî âõîäíîãî ñèãíàëà 34 Äðîáíàÿ ëîãèêà 40 Ó÷èìñÿ ëþáèòü ìèêðîñõåìû âûñîêîâîëüòíûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé 44 Ïðîñòîé ñïîñîá èçãîòîâëåíèÿ äåøåâûõ ýêðàíîâ äëÿ ïå÷àòíûõ ïëàò
Ñõåìû 46 Ãåíåðàòîð ñ îïòè÷åñêîé îáðàòíîé ñâÿçüþ è åãî ïðàêòè÷åñêîå ïðèìåíåíèå 50 Îïòîýëåêòðîííûå ýëåìåíòû «Ýêâèâàëåíòíîñòü» è «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ» 53 Ñëåæåíèå çà òî÷êîé ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè ôîòîýëåêòðè÷åñêîé ïàíåëè îïòèìèçèðóåò äðàéâåð âåíòèëÿòîðà 56 Íåäîðîãîé ïèêîâûé äåòåêòîð èç íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ 60 Êîìïàêòíûé ñäâîåííûé 6-àìïåðíûé ïîíèæàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ñ âûñîêèì ÊÏÄ 64 Ïðîñòîé èçìåðèòåëü òîêîâ óòå÷êè êîíäåíñàòîðîâ è ïîëóïðîâîäíèêîâûõ êëþ÷åé 66 Öèôðîâîé âîëüòìåòð ñ ïîâûøåííîé ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòüþ. ×àñòü 1 74 Äâóõâõîäîâàÿ ñõåìà ñáðîñà ïî ïèòàíèþ çàùèùàåò îò çàâèñàíèÿ ïðîãðàììû ÝÁÓ àâòîìîáèëÿ 76 Ôîðìèðîâàòåëü âûñîêî÷àñòîòíûõ âûñîêîâîëüòíûõ èìïóëüñîâ íà îñíîâå àíàëîãîâîãî çàðÿäîâîãî íàñîñà 78 Ñõåìà óïðàâëåíèÿ ëàçåðíûì äèîäîì 80 Èñòèííî ëèíåéíûé äåòåêòîð ðàäèî÷àñòîòíîé ìîùíîñòè 83 Ìàëîøóìÿùèé óñèëèòåëü ïåðåìåííîãî òîêà ñ öèôðîâûì óïðàâëåíèåì óñèëåíèåì è ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ 86 Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñõåìà àêòèâíîãî âûïðÿìèòåëÿ 88 Òî÷íàÿ ñõåìà àêòèâíîé íàãðóçêè ðàáîòàåò ïðè íàïðÿæåíèè îò 2  92 Ðåãóëèðóåìûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ íà îñíîâå öèôðîâîãî ïîòåíöèîìåòðà ñ êíîïî÷íûì óïðàâëåíèåì 95 Èñïîëüçîâàíèå áàëëàñòà ëþìèíåñöåíòíîé ëàìïû äëÿ óïðàâëåíèÿ ñâåòîäèîäàìè 98 Ïðîñòîé ôîðìèðîâàòåëü ñìåùåíèÿ 5  èç íàïðÿæåíèÿ –48  100 Ýëåêòðîííûé ýêâèâàëåíò ìîùíîãî ïåðåìåííîãî ðåçèñòîðà 102 Âûñîêîèìïåäàíñíûé âîëüòìåòð íà îñíîâå ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ 104 Ðåëå óñòðàíÿþò âûñîêîâîëüòíûå ïîìåõè
Hitex ïðåäñòàâëÿåò íîâóþ ïëàòó ðàçðàáîòêè AURIX äëÿ ïðèëîæåíèé áåçîïàñíîñòè Hitex ðàñøèðÿåò ñâîé ïîðòôåëü ñðåäñòâ îáåñïå÷åíèÿ áåçîïàñíîñòè è ïðåäñòàâëÿåò ïëàòó ShieldBuddy TC375.
ShieldBuddy TC375 â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ ñàìîé ìàëåíüêîé â ìèðå ïëàòîé ðàçðàáîòêè äëÿ ìèêðîïðîöåññîðîâ AURIX. ShieldBuddy TC375 îñíàùåíà 32-áèòíûì ìíîãîÿäåðíûì ïðîöåññîðîì TC375 êîìïàíèè Infineon è ñîîòâåòñòâóåò ñòàíäàðòó Arduino. Òàêèì îáðàçîì, ShieldBuddy TC375 îòâå÷àåò âûñî÷àéøèì ñòàíäàðòàì è òðåáîâàíèÿì áåçîïàñíîñòè. Ïîìèìî èíòåãðèðîâàííîãî ïðèåìîïåðåäàò÷èêà CAN è èíòåðôåéñà îòëàäêè ÷åðåç ïîðò USB, ïëàòà ñîäåðæèò èñòî÷íèê ïèòàíèÿ íà ìèêðîñõåìå TLF35584 ñ ìîíèòîðîì áåçîïàñíîñòè, ðàñøèðÿþùèì âîçìîæíîñòè ShieldBuddy TC375. Êðîìå òîãî, äîñòóïíû îöåíî÷íûå ëèöåíçèè äëÿ ìíîãî÷èñëåííûõ èíñòðóìåíòîâ ðàçðàáîòêè, ÷òî äåëàåò ShieldBuddy TC375 èäåàëüíûì óñòðîéñòâîì äëÿ âñòðàèâàåìûõ ïðîìûøëåííûõ èëè àâòîìîáèëüíûõ ïðèëîæåíèé ðåàëüíîãî âðåìåíè íà÷àëüíîãî óðîâíÿ.
Ýòî ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíî îöåíèâàòü è òåñòèðîâàòü êîíöåïöèè áåçîïàñíîñòè. «Ñ äàëüíåéøèì óñîâåðøåíñòâîâàíèåì ïëàòû ShieldBuddy TC275 äî ShieldBuddy TC375 ìû ïîäíÿëè íàøó ïðîòîòèïíóþ ïëàòó íà íîâûé óðîâåíü. Áëàãîäàðÿ ñâîèì ïðåâîñõîäíûì õàðàêòåðèñòèêàì áåçîïàñíîñòè, íàøà ShieldBuddy TC375 ïîäõîäèò íå òîëüêî äëÿ ñëîæíûõ è ñâÿçàííûõ ñ áåçîïàñíîñòüþ ïðîåêòîâ â ïðîìûøëåííîñòè, íî è äëÿ ìåäèöèíñêèõ òåõíîëîãèé», – ãîâîðèò Éîðã Ñòåíäåð (Jörg Stender), óïðàâëÿþùèé äèðåêòîð Hitex GmbH. Íåêîòîðûå îñîáåííîñòè ýòîé ïëàòû: ! Î÷åíü íåäîðîãàÿ ïëàòà AURIXñ ïðîöåññîðîì TC375; ! Ôîðì-ôàêòîð è ðàñïîëîæåíèå êîíòàêòîâ âûâîäà/âûâîäà ñîîòâåòñòâóþò Arduino Due/Mega2560; ! Ïëàòà ShieldBuddy AURIX TC375 ñ èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ íà îñíîâå TLF35584 è ìîíèòîðîì áåçîïàñíîñòè; ! Îáåñïå÷èâàåò ìãíîâåííûé äîñòóï íîâûõ è ïîòåíöèàëüíûõ ïîëüçîâàòåëåé AURIX ê ñîòíÿì ïëàò ðàñøèðåíèÿ; ! Âñòðîåííûé èíòåðôåéñ CAN; ! Ïîñòàâêà ñ îñíîâíûìè äðàéâåðàìè äëÿ DS-ADC, SAR, GTM, GPT, CCU6, ASC, LIN, SPI, QSPI, Ethernet; ! Èíòåðôåéñ ïðÿìîé îòëàäêè ÷åðåç ïîðò USB; ! Èíñòðóìåíòû ðàçðàáîò÷èêà, îñíîâàííûå íà èíòåãðèðîâàííûõ ñðåäàõ HighTec Free AURIX è Arduino Processing; ! Ïèòàíèå îò ïîðòà USB èëè âíåøíåãî èñòî÷íèêà 9…12 Â.
Analog Devices àíîíñèðîâàëà ìèêðîìîäóëü ðåãóëÿòîðà òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî îõëàäèòåëÿ Analog Devices àíîíñèðîâàëà ìèêðîìîäóëü LTM4663 – çàêîí÷åííûé 1.5-àìïåðíûé ðåãóëÿòîð òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî îõëàäèòåëÿ (ThermoElectric Cooler, TEC) â êîðïóñå LGA
4
ðàçìåðîì 3.5 ìì × 4 ìì × 1.3 ìì. Ïðèáîð ñîäåðæèò êîíòðîëëåð TEC, ëèíåéíûé ñèëîâîé êàñêàä, èìïóëüñíûé ñòàáèëèçàòîð, äðîññåëü è âñå âñïîìîãàòåëüíûå êîìïîíåíòû.
ÍÎÂÎÑÒÈ
VREF
R
VLIM/SD ITEC VTEC
EN/SY SVIN
ILIM
VLDR
TFB RFB
VIN 2.7…5.5 Â
GND
49.9k LTM4663
RX
10µF
PVIN
SFB
TAMPOUT TSET
ÂÛÕÎÄÍÎÉ TEC ÒÎÊ ±1.5 À
VPWM
PAMPN PAMPOUT
10µF
NTC ÖÅÏÜ PID
Óñòðîéñòâî, ðàáîòàþùåå ïðè âõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ îò 2.7  äî 5.5 Â, ìîæåò îòäàâàòü íåïðåðûâíûé âòåêàþùèé èëè âûòåêàþùèé òîê äî 1.5 À. Ìîäóëþ òðåáóþòñÿ ëèøü âõîäíîé è âûõîäíîé êîíäåíñàòîðû. LTM4663 èìååò äâà rail-to-rail óñèëèòåëÿ òèïà ÌÄÌ (ìîäóëÿòîð-äåìîäóëÿòîð) ñ íóëåâûì äðåéôîì, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ äëÿ óñèëåíèÿ ñèãíàëà òåðìèñòîðà è â ïåòëå ðåãóëèðîâàíèÿ òåìïåðàòóðû. LTM4663 ïîääåðæèâàåò òåðìèñòîðû ñ ïîëîæèòåëüíûìè (PTC) è îòðèöàòåëüíûìè (NTC) òåìïåðàòóðíûìè êîýôôèöèåíòàìè è ðåçèñòèâíûå äàò÷èêè òåìïåðàòóðû. Ìàêñèìàëüíûå òîêè îõëàæäåíèÿ è íàãðåâà, à òàêæå ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå TEC ïðîãðàììèðóþòñÿ íåçàâèñèìî äðóã îò äðóãà. LTM4663 âûïóñêàåòñÿ â êîðïóñàõ LGA, ïîêðûòèå âûâîäîâ êîòîðûõ îòâå÷àåò òðåáîâàíèÿì äèðåêòèâû RoHS.
Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ! Äâà âñòðîåííûõ rail-to-rail ÌÄÌ óñèëèòåëÿ ñ íóëåâûì äðåéôîì; ! Äèàïàçîí âõîäíûõ íàïðÿæåíèé îò 2.7 Â äî 5.5 Â;
Ìèêðîìîäóëü ðåãóëÿòîðà ñ âûõîäíûì òîêîì 1.5 À.
! Ìàêñèìàëüíûé âûõîäíîé òîê 1.5 À; ! Âûõîä âíóòðåííåãî èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ñ òî÷íîñòüþ 1%; ! Êîíòðîëü íàïðÿæåíèÿ TEC è òîêà; ! Íåçàâèñèìî ïðîãðàììèðóåìûå ïðåäåëüíûå òîêè îõëàæäåíèÿ è íàãðåâà; ! Ïðîãðàììèðóåìîå ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå TEC; ! ×àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ ïî óìîë÷àíèþ 2 ÌÃö; ! Äèàïàçîí ÷àñòîò ñèíõðîíèçàöèè îò 1.85 ÌÃö äî 3.25 ÌÃö; ! Ìîæåò ðàáîòàòü ñ NTC è PTC òåðìèñòîðàìè, à òàêæå ñ ðåçèñòèâíûìè äàò÷èêàìè òåìïåðàòóðû. ! Êîðïóñ LGA ñ ðàçìåðàìè 3.5 ìì × 4 ìì × × 1.3 ìì.
Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ! Óïðàâëåíèå òåìïåðàòóðîé TEC; ! Ñèñòåìû îïòè÷åñêîé ñâÿçè, îïòè÷åñêèå ìîäóëè; ! Îïòè÷åñêèå ëîêàòîðû (ëèäàðû).
AKM ðàçðàáîòàëà ñâåðõýêîíîìè÷íûé ñòåðåî ÀÖÏ ñ èíòåãðèðîâàííûì Àíàëèçàòîðîì Àêóñòè÷åñêîé Àêòèâíîñòè Êîðïîðàöèÿ Asahi Kasei Microdevices (AKM) ðàçðàáîòàëà 24-áèòíûé ñòåðåî àíàëîãî-öèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü (ÀÖÏ) AK5706 ñ èíòåãðèðîâàííûì Àíàëèçàòîðîì Àêóñòè÷åñêîé Àêòèâíîñòè (ÀÀÀ), àóäèî áóôåðîì è
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
ïîääåðæêîé öèôðîâûõ è àíàëîãîâûõ ìèêðîôîíîâ ñ âûñîêèì îòíîøåíèåì ñèãíàë/øóì. Áëîê AAA AK5706 íåïðåðûâíî àíàëèçèðóåò âõîäÿùèå çâóêè ïî êðèòåðèÿì, çàäàííûì ïîëüçîâàòåëåì, â òî âðåìÿ êàê îñòàëüíàÿ
5
÷àñòü ñèñòåìû îñòàåòñÿ âûêëþ÷åííîé.  òå÷åíèå 7 ìñ ïîñëå îáíàðóæåíèÿ çâóêà, ñîîòâåòñòâóþùåãî âûáðàííîìó êðèòåðèþ, AK5706 ïðîáóæäàåò ñèñòåìó è íà÷èíàåò çàïèñü âî âíóòðåííèé áóôåð, ôèêñèðóÿ ëþáûå çâóêîâûå ñîáûòèÿ, êîòîðûå ìîãóò ïðîèçîéòè âî âðåìÿ çàãðóçêè ÑíÊ. Ïîñëå ïðîáóæäåíèÿ ñèñòåìíàÿ ÑíÊ ñ÷èòûâàåò ñîäåðæèìîå áóôåðà, ÷òîáû îïðåäåëèòü, êàêîå äåéñòâèå ñëåäóåò ïðåäïðèíÿòü.
Ñïîñîáíîñòü àíàëèçèðîâàòü àóäèîâõîä â òî âðåìÿ, êîãäà îñòàëüíàÿ ÷àñòü ñèñòåìû ñïèò, ìîæåò çíà÷èòåëüíî ñíèçèòü ýíåðãîïîòðåáëåíèå ïðîäóêòà â ðåæèìå îæèäàíèÿ è/èëè ïðîäëèòü ñðîê ñëóæáû áàòàðåè. Ïîýòîìó AK5706 èäåàëüíî ïîäõîäèò äëÿ òàêèõ ïðèëîæåíèé, êàê óìíûå äèíàìèêè, íîñèìûå óñòðîéñòâà, îñíàùåííûå ãîëîñîâûìè ïîìîùíèêàìè, è ñåòåâûå óñòðîéñòâà áåçîïàñíîñòè, ïðîñëóøèâàþùèå îïðåäåëåííûå çâóêè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ äîñòóïíû åäèíè÷íûå îáðàçöû ìèêðîñõåìû AK5706. Íà÷àëî ìàññîâîãî ïðîèçâîäñòâà çàïëàíèðîâàíî íà êîíåö 2020 ãîäà.
×òî òàêîå Àíàëèçàòîð Àêóñòè÷åñêîé Àêòèâíîñòè (ÀÀÀ)? ÀÀÀ îáëàäàåò áîëüøåé èçáèðàòåëüíîñòüþ, ÷åì òèïè÷íûå ðåøåíèÿ äëÿ ïðîáóæäåíèÿ ïî óðîâíþ. Âûïîëíÿÿ àíàëîãîâûé àíàëèç âî âðåìåííîé è ÷àñòîòíîé îáëàñòÿõ, îí îïðåäåëÿåò, ñîîòâåòñòâóåò ëè àóäèîêîíòåíò çàäàííûì êðèòåðèÿì. Ïàòåíòóåìàÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ ñîáñòâåííàÿ àíàëîãîâàÿ òåõíîëîãèÿ AKM ñî ñâåðõíèçêèì ýíåðãîïîòðåáëåíèåì ïîçâîëÿåò ÀÀÀ âûäåëÿòü íåîáõîäèìûå çâóêè, ïîòðåáëÿÿ âñåãî 30 ìêÀ. Äåòåêòîð óðîâíÿ øóìà àíàëèçàòîðà àêóñòè÷åñêîé àêòèâíîñòè äåéñòâóåò êàê ïðèâðàòíèê: îí ïîñòîÿííî îòñëåæèâàåò óðîâåíü îêðó-
6
æàþùåãî øóìà, ÷òîáû óìåíüøèòü êîëè÷åñòâî ëîæíûõ ñðàáàòûâàíèé, êîòîðûå â ïðîòèâíîì ñëó÷àå ìîãëè áû âîçíèêàòü â çàøóìëåííîé ñðåäå. Åñëè ãðîìêîñòü çâóêà ïðåâûøàåò òåêóùèé ìèíèìàëüíûé óðîâåíü øóìà íà çàäàííóþ ïîëüçîâàòåëåì âåëè÷èíó, ÀÀÀ êëàññèôèöèðóåò àóäèîêîíòåíò ïî ÷àñòîòå è ïðîäîëæèòåëüíîñòè çâó÷àíèÿ. Êðèòåðèè íèçêîé èëè âûñîêîé ÷àñòîòû, à òàêæå êîðîòêîãî èëè äëèòåëüíîãî çâó÷àíèÿ âûáèðàþòñÿ ïîëüçîâàòåëåì. Çâóêè ÷åëîâå÷åñêîé ðå÷è, êàê ïðàâèëî, íèçêî÷àñòîòíûå è ïðîäîëæèòåëüíûå, ïîýòîìó ïîëüçîâàòåëü, èùóùèé ïðîáóæäàþùåå ñëîâî, ìîæåò âûáðàòü îòêëîíåíèå ëþáûõ çâóêîâ, íå ñîîòâåòñòâóþùèå ýòèì êðèòåðèÿì. Åñëè ðàçðàáîò÷èê óñòðîéñòâà õî÷åò, ÷òîáû ñèñòåìà ïðîáóæäàëàñü îò ñòóêà â äâåðü, ÀÀÀ ìîæåò èñêàòü íèçêî÷àñòîòíûå êðàòêîâðåìåííûå çâóêè. Êðîìå òîãî, ÀÀÀ èìååò ðåæèì, â êîòîðîì îí èñêëþ÷èòåëüíî âûäåëÿåò òîëüêî çâóêîâûå ñèãíàëû òðåâîãè T3 (äûìîâîé èçâåùàòåëü) è T4 (äåòåêòîð óãàðíîãî ãàçà).
Îñíîâíûå îñîáåííîñòè Ñâåðõíèçêîå ýíåðãîïîòðåáëåíèå è ðàçíîîáðàçíûå âàðèàíòû ïðîáóæäåíèÿ ñèñòåìû Âõîä âíåøíåãî çàïóñêà ìèêðîñõåìû AK5706 ïîçâîëÿåò åé àêòèâèðîâàòü ñèñòåìó, îñíîâûâàÿñü íà ñèãíàëàõ îò äàò÷èêîâ, òàêèõ êàê äàò÷èêè ïðèñóòñòâèÿ ÷åëîâåêà, äàò÷èêè îòêðûâàíèÿ äâåðåé è äàò÷èêè äâèæåíèÿ. Åùå áîëüøåé ýêîíîìèè ýíåðãèè ìîæíî äîñòè÷ü ïðè ñîâìåñòíîì èñïîëüçîâàíèè âõîäà âíåøíåãî çàïóñêà è AAA, êîãäà AK5706 îæèäàåò ïðèñóòñòâèÿ ÷åëîâåêà (11 ìêÀ) è òîëüêî ïîñëå ýòîãî íà÷èíàåò ïðîñëóøèâàòü îïðåäåëåííûå çâóêè (30 ìêÀ).
Âñòðîåííûé àóäèîáóôåð äëÿ õðàíåíèÿ àóäèî âî âðåìÿ çàãðóçêè ñèñòåìû  64-êèëîáàéòíûé áóôåð ìèêðîñõåìû AK5706 ìîæíî, â çàâèñèìîñòè îò êà÷åñòâà è êîëè÷åñòâà êàíàëîâ, çàïèñàòü äî äâóõ ñåêóíä àóäèî, çàõâàòûâàÿ çâóê, êîòîðûé ïðèõîäèë âî âðåìÿ çàãðóçêè ÑíÊ. Õðàíÿùèåñÿ â áóôåðå äàííûå ìîæíî ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ ïðî÷èòàòü ÷åðåç èíòåðôåéñ SPI, ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ïðèáîð â èíòåëëåêòóàëüíûõ
ÍÎÂÎÑÒÈ
äèíàìèêàõ è äðóãèõ óñòðîéñòâàõ ñ ãîëîñîâûìè ïîìîùíèêàìè, òðåáóþùèõ îáðàáîòêè â ðåàëüíîì âðåìåíè.
ìèêðîôîíàìè, à òàêæå äëÿ óñòðîéñòâ áåçîïàñíîñòè, êîòîðûì òðåáóåòñÿ âûñîêîêà÷åñòâåííàÿ çàïèñü çâóêîâ äàëüíåé çîíû.
Çàõâàò çâóêà âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ ñ íèçêèì ýíåðãîïîòðåáëåíèåì
Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ
AK5706 – ýòî 24-áèòíûé ñòåðåî ÀÖÏ ñ âûñîêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè, äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì 105 äÁ, ÷àñòîòîé äèñêðåòèçàöèè 192 êÃö è ïîòðåáëÿåìûì òîêîì 1.6 ìÀ. Ìèêðîñõåìà AK5706 óíèêàëüíà ñâîèì èíòåëëåêòóàëüíûì áëîêîì ÀÀÀ, íî è îäíèõ ëèøü õàðàêòåðèñòèê ÀÖÏ äîñòàòî÷íî, ÷òîáû ñäåëàòü óñòðîéñòâî èäåàëüíûì äëÿ íîñèìûõ óñòðîéñòâ è äðóãèõ ïðîäóêòîâ ñ ïîñòîÿííî âêëþ÷åííûìè
! Óìíûå êîëîíêè; ! Íîñèìûå óñòðîéñòâà: # Óìíûå ÷àñû, # Óìíûå î÷êè; ! Áåçîïàñíîñòü: # Áåñïðîâîäíûå êàìåðû, # Óìíûå äâåðíûå çâîíêè; ! Òåðìèíàëû äîïîëíåííîé/âèðòóàëüíîé ðåàëüíîñòè.
2
Íîâàÿ ìèêðîñõåìà ìîñòà 1-Wire – I C/SPI êîìïàíèè Maxim Integrated óïðîùàåò ïîñòðîåíèå ñåòåé ñ óäàëåííûìè äàò÷èêàìè DS28E18 óäëèíÿåò øèíó äî 100 ì è ìèíèìèçèðóåò êîëè÷åñòâî ïðîâîäîâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ ê ãëàâíîìó ìèêðîêîíòðîëëåðó Ðàçðàáîò÷èêè ðàñøèðåíèé ñåòåé óäàëåííûõ äàò÷èêîâ òåïåðü ìîãóò ñíèçèòü ñëîæíîñòü è ñòîèìîñòü ñâîèõ êîíñòðóêöèé äî ñàìûõ íèçêèõ â îòðàñëè óðîâíåé ñ ïîìîùüþ 2 ìèêðîñõåìû DS28E18 ìîñòà 1-Wire – I C/SPI, âûïóùåííîé êîìïàíèåé Maxim Integrated Products. Áëàãîäàðÿ èñïîëüçîâàíèþ ïðîòîêîëà 1-Wire êîìïàíèè Maxim Integrated äëÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ñ äàò÷èêàìè, ñîâìåñòèìûìè ñ 2 I C è SPI, DS28E18 çà ñ÷åò ñîêðàùåíèÿ êîëè÷åñòâà ïðîâîäîâ äî äâóõ óïðîùàåò ïîäêëþ÷åíèå óñòðîéñòâ ïî ñðàâíåíèþ ñ êîíêóðèðóþùèìè ðåøåíèÿìè, êîòîðûì òðåáóþòñÿ ÷åòû2 ðå ïðîâîäà äëÿ èíòåðôåéñà I C èëè øåñòü ïðîâîäîâ äëÿ SPI.  íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ óäàëåííûõ äàò÷èêîâ â ïðîìûøëåííûõ ïðèëîæåíèÿõ è ïðèëîæåíèÿõ óäàëåííîãî ìîíèòîðèíãà áîëüøèíñòâî ðàçðàáîò÷èêîâ èñïîëüçóþò ïîñëåäîâàòåëüíûå èíòåðôåéñû. Îäíàêî íàèáîëåå ïîïóëÿðíûå ïðîòîêîëû äîðîãè è ñëîæíû, ïîñêîëüêó äëÿ ñâÿçè ñ óñòðîéñòâàìè íà ðàññòîÿíèè äî 100 ìåòðîâ îíè òðåáóþò äî ïÿòè âíåøíèõ êîììóòàòîðîâ-óäëèíèòåëåé. Êðîìå òîãî, äëÿ íåêîòîðûõ øèðîêî èñïîëüçóå-
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
ìûõ ñåãîäíÿ èíòåðôåéñîâ òðåáóåòñÿ øåñòü êàáåëåé ïðè ïîäêëþ÷åíèè ðàñøèðåííîãî íàáîðà äàò÷èêîâ ê ãëàâíîìó ìèêðîêîíòðîëëåðó. DS28E18 ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü ïèòàíèå è îáìåí äàííûìè ïî îäíîé ëèíèè, èñïîëüçóÿ ïðîòîêîë 1-Wire äëÿ ñâÿçè ñ ïåðè2 ôåðèéíûìè óñòðîéñòâàìè I C èëè SPI íà ðàññòîÿíèè áîëåå 100 ìåòðîâ ñ ïîìîùüþ âñåãî äâóõ ïðîâîäîâ. Ðåøåíèå èñêëþ÷àåò äî ïÿòè ìèêðîñõåì ðàñøèðèòåëåé è êîììóòàòîðîâ, çíà÷èòåëüíî ñíèæàÿ ñòîèìîñòü ïîäêëþ÷åíèÿ è ñëîæíîñòü ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ. Êðîìå òîãî, äëÿ ðàáîòû ñåòè ñ 10-20 óçëàìè íåîáõîäèì òîëüêî îäèí ïðîãðàììèðóåìûé ïîðò ââîäà-âûâîäà õîñò ìèêðîêîíòðîëëåðà.
7
ÓÄÀËÅÍÍÛÉ SPI ÄÀÒ×ÈÊ
VCC
VCC
ÂÅÄÎÌÛÉ SPI
DS28E18
ÕÎÑÒ ÑÈÒÅÌÀ
RPUP Q1
PIOX
2 ÏÐÎÂÎÄÀ ÄÎ 100 ì
SENS_VDD
VDD
SS#
SS#
10 ÓÇËÎÂ ÈËÈ ÁÎËÅÅ
SCLK
SCLK
MOSI
SI
MISO
SO
µC PIOY GND
IO
CEXT GND
CX
GND
Óïðîùåííàÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ ìîñòà.
Êëþ÷åâûå ïðåèìóùåñòâà ! Âûñîêèé óðîâåíü èíòåãðàöèè: Óâåëè÷èâàåò äëèíó ñîåäèíåíèÿ äî 100 ì è ïîçâîëÿåò èñêëþ÷èòü äî ïÿòè ìèêðîñõåì ðàñøèðèòåëåé è êîììóòàòîðîâ, íå òðåáóÿ âíåøíåãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. ! Íèçêàÿ öåíà: Îáåñïå÷èâàåò àâòîíîìíóþ ðàáîòó âñåãî ñ äâóìÿ ñîåäèíèòåëüíûìè ïðîâîäàìè, èñêëþ÷àÿ äî ÷åòûðåõ ïðîâîäîâ, òðåáóåìûõ äëÿ àâòîíîìíîé ðàáîòû ïðè èñïîëüçîâàíèè äðóãèõ ðåøåíèé. ! Óïðîùåííàÿ ðåàëèçàöèÿ: Ïðåîáðàçóåò ïðîòîêîë 1-Wire â èíòåðôåé2 ñû âåäóùèõ øèí I C è SPI, óìåíüøàÿ ôèçè÷åñêèå ðàçìåðû êîíñòðóêöèè è ñëîæíîñòü ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ ãëàâíîãî ìèê-
ðîêîíòðîëëåðà ïî ñðàâíåíèþ ñ ñîïîñòàâèìûìè êîíôèãóðàöèÿìè.
Äîñòóïíîñòü è öåíû DS28E18 ìîæíî çàêàçàòü íà âåá-ñàéòå Maxim Integrated ïî öåíå $0.64 çà øòóêó (â ïàðòèÿõ èç 1000 ìèêðîñõåì). Ïðèáîðû èìåþòñÿ òàêæå ó îôèöèàëüíûõ äèñòðèáüþòîðîâ êîìïàíèè. Çà $89.25 ïðåäëàãàåòñÿ îòëàäî÷íûé íàáîð DS28E18EVKIT#.
Îöåíî÷íàÿ ñèñòåìà äëÿ DS28E18.
Texas Instruments âûïóñêàåò ïåðâûå â îòðàñëè òîêîâûå äàò÷èêè Õîëëà ñ íóëåâûì äðåéôîì Èíæåíåðû ïîëó÷àþò âîçìîæíîñòü âûïîëíåíèÿ òî÷íûõ è âîñïðîèçâîäèìûõ èçìåðåíèé â âûñîêîâîëüòíûõ ñèñòåìàõ, íå ïîäâåðæåííûõ âëèÿíèþ ñòàðåíèÿ è òåìïåðàòóðû Texas Instruments (TI) ïðåäñòàâèëà ïåðâûå â îòðàñëè äàò÷èêè òîêà ñ íóëåâûì äðåéôîì, îñíîâàííûå íà ýôôåêòå Õîëëà. TMCS1100 è TMCS1101 îáåñïå÷èâàþò âûñî÷àéøóþ òî÷-
8
íîñòü ñ íàèìåíüøèì âðåìåííûì è òåìïåðàòóðíûì äðåéôîì è íàäåæíîé èçîëÿöèåé 3 ê ñ.ê.ç., ÷òî îñîáåííî âàæíî äëÿ âûñîêîâîëüòíûõ ñèñòåì ïåðåìåííîãî èëè ïîñòîÿí-
ÍÎÂÎÑÒÈ
ïîääåðæèâàòü òî÷íîñòü â ðàñøèðåííîì ïðîìûøëåííîì äèàïàçîíå òåìïåðàòóð (îò –40 °C äî 125 °C).
íîãî òîêà, òàêèõ êàê ïðîìûøëåííûå ïðèâîäû äâèãàòåëåé, ñîëíå÷íûå èíâåðòîðû, íàêîïèòåëè ýíåðãèè è èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ. Ïðè ñîçäàíèè óñòðîéñòâ TMCS1100 è TMCS1101 TI èñïîëüçîâàëà ñâîé îïûò â îáëàñòè èçîëÿöèè è âûñîêîòî÷íûõ àíàëîãîâûõ ñõåì, ïðåäîñòàâèâ èíæåíåðàì âîçìîæíîñòü ïðîåêòèðîâàòü ñèñòåìû, êîòîðûå áóäóò îáåñïå÷èâàòü ñòàáèëüíûå ïàðàìåòðû è âîçìîæíîñòü äèàãíîñòèêè â òå÷åíèå áîëåå äëèòåëüíîãî ñðîêà ñëóæáû óñòðîéñòâà ïðè êîìïàêòíîñòè ðåøåíèÿ è áåç óâåëè÷åíèÿ âðåìåíè ïðîåêòèðîâàíèÿ. Ðåàëèçîâàííàÿ â TMCS1100 è TMCS1101 àðõèòåêòóðà ñ íóëåâûì äðåéôîì è êîìïåíñàöèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè â ðåàëüíîì âðåìåíè îáåñïå÷èâàþò èñêëþ÷èòåëüíî âûñîêèé óðîâåíü õàðàêòåðèñòèê, íà êîòîðûå íå âëèÿþò äàæå òàêèå ôàêòîðû, êàê èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû è ñòàðåíèå îáîðóäîâàíèÿ. Áëàãîäàðÿ ëó÷øåìó â îòðàñëè îáùåìó òåìïåðàòóðíîìó äðåéôó ÷óâñòâèòåëüíîñòè, íå ïðåâûøàþùåìó 0.45%, ÷òî, ïî êðàéíåé ìåðå, íà 200% íèæå, ÷åì ó äðóãèõ ìàãíèòíûõ äàò÷èêîâ òîêà, è äðåéôó ñìåùåíèÿ ìåíåå 0.1% îò ïîëíîé øêàëû, óñòðîéñòâà îáåñïå÷èâàþò âûñî÷àéøóþ òî÷íîñòü è íàäåæíîñòü èçìåðåíèé â øèðîêîì äèàïàçîíå òîêîâ. Êðîìå òîãî, óõîä ÷óâñòâèòåëüíîñòè âñåãî íà 0.5% â òå÷åíèå âñåãî ñðîêà ñëóæáû, ÷òî, êàê ìèíèìóì, íà 100% ìåíüøå, ÷åì ó äðóãèõ ìàãíèòíûõ äàò÷èêîâ òîêà, çíà÷èòåëüíî ñíèæàåò äåãðàäàöèþ õàðàêòåðèñòèê ñèñòåìû âî âðåìåíè. Êðîìå òîãî, ñâåðõâûñîêàÿ òî÷íîñòü TMCS1100 (ìàêñèìóì 1%) è TMCS1101 (ìàêñèìóì 1.5%) èñêëþ÷àåò íåîáõîäèìîñòü êàëèáðîâêè óñòðîéñòâà, ïîçâîëÿÿ óâåëè÷èòü ïåðèîäè÷íîñòü òåõíè÷åñêîãî îáñëóæèâàíèÿ îáîðóäîâàíèÿ. Óñòðîéñòâà òàêæå îáåñïå÷èâàþò òèïîâóþ îøèáêó ëèíåéíîñòè 0.05%, ÷òî ìèíèìèçèðóåò èñêàæåíèÿ ñèãíàëà è ïîìîãàåò
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
Âûñîêîå êà÷åñòâî êîíñòðóêöèè äàò÷èêîâ TMCS1100 è TMCS1101 îáåñïå÷èâàåò âíóòðåííþþ ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó, ïîçâîëÿþùóþ óñòðîéñòâàì â òå÷åíèå 60 ñåêóíä âûäåðæèâàòü íàïðÿæåíèå èçîëÿöèè 3 ê ñ.ê.ç. â ñîîòâåòñòâèè ñî ñòàíäàðòîì Underwriters Laboratories (UL) 1577 äëÿ ñëîæíûõ óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè â ñåòÿõ, ïîäêëþ÷åííûõ ê ëèíèÿì ýíåðãîñèñòåì èëè â ñèñòåìàõ ýëåêòðîñíàáæåíèÿ. Îáà óñòðîéñòâà â òå÷åíèå âñåãî ñðîêà ñëóæáû ìîãóò ðàáîòàòü ïðè íàïðÿæåíèè ±600  – íà 40% áîëåå âûñîêîì, ÷åì ó êîíêóðèðóþùèõ óñòðîéñòâ â òàêîì æå 8âûâîäíîì êîðïóñå SOIC. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ çàïàñà íàäåæíîñòè è óâåëè÷åíèÿ ñðîêà ñëóæáû óñòðîéñòâà äàò÷èêè ïðîøëè èñïûòàíèÿ íà âîçäåéñòâèå ðåæèìîâ, áîëåå ñòðîãèõ, ÷åì îáû÷íûå òðåáîâàíèÿ îòðàñëåâûõ ñòàíäàðòîâ UL è VDE. Äëÿ äèôôåðåíöèàëüíûõ èçìåðåíèé ñ ïîìîùüþ TMCS1100 íóæåí âíåøíèé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò èíæåíåðàì îïòèìèçèðîâàòü õàðàêòåðèñòèêè èõ êîíñòðóêöèé â ñîîòâåòñòâèè ñ ñàìûìè ñòðîãèìè òðåáîâàíèÿìè êîíêðåòíîãî ïðèëîæåíèÿ. Íàïðîòèâ, TMCS1101 èìååò âñòðîåííûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ è ñòàíäàðòíîå äëÿ îòðàñëè ðàñïîëîæåíèå âûâîäîâ, áëàãîäàðÿ ÷åìó îí ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïðÿìîé çàìåíû àíàëîãè÷íûõ äàò÷èêîâ, ÷òîáû ïîâûñèòü óðîâåíü õàðàêòåðèñòèê ñèñòåìû ïðè îäíîâðåìåííîì ñíèæåíèè îáùèõ çàòðàò.
Îöåíî÷íàÿ ïëàòà èçîëèðîâàííîãî äàò÷èêà òîêà íà îñíîâå TMCS1100.
9
Êîðïóñ, öåíû è äîñòóïíîñòü TMCS1100 è TMCS1101 â 8-âûâîäíûõ êîðïóñàõ SOIC óæå ìîæíî ïðèîáðåñòè íåïîñðåäñòâåííî ó TI è ó îôèöèàëüíûõ äèñòðèáüþòî-
ðîâ êîìïàíèè.  ïàðòèÿõ èç 1000 ìèêðîñõåì öåíà îáîèõ ïðèáîðîâ íà÷èíàåòñÿ îò $1.50. Íà âåá-ñàéòå TI ìîæíî òàêæå êóïèòü îöåíî÷íûå ìîäóëè TMCS1100EVM è TMCS1101EVM, êàæäûé èç êîòîðûõ ñòîèò $59.00.
Renesas ïðåäñòàâëÿåò ñàìûé òî÷íûé â îòðàñëè îïòè÷åñêè èçîëèðîâàííûé äåëüòà-ñèãìà ìîäóëÿòîð äëÿ ïðèëîæåíèé ïðîìûøëåííîé àâòîìàòèçàöèè Âûñîêîòî÷íûé ìîäóëü RV1S9353A îáåñïå÷èâàåò èçìåðåíèå òîêà è íàïðÿæåíèÿ è íàïðÿìóþ ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ìèêðîïðîöåññîðàì, ìèêðîêîíòðîëëåðàì, ÑíÊ è ÏËÈÑ, èñïîëüçóåìûì ñîâìåñòíî ñ öèôðîâûìè ôèëüòðàìè Renesas Electronics àíîíñèðîâàëà âûïóñê îïòè÷åñêè èçîëèðîâàííîãî äåëüòà-ñèãìà (DS) ìîäóëÿòîðà RV1S9353A. Ïðèáîð îáåñïå÷èâàåò ñàìóþ âûñîêóþ â îòðàñëè òî÷íîñòü ñðåäè âñåõ îïòè÷åñêè èçîëèðîâàííûõ óñòðîéñòâ ñ ÷àñòîòîé âûõîäíûõ èìïóëüñîâ 10 ÌÃö. Ìîäóëÿòîð ñîäåðæèò òî÷íûé àíàëîãî-öèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü ñ òèïîâîé ýôôåêòèâíîé ðàçðÿäíîñòüþ 13.8 áèò, ïðåîáðàçóþùèé àíàëîãîâîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå â îäíîáèòíûé âûõîäíîé ïîòîê öèôðîâûõ äàííûõ, ïåðåäàâàåìûõ ÷åðåç èçîëèðóþùèé áàðüåð. RV1S9353A ïîäêëþ÷àåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ê ìèêðîïðîöåññîðàì ñåìåéñòâà RZ/T è ìèêðîêîíòðîëëåðàì RX72M, èëè ê ëþáûì ìèêðîïðîöåññîðàì, ìèêðîêîíòðîëëåðàì, ÑíÊ è ÏËÈÑ, èñïîëüçóåìûì ñîâìåñòíî ñ öèôðîâûìè ôèëüòðàìè. RV1S9353A ïðåäíàçíà÷åí äëÿ êîíòðîëëåðîâ ðîáîòîâ-ìàíèïóëÿòîðîâ, à òàêæå äëÿ ñåðâîïðèâîäîâ ïåðåìåííîãî òîêà è êîíòðîëëåðîâ ×ÏÓ, èñïîëüçóåìûõ â ðàçëè÷íîì èíòåëëåêòóàëüíîì çàâîäñêîì îáîðóäîâàíèè. Òåíäåíöèÿ ê ïîâûøåíèþ òî÷íîñòè óïðàâëåíèÿ ïðîìûøëåííûìè ïðèáîðàìè ñòèìóëèðóåò ñïðîñ íà âûñîêîòî÷íóþ îïòè÷åñêóþ èçîëÿöèþ. RV1S9353A óäîâëåòâîðÿåò ýòîò ñïðîñ çà ñ÷åò ëó÷øåé â ñâîåì êëàññå òî÷íîñòè èçìåðåíèé, â òîì ÷èñëå, ñàìîãî íèçêîãî äðåéôà íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ, âûñîêîãî îòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì, íèçêîãî òåìïåðàòóðíîãî äðåéôà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ è âûñîêîãî âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ. Íèçêèé äðåéô íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ ìîäóëÿòîðà óïðîùàåò êîððåêöèþ ñìåùåíèÿ, à íàïðÿæåíèå èçîëÿöèè 5 ê ñ.ê.ç.
10
â ñî÷åòàíèè ñ äëèíîé ïóòè óòå÷êè ïî êîðïóñó 8 ìì èäåàëüíî ïîäõîäèò äëÿ ñîçäàíèÿ êîìïàêòíîãî îáîðóäîâàíèÿ óïðàâëåíèÿ 200- è 400-âîëüòîâûìè äâèãàòåëÿìè. Äëÿ óïðîùåíèÿ ðàçðàáîòêè è ñåðòèôèêàöèè OEM-ïðîèçâîäèòåëè ñòðåìÿòñÿ ñòàíäàðòèçèðîâàòü ñâîè ïðîåêòû. RV1S9353A îòâå÷àåò ýòîìó ñòðåìëåíèþ áëàãîäàðÿ òèïîâîìó âõîäíîìó ñîïðîòèâëåíèþ 500 êÎì, ÷òî îáëåã÷àåò ïðîåêòèðîâàíèå, äåëàÿ âîçìîæíûì èçìåðåíèå êàê òîêà, òàê è íàïðÿæåíèÿ. Áîëåå òîãî, öèôðîâîé âûõîä DS ìîäóëÿòîðà è ïîäêëþ÷åííûé öèôðîâîé ôèëüòð óñòðàíÿþò íåîáõîäèìîñòü â ñëîæíûõ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ êîíñòðóêöèÿõ, îñíîâàííûõ íà òðàäèöèîííûõ àíàëîãîâûõ èçîëèðóþùèõ óñèëèòåëÿõ ñ àíàëîãîâûìè ôèëüòðàìè è äðóãèìè êîìïîíåíòàìè.
Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè DS ìîäóëÿòîðà RV1S9353A ! Ìàêñèìàëüíûé òåìïåðàòóðíûé äðåéô âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ 2.5 ìêÂ/°C; ! Òèïîâîå îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì 85 äÁ;
ÍÎÂÎÑÒÈ
! Ìàêñèìàëüíàÿ ïîãðåøíîñòü óñèëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ îïîðíîãî èñòî÷íèêà ±0.5%; ! Òèïîâîé òåìïåðàòóðíûé äðåéô íàïðÿæåíèÿ îïîðíîãî èñòî÷íèêà 30 ppm/°C; ! Âûñîêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå: 500 êÎì; ! Óñòîé÷èâîñòü ê ñèíôàçíûì ïîìåõàì ñî ñêîðîñòüþ íàðàñòàíèÿ äî 25 êÂ/ìêñ (òèï.); ! Ðàáî÷èé äèàïàçîí òåìïåðàòóð îêðóæàþùåé ñðåäû îò –40 °C äî 110 °C;
! 8-âûâîäíîé êîðïóñ SDIP ñ øàãîì âûâîäîâ 1.27 ìì.
Öåíà è äîñòóïíîñòü DS ìîäóëÿòîð RV1S9353A äîñòóïåí äëÿ ïðèîáðåòåíèÿ ÷åðåç âñåìèðíóþ ñåòü äèñòðèáüþòîðîâ Renesas. Öåíà îäíîãî ìîäóëÿòîðà â ïàðòèè èç 1000 ïðèáîðîâ ñîñòàâëÿåò $2.41.
Ãðàôåíîâûé äàò÷èê çà ìèíóòû îáíàðóæèâàåò àíòèòåëà ê Covid-19 Nick Flaherty eeNews Europe Íåìåöêèå ó÷åíûå ðàçðàáàòûâàþò ýëåêòðîííûé äàò÷èê íà îñíîâå îêñèäà ãðàôåíà, ñïîñîáíûé îáíàðóæèâàòü áàêòåðèàëüíûå è âèðóñíûå èíôåêöèè, òàêèå êàê àíòèòåëà ê Covid-19, âñåãî çà 15 ìèíóò.
Ãðóïïà èññëåäîâàòåëåé èç Èíñòèòóòà íàäåæíîñòè è ìèêðîèíòåãðàöèè Ôðàóíãîôåðà (Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration, IZM) â Áåðëèíå ñ àïðåëÿ 2018 ãîäà ðàáîòàåò íàä ïðîåêòîì Graph-POC, öåëüþ êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå ñåíñîðíîé ïëàòôîðìû íà îñíîâå îêñèäà ãðàôåíà. Äëÿ 15-ìèíóòíîãî àíàëèçà ñ èñïîëüçîâàíèåì òðåõìåðíîé ñòðóêòóðû ãðàôåíîâûõ ÷åøóåê, à íå äâóìåðíûõ ìîíîñëîåâ, ïðèìå-
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
íÿåìûõ â äðóãèõ äàò÷èêàõ, òðåáóåòñÿ îäíà êàïëÿ êðîâè èëè ñëþíû. Òðåõìåðíàÿ ñòðóêòóðà óâåëè÷èâàåò ìåðèòåëüíóþ ïîâåðõíîñòü è òî÷íîñòü èçìåðåíèé. «Ìû ìîæåì îòêëîíÿòüñÿ îò òåêóùèõ èññëåäîâàíèé â îáëàñòè ìåäèöèíû, ÷òîáû òàêæå ðàçâèâàòüñÿ è â äðóãèõ àêòóàëüíûõ íàïðàâëåíèÿõ, òàêèõ êàê ýêîëîãè÷åñêèå òåõíîëîãèè è îáíàðóæåíèå âîçäåéñòâèé íà îêðóæàþùóþ ñðåäó. Íî, êîíå÷íî æå, íàø ãëàâíûé ïðèîðèòåò – ïðèëîæåíèÿ, ñâÿçàííûå ñ Covid19», – ñêàçàë Ìàíóýëü Áîéøåð (Manuel Bäuscher), íàó÷íûé ñîòðóäíèê Fraunhofer IZM è ìåíåäæåð ïîäïðîåêòà â Graph-POC. Òåñò ìîæåò áûòü íàñòðîåí íà îáíàðóæåíèå àíòèòåë, ïðèñóòñòâóþùèõ ïîñëå òîãî, êàê ïàöèåíò ïåðåíåñ èíôåêöèîííîå çàáîëåâàíèå.  íàñòîÿùåå âðåìÿ èññëåäîâàòåëè èç Fraunhofer IZM ñîñðåäîòà÷èâàþòñÿ íà èñïîëüçîâàíèè ýòîãî ïðèëîæåíèÿ äëÿ áîëåå ðàííåãî âûÿâëåíèÿ ñëó÷àåâ çàðàæåíèÿ âèðóñîì Covid-19, ÷òî ìîæåò ïîìî÷ü â îòñëåæèâàíèè ðàñïðîñòðàíåíèÿ èíôåêöèè. Óëàâëèâàþùèå ìîëåêóëû, ïîìåùåííûå íà ïîâåðõíîñòü ãðàôåíîâîãî äàò÷èêà, ìîãóò îáíàðóæèâàòü ñïåöèôè÷åñêèå áèîìàðêåðû àíòèòåë Covid-19, à äèôôåðåíöèàëüíûå èçìåðåíèÿ êîíöåíòðàöèè áèîìàðêåðîâ îïðåäåëÿþò íàëè÷èå èíôåêöèè. Äàò÷èêè íà îñíîâå îêñèäà ãðàôåíà äîëæíû áûòü èíòåãðèðîâàíû â ïëàñòèêîâûé íîñèòåëü, à äî òîãî, êàê ìîæíî áóäåò ïðîâîäèòü
11
ýêñïðåññ-òåñòû, äîëæíà áûòü ïðîâåðåíà íàäåæíîñòü ñèñòåìû. Õîòÿ ïåðâîíà÷àëüíî íàìå÷àëîñü çàâåðøèòü ïðîåêò ïî îáíàðóæåíèþ èíôåêöèé äî âåñíû 2021 ãîäà, èññëåäîâàòåëè íå ðàññ÷èòûâàþò, ÷òî ñìîãóò ïðîâåðèòü äàò÷èê íà Covid-19 â òå÷åíèå ñëåäóþùåãî ãîäà. Âûñîêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü òðåõìåðíîãî ìàññèâà îêñèäà ãðàôåíà ìîæåò îòêðûòü è äðóãèå ñôåðû ïðèìåíåíèÿ, íàïðèìåð, äëÿ îáíàðóæåíèÿ îêèñè óãëåðîäà èëè àöåòîíà ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå, áåç íàãðåâàíèÿ, íåîáõîäèìîãî äëÿ ñóùåñòâóþùèõ äàò÷èêîâ. Ñåíñîð èç îêñèäà ãðàôåíà ðåàãèðóåò ïðè áîëåå íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, êîãäà îêñèäû
ìåòàëëîâ ñâÿçûâàþòñÿ ñ åãî ÷óâñòâèòåëüíîé ïîâåðõíîñòüþ. Êîìàíäà èç Fraunhofer IZM òàêæå ðàññìàòðèâàåò âîçìîæíîñòü äîðàáîòêè òåõíîëîãèè äëÿ ìàññîâîãî ïðîèçâîäñòâà. Èññëåäîâàòåëè õîòÿò íàó÷èòüñÿ íàíîñèòü ïîêðûòèå èç îêñèäà ãðàôåíà íà êðåìíèåâûå ïëàñòèíû, ÷òîáû èìåòü âîçìîæíîñòü îáðàáàòûâàòü ñîòíè ÷èïîâ îäíîâðåìåííî. Ïàðòíåðàìè â ýòîì ïðîåêòå âûñòóïèëè Charité, Aptarion Biotech AG, Òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò Áåðëèíà, MicroDiscovery GmbH è alpha-board GmbH. Ïðîåêò ôèíàíñèðóåòñÿ Ôåäåðàëüíûì ìèíèñòåðñòâîì îáðàçîâàíèÿ è íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé Ãåðìàíèè (BMBF).
SiTime ïðåäñòàâèëà ìèíèàòþðíûé äèôôåðåíöèàëüíûé ÌÝÌÑ ãåíåðàòîð ñ ñàìûì íèçêèì â îòðàñëè äæèòòåðîì ÌÝÌÑ ãåíåðàòîð ñ ðåâîëþöèîííûì äæèòòåðîì 70 ôñ â êîðïóñå âäâîå ìåíüøåãî ðàçìåðà SiTime ïðåäñòàâèëà äèôôåðåíöèàëüíûé ÌÝÌÑ ãåíåðàòîð SiT9501. Íîâîå óñòðîéñòâî, îñíîâàííîå íà íîâåéøåé ÌÝÌÑ òåõíîëîãèè òðåòüåãî ïîêîëåíèÿ êîìïàíèè SiTime, îáåñïå÷èâàåò áåñêîìïðîìèññíûå õàðàêòåðèñòèêè îïòè÷åñêèõ ìîäóëåé 100G - 800G. Áëàãîäàðÿ ìåíüøåìó ðàçìåðó óñòðîéñòâà, ïîòðåáèòåëè ïîëó÷àþò âîçìîæíîñòü ñýêîíîìèòü äî 50% ïëîùàäè ïå÷àòíîé ïëàòû äëÿ èíòåãðàöèè áîëüøåãî êîëè÷åñòâà ôóíêöèé è ñîêðàùåíèÿ âðåìåíè ðàçðàáîòêè. Ãåíåðàòîð SiT9501 èäåàëüíî ïîäõîäèò è äëÿ äðóãèõ âûñîêîóðîâíåâûõ ïðèëîæåíèé, âêëþ÷àÿ êîììóòàòîðû äàòà-öåíòðîâ, òåëåêîììóíèêàöèîííûå ðîóòåðû, ïîãðàíè÷íûå ñåðâåðû, ãðàôè÷åñêèå êàðòû è êîíòðîëëåðû çàïîìèíàþùèõ óñòðîéñòâ.
Îòâå÷àåò æåñòêèì òðåáîâàíèÿì, ïðåäúÿâëÿåìûì ê êîììóíèêàöèîííîìó îáîðóäîâàíèþ è îïòè÷åñêèì ìîäóëÿì  îæèäàíèè ðåçêîãî ðîñòà èíòåðíåòòðàôèêà, îáóñëîâëåííîãî âíåäðåíèåì òåõíîëîãèé 5G, èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà è îáëà÷íûõ âû÷èñëåíèé, äàòà-öåíòðû óâåëè÷èâàþò ñâîþ ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü. Ñîâ-
12
ðåìåííûå îïòè÷åñêèå ìîäóëè è êîììóíèêàöèîííîå îáîðóäîâàíèå äîëæíû ïîääåðæèâàòü áîëåå âûñîêèå ñêîðîñòè îáìåíà äàííûìè. Íàðóæíàÿ èíôðàñòðóêòóðà ñåòåé 5G ïîäâåðæåíà âîçäåéñòâèþ ñòðåññîâûõ ôàêòîðîâ îêðóæàþùåé ñðåäû, òàêèõ êàê âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà, âèáðàöèÿ è âîçäóøíûå ïîòîêè, êîòîðûå ìîãóò íåãàòèâíî âëèÿòü íà õàðàêòåðèñòèêè îáîðóäîâàíèÿ. Óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ è ïîòåíöèàëüíûå âîçäåéñòâèÿ ôàêòîðîâ îêðóæàþùåé ñðåäû óæåñòî÷àþò âðåìåííûå äîïóñêè ñèãíàëîâ ñèíõðîíèçàöèè, ÷òî òðåáóåò èñïîëüçîâàíèÿ ãåíåðàòîðîâ ñ ìåíüøèì äæèòòåðîì äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òîãî æå êà÷åñòâà ïðåäîñòàâëÿåìûõ óñëóã.  îïòè÷åñêèõ ìîäóëÿõ òðåòü ïëîùàäè ïå÷àòíîé ïëàòû çàíèìàåò îïòè÷åñêèé óçåë,
ÍÎÂÎÑÒÈ
îñòàâëÿþùèé ìàëî ìåñòà äëÿ ýëåêòðîíèêè îáðàáîòêè äàííûõ, ÷òî ïðè âûáîðå ãåíåðàòîðà äåëàåò êðèòè÷åñêèì ôàêòîðîì åãî ìàëûå ðàçìåðû. Íîâûé äèôôåðåíöèàëüíûé ãåíåðàòîð SiTime SiT9501 ðåøàåò îáå êëþ÷åâûå ïðîáëåìû, îáåñïå÷èâàÿ ñàìûé íèçêèé äæèòòåð ïðè âîçäåéñòâèè ôàêòîðîâ îêðóæàþùåé ñðåäû è íàèìåíüøèå ðàçìåðû.
Îñîáåííîñòè è õàðàêòåðèñòèêè ÌÝÌÑ ãåíåðàòîðà SiT9501 SiT9501 – ýòî ïðîãðàììèðóåìûé ãåíåðàòîð ñ ñàìûì íèçêèì äæèòòåðîì â îòðàñëè, îñíîâíûå ôóíêöèîíàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè êîòîðîãî âêëþ÷àþò ñëåäóþùåå: ! Ïîïóëÿðíûå ÷àñòîòû ñåòåâîãî îáîðóäîâàíèÿ îò 25 ÌÃö äî 644.53125 ÌÃö; ! Ñðåäíåêâàäðàòè÷íûé ôàçîâûé äæèòòåð 70 ôñ;
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
! Ñàìûé ìèíèàòþðíûé â îòðàñëè êîðïóñ ðàçìåðîì 2.0 × 1.6 ìì, íàðÿäó ñ äîñòóïíûìè ñòàíäàðòíûìè êîðïóñàìè; ! Øèðîêèé äèàïàçîí ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð îò –40 °C äî +105 °C; ! Âíóòðåííèé ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ äëÿ ôèëüòðàöèè ïîìåõ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, ïîâûøàþùèé öåëîñòíîñòü ïèòàíèÿ êîíñòðóêöèé ìîäóëåé; ! Èííîâàöèîííûé äðàéâåð FlexSwing, íà 30% ñíèæàþùèé ïîòðåáëåíèå ìîùíîñòè, è èíòåãðèðîâàííûå ðåçèñòîðû ñìåùåíèÿ LVPECL.
Äîñòóïíîñòü  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïîñòàâëÿþòñÿ îïûòíûå îáðàçöû ãåíåðàòîðîâ SiT9501. Íà÷àëî ìàññîâîãî ïðîèçâîäñòâà çàïëàíèðîâàíî íà ïåðâûé êâàðòàë 2021 ãîäà. Èíôîðìàöèÿ î öåíàõ ïðåäîñòàâëÿåòñÿ ïî çàïðîñó.
13
Êàê óïðàâëÿòü èìïóëüñíûìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè ñ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé ïåðåêëþ÷åíèÿ ×àñòü 1 Àëåêñàíäð Ðóñó, Îäåññà, Óêðàèíà
Â
Âûáîð ìåòîäà óïðàâëåíèÿ èìïóëüñíûì ïðåîáðàçîâàòåëåì ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè òàê æå âàæåí, êàê è òùàòåëüíûé ðàñ÷åò åãî ñèëîâîé ÷àñòè. Ðåçóëüòàòû àíàëèçà ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ, âûïîëíåííûå â [1, 2], ïîêàçûâàþò, ÷òî íåïðàâèëüíîå óïðàâëåíèå ìîæåò ïðèâåñòè, â ëó÷øåì ñëó÷àå, ê íåñòàáèëüíîé ðàáîòå, à â õóäøåì – ê âûõîäó èç ñòðîÿ ïèòàåìîãî îáîðóäîâàíèÿ. Ïîýòîìó óíèâåðñàëüíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé íå ñóùåñòâóåò – äëÿ ëþáîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ âñåãäà íàéäåòñÿ íàãðóçêà, êîòîðàÿ íå ñìîæåò ñ íèì ðàáîòàòü.  ïðåäûäóùåé ñòàòüå, ïîñâÿùåííîé âîïðîñàì óïðàâëåíèÿ èìïóëüñíûìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè [3], áûëè ðàññìîòðåíû ãèñòåðåçèñíûå ìåòîäû, îáëàäàþùèå âûñîêîé ñêîðîñòüþ ðåàêöèè íà ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â ñèñòåìå, îñîáåííî – íà ðåçêèå êîëåáàíèé òîêà íàãðóçêè. Áëàãîäàðÿ ýòîé îñîáåííîñòè, òàêîé òèï êîíòðîëëåðîâ ïîëó÷èë øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå â óçëàõ ïèòàíèÿ óñòðîéñòâ ñ áûñòðîèçìåíÿþùèìñÿ ïîòðåáëåíèåì ýíåðãèè, íàïðèìåð, ðàäèîìîäåìîâ èëè ëàçåðîâ.
14
Îäíàêî ó ãèñòåðåçèñíûõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ åñòü è ðÿä íåäîñòàòêîâ, â ÷èñëå êîòîðûõ íàëè÷èå îáÿçàòåëüíûõ ïóëüñàöèé âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è ïîñòîÿííî ìåíÿþùàÿñÿ ÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ. Ê òîìó æå äàëåêî íå âñå îáîðóäîâàíèå èìååò ñòîëü æåñòêèå òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ, ÷òîáû ïîäîáíûå ìåòîäû íå èìåëè àëüòåðíàòèâû. Ïîýòîìó ðåàëüíàÿ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ ãèñòåðåçèñíûõ êîíòðîëëåðîâ îñòàåòñÿ îòíîñèòåëüíî íåáîëüøîé, à áîëüøèíñòâî ïðåîáðàçîâàòåëåé ôóíêöèîíèðóþò íà îñíîâå áîëåå ïðîñòûõ è ïîíÿòíûõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ ñ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé ïåðåêëþ÷åíèÿ, î êîòîðûõ è ïîéäåò ðå÷ü â ýòîé ñòàòüå.
Îñîáåííîñòè óïðàâëåíèÿ ñ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé ïåðåêëþ÷åíèÿ Íà ñàìîì äåëå, âî ìíîãèõ èç ðàññìîòðåííûõ äàëåå ìåòîäîâ ÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ íå ÿâëÿåòñÿ ñòðîãî ïîñòîÿííîé, à ìîæåò çàâèñåòü îò òåêóùåãî ñîñòîÿíèÿ ñèñòåìû, íàïðèìåð, îò âåëè÷èíû òîêà íàãðóçêè. Êðîìå òîãî,
ÑÒÀÒÜÈ
÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ ìîæåò âîîáùå îïðåäåëÿòüñÿ íå êîíòðîëëåðîì èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, à çàäàâàòüñÿ èçâíå, íàïðèìåð, êàê â íåêîòîðûõ ñòàðûõ êîìïüþòåðíûõ ìîíèòîðàõ èëè òåëåâèçîðàõ, â êîòîðûõ áëîê ïèòàíèÿ ïðèíóäèòåëüíî ñèíõðîíèçèðîâàëñÿ ñ óçëîì ñòðî÷íîé ðàçâåðòêè. Ïîýòîìó èñïîëüçîâàòü äëÿ îïèñàíèÿ ýòèõ ìåòîäîâ ñëîâîñî÷åòàíèÿ «ïîñòîÿííàÿ ÷àñòîòà» (Constant Frequency) èëè «ôèêñèðîâàííàÿ ÷àñòîòà» (Fixed Frequency) ÿâëÿåòñÿ íå ñîâñåì òåõíè÷åñêè êîððåêòíûì. Áîëåå òî÷íûì áûëî áû ñëîâîñî÷åòàíèå «êâàçèïîñòîÿííàÿ ÷àñòîòà» (ïîñòîÿííàÿ ÷àñòîòà â îïðåäåëåííîì ðåæèìå), íî òàêàÿ òåðìèíîëîãèÿ ñëîæèëàñü èñòîðè÷åñêè, è èçìåíèòü åå äîñòàòî÷íî ñëîæíî.
 êîíòðîëëåðàõ ñ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé ïåðåêëþ÷åíèÿ ìîìåíò íà÷àëà ñëåäóþùåãî öèêëà ïðåîáðàçîâàíèÿ èçâåñòåí çàðàíåå, â òî âðåìÿ êàê â ãèñòåðåçèñíûõ ñèñòåìàõ îáóñëîâëåííûé øóìàìè äæèòòåð ÿâëÿåòñÿ íîðìàëüíûì ÿâëåíèåì äàæå ïðè îòñóòñòâèè êàêèõ-ëèáî èçìåíåíèé âî âõîäíîì íàïðÿæåíèè èëè òîêå íàãðóçêè. Âñå êîíòðîëëåðû ñ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé ñîäåðæàò îäèí êëþ÷åâîé óçåë, îòñóòñòâóþùèé â ãèñòåðåçèñíûõ ñèñòåìàõ – ãåíåðàòîð. Ãåíåðàòîð ìîæåò áûòü âíóòðåííèì èëè âíåøíèì, ñ ôèêñèðîâàííîé èëè ïåðåñòðàèâàåìîé ÷àñòîòîé, ïîëíîñòüþ àâòîíîìíûé èëè ñ âîçìîæíîñòüþ âíåøíåé ñèíõðîíèçàöèè, ñ èìïóëüñíîé, ïðÿìîóãîëüíîé, òðåóãîëüíîé èëè ïèëîîáðàçíîé ôîðìîé
Ñ ãèñòåðåçèñíûì óïðàâëåíèåì Ñèëîâàÿ ÷àñòü
L1
VT1
iL1(t) vOUT(t) VOUT_MAX
vIN(t)
VD1
Äðàéâåð
C2
vOUT(t)
Âûõîä
Âõîä
VOUT_MIN C1
t iL1(t) t
vGEN(t)
t
DA1
vVT1(t)
vVT1(t) VREF
t
Êîíòðîëëåð
t1
t2
t1
t2
Ñ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé ïåðåêëþ÷åíèÿ Ñèëîâàÿ ÷àñòü
L1
VT1
vOUT(t)
iL1(t)
vIN(t)
VD1
Äðàéâåð
C2
vOUT(t)
Âûõîä
Âõîä
t C1
iL1(t) t
vGEN(t)
vERR(t) t
vGEN(t)
Ãåíåðàòîð
vVT1(t)
vVT1(t) t t2
t1
Êîíòðîëëåð
vERR(t) VREF
T
t1 T
t2 T
Ïðîïóùåíûé èìïóëüñ
Ðèñóíîê 1. Îäèíàêîâûå ýëåêòðè÷åñêèå ïðîöåññû â ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ñ ðàçíûìè ìåòîäàìè óïðàâëåíèÿ.
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
15
âûõîäíîãî ñèãíàëà – ýòî íå èìååò ïðèíöèïèàëüíîãî çíà÷åíèÿ, ãëàâíîå – îí åñòü. Ïðè ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòå ïåðåêëþ÷åíèÿ F ñóììàðíàÿ äëèòåëüíîñòü öèêëà ïðåîáðàçîâàíèÿ íå ìîæåò ïðåâûøàòü äëèòåëüíîñòè ïåðèîäà êîëåáàíèé ãåíåðàòîðà Ò = 1/F. Ïîñêîëüêó â ñàìîì ïðîñòåéøåì ñëó÷àå öèêë ïðåîáðàçîâàíèÿ ñîñòîèò èç äâóõ ýòàïîâ, ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ, ñîîòâåòñòâåííî, t1 è t2 [1, 2], òî äëÿ âñåõ ðàçíîâèäíîñòåé ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ ñ ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòîé äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ óñëîâèå:
t1 + t 2 £ T.
(1)
Äëÿ ãèñòåðåçèñíûõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ ôîðìóëà (1) íå èìååò ñìûñëà, ïîñêîëüêó äëÿ íèõ âåëè÷èíû F è, ñîîòâåòñòâåííî, Ò íå îïðåäåëåíû, ïîýòîìó ñóììà t1 + t2 íè÷åì íå îãðàíè÷åíà è òåîðåòè÷åñêè ìîæåò áûòü ëþáîé, â òîì ÷èñëå è ðàâíîé áåñêîíå÷íîñòè. Ïîÿâëåíèå ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòû F ïðèâîäèò è ê îãðàíè÷åíèþ êîëè÷åñòâà öèêëîâ ïðåîáðàçîâàíèÿ NÏÐ, îò êîòîðûõ çàâèñèò âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ïðåîáðàçîâàòåëÿ â äàííûé ìîìåíò âðåìåíè [1, 2]:
N ÏÐ £ F.
(2)
Ïðåîáðàçîâàòåëè ñòàðàþòñÿ ïðîåêòèðîâàòü òàê, ÷òîáû â ôîðìóëå (2) îáåñïå÷èâàëñÿ çíàê ðàâåíñòâà, íî â îáùåì ñëó÷àå êîëè÷åñòâî öèêëîâ ïðåîáðàçîâàíèÿ NÏÐ ìîæåò áûòü ìåíüøå êîëè÷åñòâà èìïóëüñîâ ãåíåðàòîðà çà òîò æå ïåðèîä âðåìåíè. Ýòîò ðåæèì íàçûâàåòñÿ «ðåæèì ïðîïóñêà èìïóëüñîâ» (PulseSkipping Mode) è ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ â êîíòðîëëåðàõ ñ ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòîé â ðåæèìå ëåãêèõ íàãðóçîê. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî â
ãèñòåðåçèñíûõ ñèñòåìàõ ðåæèì ïðîïóñêà èìïóëüñîâ ôèçè÷åñêè íåâîçìîæåí: òàì íåò ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ, ïîýòîìó è ïðîïóñêàòü íå÷åãî. Ïðè ýòîì ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â ñèëîâîé ÷àñòè ïðåîáðàçîâàòåëåé ñ ðàçëè÷íûìè ìåòîäàìè óïðàâëåíèÿ, ìîãóò áûòü àáñîëþòíî îäèíàêîâû (Ðèñóíîê 1). Âñå ýòî ëèøíèé ðàç äîêàçûâàåò, ÷òî ñèëîâàÿ ÷àñòü ôóíêöèîíèðóåò íà îñíîâå ôèçè÷åñêèõ çàêîíîâ, íå çàâèñÿùèõ îò ìåòîäà óïðàâëåíèÿ, è àáñîëþòíî îäèíàêîâûé ðåçóëüòàò ìîæåò äîñòèãàòüñÿ ñîâåðøåííî ðàçíûìè ñïîñîáàìè. Òàêèì îáðàçîì, ïåðåõîä íà ðàáîòó ñ ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòîé ïðèâîäèò ê ÷àñòè÷íîìó îãðàíè÷åíèþ äâóõ êëþ÷åâûõ ïàðàìåòðîâ ïðîöåññà ïðåîáðàçîâàíèÿ: NÏÐ è t1 + t2, à â øèðîêèõ ïðåäåëàõ ìîæåò èçìåíÿòüñÿ òîëüêî ñîîòíîøåíèå t1/t2 (Òàáëèöà 1). Ýòî íå ìîæåò íå ñêàçàòüñÿ íà êà÷åñòâå äèíàìè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê, ïîýòîìó âñå êîíòðîëëåðû ñ ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòîé óñòóïàþò â áûñòðîäåéñòâèè ãèñòåðåçèñíûì ïðåîáðàçîâàòåëÿì. Ïðè ýòîì, êàê è â ãèñòåðåçèñíûõ ñèñòåìàõ, ÷àùå âñåãî ïîëíîñòüþ êîíòðîëèðóåòñÿ òîëüêî äëèòåëüíîñòü ïåðâîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ t1, âåäü ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå âòîðîãî ñèëîâîãî êëþ÷à íåóïðàâëÿåìîãî äèîäà äëèòåëüíîñòü âòîðîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ t2 ìîæåò îêàçàòüñÿ íåêîíòðîëèðóåìîé.
Êîíòðîëëåðû ñ óïðàâëåíèåì ïî íàïðÿæåíèþ Ìåòîä óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ (Voltage Mode Regulation) óæå äàâíî ñòàë «êëàññè÷åñêèì». Åãî îïèñàíèå ïðèñóòñòâóåò, íàâåðíîå, âî âñåõ ó÷åáíèêàõ, ïîñâÿùåííûõ èìïóëüñíîìó ïðîöåññó ïðåîáðàçîâàíèÿ, ïîýòîìó íåò ñìûñëà ñëèøêîì ïîäðîáíî îñòàíàâ-
Òàáëèöà 1. Ñðàâíåíèå êëþ÷åâûõ ïàðàìåòðîâ ïðîöåññà ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðè ðàçíûõ ìåòîäàõ óïðàâëåíèÿ Ïàðàìåòð Êîëè÷åñòâî öèêëîâ ïðåîáðàçîâàíèÿ NÏÐ
Âëèÿíèå íà ïðîöåññ ïðåîáðàçîâàíèÿ
Ìåòîäû ñ ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòîé F
Îò ýòîé âåëè÷èíû íàïðÿìóþ çàâèñèò âûõîäíàÿ NÏÐ £ F ìîùíîñòü ïðåîáðàçîâàòåëÿ POUT = NÏÐWÏÐ,
Ãèñòåðåçèñíûå ìåòîäû Îãðàíè÷åíî ëèøü ôèçè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè êîìïîíåíòîâ
Äëèòåëüíîñòü ïåðâîãî Îò ýòîé âåëè÷èíû íàïðÿìóþ çàâèñèò ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ t1 êîëè÷åñòâî ïðåîáðàçóåìîé ýíåðãèè WÏÐ
t1 < 1/F
Ñîîòíîøåíèå äëèòåëüíîñòåé ïåðâîãî è âòîðîãî ýòàïîâ t1/t2
Îò ýòîé âåëè÷èíû íàïðÿìóþ çàâèñèò ñîîòíîøåíèå âõîäíîãî VIN è âûõîäíîãî VOUT
Îãðàíè÷åíî ëèøü Îãðàíè÷åíî ëèøü ôèçè÷åñêèìè ôèçè÷åñêèìè ïàðàïàðàìåòðàìè êîìïîíåíòîâ ìåòðàìè êîìïîíåíòîâ
Äëèòåëüíîñòü öèêëà ïðåîáðàçîâàíèÿ t1 + t2
Îò ýòîé âåëè÷èíû êîñâåííî çàâèñèò êîëè÷åñòâî ïðåîáðàçóåìîé ýíåðãèè WÏÐ
t1 + t2 £ 1/F
16
Îãðàíè÷åíî ëèøü ôèçè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè êîìïîíåíòîâ
Îãðàíè÷åíî ëèøü ôèçè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè êîìïîíåíòîâ
ÑÒÀÒÜÈ
Ñèëîâàÿ ÷àñòü
L1
VT1
iL1(t)
vIN(t)
C1
VD1
Äðàéâåð
C2
vOUT(t)
Âûõîä
Âõîä
vOUT(t)
t iL1(t) IOUT t vGEN(t)
vGEN(t)
vERR(t) t
Ãåíåðàòîð vVT1(t)
vVT1(t)
VREF t t1
T
Êîìïàðàòîð
Êîíòðîëëåð
t2
t1
vERR(t)
Óñèëèòåëü îøèáêè
t2
t1
T
t2 T
Êîìïåíñèðóþùàÿ öåïî÷êà
Ðèñóíîê 2. Ïðèíöèï ðàáîòû êîíòðîëëåðà ñ ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ.
ëèâàòüñÿ íà åãî ðåàëèçàöèè. Êîíòðîëëåð, ïîñòðîåííûé ïî ýòîìó ìåòîäó, èìååò äâà êëþ÷åâûõ ýëåìåíòà (Ðèñóíîê 2): ãåíåðàòîð è êîìïàðàòîð, íà îäèí âõîä êîòîðîãî ïîäàåòñÿ ëèíåéíî èçìåíÿþùååñÿ íàïðÿæåíèå (ïèëîîáðàçíîå èëè òðåóãîëüíîå), à íà âòîðîé – ñèãíàë îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, ïðîïîðöèîíàëüíûé âûõîäíîìó íàïðÿæåíèþ. Ýòîò ñèãíàë îáû÷íî ïîäàåòñÿ íà âõîä êîìïà-
Ñèëîâàÿ ÷àñòü
L1
VT1
ðàòîðà ñ âûõîäà ñïåöèàëèçèðîâàííîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, íàçûâàåìîãî óñèëèòåëåì îøèáêè (îøèáêîé ìåæäó ðåàëüíûì âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì è òåì íàïðÿæåíèåì, êîòîðîå äîëæíî áûòü). Ýòàëîííîå íàïðÿæåíèå VREF îáû÷íî òàêæå ôîðìèðóåòñÿ âíóòðåííèì ñòàáèëèçèðîâàííûì èñòî÷íèêîì, âõîäÿùèì â ñîñòàâ ïðàêòè÷åñêè âñåõ ñîâðåìåííûõ ìèêðîñõåì êîíòðîëëåðîâ.
vOUT(t)
iL1(t)
vIN(t)
C1
VD1
Äðàéâåð
C2
vOUT(t)
Âûõîä
Âõîä
t iL1(t) IOUT t vGEN1(t) t vGEN2(t) vGEN1(t) vVT1(t)
Q
S
Q
R
vERR(t)
vGEN2(t)
t
Ãåíåðàòîð vCOMP1(t) VREF
t
RS-òðèããåð vERR(t)
vVT1(t)
vCOMP(t) Êîìïàðàòîð
Êîíòðîëëåð
Óñèëèòåëü îøèáêè
Êîìïåíñèðóþùàÿ öåïî÷êà
t t2
t1 T
t1
t2 T
t1
t2 T
Ðèñóíîê 3. Ïðèíöèï ðàáîòû êîíòðîëëåðà ñ RS-òðèããåðîì.
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
17
Íà âûõîäå êîìïàðàòîðà ïðèñóòñòâóåò ØÈÌ-ñèãíàë, êîòîðûé â ïðèíöèïå óæå ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå ñèãíàëà óïðàâëåíèÿ ñèëîâûì òðàíçèñòîðîì VT1. Îäíàêî, êàê ïðàâèëî, ìåæäó êîìïàðàòîðîì è äðàéâåðîì ñèëîâîãî êëþ÷à óñòàíàâëèâàþò äîïîëíèòåëüíûå ëîãè÷åñêèå ñõåìû, ÷àùå âñåãî – íà îñíîâå RS-òðèããåðà (Ðèñóíîê 3). Ýòî ïîçâîëÿåò, âîïåðâûõ, óëó÷øèòü ïîìåõîóñòîé÷èâîñòü ñèñòåìû è èñêëþ÷èòü ëîæíûå ïåðåêëþ÷åíèÿ â ñèëîâîé ÷àñòè ïðåîáðàçîâàòåëÿ (Ðèñóíîê 4), à, âî-âòîðûõ, îáúåäèíèòü ñèñòåìó óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì èìïóëüñíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñ äðóãèìè ñèñòåìàìè êîíòðîëëåðà, íàïðèìåð, ñî ñõåìîé çàùèòû îò ïîíèæåííîãî èëè ïîâûøåííîãî íàïðÿæåíèÿ. Ïàðàìåòðû ñèãíàëîâ âíóòðè êîíòðîëëåðà (àìïëèòóäà, ïîëÿðíîñòü è ò.ï.) çàâèñÿò îò îñîáåííîñòåé åãî ðåàëèçàöèè è ìîãóò êîëåáàòüñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ, íî íåèçìåííûì îñòàåòñÿ ãëàâíûé ïðèíöèï óïðàâëåíèÿ: äëèòåëüíîñòü ïåðâîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ t1 äîëæíà áûòü îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà âûõîäíîìó íàïðÿæåíèþ VOUT. Òî åñòü, ÷åì áîëüøå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, òåì íà ìåíüøåå âðåìÿ îòêðûâàåòñÿ òðàíçèñòîð VT1 è íàîáîðîò. vGEN(t)
vGEN1(t)
Ãåíåðàòîð
vVT1(t)
Ïðè î÷åíü áîëüøîì âûõîäíîì íàïðÿæåíèè (ïðè ïåðåíàïðÿæåíèè íà âûõîäå) òðàíçèñòîð VT1 ìîæåò âîîáùå íå îòêðûâàòüñÿ (t1 = 0) è ïðåîáðàçîâàòåëü ïåðåéäåò â ðåæèì ïðîïóñêà èìïóëüñîâ. Ïðè ìàëîì âûõîäíîì íàïðÿæåíèè òðàíçèñòîð ìîæåò îêàçàòüñÿ îòêðûòûì íà ïðîòÿæåíèè âñåãî ïåðèîäà (t1 = Ò). Îäíàêî äëÿ ìíîãèõ òèïîâ ïðåîáðàçîâàòåëåé, íàïðèìåð, äëÿ ïîâûøàþùåé èëè îáðàòíîõîäîâîé ñõåìû, òàêîé ðåæèì ïðèâåäåò ê âûõîäó èç ñòðîÿ ñèëîâîé ÷àñòè, ïîýòîìó ìàêñèìàëüíàÿ äëèòåëüíîñòü t1 îáû÷íî àïïàðàòíî îãðàíè÷èâàåòñÿ íåêîòîðûì çíà÷åíèåì t1_MAX (èìåííî äëÿ ýòîãî è èñïîëüçóþò RS-òðèããåðû). Âûõîäíîé ñèãíàë êîìïàðàòîðà èìååò ïîñòîÿííóþ ÷àñòîòó è ïåðåìåííóþ äëèòåëüíîñòüþ èìïóëüñà, ïðîïîðöèîíàëüíóþ VOUT.  ñâîå âðåìÿ â òåõíèêå ñâÿçè ïîäîáíûé ìåòîä ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè ïîëó÷èë íàçâàíèå «øèðîòíî-èìïóëüñíàÿ ìîäóëÿöèÿ» (PulseWidth Modulation PWM èëè Pulse-Duration Modulation PDM). Ñ ÷üåé-òî «ëåãêîé» ðóêè ýòîò òåðìèí êîãäà-òî «ïåðåêî÷åâàë» â ñèëîâóþ ýëåêòðîíèêó è íàñòîëüêî ïðî÷íî â íåé «óêîðåíèëñÿ», ÷òî òåïåðü ñàìî ïîíÿòèå «ØÈÌ» («PWM») ÷àñòî ñâÿçûâàþò èñêëþ÷è-
vVT1(t) VREF
Q
S
Q
R
vGEN2(t) Ãåíåðàòîð VREF
VOUT
vERR(t)
vOUT(t)
VOUT
vERR(t)
vCOMP(t) vOUT(t)
t iL1(t)
t iL1(t)
IOUT
IOUT t
t vGEN1(t) t
vERR(t)
vGEN2(t)
vERR(t)
vGEN2(t) t
t vCOMP1(t)
Ñáîé â ðàáîòå ñèñòåìû
t
vVT1(t)
vVT1(t) t t1 T
t2
t1
t2 T
t1 T
t2
t t1 T
t2
t1
t2 T
t1
t2
T
Ðèñóíîê 4. Ïîÿñíåíèå ðîëè RS-òðèããåðà â ðàáîòå ñèñòåìû.
18
ÑÒÀÒÜÈ
D=
v(t)
t
øèðå èìïóëüñ, à, ïðèìåíèòåëüíî ê ñèëîâîé òåõíèêå, – òåì áîëüøå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå. Ïîýòîìó íå çðÿ êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ î÷åíü ÷àñòî óêàçûâàþò â ïðîöåíòàõ.  òåîðèè èìïóëüñíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ óïðàâëåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå äëèòåëüíîñòè ïåðâîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ t1, âî âðåìÿ êîòîðîãî îáû÷íî ïðîèñõîäèò íàêîïëåíèå ýíåðãèè èç ïåðâè÷íîãî èñòî÷íèêà, ê äëèòåëüíîñòè âñåãî öèêëà:
t T
t T
Ðèñóíîê 5. Êëþ÷åâûå ïàðàìåòðû ØÈÌ-ñèãíàëà.
òåëüíî ñ èìïóëüñíûìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè íàïðÿæåíèÿ, õîòÿ ñôåðà ïðèìåíåíèÿ ØÈÌñèãíàëîâ ãîðàçäî øèðå. Êðîìå àìïëèòóäû, ÷àñòîòû è äðóãèõ, òðàäèöèîííûõ äëÿ áîëüøèíñòâà ñèãíàëîâ, õàðàêòåðèñòèê, ØÈÌ-ñèãíàëû èìåþò åùå äâà êëþ÷åâûõ ïàðàìåòðà: êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ D è ñêâàæíîñòü S. Ýòè ïàðàìåòðû ÿâëÿþòñÿ îáðàòíûìè è ñâÿçàíû ñ äëèòåëüíîñòüþ èìïóëüñà t ñ ïåðèîäîì Ò (Ðèñóíîê 5) ôîðìóëîé:
D=
1 t = . S T
D=
(3)
È ñêâàæíîñòü, è êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ñ óñïåõîì èñïîëüçóþòñÿ â ðàäèîòåõíèêå, îäíàêî, â ñèëîâîé ýëåêòðîíèêå èñïîëüçîâàíèå êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ (Duty Cycle) îêàçàëîñü áîëåå óäîáíûì è äëÿ ïîíèìàíèÿ, è äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ðàñ÷åòàõ. Âî ìíîãîì ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ ìîæåò íàõîäèòüñÿ òîëüêî â ÷åòêî îãðàíè÷åííîì äèàïàçîíå îò 0 äî 1, â òî âðåìÿ êàê ïðè îòñóòñòâèè èìïóëüñîâ çíà÷åíèå ñêâàæíîñòè ñòðåìèòñÿ ê áåñêîíå÷íîñòè. Äà è ôèçè÷åñêèé ñìûñë êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ ïîíÿòåí èíòóèòèâíî: ÷åì îí áîëüøå, òåì VOUT VIN
1.0
(4)
Îáîçíà÷åíèå (D, Ê1, ÊÍ, x) è íàçâàíèå (êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ, êîýôôèöèåíò íàêîïëåíèÿ, îòíîñèòåëüíàÿ äëèòåëüíîñòü îòêðûòîãî ñîñòîÿíèÿ êëþ÷à è ò.ï.) ýòîãî ïàðàìåòðà ó ðàçíûõ àâòîðîâ ìîæåò îòëè÷àòüñÿ, îäíàêî â òîì èëè èíîì âèäå îí âñåãäà ïðèñóòñòâóåò â ìîäåëÿõ è ðàñ÷åòàõ. Ïîïóëÿðíîñòü êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ íàñòîëüêî âåëèêà, ÷òî åãî ïûòàþòñÿ èñïîëüçîâàòü äàæå òàì, ãäå ýòî ÿâíî íåóäîáíî, à èíîãäà íå ñîâñåì òåõíè÷åñêè êîððåêòíî. Íàïðèìåð, ýòîò ïàðàìåòð ñ î÷åíü áîëüøîé îñòîðîæíîñòüþ íóæíî èñïîëüçîâàòü â ðàñ÷åòàõ ãèñòåðåçèñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, âåäü òàì ñèãíàë óïðàâëåíèÿ íå èìååò (ïî êðàéíåé ìåðå, íå äîëæåí èìåòü) êàêîé-ëèáî ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòû, ïîýòîìó ØÈÌ-ñèãíàëû â «êëàññè÷åñêîì» ïîíèìàíèè ýòîãî òåðìèíà â ýòèõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ îòñóòñòâóþò. Åùå îäíèì ïðèìåðîì ÿâíî íåóäà÷íîãî èñïîëüçîâàíèÿ êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ïîïûòêà ïîñòðîåíèÿ ðåãóëèðîâî÷íûõ õàðàêòåðèñòèê ïðåîáðàçîâàòåëÿ (çàâèñèVOUT VIN
RLOAD1 < RLOAD2 < RLOAD3
t1 . T
RLOAD1 < RLOAD2 < RLOAD3
1.0 RLOAD3
0.75
0.75 RLOAD2
0.5
0.5 RLOAD1
0.25
0.25
0
D 0
0.25
0.5
0.75
1.0
0 0.01
0.1
1
10
100
t1 t2
Ðèñóíîê 6. Ðåãóëèðîâî÷íûå õàðàêòåðèñòèêè ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ â çàâèñèìîñòè îò D è ñîîòíîøåíèÿ t1/t2.
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
19
ìîñòåé âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ).  ðàçðûâíîì ðåæèìå (Discontinuous Conduction Mode), êîãäà t1 + t2 < < T, äëèòåëüíîñòü âòîðîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ t2 çàâèñèò îò òîêà íàãðóçêè, ïîýòîìó êîíòðîëëåðó ïðèõîäèòñÿ ïîñòîÿííî ïîäñòðàèâàòü ïðîäîëæèòåëüíîñòü ïåðâîãî ýòàïà t1 òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ñîõðàíèòü òðåáóåìîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è ñèëîâîé ÷àñòè, çàâèñÿùåå îò t1/t2. Ïîñêîëüêó D = t1/T, òî ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî â ðàçðûâíîì ðåæèìå ïðè îäíîì è òîì æå êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ D âûõîäíîå íàïðÿæåíèå çàâèñèò îò òîêà íàãðóçêè.  ðåçóëüòàòå, âìåñòî îäíîé çàâèñèìîñòè ïîëó÷àåòñÿ öåëîå ñåìåéñòâî ðåãóëèðîâî÷íûõ õàðàêòåðèñòèê ïðè ðàçíûõ ñîïðîòèâëåíèÿõ íàãðóçêè RLOAD. À âîò åñëè âìåñòî êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ D èñïîëüçîâàòü ñîîòíîøåíèå t1/t2, òî ýòà íåîïðåäåëåííîñòü ïðîïàäàåò (Ðèñóíîê 6). Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåòîäà óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ ñõåìà óïðàâëåíèÿ êîíòðîëèðóåò âñåãî îäèí ïàðàìåòð – âûõîäíîå íàïðÿæåíèå. Åñëè îíî ìàëî, òî êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è ñèëîâîé ÷àñòè óâåëè÷èâàåòñÿ (áëàãîäàðÿ óâåëè÷åíèþ ñîîòíîøåíèÿ t1/t2), à åñëè âåëèêî – òî óìåíüøàåòñÿ. Ñ îäíîé ñòîðîíû âñå ïðîñòî è íàäåæíî. Íî äåëî â òîì, ÷òî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæåò èçìåíèòüñÿ ïî ðàçíûì ïðè÷èíàì: èëè èç-çà èçìåíåíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, èëè èç-çà èçìåíåíèÿ òîêà íàãðóçêè, à
vIN(t)
Óâåëè÷åíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
ìîæåò è èç-çà îäíîâðåìåííîãî èçìåíåíèÿ è òîãî, è äðóãîãî.  ëþáîì ñëó÷àå ðåàêöèÿ áóäåò îäèíàêîâà – ñðàçó ïîñëå íà÷àëà âîçìóùåíèÿ íà÷íåòñÿ ïåðåõîäíîé ïðîöåññ, êîòîðûé áóäåò ïðîäîëæàòüñÿ íåêîòîðîå âðåìÿ, ïîñëå ÷åãî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñòàáèëèçèðóåòñÿ íà íåêîòîðîì óðîâíå (Ðèñóíîê 7). Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåòîäà óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ ñîîòíîøåíèå t1/t2 ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé îò VOUT. Ýòî çíà÷èò, ÷òî èçìåíåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VIN âñåãäà ïðèâåäåò ê èçìåíåíèþ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VOUT, ïîòîìó ÷òî äëÿ äðóãîãî ñîîòíîøåíèÿ VOUT/VIN äîëæíî áûòü äðóãîå ñîîòíîøåíèå t1/t2, à åãî ìîæíî èçìåíèòü, òîëüêî èçìåíèâ VOUT. À âîò èçìåíåíèå òîêà íàãðóçêè, õîòü è ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ, íî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå â êîíå÷íîì èòîãå, ñêîðåå âñåãî, îñòàåòñÿ íåèçìåííûì (Ðèñóíîê 7). Î÷åâèäíî, ÷òî ïðè òàêîì ïîäõîäå ê ñòàáèëèçàöèè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñàìîå ãëàâíîå – «íå ïåðåñòàðàòüñÿ». Âåäü êîíòðîëëåð «íå çíàåò» ïðè÷èíû îòêëîíåíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ïîýòîìó ïðè ñëèøêîì áûñòðîé ðåàêöèè ñèñòåìà ìîæåò ñòàòü íåóñòîé÷èâîé è èç ñòàáèëèçàòîðà ïðåâðàòèòüñÿ â ãåíåðàòîð (Ðèñóíîê 7 – êðàñíûå äèàãðàììû). Èìåííî ïîýòîìó âî âñåõ êîíòðîëëåðàõ ñ ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòîé ïåðåêëþ÷åíèÿ ïðèñóòñòâóåò êîìïåíñèðóþùàÿ öåïî÷êà, ïîçâîëÿþùàÿ êîð-
vIN(t)
Óìåíüøåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
t
t
vOUT(t)
vOUT(t)
VOUT
VOUT
t
iOUT(t)
Óâåëè÷åíèå âûõîäíîãî òîêà
t
iOUT(t)
t
t
vOUT(t)
vOUT(t)
VOUT
VOUT
t
Óìåíüøåíèå âûõîäíîãî òîêà
t
Ðèñóíîê 7. Âàðèàíòû ðåàêöèè êîíòðîëëåðà ñ ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ íà ïåðåõîäíûå ïðîöåññû â ñèñòåìå.
20
ÑÒÀÒÜÈ
Ñòàáèëèçàöèÿ
Ñèëîâàÿ ÷àñòü
L1
VT1
iL1(t)
vOUT(t)
òîêà
íàïðÿæåíèÿ t
vIN(t)
C1
VD1
Äðàéâåð
C2
vOUT(t)
Âûõîä
Âõîä
iOUT(t) t vERR(t) vERR1(t)
vERR2(t)
vERR(t) VREF
vVT1(t)
vERR1(t)
t
vGEN(t)
iL1(t)
Ãåíåðàòîð t
VREF Óñèëèòåëü îøèáêè 1
Êîìïàðàòîð vERR(t)
Êîíòðîëëåð
vGEN(t)
vERR(t)
t VREF vERR2(t) Óñèëèòåëü îøèáêè 2
vVT1(t)
t T
T
T
Ðèñóíîê 8. Ïîíèæàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ñ äâóìÿ êîíòóðàìè îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ïî íàïðÿæåíèþ.
ðåêòèðîâàòü àìïëèòóäíî-÷àñòîòíóþ õàðàêòåðèñòèêó êîíòóðà îòðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, à ðàñ÷åò óñòîé÷èâîñòè ñõåìû ÿâëÿåòñÿ îáÿçàòåëüíûì ýòàïîì ïðîåêòèðîâàíèÿ. Èç-çà íèçêîãî áûñòðîäåéñòâèÿ êîíòðîëëåðû ñ ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ «íå ëþáÿò» ðåçêèõ èçìåíåíèé ðåæèìîâ ðàáîòû, ïîýòîìó åìêîñòè âõîäíûõ è âûõîäíûõ êîíäåíñàòîðîâ C1 è C2 ñòàðàþòñÿ âûáèðàòü êàê ìîæíî áîëüøå. Íàïðèìåð, ïàðàìåòðû âûõîäíîãî êîíäåíñàòîðà C2 ðàññ÷èòûâàåòñÿ íå íà îñíîâàíèè äîïóñòèìîãî óðîâíÿ ïóëüñàöèé (õîòÿ ýòî òîæå ïðîâåðÿåòñÿ), à íà îñíîâàíèè äîïóñòèìîãî óðîâíÿ îòêëîíåíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè ïåðåõîäíûõ ïðîöåññàõ, îñîáåííî ïðè ðåçêîì îòêëþ÷åíèè íàãðóçêè. Î÷åâèäíî, ÷òî íåîáõîäèìîñòü èñïîëüçîâàíèÿ êîíäåíñàòîðîâ ïîâûøåííîé åìêîñòè îòðèöàòåëüíî ñêàçûâàåòñÿ íà óäåëüíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Êðîìå òîãî, â êîíòðîëëåðå ñ ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ îòñóòñòâóþò êàêèå-ëèáî óçëû, êîíòðîëèðóþùèå ðåæèì ðàáîòû ñèëîâîé ÷àñòè. Ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ñèëîâàÿ ÷àñòü
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
ïðè ìàêñèìàëüíîì òîêå íàãðóçêè îáû÷íî ðàáîòàåò â áåçðàçðûâíîì ðåæèìå (Continuous Conduction Mode), ïåðåõîäÿ, ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ âûõîäíîãî òîêà, â ãðàíè÷íûé è ðàçðûâíûé ðåæèì.  ðåçóëüòàòå ïðåîáðàçîâàòåëè ñ ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ ïðèíöèïèàëüíî íå ìîãóò èìåòü âûñîêóþ óäåëüíóþ ìîùíîñòü, ïîñêîëüêó èõ è èíäóêòèâíûå, è åìêîñòíûå íàêîïèòåëè äîëæíû èìåòü èçáûòî÷íóþ åìêîñòü. Òåì íå ìåíåå, ìåòîä óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ èìååò è ðÿä ïðåèìóùåñòâ, ñðåäè êîòîðûõ ïðîñòîòà è íàäåæíîñòü, ïîääåðæêà íåñêîëüêèõ êîíòóðîâ óïðàâëåíèÿ, ïîääåðæêà ñëîæíûõ àëãîðèòìîâ ïðåîáðàçîâàíèÿ, â òîì ÷èñëå è ìíîãîôàçíûõ, è ìíîæåñòâî äðóãèõ. Íàïðèìåð, åñëè äîáàâèòü â ñõåìó óïðàâëåíèÿ åùå îäèí óñèëèòåëü îøèáêè, òîãäà îäíèì êîíòðîëëåðîì ìîæíî ðåãóëèðîâàòü íå òîëüêî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, íî è âûõîäíîé òîê (Ðèñóíîê 8). Âûáîð êîíòóðà óïðàâëåíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè: àêòèâíûì ÿâëÿåòñÿ òîò óñèëèòåëü, ó êîòîðîãî íàïðÿæåíèå îøèáêè áîëüøå (èëè ìåíüøå – â çàâèñèìîñòè
21
Ñèëîâàÿ ÷àñòü TD1
vOUT(t)
VD1 L1
t
iL1(t) iL1(t) IOUT
VD2
t
vIN(t)
C1
VT1
C2
VT2
vERR
Âûõîä
Âõîä
vGEN(t) vOUT(t)
t vCOMP1(t)
Äðàéâåð
Äðàéâåð vQ(t)
vVT1(t)
vVT2(t)
vGEN(t)
vQ(t) & &
t
Ãåíåðàòîð vVT1(t)
vERR(t) Q Q
D
vCOMP(t)
t vVT2(t)
C VREF
Êîíòðîëëåð
Êîìïàðàòîð
Óñèëèòåëü îøèáêè
t T
T
T
Ðèñóíîê 9. Ñõåìà óïðàâëåíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëåì ñ òðàíñôîðìàòîðîì â ñèëîâîé ÷àñòè.
îò óðîâíåé ñèãíàëîâ). Ïðè òàêîé îðãàíèçàöèè êîíòðîëëåðà ïðè ìàëûõ òîêàõ íàãðóçêè ïðåîáðàçîâàòåëü áóäåò ñòàáèëèçèðîâàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, à ïðè áîëüøèõ – âûõîäíîé òîê. Î÷åâèäíî, ÷òî òàêîé àëãîðèòì ðàáîòû íå òîëüêî ìîæåò îáåñïå÷èòü çàùèòó îò ïåðåãðóçêè ïî òîêó, íî è èäåàëåí äëÿ ñîçäàíèÿ çàðÿäíûõ óñòðîéñòâ. Ñèëîâàÿ ÷àñòü ìíîãèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ìîæåò ñîäåðæàòü òðàíñôîðìàòîðû, ïîçâîëÿþùèå çíà÷èòåëüíî óìåíüøèòü ðàçìåðû èõ ñèëîâîé ÷àñòè [4]. Îäíàêî äëÿ ðàáîòû ýòèõ èíäóêòèâíûõ ýëåìåíòîâ íåîáõîäèìî äâóõïîëÿðíîå íàïðÿæåíèå, ïîýòîìó êîëè÷åñòâî óïðàâëÿåìûõ êëþ÷åé â ñèëîâîé ÷àñòè ïðåîáðàçîâàòåëÿ îáû÷íî áîëüøå.  ØÈÌ-êîíòðîëëåðàõ îðãàíèçîâàòü ðàáîòó òðàíñôîðìàòîðîâ ìîæíî ñ ïîìîùüþ íåñëîæíûõ ëîãè÷åñêèõ ñõåì, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ óïðàâëÿþùèõ èìïóëüñîâ ìåæäó âûõîäíûìè êàíàëàìè (Ðèñóíîê 9). Ñàìîå èíòåðåñíîå, ÷òî â ýòîì ñëó÷àå íèçêîå áûñòðîäåéñòâèå êîíòðîëëåðîâ äàííîãî òèïà èç íåäîñòàòêà ñðàçó ñòàíîâèòñÿ ïðåèìóùåñòâîì, ïîñêîëüêó äàæå ïðè ñàìûõ áûñòðûõ ïåðåõîäíûõ ïðîöåññàõ äëèòåëüíîñòè ñîñåäíèõ
22
èìïóëüñîâ áóäóò îòëè÷àòüñÿ íåçíà÷èòåëüíî, à ýòî çíà÷èò, ÷òî ïðè ïåðåõîäíûõ ïðîöåññàõ âåðîÿòíîñòü íàñûùåíèÿ ìàãíèòîïðîâîäà òðàíñôîðìàòîðà èç íåñèììåòðè÷íîñòè ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ èìïóëüñîâ áóäåò êðàéíå ìàëà. Êîëè÷åñòâî âûõîäíûõ êàíàëîâ êîíòðîëëåðà ìîæåò áûòü è áîëüøå, ïðè÷åì èç-çà ïîñòîÿííîé ÷àñòîòû ïåðåêëþ÷åíèÿ âñå âûõîäíûå ñèãíàëû áóäóò ñèíõðîííû âî âðåìåíè è èìåòü îäèíàêîâóþ ÷àñòîòó è îäèíàêîâûé ôàçîâûé ñäâèã. À ýòî ïîçâîëÿåò áåç îñîáûõ ïðîáëåì ñîçäàâàòü íà îñíîâå ýòîãî ìåòîäà ìíîãîôàçíûå ïðåîáðàçîâàòåëè, èñïîëüçóåìûå äëÿ ïèòàíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ñ áîëüøèìè òîêàìè ïîòðåáëåíèÿ. ÐË
Ñïèñîê èñòî÷íèêîâ 1. Ðóñó À.Ï. Îòêóäà ïîÿâëÿþòñÿ ïåðåõîäíûå ïðîöåññû â èìïóëüñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè 2. Ðóñó À.Ï. Êàê óïðàâëÿòü èìïóëüñíûìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè 3. Ðóñó À.Ï. Êàê ðàáîòàþò èìïóëüñíûå ïðåîáðàçîâàòåëè ñ ãèñòåðåçèñíûì óïðàâëåíèåì 4. Ðóñó À.Ï. Çà÷åì íóæåí òðàíñôîðìàòîð â èìïóëüñíîì ïðåîáðàçîâàòåëå ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè?
ÑÒÀÒÜÈ
Îïòîýëåêòðîííûå ýëåìåíòû «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ (ÍÅ)» Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê
Ïðèâåäåíû âàðèàíòû ñõåì âûïîëíåíèÿ äâóõâõîäîâûõ îïòîýëåêòðîííûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ» è «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ»
Î
Îïòîýëåêòðîííûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ» è «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ» è èõ ýëåêòðè÷åñêèå ñõåìû äî ïîñëåäíåãî âðåìåíè íå áûëè èçâåñòíû ÷èòàòåëÿì òåõíè÷åñêèõ èçäàíèé, ïîñâÿùåííûõ âîïðîñàì ðàäèîýëåêòðîíèêè, õîòÿ íàäîáíîñòü â ïðàêòè÷åñêîì ïðèìåíåíèé ïîäîáíûõ ýëåìåíòîâ äîñòàòî÷íî î÷åâèäíà. Íàïîìíèì ôîðìóëèðîâêè, õàðàêòåðèçóþùèå ïðèíöèï ðàáîòû êëàññè÷åñêèõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ» è «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ» [1, 2]. ÈÑÊËÞ×ÀÞÙÅÅ ÈËÈ (EXCLUDING OR, XOR) – ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò, äëÿ äâóõâõîäîâîãî âàðèàíòà êîòîðîãî âûõîäíîé ñèãíàë ïðèíèìàåò çíà÷åíèå ëîãè÷åñêîãî íóëÿ, åñëè óðîâíè âõîäíûõ ñèãíàëîâ ñîâïàäàþò (îáà ëîãè÷åñêèõ íóëÿ èëè îáå ëîãè÷åñêèå åäèíèöû). Ñòîèò íàðóøèòü ýòî óñëîâèå, ñèãíàë íà âûõîäå ýëåìåíòà ïðèìåò çíà÷åíèå ëîãè÷åñêîé åäèíèöû. ÈÑÊËÞ×ÀÞÙÅÅ ÈËÈ-ÍÅ (EXCLUDING NOR, XNOR) – ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò, äëÿ äâóõâõîäîâîãî âàðèàíòà êîòîðîãî âûõîäíîé ñèãíàë ïðèíèìàåò çíà÷åíèå ëîãè÷åñêîé åäèíèöû, åñëè óðîâíè âõîäíûõ ñèãíàëîâ ñîâïàäà-
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
þò (îáà ëîãè÷åñêèõ íóëÿ èëè îáå ëîãè÷åñêèå åäèíèöû). Ñòîèò íàðóøèòü ýòî óñëîâèå, ñèãíàë íà âûõîäå ýëåìåíòà ïðèìåò çíà÷åíèå ëîãè÷åñêîãî íóëÿ. Íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëåíû âîçìîæíûå âàðèàíòû ïîñòðîåíèÿ îïòîýëåêòðîííûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ» è «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ». Êàê ñëåäóåò èç àíàëèçà ýòèõ ñõåì, ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû, îñíîâàííûå íà èñïîëüçîâàíèè îïòîýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ, îòëè÷àþòñÿ ïðåäåëüíîé ïðîñòîòîé è, êàê ñëåäñòâèå, ïîâûøåííîé íàäåæíîñòüþ. Íà Ðèñóíêàõ 1à è 1á ïðèâåäåíû ñõåìû íàèáîëåå ïðîñòûõ âàðèàíòîâ âûïîëíåíèÿ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ïîäîáíîãî íàçíà÷åíèÿ. Ïðèíöèï èõ ðàáîòû äîñòàòî÷íî ïðîçðà÷åí.  îòñóòñòâèå âõîäíûõ ñèãíàëîâ ñâåòîäèîäû îïòîïàð íå ñâåòÿòñÿ, ñîîòâåòñòâåííî íå ïðîâîäÿò òîê è ôîòîäèîäû. Çàçåìëèâ âûâîä 5 (âûõîä OUT2) è ñíèìàÿ âûõîäíîé ñèãíàë ñ âûâîäà 4 (âûõîä OUT1), ïîëó÷èì ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ». Ïðè ïîäà÷å íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ íà âûâîä 4 (âûõîä OUT1) è ñúåìå âûõîäíîãî ñèãíàëà ñ âûâîäà 5 (âûõîä OUT2) ïîëó÷èì ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ».
23
3 +E
3 +E XOR/XNOR
XOR/XNOR
R3
R3
VD1 DA1.1 DA2.1
DA1.2
DA2.2
4 OUT1
R1
DA1.1 DA2.1
DA1.2
DA2.2
4 OUT1
IN1 1
IN1 1 VD2
R2 IN2 2
IN2 2
5 OUT2
5 OUT2 R1
R5
R4
R2
R1 = R2 R3 = R4
R4
R6
R1 = R2 R3 = R4 R5 = R6 6 GND
6 GND
a)
á) 3 +E
3 +E XOR/XNOR
XOR/XNOR R3
DA1.1 R3
VD1
R1
IN1 1
IN1 1
VT2 DA1.2 DA2.2
R5
4 OUT1
4 OUT1 DA1.2
VD3-VD6
R2 IN2 2
VT1 VD2
R6 DA1.1
5 OUT2 DA2.1
5 OUT2
IN2 2 R1
R4
R2
R4
R1 = R2 R3 = R4
R1 = R2 R3 = R4 R5 = R6
6 GND
6 GND
â)
ã)
Ðèñóíîê 1. Ýëåêòðè÷åñêèå ñõåìû âàðèàíòîâ âûïîëíåíèÿ îïòîýëåêòðîííûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ» è «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ»: à) ñ äèîäíûìè âõîäíûìè öåïÿìè; á) ñ ðåçèñòèâíûìè âõîäíûìè öåïÿìè; â) ñ ïåðåêðåñòíûì òðàíçèñòîðíûì øóíòèðîâàíèåì âõîäíûõ öåïåé; ã) ñ äèîäíûì ìîñòîì äëÿ ïèòàíèÿ ñâåòîäèîäà.
Îïòîýëåêòðîííûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò, Ðèñóíîê 1â, ïîñòðîåí ïî èíîé ñõåìå. Ïðè ïîäà÷å íà ëþáîé èç åãî âõîäîâ óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà òîê ïðîòåêàåò ÷åðåç ñîîòâåòñòâóþùèé ñâåòîäèîä, ïåðåêëþ÷àÿ òåì ñàìûì ñîñòîÿíèå åìó îòâå÷àþùåãî ôîòîäèîäà. Öåïü ïèòàíèÿ âòîðîãî ñâåòîäèîäà ïðè ýòîì øóíòèðóåòñÿ òðàíçèñòîðîì. Ïðè îäíîâðåìåííîé ïîäà÷å íà âõîäû ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ âûñîêîãî óðîâíÿ îáà ñâåòîèçëó÷àþùèõ äèîäà îïòîïàð øóíòèðóþòñÿ òðàíçèñòîðàìè VT1 è VT2,
24
ñâåòîäèîäû íå èçëó÷àþò ñâåò, ôîòîäèîäû ïðèåìíîé ñòîðîíû íå ïðîâîäÿò ýëåêòðè÷åñêèé òîê. Âàðèàíò îïòîýëåêòðîííîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà, Ðèñóíîê 1ã, ñîäåðæèò âñåãî îäíó îïòîýëåêòðîííóþ ïàðó DA1, ñâåòîäèîä êîòîðîé âêëþ÷åí â äèàãîíàëü äèîäíîãî ìîñòà VD3–VD6.  ñâîþ î÷åðåäü, äèîäíûé ìîñò âêëþ÷åí â äèàãîíàëü äèîäíî-ðåçèñòèâíîãî ìîñòà VD1, VD2, R1, R2.  îòñóòñòâèå âõîäíûõ ñèãíàëîâ ñâåòîäèîä îïòîïàðû íå èçëó÷àåò ñâåò, ôîòîäèîä îïòîïàðû òîê íå ïðîâîäèò.
ÑÒÀÒÜÈ
Ïðè ïîäà÷å íà îäèí èç âõîäîâ ñèãíàëà óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû, à íà äðóãîé – ëîãè÷åñêîãî íóëÿ, òîê ïðîòåêàåò ÷åðåç ñâåòîäèîä îïòîïàðû, ôîòîäèîä íà÷èíàåò ïðîâîäèòü òîê, âûõîäíîé ñèãíàë ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ìåíÿåò ñâîé óðîâåíü. Åñëè íà îáà âõîäà ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ïîäàþòñÿ ñèãíàëû óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû, ìîñò ïåðåõîäèò â ñîñòîÿíèå ðàâíîâåñèÿ,
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
òîê ÷åðåç ñâåòîäèîä è ôîòîäèîä îïòðîííîé ïàðû DA1 íå ïðîòåêàåò. ÐË
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.
25
Ðàñøèðåíèå äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà âûñîêîèìïåäàíñíûõ äàò÷èêîâ Mark Reisiger, Analog Devices
Àííîòàöèÿ Èçìåðåíèå ñèãíàëîâ îò äàò÷èêîâ ñ î÷åíü âûñîêèì èìïåäàíñîì ÿâëÿåòñÿ ñëîæíîé çàäà÷åé. Âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ýòèõ äàò÷èêîâ 12 ìîæåò èçìåðÿòüñÿ òåðàîìàìè (1×10 Îì). Äëÿ èçìåðåíèÿ íè÷òîæíûõ ñèãíàëüíûõ òîêîâ, ñîçäàâàåìûå òàêèìè äàò÷èêàìè, êàê öèëèíäðû Ôàðàäåÿ è ôîòîäèîäû, òðåáóþòñÿ óñèëèòåëè ýëåêòðîìåòðè÷åñêîãî êëàññà.  òðàíñèìïåäàíñíîé êîíôèãóðàöèè (transimpedance amplifier, TIA) ðàçðåøåíèå ýòèõ óñèëèòåëåé –15 ìîæåò äîñòèãàòü 1 ôåìòîàìïåðà (1×10 À). Ìíîãèå ïðèëîæåíèÿ íóæäàþòñÿ â çàùèòå ýòèõ ñõåì îò ïåðåãðóçêè ïî âõîäó. Êîìïîíåíòû çàùèòû äîðîãè è óõóäøàþò õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû.  ñòàòüå îïèñûâàþòñÿ ýòè ñõåìû çàùèòû, à òàêæå ìåòîäû óëó÷øåíèÿ õàðàêòåðèñòèê, îäíîâðåìåííî ñíèæàþùèå ñòîèìîñòü óñòðîéñòâ.
Íåîáõîäèìîñòü â çàùèòå Äàò÷èêè ñ òîêîâûì âûõîäîì è âûñîêèì ñîïðîòèâëåíèåì ðàññ÷èòàíû íà ðàáîòó ñ íóëåâûì íàïðÿæåíèåì ñìåùåíèÿ. Ñõåìà TIA óäåðæèâàåò íàïðÿæåíèå íà äàò÷èêå íà óðîâíå 0 Â. Íóëåâîå íàïðÿæåíèå íà äàò÷èêå ìîæåò áûòü òîãäà, êîãäà âåñü òîê äàò÷èêà ïðîòåêàåò ÷åðåç ðåçèñòîð îáðàòíîé ñâÿçè. Îòðèöàòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü óñòàíàâëèâàåò íà âûõîäå óñèëèòåëÿ íàïðÿæåíèå, êîòîðîå ñîçäàåò íåîáõîäèìûé òîê â ðåçèñòîðå îáðàòíîé ñâÿçè. Òðåáó-
26
åìîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, ñîãëàñíî çàêîíó Îìà, ðàâíî òîêó äàò÷èêà, óìíîæåííîìó íà ñîïðîòèâëåíèå îáðàòíîé ñâÿçè. Ìàêñèìàëüíûé òîê ÷åðåç ðåçèñòîð îáðàòíîé ñâÿçè îãðàíè÷åí ðàçìàõîì âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óñèëèòåëÿ. Íàïðÿæåíèå äàò÷èêà íå ìîæåò óäåðæèâàòüñÿ ðàâíûì íóëþ, åñëè òîê äàò÷èêà ïðåâûøàåò ìàêñèìàëüíûé òîê ðåçèñòîðà îáðàòíîé ñâÿçè. Èçáûòî÷íûé òîê óâåëè÷èâàåò íàïðÿæåíèå íà äàò÷èêå äî òåõ ïîð, ïîêà ýòîò òîê íå ñìîæåò ïîéòè ïî àëüòåðíàòèâíîìó ïóòè.  óñèëèòåëå ýòîò èçáûòî÷íûé òîê îáû÷íî ïðèíèìàþò óñòðîéñòâà çàùèòû îò ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ðàçðÿäà. Äëÿ ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿ òàêèå ïåðåãðóçêè íåäîïóñòèìû, òàê êàê âîññòàíîâëåíèå ìîæåò çàíèìàòü äëèòåëüíîå âðåìÿ, à òàêæå ìåøàòü ðàáîòå äðóãèõ êàíàëîâ. Áîëüøèå âðåìåíà âîññòàíîâëåíèÿ îáóñëîâëåíû åìêîñòÿìè, êîòîðûå íåîáõîäèìî ðàçðÿæàòü. Âñå åìêîñòè äàò÷èêîâ, êàáåëåé è âõîäîâ äîëæíû áûòü ðàçðÿæåíû ÷åðåç ðåçèñòîð îáðàòíîé ñâÿçè, êîòîðûé îãðàíè÷èâàåò ñêîðîñòü ðàçðÿäà. ×òî åùå õóæå, äèýëåêòðè÷åñêàÿ àáñîðáöèÿ (îñòàòî÷íàÿ ïîëÿðèçàöèÿ) ýòèõ èçîëÿòîðîâ â îòâåò íà èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ñîçäàåò îñòàòî÷íûå òîêè. Äëÿ ïîëíîãî ðàññåèâàíèÿ îñòàòî÷íûõ òîêîâ ìîãóò ïîòðåáîâàòüñÿ ìèíóòû èëè ÷àñû. Åùå îäíîé ïðîáëåìîé ÿâëÿþòñÿ ïîìåõè â ñèñòåìàõ ñ íåñêîëüêèìè äàò÷èêàìè, ðàñïîëîæåííûìè áëèçêî äðóã ê äðóãó. Èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ïåðåãðóæåííîì äàò÷èêå èç-çà
ÑÒÀÒÜÈ
åìêîñòíîé ñâÿçè ïåðåäàåòñÿ íà ñîñåäíèå êàíàëû. ×åðåç ýòè åìêîñòè ñâÿçè ïðîíèêàåò òîê, êîòîðûé èñêàæàåò ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé â ñîñåäíèõ êàíàëàõ.
Ñõåìû îãðàíè÷èòåëåé Äëÿ ðåøåíèÿ ïðîáëåì ïåðåãðóçêè ïî âõîäó íåîáõîäèìà ñõåìà îãðàíè÷èòåëÿ â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè. Îãðàíè÷èòåëü âêëþ÷àåò íåëèíåéíûé ýëåìåíò îáðàòíîé ñâÿçè, ñïîñîáíûé ïðîïóñêàòü áîëüøèå òîêè áåç âûñîêèõ íàïðÿæåíèé, îãðàíè÷èâàþùèõ âûõîäíîé ñèãíàë óñèëèòåëÿ. Ïðîñòîé îãðàíè÷èòåëü îáðàòíîé ñâÿçè ìîæíî ðåàëèçîâàòü äîáàâëåíèåì äèîäà, ïàðàëëåëüíîãî ðåçèñòîðó îáðàòíîé ñâÿçè (Ðèñóíîê 1). Ïðè óìåíüøåíèè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äèîä (D1) íà÷èíàåò ïðîâîäèòü òîê îò äàò÷èêà. Ýêñïîíåíöèàëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äèîäà ïîçâîëÿåò åìó ïðîïóñêàòü î÷åíü áîëüøèå òîêè äàò÷èêà áåç îãðàíè÷åíèÿ ñèãíàëà íà âûõîäå óñèëèòåëÿ. RF D1 Òîê äàò÷èêà
HI VOUT
ISRC LO
U1
Ðèñóíîê 1. Òðàíñèìïåäàíñíûé óñèëèòåëü ñ äèîäíûì îãðàíè÷èòåëåì.
×òîáû èçáåæàòü óõóäøåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ñõåìû, íóæíî ïðàâèëüíî âûáèðàòü äèîä, èñïîëüçóåìûé â îãðàíè÷èòåëå, ÷òî íåïðîñòî äëÿ ñõåì TIA ñ î÷åíü âûñîêèì èìïåäàíñîì. Ïðè íèçêèõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ äèîä âåäåò ñåáÿ êàê ðåçèñòîð, ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî çàâèñèò îò òîêà íàñûùåíèÿ. Ýòî ñîïðîòèâëåíèå îáû÷íî íàçûâàþò ïàðàëëåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì äèîäà. Ïàðàëëåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå øóíòèðóåò ðåçèñòîð îáðàòíîé ñâÿçè, ïîýòîìó îíî äîëæíî áûòü íàìíîãî áîëüøå ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðà, ÷òîáû íå èñêàæàòü ïåðåäàòî÷íóþ õàðàêòåðèñòèêó òðàíñèìïåäàíñíîãî óñèëèòåëÿ. Ýòî ñëîæíàÿ çàäà÷à, òàê êàê ïàðàëëåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå èìååò ýêñïîíåíöèàëüíóþ òåìïåðàòóðíóþ
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
çàâèñèìîñòü; åãî çíà÷åíèå óìåíüøàåòñÿ âäâîå íà êàæäûå 10 °C ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû. Îãðîìíûå ñîïðîòèâëåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè, èñïîëüçóåìûå â ñõåìàõ ýëåêòðîìåòðîâ, òðåáóþò òùàòåëüíîãî âûáîðà äèîäîâ. Äëÿ ýòèõ êîìïîíåíòîâ òðåáóþòñÿ ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííûå äèîäû ñ ìàëîé óòå÷êîé. Èñïîëüçóåòñÿ òàêæå äèîäíîå âêëþ÷åíèå ìàëîìîùíûõ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ ñ óïðàâëÿþùèì p-n ïåðåõîäîì. Ýòè ñïåöèàëüíûå äèîäû, êàê ïðàâèëî, äîâîëüíî äîðîãè è ñòîÿò ïî íåñêîëüêî äîëëàðîâ çà øòóêó. Ýêñïîíåíöèàëüíàÿ âîëüòàìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äèîäà òàêæå ñîçäàåò ñåðüåçíîå îãðàíè÷åíèå äëÿ ýòîé ñõåìû. Êîãäà ïðèëîæåííîå íàïðÿæåíèå ñòàíîâèòñÿ áîëüøå, ÷åì òåïëîâîé ïîòåíöèàë (kT/q), ýêñïîíåíöèàëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà íà÷èíàåò ïðåîáëàäàòü, è ëèíåéíîñòü ïðîñòîãî îãðàíè÷èòåëÿ ñõåìû TIA íà÷èíàåò óõóäøàòüñÿ. Ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå òåïëîâîé ïîòåíöèàë ñîñòàâëÿåò âñåãî 26 ìÂ, ÷òî çíà÷èòåëüíî ñóæàåò äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ñõåìû. ×àñòè÷íî ïðåîäîëåòü îãðàíè÷åííîñòü âûõîäíîãî äèàïàçîíà ïðîñòîãî îãðàíè÷èòåëÿ ìîæíî ñ ïîìîùüþ èñïîëüçîâàíèÿ çàùèòíûõ òåõíîëîãèé (Ðèñóíîê 2). Íàïðÿæåíèå íà îãðàíè÷èòåëüíîì äèîäå D1 ïðèâÿçàíî ê íóëþ ðåçèñòîðîì R1. Óñèëèòåëü ìîæåò ñäåëàòü óðîâåíü ýòîãî íàïðÿæåíèÿ (VGUARD) íèçêèì ÷åðåç ïîäêëþ÷åííûé ê âûõîäó äèîä D2. Îãðàíè÷åíèå îáðàòíîé ñâÿçè íà÷èíàåòñÿ, êîãäà VGUARD ïðåâûñèò òåïëîâîé ïîòåíöèàë, ïîçâîëèâ äèîäó D1 ïðîâîäèòü òîê. Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R1 äîëæíî âûáèðàòüñÿ ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî äëÿ ñîçäàíèÿ ýòîãî ïàäåíèÿ íàïðÿRF
D1
VGUARD
D2
R1 Òîê äàò÷èêà
HI VOUT
ISRC LO
U1
Ðèñóíîê 2. Òðàíñèìïåäàíñíûé óñèëèòåëü ñ çàùèùåííûì îãðàíè÷èòåëåì íà ñïåöèàëüíîì äèîäå.
27
æåíèÿ îí äîëæåí çàáèðàòü èç D2 çíà÷èòåëüíûé òîê. Íàïðèìåð, ÷òîáû íà ðåçèñòîðå 1 êÎì óïàëî íàïðÿæåíèå 26 ìÂ, òðåáóåòñÿ òîê äèîäà 26 ìêÀ; ýòî çíà÷èòåëüíî áîëüøå, ÷åì äåñÿòêè ôåìòîàìïåð, íåîáõîäèìûå ïðîñòîìó îãðàíè÷èòåëþ. Òàêèå áîëüøèå òîêè ñìÿã÷àþò òðåáîâàíèÿ ê âûõîäíîìó äèîäó.  êà÷åñòâå D2 ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ îáû÷íûå äèîäû âìåñòî ñïåöèàëüíûõ äèîäîâ, òðåáóåìûõ äëÿ D1. Ýòà ñõåìà ïîçâîëÿåò ðåãóëèðîâàòü äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé ïóòåì çàìåíû D2 öåïî÷êîé äèîäîâ èëè îäíèì ñòàáèëèòðîíîì. Ïîäîáíûå ñõåìû òàêæå ìîãóò áûòü èçìåíåíû äëÿ äâóíàïðàâëåííîãî îãðàíè÷åíèÿ ïóòåì çàìåíû êàæäîãî äèîäà ñîîòâåòñòâóþùèìè âñòðå÷íî-ïàðàëëåëüíûìè äèîäàìè èëè âñòðå÷íî-âêëþ÷åííûìè ñòàáèëèòðîíàìè. Çàùèùåííàÿ ñõåìà îáåñïå÷èâàåò çíà÷èòåëüíîå óëó÷øåíèå õàðàêòåðèñòèê ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðîñòûì äèîäíûì îãðàíè÷èòåëåì, íî ïî-ïðåæíåìó çàâèñèò îò õàðàêòåðèñòèê äîðîãîãî äèîäà D1. Ýòè îãðàíè÷åíèÿ ïî öåíå è õàðàêòåðèñòèêàì ìîæíî óñòðàíèòü, èñïîëüçóÿ ýëåêòðîìåòðè÷åñêèé óñèëèòåëü, èìåþùèé âíóòðåííèé çàùèòíûé áóôåð, ïîäêëþ÷åííûé ê âíåøíèì âûâîäàì. Îäíèì èç òàêèõ óñèëèòåëåé ÿâëÿåòñÿ ìèêðîñõåìà ADA45301. Ê âûõîäó âíóòðåííåãî çàùèòíîãî áóôåðà ìèêðîñõåìû ïîäêëþ÷åíû äèîäû çàùèòû îò ýëåêòðîñòàòè÷åñêèõ ðàçðÿäîâ (ÝÑÐ). Ýòî çàùèòíîå íàïðÿæåíèå ïîääåðæèâàåò íèçêèé óðîâåíü âõîäíîãî òîêà ñìåùåíèÿ, èñêëþ÷àÿ ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà çàùèòíûõ äèîäàõ. Âíóòðåííèå ÝÑÐ-äèîäû èìåþò î÷åíü íèçêèå òîêè óòå÷êè. Èíòåãðèðîâàííûå â ìèêðîñõåìó ÝÑÐäèîäû ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ â ñõåìå çàùèùåííîãî îãðàíè÷èòåëÿ (â îðèãèíàëå «guarded limiter», – ðåä.), êàê ýòî ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 3. Ôóíêöèþ ñïåöèàëüíîãî äèîäà D1 òåïåðü
RF
VGUARD 7
Òîê äàò÷èêà
D2
R1
ADA4530-1
D1 HI
8
ISRC LO
6 VOUT
1 U1
Ðèñóíîê 3. Òðàíñèìïåäàíñíûé óñèëèòåëü ñ îãðàíè÷èòåëåì íà äèîäàõ ÝÑÐ-çàùèòû.
âûïîëíÿþò îíè. Îõðàííûé áóôåð èìååò íà âûõîäå ñîïðîòèâëåíèå 1 êÎì, ðàáîòàþùèé êàê ðåçèñòîð R1. Åäèíñòâåííûé îñòàþùèéñÿ â ñõåìå âíåøíèé êîìïîíåíò – äèîä D2. Ýòîò âûõîäíîé äèîä âêëþ÷åí ìåæäó âûâîäîì çàùèòíîãî áóôåðà è âûõîäîì. Ñõåìà íà÷èíàåò îãðàíè÷èâàòü, êàê òîëüêî â óçëå VGUARD ñîçäàåòñÿ òåïëîâîé ïîòåíöèàë.
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé Äëÿ ñðàâíåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ïðîñòîãî äèîäíîãî îãðàíè÷èòåëÿ ñî ñïåöèàëüíûì äèîäîì ñ ìàëûìè óòå÷êàìè è çàùèùåííîãî îãðàíè÷èòåëÿ ñ ÝÑÐ-äèîäàìè áûëà ñîáðàíà ñõåìà 100-ãèãàîìíîãî òðàíñèìïåäàíñíîãî óñèëèòåëÿ. Ñïèñîê âñåõ èñïîëüçîâàííûõ â íåé êîìïîíåíòîâ ìîæíî íàéòè â Òàáëèöå 1. Îñíîâîé êîíñòðóêöèè ýòèõ ñõåì ïîñëóæèëà ìîäèôèöèðîâàííàÿ îöåíî÷íàÿ ïëàòà ýëåêòðîìåòðè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ (Ðèñóíîê 4). Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî âûõîä çàùèòíîãî áóôåðà óñèëèòåëÿ íå äîëæåí èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ
Òàáëèöà 1. Êîìïîíåíòû èñïûòàòåëüíîé ñõåìû Êîìïîíåíò
28
Èçãîòîâèòåëü
Îáîçíà÷åíèå
Ýëåêòðîìåòðè÷åñêèé óñèëèòåëü
Analog Devices
ADA4530-1ARMZ
Îöåíî÷íàÿ ïëàòà
Analog Devices
ADA4530-1R-EBZ-TIA
Ðåçèñòîð îáðàòíîé ñâÿçè 100 ÃÎì
Ohmite
RX-1M1009FE
Êîíäåíñàòîð îáðàòíîé ñâÿçè 300 ôÔ
AVX
UQCFVA0R3BAT2A\500
Îãðàíè÷èòåëüíûé äèîä
Linear Integrated Systems
Âûõîäíîé äèîä 1
Fairchild
PAD1 1N4148
Âûõîäíîé äèîä 2
Fairchild
1N5230
ÑÒÀÒÜÈ
Îøèáêà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (ìÂ)
Ðèñóíîê 4. Îöåíî÷íàÿ ïëàòà ADA4530-1REBZ-TIA.
ïîäêëþ÷åíèÿ îõðàííûõ êîëåö, ïîñêîëüêó åãî íàïðÿæåíèå èçìåíÿåòñÿ. Îõðàííûå êîëüöà äîëæíû áûòü ïîäêëþ÷åíû ê ïîòåíöèàëó ñèãíàëüíîé çåìëè, âçÿòîìó ñ íåèíâåðòèðóþùåãî âõîäà óñèëèòåëÿ. Ðàáîòà ñõåì áûëà ïðîâåðåíà ïóòåì ïðîïóñêàíèÿ ÷åðåç íèõ èñïûòàòåëüíîãî òîêà îò èñòî÷íèêà-èçìåðèòåëÿ ýëåêòðîìåòðè÷åñêîãî êëàññà (Keithley 6430) è èçìåðåíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ âûñîêîòî÷íûì öèôðîâûì ìóëüòèìåòðîì (Keysight 3458a). Èñïûòàíèÿ ïðîâîäèëèñü ïðè òåìïåðàòóðå 25 °C è íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ ±5 Â. Èñïûòàòåëüíûé òîê èçìåíÿëñÿ îò 10 ôÀ äî 100 ïÀ, à âûõîäíîå íàïðÿæåíèå èçìåíÿëîñü îò 1 ì äî 5  (Ðèñóíîê 5). Ëèíåéíîñòü îöåíèâàëàñü ïóòåì ïîñòðîåíèÿ ãðàôèêà ðàçíîñòè ìåæäó èäåàëüíûì è ôàêòè÷åñêèì âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì (Ðèñóíîê 6). Áàçîâûå õàðàêòåðèñòèêè îïðåäåëÿ-
Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå (Â)
10
1
Áåç îãðàíè÷èòåëÿ Îãðàíè÷èòåëü – 1N4148 Îãðàíè÷èòåëü – 1N5230 Simple Limiter – PAD1
100m
10m
1m 10ô
100ô
1ï
10ï
100ï
Âõîäíîé òîê (À)
Ðèñóíîê 5. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà òðàíñèìïåäàíñíîãî óñèëèòåëÿ äëÿ èññëåäóåìûõ îãðàíè÷èòåëåé.
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
5 4 3 2 1 0 –1 –2 –3 –4 –5 10ô
Áåç îãðàíè÷èòåëÿ Îãðàíè÷èòåëü – 1N4148 Îãðàíè÷èòåëü – 1N5230 Ïðîñòîé îãðàíè÷èòåëü – PAD1 100ô
1ï 10ï Âõîäíîé òîê (À)
100ï
Ðèñóíîê 6. Îøèáêè ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèêè òðàíñèìïåäàíñíîãî óñèëèòåëÿ äëÿ èññëåäóåìûõ îãðàíè÷èòåëåé.
ëèñü áåç îãðàíè÷èòåëÿ îáðàòíîé ñâÿçè (÷åðíûå êðèâûå). Áåç îãðàíè÷åíèÿ îøèáêà ñîñòàâëÿëà ìåíåå 1 ì äî òåõ ïîð, ïîêà ðàçìàõ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óñèëèòåëÿ íå äîñòèãàë øèí ïèòàíèÿ. Ïðîñòàÿ ñõåìà äèîäíîãî îãðàíè÷èòåëÿ áûëà ðåàëèçîâàíà ñ èñïîëüçîâàíèåì äèîäà PAD1 ñ íèçêèìè óòå÷êàìè. Äèîä PAD1 ÿâëÿåòñÿ òèïè÷íûì âûáîðîì äëÿ òàêîãî ðîäà ïðèëîæåíèé. Ïðè ìàëûõ èñïûòàòåëüíûõ òîêàõ õàðàêòåðèñòèêè ïðîñòîãî îãðàíè÷èòåëÿ (êðàñíûå êðèâûå) èäåíòè÷íû áàçîâûì õàðàêòåðèñòèêàì. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ñîïðîòèâëåíèå òîêà íàñûùåíèÿ äèîäà íàìíîãî áîëüøå 100 ÃÎì (ïðè 25 °C). Êàê è îæèäàëîñü, äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé äîâîëüíî îãðàíè÷åí; ïîãðåøíîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè èñïûòàòåëüíîì òîêå 600 ôÀ ïðåâûøàåò 1 ìÂ. Òàêîé óðîâåíü èñïûòàòåëüíîãî òîêà ñîîòâåòñòâóåò äèàïàçîíó âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé 60 ìÂ. Îãðàíè÷èòåëü íà äèîäàõ ÝÑÐ-çàùèòû (Ðèñóíîê 3) áûë ïðîòåñòèðîâàí ñ äåøåâûì âûõîäíûì äèîäîì 1N4148 (D2). È ñíîâà õàðàêòåðèñòèêè ýòîãî îãðàíè÷èòåëÿ íà çàùèòíûõ äèîäàõ (ñèíèå êðèâûå) ïðè íèçêèõ èñïûòàòåëüíûõ òîêàõ ñîîòâåòñòâóþò áàçîâûì õàðàêòåðèñòèêàì. Ýòè õîðîøèå õàðàêòåðèñòèêè ïîëó÷åíû áëàãîäàðÿ èíòåãðèðîâàííûì â ýëåêòðîìåòðè÷åñêèé óñèëèòåëü äèîäàì ÝÑÐ-çàùèòû ñ íèçêèìè òîêàìè óòå÷êè. 1N4148 ïðîñòî îáåñïå÷èâàåò ïóòü òîêà îáðàòíîé ñâÿçè. Äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí òàêæå óëó÷øèëñÿ, è òåïåðü äëÿ òîãî, ÷òîáû
29
îøèáêà ïðåâûñèëà 1 ìÂ, íóæåí èñïûòàòåëüíûé òîê 2.5 ïÀ. Ýòî ñîîòâåòñòâóåò äèàïàçîíó âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé 250 ìÂ, ÷òî â ÷åòûðå ðàçà ëó÷øå, ÷åì â ïðåäûäóùåì ñëó÷àå. Ãèáêîñòü ýòîé ñõåìû áûëà ïðîäåìîíñòðèðîâàíà çàìåíîé âûõîäíîãî äèîäà ñòàáèëèòðîíîì 1N5230. Ïðè íèçêèõ èñïûòàòåëüíûõ òîêàõ ýòà ñõåìà ðàáîòàåò èäåíòè÷íî áàçîâîé ñõåìå (çåëåíûå êðèâûå). Äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ñõåìû ðàñøèðèëñÿ ïî ñðàâíåíèþ ñî ñòàíäàðòíûì äèîäîì. Äëÿ òîãî, ÷òîáû îøèáêà ïðåâûñèëà 1 ìÂ, ïîòðåáîâàëñÿ èñïûòàòåëüíûé òîê 10 ïÀ. Ýòî ñîîòâåòñòâóåò âûõîäíîìó äèàïàçîíó 1 Â. Ñõåìà íà÷èíàåò îãðàíè÷èâàòü ïðè òîêàõ ñòàáèëèòðîíà íàìíîãî ìåíüøèõ òîêà 1 ìÀ, íåîáõîäèìîãî äëÿ ïîëó÷åíèÿ íîìèíàëüíîãî ïðîáèâíîãî íàïðÿæåíèÿ 4.7 Â. Äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèáîëüøåãî äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà è ñíèæåíèÿ òåìïåðàòóðíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè æåëàòåëüíî, ÷òîáû ñòàáèëèòðîí ðàáîòàë ïðè íîìèíàëüíîì íàïðÿæåíèè ïðîáîÿ. Äîñòóïíû áîëåå ñëàáîòî÷íûå ñòàáèëèòðîíû, òàêèå, íàïðèìåð, êàê 1N4624. Ðàáî÷èé òîê òàêæå ìîæíî óâåëè÷èòü, äîáàâèâ
30
âíåøíèé ðåçèñòîð ìåæäó VGUARD è ñèãíàëüíîé çåìëåé. ×òîáû ñîçäàòü òåïëîâîé ïîòåíöèàë íà äèîäàõ ÝÑÐ-çàùèòû äëÿ ðåçèñòîðà 27 Îì ïîòðåáóåòñÿ òîê ñòàáèëèòðîíà 1 ìÀ. Ïîäâåäåì èòîã. Èíòåðôåéñû äàò÷èêîâ ýëåêòðîìåòðè÷åñêîãî êëàññà ÷àñòî òðåáóþò ñõåì îãðàíè÷åíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè. Ýòèì ñõåìàì íóæíû ñïåöèàëüíûå äèîäû, êàæäûé èç êîòîðûõ ñòîèò íåñêîëüêî äîëëàðîâ. Íî ñïåöèàëüíûå äèîäû ìîãóò áûòü çàìåíåíû âíóòðåííèìè äèîäàìè ýëåêòðîñòàòè÷åñêîé çàùèòû ýëåêòðîìåòðè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ, èìåþùåãî âûõîä çàùèòíîãî áóôåðà, òàêîãî, íàïðèìåð, êàê ADA4530-1. Òàêîé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ñîçäàòü âûñîêîýôôåêòèâíûé îãðàíè÷èòåëü, äëÿ êîòîðîãî òðåáóåòñÿ ëèøü îäèí âíåøíèé êîìïîíåíò, ñòîÿùèé êîïåéêè. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices ADA4530-1 2. Datasheet Central Semiconductor 1N4624 3. Datasheet Vishay 1N5230 4. Datasheet Linear Integrated Systems PAD1
ÑÒÀÒÜÈ
TSOP48xx. Ðàáîòà â ðåæèìå
Áàñêîâ Ì. Ï.
íåïðåðûâíîãî âõîäíîãî ñèãíàëà Ì.Ï. Áàñêîâ, Î.Ä. Ëåâàøîâ Moñêâà – Áðåøèÿ (Èòàëèÿ)
ÍÍåäàâíî
ìû ðåøèëè ïðîòåñòèðîâàòü ìîäóëè îáíàðóæåíèÿ ïðåïÿòñòâèé êèòàéñêîãî ïðîèçâîäñòâà íà ïðåäìåò èõ ïðèãîäíîñòè äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ìîáèëüíûõ ðîáîòàõ. Íà òåñòèðîâàíèå ïðèáûëè ÷åòûðå îáðàçöà, îäèí èç êîòîðûõ îêàçàëñÿ íåðàáîòîñïîñîáíûì, òðè äðóãèõ ïîñëå ñîîòâåòñòâóþùèõ íàñòðîåê ïîêàçàëè çàÿâëåííûå ïðîèçâîäèòåëåì ïàðàìåòðû – áåëûé ëèñò ôîðìàòà À4 îáíàðóæèâàåòñÿ ñ ðàññòîÿíèÿ 40 ñì, áîëåå ìåëêèå ïðåäìåòû äðóãèõ öâåòîâ è ôàêòóð îáíàðóæèâàþòñÿ íà ìåíüøåì ðàññòîÿíèè. Òîê ïîòðåáëåíèÿ ìîäóëåé ñîñòàâëÿåò 4045 ìÀ, ÷àñòîòà ëîêàöèè êîëåáëåòñÿ â ïðîöåññå ðàáîòû îò 36 êÃö äî 40 êÃö. Âìåñòå ñ äåâèàöèåé ÷àñòîòû èçìåíÿåòñÿ è ÷óâñòâèòåëüíîñòü äàò÷èêà. ×àñòîòà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ îïòèìàëüíûì íàñòðîéêàì, ñîñòàâëÿåò 38 êÃö.
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
Èçëó÷àþùèé ñâåòîäèîä çàìåòíî íàãðåâàåòñÿ, ÷òî óêàçûâàåò íà åãî ðàáîòó â äîñòàòî÷íî òÿæåëîì ðåæèìå. Ñîâîêóïíîñòü íåäîñòàòêîâ ïîçâîëÿåò ðåêîìåíäîâàòü èñïîëüçîâàíèå äàííîãî ìîäóëÿ òîëüêî â ïðîñòåéøèõ êîíñòðóêöèÿõ. À òåïåðü î ãëàâíîé îñîáåííîñòè ýòèõ ìîäóëåé. Îíè ðàáîòàþò ñ íåïðåðûâàíîé èìïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ, ò.å. ñâåòîäèîä èçëó÷àåò, à ôîòîïðèåìíèê ÒSOP4838 ïðèíèìàåò íåìîäóëèðîâàííûé ñâåòîâîé ïîòîê íà íåñóùåé ÷àñòîòå. Ýòî ïðîòèâîðå÷èò âñåì äàòàøèòàì íà ôîòîïðèåìíèêè TSOP48xx, ãäå ïðÿìî ñêàçàíî, ÷òî ýòè ôîòîïðèåìíèêè ïîäàâëÿþò ïîìåõè â ôîðìå íåïðåðûâíîé èìïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ëþáîé ÷àñòîòû [1]. «Some examples of disturbance signals which are suppressed are: … Continuous signals at any frequency», ÷òî áóêâàëüíî îçíà÷àåò ñëåäóþùåå: «Íåêîòîðûå ïðèìåðû ïîäàâëÿåìûõ ñèãíàëîâ: … Íåïðåðûâíûå ñèãíàëû íà ëþáîé ÷àñòîòå». Ýòî áûëî àêñèîìîé, íî, êàê îêàçàëîñü, íå ñîâñåì ñîîòâåòñòâóþùåé ðåàëüíîñòè.  íàøåì ðàñïîðÿæåíèè íàõîäèëîñü äîñòàòî÷íî áîëüøîå êîëè÷åñòâî ôîòîïðèåìíèêîâ ÷åòûðåõ òèïîâ: TSOP4833, TSOP4836, à
31
Òàêèì îáðàçîì, îòëè÷èÿ îò ñòàíäàðòíîãî ðåæèìà íàëèöî, íî îíè íåçíà÷èòåëüíûå. Íà Ðèñóíêå 2 ïðåäñòàâëåíà çàâèñèìîñòü ÷óâñòâèòåëüíîñòè îò êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ äëÿ íåïðåðûâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ.
1.0
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
1.0
TSOP4833 TSOP4836 TSOP4838
0.9
0.1 0 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
41 42
×àñòîòà [êÃö]
Ðèñóíîê 1. ×àñòîòíûå õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêîâ ïðè ïîñòóïëåíèè íà âõîä íåïðåðûâíîé èìïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè.
Îòíîñèòåëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü
Îòíîñèòåëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü
0.9
0.8 0.7 0.6 0.5
TSOP4833 TSOP4836 TSOP4838
0.4 0.3 0.2 0.1
òàêæå TSOP4838 äâóõ ìîäèôèêàöèé – ñ ìåòàëëè÷åñêèì ýêðàíîì è öèëèíäðè÷åñêîé ëèíçîé è áåç ýêðàíà ñî ñôåðè÷åñêîé ëèíçîé. Ôîòîïðèåìíèê TSOP4838 ñ ýêðàíîì îòêàçàëñÿ âîñïðèíèìàòü íåïðåðûâíóþ èìïóëüñíóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü, â òî âðåìÿ êàê âñå îñòàëüíûå å¸ ïðåêðàñíî «ïåðåâàðèëè». Ìû ðåøèëè èññëåäîâàòü íåêîòîðûå õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêîâ, ðàáîòàþùèõ ñ íåïðåðûâíîé èìïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ, â ÷àñòíîñòè, çàâèñèìîñòü ÷óâñòâèòåëüíîñòè îò ÷àñòîòû íåñóùåé è êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ, à òàêæå ïðîâåñòè ñðàâíåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè â óñëîâèÿõ ñòàíäàðòíîãî ïðèìåíåíèÿ è ïðè ïîäà÷å íà âõîä íåïðåðûâíîé èìïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. ×àñòîòíûå õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêîâ ïðè ïîäà÷å íà âõîä íåïðåðûâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ â ôîðìå ìåàíäðà ïðåäñòàâëåíû íà Ðèñóíêå 1. Êàê ñëåäóåò èç Ðèñóíêà 1, ôîðìû êðèâûõ ÷óâñòâèòåëüíîñòè íåñêîëüêî îòëè÷àþòñÿ îò ïðèâåäåííîé â äàòàøèòàõ, à øèðèíà ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ íà óðîâíå 0.5 íåìíîãî øèðå.
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ [%]
Ðèñóíîê 2. Çàâèñèìîñòü ÷óâñòâèòåëüíîñòè ôîòîïðèåìíèêîâ îò êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ äëÿ íåïðåðûâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ.
Èç Ðèñóíêà 2 ñëåäóåò, ÷òî ìàêñèìàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðè ïîäà÷å íà âõîä ôîòîïðèåìíèêîâ íåïðåðûâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ äîñòèãàåòñÿ ïðè êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ 50% (ìåàíäð). Êàê ìû îòìå÷àëè ðàíåå, êèòàéñêèå ìîäóëè èìåþò çíà÷èòåëüíûé òîê ïîòðåáëåíèÿ, à ñâåòîäèîäû çàìåòíî ãðåþòñÿ. Ìû ðåøèëè ïðîâåñòè ñðàâíåíèå ìîùíîñòè, ïîäâîäèìîé ê èçëó÷àòåëþ â ñòàíäàðòíîì ðåæèìå, è ïðè ïîäà÷å íà èçëó÷àòåëü íåïðåðûâíîãî ñèãíàëà íåñóùåé ÷àñòîòû â ôîðìå ìåàíäðà.  ñòàíäàðòíîì ðåæèìå íà âõîä ïîäàâàëèñü ïà÷êè èìïóëüñîâ íåñóùåé ÷àñòîòû. ×àñòîòà ìîäóëèðóþùèõ èìïóëüñîâ 20 Ãö, äëèòåëüíîñòü èìïóëüñîâ 1 ìñ.
Òàáëèöà 1. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé Ñòàíäàðòíûé ðåæèì
Íåïðåðûâíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü
Òîê ÷åðåç ñâåòîäèîä â èìïóëüñå
Ñðåäíèé òîê
Òîê ÷åðåç ñâåòîäèîä â èìïóëüñå
Ñðåäíèé òîê
2.2 ìÀ
< 0.5 ìÀ
85 ìÀ
42 ìÀ
32
ÑÒÀÒÜÈ
Ðàññòîÿíèå ìåæäó êîìïëåêñîì èçëó÷àòåëü-ïðèåìíèê è ïðåïÿòñòâèåì (áåëûé ëèñò À4) ñîñòàâëÿëî 40 ñì. Äëÿ êîððåêòíîãî ñðàâíåíèÿ áûëè èñïîëüçîâàíû ñâåòîäèîä è ôîòîïðèåìíèê, îò îäíîãî èç êèòàéñêèõ ìîäóëåé. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé ïðåäñòàâëåíû â Òàáëèöå 1. Ïî ðåçóëüòàòàì èñïûòàíèé âèäíî, ÷òî ïðè ïîëó÷åíèè ñðàâíèìûõ ðåçóëüòàòîâ ðàáîòà â ñòàíäàðòíîì ðåæèìå èìååò ÿâíûå ýíåðãåòè÷åñêèå ïðåèìóùåñòâà. Ñëåäóåò ëè èñïîëüçîâàòü íåñòàíäàðòíûé ðåæèì ôîòîïðèåìíèêîâ ÒSOP48xx? Ðåøàòü âàì. Êàê óêàçàíî âûøå, íå âñå ìîäèôèêàöèè ÒSOP48xx ïðèíèìàþò âõîäíîé ñèãíàë â
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
ôîðìå íåïðåðûâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ. Ýòîò ðåæèì èìååò åäèíñòâåííîå ïðåèìóùåñòâî, êîòîðîå â íåêîòîðûõ ïðèìåíåíèÿõ ìîæåò îêàçàòüñÿ ðåøàþùèì. Ïðè ïîäà÷å íà âõîä ôîòîïðèåìíèêà íåïðåðûâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ ñîîòâåòñòâóþùåé ÷àñòîòû ñèãíàë íà âûõîäå ôîòîïðèåìíèêà èìååò íèçêèé óðîâåíü, êîòîðûé ñîõðàíÿåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà åñòü âõîäíîé ñèãíàë. Ýòî ñóùåñòâåííî óïðîùàåò îáðàáîòêó âûõîäíîãî ñèãíàëà ìèêðîêîíòðîëëåðàìè è óñòðîéñòâàìè äèñêðåòíîé àâòîìàòèêè. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Vishay TSOP48xx
33
Äðîáíàÿ ëîãèêà Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê
Ðàññìîòðåíû ïðèíöèïû ïîñòðîåíèÿ ýëåìåíòîâ äðîáíîé ëîãèêè, îñíîâàííîé íà äîçèðîâàííîì ñóììèðîâàíèè è îáðàáîòêå ñèãíàëîâ îò n èñòî÷íèêîâ ñèãíàëîâ îáû÷íîé áèíàðíîé ëîãèêè. Ïðèâåäåíû ñõåìîòåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ è ïðèìåðû ïîñòðîåíèÿ áàçîâûõ ýëåìåíòîâ äðîáíîé ëîãèêè. Ïîêàçàíû ïðåèìóùåñòâà è óíèâåðñàëüíîñòü ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ ýòèõ ýëåìåíòîâ, â òîì ÷èñëå â êà÷åñòâå ýëåìåíòîâ òðîè÷íîé ëîãèêè.
Ë
Ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû, ÿâëÿþùèåñÿ ôóíäàìåíòîì ñîâðåìåííîé öèôðîâîé òåõíèêè, áàçèðóþòñÿ íà èñïîëüçîâàíèè áóëåâîé ëîãèêè [1–5].  1854 ã. àíãëèéñêèé ìàòåìàòèê, ôèëîñîô è ëîãèê Äæîðäæ Áóëü (George Boole, 1815–1864) â ñâîåì òðóäå «Èññëåäîâàíèå çàêîíîâ ìûøëåíèÿ, íà êîòîðûõ îñíîâàíû ìàòåìàòè÷åñêèå òåîðèè ëîãèêè è âåðîÿòíîñòåé» âïåðâûå ïðåäëîæèë èññëåäîâàòü ëîãè÷åñêèå âûñêàçûâàíèÿ ìàòåìàòè÷åñêèìè ìåòîäàìè. Òàêèìè ëîãè÷åñêèìè âûñêàçûâàíèÿìè èçíà÷àëüíî áûëè äâà âçàèìîèñêëþ÷àþùèå ïîíÿòèÿ êàê «Èñòèíà» è «Ëîæü», ïîçæå òðàíñôîðìèðîâàííûå â ìàòåìàòè÷åñêèõ è òåõíè÷åñêèõ ïðèëîæåíèÿõ â óñëîâíûå çíà÷åíèÿ 1 èëè 0 («Ëîãè÷åñêàÿ 1» è «Ëîãè÷åñêèé 0»).  1938 ã. àìåðèêàíñêèé èíæåíåð, êðèïòîàíàëèòèê è ìàòåìàòèê Êëîä Ýëâóä Øåííîí (Claude Elwood Shannon, 1916–2001) â ñòàòüå «Ñèìâîëè÷åñêèé àíàëèç ðåëåéíûõ è ïåðåêëþ÷àòåëüíûõ ñõåì» âïåðâûå ïðèìåíèë íà ïðàêòèêå àëãåáðó ëîãèêè Áóëÿ äëÿ îïèñàíèÿ ðàáîòû ðåëåéíî-êîíòàêòíûõ è ýëåêòðîííîëàìïîâûõ ñõåì. Ñ íà÷àëîì èñïîëüçîâàíèÿ â ýëåêòðîííîé òåõíèêå ëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé áóëåâîé ëîãèêè «Èíâåðñèÿ», «Êîíúþíêöèÿ», «Äèçúþíêöèÿ» è ìíîãèõ äðóãèõ ïîÿâèëèñü íà ñâåò òàêèå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû, êàê ÍÅ, È, ÈËÈ è äð. Îáû÷íîå ëîãè÷åñêîå óñòðîéñòâî, åñëè åãî ïðåäñòàâèòü «÷åðíûì ÿùèêîì», ïðåäíàçíà-
34
÷åíî äëÿ îáðàáîòêè ñèãíàëîâ, èìåþùèõ óðîâåíü ëîãè÷åñêîé åäèíèöû èëè ëîãè÷åñêîãî íóëÿ. Íà âõîäû òàêèõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ïîäàþòñÿ ñèãíàëû óðîâíÿ «ëîã. 1» è/èëè «ëîã. 0»; íà âûõîäàõ ôîðìèðóþòñÿ ñèãíàëû â ñîîòâåòñòâèè ñ òàáëèöàìè èñòèííîñòè äàííûõ ýëåìåíòîâ. Äðîáíàÿ ëîãèêà, åñëè ïðåäñòàâèòü åå ïîäîáíûì îáðàçîì, ïîëíîñòüþ ñîâìåñòèìà ñ òðàäèöèîííîé è âûäàåò ñèãíàëû îïðåäåëåííûõ ëîãè÷åñêèõ óðîâíåé ïðè ïîäà÷å íà åå âõîäû ñèãíàëîâ óðîâíÿ «ëîã. 1» è/èëè «ëîã. 0». Îòëè÷èå äðîáíûé ëîãèêè îò îáû÷íîé çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî âíóòðè ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ïðîèñõîäèò ïðåîáðàçîâàíèå âõîäíûõ ñèãíàëîâ óðîâíÿ «ëîã. 1» â ñèãíàëû óðîâíÿ «ëîã. 1/n», ãäå n – êîëè÷åñòâî âõîäîâ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà îò 1 äî 4 èëè áîëåå, íàïðèìåð, «ëîã. 1/2», «ëîã. 1/3», «ëîã. 1/4» è ò.ä. Ñóììà âåñîâ âñåõ ýòèõ ñèãíàëîâ ðàâíà åäèíèöå: n
1
ån i=1
= 1.
i
Íà âûõîäå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ôîðìèðóåòñÿ ïðèâû÷íûé ñèãíàë óðîâíÿ «ëîã. 1» èëè «ëîã. 0». Ðàññìîòðèì ïðèíöèï ðàáîòû äðîáíûé ëîãèêè. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà äðîáíîé ëîãèêè ïðåäñòàâëåíà íà
ÑÒÀÒÜÈ
X1 X2 Xn
EÏÈÒ
Âûõîäíûå ðåçèñòîðû ÷èñëèòåëÿ Ïîðîãîâûé ýëåìåíò
Âûõîäíîé êàñêàä
Âûõîä(û)
Ðåçèñòîð çíàìåíàòåëÿ
Ðèñóíîê 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ïîñòðîåíèÿ ýëåìåíòîâ äðîáíîé ëîãèêè.
Ðèñóíêå 1. Òàêîé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò ñîñòîèò èç ñîâîêóïíîñòè âõîäíûõ ðåçèñòîðîâ ÷èñëèòåëÿ, ðåçèñòîðà çíàìåíàòåëÿ, ïîðîãîâîãî ýëåìåíòà è âûõîäíîãî êàñêàäà, îáåñïå÷èâàþùåãî íà ñâîåì âûõîäå â çàâèñèìîñòè îò ïîòðåáíîñòåé ïîëüçîâàòåëÿ èíâåðòèðîâàííûé èëè íåèíâåðòèðîâàííûé ñèãíàë. Âõîäíîé ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü ñîñòîèò èç ðåçèñòîðîâ ÷èñëèòåëÿ R×ÈÑË è ðåçèñòîðà çíàìåíàòåëÿ RÇÍÀÌ. Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðîâ ÷èñëèòåëÿ R×ÈÑË = Rn, êîëè÷åñòâî êîòîðûõ ñîîòâåòñòâóåò êîëè÷åñòâó âõîäîâ n ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà, è ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà çíàìåíàòåëÿ RÇÍÀÌ, Ðèñóíîê 2, ñîîòíîñÿòñÿ ìåæäó ñîáîé êàê R1 = R2 =… = Rn = R×ÈÑË >> RÇÍÀÌ. Ïðè âûïîëíåíèè ýòîãî óñëîâèÿ ñëîæåíèå âõîäíûõ òîêîâ ïðîèñõîäèò àääèòèâíî íà Ýëåìåíò È (AND) UÂÕ R1-Rn 1/0 1 2 3 n R1=R2=…=Rn
RÇÍ AND
Ýëåìåíò ÈËÈ (OR) UÂÕ R1-Rn 1/0 1
ðåçèñòîðå çíàìåíàòåëÿ RÇÍÀÌ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ñóììà âñåõ ýòèõ òîêîâ Ii, óìíîæåííàÿ íà çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ RÇÍÀÌ, ïðåâûøàëà íàïðÿæåíèå ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîðîãîâîãî ýëåìåíòà UÏÎÐÎÃ: n
R ÇÍÀÌ å Ii ³ UÏÎÐÎÃ . i=1
Î÷åâèäíî, ÷òî äëÿ äâóõâõîäîâîãî ýëåìåíòà ïåðåêëþ÷åíèå ïîðîãîâîãî ýëåìåíòà äîëæíî ïðîèñõîäèòü ïðè ïîäà÷å ñèãíàëîâ óðîâíÿ «ëîã. 1» íà äâà åãî âõîäà, è íè ïðè êàêèõ óñëîâèÿõ íå ïðîèñõîäèòü ïðè ïîäà÷å ñèãíàëà òàêîãî óðîâíÿ íà îäèí åãî âõîä. Ñîîòâåòñòâåííî, äëÿ òðåõâõîäîâîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ïåðåêëþ÷åíèå äîëæíî ïðîèñõîäèòü ïðè ïîäà÷å ñèãíàëîâ íà 3 åãî âõîäà, íî íèêàê íå íà 2, è ò.ä. Èñõîäÿ èç ýòèõ ïðåäïîñûëîê íåñëîæíî ïîêàçàòü, êàêèì îáðàçîì ìîæíî ó÷åñòü ýòè òðåáîâàíèÿ ïðè âûáîðå çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ RÇÍÀÌ.  ðàñ÷åòàõ ïîëàãàåì, ÷òî âõîäíûå öåïè ïîðîãîâîãî ýëåìåíòà íå øóíòèðóþò ðåçèñòîð RÇÍÀÌ.
R ÇÍÀÌ =
2 UÏÎÐRn , n = 1. UÂÕ - UÏÎÐ
Ðàñ÷åòû ïðè n = 1 ñïðàâåäëèâû äëÿ Èíâåðòåðîâ, Ïîâòîðèòåëåé, à òàêæå ýëåìåíòîâ ÈËÈ è ÈËÈ-ÍÅ ñ ëþáûì êîëè÷åñòâîì âõîäîâ.
2 3
R ÇÍÀÌ =
n R1=R2=…=Rn
RÇÍ OR
Ðèñóíîê 2. Âõîäíûå öåïè ýëåìåíòîâ «È» è «ÈËÈ».
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
(2n - 1) UÏÎÐRn , n > 1. 2n(n - 1)(UÂÕ - UÏÎÐ )
Ðàñ÷åòû ïðè n > 1 ñïðàâåäëèâû äëÿ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ È, È-ÍÅ, à òàêæå ýëåìåíòîâ ÈÑÊËÞ×ÀÞÙÅÅ ÈËÈ è ÈÑÊËÞ×ÀÞÙÅÅ ÈËÈ-ÍÅ.
35
Ïðåäåëüíîå îòêëîíåíèå âõîäíûõ íàïðÿæåíèé ±DUÂÕ îòíîñèòåëüíî UÂÕ, ïðè êîòîðûõ âîçìîæíà ðàáîòà ýëåìåíòîâ äðîáíîé ëîãèêè, èìåþùèõ n âõîäîâ (n > 1), ìîæíî îïðåäåëèòü êàê:
± DUÂÕ = UÂÕ
1 1 × 100, % . , Â , èëè 2n - 1 2n - 1
 Òàáëèöå 1 ïðèâåäåí ïðèìåð ðàñ÷åòà ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ çíàìåíàòåëÿ äëÿ ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ ýëåìåíòîâ äðîáíîé ëîãèêè ïðè ÷èñëå âõîäîâ îò 1 äî 4 ïðè çàäàííûõ çíà÷åíèÿõ ñîïðîòèâëåíèÿ ÷èñëèòåëÿ, à òàêæå âõîäíîãî è ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèé. Òàáëèöà 1. Ðàñ÷åòíî-ýêñïåðèìåíòàëüíûå çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðà-çíàìåíàòåëÿ RÇÍÀÌ è äèàïàçîíà äîïóñòèìûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé ïðè UÂÕ = 10 Â, UÏÎÐ = 100 ìÂ, Rn = 10 êÎì ïðè ðàçëè÷íîì ÷èñëå âõîäîâ n n
RÇÍÀÌ, Îì
UÂÕ, Â
1
202
> 5.0 Â (10 Â – 50.0%)
2
75.8
6.7…10.3 Â (10 Â ± 33.3%)
3
42.1
8.0…12.0 Â (10 Â ± 20.0%)
4
29.5
8.6…11.4 Â (10 Â ± 14.3%)
Ïîñêîëüêó âåðõíèå ãðàíèöû çíà÷åíèé äîïóñòèìûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé ïðåâîñõîäÿò íîìèíàëüíîå ðàñ÷åòíîå çíà÷åíèå 10 Â, ðàáî÷èé äèàïàçîí âõîäíûõ íàïðÿæåíèé äëÿ 2- è 3-âõîäîâûõ ýëåìåíòîâ ìîæåò áûòü ñìåùåí â ìåíüøóþ ñòîðîíó íà 1…1.3  çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé RÇÍÀÌ ïðèìåðíî íà 10%. Êàê ñëåäóåò èç ïðèâåäåííûõ ôîðìóë, äëÿ óâåëè÷åíèÿ âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà äîñòàòî÷íî â ðàâíîé ïðîïîðöèè óâåëè÷èòü çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ ÷èñëèòåëÿ è çíàìåíàòåëÿ. Ðàññìîòðèì, êàê âûãëÿäÿò âõîäíûå öåïè ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ äðîáíûé ëîãèêè ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ, Ðèñóíêè 2–4. Âíåøíå âõîäíûå öåïè ýëåìåíòîâ È (AND) è ÈËÈ (OR), Ðèñóíîê 2, ñîâåðøåííî íå îòëè÷àþòñÿ. Îòëè÷àþòñÿ ýòè ýëåìåíòû âåëè÷èíàìè ñîïðîòèâëåíèé RÇÍÀÌ, ñì. Òàáëèöó 1 è ðàñ÷åòíûå ôîðìóëû. Ðàáîòà ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà È îáåñïå÷èâàåòñÿ ñóììèðîâàíèåì òîêîâ íà ðåçèñòîðåçíàìåíàòåëå. Äîñòèæåíèå èëè ïðåâûøåíèå
36
ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ ïðîèñõîäèò òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè íà âñå âõîäû îäíîâðåìåííî áóäóò ïîäàíû ñèãíàëû óðîâíÿ «ëîã. 1», ÷åìó áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü ïîÿâëåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðåçíàìåíàòåëå, ïðåâûøàþùåå ïîðîã ïåðåêëþ÷åíèÿ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà. Âûáîð çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ RÇÍÀÌ ýëåìåíòà È îïðåäåëÿåòñÿ êîëè÷åñòâîì âõîäîâ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà, ñì. Òàáëèöó 1. Äëÿ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ÈËÈ ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ íà ëþáîé èç åãî âõîäîâ çíà÷åíèå ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå RÇÍÀÌ áóäåò çàâåäîìî ïðåâûøàòü ïîðîã ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîðîãîâîãî ýëåìåíòà. Êîëè÷åñòâî âõîäíûõ ðåçèñòîðîâ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ÈËÈ îãðàíè÷åíèÿ íå èìååò. Íà Ðèñóíêå 2 âî âõîäíûõ öåïÿõ ïîêàçàíû äîïîëíèòåëüíûå äèîäû, íàçíà÷åíèå êîòîðûõ çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òîáû ïðè ïîäêëþ÷åíèè âõîäà (âõîäîâ) ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ê îáùåé øèíå íå ïðîèñõîäèëî øóíòèðîâàíèå ðåçèñòîðà RÇÍÀÌ. Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ýòèõ äèîäàõ ñëåäóåò ó÷èòûâàòü â ðàñ÷åòíûõ ôîðìóëàõ. Âïðî÷åì, èñïîëüçîâàíèå ýòèõ äèîäîâ íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ öåëåñîîáðàçíûì, ïîñêîëüêó â ñèëó òîãî, ÷òî R×ÈÑË >> RÇÍÀÌ, ñì. òàêæå Òàáëèöó 1, âåëè÷èíà ñîïðîòèâëåR1
R2
X1 VT1
R5
R6 R3
R4
X2 VT2
R1
R1=R2=R3=R4 R5=R6
RÇÍ
R2
X1 VT1
R3
R4
X2 VT2
R1=R2=R3=R4
RÇÍ
Ðèñóíîê 3. Âàðèàíòû âûïîëíåíèÿ âõîäíîãî êàñêàäà äëÿ ýëåìåíòà «2Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ».
ÑÒÀÒÜÈ
R1
R2
X1 VT1 VD1-VD6
R3
R4
X2 RÇÍ
VT2
R5
R6
X3 VT3 R1=R2=R3=R4=R5=R6
Ðèñóíîê 4. Âõîäíîé êàñêàä äëÿ ýëåìåíòà «3Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ».
íèÿ RÇÍÀÌ äëÿ, íàïðèìåð, ýëåìåíòà 4È ïðè òðåõ ñîåäèíåííûõ ñ îáùèì ïðîâîäîì âõîäàõ èçìåíèòñÿ íå áîëåå ÷åì íà 1%. Ðàáîòà ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà äðîáíîé ëîãèêè ÈÑÊËÞ×ÀÞÙÅÅ ÈËÈ (XOR) êàê è ðàíåå îïðåäåëÿåòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî âõîäíûìè öåïÿìè. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàí âàðèàíò ïîñòðîåíèÿ âûõîäíîé öåïè äâóõâõîäîâîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ. Ïåðåêëþ÷åíèå ïîðîãîâîãî óñòðîéñòâà â ñîîòâåòñòâèè ñ ëîãèêîé ðàáîòû ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà XOR áóäåò ïðîèñõîäèòü òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè ñèãíàë óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû, Ðèñóíîê 3 è 4, áóäåò ïîäàí òîëüêî íà îäèí èç âõîäîâ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà. Èç
Ðèñóíêà 3 è 4 ñëåäóåò, ÷òî ïðè ïîÿâëåíèè ñèãíàëà íà îäíîì èç âõîäîâ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ñèãíàë íà äðóãîì åãî âõîäå (âõîäàõ) áóäåò áëîêèðîâàí òðàíçèñòîðíûìè êëþ÷àìè. Çíà÷åíèÿ ñóììû ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ R1 + R2 = R3 + R4 = R5 + R6, Ðèñóíêè 3 è 4, äîëæíû ñîîòâåòñòâîâàòü çíà÷åíèÿì ñîïðîòèâëåíèé Rn. Êðàòíûì ñìåùåíèåì óðîâíÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîðîãîâîãî ýëåìåíòà ìîæíî îðãàíèçîâàòü ðàáîòó ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ òèïà «Ëîãè÷åñêèé ïîðîã 2», «Ëîãè÷åñêèé ïîðîã 3» è èì ïîäîáíûõ. Ïåðåéäåì ê îïèñàíèþ ðàáîòû ïîðîãîâîãî ýëåìåíòà è, îäíîâðåìåííî, âûõîäíîãî êàñêàR2
+E
R1
R2
R3
R4 S1.1
Âûõîä
VT2
VT1
S1.2
R3
Ðèñóíîê 5. Ïîðîãîâûé ýëåìåíò íà îñíîâå áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà è óíèâåðñàëüíûé âûõîäíîé êàñêàä – «Èíâåðòîð»/«Ïîâòîðèòåëü».
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
Âõîäíûå ðåçèñòîðû
S1.1
DA1 VT1 + –
S1.2
Âûõîä
R1
+E
RÇÍ R5
Ðèñóíîê 6. Ðåãóëèðóåìûé ïîðîãîâûé ýëåìåíò íà îñíîâå êîìïàðàòîðà â ñî÷åòàíèè ñ óíèâåðñàëüíûì âûõîäíûì êàñêàäîì.
37
UÂÕ 1/0 1
VD
OR
R1-Rn
+E
2
R1
R2 S1.1
3
Âûõîä
VT2
n R1=R2=…=Rn UÂÕ 1/0 1
VD
R1-Rn
VT1
AND
2
RÇÍ
S1.2
R3
3 n R1=R2=…=Rn VD
2XOR
1 2
Ðèñóíîê 7. Ýëåìåíò äðîáíîé ëîãèêè óíèâåðñàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ ñî ñìåííûìè èëè åäèíûìè âõîäíûìè öåïÿìè.
äà, Ðèñóíêè 5 è 6. Ïîðîãîâûé ýëåìåíò – äîñòàòî÷íî îòâåòñòâåííûé óçåë ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà äðîáíîé ëîãèêè, îáåñïå÷èâàþùèé áåçîøèáî÷íîñòü åãî ðàáîòû.  ïðîñòåéøåì ñëó÷àå â êà÷åñòâå òàêîâîãî ýëåìåíòà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí òðàíçèñòîð, Ðèñóíîê 5. Íà Ðèñóíêå 5 èñïîëüçîâàí ïîðîãîâûé ýëåìåíòïåðåêëþ÷àòåëü, âûïîëíåííûé íà áèïîëÿðíîì òðàíçèñòîðå è èìåþùèé ïîðîã ïåðåêëþ÷åíèÿ îêîëî 0.7 Â. Ïîñêîëüêó n-p ïåðåõîä ýìèòòåð-áàçà òðàíçèñòîðà øóíòèðóåò ðåçèñòîð RÇÍÀÌ, ïðè ðàñ÷åòå çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ýòîãî ðåçèñòîðà ñëåäóåò ó÷èòûâàòü øóíòèðóþùåå äåéñòâèå n-p ïåðåõîäà.  êà÷åñòâå ïîðîãîâîãî ýëåìåíòà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí è èíîé áèñòàáèëüíûé ýëåìåíò, íàïðèìåð, ëÿìáäà-òðàíçèñòîð, òóííåëüíûé äèîä, òðèããåð Øìèòòà, êîìïàðàòîð è ò.ä. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ÷åòêîãî ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîðîãîâîãî ýëåìåíòà îïòèìàëüíî èñïîëüçîâàòü êîìïàðàòîðû, Ðèñóíîê 6, âõîäíûå öåïè êîòîðîãî íå øóíòèðóþò ðåçèñòîð RÇÍÀÌ. Äîïîëíèòåëüíûì ïðåèìóùåñòâîì êîìïàðàòîðîâ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îíè ïîçâîëÿþò ïëàâíî èëè ñòóïåí÷àòî ìåíÿòü ïîðîã ïåðåêëþ÷åíèÿ, ÷òî ñóùåñòâåííî ðàñøèðÿåò ôóíêöèîíàëü-
38
íûå âîçìîæíîñòè ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ äðîáíîé ëîãèêè. Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ïîðîãîâîé ëîãèêè íåêðèòè÷íî è ìîæåò íàõîäèòüñÿ â ïðåäåëàõ îò 4 äî 15  è âûøå. Âõîäíîé ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ìîæåò èìåòü îäíîâðåìåííî íàáîð âõîäîâ, îòâå÷àþùèõ ïîñòðîåíèþ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ òèïà È, ÈËÈ, ÈÑÊËÞ×ÀÞÙÅÅ ÈËÈ è ò. ä., Ðèñóíîê 7, ïðè÷¸ì íàçíà÷åíèå ýëåìåíòà áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ ñîâîêóïíîñòüþ çàäåéñòâîâàííûõ âõîäîâ è âåëè÷èíîé ñîïðîòèâëåíèÿ RÇÍÀÌ. Âõîäíûå ðåçèñòîðû ìîãóò áûòü âûïîëíåíû â âèäå òèïîâîé âíåøíåé ðåçèñòèâíîé ìàòðèöû, ïîäêëþ÷àåìîé ê óíèôèöèðîâàííîìó ïîðîãîâîìó ýëåìåíòó äâóìÿ ïðîâîäíèêàìè è îòëè÷àþùåéñÿ âåëè÷èíîé ñîïðîòèâëåíèÿ RÇÍÀÌ. Òàêèì îáðàçîì, îñíîâíàÿ, àêòèâíàÿ ÷àñòü ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà äðîáíîé ëîãèêè ìîæåò áûòü âûïîëíåíà â âèäå åäèíîãî àâòîíîìíîãî óçëà, èìåþùåãî âõîä, âûõîä è âûâîäû ïèòàíèÿ. Îñîáî ñòîèò îòìåòèòü âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ äðîáíîé ëîãèêè â êà÷åñòâå ýëåìåíòîâ òðîè÷íîé
ÑÒÀÒÜÈ
R1 S1.1 DA1.1 DA1.2 S1.2
Âûõîä
Âõîäíûå ðåçèñòîðû
+E
R2 R1=R2
Ðèñóíîê 8. Óíèôèöèðîâàííûé âàðèàíò ïîñòðîåíèÿ ýëåìåíòà äðîáíîé ëîãèêè óíèâåðñàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñðåäñòâ îïòîýëåêòðîíèêè.
ëîãèêè, îïåðèðóþùåé ñèãíàëàìè òðåõ ëîãè÷åñêèõ óðîâíåé: «ëîã. 1», «ëîã. 0», «ëîã. –1». Âõîäíûå öåïè ýëåìåíòîâ äðîáíîé ëîãèêè ïîçâîëÿþò ñóììèðîâàòü èëè âû÷èòàòü òîêè (íàïðÿæåíèÿ) íà ðåçèñòîðå RÇÍÀÌ. Ïðèâëåêàòåëüíî ïðîñòî âûãëÿäèò ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò äðîáíîé ëîãèêè â îïòîýëåêòðîííîì èñïîëíåíèè, Ðèñóíîê 8. Îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé çàóðÿäíûé îïòîýëåêòðîííûé êëþ÷, âûïîëíÿþùèé ïî íåîáõîäèìîñòè ôóíêöèè Ïîâòîðèòåëÿ èëè Èíâåðòîðà, à ïðè ïîäêëþ÷åíèè âíåøíåé ðåçèñòèâíîé èëè ðåçèñòèâíî-òðàíçèñòîðíîé ìàòðèöû, Ðèñóíîê 7, ïðèîáðåòàþùèé ñâîéñòâà ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà È, ÈËÈ, ÈÑÊËÞ×ÀÞÙÅÅ ÈËÈ è ò.ä. Ñòîèò îòìåòèòü äîñòîèíñòâà ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ äðîáíîé ëîãèêè: 1. Ñîâìåñòèìîñòü ñ ëîãè÷åñêèìè ýëåìåíòàìè ïðåäøåñòâóþùèõ ïîêîëåíèé.
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
2. Âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ è èñïîëüçîâàíèÿ ïðèîðèòåòíûõ âõîäîâ, âåñ ëîãè÷åñêèõ ñèãíàëîâ êîòîðûõ â äâà, òðè è áîëåå ðàç, íàïðèìåð, 2/3; 3/4, ïðåâûøàåò âåñ ëîãè÷åñêèõ ñèãíàëîâ íà îáû÷íûõ âõîäàõ (1/3 è 1/4, ñîîòâåòñòâåííî). Ýòî ïîçâîëèò ðàíæèðîâàòü âõîäíûå ñèãíàëû ïî ñòåïåíè èõ çíà÷èìîñòè. 3. Ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû äðîáíîé ëîãèêè ïîëíîñòüþ ïðèãîäíû äëÿ ðàáîòû ñ ñèãíàëàìè òðîè÷íîé ëîãèêè, ëîãè÷åñêèå óðîâíè ñèãíàëîâ êîòîðûõ èìååò çíà÷åíèÿ –1; 0; +1. Íåîñïîðèìûå ïðåèìóùåñòâà ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ äðîáíîé ëîãèêè ïåðåä ëîãè÷åñêèìè ýëåìåíòàìè òðàäèöèîííîãî ïîñòðîåíèÿ – ýêîíîìèÿ äåñÿòêîâ è ñîòåí òðàíçèñòîðîâ, âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ ëþáîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ïóòåì ïðîñòåéøåé ìîäèôèêàöèè âõîäíûõ ðåçèñòèâíûõ öåïåé, âîçìîæíîñòü ïðîãðàììíîãî èçìåíåíèÿ íàçíà÷åíèÿ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà íåïîñðåäñòâåííî â ïðîöåññå ðàáîòû ýëåêòðîííîãî óñòðîéñòâà. ÐË
Ëèòåðàòóðà 1. Âëàäèìèðîâ Ä.À. Áóëåâû àëãåáðû. – Ì.: Íàóêà, 1969. – 320 ñ. 2. Ïóõàëüñêèé Ã.È., Íîâîñåëüöåâà Ò.ß. Öèôðîâûå óñòðîéñòâà. – ÑÏá.: Ïîëèòåõíèêà, 1996. – 885 ñ. 3. Øóñòîâ Ì.À. Öèôðîâàÿ ñõåìîòåõíèêà. Îñíîâû ïîñòðîåíèÿ. – ÑÏá.: Íàóêà è Òåõíèêà, 2018. – 320 ñ. 4. Øóñòîâ Ì.À. Öèôðîâàÿ ñõåìîòåõíèêà. Ïðàêòèêà ïðèìåíåíèÿ. – ÑÏá.: Íàóêà è Òåõíèêà, 2018. – 432 ñ. 5. Øóñòîâ Ì.À. Èñòîðèÿ ýëåêòðè÷åñòâà. – Ìîñêâà; Áåðëèí: Äèðåêò-Ìåäèà, 2019. – 567 ñ.
39
Ó÷èìñÿ ëþáèòü ìèêðîñõåìû âûñîêîâîëüòíûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé Bill Schweber, Analog Devices EDN
Ê
Êîãäà â íàøè äíè çàõîäèò ðå÷ü îá àíàëîãîâûõ ñõåìàõ, îáñóæäàþòñÿ, â îñíîâíîì, âîïðîñû íèçêîãî ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, íèçêîãî íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Êîíå÷íî, ýòî î÷åíü âàæíî äëÿ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé (ÎÓ), ïîñêîëüêó ýòè îñíîâíûå àíàëîãîâûå ñòðîèòåëüíûå áëîêè ÷àñòî ñëóæàò áóôåðàìè èëè óñèëèòåëÿìè äëÿ íèçêîâîëüòíûõ ñèãíàëîâ äàò÷èêîâ, óðîâíè êîòîðûõ íå âûõîäÿò çà ïðåäåëû 1 Â.
Òåì íå ìåíåå, ñóùåñòâóåò ìíîãî ñèëîâûõ àíàëîãîâûõ ñõåì, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ óïðàâëåíèÿ áîëåå âûñîêèìè íàïðÿæåíèÿìè.  íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ýòî íåîáõîäèìî äëÿ ïîääåðæêè ýôôåêòèâíîé ïåðåäà÷è ýíåðãèè, ïîñêîëüêó áîëåå âûñîêèå íàïðÿæåíèÿ òðåáóþò ìåíüøåãî òîêà äëÿ äàííîãî óðîâíÿ ìîùíîñòè è, òàêèì îáðàçîì, óìåíüøàþò ïàäåíèå 2 íàïðÿæåíèÿ IR è ïîòåðè ìîùíîñòè I R. Îäíàêî âî ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ íåîáõîäèìîñòü
VCC
VCC
R2 28k
VIN
RIN 100k
VCM CIN 160 pF
+
VCO
R1 10k
VEO
R3 10k
VOUT
AD820
–
VEE
VEE
R4 28k
RF RG 100k
100k
Ðèñóíîê 1.  ýòîé áàçîâîé ñõåìå äëÿ óâåëè÷åíèÿ ðàçìàõà âûõîäíîãî ñèãíàëà íèçêîâîëüòíîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ èñïîëüçóåòñÿ ïàðà êîìïëåìåíòàðíûõ äèñêðåòíûõ òðàíçèñòîðîâ.
40
ÑÒÀÒÜÈ
125 Â
1µF 1N965
10k
2
ÂÕÎÄ
330W Q1 2N5415
100pF
10k
10k
510
3
50k
– +
Q5 2N2222
1M
7 6
LT1055
1k
Q3 2N3440
1N4148
27W
1N4148
27W
ÂÛÕÎÄ
4 50k
Q6 2N2907
1M
Q2 2N3440 510W
1k
Q4 2N5415
330W
10k 100k
33pF
1N965
1µF
–125 Â
ÂÛÕÎÄÍÛÅ ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐÛ ÓÑÒÀÍÎÂÈÒÜ ÍÀ ÒÅÏËÎÎÒÂÎÄ
Ðèñóíîê 2. Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñõåìà óâåëè÷åíèÿ ðàçìàõà âûõîäíîãî ñèãíàëà òðåáóåò ñóùåñòâåííî áîëüøåãî êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü ñèììåòðèþ è ëèíåéíîñòü õàðàêòåðèñòèê âî âñåì äèàïàçîíå âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé.
èñïîëüçîâàíèÿ âûñîêîâîëüòíûõ óñèëèòåëåé äèêòóåòñÿ âîâñå íå ñîîáðàæåíèÿìè ýíåðãîýôôåêòèâíîñòè, âûòåêàþùèìè èç çàêîíîâ ôèçèêè, à ïîòðåáíîñòüþ â âûñîêîì íàïðÿæåíèè êàê òàêîâîì, äàæå åñëè òîêè ñîâñåì ñëà-
áûå èëè óìåðåííûå. Ñðåäè òàêèõ ïðèëîæåíèé – øèðîêî èñïîëüçóåìûå ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå ïðåîáðàçîâàòåëè äëÿ óëüòðàçâóêîâûõ ñèñòåì, ïðåöèçèîííûå ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå ïîçèöèîíåðû íàíîìåòðîâîãî äèàïàçîíà,
V+
–ÂÕÎÄ
Äèôôåðåíöèàëüíûé óñèëèòåëü
+ÂÕÎÄ
Óñèëèòåëü íàïðÿæåíèÿ
Ñèëüíîòî÷íûé âûõîäíîé êàñêàä
ÂÛÕÎÄ
Ñìåùåíèå Îãðàíè÷åíèå òîêà Çàïðåò/ðàçðåøåíèå Ñòàòóñ
V–
E/D
E/D Ôëàã COM ñòàòóñà
Ðèñóíîê 3. Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü OPA462 êîìïàíèè Texas Instruments ìîæåò îáåñïå÷èòü ðàçìàõ âûõîäíîãî ñèãíàëà ±90  ïðè òèïîâîì òîêå íàãðóçêè 30 ìÀ.
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
41
ëàâèííûå ôîòîäèîäû â ëèäàðàõ, èñòî÷íèêè ñìåùåíèÿ îäíîôîòîííûõ ëàâèííûõ äèîäîâ è îáîðóäîâàíèå àâòîìàòè÷åñêîãî êîíòðîëÿ ïîëóïðîâîäíèêîâ. Íå òàê äàâíî àäàïòèðîâàòü îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü äëÿ ðàáîòû ñ íàïðÿæåíèÿìè 50  è âûøå áûëî äîñòàòî÷íî ñëîæíî. Äëÿ ýòîãî îáû÷íî íà÷èíàëè ñî ñòàíäàðòíîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ñ íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ îò 15 äî 24 Â, à çàòåì óâåëè÷èâàëè ðàçìàõ åãî âûõîäíîãî ñèãíàëà ñ ïîìîùüþ äèñêðåòíûõ òðàíçèñòîðîâ.  ïðèíöèïå, ñ êîìïëåìåíòàðíûìè PNP è NPN óñòðîéñòâàìè ýòî ìîæåò ïîêàçàòüñÿ íåñëîæíûì (Ðèñóíîê 1). Îäíàêî äîáèòüñÿ ñèììåòðèè õàðàêòåðèñòèê áûëî òðóäíî, è äëÿ áîëåå ñîâåðøåííîé ñõåìû òðåáîâàëîñü ñóùåñòâåííî áîëüøåå êîëè÷åñòâî ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ (Ðèñóíîê 2). Ïîëíîå îïðåäåëåíèå õàðàêòåðèñòèê ïðè âñåõ íàãðóçêàõ è èçìåíåíèÿõ äðóãèõ óñëîâèé çàíèìàëî ìíîãî âðåìåíè è òðåáîâàëî àíàëèçà, ó÷èòûâàþùåãî íåèçáåæíûé ðàçáðîñ ïàðà-
ìåòðîâ ýòèõ äîáàâëåííûõ êîìïîíåíòîâ. Âûïóñêàëèñü òàêæå ãèáðèäíûå óñòðîéñòâà, ýôôåêòèâíûå äëÿ ðàáîòû ïðè áîëåå âûñîêèõ íàïðÿæåíèÿõ, â êîòîðûõ èñïîëüçîâàëñÿ îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü ñî âñåìè íåîáõîäèìûìè ñîïóòñòâóþùèìè êîìïîíåíòàìè. Ïðèáîð â íåáîëüøîì êîðïóñå ýëåêòðè÷åñêè âûãëÿäåë êàê îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü, íî áûë ðàññ÷èòàí íà áîëåå âûñîêîå íàïðÿæåíèå, à òàêæå èìåë çàùèòó îò ïåðåãðóçêè è ïåðåãðåâà. Ê ñ÷àñòüþ, â ïîñëåäíèå íåñêîëüêî ëåò ïîñòàâùèêè ìèêðîñõåì àêòèâíî ðàáîòàëè íàä ïðåîäîëåíèåì òåõíîëîãè÷åñêèõ òðóäíîñòåé, êîòîðûå îãðàíè÷èâàëè ðàáî÷èå ðåæèìû àíàëîãîâûõ êîìïîíåíòîâ íèçêèìè íàïðÿæåíèÿìè. Íàïðèìåð, âûïóñêàåìûé Texas Instruments âûñîêîâîëüòíûé ñèëüíîòî÷íûé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü OPA462 ìîæåò ðàáîòàòü ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ îò ±6  (12 Â) äî ±90  (180 Â), îòäàâàÿ â íàãðóçêó ìàêñèìàëüíûé òîê 45 ìÀ, è èìååò ïðîèçâåäåíèå ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ íà êîýôôèöèåíò
IN–
COMP
DGND
12
11
10
ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÑÌÅÙÅÍÈß
ÒÎÊ ÑÌÅÙÅÍÈß
9 RADJ
ÐÅÇÅÐÂ 1
ÖÅÏÜ ÓÑÊÎÐÈÒÅËß ÍÀÐÀÑÒÀÍÈß ÒÎÊ ÓÑÊÎÐÈÒÅËß ÍÀÐÀÑÒÀÍÈß
+
–
ÊÀÑÊÀÄ ÓÑÈËÅÍÈß ÂÅÐÕÍÅÃÎ ÏËÅ×À + –
IN+ 2 ÂÕÎÄÍÎÉ ÊÀÑÊÀÄ
– 8 SD
ÄÀÒ×ÈÊ ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÛ
+ +
ÐÅÇÅÐÂ 3
ÏÓÒÜ ÑÈÃÍÀËÀ ÓÑÈËÈÒÅËß
5Â
ÊÀÑÊÀÄ – ÓÑÈËÅÍÈß ÍÈÆÍÅÃÎ ÏËÅ×À
7 VCC
4
5
6
VEE
TMP
OUT
Ðèñóíîê 4. 220-âîëüòîâîå óñòðîéñòâî ADHV4702-1 êîìïàíèè Analog Devices ìîæåò èñïîëüçîâàòü ñèììåòðè÷íûé èëè íåñèììåòðè÷íûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ.
42
ÑÒÀÒÜÈ
óñèëåíèÿ 6.5 ÌÃö è ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ 32 Â/ìêñ (Ðèñóíîê 3). Ìèíèàòþðíûå ðàçìåðû êîðïóñà âïå÷àòëÿþò: îíè ñîñòàâëÿþò âñåãî îêîëî 5 ìì × 4 ìì (ïëþñ âíåøíèå âûâîäû). Texas Instruments – íå åäèíñòâåííàÿ êîìïàíèÿ, êîòîðàÿ íåäàâíî íà÷àëà çàíèìàòüñÿ ïðîèçâîäñòâîì òàêèõ âûñîêîâîëüòíûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé. Ó Analog Devices åñòü âûñîêîâîëüòíûé ïðåöèçèîííûé ÎÓ ADHV4702, äîïóñêàþùèé ñèììåòðè÷íîå èëè íåñèììåòðè÷íîå ïèòàíèå íàïðÿæåíèÿìè îò 24  äî 220  (Ðèñóíîê 4). Òèïîâàÿ ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ ýòîãî ÎÓ ñîñòàâëÿåò 74 Â/ìêñ, à ìàëîñèãíàëüíàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ðàâíà 10 ÌÃö. 12-âûâîäíîå óñòðîéñòâî èìååò ðàçìåðû âñåãî 7 ìì × 7 ìì, îäíàêî ïðè ýòîì ðàññòîÿíèÿ ìåæäó âûâîäàìè ñîîòâåòñòâóþò ïðåäïèñàíèÿì ñòàíäàðòà IEC 61010-1 «Áåçîïàñíîñòü ýëåêòðè÷åñêèõ êîíòðîëüíî-èçìåðèòåëüíûõ ïðèáîðîâ è ëàáîðàòîðíîãî îáîðóäîâàíèÿ. ×àñòü 1 – Îáùèå òðåáîâàíèÿ» [2, 3]. Ê ñîæàëåíèþ, äàæå â ó÷åáíûõ ïðîãðàììàõ äëÿ ðàäèîèíæåíåðîâ ïî÷òè íå íàøëîñü ìåñòà äëÿ îáñóæäåíèÿ èëè ïðàêòè÷åñêîãî èçó÷åíèÿ ýòèõ âûñîêîâîëüòíûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé èëè ñâÿçàííûõ ñ íèìè ïðîåêòíûõ ñèòóàöèé. ß çíàþ, ÷òî îáúåìû ìàòåðèàëà, êîòîðûé íóæíî îõâàòèòü ñòóäåíòàì ïðåïîäàâàòåëÿì, î÷åíü âåëèêè, è ëåãêî, ñèäÿ çäåñü çà êëàâèàòóðîé, ïðîâîçãëàøàòü, ÷òî òîòî è òî-òî äîëæíî áûòü äîáàâëåíî ê ó÷åáíîé ïðîãðàììå, êîãäà â ñóòêàõ âñåãî 24 ÷àñà. Òåì íå ìåíåå, èõ èñïîëüçîâàíèå èìååò ñâîè òîíêîñòè, òàêèå êàê íåîáõîäèìîñòü â îõðàííîì êîëüöå âîêðóã íåèíâåðòèðóþùåãî âõîäà, êîòî-
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
ðîå äëÿ ìèíèìèçàöèè óòå÷åê èç ñîñåäíèõ âûâîäîâ äîëæíî èìåòü îáùèé ñ âõîäîì ïîòåíöèàë. È âñå æå, ïî÷åìó ýòè ñõåìû îáîéäåíû âíèìàíèåì? Ìîæåò áûòü, ïðè÷èíà â òîì, ÷òî âûñîêîâîëüòíûå àíàëîãîâûå ñõåìû ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê ïîäðàçäåë â ïîäðàçäåëå, è ñòóäåíòàì âàæíåå ñîñðåäîòî÷èòüñÿ íà îñíîâàõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé? Èëè äåëî â òîì, ÷òî ðàáîòà â ëàáîðàòîðèè ñ âûñîêèìè íàïðÿæåíèÿìè ñîïðÿæåíà ñ ðåàëüíûì ðèñêîì, äàæå åñëè ñòóäåí÷åñêèå ëàáîðàòîðèè íå îáÿçàíû ïðèäåðæèâàòüñÿ òðåáîâàíèé ïî äëèíàì ïóòåé óòå÷êè, êîòîðûì äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü ïðîäóêòû, ïðåäëàãàåìûå äëÿ êîììåð÷åñêîé ïðîäàæè [4, 5]? ÐË
Ññûëêè 1. Jim Williams, “Power Gain Stages for Monolithic Amplifiers ,” AN-18, Analog Devices/Linear Technology Corp. 2. “IEC 61010-1: IEC System of Conformity Assessment Schemes for Electrotechnical Equipment and Components (IECEE),” IEC 61010-1:2010. 3. “IEC 61010-1, Edition 3,” Analog Devices. 4. “Understanding PCB Creepage and Clearance Standards,” Tempo Automation. 5. “Clearance and Creepage Rules for PCB Assembly,” Optimum Design Associates.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD820AR 2. Datasheet Analog Devices LT1055 3. Datasheet Texas Instruments OPA462 4. Datasheet Analog Devices ADHV4702-1
43
Ïðîñòîé ñïîñîá èçãîòîâëåíèÿ äåøåâûõ ýêðàíîâ äëÿ ïå÷àòíûõ ïëàò By Steve Hageman EDN
Ä
Äëÿ ìíîãèõ êîíñòðóêöèé íà ïå÷àòíûõ ïëàòàõ òðåáóþòñÿ ýêðàíû, ñíèæàþùèå âîñïðèèì÷èâîñòü ê ïîìåõàì îò ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîëåé. Êëàññè÷åñêèì ïðèìåðîì ÿâëÿåòñÿ ðàäèîïðèåìíèê, âõîäíûå öåïè êîòîðîãî îáû÷íî òðåáóþò õîðîøåé èçîëÿöèè îò öåïåé ãåòåðîäèíà. Èñòîðè÷åñêè ñëîæèëîñü òàê, ÷òî ýêðàíèðîâàíèå äëÿ ìàëîòèðàæíûõ èëè íåäîðîãèõ
Ðèñóíîê 1. Ñâåðõó è ñíèçó ïå÷àòíîé ïëàòû íóæíî ðàçìåñòèòü çåìëÿíûå ïðîâîäíèêè, ñîîòâåòñòâóþùèå êîíòóðó ýêðàíà.
44
ïðèëîæåíèé âñåãäà òðåáóåò îò êîíñòðóêòîðà êîìïðîìèññà. Âû íå ñìîæåòå îïðàâäàòü ñòîèìîñòü ëèòîãî ýêðàíà, èçãîòîâëåííîãî ïî èíäèâèäóàëüíîìó çàêàçó, à ýêðàíû, ôðåçåðîâàííûå èç àëþìèíèÿ, ïðîæèãàþò äåíüãè òàê æå áûñòðî, êàê òóïÿòñÿ òîðöåâûå ôðåçû. Íî âû ìîæåòå, ïîòðàòèâ âñåãî íåñêîëüêî äîëëàðîâ, ñäåëàòü ïðîñòîé ýêðàí, èñïîëüçóÿ îáùåäîñòóïíûå óíèâåðñàëüíûå «êîðïóñà äëÿ ñàìîñòîÿòåëüíûõ ïðîåêòîâ», èçãîòîâëåííûå ëèòüåì ïîä äàâëåíèåì. Íàïðèìåð, êîðïóñà ïðåäëàãàåìûå êîìïàíèåé Hammond Manufacturing, áûâàþò ðàçìåðîì îò 2×2 äþéìà äî 7×4 äþéìà è áîëåå. Ïîìåùàÿ ïå÷àòíóþ ïëàòó ìåæäó âåðõíåé è íèæíåé ÷àñòÿìè êîðïóñà, âû ïðåâðàùàåòå êîðïóñ â ýêðàí, ïîëíîñòüþ çàêðûâàþùèé ÷óâñòâèòåëüíóþ ÷àñòü ñõåìû. Ãëàâíîå ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû âûáðàòü êîðïóñ, äîñòàòî÷íî áîëüøîé, ÷òîáû ïîëíîñòüþ çàêðûòü òó ÷àñòü ñõåìû, êîòîðóþ âû õîòèòå ýêðàíèðîâàòü. Çàòåì ðàçâåäèòå ïëàòó òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû çàùèùàåìàÿ îáëàñòü ïëàòû ìîãëà ðàçìåñòèòüñÿ ìåæäó êðûøêîé è êîðïóñîì. ×òîáû âîêðóã êðàÿ êîðîáêè áûëà ñïëîøíàÿ çåìëÿ, ñîçäàéòå çåìëÿíîé ïðîâîäíèê øèðèíîé îò 5 äî 10 ìì ïî âñåìó ïåðèìåòðó
ÑÒÀÒÜÈ
îáëàñòè, ãäå áóäåò ðàñïîëàãàòüñÿ êîðïóñ íà âåðõíåé è íèæíåé ñòîðîíàõ ïëàòû. Çàòåì äîáàâüòå ïî óãëàì ìîíòàæíûå îòâåðñòèÿ, ÷òîáû äâå ÷àñòè êîðïóñà ìîæíî áûëî ñîåäèíèòü äðóã ñ äðóãîì âîêðóã ïå÷àòíîé ïëàòû (Ðèñóíîê 1). Âûïóñòèòü ñèãíàëû èç ïîä ýêðàíà è çàâåñòè èõ ïîä ýêðàí íà ìíîãîñëîéíîé ïå÷àòíîé ïëàòå î÷åíü ïðîñòî: äîñòàòî÷íî âîñïîëüçîâàòüñÿ âíóòðåííèìè ñëîÿìè ïëàòû. Íà äâóñòîðîííåé ïëàòå ìîæíî ðàçîðâàòü ïðîâîäíèê òàì, ãäå åãî äîëæíà ïåðåñå÷ü ñèãíàëüíàÿ ëèíèÿ, èëè, ÷òî íàìíîãî ëó÷øå, ìîæíî ïåðåêðûòü çåìëÿíîé ïðîâîäíèê «ìîñòèêîì» èç ðåçèñòîðà 0.25 Âò. Ìåòîä ñ ðåçèñòîðîì 0.25 Âò ñëóæèò äâóì öåëÿì. Âî-ïåðâûõ, îí ïîçâîëÿåò ïðîïóñòèòü ñèãíàë íàä çåìëÿíûì ïðîâîäíèêîì, íå ðàçðåçàÿ åãî. Âî-âòîðûõ, ýòî èäåàëüíîå ìåñòî äëÿ äîáàâëåíèÿ èìïåäàíñà ê ñèãíàëüíîé ëèíèè è, ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ ôèëüòðàöèè âûñîêèõ ÷àñòîò. Ýòîò ìåòîä ìîæåò ïîìî÷ü ïðåäîòâðàòèòü ïîïàäàíèå ïàðàçèòíûõ ñèãíàëîâ â ÷óâñòâèòåëüíóþ ñõåìó, êîòîðóþ âû ïûòàåòåñü çàùèòèòü. Äëÿ îáîèõ óïîìÿíóòûõ ìåòîäîâ íåîáõîäèìî ôðåçîé èëè íàïèëüíèêîì ñäåëàòü âûðåç â êîðïóñå (Ðèñóíîê 2), ÷òîáû îáåñïå÷èòü çàçîð äî ðåçèñòîðà èëè ïå÷àòíûõ ïðîâîäíèêîâ. Îäíàêî îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî äëÿ ðàäèî÷àñòîòíûõ ñèãíàëîâ ýòîò âûðåç äåéñòâóåò êàê âîëíîâîä, ïîýòîìó èìåéòå â âèäó ñëåäóþùåå. Íàèáîëüøèé ðàçìåð ëþáîãî âûðåçà äîëæåí áûòü íàìíîãî ìåíüøå ÷åòâåðòè äëèíû âîëíû ñàìîé âûñîêîé ÷àñòîòû, ïðèñóòñòâóþùåé â ñèñòåìå è îïàñíîé äëÿ ÷óâñòâèòåëüíîé ÷àñòè ñõåìû. Äëÿ âûñîêîé ýôôåêòèâíîñòè ýêðàíèðîâàíèÿ ñòàðàéòåñü, ÷òîáû ðàçìåðû âûðåçîâ íå ïðåâûøàëè îäíîé äâàäöàòîé äëèíû âîëíû. Åñëè âû õîòèòå «çàïîëíèòü» çàçîð, ìîæíî êóïèòü òîêîïðîâîäÿùóþ ïåíó èëè ìåòàëëè÷åñêèå óïëîòíèòåëüíûå ïðîêëàäêè, ïðåäëàãàåìûå êîìïàíèÿìè 3M è
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
Ðèñóíîê 2. ×òîáû îáåñïå÷èòü äîñòóï ê ñèãíàëüíûì ïðîâîäíèêàì, ìîæíî âûðåçàòü â êðàÿõ ýêðàíà íåáîëüøèå âûåìêè.  êà÷åñòâå äîïîëíèòåëüíîãî ïðåèìóùåñòâà ìîæíî èñïîëüçîâàòü ýêðàí êàê ðàäèàòîð äëÿ ðåãóëÿòîðà â êîðïóñå TO-220.
WL Gore; ýòè ïðîêëàäêè ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ çàïîëíåíèÿ ëþáîãî çàçîðà, ÷òîáû óìåíüøèòü åãî ýëåêòðè÷åñêèå ðàçìåðû. Àíàëîãè÷íî, ëþáûå çàçîðû â êîíòàêòå êîðïóñà ñ ïðîâîäíèêîì çåìëè íà ïëàòå òàêæå äåéñòâóþò êàê âîëíîâîäû.  çàâèñèìîñòè îò òðåáóåìîé ðàáî÷åé ÷àñòîòû, ýòè çàçîðû ìîãóò ñòàòü, à ìîãóò è íå ñòàòü ïðè÷èíîé ïîòåðè ýôôåêòèâíîñòè ýêðàíèðîâàíèÿ [1].  êà÷åñòâå äîïîëíèòåëüíîãî ïðåèìóùåñòâà ìîæíî èñïîëüçîâàòü ýêðàí êàê ðàäèàòîð. Ðàñïîëîæèâ ðåãóëÿòîð â êîðïóñå TO-220 ñîîòâåòñòâóþùèì îáðàçîì, ìîæíî ïðèêðåïèòü òåïëîîòâîä ðåãóëÿòîðà ê ýêðàíó. Òàêèì îáðàçîì, âû ïîëó÷àåòå íå òîëüêî ýêðàí, íî è ðàäèàòîð (Ðèñóíîê 2). ÐË
Ññûëêà 1. Ott, Henry, Noise-reduction techniques in electronic systems, Wiley-Interscience, 1988, ISBN 0-471-85068-3.
45
Ãåíåðàòîð ñ îïòè÷åñêîé
Áàñêîâ Ì. Ï.
îáðàòíîé ñâÿçüþ è åãî ïðàêòè÷åñêîå ïðèìåíåíèå Ì.Ï. Áàñêîâ, Î.Ä. Ëåâàøîâ Moñêâà – Áðåøèÿ (Èòàëèÿ)
 ñòàòüå ðàññìàòðèâàåòñÿ ÊÌÎÏ-ãåíåðàòîð íà òðèããåðå Øìèòòà, â êîòîðîì íàðÿäó ñî ñòàíäàðòíîé ñõåìîé ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè èìååòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ îïòè÷åñêàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü (ÎÑ), îêàçûâàþùàÿ ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà ïàðàìåòðû ãåíåðèðóåìîé èìïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Ýôôåêò, âîçíèêàþùèé ïðè ïîäêëþ÷åíèè îïòè÷åñêîé îáðàòíîé ñâÿçè, ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí â ïðàêòè÷åñêèõ öåëÿõ.
Êàê ýòî ðàáîòàåò Áëîê-ñõåìà ãåíåðàòîðà ïðåäñòàâëåíà íà Ðèñóíêå 1. Ãåíåðàòîð ñîáðàí ïî êëàññè÷åñêîé ñõåìå ñ èñïîëüçîâàíèåì îäíîãî èç ýëåìåíòîâ ìèêðîñõåìû CD4093BE, ïðåäñòàâëÿþùåé ñîáîé ñáîðêó èç ÷åòûðåõ äâóõâõîäîâûõ ýëåìåíòîâ «È-ÍÅ». Îòëè÷èå äàííîé ìèêðîñõåìû îò àíàëîãè÷íîé ïî ëîãè÷åñêîìó ôóíêöèîíàëó ìèêðîñõåìû CD4011BE çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî êàæäûé âõîä ÿâëÿåòñÿ òðèããåðîì Øìèòòà, ïîçâîëÿþùèì ðàáîòàòü ñ ìåäëåííî èçìåíÿþùèìñÿ âõîäíûì ñèãíàëîì. Îïòè÷åñêàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ âûõîäà ãåíåðàòîðà (òî÷êà «b») ÷åðåç ñâåòîäèîä VD2 è öèôðîâîé ôîòîïðèåìíèê DD2, âûïîëíåííûé íà ìèêðîñõåìå ÒSOP4838, âûõîä êîòîðîãî ïîäñîåäèíåí ê ñâîáîäíîìó âõîäó ýëåìåíòà DD1. Ïðè ðàçîðâàííîé îïòè÷åñêîé ñâÿçè, íàïðèìåð, ïðè íàëè÷èè íåïðîçðà÷íîãî ïðåïÿòñòâèÿ ìåæäó VD2 è DD2, â
46
òî÷êå «ñ» ïðèñóòñòâóåò ëîãè÷åñêàÿ «1», ÷òî ïîçâîëÿåò ãåíåðàòîðó íà DD1 ôîðìèðîâàòü èìïóëüñíóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü, ÷àñòîòà êîòîðîé îïðåäåëÿåòñÿ ðåçèñòîðîì R2, à äëèòåëüíîñòü ïîëîæèòåëüíîãî èìïóëüñà – ðåçèñòîðîì R1. VD1
R1 R2
b a C1
Ãåíåðàòîð íåñóùåé ÷àñòîòû
DD1 +5 Â c
DD2 VD2
Ðèñóíîê 1. Áëîê-ñõåìà ãåíåðàòîðà ñ îïòè÷åñêîé ÎÑ.
ÑÕÅÌÛ
Ðèñóíîê 2. Îïòè÷åñêàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü: 2.1 – ðàçîìêíóòà, 2.2 – çàìêíóòà.
Ýòî ñîñòîÿíèå èëëþñòðèðóåòñÿ Ðèñóíêîì 2.1. Ïðè âîçíèêíîâåíèè îïòè÷åñêîé îáðàòíîé ñâÿçè íàïðÿæåíèå â òî÷êå «ñ» óìåíüøàåòñÿ äî íóëÿ, ÷òî ïðèíóäèòåëüíî ïîääåðæèâàåò âûñîêèé ïîòåíöèàë â òî÷êå «b». Òàêîå ñîñòîÿíèå ïðîäîëæàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà âíóòðåííèå âðåìåííûå îãðàíè÷åíèÿ ìèêðîñõåìû DD2 âíîâü íå óñòàíîâÿò íà âûõîäå ëîãè÷åñêóþ åäèíèöó. Êîíäåíñàòîð Ñ1 çà âðåìÿ ïðèíóäèòåëüíîé îñòàíîâêè ãåíåðàòîðà çàðÿæàåòñÿ äî íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ è ðàçðÿæàåòñÿ äî íèæíåãî ïîðîãà òðèããåðà Øìèòòà ñóùåñòâåííî äîëüøå, ÷òî îáúåêòèâíî ñíèæàåò ÷àñòîòó ãåíåðàòîðà. Ýòî îòðàæåíî íà Ðèñóíêå 2.2.  ãðàíè÷íûõ óñëîâèÿõ ïðè íåäîñòàòî÷íîé îñâåùåííîñòè ôîòîïðèåìíèêà TSOP ñèãíàë íà åãî âûõîäå íîñèò ñëó÷àéíûé õàðàêòåð ïî ÷àñòîòå âîçíèêíîâåíèÿ, äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà è åãî çàäåðæêå îòíîñèòåëüíî ôðîíòà âîçáóæäàþùåãî ñâåòîâîãî èìïóëüñà. Ïðè ïðèåìå öèôðîâûõ ñèãíàëîâ ýòî ïðèâîäèò ê îøèáêå ïðèíÿòîãî êîäà; ïðè ïðèåìå óïðàâëÿþùåãî èìïóëüñà â óñòðîéñòâàõ îõðàííîé àâòîìàòèêè – ê îøèáêàì ñðàáàòûâàíèÿ ñèãíàëèçàöèè. Ýòè íåäîñòàòêè ïðèñóòñòâóþò è â ðàññìàòðèâàåìîì ãåíåðàòîðå. Íà Ðèñóíêå 3.1 ïðåäñòàâëåí ñëó÷àé íåäîñòàòî÷íîé îñâåùåííîñòè ôîòîïðè¸ìíèêà DD2. Âûõîäíîé èìïóëüñ â òî÷êå «ñ» êîðî÷å âîçáóæäàþùåãî èìïóëüñà è ñäâèíóò îòíîñèòåëüíî åãî ôðîíòà íà ñëó÷àéíóþ âåëè÷èíó.
Ðèñóíîê 3. Âûõîäíîé ñèãíàë ôîòîïðèåìíèêà DD2: 3.1 – ïðè íåäîñòàòî÷íîé îñâåùåííîñòè, 3.2 – ïðè äîñòàòî÷íîé îñâåùåííîñòè.
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
Íà Ðèñóíêå 3.2 ïîêàçàíà îñöèëëîãðàììà ñòàöèîíàðíîãî ïðîöåññà, êîãäà îñâåùåííîñòü ôîòîïðèåìíèêà DD2 äîñòàòî÷íà è ôðîíò âûõîäíîãî èìïóëüñà ñäâèíóò îòíîñèòåëüíî ôðîíòà âîçáóæäàþùåãî èìïóëüñà íà ôèêñèðîâàííóþ âåëè÷èíó, ðàâíóþ ïðèìåðíî 380 ìêñ. Ýòîò ôàêò äàåò âîçìîæíîñòü ïîñòðîåíèÿ èìïóëüñíîãî äèñêðèìèíàòîðà äëÿ ôèêñàöèè ôàêòà êîððåêòíîé ðàáîòû ôîòîïðèåìíèêà. Ñïðàâåäëèâîñòè ðàäè íóæíî îòìåòèòü, ÷òî äëÿ ñëó÷àÿ, ïîêàçàííîãî íà Ðèñóíêå 3.2, â ýòè 380 ìêñ âõîäèò åùå âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ ãåíåðàòîðà íåñóùåé ÷àñòîòû, ñîñòàâëÿþùåå â ñàìîì õóäøåì ñëó÷àå ïîëîâèíó ïåðèîäà íåñóùåé ÷àñòîòû 38 êÃö, òî åñòü ïðèìåðíî 13 ìêñ.
Ïðàêòè÷åñêîå ïðèìåíåíèå Íà îñíîâå ãåíåðàòîðà ñ îïòè÷åñêîé îáðàòíîé ñâÿçüþ íàìè áûëè èçãîòîâëåíû íåñêîëüêî óñòðîéñòâ, ðåàëèçóþùèõ îáíàðóæåííûé ýôôåêò, íàïðèìåð, ëîêàòîð çàäíåãî îáçîðà äëÿ ñàìîêàòà èëè âåëîñèïåäà, ïîêàçàííûé íà Ðèñóíêå 4.1.  ïðèëîæåíèè ê ñòàòüå åñòü âèäåî ñ èñïûòàíèåì ýòîãî óñòðîéñòâà. Åãî ïðàêòè÷åñêàÿ ïîëåçíîñòü çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ïðè ìàíåâðå âëåâî ìîæíî ñòîëêíóòüñÿ ñ îáãîíÿþùèì âåëîñèïåäèñòîì èëè ñ ãðàæäàíèíîì íà ìîùíîì ñàìîêàòå.
Ðèñóíîê 4. Ïðàêòè÷åñêîå ïðèìåíåíèå ãåíåðàòîðà ñ îïòè÷åñêîé îáðàòíîé ñâÿçüþ. 4.1 – ëîêàòîð çàäíåãî îáçîðà äëÿ ñàìîêàòà. 4.2 – ôîòîäàò÷èê äëÿ øëàãáàóìà.
Âòîðîå óñòðîéñòâî – ýòî ôîòîäàò÷èê äëÿ øëàãáàóìà, èñêëþ÷àþùèé îïóñêàíèå ñòðåëû, åñëè ïîä íåé íàõîäèòñÿ ÷åëîâåê èëè àâòîìîáèëü. Ñòàíäàðòíî äëÿ ýòîé öåëè ïðèìåíÿþòñÿ äàò÷èêè òèïà «ñâåòîâîé áàðüåð», ïðèåìíàÿ ÷àñòü êîòîðûõ óñòàíàâëèâàåòñÿ íà ñòîéêå øëàãáàóìà, à ïåðåäàþùàÿ – íà îïîðå äëÿ ñòðåëû.  íàøåì äâîðå ïåðåäàò÷èêè
47
(èíîãäà âìåñòå ñ îïîðàìè) ðåãóëÿðíî ñíîñÿòñÿ äåâóøêàìè çà ðóëåì è ñïåöòåõíèêîé ÆÊÕ. Ïîýòîìó áûë èçãîòîâëåí äàò÷èê ëîêàòîðíîãî òèïà, ïîêàçàííûé íà Ðèñóíêå 4.2. Äâóõíåäåëüíàÿ ýêñïëóàòàöèÿ ôîòîäàò÷èêà ïðè ïðîïóñêå 80-100 ìàøèí â äåíü ïîêàçàëà, ÷òî òàêîå óñòðîéñòâî âïîëíå ðàáîòîñïîñîáíî. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ôîòîäàò÷èêà äëÿ øëàãáàóìà ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 5. Ëîêàòîð äëÿ ñàìîêàòà îòëè÷àåòñÿ ëèøü òåì, ÷òî âìåñòî ðåëå â êà÷åñòâå íàãðóçêè èñïîëüçóåòñÿ áóççåð (ïèùàëêà). Ñõåìà ñîäåðæèò ãåíåðàòîð ñ îïòè÷åñêîé îáðàòíîé ñâÿçüþ íà ýëåìåíòå D1.1, óïðàâëÿåìûé êâàðöåâûé ãåíåðàòîð íåñóùåé ÷àñòîòû íà ýëåìåíòàõ D1.2 è D1.3, ïðåîáðàçîâàòåëü äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà â íàïðÿæåíèå íà ýëåìåíòå D1.4 è äâà óñèëèòåëÿ ìîùíîñòè íà òðàíçèñòîðàõ VT1 è VT2, íàãðóçêîé êîòîðûõ ñëóæàò ñâåòîäèîä VD3 è ðåëå Ê1, ñîîòâåòñòâåííî. Êâàðöåâûé ãåíåðàòîð ïðèìåí¸í, ïîñêîëüêó äàò÷èê äîëæåí ðàáîòàòü â øèðîêîì òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå. Îñòàíîâèìñÿ ïîäðîáíåå íà ðàáîòå ïðåîáðàçîâàòåëÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà â íàïðÿæåíèå.  èñõîäíîì ñîñòîÿíèè ãåíåðàòîð D1.1 ñ óêàçàííûìè íà ñõåìå íîìèíàëàìè êîìïîíåíòîâ ãåíåðèðóåò ïîëîæèòåëüíûå èìïóëüñû äëèòåëüíîñòüþ 600-800 ìêñ ñ ÷àñòîòîé 4050 Ãö. Ýòè èìïóëüñû çàðÿæàþò êîíäåíñàòîð Ñ2 (òî÷êà «ñ») ïðèìåðíî äî 0.5-0.8 Â, ÷òî ñóùåñòâåííî íèæå âåðõíåãî ïîðîãà ñðàáàòûâàíèÿ òðèããåðà Øìèòòà íà ýëåìåíòå D1.4.
R4 R1
VD1 R2
VD2
Ïðè ïîÿâëåíèè îïòè÷åñêîé îáðàòíîé ñâÿçè äëèòåëüíîñòü ïîëîæèòåëüíîãî èìïóëüñà âîçðàñòàåò äî 8-10 ìñ, ÷òî ïðèâîäèò ê ðåçêîìó ðîñòó íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå Ñ1 è ñðàáàòûâàíèþ òðèããåðà Øìèòòà. Íèçêèé óðîâåíü íà âûõîäå ýëåìåíòà D1.4 áóäåò ñîõðàíÿòüñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà ñóùåñòâóåò îïòè÷åñêàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü. Êàê òîëüêî ýòà ñâÿçü ðàçîðâåòñÿ, êîíäåíñàòîð Ñ2 íà÷íåò ðàçðÿæàòüñÿ ÷åðåç R5. Öèêë çàâåðøåí. Ïðèìåíåíèå òàêîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà â íàïðÿæåíèå îáåñïå÷èâàåò ýôôåêòèâíîå ïîäàâëåíèÿ ñîñòîÿíèÿ íåîïðåäåëåííîñòè, âîçíèêàþùåãî íà âûõîäå ôîòîïðèåìíèêà DD2 ïðè íåäîñòàòî÷íîé îñâåùåííîñòè. Íàëè÷èå ïîëåçíîãî ñèãíàëà ôèêñèðóþòñÿ ÷åòêî, áåç ïðîìåæóòî÷íûõ ñîñòîÿíèé. Ïðè ïàññèâíûõ ýëåìåíòàõ, óêàçàííûõ íà ñõåìå, óñòðîéñòâî ãàðàíòèðîâàííî ðàáîòîñïîñîáíî â äèàïàçîíå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ 3.7-5.2 Â. Îäíàêî äëÿ ïîñòîÿíñòâà íàñòðîåê ðåêîìåíäóåì èñïîëüçîâàòü ñòàáèëèçèðîâàííûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ. Òîê ïîòðåáëåíèÿ â ðåæèìå îæèäàíèÿ ñîñòàâëÿåò 2 ìÀ, à ïðè îáíàðóæåíèè ïðåïÿòñòâèÿ òîê ïîòðåáëåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ íàãðóçêîé – ðåëå èëè áóççåðîì. Äàëüíîñòü îáíàðóæåíèÿ ïðåïÿòñòâèÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè 10-ãðàäóñíûõ îáúåêòèâîâ, êîòîðûå ìîæíî ïðèîáðåñòè çà êîïåéêè íà AliExpress, çàâèñèò îò òîêà ÷åðåç ñâåòîäèîä VD3, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé ðåçèñòîðà R8. Ïðè ñîïðîòèâëåíèè
+5 Â
DD1.4 + C3
R7
b R5
DD1.2
VT2
c C2 +5 Â
DD1.3 C1 DD1.1
VD4
R6
R3
VT1
ZQ1 +5 Â
R8
DD2 a VD3
K1
DD1 – CD4093BE; DD2 – TSOP4838; VD1, VD2 – ÊÄ521; VD3 – Ç Âò 940 íì; VD4 – 1N4007; VT1, VT2 – ÂÑ516; R1 – 2.4 êÎì; R2 – 150 êÎì; R3 – 820 êÎì; R4 – 12 êÎì; R5 – 100 êÎì; R6,R7 – 3.6 êÎì; R8* – 1 êÎì; C1 – 330 íÔ; C2 – 4.7 ìêÔ; ÑÇ – 1000 ìêÔ; ZQ1 – 38 êÃö; Ê1 – HFD23-005-1ZS
Ðèñóíîê 5. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ôîòîäàò÷èêà äëÿ øëàãáàóìà.
48
ÑÕÅÌÛ
ðåçèñòîðà R8, ðàâíîì 1 êÎì, ìàêñèìàëüíàÿ äàëüíîñòü îáíàðóæåíèÿ ïðåïÿòñòâèÿ ñîñòàâëÿåò îêîëî 80 ñì. Åñëè âåëè÷èíà ðåçèñòîðà R8 ðàâíà 20 Îì, äàëüíîñòü îáíàðóæåíèÿ ÷åëîâåêà â îäåæäå íåéòðàëüíûõ öâåòîâ ñîñòàâëÿåò áîëåå 10 ìåòðîâ. Äîñòóï ê ðåçèñòîðó R8 äîëæåí áûòü âûïîëíåí ñ ó÷åòîì ýêñïëóàòàöèè èçäåëèÿ âíå ïîìåùåíèÿ. Íåñìîòðÿ íà íåîñïîðèìûå äîñòîèíñòâà, èçäåëèÿì íà îñíîâå îïèñàííîãî ãåíåðàòîðà ñâîéñòâåííû íåêîòîðûå íåäîñòàòêè. Äàò÷èê äëÿ øëàãáàóìà íåæåëàòåëüíî óñòàíàâëèâàòü â óçêèõ ïðîåçäàõ, êîãäà ñòåíà çäàíèÿ îòñòîèò îò êîíöà ñòðåëû âñåãî íà íåñêîëüêî ìåòðîâ, òàê êàê â ýòîì ñëó÷àå âîçíèêàåò ïàðàçèòíîå îòðàæåíèå îò ñòåíû, ðàáîòà äàò÷èêà ñòàíîâèòñÿ íåóñòîé÷èâîé è êðèòè÷íî çàâèñèò îò íàñòðîéêè óñòðîéñòâà ðåçèñòîðîì R8. Ëîêàòîð çàäíåãî îáçîðà äëÿ ñàìîêàòà ðåàãèðóåò íà ïðîõîæèõ, îêàçàâøèõñÿ â çîíå îáçîðà, ïîýòîìó êðåïëåíèå ëîêàòîðà íà ðóëü äîëæíî ïðåäóñìàòðèâàòü èçìåíåíèå óãëà ëîêàöèè â ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñêîñòè äëÿ âûáîðà îïòèìàëüíîãî ïîëîæåíèÿ. Ãäå åùå ìîæåò áûòü ïðèìåíåí îïèñàííûé ãåíåðàòîð? Íàïðèìåð, â êà÷åñòâå äàò÷èêà íàëè÷èÿ àâòîìîáèëÿ èëè ìîòîöèêëà â «ñëåïîé çîíå». Òàêèå äàò÷èêè, óñòàíîâëåííûå ïîä çåðêàëàìè çàäíåãî âèäà, ïîìîãóò ïðåäîòâðàòèòü ñèòóàöèè, êîãäà ïðè íà÷àëå ìàíåâðèðîâàíèÿ ïîìåõà íåîæèäàííî òåëåïîðòèðóåòñÿ èç ïàðàëëåëüíîé âñåëåííîé. ×òîáû èñêëþ÷èòü ëîæíûå ñèãíàëû îò ìàøèí, äâèæóùèõñÿ ÷åðåç ïîëîñó, èíäèêà-
öèþ íàëè÷èÿ ïðåïÿòñòâèÿ â «ñëåïîé çîíå» ìîæíî âêëþ÷àòü ñèíõðîííî ñ óêàçàòåëåì ïîâîðîòîâ. Óâåëè÷èòü äàëüíîñòü îáíàðóæåíèÿ ìîæíî, ïðèìåíèâ â êà÷åñòâå VT1 ìîùíûé ïîëåâîé òðàíçèñòîð èëè òðàíçèñòîð Äàðëèíãòîíà ñðåäíåé ìîùíîñòè è, ñîîòâåòñòâåííî, óìåíüøèâ âåëè÷èíó ðåçèñòîðà R8 äî 3-5 Îì. Áîëåå ïîäðîáíî î êîíñòðóèðîâàíèè ÈÊëîêàòîðîâ ìîæíî ïðî÷èòàòü â àâòîðñêèõ ñòàòüÿõ [1, 2].
Çàêëþ÷åíèå  ñòàòüå îïèñàí ãåíåðàòîð ñ îïòè÷åñêîé îáðàòíîé ñâÿçüþ, âîçíèêàþùåé â ìîìåíòû îáíàðóæåíèÿ îòðàæåííîãî îò ïðåïÿòñòâèé ñâåòîâîãî ïîòîêà. Ïîëåçíûé ñèãíàë îáðàáàòûâàåòñÿ ïðåîáðàçîâàòåëåì äëèíû èìïóëüñà â íàïðÿæåíèå ñ óñòðàíåíèåì çîíû íåîïðåäåëåííîñòè. Ïðèâåäåíû ïðèìåðû ïðàêòè÷åñêîãî ïðèìåíåíèÿ òàêîãî ãåíåðàòîðà è âèäåîìàòåðèàëû èñïûòàíèé êîíêðåòíîãî îáðàçöà. ÐË
Èñòî÷íèêè 1. Áàñêîâ Ì.Ï., Ëåâàøîâ Î.Ä. Íåêîòîðûå âîïðîñû êîíñòðóèðîâàíèÿ ëþáèòåëüñêèõ èíôðàêðàñíûõ ëîêàòîðîâ. ×àñòü 1 2. Áàñêîâ Ì.Ï., Ëåâàøîâ Î.Ä. Íåêîòîðûå âîïðîñû êîíñòðóèðîâàíèÿ ëþáèòåëüñêèõ èíôðàêðàñíûõ ëîêàòîðîâ. ×àñòü 2
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4093B 2. Datasheet Vishay TSOP48xx 3. Datasheet ON Semiconductor BC516
Çàãðóçêè Äåìîíñòðàöèÿ âîçìîæíîñòåé ëîêàòîðà çàäíåãî îáçîðà
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
49
Îïòîýëåêòðîííûå ýëåìåíòû «Ýêâèâàëåíòíîñòü» è «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ» Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê
Ïðèâåäåíû ñõåìû ÷åòûðåõâõîäîâûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «Ýêâèâàëåíòíîñòü» è «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ», âûïîëíåííûõ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñðåäñòâ îïòîýëåêòðîíèêè
Ë
Ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû «Ýêâèâàëåíòíîñòü» è «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ» íå ïîëüçóþòñÿ çàìåòíîé âîñòðåáîâàííîñòüþ â ðàäèîýëåêòðîííûõ êîíñòðóêöèÿõ è äàæå íå èìåþò óñòîÿâøåãîñÿ îáîçíà÷åíèÿ. Ïðîìûøëåííî ìèê-
ðîñõåìû òàêîãî íàçíà÷åíèÿ íå âûïóñêàþòñÿ, õîòÿ ñàìè ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû ïðè æåëàíèè ìîãóò áûòü ñèíòåçèðîâàíû èç ýëåìåíòîâ îáû÷íîé ëîãèêè. Ïîÿñíèì äàëåå íàçíà÷åíèå ñòîëü ýêçîòè÷åñêèõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ [1, 2].
+E
+E X1
R2 750
X4 VD1 1N4148
X1
X3 X4
R1 1Ì
DA2.2 (X1-X4)
X3
VT1 2N7000
X2
R3 10ê
X2
S1.1 Y1 DA1.2 (X1-X4)
= DA1.1
DA2.1
Y2
EQUIV Y2
S1.2 R4 10ê
NEQUIV
=
Y1
Ðèñóíîê 1. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà îïòîýëåêòðîííûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «Ýêâèâàëåíòíîñòü» è «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ».
50
ÑÕÅÌÛ
ÝÊÂÈÂÀËÅÍÒÍÎÑÒÜ (EQUIVALENCE) – ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò, èìåþùèé íà âûõîäå ëîãè÷åñêóþ åäèíèöó ëèøü â òîì ñëó÷àå, åñëè ñèãíàëû íà âñåõ åãî âõîäàõ áóäóò èìåòü îäèíàêîâûé (ò.å. òîæäåñòâåííûé, ýêâèâàëåíòíûé, ðàâíîçíà÷íûé) ëîãè÷åñêèé óðîâåíü «íóëü» èëè «åäèíèöà». ÝÊÂÈÂÀËÅÍÒÍÎÑÒÜ-ÍÅ (NOT-EQUIVALENCE), ÍÅÝÊÂÈÂÀËÅÍÒÍÎÑÒÜ – ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò, èìåþùèé íà âûõîäå ëîãè÷åñêèé íóëü ëèøü â òîì ñëó÷àå, åñëè ñèãíàëû íà âñåõ åãî âõîäàõ áóäóò èìåòü îäèíàêîâûé (ò.å. òîæäåñòâåííûé, ýêâèâàëåíòíûé, ðàâíîçíà÷íûé) ëîãè÷åñêèé óðîâåíü «íóëü» èëè «åäèíèöà». Îòìåòèì, ÷òî åñëè ñîêðàòèòü ÷èñëî âõîäîâ ó ýëåìåíòîâ «Ýêâèâàëåíòíîñòü» èëè «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ» äî äâóõ, òî îíè áóäóò èäåíòè÷íû ëîãè÷åñêèì ýëåìåíòàì «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ» («Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ»), ñîîòâåòñòâåííî. Íà Ðèñóíêå 1 ïðèâåäåíà ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà ÷åòûðåõâõîäîâîãî îïòîýëåêòðîííîãî ýëåìåíòà, âûïîëíÿþùåãî â çàâèñèìîñòè îò ñïîñîáà ïîäêëþ÷åíèÿ åãî âûâîäîâ ôóíêöèè ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà «Ýêâèâàëåíòíîñòü» èëè «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ». Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò ñîñòîèò èç äâóõ ÷àñòåé – âõîäíîé (ïåðåäàþùåé, èìåþùåé 4 âõîäà X1–X4) è âûõîäíîé (ïðèåìíîé). Êàæäûé âõîä (X1–X4) ñîäåðæèò âõîäíîé êëþ÷åâîé ýëåìåíò – ïîëåâîé òðàíçèñòîð VT1, íàïðèìåð, 2N7000, óïðàâëÿþùèé ðàáîòîé îïòè÷åñêîãî êîììóòàòîðà, ñîñòîÿùåãî èç îãðàíè÷èòåëÿ òîêà R2, à òàêæå äâóõ ñâåòîäèîäîâ îïòîïàð DA1.1 è DA2.1. Îòìåòèì, ÷òî â êà÷åñòâå òàêîâûõ ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû äèîäíûå, òðàíçèñòîðíûå èëè èíûå îïòîïàðû, õîòÿ íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíû òîëüêî äèîäíûå îïòîïàðû. Ïîñëåäîâàòåëüíî ñî ñâåòîäèîäîì îïòîïàðû DA2.1 âêëþ÷åí êðåìíèåâûé äèîä VD1, íàïðèìåð, 1N4148. Åñëè âõîäíîé ñèãíàë îòñóòñòâóåò, òðàíçèñòîð VT1 íå ïðîâîäèò òîê, ñâåòèòñÿ ñâåòîäèîä DA2.1. Ïðè ïîäà÷å íà âõîä ñèãíàëà óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû ñîïðîòèâëåíèå èñòîêñòîê òðàíçèñòîðà VT1 ñíèæàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè äî íóëÿ, ñâåòîäèîä îïòîïàðû DA1.1 øóíòèðóåò öåïî÷êó èç äèîäà VD1 è ñâåòîäèîäà îïòîïàðû DA2.1, ñâåòîäèîä îïòîïàðû DA1.1 èçëó÷àåò ñâåò, ñâåòîäèîä îïòîïàðû DA2.1 ãàñíåò.
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
Íà ïðèåìíîé ñòîðîíå äâå ïîñëåäîâàòåëüíî-ïàðàëëåëüíî âêëþ÷åííûå öåïî÷êè ôîòîäèîäîâ îïòîïàð DA2.2 (X1–X4) è DA1.2 (X1–X4) ÷åðåç ðåçèñòîð R3 ñîåäèíåíû ñ øèíîé ïèòàíèÿ, à ÷åðåç ðåçèñòîð R4 – ñ îáùåé øèíîé. Ïðè ïîìîùè ïåðåêëþ÷àòåëÿ S1 îäèí èç ýòèõ ðåçèñòîðîâ ìîæåò áûòü çàøóíòèðîâàí, òîãäà êàê ñ äðóãîãî èç ðåçèñòîðîâ ìîæíî ñíèìàòü âûõîäíîé ñèãíàë. Ïåðåêëþ÷àòåëü S1 ïðèâåäåí óñëîâíî, ïîñêîëüêó íà ïðàêòèêå âìåñòî íåãî äîñòàòî÷íî èñïîëüçîâàòü ïåðåìû÷êó. Èòàê, ðàññìîòðèì ñèòóàöèþ, êîãäà âõîäíûå ñèãíàëû íà âñåõ ÷åòûðåõ âõîäàõ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà îòñóòñòâóþò. Âñå ñâåòîäèîäû DA2.1 (X1–X4) èçëó÷àþò ñâåò, à èì îòâå÷àþùèå ôîòîäèîäû DA2.2 (X1–X4) ïðîâîäÿò òîê. Âñå ñâåòîäèîäû DA1.1 (X1–X4) íå ñâåòÿòñÿ, à èì îòâå÷àþùèå ôîòîäèîäû DA1.2 (X1–X4) íå ïðîâîäÿò òîê. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò ïðè ïîìîùè ïåðåêëþ÷àòåëÿ S1 ïåðåâåäåí â ñîñòîÿíèå «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ», òàê, êàê ýòî ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 1. Ïîñêîëüêó âñÿ öåïî÷êà ôîòîäèîäîâ DA2.2 (X1–X4) ïðîâîäÿò òîê, à àíîäû öåïî÷åê ôîòîäèîäîâ ñîåäèíåíû ñ îáùåé øèíîé, íà âûõîäå Y1 ïðèñóòñòâóåò ñèãíàë óðîâíÿ ëîãè÷åñêîãî íóëÿ. Äàëåå ïðåäïîëîæèì, ÷òî íà îäèí èç âõîäîâ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà, íàïðèìåð, X1, ïîñòóïàåò óïðàâëÿþùèé ñèãíàë óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû. Ñâåòîäèîä îïòîïàðû DA2.1 ãàñíåò, ñâåòîäèîä îïòîïàðû DA1.1 èçëó÷àåò ñâåò. Ñîîòâåòñòâåííî, ôîòîäèîä îïòîïàðû DA2.2 ïåðåñòàåò ïðîâîäèòü òîê, à ôîòîäèîä îïòîïàðû DA1.2 íà÷èíàåò ïðîâîäèòü. Òîêîïðîâîäÿùèå ïóòè öåïî÷åê ôîòîäèîäîâ îïòîïàð DA2.2 (X1–X4) è DA1.2 (X1–X4) ðàçîðâàíû, íà âûõîäå Y1 ïîÿâëÿåòñÿ ñèãíàë óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû. Òàêàÿ ñèòóàöèÿ ñîõðàíÿåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà ñèãíàë õîòÿ áû íà îäíîì èç âõîäîâ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà îòëè÷àåòñÿ îò îñòàëüíûõ. Íàêîíåö, äîïóñòèì, ÷òî íà âñå âõîäû îïòîýëåêòðîííîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ïîñòóïàþò ñèãíàëû âûñîêîãî ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ. Âñå ñâåòîäèîäû DA1.1 (X1–X4) èçëó÷àþò ñâåò, à èì îòâå÷àþùèå ôîòîäèîäû DA1.2 (X1–X4) ïðîâîäÿò òîê. Èõ îïïîíåíòû ñâåòîäèîäû DA2.1 (X1–X4) íå èçëó÷àþò ñâåò, à èì îòâå÷àþùèå ôîòîäèîäû DA2.2 (X1–X4) òîê íå ïðîâîäÿò. Òàêèì îáðàçîì, òîêîïðîâîäÿùàÿ öåïî÷êà ôîòîäèîäîâ DA1.2 (X1–X4) çàêîðà-
51
+E
ÝÊÂÈÂÀËÅÍÒÍÎÑÒÜ (EQUIV)
R3 10ê SA2.2 (X1-X4)
X1 X2 S1.1 Y1
X1
SA1.2 (X1-X4)
X2 X3
=
Y2
EQUIV
X4
NEQUIV
=
Y1
Ðèñóíîê 2. Ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà îïòîýëåêòðîííûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «Ýêâèâàëåíòíîñòü» è «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ».
÷èâàåò âûõîäíîé ñèãíàë íà îáùóþ øèíó, íà âûõîäå Y1 óñòàíàâëèâàåòñÿ óðîâåíü ëîãè÷åñêîãî íóëÿ. Íà Ðèñóíêå 2 äëÿ èëëþñòðàöèè ïðèíöèïà ðàáîòû îïòîýëåêòðîííîãî ýëåìåíòà ïðèâåäåíà åãî ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà, â êîòîðîé îïòîïàðû çàìåíåíû ñèñòåìîé èç ÷åòûðåõ òóìáëåðîâ, ðàáîòàþùèõ íà ïåðåêëþ÷åíèå. Èç ðèñóíêà ñëåäóåò, ÷òî ñìåíà óðîâíÿ âûõîäíîãî ëîãè÷åñêîãî ñèãíàëà âîçìîæíà òîëüêî â äâóõ ñëó÷àÿõ, êîãäà âñå òóìáëåðû
52
X4 Y2
X1 X2
X3
X4 Y2
0 1 0 1
0 0 1 1
0 0 0 1
0 0 0 0
1 0 0 0
0 1 0 1
0 0 1 1
0 0 0 1
0 0 0 0
0 1 1 1
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
Ðèñóíîê 3. Òàáëèöû èñòèííîñòè ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «Ýêâèâàëåíòíîñòü» è «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ».
Y2
S1.2 R4 10ê
X3
ÝÊÂÈÂÀËÅÍÒÍÎÑÒÜ-ÍÅ (NEQUIV)
X1–X4 (êîíòàêòíûå ãðóïïû SA2.2 (X1–X4) è SA1.2 (X1–X4)) îäíîâðåìåííî íàõîäÿòñÿ â óñëîâíî âêëþ÷åííîì èëè â óñëîâíî âûêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè. Îòìåòèì, ÷òî âûõîäû Y1 è Y2, Ðèñóíîê 1 è Ðèñóíîê 2, ìîãóò áûòü ñîåäèíåíû âìåñòå è èñïîëüçîâàíû â êà÷åñòâå åäèíîãî âûõîäà Y. Íà Ðèñóíêå 3 ïðèâåäåíû òàáëèöû èñòèííîñòè ýëåìåíòîâ «Ýêâèâàëåíòíîñòü» (EQUIL) è «Ýêâèâàëåíòíîñòü-ÍÅ» (NEQUIL). ÐË
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 ON Semiconductor 2N7000
ÑÕÅÌÛ
Ñëåæåíèå çà òî÷êîé ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè ôîòîýëåêòðè÷åñêîé ïàíåëè îïòèìèçèðóåò äðàéâåð âåíòèëÿòîðà Abhijeet Deshpande Electronic Design
ÍÍåïîñðåäñòâåííîå ïèòàíèå âåíòèëÿòîðà
Íàïðÿæåíèå òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè VPVMAX (Â)
ýíåðãèåé ñîëíöà – ýòî ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûé ñïîñîá îõëàæäåíèÿ èëè ñóøêè â æàðêèå äíåâíûå ÷àñû â òðîïè÷åñêîé ñðåäå, ïîçâîëÿþùèé òàêæå èçáåæàòü çàòðàò è ñëîæíîñòåé, ñâÿçàííûõ ñ õðàíåíèåì ýíåðãèè â àêêóìóëÿòîðàõ. Îäíàêî ïðîñòîå ïîäêëþ÷åíèå âåíòèëÿòîðà ê ñîëíå÷íîìó ôîòîýëåêòðè÷åñêîìó ìîäóëþ èìååò ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê. Íàïðÿæåíèå, ïðè êîòîðîì ôîòîýëåêòðè÷åñêèé ìîäóëü îòäàåò ìàêñèìàëüíóþ ìîùíîñòü, îò èíòåíñèâíîñòè ñîëíå÷íîãî ñâåòà çàâèñèò íå î÷åíü ñèëüíî (Ðèñóíîê 1). Îäíàêî ñàìà ìîùíîñòü, à çíà÷èò, è òîê, èçìåíÿþòñÿ 17 16.5 16
âåñüìà çíà÷èòåëüíî. Ïðè ïàäåíèè èíòåíñèâíîñòè ñîëíå÷íîãî îñâåùåíèÿ ñòàòè÷åñêàÿ íàãðóçêà, áëèçêàÿ ê ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè ïàíåëè, áóäåò ïîíèæàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïàíåëè íàìíîãî íèæå òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè, ÷òî ïðèâåäåò ê íåýôôåêòèâíîìó èñïîëüçîâàíèþ äîñòóïíîé ýíåðãèè. Åñëè óðîâåíü ìîùíîñòè óïàäåò ñëèøêîì ñèëüíî, âåíòèëÿòîð ïåðåñòàíåò âðàùàòüñÿ, è äëÿ òîãî, ÷òîáû ñíîâà íà÷àòü ðàáîòó, åìó ïîòðåáóåòñÿ ëèáî çíà÷èòåëüíîå ïîâûøåíèå óðîâíÿ ìîùíîñòè, ëèáî ìåõàíè÷åñêèé «òîë÷îê». Ñõåìà îòñëåæèâàíèÿ òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè (maximum power point tracking, MPPT) íà áàçå DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìîæåò ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî âåíòèëÿòîð áóäåò èñïîëüçîâàòü ýíåðãèþ ôîòîýëåêòðè÷åñêîãî ìîäóëÿ ìàêñèìàëüíî ýôôåêòèâíî íåçàâèñè-
15.5 VPV
15 14.5 VREF
14 0 1 2 3 4 5 6 Âûõîäíàÿ ìîùíîñòü ôîòîýëåêòðè÷åñêîé ïàíåëè (Âò)
Ðèñóíîê 1. Ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü, êîòîðóþ ìîæåò îòäàâàòü ñîëíå÷íàÿ ïàíåëü, è íàïðÿæåíèå, ïðè êîòîðîì îíà äîñòèãàåòñÿ, çàâèñÿò îò èíòåíñèâíîñòè ñîëíå÷íîãî ñâåòà, ÷òî äåëàåò ïàíåëè íåýôôåêòèâíûìè ïðè ðàáîòå íà ñòàòè÷åñêèå íàãðóçêè.
ÐàäèîËîöìàí 07,08-2020
+
–
VE Ïðîïîðöèîíàëüíûé VX êîíòðîëëåð ñ óñèëåíèåì A
VPV
INV-PWM
VOUT Ìîòîð ïîñòîÿííîãî òîêà
Ðèñóíîê 2. Ýòà ñõåìà èçìåðÿåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñîëíå÷íîé ïàíåëè è ïîäñòðàèâàåò íàãðóçêó äî äîñòèæåíèÿ òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè.
53