RLcmn_01-02_2021

Æóðíàë ðàçðàáîò÷èêîâ ýëåêòðîíèêè

WWW.RLOCMAN.RU

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ ßíâàðü-Ôåâðàëü 2021 (112)

Ãäå ãðàíèöû âîçìîæíîñòåé îáðàòíîõîäîâîãî

ïðåîáðàçîâàòåëÿ

ÐàäèîËîöìàí.Æóðíàë

www.rlocman.ru/magazine

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

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

Íîâîñòè

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ ßíâàðü-Ôåâðàëü 2021 (112) Ãëàâíûé ðåäàêòîð: À. Íèêîëàåâ

4 Ê ïðîäóêòîâîé ëèíåéêå Toshiba äîáàâëåí ìíîãîôóíêöèîíàëüíûé ñàìîâîññòàíàâëèâàþùèéñÿ ýëåêòðîííûé ïðåäîõðàíèòåëü

5 ams ïðåäñòàâëÿåò ñàìûé ìèíèàòþðíûé â ìèðå ìîäóëü öèôðîâîé êàìåðû 6 Òî÷íàÿ êîïèÿ ñòàòóè Ñâîáîäû âûñîòîé 1.8 ìì íàïå÷àòàíà íà 3D-ïðèíòåðå 7 Íîâûå òåõíîëîãèè óëó÷øåíèÿ àêóñòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê óêðåïëÿþò ëèäåðñòâî Infineon íà ðûíêå ÌÝÌÑ ìèêðîôîíîâ

8 Renesas ïðåäñòàâëÿåò ïåðâóþ â ìèðå ìèêðîñõåìó 60-âàòòíîãî ïðèåìíèêà áåñïðîâîäíîé ýíåðãèè

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:

9 Microchip âûïóñêàåò ïåðâîå ñåìåéñòâî 8-ðàçðÿäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ äëÿ ñåòåé CAN FD

10 Analog Devices àíîíñèðîâàëà âûñîêîñêîðîñòíîé CAN ðàñøèðèòåëü øèíû I2C 12 EPC ïðåäñòàâëÿåò äåìîíñòðàöèîííóþ ïëàòó 300-âàòòíîãî DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ eGaN ïîëåâûìè òðàíçèñòîðàìè è íîâûì êîíòðîëëåðîì Renesas 13 Qorvo ïðåäñòàâëÿåò ïåðâûé ïîëíîñòüþ èíòåãðàëüíûé àâòîìîáèëüíûé êîììóòàòîð eCall ñ ëó÷øèìè â îòðàñëè íàäåæíîñòüþ è ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ

Ñòàòüè 14 Êàê ðåàëèçîâàòü öèôðîâóþ ñõåìó óïðàâëåíèÿ èìïóëüñíûì ïðåîáðàçîâàòåëåì 24 29 32 35 38 44 46 49

ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè. ×àñòü 2 Ãåíåðàòîðû èãîëü÷àòûõ èìïóëüñîâ è èõ ïðèìåíåíèå Êîãäà îáðàòíîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü äîñòèãàåò ãðàíèöû ñâîèõ âîçìîæíîñòåé Èñïîëüçîâàíèå òàéìåðà 555 â ñõåìàõ ñ íèçêèìè êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ Òî÷íîå èçìåðåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ñ ïîìîùüþ íåèäåàëüíûõ êîìïîíåíòîâ ÈÑÒÎÐÈß ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ. 1980 – ïîâîðîòíûé ìîìåíò â èíäóñòðèè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ Ñèñòåìà äèíàìèêîâ áåç èñêàæåíèé îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ ìîùíîñòü Ïðîùàé, ïðåäîõðàíèòåëü 3AG, ìû áóäåì ñêó÷àòü ïî òåáå Ïî÷åìó âû íèêîãäà íå âèäèòå ïòèö íà ëèíèÿõ ýëåêòðîïåðåäà÷è âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ?

rlocman@rlocman.ru

Å

Ñõåìû

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

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

Îôîðìëåíèå áåñïëàòíîé ïîäïèñêè: www.rlocman.ru/magazine

50 59 62 64 66 68 70 72 74 78 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 103 104 106 108

Ìèëëèîììåòð ñ 7-ñåãìåíòíûì ÆÊÈ. ×àñòü 1 Áûñòðîäåéñòâóþùèé âûñîêîâîëüòíûé óñèëèòåëü ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó Ãäå äâèæîê ïîòåíöèîìåòðà? Ïðîñòàÿ ñõåìà âûñîêîâîëüòíîãî äðàéâåðà Ïåðåäàò÷èê èçìåðÿåò îòíîñèòåëüíóþ âëàæíîñòü â òðåõ êàíàëàõ  óñîâåðøåíñòâîâàííîì ìîäóëÿòîðå èñïîëüçóåòñÿ «íåãàòðîí» Ôèëüòð Áàòòåðâîðòà ñ ðåãóëèðîâêîé ãðóïïîâîé çàäåðæêè Ñõåìà çàùèòû îò ïåðåïîëþñîâêè ïðåâîñõîäèò äèîäû Øîòòêè Àíàëîãî-öèôðîâîé ìíîãîêàíàëüíûé ÷àñòîòíûé êâàçèôèëüòð Óëó÷øåíèå çàùèòû âûõîäíîãî êàñêàäà êëàññà AB Òàéìåð 555 ïîòðåáëÿåò íóëåâîé òîê Äîáàâî÷íîå íàïðÿæåíèå äëÿ ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ Ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèå-òîê óïðàâëÿåò áåëûìè ñâåòîäèîäàìè Ëèíèÿ çàäåðæêè ñ øèðîêèì äèàïàçîíîì êîýôôèöèåíòîâ çàïîëíåíèÿ Áóòñòðåïíàÿ ñõåìà ðàñøèðÿåò äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé ÎÓ äî 0  Ïðîñòîé ìîíèòîð ðàçðÿäà äëÿ âûñîêèõ íàïðÿæåíèé áàòàðåè Äåøåâûé ñïîñîá óâåëè÷åíèÿ âûõîäíîãî òîêà ëèíåéíîãî ðåãóëÿòîðà îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ SEPIC ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì 5  ïðè òîêå íàãðóçêè 100 ìÀ Ãåíåðàòîð ñ ìîäóëÿöèåé àìïëèòóäû è ðåãóëèðîâêîé øèðèíû ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ Ïðîñòîå çàðÿäíîå óñòðîéñòâî äëÿ NiCd àêêóìóëÿòîðîâ ñ èíäèêàöèåé óðîâíÿ çàðÿäà Âûáîð ëó÷øåãî òàéìåðà 555 äëÿ óïðàâëåíèÿ ìîùíûì MOSFET Èñòî÷íèê òîêà ðàñøèðÿåò äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé ÎÓ Ïåðåêëþ÷àòåëü ñ öèôðîâûì óïðàâëåíèåì Ìèêðîìîùíàÿ ñõåìà ñáðîñà

Ê ïðîäóêòîâîé ëèíåéêå Toshiba äîáàâëåí ìíîãîôóíêöèîíàëüíûé ñàìîâîññòàíàâëèâàþùèéñÿ ýëåêòðîííûé ïðåäîõðàíèòåëü Ðåãóëèðóåìàÿ çàùèòà îò ïåðåíàïðÿæåíèÿ è ôëàã îøèáêè Ïðîäîëæàÿ ðàñøèðÿòü ñâîþ ëèíåéêó óñîâåðøåíñòâîâàííûõ ýëåêòðîííûõ ïðåäîõðàíèòåëåé, Toshiba Electronics Europe ïðåäñòàâèëà ìèêðîñõåìó TCKE712BNL. Ýòî íîâîå óñòðîéñòâî áóäåò ïîñòîÿííî ãàðàíòèðîâàòü âûñî÷àéøèé óðîâåíü áåçîïàñíîñòè çàùèùàåìîãî îáîðóäîâàíèÿ. Îíî ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ øèðîêîãî ñïåêòðà ðàçëè÷íûõ òîâàðîâ áûòîâîé ýëåêòðîíèêè, âêëþ÷àÿ êàìåðû, áåñïðîâîäíûå ïûëåñîñû è ýëåêòðîèíñòðóìåíòû, ðîáîòîâ-óáîðùèêîâ, ñåðâåðû, èíòåëëåêòóàëüíûå êîëîíêè, òåðìîñòàòû, áåñïðîâîäíûå çàðÿäíûå óñòðîéñòâà è ò. ä.  òî âðåìÿ êàê îáû÷íûå ñòåêëÿííûå ïëàâêèå âñòàâêè è ïðåäîõðàíèòåëè äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà çàùèùàþò ëèíèè ýëåêòðîïèòàíèÿ, ðàçðûâàÿ èõ ïðè âîçíèêíîâåíèè èçáûòî÷íîãî òîêà, ýëåêòðîííûå ïðåäîõðàíèòåëè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ãîðàçäî áîëåå ýôôåêòèâíóþ àëüòåðíàòèâó.  îòëè÷èå îò

óñòàðåâøèõ òðàäèöèîííûõ ïðåäîõðàíèòåëåé, îíè ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ìíîãîêðàòíîãî èñïîëüçîâàíèÿ, àâòîìàòè÷åñêè ñáðàñûâàÿñü âíóòðåííèì ëîãè÷åñêèì ñèãíàëîì. Ýòè óñòðîéñòâà òàêæå îáåñïå÷èâàþò íàìíîãî áîëåå áûñòðóþ ðåàêöèþ è îáëàäàþò îáøèðíûì íàáîðîì äîïîëíèòåëüíûõ âñòðîåííûõ ôóíêöèé çàùèòû.

VIN

VOUT Ðåãóëÿòîð Çàðÿäîâûé íàñîñ Óïðàâëåíèå çàòâîðàìè è ëîãèêà

EN Ïðèâÿçêà óðîâíÿ

Ñõåìà îãðàíè÷åíèÿ òîêà è çàùèòà îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ

Çàùèòà îò ïåðåíàïð.

Êîíòðîëü ñêîðîñòè íðàñòàíèÿ

OVP Ïðèâÿçêà óðîâíÿ

ILIM

Òåïëîâàÿ çàùèòà

dV/dT

FLAG

GND Áëîê-ñõåìà ìèêðîñõåìû TCKE712BNL.

4

ÍÎÂÎÑÒÈ

Ìèêðîñõåìà TCKE712BNL, èìåþùàÿ ñîïðîòèâëåíèå â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè 53 ìÎì è âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ âñåãî 320 íñ, ìîæåò âûïîëíÿòü çàùèòíûå ôóíêöèè â äèàïàçîíå âõîäíûõ íàïðÿæåíèé îò 4.4  äî 13.2 Â. Ïîðîã ñðàáàòûâàíèÿ ñõåìû çàùèòû îò ïîâûøåííîãî íàïðÿæåíèÿ ýòîãî óñòðîéñòâà ìîæåò íàñòðàèâàòüñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ êîíêðåòíûìè òðåáîâàíèÿìè ïðèëîæåíèÿ. Êðîìå òîãî, ïðåäóñìîòðåíû ìåõàíèçìû çàùèòû îò ïåðåãðóçêè ïî òîêó (òàêæå ñ ðåãóëèðóåìûì ïîðîãîì), ïåðåãðåâà è êîðîòêîãî çàìû-

êàíèÿ. Ôëàã îøèáêè ôîðìèðóåò âíåøíèé ñèãíàë, êîòîðûé ïðåäóïðåæäàåò èíæåíåðîâ î âîçìîæíûõ íåèñïðàâíîñòÿõ â êîíñòðóêöèè ñõåìû, ÷òîáû èõ ìîæíî áûëî óñòðàíèòü íà ðàííåé ñòàäèè ïðîöåññà ðàçðàáîòêè. Áëàãîäàðÿ ôóíêöèè áëîêèðîâêè îáðàòíîãî òîêà ýòî óñòðîéñòâî ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ â ìóëüòèïëåêñíûõ ñèñòåìàõ. Ýëåêòðîííûé ïðåäîõðàíèòåëü TCKE712BNL âûïóñêàåòñÿ â êîìïàêòíîì êîðïóñå WSON10 ðàçìåðîì 3.00 ìì × 3.00 ìì, çàíèìàþùåì ìèíèìàëüíóþ ïëîùàäü íà ïå÷àòíîé ïëàòå.

ams ïðåäñòàâëÿåò ñàìûé ìèíèàòþðíûé â ìèðå ìîäóëü öèôðîâîé êàìåðû Êðîøå÷íûé, ëåãêèé è êîìïàêòíûé öèôðîâîé äàò÷èê èçîáðàæåíèÿ äåëàåò êàìåðó íåâèäèìîé â íîñèìûõ óñòðîéñòâàõ, òàêèõ êàê ãàðíèòóðû âèðòóàëüíîé ðåàëüíîñòè ams îáúÿâëÿåò î âûïóñêå óñòàíîâî÷íîé ïàðòèè îäíîãî èç ñàìûõ ìèíèàòþðíûõ è ëåãêèõ â îòðàñëè äàò÷èêîâ èçîáðàæåíèÿ ñ ðàçðåøåíèåì 100 òûñ. ïèêñåëåé, îáåñïå÷èâàþùåãî âûâîä öèôðîâîãî âèäåî äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ìîáèëüíûõ èëè íîñèìûõ ïîòðåáèòåëüñêèõ óñòðîéñòâàõ, òàêèõ, â ÷àñòíîñòè, êàê ãàðíèòóðû âèðòóàëüíîé ðåàëüíîñòè. Îáåñïå÷èâàÿ âñå òèïû âèçóàëüíîãî âîñïðèÿòèÿ, îí ñîîòâåòñòâóåò òðåáîâàíèÿì Îáùåãî ðåãëàìåíòà ïî çàùèòå äàííûõ (GDPR), ãèáêî ïîäêëþ÷àåòñÿ ê èíòåðôåéñàì è, áëàãîäàðÿ íèçêîé ñòîèìîñòè, ïðèãîäåí äëÿ îäíîðàçîâûõ ïðèëîæåíèé â áûòîâîé ýëåêòðîíèêå.

2

ùèé íà ïëàòå ïëîùàäü 1 ìì è âåñÿùèé ïîðÿäêà 1 ã. Ñî÷åòàÿ øèðîêèé óãîë îáçîðà ñ õîðîøåé ãëóáèíîé ðåçêîñòè, NanEyeC îáåñïå÷èâàåò ñêîðîñòü è êà÷åñòâî èçîáðàæåíèÿ, íåîáõîäèìûå äëÿ ìíîæåñòâà ïîÿâëÿþùèõñÿ âèäåîïðèëîæåíèé, ãäå êàìåðà äîëæíà áûòü ïðàêòè÷åñêè íåâèäèìîé äëÿ êîíå÷íîãî ïîëüçîâàòåëÿ èëè ðàçìåùàòüñÿ â î÷åíü íåáîëüøîì ïðîñòðàíñòâå.

Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ äàò÷èêà NanEyeC Íîâûé äàò÷èê èçîáðàæåíèÿ NanEyeC ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìîäóëü ñ ëèíçîé, çàíèìàþ-

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

! Îòñëåæèâàíèå íàïðàâëåíèÿ âçãëÿäà â ãàðíèòóðàõ âèðòóàëüíîé èëè äîïîëíåííîé ðåàëüíîñòè;

5

! Îáíàðóæåíèå è ïîäñ÷åò êîëè÷åñòâà ëþäåé â ñèñòåìàõ àâòîìàòèçàöèè çäàíèé, òàêèõ êàê èíòåëëåêòóàëüíîå îñâåùåíèå è êîíäèöèîíèðîâàíèå âîçäóõà; ! Îáíàðóæåíèå îáúåêòîâ è ïðåäîòâðàùåíèå êîëëèçèé â ðîáîòèçèðîâàííîì îáîðóäîâàíèè, òàêîì êàê àâòîíîìíûå ïûëåñîñû èëè ìèíèàòþðíûå äðîíû; ! Èãðóøêè è ìîäåëè æåëåçíûõ äîðîã äëÿ ñîçäàíèÿ ýôôåêòà ïîãðóæåíèÿ; ! Êàïñóëüíàÿ ýíäîñêîïèÿ èëè èíñòðóìåíòû äëÿ ñòîìàòîëîãè÷åñêîé âèçóàëèçàöèè. Êàìåðà NanEyeC – ýòî ïîëíîôóíêöèîíàëüíûé äàò÷èê èçîáðàæåíèÿ, âûïóñêàåìûé â âèäå ìîäóëÿ ñ ëèíçîé â êîðïóñå äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà ðàçìåðîì 1 ìì × 1 ìì. Îí ïðåäîñòàâëÿåò öèôðîâûå âèäåîäàííûå ñ ìàêñèìàëüíûì ðàçðåøåíèåì 320 × 320 ïèêñåëåé è â ðåæèìå íåñèììåòðè÷íîãî èíòåðôåéñà ìîæåò äîñòèãàòü ìàêñèìàëüíîé ñêîðîñòè 58 êàäðîâ/ñ. Öèôðîâûå èíòåðôåéñû LVDS è SEIM äàò÷èêà ïîçâîëÿþò ëåãêî ïîäêëþ÷èòü åãî ê ëþáîìó óïðàâëÿþùåìó ìèêðîêîíòðîëëåðó èëè

Îöåíî÷íûé íàáîð NanoBerry äëÿ ìîäóëÿ NanEyeC.

ïðîöåññîðó ïðèëîæåíèé. Äëÿ ñíèæåíèÿ ïîòðåáëÿåìîé ìîùíîñòè ìîäóëü òàêæå èìååò ðåæèì îæèäàíèÿ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïîòðåáèòåëÿì äîñòóïíû îïûòíûå îáðàçöû äàò÷èêà èçîáðàæåíèÿ NanEyeC. Äîïîëíèòåëüíî ìîæíî çàêàçàòü îöåíî÷íûé íàáîð NanoBerry.

Òî÷íàÿ êîïèÿ ñòàòóè Ñâîáîäû âûñîòîé 1.8 ìì íàïå÷àòàíà íà 3D-ïðèíòåðå Ôðàíöóçñêàÿ êîìïàíèÿ Microlight3D, ñïåöèàëèçèðóþùàÿñÿ íà ïðîèçâîäñòâå ñèñòåì ìèêðîìàñøòàáíîé 2D- è 3D-ïå÷àòè âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ äëÿ ïðîìûøëåííûõ è íàó÷íûõ ïðèëîæåíèé, îáúÿâëÿåò î íîâûõ âîçìîæíîñòÿõ 3D-ìèêðîïå÷àòè, ïðåîäîëåâàþùèõ îãðàíè÷åíèå ïî âûñîòå ñòðóêòóð ìèêðîííîãî ðàçìåðà ïðè ñîõðàíåíèè ðàçðåøåíèÿ ìåíåå ìèêðîìåòðà.

×òîáû ïðîäåìîíñòðèðîâàòü ñâîþ íîâóþ ôóíêöèþ Long-range Z, Microlight3D â îçíàìåíîâàíèå Äíÿ èíàóãóðàöèè íàïå÷àòàëà

6

ñàìóþ ìàëåíüêóþ â ìèðå ñòàòóþ Ñâîáîäû – òî÷íóþ êîïèþ âûñîòîé 1.8 ìì è øèðèíîé 0.6 ìì. Áëàãîäàðÿ òåõíîëîãèè Long-range Z êëèåíòû Microlight3D ñìîãóò ñîçäàâàòü ìåëü÷àéøèå 3D êîíñòðóêöèè âûñîòîé äî 10 ìì. Ðàíüøå âûñîòà îáúåêòîâ áûëà îãðàíè÷åíà çíà÷åíèåì 0.3 ìì. Ïðåîäîëåíèå ýòîãî îãðàíè÷åíèÿ ïî âûñîòå îçíà÷àåò, ÷òî Microlight3D ñìîãëà óäîâëåòâîðèòü çàïðîñû èññëåäîâàòåëåé è ïðîìûøëåííûõ ðàçðàáîò÷èêîâ, ðàáîòàþùèõ íàä ñîçäàíèåì ìèêðîäåòàëåé, ìåòàìàòåðèàëîâ, ìåäèöèíñêèõ óñòðîéñòâ è âñåãî îñòàëüíîãî, ÷òî òðåáóåò ïðåöèçèîííîãî èçãîòîâëåíèÿ ïðåäìåòîâ âûñîòîé â íåñêîëüêî ìèëëèìåòðîâ. «Ïîëüçîâàòåëè òàêæå ñìîãóò âûïîëíÿòü ñîâìåùåíèå ñ óæå ñóùåñòâóþùèìè ôîòîøàáëîíàìè è ïå÷àòàòü èìåííî òàì, ãäå îíè çàõîòÿò. Áûëî î÷åíü çàáàâíî ðàçìåñòèòü êîïèþ ñòàòóè Ñâîáîäû íà ñëîâå «Liberty» (Ñâîáîäà)

ÍÎÂÎÑÒÈ

íà îäíîöåíòîâîé ìîíåòå, – ñêàçàë Ôèëèïï Ïàëüÿð (Philippe Paliard), ñîó÷ðåäèòåëü Microlight3D. – Èññëåäîâàòåëè è ïðîìûøëåííûå ðàçðàáîò÷èêè õîòÿò ðàáîòàòü íà ìåòàëëè÷åñêèõ èëè êðåìíèåâûõ ïëàñòèíàõ. Íàøà óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñèñòåìà 3D-ìèêðîïå÷àòè, ñîâìåñòèìàÿ ñ øèðîêèì ñïåêòðîì ìàòåðèàëîâ è ïîäëîæåê, ïîçâîëèò ñîçäàâàòü ñòðóêòóðû, êîòîðûå áûëè íåäîñòóïíû èì ðàíüøå. Îíè áóäóò ïîðàæåíû ñïîñîáíîñòüþ íàøåãî 3D-ìèêðîïðèíòåðà µFAB3D ïîçèöèîíèðîâàòü ëàçåð è ïå÷àòàòü íà òîðöàõ îïòè÷åñêèõ âîëîêîí äëÿ ïðèëîæåíèé ìèêðîîïòèêè».

Èííîâàöèè Microlight3D íàïå÷àòàëà ñòàòóþ ïðÿìî íà ìîíåòå, ÷òîáû ïðîäåìîíñòðèðîâàòü ñîâìåñòèìîñòü åå òåõíîëîãèè ñ ñàìûìè ðàçíûìè ïå÷àòíûìè ïîäëîæêàìè, îñîáåííî ñ ìåòàëëè÷åñêèìè è íåïðîçðà÷íûìè. Ñàìà ñòàòóÿ áûëà ñäåëàíà èç OrmoGreen – ïîëèìåðà, ëåãèðîâàííîãî íàíî÷àñòèöàìè äèîêñèäà êðåìíèÿ, – îñíîâíîãî êîìïîíåíòà ñòåêëà. Ðàçðàáîòàííûé Microlight3D ìàòåðèàë OrmoGreen èìååò ñòåêëîïîäîáíûå ñâîé-ñòâà, òàêèå êàê æåñòêîñòü è âûñîêàÿ õèìè÷åñêàÿ è òåðìè÷åñêàÿ ñòîéêîñòü. Ýòîò ïîëèìåð îêàçàëñÿ èäåàëüíûì äëÿ ñîçäàíèÿ áîëåå âûñîêèõ ñòðóêòóð ñ ìèêðîìåòðè÷åñêèì ðàçðåøåíèåì.

Îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ Ïîëüçîâàòåëè ñìîãóò ïðîèçâîäèòü ìèêðîäåòàëè è ìåòàìàòåðèàëû ñ ñîâåðøåííî íîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè ñ òî÷êè çðåíèÿ æåñòêîñòè, ýëàñòè÷íîñòè, ëåãêîñòè è ðåàêöèè íà íàãðóçêè. Ýòî ïîçâîëèò, ñðåäè ïðî÷åãî, ñîçäà-

Ñèñòåìà 3D-ïå÷àòè ñâåðõâûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ µFAB-3D.

âàòü èííîâàöèîííûå ìåäèöèíñêèå óñòðîéñòâà, òàêèå êàê ñòåíòû è ìèêðîèãëû äëÿ òðàíñäåðìàëüíûõ èíúåêöèé, à òàêæå ìèêðîîïòèêó, èñïîëüçóåìóþ â êà÷åñòâå ëèíç íà îïòè÷åñêèõ âîëîêíàõ, ñîåäèíèòåëè è ìèêðîýíäîñêîïû.

Òåõíîëîãèÿ Òåõíîëîãèÿ Microlight3D îñíîâàíà íà äâóõôîòîííîé ïîëèìåðèçàöèè, àêòèâèðóåìîé çåëåíûì èìïóëüñíûì ëàçåðîì, ðàáîòàþùèì íà äëèíå âîëíû 532 íì, êîòîðûé â ñî÷åòàíèè ñî ñâåðõòî÷íûìè äâèæóùèìèñÿ ñòîëèêàìè ñîçäàåò 3D-îáúåêòû â ôîòîòâåðäåþùåì ìàòåðèàëå ñ ñóáìèêðîííûì ðàçðåøåíèåì. Íåïîëèìåðèçîâàííàÿ ñìîëà óäàëÿåòñÿ â ïðîñòîé âàííå ñ ðàñòâîðèòåëåì.

Íîâûå òåõíîëîãèè óëó÷øåíèÿ àêóñòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê óêðåïëÿþò ëèäåðñòâî Infineon íà ðûíêå ÌÝÌÑ ìèêðîôîíîâ Ïî äàííûì èññëåäîâàòåëüñêîãî êîíñàëòèíãîâîãî àãåíòñòâà Omdia, ëèäèðóþùèå ïîçèöèè íà ðûíêå ÌÝÌÑ ìèêðîôîíîâ ñåé÷àñ çàíèìàåò êîìïàíèÿ Infineon Technologies. Àíàëèç îáúåìà ïðîäàæ ÌÝÌÑ ìèêðîñõåì ïîêàçàë, ÷òî äîëÿ ðûíêà Infineon ðåçêî âîçðîñëà äî 43.5%. Ýòî ñòàâèò Infineon íà ïåð-

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

7

âîå ìåñòî ñ îòðûâîì ïî÷òè íà 4 ïðîöåíòíûõ ïóíêòà îò âòîðîãî ìåñòà è áîëåå ÷åì íà 37 ïðîöåíòíûõ ïóíêòîâ îò òðåòüåãî. Òàêîå ïîçèòèâíîå ðàçâèòèå îáóñëîâëåíî ìíîãîëåòíèì îïûòîì Infineon â ðàçðàáîòêå è êðóïíîìàñøòàáíîì ïðîèçâîäñòâå ÌÝÌÑ ìèêðîôîíîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ íåïðåâçîéäåííûå ïîòðåáèòåëüñêèå âîçìîæíîñòè. Òåïåðü Infineon çàïóñêàåò â ïðîèçâîäñòâî àíàëîãîâûé ÌÝÌÑ ìèêðîôîí ñëåäóþùåãî ïîêîëåíèÿ, äåìîíñòðèðóþùèé åùå áîëåå âûñîêèå ðåçóëüòàòû – IM73A135 ñåìåéñòâà XENSIV. Ðàçðàáîò÷èêàì, èñïîëüçóþùèì ìèêðîôîíû, ÷àñòî ïðèõîäèòñÿ èäòè íà êîìïðîìèññû, âûáèðàÿ ìåæäó ÌÝÌÑ è ýëåêòðåòíûìè êîíäåíñàòîðíûìè ìèêðîôîíàìè (ECM), ÷òîáû îáåñïå÷èòü âûñîêîå îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì, íåáîëüøèå ðàçìåðû êîðïóñà, âûñîêóþ òî÷êó àêóñòè÷åñêîé ïåðåãðóçêè è íèçêîå ýíåðãîïîòðåáëåíèå. Ïî ýòîé ïðè÷èíå â ïðèëîæåíèÿõ, òðåáóþùèõ ìèêðîôîíîâ ñ ñàìûìè âûñîêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè, ðàíüøå ìîãëè èñïîëüçîâàòüñÿ ECM âìåñòî ÌÝÌÑ. Òåïåðü IM73A135 óïðîñòèò ïîèñê êîìïðîìèññà. Îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì 73 äÁ è âûñîêàÿ òî÷êà àêóñòè÷åñêîé ïåðåãðóçêè (135 äÁ SPL) îáåñïå÷èâàþò ìèêðîôîíó î÷åíü øèðîêèé äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ïðè ðàçìåðàõ âñåãî 4 × 3 × 1.2 ìì. Íîâûé ÌÝÌÑ ìèêðîôîí îò Infineon òàêæå îòëè÷àåòñÿ òî÷íîé ñîãëàñîâàííîñòüþ àìïëèòóäíî-÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòè-

êè äëÿ íàèáîëåå ýôôåêòèâíîé îáðàáîòêè àóäèîñèãíàëîâ è ñàìûì íèçêèì â îòðàñëè ïîòðåáëåíèåì òîêà – 170 ìêÀ. Òàêèì îáðàçîì, IM73A135 ïîçâîëÿåò ðàçðàáîò÷èêàì äîñòè÷ü âûñîêîãî óðîâíÿ àóäèî õàðàêòåðèñòèê, ðàíåå äîñòèæèìûõ ëèøü ïðè èñïîëüçîâàíèè ECM, è â òî æå âðåìÿ âîñïîëüçîâàòüñÿ ïðåèìóùåñòâàìè, êîòîðûå äàåò òåõíîëîãèÿ ÌÝÌÑ. Íîâûé MEMS ìèêðîôîí îò Infineon îòëè÷àåòñÿ ïðåâîñõîäíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè äëÿ ñèñòåì àêòèâíîãî øóìîïîäàâëåíèÿ â íàóøíèêàõ, ðûíîê êîòîðûõ ê 2025 ãîäó âûðàñòåò ïðèìåðíî äî 250 ìèëëèîíîâ óñòðîéñòâ ñî ñðåäíåãîäîâûì òåìïîì ðîñòà 16 ïðîöåíòîâ. Êðîìå òîãî, íèçêèé óðîâåíü ñîáñòâåííîãî øóìà äåëàåò IM73A135 îñîáåííî ïîäõîäÿùèì äëÿ âûñîêîêà÷åñòâåííîãî çàõâàòà çâóêà, íåîáõîäèìîãî â êîíôåðåíö-ñèñòåìàõ, êàìåðàõ èëè öèôðîâûõ ìàãíèòîôîíàõ. Ðûíîê, êîòîðûé, íà êîòîðîì, êàê îæèäàåòñÿ, òàêæå ïðîèçîéäåò çíà÷èòåëüíûé ðîñò.

Äîñòóïíîñòü ÌÝÌÑ ìèêðîôîí IM73A135 ñåìåéñòâà XENSIV áóäåò äîñòóïåí äëÿ ïðèîáðåòåíèÿ ÷åðåç äèñòðèáüþòîðîâ Infineon ñ ìàðòà 2021 ãîäà. Ïàðòíåðàìè êîìïàíèè, ñîòðóäíè÷àþùèìè ñ Infineon â ðàìêàõ èíèöèàòèâû «Infineon-inside», íîâàÿ òåõíîëîãèÿ ÌÝÌÑ ìèêðîôîíîâ íà÷íåò èñïîëüçîâàòüñÿ â íîñèìûõ óñòðîéñòâàõ â ôåâðàëå 2021 ãîäà.

Renesas ïðåäñòàâëÿåò ïåðâóþ â ìèðå ìèêðîñõåìó 60-âàòòíîãî ïðèåìíèêà áåñïðîâîäíîé ýíåðãèè  îäíîêðèñòàëüíîé ìèêðîñõåìå P9418, îáåñïå÷èâàþùåé ðåøåíèå ñ âûñî÷àéøåé óäåëüíîé ìîùíîñòüþ äëÿ çàðÿäêè ñìàðòôîíîâ è ìîáèëüíûõ óñòðîéñòâ, ñî÷åòàþòñÿ òåõíîëîãèÿ WattShare, ëó÷øèå òåïëîâûå õàðàêòåðèñòèêè è ëó÷øàÿ â ñâîåì êëàññå òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ òîêà Renesas Electronics ïðåäñòàâèëà ïåðâûé â ìèðå 60-âàòòíûé ïðèåìíèê áåñïðîâîäíîé ýíåðãèè P9418, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ ñîçäàíèÿ ðåøåíèé ñ ñàìîé âûñîêîé â îòðàñëè óäåëüíîé ìîùíîñòüþ, ïîçâîëÿþùèõ ïîâûñèòü ñêîðîñòü áåñïðîâîäíîé çàðÿäêè ñìàðòôîíîâ, íîóòáóêîâ è ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâ. Áëàãîäàðÿ ðàçðàáîòàííîé Renesas ýêñêëþçèâíîé òåõíîëîãèè WattShare, âûñîêîèíòåãðèðîâàííûé

8

ÍÎÂÎÑÒÈ

îäíîêðèñòàëüíûé ïðèåìíèê áåñïðîâîäíîé ýíåðãèè P9418 îáåñïå÷èâàåò ìîùíîñòü äî 60 Âò. Ýòî ïîçâîëÿåò áûñòðî è óäîáíî çàðÿæàòü íå òîëüêî ñìàðòôîíû, íî è ðàçëè÷íûå ïîðòàòèâíûå âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà. Ìèêðîñõåìà P9418, îñíîâàííàÿ íà çàïàòåíòîâàííîé Renesas òåõíîëîãèè WattShare, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âûñîêîèíòåãðèðîâàííîå îäíîêðèñòàëüíîå óñòðîéñòâî áåñïðîâîäíîé ïåðåäà÷è/ïðèåìà ýíåðãèè, êîòîðîå ìîæåò áûòü ñêîíôèãóðèðîâàíî êàê äëÿ ïåðåäà÷è, òàê è äëÿ ïðèåìà ýíåðãèè ïåðåìåííîãî òîêà ïîñðåäñòâîì ìàãíèòíîé èíäóêöèè. P9418 ïîñòðîåí íà áàçå ïðîâåðåííîãî ïðèåìíèêà áåñïðîâîäíîé ýíåðãèè P9415 è îáåñïå÷èâàåò ïðîñòîé ñïîñîá ìîäåðíèçàöèè ñóùåñòâóþùåãî îáîðóäîâàíèÿ. Íîâûé ïðèåìíèê P9418 òàêæå ïîääåðæèâàåò ðàñøèðåííûå ïðîòîêîëû òåëåìåòðèè è çàïàòåíòîâàííûå ïðîòîêîëû çàðÿäêè, íåîáõîäèìûå äëÿ ïðèëîæåíèé áîëüøîé ìîùíîñòè.

Êëþ÷åâûå îñîáåííîñòè 60-âàòòíîãî ïðèåìíèêà áåñïðîâîäíîé ýíåðãèè P9418 ! Îäíîêðèñòàëüíîå ðåøåíèå ñðåäíåé ìîùíîñòè äëÿ áåñïðîâîäíîé ïåðåäà÷è ýíåðãèè; !  êîíôèãóðàöèè ïðèåìíèêà îáåñïå÷èâàåò äî 60 Âò â ðåøåíèè ñ ñàìîé âûñîêîé ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè;

! Ðåæèì WattShare ñ ïîääåðæêîé ïåðåäà÷è ìîùíîñòè äî 10 Âò; ! Âñòðîåííûé 32-áèòíûé ïðîöåññîð ARM Cortex-M0; ! Ëó÷øàÿ â ñâîåì êëàññå òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ âûõîäíîãî òîêà äëÿ ðàñøèðåíèÿ âîçìîæíîñòåé îáíàðóæåíèÿ ïîñòîðîííèõ ïðåäìåòîâ; ! Ìíîãîêðàòíî ïðîãðàììèðóåìàÿ ýíåðãîíåçàâèñèìàÿ ïàìÿòü äëÿ ïðîñòîãî îáíîâëåíèÿ ïðîøèâêè è ôóíêöèé óñòðîéñòâà; ! Äâóíàïðàâëåííàÿ ñâÿçü äëÿ ïîääåðæêè ñîáñòâåííîé òåõíîëîãèè àóòåíòèôèêàöèè ñ øèôðîâàíèåì; ! Ïîääåðæêà ñòàíäàðòíîãî èíòåðôåéñà I2C ñ ÷àñòîòîé 400 êÃö è âõîäîâ/âûõîäîâ îáùåãî íàçíà÷åíèÿ; ! Ñîîòâåòñòâóþò ñïåöèôèêàöèè 1.2.4 ñòàíäàðòà Qi è ðàçëè÷íûì ðåæèìàì çàðÿäêè, ðàçðàáîòàííûì êîìïàíèåé Renesas. ×òîáû óñêîðèòü ðàçðàáîòêó ñâîèõ ïðèëîæåíèé, ïîòðåáèòåëè òàêæå ìîãóò êîìáèíèðîâàòü ïðèåìíèê áåñïðîâîäíîé çàðÿäêè P9418 ñ ðàçëè÷íûìè ìèêðîñõåìàìè óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì, èìåþùèìèñÿ â ïîðòôåëå Renesas, âêëþ÷àÿ ðåøåíèÿ, ïîääåðæèâàþùèå USB Type-C.

Äîñòóïíîñòü 60-âàòòíûé ïðèåìíèê áåñïðîâîäíîé ýíåðãèè P9418 óæå äîñòóïåí äëÿ ïðèîáðåòåíèÿ.

Microchip âûïóñêàåò ïåðâîå ñåìåéñòâî 8-ðàçðÿäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ äëÿ ñåòåé CAN FD Êîíñòðóêòîðû àâòîìîáèëüíîé ýëåêòðîíèêè òåïåðü ìîãóò ðàñøèðèòü âîçìîæíîñòè ñâîèõ ñèñòåì áëàãîäàðÿ ïîäêëþ÷åíèþ ê ñåòè ñ ïîìîùüþ ãèáêîé è ïðîñòîé â èñïîëüçîâàíèè íåçàâèñèìîé îò ÿäðà ïåðèôåðèè Ó÷èòûâàÿ ðàñòóùóþ ïîòðåáíîñòü â óâåëè÷åíèè ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè è ãèáêîñòè óïðàâëåíèÿ ñêîðîñòÿìè ïåðåäà÷è äàííûõ â ïîñòîÿííî ðàçâèâàþùèõñÿ àâòîìîáèëüíûõ ïðèëîæåíèÿõ, ñâÿçàííûõ ñ áåçîïàñíîñòüþ è êîììóíèêàöèÿìè, à òàêæå â äàëüíåéøåé ïîääåðæêå ðàçðàáîòêè ñîâðåìåííûõ ñèñòåì ïîìîùè âîäèòåëþ, Microchip Technology àíîíñèðîâàëà ñåìåéñòâî ìèêðîêîíòðîëëåðîâ

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

9

PIC18-Q84 – ïåðâûõ ïðèáîðîâ ñ àðõèòåêòóðîé PIC18, êîòîðûå ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïåðåäà÷è è ïðèåìà äàííûõ ÷åðåç øèíó CAN ñ ãèáêîé ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è äàííûõ (CAN FD). Ñåìåéñòâî ìèêðîñõåì PIC18-Q84, îñíàùåííûõ øèðîêèì ñïåêòðîì íåçàâèñèìûõ îò ÿäðà ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ (CIP), ñïîñîáíûõ âûïîëíÿòü ìíîæåñòâî çàäà÷ áåç âìåøàòåëüñòâà öåíòðàëüíîãî ïðîöåññîðà, ñîêðàòèò êàê âðåìÿ, òàê è çàòðàòû ïðè ïîäêëþ÷åíèè ñèñòåì ê ñåòè CAN FD. Ñåìåéñòâî ïðåäîñòàâëÿåò ïðîñòîå ðåøåíèå äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ äàò÷èêîâ íà øèíó CAN FD áåç íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ øëþçîâ èëè ñëîæíûõ ìåòîäîâ ñåòåâîé êîììóòàöèè. Êðîìå òîãî, êîíôèãóðèðóåìàÿ íåçàâèñèìàÿ îò ÿäðà ïåðèôåðèÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ íîâîãî ñåìåéñòâà ïîçâîëÿåò ëåãêî ðåàëèçîâûâàòü ïîëüçîâàòåëüñêèå àïïàðàòíûå ôóíêöèè äëÿ àâòîìîáèëüíûõ è ïðîìûøëåííûõ ïðèëîæåíèé, ïðàêòè÷åñêè íå âíîñÿùèå çàäåðæåê. Äîïîëíèòåëüíîå ïðîãðàììèðîâàíèå íå òðåáóåòñÿ. Ôóíêöèîíàëüíàÿ áåçîïàñíîñòü îáåñïå÷èâàåòñÿ 32-áèòíûì öèêëè÷åñêèì èçáûòî÷íûì êîäîì ñî ñêàíèðîâàíèåì (CRC/SCAN) è îêîííûì ñòîðîæåâûì òàéìåðîì, à îòëàäêà è òåñòèðîâàíèå ïîääåðæèâàþòñÿ ñòàíäàðòíûì äëÿ îòðàñëè èíòåðôåéñîì JTAG.

Èíñòðóìåíòû ðàçðàáîòêè è ïîääåðæêà ïðîäóêòîâ CAN FD Ñåìåéñòâî ìèêðîêîíòðîëëåðîâ PIC18Q84 ïîääåðæèâàåòñÿ ðÿäîì àïïàðàòíûõ è ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ. Àïïàðàòíûå ñðåäñòâà âêëþ÷àþò îòëàäî÷íûå ïëàòû Curiosity Nano è Curiosity High Pin Count. Äîñòóïåí òàêæå ïîäêëþ÷àåìûé ìîäóëü äëÿ ïëàòû ðàçðàáîòêè àâòîìîáèëüíûõ ñåòåé è äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ ñ îòëàäî÷íûìè ïëàòàìè Microchip. Ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà âêëþ÷àþò áåñïëàòíóþ ãðàôè÷åñêóþ ñðåäó êîíôèãóðèðîâàíèÿ è ïðîãðàììèðîâàíèÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ – MPLAB Code Configurator (MCC).

Îöåíî÷íûé íàáîð Curiosity Nano (DM182030) äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðà PIC18F57Q84.

Öåíà è äîñòóïíîñòü Óñòðîéñòâà ñåìåéñòâà PIC18-Q84 äîñòóïíû äëÿ ïðèîáðåòåíèÿ â ïðîìûøëåííûõ êîëè÷åñòâàõ. Öåíà îäíîé ìèêðîñõåìû â ïàðòèè èç 10,000 øòóê íà÷èíàåòñÿ îò $0.78.

Ñåìåéñòâî ìèêðîêîíòðîëëåðîâ PIC18-Q84 Ïðîäóêò

Êîë-âî Ïàìÿòü âûâîäîâ ïðîãðàìì (ÊÁ)

ÎÇÓ (ÊÁ)

Ìàêñèìàëüíîå ðàçðåøåíèå ÀÖÏ (áèò)

JTAG

PIC18F26Q84

28

64

8

12

Ïåðèôåðèéíîå ñêàíèðîâàíèå

PIC18F27Q84

28

128

13000

12

Ïåðèôåðèéíîå ñêàíèðîâàíèå

PIC18F46Q84 PIC18F47Q84

40 40

64 128

8 13000

12 12

Ïåðèôåðèéíîå ñêàíèðîâàíèå Ïåðèôåðèéíîå ñêàíèðîâàíèå

PIC18F56Q84 PIC18F57Q84

48 48

64 128

8 13000

12 12

Ïåðèôåðèéíîå ñêàíèðîâàíèå Ïåðèôåðèéíîå ñêàíèðîâàíèå

Analog Devices àíîíñèðîâàëà âûñîêîñêîðîñòíîé CAN ðàñøèðèòåëü øèíû I2C Analog Devices ïðåäñòàâèëà íàäåæíûé âûñîêîñêîðîñòíîé ïðèåìîïåðåäàò÷èê LT3960, 2 ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ ðàñøèðåíèÿ øèíû I C ñ îäíèì çàäàò÷èêîì â æåñòêèõ èëè øóìíûõ óñëîâèÿõ ñî ñêîðîñòüþ äî 400 êáèò/ñ ïîñðåäñòâîì èñïîëüçîâàíèÿ ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ CAN.

10

Îäèí ïðèåìîïåðåäàò÷èê LT3960 ðàñïîëàãàåò2 ñÿ ðÿäîì ñ âåäóùèì óñòðîéñòâîì I C, ñîçäàâàÿ èç ëèíèé SCL è SDA ýêâèâàëåíòíûå äèô2 ôåðåíöèàëüíûå øèíû (I CAN) íà äâóõ âèòûõ ïàðàõ. Íà äðóãîì êîíöå âèòîé ïàðû âòîðîé 2 LT3960 ëîêàëüíî âîññîçäàåò øèíó I C äëÿ

ÍÎÂÎÑÒÈ

! Äðàéâåðû ñ îãðàíè÷åíèåì òîêà è òåïëîâîé çàùèòîé; ! Îòñóòñòâèå âûáðîñîâ íà âûõîäàõ äðàéâåðîâ ïðè âêëþ÷åíèè/âûêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ, ! Ðåæèì îòêëþ÷åíèÿ ñ íèçêèì òîêîì ïîòðåáëåíèÿ; ! Ôóíêöèÿ òàéì-àóòà ïåðåäà÷è äîìèíàíòíîãî áèòà; ! Äîñòóïíû âàðèàíòû äëÿ òåìïåðàòóðíûõ äèàïàçîíîâ E è J; ! 10-âûâîäíîé êîðïóñ MSOP; 2

ëþáûõ ïîä÷èíåííûõ óñòðîéñòâ I C. Èíòåãðèðîâàííûé LDO ðåãóëÿòîð îáåñïå÷èâàåò ïèòà2 2 íèåì 3.3  êàê øèíó I C, òàê è I CAN ïðè íàïðÿæåíèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ îò 4  äî 60 Â.  êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû LT3960 ìîæåò ïèòàòüñÿ íåïîñðåäñòâåííî îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ 3.3  èëè 5 Â.

LT3960 âûïóñêàåòñÿ â 10-âûâîäíîì êîðïóñå MSOP.

! Ïðîõîäÿò ïðîöåäóðó ñåðòèôèêàöèè ïî ñòàíäàðòó AEC-Q100.

SDA (ÂÅÄÎÌÛÉ) 5 Â/ÄÅË SDA (ÂÅÄÓÙÈÉ) 5 Â/ÄÅË

Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ! Çàùèòà îò ïîâûøåííîãî íàïðÿæåíèÿ íà ëèíèè äî ±40 Â; ! Ñêîðîñòü îáìåíà ïî øèíå I2C äî 400 êáèò/ñ; ! Äèàïàçîí íàïðÿæåíèé èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ îò 4  äî 60  ïðè íàïðÿæåíèè âíóòðåííåãî ðåãóëÿòîðà 3.3 Â; ! Íàïðÿæåíèå øèíû 3.3  èëè 5 Â; ! Ðàñøèðåííûé äèàïàçîí ñèíôàçíûõ íàïðÿæåíèé (±36 Â); ! Óñòîé÷èâîñòü ê ðàçðÿäàì ìîäåëè ÷åëîâå÷åñêîãî òåëà: # ±8 ê íà âûâîäàõ CAN, # ±2 ê íà âñåõ îñòàëüíûõ âûâîäàõ; VCC 5Â

GND1–GND2 20 Â/ÄÅË 10 ìêñ/ÄÅË LT3960 Â ÐÅÆÈÌÅ ÂÅÄÎÌÎÃÎ ÏÈÒÀÍÈÅ ÎÒ ÂÍÓÒÐÅÍÍÅÃÎ LDO (VCC = 3.3 Â)

Ïðèåì äàííûõ I2C ïðè íàëè÷èè äèôôåðåíöèàëüíîé ïîìåõè ±25 Â.

Ñôåðû ïðèìåíåíèÿ ! Ïðîìûøëåííûå ñåòè; ! Àâòîìîáèëüíûå ñåòè; ! Óäàëåííûå äàò÷èêè.

VIN 4 Â … 60 Â

2.2µF

VIN VCC 10k

SDA SCL

EN/MODE

CANSDAH 120W

LT3960

10k SDA SCL

HIGH = ÂÅÄÓÙÈÉ

VIN CANSDAH 120W

CANSDAL CANSCLH 120W

120W

CANSCLL GND

CANSCLL GND GND1

2.2µF

LT3960 CANSDAL CANSCLH

VCC 3.3 Â

VCC 10k

10k

SDA SCL EN/MODE

GND2

SDA SCL ÍÅ ÏÎÄÊËÞ×ÅÍ = = ÂÅÄÎÌÛÉ

ÇÅÌËß AC ÏÅÒËß £ 36 Â ÏÈÊ-ÏÈÊ (VCC = 5 Â) < 25 Â ÏÈÊ-ÏÈÊ (VCC = 3.3 Â)

Îáìåí äàííûìè ïî øèíå I2CAN ïðè áîëüøîì íàïðÿæåíèè äèôôåðåíöèàëüíîé ïîìåõè.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

11

EPC ïðåäñòàâëÿåò äåìîíñòðàöèîííóþ ïëàòó 300âàòòíîãî DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ eGaN ïîëåâûìè òðàíçèñòîðàìè è íîâûì êîíòðîëëåðîì Renesas Êîìáèíàöèÿ ñäâîåííîãî ñèíõðîííîãî ïîíèæàþùåãî êîíòðîëëåðà GaN îò Renesas è ñâåðõýôôåêòèâíûõ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ eGaN îò EPC îáåñïå÷èâàåò âûñîêèå çíà÷åíèÿ óäåëüíîé ìîùíîñòè è ÊÏÄ ïðè òåõ æå ðàçìåðàõ è ñòîèìîñòè, ÷òî è ðåøåíèÿ íà îñíîâå êðåìíèÿ Êîìïàíèÿ Efficient Power Conversion (EPC) îáúÿâëÿåò î âûïóñêå ìèíèàòþðíîé äåìîíñòðàöèîííîé ïëàòû 300-âàòòíîãî DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ EPC9157 êðîøå÷íîãî ôîðìàòà 1/16 Brick ñ ðàçìåðàìè âñåãî 33 ìì × 22.9 ìì × 9 ìì. Íà äåìîíñòðàöèîííîé ïëàòå EPC9157 óñòàíîâëåíû ñäâîåííûé 80-âîëüòîâûé êîíòðîëëåð ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ISL81806 êîìïàíèè Renesas è eGaN ïîëåâûå òðàíçèñòîðû íîâåéøåãî ïîêîëåíèÿ EPC2218, âûïóñêàåìûå êîìïàíèåé EPC, êîìáèíàöèÿ êîòîðûõ ïîçâîëèëà äîñòè÷ü ÊÏÄ áîëåå 95% ïðè ïðåîáðàçîâàíèè 48  â ñòàáèëèçèðîâàííîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå 12  ïðè òîêå íàãðóçêè 25 À.

DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëè ôîðìàòà Brick øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â öåíòðàõ îáðàáîòêè äàííûõ, âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêå, òåëåêîììóíèêàöèîííîì è àâòîìîáèëüíîì îáîðóäîâàíèè äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ íîìèíàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ 48  â ñòàíäàðòíîå íàïðÿæåíèå ðàñïðåäåëèòåëüíîé øèíû 12  è â äðóãèå âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ. Îñíîâíàÿ öåëü ñîçäàíèÿ ýòîé äåìîíñòðàöèîííîé çàêëþ÷àëàñü â äîñòèæåíèè áîëåå âûñîêîé óäåëüíîé ìîùíîñòè. Ïîëåâûå òðàíçèñòîðû eGaN îáåñïå÷èâàþò áûñòðîå ïåðåêëþ÷åíèå, âûñîêèé ÊÏÄ è íåáîëüøèå ðàçìåðû, ÷òî ïîçâîëèëî óäîâëåòâîðèòü ñòðîãèå òðåáîâàíèÿ ê óäåëüíîé ìîùíîñòè ýòèõ ïåðåäîâûõ ïðèëîæåíèé.

12

EPC2218 – ýòî ñàìûé ìèíèàòþðíûé âûñîêîýôôåêòèâíûé ïîëåâîé òðàíçèñòîð èç ïðåäñòàâëåííûõ íà ðûíêå 100-âîëüòîâûõ eGAN ïðèáîðîâ. Ðàçðàáîòàííàÿ Renesas ìèêðîñõåìà ISL81806 ÿâëÿåòñÿ ïåðâûì â îòðàñëè 80âîëüòîâûì äâóõêàíàëüíûì èëè äâóõôàçíûì ñèíõðîííûì ïîíèæàþùèì êîíòðîëëåðîì ñ èíòåãðèðîâàííûìè äðàéâåðàìè GaN òðàíçèñòîðîâ, ïîääåðæèâàþùèì ÷àñòîòû ïðåîáðàçîâàíèÿ äî 2 ÌÃö. Îí èñïîëüçóåò ðåæèì óïðàâëåíèÿ ïî ïèêîâîìó òîêó äðîññåëÿ è îáåñïå÷èâàåò ñòàáèëèçàöèþ äâóõ íåçàâèñèìûõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé èëè îäíîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñ äâóìÿ ÷åðåäóþùèìèñÿ ôàçàìè êîììóòèðóþùèõ èìïóëüñîâ. Êîíòðîëëåð ïîääåðæèâàåò ðàñïðåäåëåíèå òîêîâ íà îáùóþ íàãðóçêó, ñèíõðîíèçàöèþ äëÿ ïàðàëëåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ áîëüøåãî êîëè÷åñòâà êîíòðîëëåðîâ è/èëè áîëüøåãî êîëè÷åñòâà ôàç, ïîâûøåííûé ÊÏÄ ïðè ëåãêîé íàãðóçêå è íèçêèé òîê â ðåæèìå îòêëþ÷åíèÿ. Êîíòðîëëåð ñîäåðæèò öåïè çàùèòû îò ïîíèæåííîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ïåðåãðóçêè ïî òîêó, ïîâûøåííîãî íàïðÿæåíèÿ è ïåðåãðåâà êðèñòàëëà. ISL81806 ìîæåò íàïðÿìóþ óïðàâëÿòü GaN ïîëåâûìè òðàíçèñòîðàìè êîìïàíèè EPC, îáåñïå÷èâàÿ ïðîñòîòó êîíñòðóêöèè, íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî êîìïîíåíòîâ è íèçêóþ ñòîèìîñòü ðåøåíèÿ. Ñíèæåíèå ñòîèìîñòè êîìïîíåíòîâ äëÿ ðåøåíèé íà îñíîâå GaN ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò òîãî, ÷òî ISL81806 íå òðåáóåò êàêèõ-ëèáî ìèêðîêîíòðîëëåðîâ, òîêîèçìåðèòåëüíûõ óñèëèòåëåé èëè âñïîìîãàòåëüíîãî ïèòàíèÿ.

Öåíà è äîñòóïíîñòü Äåìîíñòðàöèîííàÿ ïëàòà EPC9157 ïðîäàåòñÿ ïî öåíå $378.00 çà øòóêó è äîñòóïíà äëÿ íåìåäëåííîãî ïðèîáðåòåíèÿ ó äèñòðèáüþòîðñêîé êîìïàíèè Digi-Key.

ÍÎÂÎÑÒÈ

Qorvo ïðåäñòàâëÿåò ïåðâûé ïîëíîñòüþ èíòåãðàëüíûé àâòîìîáèëüíûé êîììóòàòîð eCall ñ ëó÷øèìè â îòðàñëè íàäåæíîñòüþ è ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ Îäèí êîìïàêòíûé êîììóòàòîð-ìàðøðóòèçàòîð çàìåíÿåò íåñêîëüêî äèñêðåòíûõ óñòðîéñòâ äëÿ ýêñòðåííîé ñâÿçè Qorvo ïðåäñòàâèëà ïåðâûé èíòåãðàëüíûé øèðîêîïîëîñíîé êîììóòàòîð ìàðøðóòèçàòîðà àíòåííû, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ àâòîìîáèëüíûõ ñèñòåì ýêñòðåííîãî âûçîâà (eCall). Íèçêèå ïîòåðè è âûñîêàÿ ëèíåéíîñòü êîììóòàòîðà ïîçâîëÿþò ïåðåêëþ÷àòü îñíîâíîé êàíàë ñîòîâîé ñâÿçè íà äðóãèå àíòåííû â àâòîìîáèëå, ÷òîáû îáåñïå÷èòü íàäåæíóþ ñâÿçü ñî ñïàñàòåëüíûìè ñëóæáàìè âî âðåìÿ àâàðèè. Ñèñòåìà eCall ñòàëà ïðåäëàãàòüñÿ ïðîèçâîäèòåëÿìè àâòîìîáèëåé â ÑØÀ, íà÷èíàÿ ñ 2008 ãîäà, à â ÅÑ ýòà ôóíêöèÿ áåçîïàñíîñòè ñòàëà îáÿçàòåëüíîé äëÿ âñåõ ïðîäàâàåìûõ àâòîìîáèëåé ñ 2018 ãîäà.

ôèãóðàöèé òåëåìàòè÷åñêèõ ìîäóëåé TCU (Telematic Control Unit). Óñòðîéñòâà òàêæå ñíèæàþò âíîñèìûå ïîòåðè äî 1 äÁ, óâåëè÷èâàÿ äî ìàêñèìóìà ýôôåêòèâíóþ ìîùíîñòü, ïåðåäàâàåìóþ íà âíåøíþþ àíòåííóþ ðåøåòêó eCall. Ýòî ìèíèìèçèðóåò òåïëîâûå ýôôåêòû è îáåñïå÷èâàåò ëó÷øåå êà÷åñòâî ñîåäèíåíèÿ â ñåòÿõ ñîòîâîé ñâÿçè è 5G, äàæå â ðàéîíàõ ñ îãðàíè÷åííûì óðîâíåì ñèãíàëà.

QPC1252Q ANT1

RF1

ANT2

RF2

ANT3

RF3

ANT4

RF4 RF5 ÊÎÍÒÐÎËËÅÐ ÈÍÒÅÐÔÅÉÑÀ RFFE

RF6

Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà êîììóòàòîðà QPC1252Q.

Qorvo ïðåäëàãàåò äâå âåðñèè íîâîãî êîììóòàòîðà, îáå èç êîòîðûõ ñîîòâåòñòâóþò òðåáîâàíèÿì Óðîâíÿ 2 ñòàíäàðòà AEC-Q100: QPC1251Q äëÿ îáû÷íûõ ñèñòåì eCall è QPC1252Q äëÿ eCall ñ äâóìÿ SIM-êàðòàìè (DSDA). Îáå ïîçâîëÿþò ñýêîíîìèòü äî 50% ïëîùàäè ïå÷àòíîé ïëàòû ïî ñðàâíåíèþ ñ òðàäèöèîííûìè ðåàëèçàöèÿìè êîììóòàòîðîâ íà äèñêðåòíûõ êîìïîíåíòàõ è îáåñïå÷èâàþò âîçìîæíîñòü ãîðÿ÷åé êîììóòàöèè ìîùíîñòè äî +29 äÁì, ÷òî ïîäõîäèò äëÿ âñåõ êîí-

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

QPC1251Q/1252Q âûïóñêàþòñÿ â íåáîëüøèõ ñîâìåñòèìûõ ïî âûâîäàì êîðïóñàõ è ïîääåðæèâàþò ñàìûå ñëîæíûå òðåáîâàíèÿ TCU. ×òîáû ñîçäàòü çàêîí÷åííîå ðåøåíèå äëÿ ìàðøðóòèçàöèè àíòåííû eCall, ïîääåðæèâàþùåå ïðèëîæåíèÿ êàê ñ DSDA, òàê è áåç DSDA, OEM-ïðîèçâîäèòåëÿì è ïåðâè÷íûì ïîñòàâùèêàì ïîòðåáóåòñÿ ëèøü îäèí êîììóòàòîð. Äëÿ ðåàëèçàöèè êîíêóðèðóþùèõ ïðåäëîæåíèé òðåáóåòñÿ íå ìåíåå ÷åòûðåõ äèñêðåòíûõ ïåðåêëþ÷àòåëåé, ñîîòâåòñòâóþùåå ñîãëàñîâàíèå è íåñêîëüêî ÷åëîâåêî-ìåñÿöåâ ïðîåêòèðîâàíèÿ ïëàòû TCU.

13

Êàê ðåàëèçîâàòü öèôðîâóþ ñõåìó óïðàâëåíèÿ èìïóëüñíûì ïðåîáðàçîâàòåëåì ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè ×àñòü 2 Îêîí÷àíèå. Íà÷àëî â íîìåðå 11,12-2020

Àëåêñàíäð Ðóñó, Îäåññà, Óêðàèíà

Îñîáåííîñòè âûïîëíåíèÿ ôîíîâûõ îïåðàöèé Çà âðåìÿ îäíîãî ïåðèîäà ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ 20 ìñ ìèêðîêîíòðîëëåð ñòàáèëèçàòîðà GOFER-9000 «ïðîvIN(t)

20 ìñ

t

Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå ÿäðîì 1

2

3

800 t 25 ìêñ

Îïåðàöèè, òðåáóþùèå íåìåäëåííîãî âûïîëíåíèÿ Îïåðàöèè, òðåáóþùèå ìàêñèìàëüíî áûñòðîãî âûïîëíåíèÿ Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå â ôîíîâîì ðåæèìå

Ðèñóíîê 10. Ïðèáëèçèòåëüíûé ïëàí âûïîëíåíèÿ îïåðàöèé çà âðåìÿ ïåðèîäà ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ.

14

ñ÷èòûâàåò» îêîëî 800 èòåðàöèé îñíîâíîãî öèêëà, â êàæäîé èç êîòîðûõ, â îáùåì ñëó÷àå, ìîãóò áûòü ñâîè ôîíîâûå çàäà÷è. Íàïðèìåð, íà ïåðâîé èòåðàöèè ìîæåò ïðîèñõîäèòü ðàñ÷åò ñðåäíèõ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèé è òîêîâ, íà âòîðîé – èõ äåéñòâóþùèõ çíà÷åíèé, íà 254-îé – êîíòðîëü òåìïåðàòóðû è óïðàâëåíèå âåíòèëÿòîðîì è òàê äàëåå (Ðèñóíîê 10).  ýòîì ñëó÷àå ó ïðîãðàììèñòà âîçíèêàåò çàäà÷à ïðîâåðêè íîìåðà èòåðàöèè äëÿ ïðèíÿòèÿ ðåøåíèÿ, êàêîé èìåííî êîä íóæíî âûïîëíÿòü â äàííûé ìîìåíò. Êëàññè÷åñêèé àëãîðèòì ðåøåíèÿ òàêîé çàäà÷è ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 11. Íà Ñ/Ñ++ åãî ïðîùå âñåãî ðåàëèçîâàòü ñ ïîìîùüþ îïåðàòîðîâ if èëè switch. Òàêîé ïîäõîä ïðîñò äëÿ ðåàëèçàöèè è ïîíèìàíèÿ, à â ñî÷åòàíèè ñ ãèáêîñòüþ îïåðàòîðà switch, ñ åãî ïîìîùüþ ìîæíî çíà÷èòåëüíî ðàñøèðèòü êîëè÷åñòâî âàðèàíòîâ ïîâåäåíèÿ ïðîãðàììû. Íî ïðè ýòîì ñóùåñòâóåò ïðîáëåìà, çàêëþ÷àþùàÿñÿ â íàëè÷èè çàòðàò ïðîöåññîðíîãî âðåìåíè íà êàæäóþ ïðîâåðêó íîìåðà èòåðàöèè. Ïðè íåáîëüøîì êîëè÷åñòâå âàðèàíòîâ ýòî îñîáî íå îòðàçèòñÿ íà ñêîðîñòè âûïîëíå-

ÑÒÀÒÜÈ

Äà

Íîìåð èòåðàöèè = 1? Íåò

Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå íà 1-é èòåðàöèè Äà

Íîìåð èòåðàöèè = 2? Íåò

Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå íà 2-é èòåðàöèè

Äà

Íîìåð èòåðàöèè = 800? Íåò

Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå íà 800-é èòåðàöèè

Ðèñóíîê 11. Êëàññè÷åñêèé àëãîðèòì ïðîâåðêè íîìåðà èòåðàöèè.

íèÿ ïðîãðàììû. Îäíàêî åñëè íóæíî, íàïðèìåð, ðåàëèçîâàòü âñå 800 îòâåòâëåíèé, òî ïðîâåðêà íîìåðà èòåðàöèè, äàæå ïðè ìàêñèìàëüíîé òàêòîâîé ÷àñòîòå è íàèâûñøåì óðîâíå îïòèìèçàöèè, ïîòðåáóåò ñòîëü áîëüøîãî ÷èñëà èíñòðóêöèé, ÷òî íà âûïîëíåíèå ïîëåçíîãî êîäà óæå ìîæåò ïðîñòî íå îñòàòüñÿ ïðîöåññîðíîãî âðåìåíè.  ýòîì ñëó÷àå ëó÷øå âñåãî ïðèìåíèòü òàê íàçûâàåìûé «ýñòàôåòíûé» ìåòîä ïðîãðàììèðîâàíèÿ, êîãäà îäèí áëîê êîäà (ïîäïðîãðàììà) ïî öåïî÷êå ïåðåäàåò óïðàâëåíèå äðóãîìó.  ýòîì ñëó÷àå âñå ôîíîâûå îïåðàöèè «óïàêîâûâàþòñÿ» â íåñêîëüêî ïîäïðîã-

ðàìì ñ îäèíàêîâûì èíòåðôåéñîì âûçîâà, òî åñòü, ñ îäèíàêîâûì òèïîì âîçâðàùàåìîãî çíà÷åíèÿ è îäèíàêîâûì ñïèñêîì ïàðàìåòðîâ.  äàííîì ñëó÷àå òàêèõ ïîäïðîãðàìì áóäåò 800 ñ íàçâàíèÿìè, íàïðèìåð, «Operations_001» – «Operations_800». Ïóñòü, äëÿ ïðîñòîòû, îíè íå áóäóò èìåòü íèêàêèõ ïàðàìåòðîâ è íè÷åãî íå áóäóò âîçâðàùàòü. Äëÿ âûïîëíåíèÿ êîíêðåòíîé (îäíîé èç âîñüìèñîò) ïîäïðîãðàììû â îñíîâíîé ïðîãðàììå ñîçäàåòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ïåðåìåííàÿ òèïà «óêàçàòåëü íà ôóíêöèþ» [7], íàïðèìåð, ñ íàçâàíèåì ActiveOperations, â êîòîðîé áóäåò õðàíèòüñÿ àäðåñ àêòèâíîé ïîäïðîãðàììû. Íà ýòàïå èíèöèàëèçàöèè ýòîé ïåðåìåííîé ïðèñâàèâàåòñÿ çíà÷åíèå ïåðâîãî áëîêà, â äàííîì ñëó÷àå – Operations_001. Èíèöèàëèçàöèÿ ýòîé ïåðåìåííîé ÿâëÿåòñÿ îáÿçàòåëüíîé. Åñëè åå íå âûïîëíèòü, òî ïðîèçîéäåò ïåðåõîä ïî ñëó÷àéíîìó àäðåñó, ñî âñåìè âûòåêàþùèìè îòñþäà ïîñëåäñòâèÿìè â âèäå íåîæèäàííîé ïåðåçàãðóçêè èëè çàâèñàíèÿ ìèêðîêîíòðîëëåðà. Åñëè ïåðåìåííàÿ ActiveOperations ïðàâèëüíî èíèöèàëèçèðîâàíà, òî íà ïåðâîì ïðîõîäå îñíîâíîãî öèêëà áóäåò âûïîëíåíà ïîäïðîãðàììà Operations_001, âíóòðè êîòîðîé ïåðåìåííîé ActiveOperations áóäåò ïðèñâîåí àäðåñ ñëåäóþùåãî áëîêà ôîíîâûõ îïåðàöèé, â äàííîì ñëó÷àå – Operations_002. Íà âòîðîì ïðîõîäå îñíîâíîãî öèêëà â ïåðåìåííîé ActiveOperations óæå õðàíèòñÿ àäðåñ ïîäïðîãðàììû Operations_002, ïîýòîìó âìåñòî ïîäïðîãðàììû Operations_001 áóäåò âûïîë-

Ëèñòèíã 1. Èñõîäíûé êîä ðåàëèçàöèè àëãîðèòìà Ðèñóíêà 12 // Îáúÿâëåíèÿ ïåðåìåííîé ActiveOperations // òèïà «óêàçàòåëü íà ôóíêöèþ» void (*ActiveOperations)(void); // Áëîê èíèöèàëèçàöèè ...

ActiveOperations = Operations_001; ... // Îñíîâíîé öèêë while (IsOK) { ...

ActiveOperations(); ... } // Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå íà èòåðàöèè ¹1 void Operations_001(void) {

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

...

ActiveOperations = Operations_002; } // Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå íà èòåðàöèè ¹2 void Operations_002(void) { ...

ActiveOperations = Operations_003; } ... // Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå íà èòåðàöèè ¹800 void Operations_800(void) { ...

ActiveOperations = Operations_001; }

15

íåí êîä, ñîäåðæàùèéñÿ â ïîäïðîãðàììå Operations_002. À âíóòðè ïîäïðîãðàììû Operations_002 ïåðåìåííîé ActiveOperations áóäåò ïðèñâîåí àäðåñ ñëåäóþùåãî áëîêà – Operations_003. È òàê äî òåõ ïîð, ïîêà âíóòðè 800-ãî áëîêà (Operations_800) ïåðåìåííîé ActiveOperations íå áóäåò ïðèñâîåí àäðåñ

ïåðâîãî èñïîëíÿåìîãî áëîêà (Operations_001). Ïðè ýòîì êðóã çàìêíåòñÿ, è âñå 800 ïîäïðîãðàìì Operations_001 – Operations_800 áóäóò âûïîëíåíû ïîâòîðíî. Êàê âèäíî èç àëãîðèòìà (Ðèñóíîê 12), ïðè èñïîëüçîâàíèè ýñòàôåòíîãî ìåòîäà âûïîëíåíèå âîñüìèñîò ðàçíûõ âàðèàíòîâ ôîíîâûõ

ActiveOperations = = (àäðåñ ïîäïðîãðàììû) Operations_001

Áëîê èíèöèàëèçàöèè

Îñíîâíîé öèêë

Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå â ïîäïðîãðàììå ïî àäðåñó ActiveOperations

Ïîäïðîãðàììà Operations_001

Ïîäïðîãðàììà Operations_002

Ïîäïðîãðàììà Operations_800

Âõîä

Âõîä

Âõîä

ActiveOperations = = (àäðåñ ïîäïðîãðàììû) Operations_002

ActiveOperations = = (àäðåñ ïîäïðîãðàììû) Operations_003

ActiveOperations = = (àäðåñ ïîäïðîãðàììû) Operations_001

Âîçâðàò

Âîçâðàò

Âîçâðàò

1

2

3

799

800

1

t

Îïåðàöèè, òðåáóþùèå íåìåäëåííîãî âûïîëíåíèÿ Îïåðàöèè, òðåáóþùèå ìàêñèìàëüíî áûñòðîãî âûïîëíåíèÿ Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå â ôîíîâîì ðåæèìå

Ðèñóíîê 12. Àëãîðèòì ïðîãðàììû ïðè èñïîëüçîâàíèè ýñòàôåòíîãî ìåòîäà.

16

ÑÒÀÒÜÈ

îïåðàöèé òðåáóåò ìèíèìóìà çàòðàò ïðîöåññîðíîãî âðåìåíè íà ñëóæåáíûå äåéñòâèÿ.  ýòîì ñëó÷àå â êàæäîé èòåðàöèè îñíîâíîãî öèêëà íåîáõîäèìî ëèøü èçìåíèòü çíà÷åíèå îäíîé ïåðåìåííîé è âûçâàòü îäíó ïîäïðîãðàììó. Ïîñêîëüêó ïåðåìåííûå òèïà «óêàçàòåëü íà ôóíêöèþ» íå ñëèøêîì ÷àñòî èñïîëüçóþòñÿ ïðè ïðîãðàììèðîâàíèè ìèêðîêîíòðîëëåðîâ, òî äëÿ ëó÷øåãî ïîíèìàíèÿ îñîáåííîñòåé ýòîãî ìåòîäà áóäåò ïîëåçíî èçó÷èòü èñõîäíûé êîä ïðèìåðà ïîäîáíîé ïðîãðàììû, íàïèñàííûé íà Ñ/Ñ++ (Ëèñòèíã 1). Åñëè ôîíîâûå îïåðàöèè â êàæäîé èç èòåðàöèé îñíîâíîãî öèêëà ðàçëè÷íû, òîãäà ïðîãðàììèñòó, äåéñòâèòåëüíî, íóæíî ðåàëèçîâàòü âñå 800 ïîäïðîãðàìì, ÷òî ïîòðåáóåò äîñòàòî÷íî áîëüøèõ çàòðàò ðàáî÷åãî âðåìåíè è óâåëè÷èò ðàçìåð ïðîøèâêè. Îäíàêî íà ïðàêòèêå ÷àùå âñåãî îêàçûâàåòñÿ, ÷òî îñíîâíîé öèêë ñîäåðæèò íàìíîãî ìåíüøå óíèêàëüíîãî êîäà. Íàïðèìåð, â ïðîøèâêå ñòàáèëèçàòîðà GF-9000 òàêèõ «êëþ÷åâûõ» èòåðàöèé, ÷åòêî ïðèâÿçàííûõ ê îïðåäåëåííûì ìîìåíòàì ïåðèîäà ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ, îêàçàëîñü íå áîëüøå ñîðîêà. Âñå îñòàëüíîå âðåìÿ âûïîëíÿëèñü îïåðàöèè, íèêàê íå çàâèñÿùèå îò âðåìåíè, íàïðèìåð, ïðîâåðêà ïîðòà UART, ñîñòîÿíèÿ êíîïîê èëè îòïðàâêà äàííûõ íà èíäèêàòîð. È õîòü êîëè÷åñòâî èíñòðóêöèé, íåîáõîäèìûõ äëÿ ñîðîêà ïðîâåðîê, íàìíîãî ìåíüøå, ÷åì äëÿ âîñüìèñîò, âñå ðàâíî ðåøåíèå äàííîé çàäà÷è êëàññè÷åñêèì ñïîñîáîì, ñ ïîìîùüþ îïåðàòîðà switch, ïðèâåëî ê ðåçêî-

ìó óâåëè÷åíèþ âðåìåíè âûïîëíåíèÿ ïðîõîäà è ñðàáàòûâàíèþ óçëà êîíòðîëÿ âðåìåíè âûïîëíåíèÿ ïðîãðàììû (îïèñàííîãî â ïåðâîé ÷àñòè ýòîé ñòàòüè). Ïîýòîìó è áûë èñïîëüçîâàí ýñòàôåòíûé ìåòîä, à äëÿ òîãî, ÷òîáû íå ñîçäàâàòü âñå 800 ïîäïðîãðàìì, áûëà ðåàëèçîâàíà äîïîëíèòåëüíàÿ ïðîâåðêà òåêóùåãî íîìåðà èòåðàöèè. Òàêèì îáðàçîì, èòîãîâûé àëãîðèòì âûïîëíåíèÿ ôîíîâûõ îïåðàöèé âûãëÿäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì (Ðèñóíîê 13). Òàê æå êàê è â ïðåäûäóùåì âàðèàíòå, ïåðåìåííàÿ ActiveOperations òèïà «óêàçàòåëü íà ôóíêöèþ» ñîäåðæèò àäðåñ àêòèâíîé ïîäïðîãðàììû, òîëüêî ïîäïðîãðàììà ýòà áóäåò âûïîëíåíà íà èòåðàöèè, íîìåð êîòîðîé õðàíèòñÿ â ïåðåìåííîé ActiveIterationNumber.  ýòîì ñëó÷àå íà êàæäîì ïðîõîäå îñíîâíîãî öèêëà âûïîëíÿåòñÿ åäèíñòâåííàÿ ïðîâåðêà ïåðåìåííîé IterationNumber, ñîäåðæàùåé òåêóùèé íîìåð èòåðàöèè. Êîãäà çíà÷åíèÿ, ïåðåìåííûõ IterationNumber è ActiveIterationNumber ñîâïàäàþò, òîãäà âûïîëíÿåòñÿ ïîäïðîãðàììà Operations_õõõ ïî àäðåñó, ñîäåðæàùåìóñÿ â ïåðåìåííîé ActiveOperations, à åñëè íåò – êàêèå-ëèáî òðåòüåñòåïåííûå çàäà÷è, âûïîëíåíèå êîòîðûõ, êñòàòè, òîæå ìîæíî îðãàíèçîâàòü ïî ýñòàôåòíîìó ìåòîäó. Çíà÷åíèÿ ïåðåìåííûõ ActiveIterationNumber è ActiveOperations èçìåíÿþòñÿ âíóòðè ïîäïðîãðàìì Operations_õõõ ïî ïðàâèëó, îïðåäåëÿåìîìó îáùåé ëîãèêîé ïðîãðàììû.

Îñíîâíîé öèêë

IterationNumber = = ActiveIterationNumber? Íåò

Äà

Ïðî÷èå ôîíîâûå îïåðàöèè

Îïåðàöèè, âûïîëíÿåìûå â ïîäïðîãðàììå ActiveOperations

Óâåëè÷èòü IterationNumber

Êîíåö îñíîâíîãî öèêëà

Ðèñóíîê 13. Êîìáèíèðîâàííûé àëãîðèòì âûïîëíåíèÿ ôîíîâûõ îïåðàöèé ñ èñïîëüçîâàíèåì «ýñòàôåòíîãî» ìåòîäà.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

17

Operations_001

Operations_002

Operations_004

Operations_003

Operations_005

Operations_005

Operations_006

Operations_008

Operations_009

Ðèñóíîê 14. Ïðèìåð àëãîðèòìà ðàáîòû ïðîãðàììû, êîòîðûé ìîæíî ðåàëèçîâàòü ñ ïîìîùüþ ýñòàôåòíîãî ìåòîäà.

Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ýñòàôåòíûé ìåòîä ÿâëÿåòñÿ î÷åíü ãèáêèì. Îí ïîçâîëÿåò îðãàíèçîâàòü âûïîëíåíèå ïîäïðîãðàìì Operations _õõõ â êàêîì óãîäíî ïîðÿäêå, âåäü âíóòðè ïîäïðîãðàììû ïåðåìåííîé ActiveOperations ìîæíî ïðèñâîèòü ëþáîå çíà÷åíèå, òàêæå êàê è îñòàâèòü åå íåèçìåííîé. Ýòî ïîçâîëÿåò ðåàëèçîâûâàòü ñàìûå «áåçóìíûå» ïåðåõîäû (Ðèñóíîê 14), íàïðèìåð, îñíîâàííûå íà òåêóùåì ñîñòîÿíèè «âíåøíåãî ìèðà». Íåäîñòàòêîì òàêîãî ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ êàòàñòðîôè÷åñêîå ïàäåíèå óðîâíÿ ÷èòàåìîñòè ïðîãðàììû è ïîíèìàíèÿ ëîãèêè åå ðàáîòû, ÷òî òðåáóåò ïðèâëå÷åíèÿ, êàê ìèíèìóì, îïûòíîãî ïðîãðàììèñòà, ñïîñîáíîãî óäåðæàòü â ñâîåì âîîáðàæåíèè âñå âîçìîæíûå ïåðåõîäû. Öåíîé îøèáêè, êîòîðóþ âðÿä ëè îáíàðóæèò äàæå ñàìûé ëó÷øèé êîìïèëÿòîð, ìîæåò ñòàòü àáñîëþòíî íåïðåäñêàçóåìàÿ ðàáîòà ïðîãðàììû. Íó à åñëè ïðè íåïðàâèëüíûõ çíà÷åíèÿõ óêàçàòåëÿ ActiveOperations ïðîèçîéäåò ïåðåõîä â îáëàñòü êîäà, îòâå÷àþùåãî çà àëãîðèòì ðàáîòû ñèëîâûõ êëþ÷åé, òî ïîäîáíàÿ îøèáêà ìîæåò ïðèâåñòè è ê âûõîäó èç ñòðîÿ ñèëîâîé ÷àñòè, ïîýòîìó ýòîò ìåòîä íóæíî ïðèìåíÿòü ñ îñîáîé îñòîðîæíîñòüþ.

Îñîáåííîñòè ïðîâåðêè çíà÷åíèÿ ïåðåìåííûõ Âî âðåìÿ ðàáîòû ïðîãðàììû íåîáõîäèìî ïîñòîÿííî êîíòðîëèðîâàòü çíà÷åíèÿ äîñòàòî÷íî áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ïåðåìåííûõ, ñîäåðæàùèõ èíôîðìàöèþ î «âíåøíåì» è «âíóòðåííåì» ìèðå ìèêðîêîíòðîëëåðà. Ê

18

íàèáîëåå âàæíûì èç íèõ îòíîñÿòñÿ âåëè÷èíû âõîäíîãî è âûõîäíîãî íàïðÿæåíèé, âûõîäíîãî òîêà è òåìïåðàòóðû.  íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ïðèõîäèòñÿ êîíòðîëèðîâàòü ìãíîâåííûå çíà÷åíèÿ, èçìåðÿåìûå íåïîñðåäñòâåííî ÀÖÏ (âõîäíîå íàïðÿæåíèå è âûõîäíîé òîê), à â íåêîòîðûõ – ñðåäíèå è/èëè äåéñòâóþùèå çíà÷åíèÿ, ïîëó÷àåìûå ïóòåì ìàòåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè íåêîòîðîãî êîëè÷åñòâà èçìåðåíèé.  ëþáîì ñëó÷àå, ãäå-òî â ïðîãðàììå íåîáõîäèìî ïðèíèìàòü ðåøåíèå î òîì, íàõîäèòñÿ ëè çíà÷åíèå äàííîé ïåðåìåííîé â äîïóñòèìûõ ïðåäåëàõ èëè íåò. Ïðè ýòîì ñëåäóåò ó÷èòûâàòü âûñîêèé óðîâåíü ïîìåõ, êàê ïîñòóïàþùèõ èç èñòî÷íèêà ïåðâè÷íîãî ïèòàíèÿ, òàê è ñîçäàâàåìûõ «ñâîåé» ñèëîâîé ÷àñòüþ.  ñëó÷àå ñòàáèëèçàòîðà, ðàáîòàþùåãî îò ïðîìûøëåííîé ñåòè, âûñîêàÿ ïîìåõîçàùèùåííîñòü àëãîðèòìîâ óïðàâëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ îáÿçàòåëüíûì óñëîâèåì, âåäü ïîñòîÿííîå ñðàáàòûâàíèå çàùèòû, íàïðèìåð, ïðè âêëþ÷åíèè õîëîäèëüíèêà, íèêàê íå áóäåò ñïîñîáñòâîâàòü ïîïóëÿðíîñòè äàííîé òåõíèêè. Ïðèíÿòèå ïîäîáíûõ ðåøåíèé ÿâëÿåòñÿ ñëîæíûì è áîëåçíåííûì. Ñ îäíîé ñòîðîíû, íåîáõîäèìî çàùèòèòü ñèëîâóþ ÷àñòü îò âîçìîæíîãî âûõîäà èç ñòðîÿ, à ñ äðóãîé – îáåñïå÷èòü ìàêñèìàëüíóþ æèâó÷åñòü àïïàðàòà â ñëîæíûõ óñëîâèÿõ. Ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî âàðèàíòîâ ðåøåíèÿ ýòîé çàäà÷è, â òîì ÷èñëå è àïïàðàòíûìè ñðåäñòâàìè, íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ êîìïàðàòîðîâ èëè ÀÖÏ ñ «îêîííûìè» ôóíêöèÿìè, è çà âñå âðåìÿ ðàáîòû ñ öèôðîâûìè êîíòóðàìè óïðàâëåíèÿ áûëî ïåðå-

ÑÒÀÒÜÈ

Ôëàã óñòàíîâëåí? Çíà÷åíèå ìåíüøå ïîðîãîâîãî?

Íåò

Äà

Íåò

Óâåëè÷èòü ñ÷åò÷èê îøèáîê Çíà÷åíèå ñ÷åò÷èêà îøèáîê áîëüøå ìàêñèìàëüíîãî?

Äà

Ñáðîñèòü ñ÷åò÷èê îøèáîê

Íåò

Äà

Ñáðîñèòü ñ÷åò÷èê îøèáîê

Äà Íåò

Çíà÷åíèå áîëüøå ïîðîãîâîãî?

Óâåëè÷èòü ñ÷åò÷èê îøèáîê Çíà÷åíèå ñ÷åò÷èêà îøèáîê áîëüøå ìàêñèìàëüíîãî?

Äà

Óñòàíîâèòü ôëàã

Ñáðîñèòü ôëàã

Èçìåíèòü ïîðîãîâûå çíà÷åíèÿ

Èçìåíèòü ïîðîãîâûå çíà÷åíèÿ

Ñáðîñèòü ñ÷åò÷èê îøèáîê

Ñáðîñèòü ñ÷åò÷èê îøèáîê

Íåò

Ðèñóíîê 15. Áàçîâûé àëãîðèòì ïðîâåðêè çíà÷åíèÿ ïåðåìåííîé.

ïðîáîâàíî äîñòàòî÷íî ìíîãî ñïîñîáîâ êîíòðîëÿ çíà÷åíèÿ ïåðåìåííûõ, êàæäûé èç êîòîðûõ èìååò ñâîè äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè.  êîíå÷íîì èòîãå áûë âûáðàí îäèí ìåòîä, íàèëó÷øèì îáðàçîì ñî÷åòàþùèé âûñîêóþ íàäåæíîñòü è ïîìåõîçàùèùåííîñòü. Áàçîâûé àëãîðèòì ïðîâåðêè êàêîãî-ëèáî çíà÷åíèÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè ýòîãî ìåòîäà ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 15.  ýòîì àëãîðèòìå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîâåðêà íåêîòîðîé ïåðåìåííîé (ïóñòü, äëÿ îïðåäåëåííîñòè, ýòî áóäåò çíà÷åíèå òåìïåðàòóðû) íà ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå. Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìû ñëåäóþùèå ïåðåìåííûå: ! ôëàã íîðìàëüíîãî çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðà (ïåðåìåííàÿ ëîãè÷åñêîãî òèïà True/False); ! ïîðîãîâîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà; ! ñ÷åò÷èê îøèáîê; ! ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ñ÷åò÷èêà îøèáîê. Òàêæå â ïðîãðàììå íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü íåñêîëüêî êîíñòàíò: ! ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà, êîãäà îí â íîðìå (ïîðîã âûêëþ÷åíèÿ); ! ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà, êîãäà îí çà ïðåäåëàìè íîðìû (ïîðîã âêëþ÷åíèÿ); ! ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ñ÷åò÷èêà îøèáîê, êîãäà ïàðàìåòð â íîðìå;

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

! ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ñ÷åò÷èêà îøèáîê, êîãäà ïàðàìåòð çà ïðåäåëàìè íîðìû. Ôëàã íîðìàëüíîé ðàáîòû íóæåí äëÿ áûñòðîé ïðîâåðêè ñîñòîÿíèÿ äàííîãî ïàðàìåòðà. Îáû÷íî åãî çíà÷åíèå ïðîâåðÿåòñÿ íà ñàìîì âåðõíåì óðîâíå ëîãèêè ïðîãðàììû (íàïðèìåð, ñèëîâóþ ÷àñòü ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìîæíî âêëþ÷èòü ïðè íîðìàëüíûõ çíà÷åíèÿõ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è òåìïåðàòóðû, ïðè ýòîì íå âàæíî, ÷åìó èìåííî ðàâíû âõîäíîå íàïðÿæåíèå è òåìïåðàòóðà, âàæíî, ÷òî îíè â íîðìå). Ðàçíûå çíà÷åíèÿ ïîðîãîâ (âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ) íåîáõîäèìû äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íåîáõîäèìîãî ãèñòåðåçèñà. Íàïðèìåð, äëÿ ñëó÷àÿ òåìïåðàòóðû ïîðîã âûêëþ÷åíèÿ àïïàðàòà (ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå) ìîæåò áûòü 85 °C, à ïîðîã âêëþ÷åíèÿ (ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå) – 50 °C. Ñ÷åò÷èêè îøèáîê íåîáõîäèìû äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òðåáóåìîãî óðîâíÿ ïîìåõîçàùèùåííîñòè. Êîíå÷íî, âîïðîñû ïðîòèâîäåéñòâèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîìåõàì íåîáõîäèìî ïðîðàáàòûâàòü, ïðåæäå âñåãî, íà àïïàðàòíîì óðîâíå. Íà êàæäîì àíàëîãîâîì âõîäå äîëæíû ñòîÿòü ïîìåõîïîäàâëÿþùèå ôèëüòðû ñ îãðàíè÷èòåëÿìè èìïóëüñíûõ íàïðÿæåíèé, ïå÷àòíûå ïðîâîäíèêè íåîáõîäèìî ðàçâîäèòü ñ ìèíèìàëüíîé ïëîùàäüþ òîêîâîãî êîíòóðà,

19

à àíàëîãîâàÿ çåìëÿ ñîåäèíÿòüñÿ ñ öèôðîâîé òîëüêî â îäíîé òî÷êå. Êðîìå òîãî, ïëàòó óïðàâëåíèÿ ëó÷øå ýëåêòðè÷åñêè èçîëèðîâàòü îò ñèëîâîé ÷àñòè. Îäíàêî â ëþáîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî ïîìíèòü, ÷òî «ïðîòèâ ëîìà íåò ïðèåìà» ïðè ïîÿâëåíèè âûñîêîýíåðãåòè÷åñêîé ïîìåõè ýòèõ ìåð ìîæåò îêàçàòüñÿ íåäîñòàòî÷íî, è ïîìåõà, òàê èëè èíà÷å, îòðàçèòñÿ íà ðåçóëüòàòàõ èçìåðåíèé ÀÖÏ. Íà ýòàïå èíèöèàëèçàöèè ïåðåìåííûì ïðèñâàèâàþòñÿ íåêîòîðûå íà÷àëüíûå çíà÷åíèÿ, çàâèñÿùèå îò êîíêðåòíîé ñèòóàöèè è ïàðàìåòðà.  ñëó÷àå òåìïåðàòóðû, ôëàã îáû÷íî ñáðàñûâàåòñÿ (ïàðàìåòð íå â íîðìå), à ïîðîãîâîìó çíà÷åíèþ ïðèñâàèâàåòñÿ çíà÷åíèå ïîðîãà âêëþ÷åíèÿ. Ñ÷åò÷èê îøèáîê îáû÷íî âñåãäà óñòàíàâëèâàåòñÿ â íîëü, à åãî ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíèþ ïðèñâàèâàåòñÿ çíà÷åíèå ñîîòâåòñòâóþùåé êîíñòàíòû. Îñíîâíîé àëãîðèòì ïðîâåðêè çàâèñèò îò òåêóùåãî ñîñòîÿíèÿ ôëàãà. Åñëè çíà÷åíèå ïàðàìåòðà â íîðìå (ôëàã óñòàíîâëåí) è åãî òåêóùåå çíà÷åíèå íå ïðåâûøàåò ïîðîãîâîå, òî ñ÷åò÷èê îøèáîê ñáðàñûâàåòñÿ. Åñëè ïàðàìåòð íå â íîðìå (ôëàã ñáðîøåí), òîãäà íàîáîðîò – ñ÷åò÷èê îøèáîê áóäåò ñáðàñûâàòüñÿ, åñëè òåêóùåå çíà÷åíèå ïàðàìåòðà áóäåò áîëüøå ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, ñ÷åò÷èê îøèáîê ôàêòè÷åñêè ïîêàçûâàåò, íàñêîëüêî íîâîå ñîñòîÿíèå îòëè÷àåòñÿ îò òåêóùåãî. Åñëè òåêóùåå ñîñòîÿíèå («âñå õîðîøî» èëè «âñå ïëîõî») ñîâïàäàåò ñ ðåçóëüòàòàìè èçìåðåíèé, òî ñ÷åò÷èê îøèáîê áóäåò íàõîäèòüñÿ â íóëåâîì ñîñòîÿíèè, è ôëàã ìåíÿòüñÿ íå áóäåò. Îäíàêî åñëè íîâîå çíà÷åíèå êîíòðîëèðóåìîãî ïàðàìåòðà áîëüøå (ôëàã óñòàíîâëåí) èëè ìåíüøå (ôëàã ñáðîøåí) ïîðîãîâîé âåëè÷èíû, òîãäà ñ÷åò÷èê îøèáîê áóäåò óâåëè÷åí, ïîñëå ÷åãî åãî ñîñòîÿíèå áóäåò ïðîâåðåíî íà ïðåäìåò íàõîæäåíèÿ â äîïóñòèìûõ ïðåäåëàõ. Åñëè êîëè÷åñòâî îøèáîê íå äîñòèãëî êðèòè÷åñêîãî ÷èñëà, îïðåäåëÿåìîãî ñîîòâåòñòâóþùåé ïåðåìåííîé, òî íè÷åãî íå ïðîèçîéäåò. À åñëè êîëè÷åñòâî îøèáîê ïðåâûñèëî ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå, òîãäà îñóùåñòâèòñÿ ïåðåâîä äàííîãî ïðîãðàììíîãî óçëà â ïðîòèâîïîëîæíîå ñîñòîÿíèå: ôëàã áóäåò èíâåðòèðîâàí, ïîðîãîâûå çíà÷åíèÿ èçìåíåíû, à ñ÷åò÷èê îøèáîê, êàê îáû÷íî, ñáðîøåí. Ïîäîáíûé àëãîðèòì ïîçâîëÿåò èãíîðèðîâàòü îòäåëüíûå åäèíè÷íûå âûõîäû êîíòðî-

20

ëèðóåìîãî ïàðàìåòðà çà ïðåäåëû äîïóñòèìûõ çíà÷åíèé è çíà÷èòåëüíî ïîâûñèòü óñòîé÷èâîñòü ñèñòåìû «íà ãðàíèöå» äîïóñòèìûõ óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè. Íàïðèìåð, â ñëó÷àå êîíòðîëÿ òåìïåðàòóðû ñòàáèëèçàòîðà ñîâåðøåííî íå îáÿçàòåëüíî îòêëþ÷àòü àïïàðàò, åñëè òåìïåðàòóðà äîñòèãëà ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ. Òåïëîâûå ïðîöåññû èíåðòíû è óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû ðàäèàòîðà òðàíçèñòîðà ìîæåò áûòü ñâÿçàíî ñ êðàòêîâðåìåííîé íàãðóçêîé ñòàáèëèçàòîðà â íåäàâíåì ïðîøëîì, íàïðèìåð, ñ âêëþ÷åíèåì ýëåêòðî÷àéíèêà íà íåñêîëüêî äåñÿòêîâ ñåêóíä. Ïîýòîìó, åñëè óñòàíîâèòü ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ñ÷åò÷èêà îøèáîê òàêèì, ÷òîáû âûêëþ÷åíèå àïïàðàòà ïðîèçîøëî, íàïðèìåð, ÷åðåç îäíó ìèíóòó, òî âïîëíå âîçìîæíî, ÷òî òåìïåðàòóðà òðàíçèñòîðîâ îïóñòèòñÿ íèæå ïîðîãà ðàíüøå, ÷åì ñ÷åò÷èê îøèáîê äîñòèãíåò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ (îñîáåííî åñëè àêòèâèçèðîâàòü ïðè ýòîì ñèñòåìó îõëàæäåíèÿ). Ñîãëàñèòåñü, òàêîé àëãîðèòì íàìíîãî ëó÷øå îòêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ âî âñåì äîìå ÷åðåç 15 ñåêóíä ïîñëå çàêèïàíèÿ âîäû äëÿ ÷àÿ. Êîíå÷íî, åñòü ðèñê, ÷òî ïðè áîëüøèõ ìàêñèìàëüíûõ çíà÷åíèÿõ ñ÷åò÷èêà îøèáîê áóäåò áîëüøàÿ çàäåðæêà è â ñðàáàòûâàíèè çàùèòû. Íàïðèìåð, åñëè â ïðåäûäóùåì ïðèìåðå ñíîâà âêëþ÷èòü ýëåêòðî÷àéíèê, òî ÷åðåç ìèíóòó óæå ìîæåò îêàçàòüñÿ ïîçäíî ÷òî-ëèáî âûêëþ÷àòü – òåìïåðàòóðà êðèñòàëëîâ òðàíçèñòîðîâ ïðåâûñèò ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûå çíà÷åíèÿ, ïðè ýòîì ñ÷åò÷èê âñå åùå áóäåò ñ÷èòàòü îøèáêè.  ýòîì ñëó÷àå ñ÷åò÷èê îøèáîê íåîáõîäèìî óâåëè÷èâàòü íà çíà÷åíèå D, çàâèñÿùåå îò ðàçíèöû ìåæäó òåêóùèì è ïîðîãîâûì çíà÷åíèåì. Îáû÷íî èñïîëüçóþò ñëåäóþùóþ ôîðìóëó:

D = K A - A ÏÎÐ + 1,

(1)

ãäå À, ÀÏÎÐ – ñîîòâåòñòâåííî, òåêóùåå è ïîðîãîâîå çíà÷åíèÿ èçìåðÿåìîé âåëè÷èíû; Ê – íåêîòîðûé êîýôôèöèåíò, ïîäáèðàåìûé ýêñïåðèìåíòàëüíî. Ïðè ýòîì íóæíî íå çàáûâàòü, ÷òî ïåðåìåííàÿ ñ÷åò÷èêà îøèáîê îáû÷íî èìååò öåëûé òèï, ïîýòîìó ïðè èñïîëüçîâàíèè ôîðìóëû (1) ñëåäóåò ó÷èòûâàòü ñïåöèôèêó öåëî÷èñëåííûõ âû÷èñëåíèé.

ÑÒÀÒÜÈ

Íàïðèìåð, åñëè äëÿ ðàññìîòðåííîãî âûøå ñëó÷àÿ êîíòðîëÿ òåìïåðàòóðû èñïîëüçîâàòü Ê = ½, à ïîðîãîâîå çíà÷åíèå ñ÷åò÷èêà îøèáîê âûáðàòü òàêèì, ÷òî ïðè åãî óâåëè÷åíèè íà åäèíèöó àïïàðàò îòêëþ÷èòñÿ ÷åðåç 60 ñåêóíä, òî ïîëó÷èì ñëåäóþùèé àëãîðèòì îòêëþ÷åíèÿ óñòðîéñòâà. Åñëè òåìïåðàòóðà òðàíçèñòîðîâ íå áîëåå ÷åì íà 2 ãðàäóñà ïðåâûøàåò ïîðîãîâîå çíà÷åíèå, òî ñ÷åò÷èê îøèáîê ïðè êàæäîé ïðîâåðêå áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ íà åäèíèöó, è àïïàðàò îòêëþ÷èòñÿ ÷åðåç 60 ñåêóíä. Åñëè òåêóùàÿ òåìïåðàòóðà áîëüøå ïîðîãîâîé íà 3…4 ãðàäóñà, òî ñ÷åò÷èê îøèáîê ñ êàæäûì ðàçîì áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ íà 2, è àïïàðàò îòêëþ÷èòñÿ ÷åðåç 30 ñåêóíä. Åñëè æå òåêóùàÿ òåìïåðàòóðà áóäåò íà 20 ãðàäóñîâ áîëüøå ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ, òî ñ÷åò÷èê îøèáîê ñ êàæäûì ðàçîì áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ íà 11, è àïïàðàò îòêëþ÷èòñÿ ìåíüøå ÷åì çà 6 ñåêóíä. Êàê âèäíî èç ýòîãî ïðèìåðà, öèôðîâûå ìåòîäû óïðàâëåíèÿ ìîãóò îáåñïå÷èòü ãèáêîñòü óïðàâëåíèÿ, íåäîñòèæèìóþ ïðè èñïîëüçîâàíèè òðàäèöèîííûõ àíàëîãîâûõ êîíòðîëëåðîâ. Êðîìå òîãî, íà Ðèñóíêå 15 ïðèâåäåíà âñåãî ëèøü áàçîâàÿ âåðñèÿ àëãîðèòìà. Íî âåäü íèêòî íå çàïðåùàåò ïðîãðàììèñòó åå ìîäèôèöèðîâàòü â çàâèñèìîñòè îò êîíêðåòíîé ñèòóàöèè. Íàïðèìåð, äîáàâèòü ïðîâåðêó íå òîëüêî ìàêñèìàëüíîãî, íî è ìèíèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ, ÷òî îáû÷íî íåîáõîäèìî âî âðåìÿ êîíòðîëÿ ìãíîâåííûõ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèé è òîêîâ. Êðîìå òîãî, ñîâåðøåííî íåîáÿçàòåëüíî èñïîëüçîâàòü ñòîëü áîëüøîå êîëè÷åñòâî êîíñòàíò è ïåðåìåííûõ. Î÷åíü ÷àñòî ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ñ÷åò÷èêà îøèáîê îäèíàêî-

âî äëÿ ëþáîãî çíà÷åíèÿ ôëàãà, ÷òî ïîçâîëÿåò èñêëþ÷èòü ñîîòâåòñòâóþùóþ ïåðåìåííóþ è èñïîëüçîâàòü âñåãî îäíó êîíñòàíòó. Êñòàòè, â íàïèñàíèè êàêîãî-íèáóäü óíèâåðñàëüíîãî ïðîâåðî÷íîãî ìîäóëÿ, ïîäõîäÿùåãî íà âñå ñëó÷àè æèçíè, òîæå íåò îñîáîé íåîáõîäèìîñòè. Ïðàêòèêà ïîêàçûâàåò, ÷òî â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ïðîãðàììèñòó ïðîùå íàïèñàòü «ñ íóëÿ» íåñêîëüêî äåñÿòêîâ àëãîðèòìîâ Ðèñóíêà 15, ÷åì äóìàòü, êàê «ïðèêðóòèòü» ãîòîâûé óíèâåðñàëüíûé ìîäóëü ïîä êîíêðåòíóþ çàäà÷ó. Ê òîìó æå èñïîëüçîâàíèå óíèâåðñàëüíîãî ìîäóëÿ, ñêîðåå âñåãî, ïîòðåáóåò äîïîëíèòåëüíîãî ïðîöåññîðíîãî âðåìåíè çà ñ÷åò ïðîâåäåíèÿ áîëüøåãî êîëè÷åñòâà âíóòðåííèõ ïðîâåðîê.

Îñîáåííîñòè èçìåðåíèÿ âõîäíûõ ñèãíàëîâ Ìãíîâåííûå çíà÷åíèÿ, ïîëó÷àåìûå íåïîñðåäñòâåííî ïîñëå îöèôðîâêè, â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ íåäîñòàòî÷íî èíôîðìàòèâíû äëÿ ïðèíÿòèÿ êîíêðåòíûõ ðåøåíèé, ïîýòîìó íà ïðàêòèêå ÷àñòî âîçíèêàåò çàäà÷à îïðåäåëåíèÿ ñðåäíèõ è äåéñòâóþùèõ çíà÷åíèé èçìåðÿåìûõ ïàðàìåòðîâ. Êðîìå òîãî, ÀÖÏ èçìåðÿåò «â ïîïóãàÿõ» – íåêîòîðûõ óñëîâíûõ åäèíèöàõ, êîòîðûå ïîòîì íåîáõîäèìî ïåðåâåñòè â âîëüòû, àìïåðû èëè ãðàäóñû Öåëüñèÿ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìèêðîêîíòðîëëåðîâ îáùåãî íàçíà÷åíèÿ âîçìîæíû äâà âàðèàíòà âõîäíûõ ñèãíàëîâ: ñèãíàë ñ îäíîïîëÿðíûì è äâóïîëÿðíûì âõîäíûì íàïðÿæåíèåì (Ðèñóíîê 16). Ïðè ðàáîòå ñ îäíîïîëÿðíûìè ñèãíàëàìè íàïðÿæåíèå íà âõîäå ÀÖÏ ïðîïîðöèîíàëüíî âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ, ïîýòîìó äëÿ

Îäíîïîëÿðíîå íàïðÿæåíèå vADC(t) 2N

Äâóïîëÿðíîå íàïðÿæåíèå

x(t)

vADC(t)

XMAX

0

XMAX

2N

VAVR

0

x(t)

t

0

2N–1

0

t

–XMAX

Ðèñóíîê 16. Âàðèàíòû ñèãíàëîâ íà âõîäå ÀÖÏ.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

21

ïåðåâîäà ïîëó÷åííîãî çíà÷åíèÿ â òðàäèöèîííûå âîëüòû èëè àìïåðû ñëåäóåò âîñïîëüçîâàòüñÿ ôîðìóëîé:

X=

XMAX VADC , 2N

(2)

ãäå VADC – ðåçóëüòàò èçìåðåíèÿ ÀÖÏ (â «ïîïóãàÿõ»); N – ðàçðÿäíîñòü ÀÖÏ; ÕMAX – ìàêñèìàëüíîå èçìåðÿåìîå çíà÷åíèå äàò÷èêà (ïðè êîòîðîì, ÀÖÏ äàñò N ðåçóëüòàò 2 ); N Îòíîøåíèå ÕMAX/2 îáû÷íî ÿâëÿåòñÿ ïîñòîÿííûì, ïîýòîìó åãî ëó÷øå âû÷èñëèòü çàðàíåå è çàïèñàòü â âèäå êîíñòàíòû â èñõîäíîì êîäå ïðîãðàììû èëè â EEPROM. Î÷åíü ÷àñòî ïðè ïðîãðàììèðîâàíèè íåîáõîäèìî ðåøàòü îáðàòíóþ çàäà÷ó – îïðåäåëÿòü, êàêîå çíà÷åíèå ÀÖÏ VADC ñîîòâåòñòâóåò òîìó èëè èíîìó âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ èëè òîêó X. Òàêàÿ çàäà÷à, íàïðèìåð, âîçíèêàåò ïðè ïðîâåðêå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ; ïðè ýòîì ñîâåðøåííî íåîáÿçàòåëüíî ïåðåñ÷èòûâàòü ðåçóëüòàò èçìåðåíèÿ ÀÖÏ â âîëüòû èëè àìïåðû. Äîñòàòî÷íî ïîëó÷åííûé ðåçóëüòàò èçìåðåíèé ÀÖÏ VADC ñðàâíèòü ñ êîíñòàíòàìè, ïîëó÷åííûìè ïî ôîðìóëå:

VADC =

2N X. XMAX

(3)

Äëÿ äâóïîëÿðíûõ ñèãíàëîâ ñîîòíîøåíèÿ ïîëó÷àþòñÿ àíàëîãè÷íî, çà èñêëþ÷åíèåì òîãî, ÷òî ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå, èçìåðÿåìîå ÀÖÏ, áóäåò â äâà ìåíüøå, ïîñêîëüêó èç òåêóùåãî çíà÷åíèÿ ðåçóëüòàòîâ îöèôðîâêè ÀÖÏ íåîáõîäèìî âû÷åñòü ïîñòîÿííóþ ñîñòàâëÿþùóþ íà âõîäå VAVR:

X=

XMAX ( VADC - VAVR ), 2N-1

VADC =

2N-1 X + VAVR .

XMAX

(4)

(5)

 èäåàëüíîì ñëó÷àå, ïðè èçìåðåíèè äâóïîëÿðíûõ ñèãíàëîâ, ïîñòîÿííîå ñìåùåíèå íà âõîäå ÀÖÏ VAVR äîëæíî áûòü ðàâíî ïîëîâèíå îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ÀÖÏ, ÷òîáû ïðè

22

îòñóòñòâèè âõîäíîãî ñèãíàëà ðåçóëüòàò èçìåN – 1 ðåíèÿ ÀÖÏ áûë òî÷íî ðàâåí 2 . Î÷åâèäíî, ÷òî íà ïðàêòèêå òàêîãî íèêîãäà íå áóäåò èç-çà òåõíîëîãè÷åñêîãî ðàçáðîñà êîìïîíåíòîâ, äðåéôà îïîðíûõ íàïðÿæåíèé è ïðî÷èõ «íåïðèÿòíîñòåé ðåàëüíîãî ìèðà». Ïîýòîìó ñðåäíåå çíà÷åíèå VAVR â ôîðìóëàõ (4) è (5) ëó÷øå N – 1 íå ïðèíèìàòü æåñòêî ðàâíûì 2 , à èçìåðÿòü ïî ñëåäóþùåé ôîðìóëå:

VAVR =

1

NMES

NMES

i=1

åV

ADCi

,

(6)

ãäå NMES – êîëè÷åñòâî ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèÿ ÀÖÏ, èñïîëüçîâàííûõ â ðàñ÷åòå.  ñòàáèëèçàòîðå GF-9000 â êà÷åñòâå ïåðèîäà èçìåðåíèé óäîáíî áûëî áðàòü ïåðèîä ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ, ïîýòîìó NMES » 800 (òî÷íîå çíà÷åíèå çàâèñèò îò òåêóùåãî çíà÷åíèÿ ÷àñòîòû ñåòè, è îíî ïîñòîÿííî ìåíÿåòñÿ). Ïðè âû÷èñëåíèè ïî ôîðìóëå (6) ñàìîå ãëàâíîå «íå âûëåòåòü» çà ïðåäåëû ðàçðÿäíîñòè, ïîñêîëüêó ïðè áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ NMES çíà÷åíèå ñóììû ìîæåò îêàçàòüñÿ äîñòàòî÷íî áîëüøèì. Êîíå÷íî, ñóùåñòâóþò ñïåöèàëüíûå ìåòîäû âû÷èñëåíèé ïîäîáíûõ íàêîïèòåëüíûõ ñóìì ñ ìèíèìàëüíûì èñïîëüçîâàíèåì ïåðåìåííûõ ïîâûøåííîé ðàçðÿäíîñòè, è îíè àêòèâíî èñïîëüçóþòñÿ íà 8- è 16-ðàçðÿäíûõ ïëàòôîðìàõ. Îäíàêî äëÿ 32-ðàçðÿäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ STM32, îñíàùåííûõ 12ðàçðÿäíûì ÀÖÏ, ýòîò âîïðîñ íå àêòóàëåí, ïîñêîëüêó ïðè ïîäîáíûõ ðàñ÷åòàõ â ñàìîì õóäøåì ñëó÷àå ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå êîëè÷åñòâà îòñ÷åòîâ íàìíîãî áîëüøå 800:

NMES _ MAX =

232 = 220 = 1,048,576 .

12 2

(7)

Ïðè èçìåðåíèè äâóïîëÿðíûõ ñèãíàëîâ ñðåäíåå çíà÷åíèå íà âõîäå ÀÖÏ VAVR íåîáõîäèìî èçìåðÿòü îáÿçàòåëüíî. Âî-ïåðâûõ, ýòî óìåíüøàåò ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé, âîâòîðûõ, ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü íàëè÷èå è èñïðàâíîñòü ñîîòâåòñòâóþùåãî äàò÷èêà.

N – 1 Åñëè VAVR çíà÷èòåëüíî îòëè÷àåòñÿ îò 2 (áîëüøå ÷åì íà 5%), òî ýòî â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ñâèäåòåëüñòâóåò îá àâàðèè â àïïàðàòíîé ÷àñòè óñòðîéñòâà. Ïðè èçìåðåíèè ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ ÷àñòî íåîáõîäèìî îïðåäåëÿòü èõ äåéñòâóþùåå (ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêîå, ýôôåêòèâíîå) çíà÷åíèå XRMS. Êëàññè÷åñêàÿ ôîðìóëà äëÿ

ÑÒÀÒÜÈ

îïðåäåëåíèÿ äåéñòâóþùèõ çíà÷åíèé ïåðèîäè÷åñêèõ ñèãíàëîâ ïðîèçâîëüíîé ôîðìû âûãëÿäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì: T

XRMS =

1 2 x ( t )dt , T ò0

(8)

ãäå Ò – ïåðèîä ñèãíàëà. Î÷åâèäíî, ÷òî âû÷èñëåíèå êâàäðàòíîãî êîðíÿ ïîòðåáóåò çíà÷èòåëüíûõ çàòðàò ïðîöåññîðíîãî âðåìåíè, äàæå ïðè íàëè÷èè â ìèêðîêîíòðîëëåðàõ STM32 ñïåöèàëèçèðîâàííîãî àïïàðàòíîãî ìîäóëÿ, ïðîèçâîäÿùåãî óìíîæåíèå è äåëåíèå 32-ðàçðÿäíûõ ÷èñåë çà îäèí òàêò. Òåì íå ìåíåå, êàê ïîêàçàëà ïðàêòèêà, íåîáõîäèìîñòè â ñòîëü ñêðóïóëåçíîì ñëåäîâàíèè ïðàâèëàì íåò, è ïðè ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìå ñèãíàëîâ âåëè÷èíó XRMS ìîæíî ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ âû÷èñëèòü íà îñíîâå ñðåäíåâûïðÿìëåííîãî çíà÷åíèÿ XARV ïî áîëåå ïðîñòîé ôîðìóëå:

XRMS =

p

X ARV = 2 2 p 1 NMES = × å VADCi - VAVR .

2 2 NMES i=1

(9)

Çàêëþ÷åíèå Öèôðîâûå ìåòîäû ïîçâîëÿþò ðåàëèçîâûâàòü î÷åíü ãèáêèå àëãîðèòìû óïðàâëåíèÿ èìïóëüñíûìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè.  ïåðâóþ î÷åðåäü ýòî êàñàåòñÿ ñåðâèñíûõ ôóíêöèé, íå òðåáóþùèõ âûñîêîãî áûñòðîäåéñòâèÿ è áîëüøîãî êîëè÷åñòâà âû÷èñëåíèé. Îäíàêî ñ êàæäûì äíåì, ïî ìåðå ïîÿâëåíèÿ áîëåå ñêîðîñòíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ, ýòè ìåòîäû âñå áîëüøå âíåäðÿþòñÿ â ñàìûé âàæíûé ïðîöåññ – ïðîöåññ ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè. Êîíå÷íîé æå öåëüþ öèôðîâûõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ ñòàíåò âíóòðåííåå ìîäåëèðîâàíèå âñåõ ýëåêòðè÷åñêèõ, ýíåðãåòè÷åñêèõ è òåïëîâûõ ïðîöåññîâ âíóòðè ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ ïðåäñêàçàíèåì, íàñêîëüêî èçìåíÿòñÿ êëþ÷åâûå ïàðàìåòðû ñõåìû ïîñëå î÷åðåäíîãî öèêëà ïðåîáðàçîâàíèÿ. Ýòî íåîáõîäèìî õîòÿ áû äëÿ òîãî, ÷òîáû ïîíèìàòü – ìîæíî ëè ýòîò öèêë äåëàòü. Ïðè ýòîì óæå ñåé÷àñ î÷åâèäíî, ÷òî èñïîëüçîâàíèå öèôðîâûõ ìåòîäîâ ïîçâîëÿåò ìàêñèìàëüíî ýôôåêòèâíî èñïîëüçîâàòü ñèëîâóþ ÷àñòü ñ îäíîâðåìåííûì óïðîùåíèåì ñõåìû óïðàâëåíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëåì. ÐË

Ñïèñîê èñòî÷íèêîâ

Ñðåäíåâûïðÿìëåííîå çíà÷åíèå XARV ðàññ÷èòûâàåòñÿ àíàëîãè÷íî ñðåäíåìó çíà÷åíèþ ÕAVR: âíà÷àëå ôîðìèðóåòñÿ ñóììà ìîäóëåé, êîòîðàÿ çàòåì óìíîæàåòñÿ íà ñîîòâåòñòâóþùèå êîýôôèöèåíòû. Ïðè ýòîì íà ïðàêòèêå îêàçàëîñü óäîáíåå ïîëüçîâàòüñÿ ñëåäóþùåé ôîðìóëîé:

1. Ðóñó À.Ï. Êàê óïðàâëÿòü èìïóëüñíûìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè ñ ïîñòîÿííîé ÷àñòîòîé ïåðåêëþ÷åíèé 2. Ðóñó À.Ï. Êàê ðàáîòàþò èìïóëüñíûå ïðåîáðàçîâàòåëè ñ ãèñòåðåçèñíûì óïðàâëåíèåì 3. Ðóñó À.Ï. Èìïóëüñíîå ïðåîáðàçîâàíèå ïåðåìåííîãî òîêà 4. IGBT-cáîðêè MIPAQPro îò Infineon – ãîòîâîå ðåøåíèå äëÿ ìîùíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé

(10)

5. Ñòàáèëèçàòîð íàïðÿæåíèÿ èìïóëüñíûé GF9000

ãäå XRMS_MAX – ìàêñèìàëüíîå äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå âõîäíîãî ñèíóñîèäàëüíîãî ñèãíàëà, íà êîòîðîå ðàññ÷èòàí äàò÷èê.

6. Ðóñó À.Ï. Ïî÷åìó ãàëüâàíè÷åñêàÿ ðàçâÿçêà óâåëè÷èâàåò ðàçìåðû èìïóëüñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè 7. Óêàçàòåëè íà ôóíêöèè (ñòàòüÿ ñ ñàéòà metanit.com)

XRMS = XRMS _ MAX

p X ARV .

2N

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

23

Ãåíåðàòîðû èãîëü÷àòûõ èìïóëüñîâ è èõ ïðèìåíåíèå Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê Ïðèâåäåíî îïèñàíèå ãåíåðàòîðîâ êîðîòêèõ èìïóëüñîâ èãëîîáðàçíîé ôîðìû. Ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ ãåíåðàòîðîâ òàêèõ èìïóëüñîâ äëÿ ñîçäàíèÿ ñèñòåì ñâÿçè ñ èñïîëüçîâàíèåì ÷àñòîòíî-èìïóëüñíîé, à òàêæå àìïëèòóäíî-èìïóëüñíîé ìîäóëÿöèè.

È

Èãëîîáðàçíûå èìïóëüñû îòíîñÿòñÿ ê äèñêðåòíûì âèäàì ñèãíàëîâ, õàðàêòåðèçóåìûõ ðàñïðåäåëåíèåì îòñ÷åòîâ ðàçëè÷íîé èëè ïîñòîÿííîé âûñîòû ñ ïåðåìåííûì èëè ïîñòîÿííûì øàãîì äèñêðåòèçàöèè. Äèñêðåòíûå ñèãíàëû ñ ïîñòîÿííûì øàãîì äèñêðåòèçàöèè ïîçâîëÿþò

îäíîâðåìåííî ïåðåäàâàòü ïî îäíîìó êàíàëó ñâÿçè èíôîðìàöèþ îò íåñêîëüêèõ èñòî÷íèêîâ ñ ìóëüòèïëåêñèðîâàíèåì ñèãíàëîâ âî âðåìåíè [1]. Äëÿ ãåíåðàöèè êîðîòêèõ èìïóëüñîâ â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ èñïîëüçóþò ñïîñîáû èõ ïîëó÷åíèÿ, ïîêàçàííûå íà Ðèñóíêå 1.

E

R1

C1 C1 R2

F1

VD1 R2

(à) E

(á)

R1

C1

DD1.1

S

V1 =1 R1 R2

(â)

C1

(ã)

Ðèñóíîê 1. Âàðèàíòû ñõåì ãåíåðàòîðîâ êîðîòêèõ èìïóëüñîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì: à) äèôôåðåíöèðóþùèõ RC-öåïî÷åê; á) ãàçîðàçðÿäíûõ èëè âàêóóìíûõ ðàçðÿäíèêîâ; â) ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ ñ S-îáðàçíîé âîëüòàìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêîé; ã) ìèêðîñõåì.

24

ÑÒÀÒÜÈ

+¥

Ñâîéñòâîì ôîðìèðîâàòü êîðîòêèå èìïóëüñû íàïðÿæåíèÿ îáëàäàåò ïðîñòåéøàÿ äèôôåðåíöèðóþùàÿ RC-öåïî÷êà, Ðèñóíîê 1à. Ïðè ïîäà÷å íà âõîä RC-öåïî÷êè èìïóëüñîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû íà åå âûõîäå ïîëó÷àåòñÿ âñïëåñê íàïðÿæåíèÿ ñ ïîñëåäóþùèì åãî ýêñïîíåíöèàëüíûì ñïàäîì è, ïîñëå îêîí÷àíèÿ èìïóëüñà, òàêîé æå âñïëåñê íàïðÿæåíèÿ ïðîòèâîïîëîæíîé ïîëÿðíîñòè, êîòîðûå çà íåíàäîáíîñòüþ ãàñÿòñÿ ïðè ïîìîùè äèîäà VD1. Äëÿ ãåíåðàöèè èìïóëüñîâ ïîäîáíîé ôîðìû èñïîëüçóþò òàêæå ãàçîíàïîëíåííûå è âàêóóìíûå ðàçðÿäíèêè, Ðèñóíêè 1á è 1â, à òàêæå ïîëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû, îáëàäàþùèå âîëüòàìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêîé S-îáðàçíîé ôîðìû, íàïðèìåð, ëàâèííûå òðàíçèñòîðû è èõ àíàëîãè, à òàêæå äðóãèå ïîëó-ïðîâîäíèêîâûå ýëåìåíòû [2–7]. Ïåðå÷èñëåííûé âûøå ñïîñîáû è óñòðîéñòâà ôîðìèðîâàíèÿ êîðîòêèõ èìïóëüñîâ íå ïîçâîëÿþò íàïðÿìóþ ïîëó÷èòü íà âûõîäå ñèãíàë ñòðîãî ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Äëÿ ãåíåðàöèè ñèãíàëîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû ìàëîé äëèòåëüíîñòè ÷àùå äðóãèõ èñïîëüçóþò óñòðîéñòâà, âûïîëíåííûå íà ìèêðîñõåìàõ, îäíî èç ìíîãèõ âàðèàíòîâ êîòîðûõ ïðèâåäåíî íà Ðèñóíêå 1ã. Èòàê, ãåíåðàòîðû èãîëü÷àòûõ èìïóëüñîâ ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü íà âûõîäå ñèãíàëû âåñüìà ìàëûé ïðîòÿæ¸ííîñòè âî âðåìåíè.  1926 ã. àíãëèéñêèé ôèçèê-òåîðåòèê Ïîëü Àäðèàí Ìîðèñ Äèðàê (Paul Adrien Maurice Dirac, 1902–1984), ââ¸ë â êâàíòîâîé ìåõàíèêå ïîíÿòèå äåëüòà-ôóíêöèè, êîòîðóþ ìîæíî îïèñàòü âûðàæåíèÿìè:

ì+ ¥, t = 0, d( t ) = í î0, t ¹ 0

1

d(t) t

0

Q(t)

0

t

ì0, t < 0, Q( t ) = í î1, t ³ 0

ì+ ¥, t = 0, d( t ) = í î0, t ¹ 0

Ðèñóíîê 2. Ôóíêöèÿ Äèðàêà (ñëåâà) è ôóíêöèÿ Õåâèñàéäà (ñïðàâà).

è +¥

ò d(t )dt = 1.

-¥

Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî äåëüòà-ôóíêöèÿ íå ðàâíà íóëþ òîëüêî â òî÷êå t = 0, ãäå îíà îáðàùàåòñÿ â áåñêîíå÷íîñòü ñî çíàêîì ïëþñ, à åå èíòåãðàë ïî ëþáîé îêðåñòíîñòè t = 0 ðàâåí 1. Çàäîëãî äî Äèðàêà åãî ñîîòå÷åñòâåííèê ôèçèê-ìàòåìàòèê Îëèâåð Õåâèñàéä (Oliver Heaviside, 1850–1925) ââ¸ë ôóíêöèþ

ì0, t < 0, Q( t ) = í î1, t ³ 0 (ôóíêöèþ Õåâèñàéäà) äëÿ îïèñàíèÿ ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ (åäèíè÷íîãî ñêà÷êà íàïðÿæåíèÿ) â ýëåêòðè÷åñêîé öåïè. Èíòåðåñíî, ÷òî äåëüòà-ôóíêöèþ Äèðàêà ìîæíî ïîëó÷èòü ïóòåì äèôôåðåíöèðîâàíèÿ ôóíêöèè Õåâèñàéäà, Ðèñóíîê 2, ÷òî è ïðîèñõîäèò ïðè ïîäà÷å èìïóëüñà ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû íà äèôôåðåíöèðóþùóþ RC-öåïî÷êó. Èç àíàëèçà ñâîéñòâ äåëüòà-ôóíêöèè ñ òî÷êè çðåíèÿ ýëåêòðîíèêè ñëåäóåò, ÷òî îíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íåêóþ ìàòåìàòè÷åñêóþ àáñòðàêöèþ, õàðàêòåðèçóþùóþ ýëåêòðè÷åñ-

+E T1 ÓÍ×

À

Á

R1 1

BM1 C1

VT1

ÔÍ×

DD2.1

DD1.1

S T C D R

Â

Ã

Q Q

RÍ

Ðèñóíîê 3. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ôîðìèðîâàòåëÿ ÷àñòîòíûé ìîäóëÿöèè èìïóëüñíûõ ñèãíàëîâ èãëîîáðàçíîé ôîðìû è èõ äåìîäóëÿöèè ñ èñïîëüçîâàíèåì D-òðèããåðà è ôèëüòðà íèæíèõ ÷àñòîò.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

25

À

Á

Â

Ã

Ðèñóíîê 4. Äèàãðàììà ýëåêòðè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â ðàçëè÷íûõ òî÷êàõ óñòðîéñòâà: à) ìîäóëèðóþùèé ñèãíàë, íàïðèìåð, ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû; á) ñèãíàëû èãëîîáðàçíîé ôîðìû íà âûõîäå ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ; â) ñèãíàëû íà âûõîäå D-òðèããåðà; ã) âîññòàíîâëåííûé ñèãíàë ïîñëå ÔÍ×.

êèé ñèãíàë áåñêîíå÷íî óçêèé ïî äëèòåëüíîñòè è áåñêîíå÷íîãî áîëüøîé ïî àìïëèòóäå. Ïëîùàäü òàêîãî ñèãíàëà îïðåäåëÿåòñÿ ïðîèçâåäåíèåì åãî âûñîòû íà äëèòåëüíîñòü, ÷òî äëÿ èäåàëüíîãî äåëüòà-èìïóëüñà ÿâëÿåò ñîáîé íåîïðåäåëåííîñòü âèäà áåñêîíå÷íîñòü, óìíîæåííàÿ íà íîëü.  ðåàëüíûõ óñëîâèÿõ êîðîòêèå èìïóëüñû ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû, ïîëó÷àåìûå ïðè ïîìîùè ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ, èìåþò êîíå÷íóþ àìïëèòóäó è øèðèíó. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàí âàðèàíò îñóùåñòâëåíèÿ ÷àñòîòíî-èìïóëüñíîé ìîäóëÿöèè ñ èñïîëüçîâàíèåì ãåíåðàòîðà èãëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ, à òàêæå ñïîñîá âîññòàíîâëåíèÿ èñõîäíîãî ñèãíàëà íà ïðèåìíîé ñòîðîíå. Äîïóñòèì, ÷òî àêóñòè÷åñêèé ñèãíàë ïðè ïîìîùè ìèêðîôîíà BM1 ïðåîáðàçóåòñÿ â ýëåêòðè÷åñêèé è ïîñòóïàåò íà óñèëèòåëü íèçêîé ÷àñòîòû (ÓÍ×), íàãðóæåííûé, íàïðèìåð, íà òðàíñôîðìàòîð Ò1. Ñ ïîìîùüþ äàííîãî òðàíñôîðìàòîðà èëè íàïðÿìóþ ñ âûõîäà ÓÍ× ìîäóëèðóþùèé ñèãíàë ïîñòóïàåò íà ãåíåðàòîð èãëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ, âûïîëíåííûé íà ìèêðîñõåìå DD1 è òðàíçèñòîðå VT1 ñ èñïîëüçîâàíèåì âðåìÿçàäàþùåé RC-öåïî÷êè R1C1. Ïðè âêëþ÷åíèè óñòðîéñòâà êîíäåíñàòîð Ñ1 çàðÿæàåòñÿ ÷åðåç ðåçèñòîð R1 äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå íà åãî îáêëàäêàõ íå ïðåâûñèò íàïðÿæåíèå ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîðîãî-

26

âîãî óñòðîéñòâà – ïîâòîðèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ íà ìèêðîñõåìå DD1.1. Ïîñëå ïåðåêëþ÷åíèÿ ñîñòîÿíèÿ ïîâòîðèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ íà ìèêðîñõåìå DD1.1 ñèãíàë óðîâíÿ «ëîã. 1» ïîñòóïàåò íà çàòâîð ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà VT1, êîòîðûé îòêðûâàåòñÿ è ðàçðÿæàåò êîíäåíñàòîð Ñ1, ïîñëå ÷åãî ïðîöåññ ïîâòîðÿåòñÿ íåîãðàíè÷åííîå ÷èñëî ðàç. Ïîñêîëüêó âåëè÷èíà çàðÿäíîãî òîêà êîíäåíñàòîðà Ñ1 è, ñëåäîâàòåëüíî, ÷àñòîòà ãåíåðàöèè îïðåäåëÿåòñÿ àìïëèòóäîé ìîäóëèðóþùåãî ñèãíàëà, íà âûõîäå ãåíåðàòîðà ôîðìèðóþòñÿ ìîäóëèðîâàííûå ïî ÷àñòîòå èìïóëüñíûå ñèãíàëû èãëîîáðàçíîé ôîðìû. Íà ñõåìå, Ðèñóíîê 3, çíà÷êîì (×) óñëîâíî îáîçíà÷åíà ïðîâîäíàÿ èëè áåñïðîâîäíàÿ ëèíèÿ ïåðåäà÷è ýëåêòðè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, íà ïðèåìíîé ñòîðîíå êîòîðîé ïðîèñõîäèò äåìîäóëÿöèÿ âõîäíûõ ñèãíàëîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì D-òðèããåðà DD2.1. Íà âûõîäå òðèããåðà ïîëó÷àþòñÿ ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ñ øèðîòíîèìïóëüñíîé ìîäóëÿöèåé, êîòîðûå, êàê è ïðè èñïîëüçîâàíèè óñèëèòåëåé D-êëàññà, íåñëîæíî ïðåîáðàçîâàòü ïðè ïîìîùè ôèëüòðà íèæíèõ ÷àñòîò (ÔÍ×) â ñèãíàë èçíà÷àëüíîé àíàëîãîâîé ôîðìû. Î÷åâèäíî, ÷òî ÷àñòîòà ãåíåðàöèè èìïóëüñîâ èãëîîáðàçíîé ôîðìû äîëæíà, ïî ìåíüøåé ìåðå, â 4 ðàçà ïðåâûøàòü ìàêñèìàëüíóþ ÷àñòîòó ìîäóëèðóþùåãî ñèãíàëà. Ïî òåîðåìå Êîòåëüíèêîâà – Øåííîíà ñîîòíîøåíèå ýòèõ ÷àñòîò äîëæíî áûòü íå ìåíåå äâóõ, íî â ñâÿçè ñ èñïîëüçîâàíèåì äåìîäóëÿòîðà íà D-òðèããåðå, êîòîðûé äåëèò ÷àñòîòó âõîäíûõ èìïóëüñîâ ïîïîëàì, íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü êîýôôèöèåíò 4. Íà Ðèñóíêå 4 ïîêàçàíû äèàãðàììû ñèãíàëîâ, íàáëþäàåìûõ â ðàçëè÷íûõ òî÷êàõ óñòðîéñòâà, Ðèñóíîê 3. Íà Ðèñóíêå 5 ïîêàçàí åùå îäèí ñïîñîá ôîðìèðîâàíèÿ èìïóëüñîâ èãëîîáðàçíîé ôîðìû èç èìïóëüñíûõ ñèãíàëîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû è ïîñëåäóþùåãî âîññòàíîâëåíèÿ ôîðìû èñõîäíûõ ñèãíàëîâ íà ïðèåìíîé ñòîðîíå. Ñèãíàëû îò ãåíåðàòîðà ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ÷àñòîòîé F1 èëè èñòî÷íèêà ñèãíàëà ñ øèðîòíî-èìïóëüñíîé ìîäóëÿöèåé (ÃÏÈ/ØÈÌ) ïîñòóïàþò íà RC äèôôåðåíöèðóþùóþ öåïî÷êó (ÄÖ) – ôîðìèðîâàòåëÿ èãëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ. Íà âûõîäå ÄÖ ôîðìèðóåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü áèïîëÿðíûõ èãëîîáðàçíûõ

ÑÒÀÒÜÈ

ÄÖ

F1

ÄÌ

2F1

C

ÃÏÈ/ØÈÌ

Ä× S T C D

R

R

F1 Q Q

Ðèñóíîê 5. Ôîðìèðîâàíèå èìïóëüñîâ èãëîîáðàçíîé ôîðìû èç ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ìîäóëèðóþùåãî óñòðîéñòâà è âîññòàíîâëåíèå ôîðìû èñõîäíûõ ñèãíàëîâ íà ïðèåìíîé ñòîðîíå: ÃÏÈ/ØÈÌ – ãåíåðàòîð ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ èëè øèðîòíî-èìïóëüñíûé ìîäóëÿòîð; F1 – ÷àñòîòà èìïóëüñîâ; ÄÖ – äèôôåðåíöèðóþùàÿ RC-öåïî÷êà; ÄÌ – äèîäíûé ìîñò; × – ëèíèÿ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè; Ä× – äåëèòåëü ÷àñòîòû.

èìïóëüñîâ, êîòîðàÿ ïðè ïîìîùè äèîäíîãî ìîñòà (ÄÌ) ïðåîáðàçóåòñÿ â ïîñëåäîâàòåëüíîñòü îäíîïîëÿðíûõ èãëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ ÷àñòîòîé 2F1. Ýòè èìïóëüñû ÷åðåç ëèíèþ ñâÿçè (×) ïåðåäàþòñÿ íà ïðèåìíóþ ñòîðîíó, ãäå ïðîèñõîäèò èõ äåìîäóëÿöèÿ – âîññòàíîâëåíèå èñõîäíîé ôîðìû ñèãíàëîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì äåëèòåëÿ ÷àñòîòû (Ä×) íà îñíîâå D-òðèããåðà. Âàðèàíò îñóùåñòâëåíèÿ ÷àñòîòíî-èìïóëüñíîé ìîäóëÿöèè ñèãíàëîâ èãëîîáðàçíîé ôîðìû è ôîðìà ñèãíàëîâ, íàáëþäàåìûõ íà âûõîäå óñòðîéñòâà, ïðèâåäåíû íà Ðèñóíêå 6.

+E

UÌÎÄ

~

íåèçìåííà âî âðåìåíè, íî èõ àìïëèòóäà ìåíÿåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ àìïëèòóäîé ìîäóëèðóþùåãî ñèãíàëà. Äëÿ ýòîãî íà âûõîäå ãåíåðàòîðà èñïîëüçóåòñÿ ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü R2 è ïîëåâîé òðàíçèñòîð VT2, óïðàâëåíèå ñîïðîòèâëåíèåì èñòîê-ñòîê êîòîðîãî ïðîèçâîäèòñÿ ïîäà÷åé ìîäóëèðóþùåãî íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîð òðàíçèñòîðà. Íà çàâåðøàþùåì Ðèñóíêå 8 ïîêàçàí åùå îäèí âàðèàíò ïîëó÷åíèÿ ñèãíàëîâ ñ àìïëèòóäíî-èìïóëüñíîé ìîäóëÿöèåé. Ãåíåðàòîð èãëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ íà ýëåìåíòå DD1.1 è òðàíçèñòîðå VT1 óïðàâëÿåò ðàáîòîé àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà DA1.1. Ìîäóëèðóþùèé íèçêî÷àñòîòíûé àíàëîãîâûé ñèãíàë ÷åðåç êîíäåíñàòîð C2 ïîñòóïàåò íà áàçó òðàíçèñòîðà VT2. Ñ êîëëåêòîðà òðàíçèñòîðà VT2 óñèëåííûé ñèãíàë ïîñòóïàåò íà âõîä àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà DA1.1. Íà âûõîäå êîììóòàòîðà DA1.1 ôîðìèðóåòñÿ ñèãíàë ñ àìïëèòóäíîèìïóëüñíîé ìîäóëÿöèåé. Äåìîäóëèðîâàòü òàêîé ñèãíàë íåñëîæíî ïðè ïîìîùè ïðîñòåéøåé èíòåãðèðóþùåé RC-öåïî÷êè. Òàêèì îáðàçîì, ñèãíàëû èñ÷åçàþùå ìàëîé äëèòåëüíîñòè èäåàëüíî ïîäõîäÿò äëÿ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè ïðàêòè÷åñêè áåç ïåðåíîñà ýíåðãèè. Ñèãíàëû èãëîîáðàçíîé ôîðìû ñ óñïåõîì ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â òåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ äëÿ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè ñ

DD1.1 R1 1 UÂÛÕ C1

VT1

Ðèñóíîê 6. Âàðèàíò îñóùåñòâëåíèÿ ÷àñòîòíî-èìïóëüñíûé ìîäóëÿöèè ñèãíàëîâ èãëîîáðàçíîé ôîðìû.

Íà Ðèñóíêå 7 ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ àìïëèòóäíî-èìïóëüñíî ìîäóëèðîâàííûõ ñèãíàëîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ãåíåðàòîðà ñèãíàëîâ èãëîîáðàçíîé ôîðìû.  äàííîì óñòðîéñòâå ÷àñòîòà ãåíåðèðóåìûõ èìïóëüñîâ

DD1.1 +E

R1

R2 1

UÂÛÕ UÌÎÄ

C1

VT1

VT2

@

Ðèñóíîê 7. Àìïëèòóäíûé ìîäóëÿòîð èìïóëüñîâ èãëîîáðàçíîé ôîðìû.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

27

ìû ê ãîëîâíîìó ìîçãó è îáðàòíî, îò ãîëîâíîãî ìîçãà – ê èñïîëíèòåëüíûì ìåõàíèçìàì òåëà. Íåóäèâèòåëüíî, ÷òî ñèãíàëû èãëîîáðàçíîé ôîðìû òðàäèöèîííî èñïîëüçóþò â ýëåêòðîíåéðîñòèìóëÿòîðàõ è äðóãèõ ïðèáîðàõ ôèçèîòåðàïåâòè÷åñêîãî íàçíà÷åíèÿ äëÿ íîðìàëèçàöèè ñîñòîÿíèÿ ÷åëîâåêà [7]. ÐË

DD1.1 R1

+E

1 C1

VT1

DA1.1

R2

UÂÛÕ UÌÎÄ

~

C2

RÍ

R3 VT2

Ðèñóíîê 8. Âàðèàíò àìïëèòóäíîãî ìîäóëÿòîðà èìïóëüñîâ èãëîîáðàçíîé ôîðìû ñ èñïîëüçîâàíèåì àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà.

ìèíèìàëüíûìè ïîòåðÿìè ýíåðãèè. Òàêîé ñïîñîá ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè ïîçâîëÿåò ìàêñèìàëüíî ýêîíîìèòü ðåñóðñû àâòîíîìíûõ êîìïàêòíûõ èñòî÷íèêîâ ýíåðãîñíàáæåíèÿ ñðåäñòâ ñâÿçè.  çàêëþ÷åíèå îòìåòèì, ÷òî ñèãíàëû èãëîîáðàçíîé ôîðìû íå ñëó÷àéíî îòâå÷àþò ñèãíàëàì, íàáëþäàåìûì â ïðèðîäå è, â ÷àñòíîñòè, â îðãàíèçìå ÷åëîâåêà. Òàêèå ñèãíàëû èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïåðåäà÷è èìïóëüñîâ âîçáóæäåíèÿ îò ïåðèôåðèéíîé íåðâíîé ñèñòå-

28

Ëèòåðàòóðà 1. Áàñêàêîâ Ñ.È. Ðàäèîòåõíè÷åñêèå öåïè è ñèãíàëû (3-å èçä.). – Ì.: Âûñøàÿ øêîëà, 2000. – 462 ñ.

2. Øóñòîâ Ì.À., Ïðîòàñåâè÷ Å.Ò. Ýëåêòðîðàçðÿäíàÿ ôîòîãðàôèÿ. – Òîìñê: Èçä-âî Òîìñê. ïîëèòåõí. óí-òà, 1999. – 244 ñ.

3. Øóñòîâ Ì.À., Ïðîòàñåâè÷ Å.Ò. Òåîðèÿ è ïðàêòèêà ãàçîðàçðÿäíîé ôîòîãðàôèè. – Òîìñê: Èçä-âî Òîìñê. ïîëèòåõí. óí-òà, 2001. – 252 ñ.

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

5. Øóñòîâ Ì.À. Ãåíåðàòîðû âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ è èõ ïðèìåíåíèå // Ðàäiîàìàòîð-Ýëåêòðèê. – 2003. – ¹ 3. – Ñ. 2–6.

6. À.ñ. 1506522 ÑÑÑÐ. ÌÊÈ H03K 3/335. Ãåíåðàòîð èìïóëüñîâ / Ì.À. Øóñòîâ // Îòêðûòèÿ. Èçîáðåòåíèÿ. – 1989. – ¹ 33.

7. Øóñòîâ Ì.À., Øóñòîâà Â.À. Ôèçèîòåðàïèÿ â ñòîìàòîëîãèè è ÷åëþñòíî-ëèöåâîé õèðóðãèè. – ÑÏá.: ÑïåöËèò, 2018. – 168 ñ.

ÑÒÀÒÜÈ

Êîãäà îáðàòíîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü äîñòèãàåò ãðàíèöû ñâîèõ âîçìîæíîñòåé Frederik Dostal, Analog Devices

Ãàëüâàíè÷åñêè èçîëèðîâàííûå èñòî÷íèêè à ïèòàíèÿ èñïîëüçóþòñÿ âî ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ ïî ðàçíûì ïðè÷èíàì.  íåêîòîðûõ ñõåìàõ ãàëüâàíè÷åñêàÿ ðàçâÿçêà äåëàåòñÿ èç ñîîáðàæåíèé áåçîïàñíîñòè.  äðóãèõ ñëó÷àÿõ ôóíêöèîíàëüíàÿ èçîëÿöèÿ èñïîëüçóåòñÿ äëÿ çàùèòû ñèãíàëüíûõ öåïåé îò ëþáûõ ïîìåõ. Ãàëüâàíè÷åñêè èçîëèðîâàííûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ îáû÷íî îñíîâàíû íà îáðàòíîõîäîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ. Ýòè ðåãóëÿòîðû èìåþò î÷åíü ïðîñòóþ êîíñòðóêöèþ. Òèïè÷íàÿ ñõåìà òàêîãî ðåãóëÿòîðà ñ êîíòðîëëåðîì îáðàòíîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ADP1071 ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1. Ìû âèäèì, ÷òî ýòî îáðàòíîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàVIN

VOUT

CIN

COUT

Q2 T1

Q1

Õîòÿ îáðàòíîõîäîâûå ïðåîáðàçîâàòåëè î÷åíü ïîïóëÿðíû, ýòà òîïîëîãèÿ èìååò ïðàêòè÷åñêèå îãðàíè÷åíèÿ. Òðàíñôîðìàòîð T1 íà VOUT

VIN

CIN

CC

Q4

GATE ADP1071

òåëü, ïîñêîëüêó òî÷êè, îáîçíà÷àþùèå ïîëÿðíîñòü îáìîòîê òðàíñôîðìàòîðà, íå ñîâïàäàþò. Èñïîëüçóåòñÿ ñèëîâîé êëþ÷ ïåðâè÷íîé ñòîðîíû (Q1). Êðîìå òîãî, íà âòîðè÷íîé ñòîðîíå íóæíà âûïðÿìèòåëüíàÿ ñõåìà. Îíà ìîæåò áûòü ñäåëàíà íà äèîäàõ Øîòòêè, íî äëÿ ëó÷øåãî ÊÏÄ îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿ àêòèâíûé êîììóòàòîð (Q2 íà Ðèñóíêå 1). Óïðàâëåíèå êîììóòàòîðàìè è ãàëüâàíè÷åñêàÿ ðàçâÿçêà öåïè îáðàòíîé ñâÿçè FB îáåñïå÷èâàþòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèì êîíòðîëëåðîì, â äàííîì ñëó÷àå – ìèêðîñõåìîé ADP1071.

Q1

PGATE FB

Ðèñóíîê 1. Ïîêàçàí òèïè÷íûé îáðàòíîõîäîâîé ðåãóëÿòîð (îáðàòíîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü), ñïîñîáíûé ðàáîòàòü ïðè óðîâíÿõ ìîùíîñòè ïðèìåðíî äî 60 Âò.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Q2

L1 Q3 COUT

T1

NGATE ADP1074

SR2 FB

Ðèñóíîê 2. Ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü, ïðè êîòîðîé ìîæåò ðàáîòàòü ýòîò ïðÿìîõîäîâîé ðåãóëÿòîð (ïðÿìîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü), ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 200 Âò.

29

Ðèñóíêå 1 ôàêòè÷åñêè íå èñïîëüçóåòñÿ êàê êëàññè÷åñêèé òðàíñôîðìàòîð. Êîãäà òðàíçèñòîð Q1 îòêðûò, òîê ÷åðåç âòîðè÷íóþ îáìîòêó T1 íå òå÷åò. Ýíåðãèÿ òîêà ïåðâè÷íîé ñòîðîíû ïî÷òè ïîëíîñòüþ ñîõðàíÿåòñÿ â ñåðäå÷íèêå òðàíñôîðìàòîðà.

ïðèñóùè îãðàíè÷åíèÿ ïðè áîëåå âûñîêîé ìîùíîñòè. Òðàíñôîðìàòîð Ò1 èñïîëüçóåòñÿ êàê ýëåìåíò íàêîïëåíèÿ ýíåðãèè. Ïî ýòîé ïðè÷èíå òðàíñôîðìàòîð òàêæå ìîæíî íàçâàòü ñâÿçàííûìè èíäóêòèâíîñòÿìè (äðîññåëÿìè). Äëÿ ýòîãî òðåáóåòñÿ, ÷òîáû òðàíñôîðìàòîð ìîã íàêàïëèâàòü íåîáõîäèìîå êîëè÷åñòâî ýíåðãèè. ×åì âûøå êëàññ ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, òåì êðóïíåå è äîðîæå òðàíñôîðìàòîð.  áîëüøèíñòâå ïðèëîæåíèé âåðõíèé ïðåäåë ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 60 Âò. Åñëè ãàëüâàíè÷åñêàÿ ðàçâÿçêà òðåáóåòñÿ äëÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ áîëüøåé ìîùíîñòè, ïîäõîäÿùèì âûáîðîì áóäåò ïðÿìîõîäîâîé

Îáðàòíîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü íàêàïëèâàåò ýíåðãèþ â òðàíñôîðìàòîðå ïîäîáíî òîìó, êàê ïîíèæàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü íàêàïëèâàåò åå â äðîññåëå (èíäóêòèâíîñòè). Êîãäà Q1 íàõîäèòñÿ â âûêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè, íà âòîðè÷íîé ñòîðîíå òðàíñôîðìàòîðà T1 âîçíèêàåò òîê. Îí ïèòàåò ýíåðãèåé âûõîäíîé êîíäåíñàòîð COUT è âûõîä ñõåìû. Òàêàÿ êîíöåïöèÿ î÷åíü ïðîñòà â ðåàëèçàöèè, íî åé

Âõîä + –

L3

K1 L1 L2 1

Âûõîä

4.7 µH

V1 48 Â

L1 80 µH

C9 Q4 IRFP9240

L2 20 µH

C5 220 µF

Q3 Si4466DY

C8 1 µF

RLOAD 12 W

Q2

22 nF

Q1 Si4490DY

C1 100 nF D1 BAT46WJ

R1 W 8 mW

R2 W 1.2 kW

R3 W 10 kW

Si4466DY

CS

SR1

NGATE

SR2

PGATE

VDD2 U1

C10

C4

VREG1

VREG2

VIN

PGOOD

2.2 µF

1 µF

ADP1074

EN SYNC

R8 W 8.87 kW

R9 W 0.976 kW

FB OVP

C7 SS1

R7 W 0.976 kW

R10

COMP

10 nF C2 DMAX

R6 W 8.87 kW

SS2

W 30 kW C3 200 pF

C6 10 nF

22 nF R5

R4

W 120 kW

W 1W

RT

MODE

PGND1 AGND1

PGND2

.tran 2.5m Startup

AGND2

Ðèñóíîê 3. Ïðèìåð ñõåìû ñ êîíòðîëëåðîì ADP1074, ñìîäåëèðîâàííîé â LTspice.

30

ÑÒÀÒÜÈ

ïðåîáðàçîâàòåëü (Ðèñóíîê 2). Çäåñü òðàíñôîðìàòîð äåéñòâèòåëüíî èñïîëüçóåòñÿ èìåííî êàê êëàññè÷åñêèé òðàíñôîðìàòîð.  òî âðåìÿ, êîãäà íà ïåðâè÷íîé ñòîðîíå ÷åðåç òðàíçèñòîð Q1 òå÷åò òîê, íà âòîðè÷íîé ñòîðîíå òàêæå âîçíèêàåò òîê. Òàêèì îáðàçîì, êàçàëîñü áû, òðàíñôîðìàòîð íå äîëæåí âûïîëíÿòü ôóíêöèþ íàêîïëåíèÿ êàêîé-ëèáî ýíåðãèè. Íà ñàìîì äåëå, îäíàêî, ýòî íå òàê. Íåîáõîäèìî ñëåäèòü çà òåì, ÷òîáû òðàíñôîðìàòîð âñåãäà ïîëíîñòüþ «ðàçðÿæàëñÿ» âî âðåìÿ âûêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ Q1, èíà÷å ïîñëå íåñêîëüêèõ öèêëîâ îí ìîæåò äîñòè÷ü íàñûùåíèÿ. Ïðè òîé æå ìîùíîñòè ïðÿìîõîäîâîìó ïðåîáðàçîâàòåëþ íóæåí òðàíñôîðìàòîð ìåíüøåãî ðàçìåðà, ÷åì òðåáóåòñÿ äëÿ îáðàòíîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ýòî äåëàåò ïðÿìîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü ïðàêòè÷íûì è ðàçóìíûì äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ äàæå ïðè óðîâíÿõ ìîùíîñòè íèæå 60 Âò. Îäíèì èç íåäîñòàòêîâ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ñåðäå÷íèê òðàíñôîðìàòîðà â êàæäîì öèêëå äîëæåí îñâîáîæäàòüñÿ îò íåïðåäíàìåðåííî íàêîïëåííîé ýíåðãèè, ÷òî ðåàëèçóåòñÿ ñ ïîìîùüþ àêòèâíîãî îãðàíè÷èòåëÿ, êîòîðûé íà Ðèñóíêå 2 âûïîëíåí íà êëþ÷å Q4 è êîíäåíñàòîðå CC. Êðîìå òîãî, ïðÿìîõîäîâîìó ïðåîáðàçîâàòåëþ îáû÷íî òðåáóåòñÿ äîïîëíèòåëüíûé äðîññåëü L1 íà âòîðè÷íîé ñòîðîíå. Îäíàêî

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

áëàãîäàðÿ ýòîìó âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæåò òàêæå èìåòü áîëåå íèçêèå ïóëüñàöèè, ÷åì ó îáðàòíîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïðè òîì æå óðîâíå ìîùíîñòè. Äëÿ ðàçðàáîòêè ïðÿìîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ìèêðîñõåìû óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì, íàïðèìåð, ADP1074. Ýòà àðõèòåêòóðà îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿ òîãäà, êîãäà òðåáóåìûå óðîâíè ìîùíîñòè ïðåâûøàþò ïðèìåðíî 60 Âò. Ïðè ìîùíîñòè ìåíåå 60 Âò ïðÿìîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü òàêæå ìîæåò áûòü ëó÷øèì âûáîðîì, ÷åì îáðàòíîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü, èç-çà ñëîæíîñòè ñõåìû è äîñòèæèìîãî ÊÏÄ. ×òîáû óïðîñòèòü ïðèíÿòèå ðåøåíèÿ î âûáîðå èñïîëüçóåìîé òîïîëîãèè, ðåêîìåíäóåòñÿ ìîäåëèðîâàíèå ñ ïîìîùüþ áåñïëàòíîãî ñèìóëÿòîðà LTspice. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà ñõåìà ïðÿìîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà îñíîâå ADP1074, ñìîäåëèðîâàííàÿ â ñðåäå LTspice. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices ADP1071-1 2. Datasheet Analog Devices ADP1074 3. Datasheet Nexperia BAT46WJ 4. Datasheet Vishay IRFP9240 5. Datasheet Vishay Si4466DY 6. Datasheet Vishay Si4490DY

31

Èñïîëüçîâàíèå òàéìåðà 555 â ñõåìàõ ñ íèçêèìè êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ Phil Rogers, Texas Instruments EDN

ÏÏðîåêòèðîâàíèå àâòîêîëåáàòåëüíûõ ñõåì ñ èñïîëüçîâàíèåì ñòàíäàðòíîãî òàéìåðà 555 – ýòî ïðîñòîé ïðîöåññ, êîãäà êîýôôèöèåíòû çàïîëíåíèÿ ñîñòàâëÿþò 50% èëè áîëüøå. Îäíàêî ÷òîáû äîñòè÷ü æåëàåìîãî ðåçóëüòàòà ïðè ìàëîì êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ, íåîáõîäèìî ïðåîäîëåòü ìíîæåñòâî ïîäâîäíûõ êàìíåé. Èñïîëüçîâàíèå òîëüêî èäåàëüíûõ VCC

0.1 µF

IC1 TLC555D RA

8 4

6 RB

2 1

C

t H = C (R A + RB ) × ln( 2);

VCC RESET

7

OUT

3

VOUT

t L = CRB × ln( 2);

DISCH THRES TRIG

CTL

DC =

5

R A + RB .

R A + 2RB

GND 0.1 µF

Ðèñóíîê 1. Êëàññè÷åñêàÿ ñõåìà íà òàéìåðå 555 ìîæåò ðàáîòàòü òîëüêî ïðè êîýôôèöèåíòàõ çàïîëíåíèÿ, ïðåâûøàþùèõ 50%.

32

êîìïîíåíòîâ óïðîñòèëî áû ðàçðàáîòêó, íî íàéòè òàêèå êîìïîíåíòû ñëîæíî. Íåèäåàëüíîñòü êîìïîíåíòîâ íå ïîçâîëÿåò ïîëüçîâàòüñÿ ïðîñòûìè ñòàíäàðòíûìè ôîðìóëàìè è çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàåò ïîãðåøíîñòè.  îïèñûâàåìîé íèæå ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ ÊÌÎÏ òàéìåð TLC555. Ìîæíî èñïîëüçîâàòü è äðóãèå âåðñèè ïîïóëÿðíîãî òàéìåðà 555 ïðè óñëîâèè ó÷åòà ðàçëè÷èé â èõ çàäàííûõ ïàðàìåòðàõ. Äëÿ ñòàíäàðòíîé íèçêî÷àñòîòíîé ñõåìû ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ ñâûøå 50% (Ðèñóíîê 1) ïðèìåíèìû ñëåäóþùèå ðàñ÷åòíûå ôîðìóëû:

ãäå tH – äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà, tL – äëèòåëüíîñòü ïàóçû ìåæäó èìïóëüñàìè, DC – êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ. Çàðÿäíûé òîê âðåìÿçàäàþùåãî êîíäåíñàòîðà òå÷åò ÷åðåç ðåçèñòîðû RA è RB äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå íå äîñòèã-

ÑÒÀÒÜÈ

íåò âåðõíåãî ïîðîãà, ðàâíîãî 0.667VCC. Çàòåì êîíäåíñàòîð ðàçðÿæàåòñÿ ÷åðåç RB è âíóòðåííèé òðàíçèñòîð äî íàïðÿæåíèÿ íèæíåãî ïîðîãà 0.333VCC. Ïîñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèå RB ó÷àñòâóåò êàê â öèêëàõ çàðÿäà, òàê è ðàçðÿäà, ïîëó÷èòü êîýôôèöèåíòû çàïîëíåíèÿ ìåíüøå 50% â òàêîé êîíôèãóðàöèè íåâîçìîæíî. Êðîìå òîãî, ýòè èäåàëèçèðîâàííûå ôîðìóëû íå ó÷èòûâàþò ðÿä ôàêòîðîâ, êîòîðûå íåçíà÷èòåëüíî èñêàæàþò ðåçóëüòàòû ïðè áîëåå âûñîêèõ çíà÷åíèÿõ êîýôôèöèåíòîâ çàïîëíåíèÿ, íî ñèëüíî âëèÿþò íà ðåçóëüòàòû ïðè ðàñ÷åòå ñõåì ñ íèçêèìè êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ. Ê òàêèì ôàêòîðàì îòíîñÿòñÿ çàäåðæêè ðàñïðîñòðàíåíèÿ è ñîïðîòèâëåíèå âíóòðåííåãî ðàçðÿäíîãî òðàíçèñòîðà. Âñå ýòè ôàêòîðû çàâèñÿò îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Åùå îäíèì ôàêòîðîì, êîòîðûé îòíîñèòñÿ òîëüêî ê ñõåìàì ñ íèçêèì êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ, ÿâëÿåòñÿ âëèÿíèå øóíòèðóþùåãî äèîäà RB (D1 íà Ðèñóíêå 2), íåîáõîäèìîãî äëÿ ðåàëèçàöèè ýòîé êîíñòðóêöèè. Äîáàâëåíèå øóíòèðóþùåãî äèîäà, ïàðàëëåëüíîãî RB, ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü ñõåìû ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ ìåíåå 50%.  öèêëå çàðÿäà òîê òå÷åò ÷åðåç ðåçèñòîð RA è îáõîäèò RB ÷åðåç äèîä. Âî âðåìÿ ðàçðÿäà òîê òå÷åò ÷åðåç RB è, êàê îáû÷íî, ÷åðåç âíóòðåííèé ðàçðÿäíûé òðàíçèñòîð. Ïîñêîëüêó òåïåðü RB ó÷àñòâóåò òîëüêî â öèêëå ðàçðÿäà, ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü óñòàíîâèòü ëþáîé òðåáóåìûé êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ. Îïÿòü æå, ïðè èñïîëüçîâàíèè èäåàëüíûõ êîìïîíåíòîâ ôîðìóëû äëÿ ïàðàìåòðîâ èìïóëüñîâ ïîëó÷àþòñÿ ïðîñòûìè:

t H = C R A × ln( 2); t L = CRB × ln( 2);

DC =

RA .

RB

Ôàêòîðû, êîòîðûå íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè ðàñ÷åòå ïàðàìåòðîâ ïðîåêòà, âêëþ÷àþò: ! ïðÿìîå íàïðÿæåíèå äèîäà, ! çàäåðæêè ðàñïðîñòðàíåíèÿ, ! ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòîãî ðàçðÿäíîãî òðàíçèñòîðà, ! îòíîøåíèå RA ê ñîïðîòèâëåíèþ îòêðûòîãî òðàíçèñòîðà,

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

VCC

0.1 µF

IC1 TLC555D RA

8 4

RESET 7 6

RB

D1

VCC

2 1

OUT

3

VOUT

DISCH THRES TRIG

CTL

5

GND

C

0.1 µF

Ðèñóíîê 2. Ïðîñòîå äîáàâëåíèå øóíòèðóþùåãî äèîäà ïîçâîëÿåò ýòîé ñõåìå ðàáîòàòü ñ íèçêèìè êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ.

! ñîïðîòèâëåíèå óòå÷êè êîíäåíñàòîðà, ïîäêëþ÷åííîãî ê óïðàâëÿþùåìó âõîäó CTL. Ïðÿìîå íàïðÿæåíèå VF äèîäà çàâèñèò îò âåëè÷èíû ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç íåãî òîêà. Ýòîò òîê ìîæåò ñîñòàâëÿòü îò íåñêîëüêèõ ñîòåí ìèêðîàìïåð äî äåñÿòêîâ ìèëëèàìïåð. Äëÿ êîíêðåòíîé ñõåìû ýòî íàïðÿæåíèå ìîæíî ïîëó÷èòü ëèáî èç êðèâûõ, ïðèâåäåííûõ â äîêóìåíòàöèè ïðîèçâîäèòåëåé, ëèáî íà îñíîâàíèè ôàêòè÷åñêèõ èçìåðåíèé, êîãäà ÷åðåç äèîä ïðîïóñêàåòñÿ æåëàåìûé òîê. Ìîæíî òàêæå èñïîëüçîâàòü óðàâíåíèå Øîêëè äëÿ òîêà I, ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç èäåàëüíûé äèîä:

æ qV ö I = IS çç e kT - 1÷÷ . è ø ãäå IS – òîê íàñûùåíèÿ äèîäà. Èëè â òåðìèíàõ íàïðÿæåíèÿ:

VF =

æ æ 1 Iö Iö ln çç1 + ÷÷ = 38.46 ln çç1 + ÷÷ .

0.026 è IS ø è IS ø

Ýòî íàïðÿæåíèå âû÷èòàåòñÿ èç çàðÿäíîãî íàïðÿæåíèÿ âî âðåìÿ öèêëà çàðÿäêè è âëèÿåò íà ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ çàðÿäà. Âðåìåíà çàäåðæåê ðàñïðîñòðàíåíèÿ îò âõîäîâ THRES è TRIG äî âûâîäà DISCH (TPHL è TPLH, ñîîòâåò-

33

ñòâåííî) íåïîñðåäñòâåííî äîáàâëÿþòñÿ ê ïåðèîäó èìïóëüñîâ. Ýòè çàäåðæêè çàâèñÿò îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Âû÷èñëèòü çàäåðæêè ðàñïðîñòðàíåíèÿ (â íàíîñåêóíäàõ) ìîæíî ñ ïîìîùüþ ñëåäóþùèõ ôîðìóë: 5 4 3 TPHL = -0.0162VCC + 0.8207 VCC - 16.205VCC + 2 + 155.62VCC - 31.88VCC + 1558;

5 4 3 TPLH = -0.0102VCC + 0.5044 VCC - 9.6825 VCC + 2 + 89.622VCC - 401.04VCC + 807.97.

Ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòîãî ðàçðÿäíîãî òðàíçèñòîðà òàêæå çàâèñèò îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Ýòî ñîïðîòèâëåíèå âëèÿåò íà òîê ðàçðÿäà. Êðîìå òîãî, ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå RA íèçêîâîëüòíûõ ðåçèñòîðîâ (äëÿ íåáîëüøèõ êîýôôèöèåíòîâ çàïîëíåíèÿ) êîìáèíàöèÿ RA è ñîïðîòèâëåíèÿ îòêðûòîãî òðàíçèñòîðà îáðàçóåò äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ, âëèÿþùèé íà íàïðÿæåíèå ðàçðÿäà. Ôîðìóëà äëÿ ñîïðîòèâëåíèÿ îòêðûòîãî ðàçðÿäíîãî òðàíçèñòîðà (â îìàõ) èìååò ñëåäóþùèé âèä: -0.8101 R ON = 59.135 VCC .

Êàê ïðàâèëî, ê âûâîäó CTL, êîòîðûé ôàêòè÷åñêè ÿâëÿåòñÿ âåðõíèì óçëîì âíóòðåííåãî äåëèòåëÿ, ïîäêëþ÷àåòñÿ íåáîëüøîé êîíäåíñàòîð. Âëèÿíèå ýòîãî êîíäåíñàòîðà íà ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ âûâîäîâ THRES è TRIG íåçíà÷èòåëüíî. Ñîïðîòèâëåíèå óòå÷êè êåðàìè÷åñêîãî êîíäåíñàòîðà ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 9 ÌÎì. Ýòî çíà÷åíèå âåëèêî, íî âñå æå èçìåíÿåò ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ ïðèìåðíî íà 1.5%, ïîñêîëüêó â ñõåìå îêîííîãî êîìïàðàòîðà èñïîëüçóþòñÿ 80-êèëîîìíûå

ðåçèñòîðû. Åñëè ó÷åñòü âñå ïåðå÷èñëåííûå ïàðàìåòðû, ðàñ÷åòíûå ôîðìóëû çíà÷èòåëüíî óñëîæíÿþòñÿ: t éæ - PHL ö æ öù 2VCC RONC ÷ ç ÷ú + t ; tH = CR A ln ê 3 - e × çç ÷ è 2VCC - 3VF ÷øú PHL êëçè ø û

t - PHL æ CR A ç t L = C (RB + R ON ) ln 3 - e ç è

ö ÷ × 2.38 ´ ÷ ø

æ é æ 3R ON ö ù ö ç ê 1- ç ÷ ú÷ ç ê çè R A + R ON ÷ø ú ÷ ´ ç1 +t . ê ú ÷ PLH ç ê 2 - æç 3R ON ö÷ ú ÷ çR +R ÷ ÷ ç ê ON ø ú è A ûø è ë Ýòè ôîðìóëû ñîäåðæàò âñå èçâåñòíûå ïàðàìåòðû, òðåáóåìûå äëÿ ðàñ÷åòà ñõåìû íà òàéìåðå TLC555. Íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü äîïîëíèòåëüíûå âàðèàöèè, âûçûâàåìûå ðàçáðîñîì ïàðàìåòðîâ êîìïîíåíòîâ. Êðîìå òîãî, íóæíî ó÷èòûâàòü âëèÿíèå òåìïåðàòóðû. Ïîñëå òîãî, êàê âñå íåîáõîäèìûå äëÿ ðàñ÷åòîâ äàííûå áóäóò ïîëó÷åíû, ýòîò ïðîñòîé òàéìåð 555 ïîñòàâèò ïåðåä âàìè ñåðüåçíóþ ìàòåìàòè÷åñêóþ çàäà÷ó. Îäíàêî áëàãîäàðÿ êîìïüþòåðàì ìîæíî èçáàâèòüñÿ îò áîëüøåé ÷àñòè ýòîé óòîìèòåëüíîé ìàòåìàòèêè ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîé òàáëèöû Excel.  íåé, ñ ó÷åòîì îòêëîíåíèé íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ, ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ êàê äëÿ ñõåìû ñ øóíòèðóþùèì äèîäîì, òàê è áåç íåãî. Çàãðóçèòü ýëåêòðîííóþ òàáëèöó ìîæíî êëèêîì ïî ññûëêå â ðàçäåëå Çàãðóçêè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TLC555D

Çàãðóçêè Ýëåêòðîííàÿ òàáëèöà äëÿ ðàñ÷åòà ñõåìû ãåíåðàòîðà íà òàéìåðå TLC555

34

ÑÒÀÒÜÈ

Òî÷íîå èçìåðåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ñ ïîìîùüþ íåèäåàëüíûõ êîìïîíåíòîâ Dave Van Ess EDN

Ä

Äëÿ ïðåîáðàçîâàòåëåé, òàêèõ êàê òåíçîìåòðè÷åñêèå äàò÷èêè èëè òåðìèñòîðû, íåîáõîäèìî òî÷íîå èçìåðåíèå ñîïðîòèâëåíèé, âûïîëíÿåìîå íåäîðîãèìè ñðåäñòâàìè ñ ïîìîùüþ ñõåì, ïîñòðîåííûõ íà îñíîâå íåñîâåðøåííûõ êîìïîíåíòîâ, â êîòîðûõ îøèáêè óñèëåíèÿ è ñìåùåíèÿ ìîãóò çíà÷èòåëüíî îãðàíè÷èòü òî÷íîñòü îìè÷åñêèõ èçìåðåíèé. Ïðàâèëüíàÿ òîïîëîãèÿ ñõåìû ïîçâîëÿåò èñêëþ÷èòü áîëüøèíñòâî ñîñòàâëÿþùèõ îøèáêè èçìåðåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ, îñòàâëÿÿ òî÷íîñòü çàâèñÿùåé òîëüêî îò ñîïðîòèâëåíèÿ îäíîãî ýòàëîííîãî ðåçèñòîðà (Ðèñóíîê 1).  îòëè÷èå îò èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèÿ èëè òîêà, èçìåðåíèå ïàññèâíîãî àòðèáóòà, íàïðèìåð,

VRESP

VREF

ÁÓÔÅÐ

ÀÖÏ

ñîïðîòèâëåíèÿ, òðåáóåò ñòèìóëèðóþùåãî âîçäåéñòâèÿ. Îäèí èç ìåòîäîâ èçìåðåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â ïðîïóñêàíèè ÷åðåç ðåçèñòîð èçâåñòíîãî òîêà è èçìåðåíèè ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå. Òàêîå èçìåðåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ îçíà÷àåò, ÷òî ïðè ïðàâèëüíîì âûáîðå ñòèìóëèðóþùåãî òîêà íå ïîòðåáóþòñÿ íèêàêèå ðàñ÷åòû, ïîýòîìó ýòîò ìåòîä áûë ïîïóëÿðåí, êîãäà ñòîèìîñòü âû÷èñëåíèé ïðåâûøàëà çàòðàòû íà ñîçäàíèå òî÷íîãî èñòî÷íèêà òîêà. Îäíàêî òî÷íîñòü èñòî÷íèêà òîêà íàïðÿìóþ îãðàíè÷èâàåò òî÷íîñòü ñ÷èòûâàåìûõ äàííûõ, è ëþáûå îøèáêè óñèëåíèÿ èëè ñìåùåíèÿ ïðè èçìåðåíèè íàïðÿæåíèÿ îòêëèêà VRESP òàêæå óõóäøàþò òî÷íîñòü. Êðîìå òîãî, äèàïàçîí èçìåðåíèé îãðàíè÷åí äîïóñòèìûì äèàïàçîíîì óðîâíåé âõîäíûõ ñèãíàëîâ ÀÖÏ, êàê ïîêàçûâàåò ñëåäóþùàÿ ôîðìóëà:

RREF RT

Ðèñóíîê 1. Òîïîëîãèÿ ñ ðåçèñòèâíûì äåëèòåëåì îáåñïå÷èâàåò áîëåå äåøåâóþ àëüòåðíàòèâó èñòî÷íèêó òîêà è ïðåöèçèîííîìó ðåçèñòîðó.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

R T (MAX) =

VRESP (MAX) , ISTIM

ãäå ISTIM – ñòèìóëèðóþùèé òîê. Ñ ïîÿâëåíèåì áîëåå ìîùíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ è èíòåãðèðîâàííûõ íà êðèñòàëëå ëîãîìåòðè÷åñêèõ ÀÖÏ ìåíåå çàòðàòíûé ïîä-

35

V0

VREF+

RREF ÁÓÔÅÐ G=0.94

V1

ÀÖÏ 12 ÁÈÒ

RT V2

VREF –

Ðèñóíîê 2. Áîëüøèíñòâî îøèáîê óñèëåíèÿ è ñìåùåíèÿ óñòðàíÿåòñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè äâóõ èçìåðåíèé è âû÷èñëåíèè îòíîøåíèÿ èõ ðåçóëüòàòîâ.

õîä îáåñïå÷èâàåò àðõèòåêòóðà ñ ðåçèñòèâíûì äåëèòåëåì (Ðèñóíîê 2):

R T = RREF ´

VRESP .

VREF - VRESP

Òåîðåòè÷åñêè ýòà àðõèòåêòóðà îáåñïå÷èâàåò äèàïàçîí èçìåðåíèé îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ äî îáðûâà, îäíàêî ëþáàÿ îøèáêà ñìåùåíèÿ ïðè èçìåðåíèè íàïðÿæåíèÿ îòêëèêà îãðàíè÷èâàåò ôàêòè÷åñêèé äèàïàçîí, à ýòàëîííîå ñîïðîòèâëåíèå îãðàíè÷èâàåò îáùóþ òî÷íîñòü. Ôàêòè÷åñêè, îøèáêà, âíîñèìàÿ ýòàëîííûì ðåçèñòîðîì, çàâèñèò îò åãî ñòîèìîñòè, à íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ ñëóæèò îïîðíîå íàïðÿæåíèå VREF. Îøèáêà óñèëåíèÿ ëîãîìåòðè÷åñêîãî ÀÖÏ, êàê ïðàâèëî, íåâåëèêà è íå âíîñèò áîëüøîãî âêëàäà â îáùóþ îøèáêó, íî ýòî íå îòíîñèòñÿ ê îøèáêå ñìåùåíèÿ, êîòîðàÿ ìîæåò îêàçûâàòü íàèáîëüøå âëèÿíèå íà îáùóþ òî÷íîñòü. Èñïîëüçîâàíèå áîëåå äîðîãèõ è òî÷íûõ êîìïîíåíòîâ óìåíüøàåò îøèáêó ñìåùåíèÿ ëþáûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé, èñïîëüçóåìûõ íà ïóòè ïðîõîæäåíèÿ èçìåðÿåìîãî ñèãíàëà. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíî, êàê ñóùåñòâåííî ñíèçèòü îøèáêè óñèëåíèÿ è ñìåùåíèÿ ïóòåì âû÷èòàíèÿ äâóõ èçìåðåííûõ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèÿ, óñòðàíÿþùåãî ëþáûå îøèáêè ñìåùåíèÿ â èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìå:

æ V - V2 ö ÷÷ .

R T = RREF çç 1 è V0 - V1 ø

36

Èñïîëüçîâàíèå îòíîøåíèÿ ýòèõ äâóõ çíà÷åíèé ðàçíîñòè óñòðàíÿåò ëþáóþ îøèáêó óñèëåíèÿ íà ïóòè ïðîõîæäåíèÿ èçìåðÿåìîãî ñèãíàëà, è åäèíñòâåííûì êîìïîíåíòîì, îïðåäåëÿþùèì âåëè÷èíó îøèáêè èçìåðåíèÿ, îñòàåòñÿ ýòàëîííûé ðåçèñòîð. Ýòîò ðåçóëüòàò ñïðàâåäëèâ ïðè óñëîâèè, ÷òî èçìåðÿåìûé ñèãíàë íèêîãäà íå âûõîäèò çà ïðåäåëû äèàïàçîíà àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. ×òîáû ãàðàíòèðîâàòü âûïîëíåíèå ýòîãî óñëîâèÿ, êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ áóôåðà äàò÷èêà äîëæåí áûòü íåìíîãî ìåíüøå åäèíèöû. Ìîæíî òàêæå èçìåðÿòü ñîïðîòèâëåíèÿ íåñêîëüêèõ ðåçèñòîðîâ, äëÿ ÷åãî âñå èçìåðèòåëüíûå òðàêòû ìóëüòèïëåêñèðóþòñÿ â îäèí áóôåð è îäèí ÀÖÏ. Òîãäà âîñåìü àíàëîãîâûõ âûâîäîâ ïîçâîëÿò èçìåðÿòü äî øåñòè ñèãíàëîâ ïðåîáðàçîâàòåëåé (Ðèñóíîê 3).  êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû êàæäûé èç ÷åòûðåõ ïóòåé ïðîõîæäåíèÿ èçìåðÿåìîãî ñèãíàëà ìîæíî ïîäêëþ÷èòü ê ñîáñòâåííîìó áóôåðó è ïðåîáðàçîâàòåëþ.

V0

. . . . RREF3

... .

RT3

RREF2

RREF1

RT2

RT1

VREF+

VREF – V2

Ðèñóíîê 3. Èñïîëüçóÿ ìóëüòèïëåêñèðîâàíèå â îäèí áóôåð è îäèí àíàëîãî-öèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü, èäåþ ìîæíî ðàñøèðèòü íà íåñêîëüêî äàò÷èêîâ è ïóòåé ïðîõîæäåíèÿ ñèãíàëîâ.

 ëèñòèíãå, êîòîðûé ìîæíî çàãðóçèòü ïî ññûëêå â êîíöå ñòàòüè, ïîêàçàíî, êàê ðåàëèçîâàòü óïðàâëåíèå ñõåìîé, èçîáðàæåííîé íà Ðèñóíêå 2, ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììèðóåìîãî àíàëîãîâîãî êîíòðîëëåðà ñèñòåìû íà êðèñòàëëå.  íåì èñïîëüçóþòñÿ ìîäóëü ADCINC12 êîìïàíèè Cypress [1], ìîäóëü ñ ïðîãðàììèðóåìûì óñèëåíèåì è äâà àíàëîãîâûõ âûõîäíûõ áóôåðà. Ïîìåñòèâ àíàëîãîâûé áëîê ADCINC12 íåïîñðåäñòâåííî ïîñëå áóôåðà è

ÑÒÀÒÜÈ

óñòàíîâèâ òàêòîâóþ ÷àñòîòó ADCINC12, ðàâíîé 167 êÃö, ÷òîáû ïîëó÷èòü ÷àñòîòó âûáîðêè 10 âûá/ñ, ìîæíî óäàëèòü èç ñèãíàëà ëþáûå ïîìåõè ñ ÷àñòîòîé 50 èëè 60 Ãö. Åñëè ïðèëîæåíèå òðåáóåò áîëåå áûñòðîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ, óâåëè÷üòå ÷àñòîòó äèñêðåòèçàöèè. Óïðàâ-

ëÿþùàÿ ïðîãðàììà, íàïèñàííàÿ íà C, âû÷èñëÿåò çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ è ñîõðàíÿåò åãî â ïàìÿòè äàííûõ ìèêðîêîíòðîëëåðà. ÐË

Ññûëêè 1. 12-Bit Incremental ADC Datasheet

Çàãðóçêè Èñõîäíûé êîä ïðîãðàììû óïðàâëåíèÿ ñõåìîé íà Ðèñóíêå 2

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

37

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ

1980 – ïîâîðîòíûé ìîìåíò â èíäóñòðèè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ Patrick Le Fèvre Electronica Azi International

Çàïóñê êîñìè÷åñêîãî êîðàáëÿ «Âîÿäæåð-2» â 1977 ãîäó ÿâëÿåòñÿ íàïîìèíàíèåì î âàæíåéøåé ðîëè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ â ñèñòåìàõ ýëåêòðîíèêè.

Â

 îêòÿáðå ïðîøëîãî ãîäà ïîñëå ñåìè ìåñÿöåâ ìîë÷àíèÿ èç-çà ñåðüåçíîé ìîäåðíèçàöèè 70-ìåòðîâîé ðàäèîàíòåííû, ðàñïîëîæåííîé â Êàíáåððå (Àâñòðàëèÿ), ÍÀÑÀ îòïðàâèëî íàáîð êîìàíä 43-ëåòíåìó êîñìè÷åñêîìó êîðàáëþ «Âîÿäæåð-2». Íàõîäÿñü â ìèëëèàðäàõ ìèëü îò Çåìëè ñ ìîìåíòà ñâîåãî çàïóñêà â 1977 ãîäó, «Âîÿäæåð-2» ïîäòâåðäèë ïîëó÷åíèå çàïðîñà è áåç êàêèõ-ëèáî ïðîáëåì âûïîëíèë êîìàíäû. Èíòåðåñíî, êîíå÷íî, íî êàêîå ýòî èìååò çíà÷åíèå äëÿ ðàçðàáîò÷èêîâ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ? Õîòÿ ðàçðàáîò÷èêè ñèñòåì ÷àñòî ñ÷èòàþò åãî ïîñëåäíèì âèíòèêîì â óñòðîéñòâå, íà

38

ñàìîì äåëå èñòî÷íèê ïèòàíèÿ, âåðîÿòíî, ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç ñàìûõ âàæíûõ ÷àñòåé èõ îáîðóäîâàíèÿ. Îò âàêóóìíûõ òèðàòðîíîâ, èñïîëüçîâàâøèõñÿ â ìîùíûõ âûïðÿìèòåëÿõ REC-30 âûñîêîâîëüòíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ òåëåòàéïîâ â 1930 ãîäó, äî íîâåéøèõ øèðîêîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ – áåç ëþáîïûòñòâà è óâëå÷åííîñòè ìíîãîãî èç ýòîãî ðàçðàáîò÷èêè ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè íå ñìîãëè áû ñäåëàòü âîçìîæíûì. «Âîÿäæåð-2» – õîðîøèé òîìó ïðèìåð, íî êòî ïîìíèò, ÷òî ïðîèñõîäèëî â êîíöå ñåìèäåñÿòûõ – íà÷àëå âîñüìèäåñÿòûõ ãîäîâ â èíäóñòðèè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, è êàê âåäóùèå èíæåíåðû-ýíåðãåòèêè èçìåíèëè îáëèê íàøåé îòðàñëè?

Íàçàä â ïðîøëîå Çàïóùåííûé 20 àâãóñòà 1977 ãîäà «Âîÿäæåð-2» ïèòàëñÿ îò ðàäèîèçîòîïíîãî òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî ãåíåðàòîðà (ÐÈÒÝÃ), êîòîðûé ïðåâðàùàåò â ýëåêòðè÷åñòâî òåïëî îò ðàñïàäà ðàäèîàêòèâíîãî ìàòåðèàëà. Ãåíåðèðóåìîå íàïðÿæåíèå ñòàáèëèçèðóåòñÿ è ðàñïðåäåëÿåòñÿ íà 14 íàó÷íûõ ïðèáîðîâ è íà ãëàâíóþ ïëàòó óïðàâëåíèÿ. Âñÿ ñèñòåìà ïèòàíèÿ áûëà ðàçðàáîòàíà «ïîä ÐÈÒÝû, è, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ñõåìà äåðæàëàñü â ñåêðåòå, áûëà óïîìÿíóòà ñîâåðøåííî íîâàÿ òåõíîëîãèÿ ïîä íàçâàíèåì «èìïóëüñíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ». Èçâåñòíûå ñ 1930 ãîäà ïðèíöèïû èìïóëüñíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè äåñÿòèëåòèÿìè èçó÷àëèñü êîíñòðóêòîðàìè èñòî÷íè-

ÑÒÀÒÜÈ

êîâ ïèòàíèÿ äëÿ àýðîêîñìè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè, è äâèæóùåé ñèëîé èññëåäîâàíèé è ðàçðàáîòîê ÿâëÿëîñü ÍÀÑÀ. Ó÷èòûâàÿ àñòðîíîìè÷åñêóþ ñòîèìîñòü çàïóñêà, à òàêæå ñðîê ñëóæáû êîñìè÷åñêèõ çîíäîâ è ñïóòíèêîâ, êîíñòðóêòîðû êîñìè÷åñêèõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ ñòðåìèëèñü ê ñíèæåíèþ âåñà, ïîâûøåíèþ ýíåðãîýôôåêòèâíîñòè è êîìïàêòíîñòè.  øåñòèäåñÿòûõ ãîäàõ ÍÀÑÀ óæå èñïîëüçîâàëî èìïóëüñíûå ñèñòåìû ïèòàíèÿ íà íåêîòîðûõ ñïóòíèêàõ, íàïðèìåð íà Telstar â 1962 ãîäó. Ïàðàëëåëüíî ñ èññëåäîâàíèÿìè, ïðîâîäèìûìè àýðîêîñìè÷åñêèìè è âîåííûìè îðãàíèçàöèÿìè äëÿ ìèíèàòþðèçàöèè âñòðîåííûõ ñèñòåì ïèòàíèÿ, ðàçðàáîò÷èêè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ â ãðàæäàíñêèõ îòðàñëÿõ ïðîìûøëåííîñòè òàêæå àíàëèçèðîâàëè ðåøåíèÿ, àëüòåðíàòèâíûå ñòàðîé, òÿæåëîé, ãðîìîçäêîé òðàäèöèîííîé àðõèòåêòóðå ñ òðàíñôîðìàòîðîì, âûïðÿìèòåëåì è ëèíåéíûì ðåãóëÿòîðîì. Âîïðîñ î òîì, êòî âûïóñòèë ïåðâûé êîììåð÷åñêèé èìïóëüñíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ, îñòàåòñÿ ñïîðíûì, íî ìû ìîæåì óïîìÿíóòü RO Associates, êîòîðàÿ â 1967 ãîäó ïðåäñòàâèëà 20-êèëîãåðöîâîå ðåøåíèå äëÿ ïèòàíèÿ, çà êîòîðûì ïîñëåäîâàë öåëûé âàë ïðîäóêòîâ, ïðåäëîæåííûõ, íàïðèìåð, ÿïîíñêîé ôèðìîé NEMIC â 1970 ãîäó èëè HewlettPackard â 1973 ãîäó. Äëÿ âåäóùèõ ðàçðàáîò÷èêîâ ñèñòåì ïèòàíèÿ áûëî î÷åâèäíî, ÷òî áóäóùåå çà èìïóëüñíûìè òåõíîëîãèÿìè. Íî â òî âðåìÿ ýòàëîíîì áûëè ëèíåéíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, à «êîììóòàöèÿ» ñ÷èòàëàñü ïîäîçðèòåëüíûì ìåòîäîì, è íåêîòîðûå ïðåäñêàçûâàëè, ÷òî ïîëå ïîìåõ, ñîçäàâàåìîå ïåðåêëþ÷åíèåì, ìîæåò íàíåñòè ñåðüåçíûé óùåðá êîíå÷íîìó ïðèëîæåíèþ. Ìû äîëæíû ïîìíèòü, ÷òî â ñåìèäåñÿòûå ãîäû íîðìîé áûëè ëèíåéíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, è, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî Lambda ïðåäñòàâèëà ëèíåéêó «ñòàíäàðòèçîâàííûõ» ëèíåéíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, âûïóñê ñåðèè «H» êîìïàíèåé Power-One ìíîãèìè ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê ïåðâîå «ãîòîâîå» ðåøåíèå äëÿ ïèòàíèÿ, – ñíà÷àëà â ÑØÀ, à çàòåì â Åâðîïå. Îñíîâûâàÿñü íà ãåíèàëüíîé êîíöåïöèè ãíóòîé àëþìèíèåâîé ïëàñòèíû, èñïîëüçóåìîé îäíîâðåìåííî â êà÷åñòâå êîðïóñà è òåïëîîòâîäà, Power-One ñîçäàëà óäèâèòåëüíîå êîëè÷åñòâî âàðèàíòîâ, ïðåäëàãàÿ ðàçðàáîò÷èêàì ñèñòåì ãîòîâûå ê èñïîëüçîâàíèþ èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ (Ðèñóíîê 1).

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Îäíîâðåìåííî â ßïîíèè (à èç ýòîé ñòðàíû ïîñòóïàëî î÷åíü ìàëî èíôîðìàöèè) ïðîèçâîäèòåëè íå òîëüêî çàïóñòèëè â ïðîèçâîäñòâî ïîëíûé ñïåêòð ëèíåéíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, íî è âñåãî ÷åðåç íåñêîëüêî ëåò âûïóñòèëè öåëûé ðÿä ðåøåíèé äëÿ èìïóëüñíîãî ïèòàíèÿ. Îäíèì èç ïðèìåðîâ ìîæåò ñëóæèòü êîìïàíèÿ ELCO/COSEL, êîòîðàÿ â 1975 ãîäó âûïóñòèëà ñåðèþ ëèíåéíûõ èñòî÷íèêîâ «G», à â 1977 ãîäó – ïîëíóþ ëèíåéêó èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ ñåðèè «H» (Ðèñóíîê 2). Íàäî ïðèçíàòü, ßïîíèÿ òîãäà äåéñòâèòåëüíî îïåðåæàëà âñåõ. Äðóãèì ïðèìåðîì ÿâëÿåòñÿ êîìïàíèÿ Sony, êîòîðàÿ â 1960 ãîäó, êîãäà òåëåâèçèîííàÿ ïðîìûøëåííîñòü åùå èñïîëüçîâàëà ýëåêòðîííûå ëàìïû, ïåðâîé ïðèìåíèëà òðàíçèñòîðû â ñâîèõ òåëåâèçîðàõ è, âåðîÿòíî, áûëà ïåðâîé, êòî â íà÷àëå ñåìèäåñÿòûõ èñïîëüçîâàë èìïóëüñíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ â òåëåâèçèîííîì îáîðóäîâàíèè. Íå ñëåäóåò òàêæå çàáûâàòü, ÷òî â êîíöå ñåìèäåñÿòûõ – íà÷àëå âîñüìèäåñÿòûõ ãîäîâ ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî êîìïàíèé, ñîçäàþùèõ ýëåêòðîííîå îáîðóäîâàíèå, èìåëè ñîáñòâåííûå ïîäðàçäåëåíèÿ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, êîòîðûå ðàçðàáàòûâàëè ñïåöèàëüíûå ðåøåíèÿ â îáëàñòè ïèòàíèÿ äëÿ

Ðèñóíîê 1. Ëèíåéíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ ñåðèè «H» êîìïàíèè Power-One.

39

Ðèñóíîê 2. Ëèíåéíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ ñåðèè «G» (ââåðõó) è èìïóëüñíûå èñòî÷íèêè ñåðèè «H» (âíèçó), âûïóùåííûå êîìïàíèåé ELCO/COSEL â 1975 ãîäó.

ñâîèõ ïðèëîæåíèé. Íåóäèâèòåëüíî, ÷òî ìíîãèìè øòàòíûìè ðàçðàáîò÷èêàìè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ âûïóñê ñåðèè «H» êîìïàíèåé PowerOne áûë âîñïðèíÿò êàê óãðîçà. ×òîáû îïåðåäèòü ñâîèõ êîíêóðåíòîâ, ìíîãèå ïðîèçâîäèòåëè îáîðóäîâàíèÿ ïåðåøëè íà èñïîëüçîâàíèå ñòàíäàðòíûõ áëîêîâ ïèòàíèÿ, ïåðåîðèåíòèðîâàâ ÍÈÎÊÐ ñâîèõ âíóòðåííèõ ïîäðàçäåëåíèé ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè íà íîâûå òåõíîëîãèè èìïóëüñíîãî ïèòàíèÿ.

Ñîãëàñíî ëåãåíäå, â 1970 ãîäó Ðîáåðò Áîøåðò íà ñâîåé êóõíå íà÷àë ðàçðàáîòêó áîëåå ýêîíîìè÷íîãî, êîíêóðåíòîñïîñîáíîãî è ëåãêîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ â êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû ãðîìîçäêîìó òðàíñôîðìàòîðó è ëèíåéíîé ìîäåëè ðåãóëèðîâàíèÿ. Îí ñîñðåäîòî÷èëñÿ íà ðàçðàáîòêå èìïóëüñíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ äëÿ ëåïåñòêîâûõ è ëåíòî÷íûõ ïðèíòåðîâ, êîòîðûå îí ìàññîâî âûïóñêàë â 1974 ãîäó.  1976 ãîäó Áîøåðò âûïóñòèë îäèí èç ïåðâûõ «ãîòîâûõ ê èñïîëüçîâàíèþ» èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ è ïîäàë çàÿâêó íà ïàòåíòû 4,037,271 è 4,061,931 äëÿ çàùèòû ñâîèõ ïðàâ èíòåëëåêòóàëüíîé ñîáñòâåííîñòè (Ðèñóíîê 3). Äâà ïàòåíòà áûëè âûäàíû ìåíåå ÷åì çà ãîä, à çàòåì ïîñëåäîâàë êîììåð÷åñêèé óñïåõ èìïóëüñíîãî èñòî÷íèêà OL25, êîòîðûé ïîëó÷èë øèðîêîå îñâåùåíèå â ïðåññå è ñðåäñòâàõ ìàññîâîé èíôîðìàöèè. Íàïðèìåð, 21 äåêàáðÿ 1978 ãîäà â æóðíàëå Electronics áûëà îïóáëèêîâàíà ñòàòüÿ «Îáðàòíîõîäîâûå ïðåîáðàçîâàòåëè: òâåðäîòåëüíîå ðåøåíèå äëÿ íåäîðîãèõ èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ». Ðîáåðò Áîøåðò òàêæå áûë ïèîíåðîì â ïðîäàæå ëèöåíçèé íà ñâîè ïðàâà èíòåëëåêòóàëüíîé ñîáñòâåííîñòè, è â 1977 ãîäó â åãî êîìïàíèè Boschert Inc. óæå áûëî áîëåå 600 ñîòðóäíèêîâ, à êîìïàíèÿ áûëà ñåðòèôèöèðîâàíà äëÿ ðàçðàáîòêè ðåøåíèé â îáëàñòè èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ äëÿ êîñìîñà è âîåííîé àâèàöèè.

Ñî ñòðàñòüþ, òàëàíòîì è ëþáîïûòñòâîì Ñåìèäåñÿòûå ãîäû áûëè ïîëíû òàëàíòëèâûõ èíæåíåðîâ, èùóùèõ ëó÷øèõ ðåøåíèé äëÿ èìïóëüñíîãî ïèòàíèÿ, è äëÿ òîãî, ÷òîáû íàçâàòü èõ âñåõ ïî èìåíàì, ïîòðåáîâàëàñü áû îòäåëüíàÿ ñòàòüÿ. Ñðåäè íèõ ìíå õîòåëîñü áû óïîìÿíóòü äâóõ «ãóðó ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè» – Ðîáåðòà Äæ. Áîøåðòà (Robert J. Boschert) èç Boschert Associates è Ôðåäåðèêà Ðîäà Õîëòà (Frederick Rod Holt) èç Apple, êîòîðûå îäíîâðåìåííî ðàáîòàëè íàä áîëåå ýôôåêòèâíûìè ðåøåíèÿìè â îáëàñòè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ. Îáà ñòðåìèëèñü ñäåëàòü áëîêè ïèòàíèÿ áîëåå êîìïàêòíûìè, ëåãêèìè è ýôôåêòèâíûìè.

40

Ðèñóíîê 3. Ïàòåíòû 4,037,271 è 4,061,931 íà èìïóëüñíûå ðåãóëÿòîðû, ïîëó÷åííûå êîìïàíèåé Boschert Associates.

 òî æå âðåìÿ, õîòÿ Ñòèâ Äæîáñ (Steve Jobs), èçâåñòíûé ñâîåé ëþáîâüþ ê íîâûì òåõíîëîãèÿì, è ñ÷èòàë, ÷òî ìåòîäû èìïóëüñíîãî ïèòàíèÿ ïðåäñòàâëÿþò èíòåðåñ,

ÑÒÀÒÜÈ

èç-çà íåõâàòêè âðåìåíè Apple I áûë çàïóùåí â ïðîèçâîäñòâî â àïðåëå 1976 ãîäà ñ îáû÷íûì ëèíåéíûì èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ. Âïðî÷åì, ðàáîòàÿ íàä Apple II, Ðîä Õîëò ñêîíñòðóèðîâàë àâòîíîìíûé 38-âàòòíûé ìíîãîêàíàëüíûé èìïóëüñíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ (Ðèñóíîê 4), íà êîòîðûé îí ïîäàë çàÿâêó â ôåâðàëå 1978 ãîäà è ïîëó÷èë ïàòåíò â äåêàáðå (4,130,862). Apple II èìåë óñïåõ, è ñ ðîñòîì îáúåìîâ ïðîäàæ Apple ïåðåäàëà ïðîèçâîäñòâî áëîêîâ ïèòàíèÿ êîìïàíèè ASTEC, ïîëîæèâ íà÷àëî äîëãîé èñòîðèè OEM èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ äëÿ êîìïüþòåðîâ.

íûì, êàê è ìàòåðèíñêàÿ ïëàòà Apple II». Ïîçæå Äæîáñ äîáàâèë: «Èìÿ Ðîäà íå âîøëî â ó÷åáíèêè èñòîðèè, à äîëæíî áûëî.  êàæäîì êîìïüþòåðå òåïåðü èñïîëüçóþòñÿ èìïóëüñíûå áëîêè ïèòàíèÿ, è âñå îíè êîïèðóþò ñõåìîòåõíèêó Ðîäà Õîëòà». Êîíå÷íî, êàê õîðîøèé ìàðêåòîëîã, Ñòèâ Äæîáñ õîòåë áû, ÷òîáû èìåííî Apple óäîñòîèëàñü ïîõâàëû çà âíåäðåíèå èìïóëüñíûõ áëîêîâ ïèòàíèÿ â ÏÊ, õîòÿ ìíîãèå äðóãèå, íàïðèìåð, IBM è HP îäíîâðåìåííî ïîøëè ïî ýòîìó æå ïóòè, ñòðåìÿñü ê ïîâûøåíèþ õàðàêòåðèñòèê è ñíèæåíèþ çàòðàò. Îäíàêî, íåñìîòðÿ íà îãðîìíûå ïðåèìóùåñòâà ýòîé òåõíîëîãèè, åå âíåäðåíèå è ïðèíÿòèå ðûíêîì áûëî îòíîñèòåëüíî ìåäëåííûì, è àíàëèòèêè ðûíêà ïîäñ÷èòàëè, ÷òî èç âñåõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, ïðîèçâåäåííûõ â 1978 ãîäó, òîëüêî 8% áûëè îñíîâàíû íà èìïóëüñíîé òîïîëîãèè.

Ñäåëàéòå ìîé òåëåòàéï ìåíüøå, ëåã÷å è áûñòðåå

Ðèñóíîê 4. 38-âàòòíûé ìíîãîêàíàëüíûé èìïóëüñíûé îáðàòíîõîäîâîé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ êîìïüþòåðà Apple II, ðàçðàáîòàííûé Ðîäîì Õîëòîì.

 èçäàííîé Óîëòåðîì Àéçåêñîíîì (Walter Isaacson) áèîãðàôèè Ñòèâà Äæîáñà, õîðîøî èëëþñòðèðóþùåé êîíêóðåíòíóþ ñðåäó â ñèëîâîé ýëåêòðîíèêå òîãî âðåìåíè, ïåðåæèâøåé ìíîæåñòâî êîíôëèêòîâ, ñâÿçàííûõ ñî ñïîðàìè î ïðàâàõ èíòåëëåêòóàëüíîé ñîáñòâåííîñòè, íàïèñàíî, ÷òî Äæîáñ ñêàçàë: «Âìåñòî îáû÷íîãî ëèíåéíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ Õîëò ñäåëàë òàêîé æå, êàê èñïîëüçóåòñÿ â îñöèëëîãðàôàõ. Îí âêëþ÷àë è âûêëþ÷àë ïèòàíèå íå øåñòüäåñÿò ðàç â ñåêóíäó, à òûñÿ÷è ðàç; ýòî ïîçâîëÿëî åìó ñîõðàíÿòü ýíåðãèþ â òå÷åíèå ãîðàçäî ìåíüøåãî âðåìåíè è, òàêèì îáðàçîì, âûäåëÿòü ìåíüøå òåïëà. Ýòîò èìïóëüñíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ áûë ñòîëü æå ðåâîëþöèîí-

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Âî ââåäåíèè ÿ óïîìÿíóë òèðàòðîííûé ñèëîâîé âûïðÿìèòåëü òèïà REC-30, èñïîëüçîâàâøèéñÿ â èñòî÷íèêå ïèòàíèÿ òåëåòàéïà 1930 ãîäà (Ðèñóíîê 5) [1]. Ìàëî êòî çíàåò, ÷òî â òå äíè, çàäîëãî äî ïîÿâëåíèÿ ñèñòåì ñâÿçè 1, 2, 3, 4 è 5G, òåëåòàéïû áûëè ñàìûìè ñîâðåìåííûìè òåëåêîììóíèêàöèîííûìè ìàøèíàìè, ïîáóæäàâøèìè ðàçðàáîò÷èêîâ óñòðîéñòâ ïèòàíèÿ èçîáðåòàòü è âíåäðÿòü èííîâàöèè.

Ðèñóíîê 5. Âàêóóìíûå òèðàòðîíû â áëîêå ïèòàíèÿ REC-30 òåëåòàéïà ñâåòÿòñÿ ñèíèì ñâåòîì. Îðàíæåâûé ñâåò – ýòî íåîíîâàÿ ëàìïà, èñïîëüçóåìàÿ â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ. (Èñòî÷íèê: http://www.righto.com).

41

Ðèñóíîê 6. Ïåðâàÿ ìèêðîñõåìà óïðàâëåíèÿ èìïóëüñíûìè èñòî÷íèêàìè ïèòàíèÿ.

Ïîìèìî ïîÿâëåíèÿ íîâûõ ñõåìîòåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé, çíà÷èòåëüíûé âêëàä â ýâîëþöèþ èíäóñòðèè èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ áûë âíåñåí â 1976 Ðîáåðòîì Ìàììàíî (Robert Mammano), ñîó÷ðåäèòåëåì Silicon General Semiconductors, ïðåäñòàâèâøèì ïåðâóþ ìèêðîñõåìó óïðàâëåíèÿ, ïðåäíàçíà÷åííóþ äëÿ èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ (Ðèñóíîê 6). Âûïóñê êîíòðîëëåðà SG1524 ñòàë áîëüøèì øàãîì âïåðåä äëÿ ñîîáùåñòâà ðàçðàáîò÷èêîâ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, è åãî ïåðâûì ïðèìåíåíèåì ñòàëî íîâîå ïîêîëåíèå òåëåòàéïîâ, êîòîðûå ïîçèöèîíèðîâàëèñü êàê «áîëåå êîìïàêòíûå, ëåãêèå è áûñòðûå». Âûïóñê ìèêðîñõåìû SG1524, ïåðâîíà÷àëüíî ðàçðàáîòàííîé äëÿ ðåøåíèÿ ïðîáëåìû ïðîèçâîäñòâà òåëåòàéïîâ, çàëîæèë íà÷àëî èíäóñòðèè ñîâðåìåííûõ èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, îòêðûâ ïóòü èçîáðåòåíèÿì è èííîâàöèÿì, êîòîðûå âñåì íàì ïðèíîñÿò ïîëüçó è ñåãîäíÿ.

Ãîíêà èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ íà÷àëàñü Ñ ðàçâèòèåì ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ è ÈÒ-îáîðóäîâàíèÿ íåîáõîäèìîñòü äàëüíåéøåãî óëó÷øåíèÿ ÊÏÄ è ñíèæåíèÿ âåñà óâåëè÷èëà ñïðîñ íà êîíñòðóêòîðîâ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ. Ëèäåðû êîìïüþòåðíîé èíäóñòðèè, òàêèå êàê IBM, îáçàâåëèñü âïå÷àòëÿþùèìè ïîäðàçäåëåíèÿìè ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè, è çàïóñê ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà IBM 5150 çàäàë òåìï äëÿ ðàçðàáîòêè ñïåöèàëüíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ – ñíà÷àëà ñ èñïîëüçîâàíèåì ìèêðîñõåìû NE5560, à çàòåì è SG3524. Èìïóëüñíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ äëÿ ïåðñîíàëü-

42

íûõ êîìïüþòåðîâ ñîçäàþòñÿ ïîä ìàòåðèíñêèå ïëàòû è íå ìîãóò ñëóæèòü ãîòîâûìè óíèâåðñàëüíûìè ðåøåíèÿìè äëÿ îáû÷íûõ ïðèëîæåíèé, îäíàêî ýôôåêò ñíåæíîãî êîìà ñïîñîáñòâîâàë âîâëå÷åíèþ êîíòðàêòíûõ ïðîèçâîäèòåëåé â óñêîðåííóþ ðàçðàáîòêó èõ ñîáñòâåííûõ ïðîäóêòîâ, çàïóñòèâ ïîëíûé ñïåêòð êîììåð÷åñêèõ èçäåëèé. Íåâîçìîæíî ïåðå÷èñëèòü âñå ïðîìûøëåííûå ïðîäóêòû è èííîâàöèè òîãî ïåðèîäà, íî, ïîñêîëüêó ìû óïîìÿíóëè ñåðèþ «H» êîìïàíèè Power-One, óìåñòíî âñïîìíèòü ìîëîäîãî èíæåíåðà ïî èìåíè Ñòèâ Ãîëäìàí, êîòîðûé ïðèñîåäèíèëñÿ ê Power-One â íà÷àëå âîñüìèäåñÿòûõ ãîäîâ è âîçãëàâèë êîìàíäó, ðàçðàáîòàâøóþ íîâîå ïîêîëåíèå èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ ñåðèè MAP. Çàáàâíî, íî MAP ìîæíî ðàñøèôðîâàòü êàê Ìàéêë Àð÷åð (Michael Archer Product) – èìÿ ãëàâíîãî èíæåíåðà-êîíñòðóêòîðà Power-One â òî âðåìÿ. Ïåðåõîä âû÷èñëèòåëüíîé è ïðîìûøëåííîé îòðàñëåé íà èìïóëüñíóþ àðõèòåêòóðó èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ íà÷àëñÿ îäíîâðåìåííî è, õîòÿ äîëæíû áûëè ïðîéòè ãîäû, ïðåæäå ÷åì ýòà òåõíîëîãèÿ âîçîáëàäàëà íàä ïðîâåðåííûìè âðåìåíåì ëèíåéíûìè ðåøåíèÿìè, ïî âñåìó ìèðó ïðîøëà âîëíà ó÷ðåäèòåëüíûõ ñúåçäîâ è êîíôåðåíöèé, ïðåäîñòàâèâøèõ ðàçðàáîò÷èêàì ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè ôîðóìû äëÿ îáìåíà çíàíèÿìè è èçó÷åíèÿ íîâûõ òåõíîëîãèé.

1980: ïîâîðîòíûé ìîìåíò â èíäóñòðèè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ  êîíöå 70-õ – íà÷àëå 80-õ ãîäîâ èíäóñòðèÿ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ çàëîæèëà îñíîâû âñåãî òîãî, ÷òî ìû èìååì ñåãîäíÿ. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî åùå â 1970 ãîäó ìåæäóíàðîäíîé àññîöèàöèåé IEEE áûëà ó÷ðåæäåíà Êîíôåðåíöèÿ ñïåöèàëèñòîâ ïî ñèëîâîé ýëåêòðîíèêå (PESC), ðàçðàáîò÷èêè è ëèäåðû îòðàñëè ñî÷ëè, ÷òî èì íóæíà äðóãàÿ ïëîùàäêà äëÿ îáìåíà çíàíèÿìè â îáëàñòè òåõíîëîãèé, íîâûìè èäåÿìè è ïåðåäîâûì îïûòîì. Ñ 20 ïî 22 ìàðòà 1975 ãîäà â Áåâåðëè-Õèëëç, Êàëèôîðíèÿ, ïðîøëà ó÷ðåäèòåëüíàÿ êîíôåðåíöèÿ POWERCON, ïîñëå ÷åãî â 1978 ãîäó áûëà îðãàíèçîâàíà êîíôåðåíöèÿ ïîä íàçâàíèåì INTELEC, ïîñâÿùåííàÿ ãëàâíûì îáðàçîì òåëåêîììóíèêàöèÿì. Ê ñîæàëåíèþ, ïî ïðîøåñòâèè äåâÿòè ëåò POWERCON ïðåêðàòèëà ñâîþ äåÿòåëüíîñòü â 1984 ãîäó, îñòàâèâ ñèðîòîé ñîîáùåñòâî ðàçðàáîò÷èêîâ ñèñòåì ïèòàíèÿ.

ÑÒÀÒÜÈ

 òå äíè, êîãäà äåäóøêà Èíòåðíåòà – ARPANET òîëüêî ÷òî ïðèíÿë ïðîòîêîë TCP/IP (ÿíâàðü 1983 ã.), ðàçðàáîò÷èêè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ áûëè åùå äàëåêè îò âîçìîæíîñòè îáùåíèÿ â ÷àòàõ è âåäåíèÿ áëîãîâ, è ñ ðîñòîì ïîòðåáíîñòè êîíñòðóêòîðîâ ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè â áîëåå òåñíîì îáùåíèè ñòàëà î÷åâèäíîé íåîáõîäèìîñòü â «îäíîì ìåñòå, ãäå ìîæíî ïîäåëèòüñÿ îïûòîì».  1983 ãîäó áûëî îñíîâàíî Êèòàéñêîå îáùåñòâî ðàçðàáîò÷èêîâ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ (China Power Supply Society, CPSS), à â 1985 ãîäó áûëà ó÷ðåæäåíà Àññîöèàöèÿ ïðîèçâîäèòåëåé èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ (Power Sources Manufacturers Association, PSMA) [3]. Îáå îðãàíèçàöèè ñòàâèëè ñâîåé öåëüþ îáìåí çíàíèÿìè è îáëåã÷åíèå îáùåíèÿ ðàçðàáîò÷èêîâ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ âíóòðè ñâîèõ ïðîôåññèîíàëüíûõ ñîîáùåñòâ, è ñåé÷àñ, 35 ëåò ñïóñòÿ, îáå âñå åùå ïðîäîëæàþò îêàçûâàòü èì ïîääåðæêó.  òî æå âðåìÿ, êîãäà áûëà ñôîðìèðîâàíà PSMA, âîñåìü óâëå÷åííûõ èíæåíåðîâ – Áèëë Õåéçåí (Prime Computer), Äîí Äðèíêóîòåð (DEC), Ôèë Õàóýð (Unitrode), Äæîíàòàí Âóä (Data General), Ìàðòè Øëåõò (Ìàññà÷óñåòñêèé òåõíîëîãè÷åñêèé èíñòèòóò), Äæåê Ðàéò (GE), Òðåé Áåðíñ (Data General) è Äæîí Êàññàêèàí (Ìàññà÷óñåòñêèé òåõíîëîãè÷åñêèé èíñòèòóò) îáúåäèíèëèñü äëÿ ðåàëèçàöèè èäåè ñîçäàíèÿ êîíôåðåíöèè ïî èñòî÷íèêàì ïèòàíèÿ, êîòîðàÿ îõâàòûâàëà áû èññëåäîâàíèÿ è ïðèêëàäíóþ ýëåêòðîíèêó è ñëóæèëà áû äëÿ âîâëå÷åíèÿ èíæåíåðîâ-ýëåêòðîíùèêîâ â áîëåå øèðîêîå ñîîáùåñòâî, âêëþ÷àþùåå ïðîìûøëåííîñòü è ïðîâåäåíèå âûñòàâîê. Îíà äîëæíà áûëà íàçûâàòüñÿ Âûñòàâêà è êîíôåðåí-

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

öèÿ ïî ïðàêòè÷åñêîé ñèëîâîé ýëåêòðîíèêå (Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC), è ïåðâàÿ êîíôåðåíöèÿ ïðîøëà ñ 28 àïðåëÿ ïî 1 ìàÿ 1986 ãîäà â Íîâîì Îðëåàíå.

À èñòîðèÿ ïðîäîëæàåòñÿ… Èíäóñòðèÿ ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè ïåðåæèëà ìíîæåñòâî ïåðèîäîâ ðàçâèòèÿ, ïîòðÿñåíèé è ðåâîëþöèé. Åñëè ïîÿâëåíèå áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà áûëî, âîçìîæíî, «ïåðâîé» òåõíîëîãè÷åñêîé ðåâîëþöèåé, òî ïåðåõîä îò ëèíåéíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ìîùíîñòè ê èìïóëüñíîé òåõíîëîãèè, íåñîìíåííî, áûë âòîðîé ðåâîëþöèåé è íà÷àëîì äîëãîãî ýâîëþöèîííîãî ïóòè. ×åðåç 43 ãîäà ïîñëå çàïóñêà «Âîÿäæåð-2» ïðåîäîëåë 14 ìèëëèàðäîâ ìèëü â ãëóáîêîì êîñìîñå, è èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, ðàçðàáîòàííûå ïåðâîïðîõîäöàìè â íà÷àëå ñåìèäåñÿòûõ ãîäîâ, âñå åùå ðàáîòàþò. Òî, ÷òî ìû äåëàåì â îòðàñëè ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè, âîëíóåò è âîîäóøåâëÿåò íàñ âñåõ, è ñïàñèáî âñåì ãåíèàëüíûì ðàçðàáîò÷èêàì èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, êîòîðûõ ÿ íå ñìîã íàçâàòü â ýòîé ñòàòüå, âíåñøèì ñâîé âêëàä â ïåðåõîä îò ëèíåéíîé òåõíîëîãèè ê èìïóëüñíîé. ÐË

Ññûëêè 1. Teletype Model 19 Thyratron Power Supply 2. China Power Supply Society (CPSS) 3. Power Sources Manufacturers Association was incorporated (PSMA) 4. Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC)

43

Ñèñòåìà äèíàìèêîâ áåç èñêàæåíèé îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ ìîùíîñòü John Dunn EDN

Â

 ÿíâàðñêîì íîìåðå æóðíàëà Popular Electronics çà 1961 ãîä áûëà îïóáëèêîâàíà èíòåðåñíàÿ ñòàòüÿ Äæèìà Êàéëà (Jim Kyle) «Sweet Sixteen» («Ñëàäêèå øåñòíàäöàòü»).  àïðåëå 1961 ãîäà çà íåé ïîñëåäîâàëà âòîðàÿ ñòàòüÿ, îçàãëàâëåííàÿ «Sweeter With A Tweeter» («Ñ âûñîêî÷àñòîòíûì äèíàìèêîì ñëàùå»). Îáñóæäåíèå ïåðâîé ñòàòüè ìîæíî íàéòè íà ôîðóìå Audio Karma [1]. Îñíîâíàÿ èäåÿ çàêëþ÷àëàñü â ñîçäàíèè Hi-Fi êîëîíêè ñ èñïîëüçîâàíèåì ìàññèâà íåáîëüøèõ ãðîìêîãîâîðèòåëåé, ñîåäèíåííûõ òàê, ÷òîáû îíè ðàáîòàëè êàê åäèíîå öåëîå. Ïîñêîëüêó ÷åðåç êàæäûé äèíàìèê

Sweet-16 Ôèçè÷åñêîå ðàçìåùåíèå

ïðîõîäèò ëèøü íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî ýíåðãèè, ïðè èñïîëüçîâàíèè êîìáèíàöèè èç 16 ñèíôàçíî ñîåäèíåííûõ äðóã ñ äðóãîì äèíàìèêîâ ïîëó÷èëàñü àêóñòè÷åñêàÿ ñèñòåìà, ñïîñîáíàÿ áåç èñêàæåíèé ïðîïóñêàòü ÷åðåç ñåáÿ áîëüøóþ ìîùíîñòü. Êðîìå òîãî, êîðïóñ, â êîòîðîì ìîíòèðîâàëèñü äèíàìèêè, ìîæíî áûëî ñäåëàòü äîâîëüíî íåãëóáîêèì, ÷òî ÿâëÿåòñÿ ïðåèìóùåñòâîì äëÿ ïîìåùåíèé, â êîòîðûõ íå î÷åíü ìíîãî ñâîáîäíîãî ìåñòà. Áûëè ïðåäîñòàâëåíû íåêîòîðûå èç ïðåäëîæåííûõ ñõåì ïîäêëþ÷åíèÿ, íî îäíà âîçìîæíîñòü áûëà óïóùåíà (Ðèñóíîê 1).

Sweet-16 Ñõåìà ñîåäèíåíèé

Ðèñóíîê 1. 16 äèíàìèêîâ ìîæíî ñîåäèíèòü ìåæäó ñîáîé òàê, ÷òîáû èõ ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå ìåæäó äâóìÿ êëåììàìè áûëî òàêèì æå, êàê ïîëíûå ñîïðîòèâëåíèÿ îòäåëüíûõ äèíàìèêîâ.

44

ÑÒÀÒÜÈ

Sweet-25 Sweet-9

Ðèñóíîê 2. Ìîæíî áûëî áû ñäåëàòü ìàòðèöó ðàçìåðîì òðè íà òðè èëè ïÿòü íà ïÿòü è äîáèòüñÿ ïðèìåðíî òåõ æå ðåçóëüòàòîâ.

16 äèíàìèêîâ, ðàñïîëîæåííûõ ìàòðèöåé ÷åòûðå íà ÷åòûðå, ìîãóò áûòü ñîåäèíåíû ìåæäó ñîáîé òàê, ÷òîáû èõ ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå íà äâóõ êëåììàõ áûëî òàêèì æå, êàê è ñîïðîòèâëåíèå êàæäîãî îòäåëüíîãî äèíàìèêà. Íàïðèìåð, åñëè êàæäûé èç äèíàìèêîâ èìååò ñîïðîòèâëåíèå çâóêîâîé êàòóøêè 8 Îì, ñîïðîòèâëåíèå êîìáèíàöèè èç 16 äèíàìèêîâ ñîñòàâëÿëî áû òå æå 8 Îì. Êðîìå òîãî, ÿ íå ïîíèìàþ, ïî÷åìó «Sweet 16» áûëî âûáðàíî â êà÷åñòâå êàêîãî-òî îñîáåííîãî ìàãè÷åñêîãî ÷èñëà ñ òî÷êè çðåíèÿ îáùåãî ïðèíöèïà ðàáîòû. Ìíå êàæåòñÿ, ÷òî

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

ïðèìåðíî òåõ æå ðåçóëüòàòîâ ìîæíî äîáèòüñÿ, ñîçäàâ ìàññèâ òðè íà òðè èëè ïÿòü íà ïÿòü. Ñõåìû ñîåäèíåíèÿ ïîêàçàíû íà Ðèñóíêå 2.  êàæäîì ñëó÷àå ïîëíîå ñîïðîòèâëåíèå áóäåò òàêèì æå, êàê èíäèâèäóàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå çâóêîâîé êàòóøêè êàæäîãî äèíàìèêà. ×òî æå êàñàåòñÿ âûáîðà íàçâàíèé… Íó, íå çíàþ. ÐË

Ññûëêè 1. Jim Kyle's 1961 "Sweet Sixteen" speaker system

45

Ïðîùàé, ïðåäîõðàíèòåëü 3AG, ìû áóäåì ñêó÷àòü ïî òåáå Bill Schweber EDN

Ï

Ïðåäîõðàíèòåëè ÿâëÿþòñÿ íåîòúåìëåìîé ÷àñòüþ êîíñòðóêöèè ìíîãèõ ñèñòåì, è ìû ïðèâûêëè äîâåðÿòü èì ñ ïåðâûõ äíåé ïîÿâëåíèÿ ýëåêòðè÷åñòâà. Îñíîâíàÿ èäåÿ èñïîëüçîâàíèÿ ïëàâêîé ïåðåìû÷êè ïðîñòà, íàäåæíà, ÿñíà è íåäâóñìûñëåííà: ïðè ïðîòåêàíèè òîêà ïåðåìû÷êà ðàçîãðåâàåòñÿ è çàòåì â ñëó÷àå ïåðåãðóçêè ðàçðûâàåòñÿ, ïåðåêðûâàÿ ïóòü òîêó. Ïðåäîõðàíèòåëè çàùèùàþò ïîäñõåìû îò ëîêàëüíûõ íåèñïðàâíîñòåé â òàêèõ óñòðîéñòâàõ, êàê, íàïðèìåð, ñòàáèëèçèðîâàííûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, è îáåñïå÷èâàþò çàùèòó ñèñòåìû è ïîëüçîâàòåëÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ ðåãóëÿòèâíûìè íîðìàìè.

Ðèñóíîê 2. Ñîñòîÿíèå ïðåäîõðàíèòåëÿ 3AG â ñòåêëÿííîì êîðïóñå ëåãêî ïðîâåðèòü.

Äîñòóïíû òàêæå íåáüþùèåñÿ êåðàìè÷åñêèå ïðåäîõðàíèòåëè, íî îäíà èç óäîáíûõ îñîáåííîñòåé ñòåêëÿííîãî êîðïóñà çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äàåò âàì âîçìîæíîñòü ñ ïåðâîãî âçãëÿäà îïðåäåëèòü åãî ñîñòîÿíèå (Ðèñóíîê 2). Óäîáíûì àòðèáóòîì ïðåäîõðàíèòåëÿ 3AG ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îí âñòàâëÿåòñÿ â äåðæàòåëü è ìîæåò áûòü óäàëåí, îñìîòðåí è çàìåíåí áåç èíñòðóìåíòîâ çà íåñêîëüêî ñåêóíä. Êîíå÷íî, ýòî óäîáñòâî èíîãäà ïðèâîäèò ê

Ðèñóíîê 1. Ïðåäîõðàíèòåëü 3AG â ñòåêëÿííîì êîðïóñå ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç íàèáîëåå øèðîêî èñïîëüçóåìûõ â ñòàðûõ ïîòðåáèòåëüñêèõ òîâàðàõ, à òàêæå â ñòàðûõ è ñîâðåìåííûõ ïðèáîðàõ è â êîðïóñíîì îáîðóäîâàíèè.

Îäíèì èç íàèáîëåå øèðîêî èñïîëüçóåìûõ òèïîâ êîðïóñîâ ïðåäîõðàíèòåëåé ÿâëÿåòñÿ 3AG ðàçìåðîì 6.3×32 ìì, â êîòîðîì âûïóñêàþòñÿ óñòðîéñòâà ñ íîìèíàëüíûìè òîêàìè ñðàáàòûâàíèÿ îò 100 ìÀ äî 15 À â âåðñèÿõ ñ âûñîêèì è íèçêèì áûñòðîäåéñòâèåì, ïðåöèçèîííûõ è ñ çàäåðæêîé ñðàáàòûâàíèÿ. Îáû÷íî îí èìååò ïðîçðà÷íûé ñòåêëÿííûé êîðïóñ (Ðèñóíîê 1).

46

Ðèñóíîê 3. Ýòîò äåðæàòåëü ïðåäîõðàíèòåëÿ ïðèâèí÷èâàåòñÿ ê ìîíòàæíîé ïîâåðõíîñòè, à ïðîâîäà ïðèñîåäèíÿþòñÿ ëèáî ñ ïîìîùüþ ñêîëüçÿùèõ êîíòàêòîâ, ëèáî ïðèïàèâàþòñÿ.

ÑÒÀÒÜÈ

òîìó, ÷òî ïîëüçîâàòåëè ìåíÿþò ïðåäîõðàíèòåëü, íå âûÿñíèâ ñíà÷àëà, ïî÷åìó ïîòðåáîâàëàñü åãî çàìåíà: áûëî ëè ýòî èç-çà ñëó÷àéíîãî ñêà÷êà íàïðÿæåíèÿ èëè èç-çà âíóòðåííåãî êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ.

Ðèñóíîê 4. Òàêîé äåðæàòåëü ïðåäîõðàíèòåëÿ ÷àùå âñåãî óñòàíàâëèâàåòñÿ íà çàäíåé ïàíåëè.  ýòîì ìàêåòå ñïåêòðîãðàôà èñïîëüçóåòñÿ îäèí ïðåäîõðàíèòåëü è äåðæàòåëü äëÿ êàæäîé èç òðåõ íåçàâèñèìûõ øèí ïèòàíèÿ.

Äëÿ ïðåäîõðàíèòåëåé 3AG âûïóñêàåòñÿ áîëüøîå êîëè÷åñòâî äåðæàòåëåé, âêëþ÷àÿ óñòðîéñòâà äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà íà ïå÷àòíîé ïëàòå, ìîäåëè äëÿ íàâåñíîãî ìîíòàæà (Ðèñóíîê 3), à òàêæå î÷åíü ïîïóëÿðíóþ âåðñèþ äëÿ ìîíòàæà íà ïàíåëè, ÷àñòî óñòàíàâëèâàåìóþ íà çàäíåé ÷àñòè êîðïóñà (Ðèñóíîê 4). Ñóùåñòâóþò äàæå äåðæàòåëè ñ ðàäèî÷àñòîòíûìè ýêðàíàìè è çàùèòíîé êðûøêîé, ñíàáæåííîé öåïî÷êîé äëÿ ïðèëîæåíèé, â êîòîðûõ âû íå õîòèòå òåðÿòü êðûøêó, ñëóæàùóþ ÷àñòüþ öåïè ïðåäîõðàíèòåëÿ (Ðèñóíîê 5). Êîíå÷íî, ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî äðóãèõ êîíñòðóêöèé ïðåäîõðàíèòåëåé, íàïðèìåð, ïëîñêèå, êîòîðûå øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â

Ðèñóíîê 5. Äëÿ îòâåòñòâåííûõ ïðèëîæåíèé âûïóñêàþòñÿ ìåòàëëè÷åñêèå äåðæàòåëè ïðå-äîõðàíèòåëåé 3AG, èìåþùèå êðûøêó, ñíàáæåííóþ öåïî÷êîé, êîòîðàÿ òàêæå îáðàçóåò åäèíûé ñ øàññè ýêðàí, îáåñïå÷èâàþùèé çàùèòó ýëåêòðîìàãíèòíûõ è ðàäèî÷àñòîòíûõ ïîìåõ.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

àâòîìîáèëÿõ, ãäå îíè íå ÿâëÿþòñÿ åäèíñòâåííûì ýëåìåíòîì çàùèòû ñõåì. Ñðåäè äðóãèõ õîðîøî èçâåñòíûõ óñòðîéñòâ çàùèòû ñõåì ìîæíî âûäåëèòü: ! Ìåòàëëîîêñèäíûå âàðèñòîðû; ! Òåðìèñòîðû ñ ïîëîæèòåëüíûì òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì (PTC); ! Îãðàíè÷èòåëè áðîñêîâ íàïðÿæåíèÿ (TVS äèîäû); ! Ãàçîðàçðÿäíûå òðóáêè; ! Ïîëèìåðíûå ñàìîâîññòàíàâëèâàþùèåñÿ PTC ïðåäîõðàíèòåëè. Êàê è ïëàâêèå ïðåäîõðàíèòåëè, êàæäîå èç íèõ èãðàåò ÷åòêî îïðåäåëåííóþ ðîëü â îáåñïå÷åíèè çàùèòû ñõåìû, îäíàêî ïðîñòåéøàÿ ïëàâêàÿ âñòàâêà, ðàçðûâàþùàÿ öåïü, ñîõðàíÿåò ñâîè ïîçèöèè âî ìíîãèõ êîíñòðóêöèÿõ áëàãîäàðÿ ñî÷åòàíèþ ñòàáèëüíîñòè, ïðÿìîãî äåéñòâèÿ è íåîáðàòèìîñòè. Íà ñàìîì äåëå, âî ìíîãèõ êîíñòðóêöèÿõ èñïîëüçóåòñÿ îäíî èëè íåñêîëüêî èç âûøåïåðå÷èñëåííûõ óñòðîéñòâ äëÿ ñòðîãî ëîêàëèçîâàííîé çàùèòû, à òàêæå ïëàâêèé ïðåäîõðàíèòåëü äëÿ îòêëþ÷åíèÿ íà ñèñòåìíîì óðîâíå, åñëè ÷òîòî äåéñòâèòåëüíî ïîéäåò íå òàê.  ýòîì ñìûñëå êëàññè÷åñêèé ïðåäîõðàíèòåëü äåéñòâóåò êàê ðåçåðâíûé è îáåñïå÷èâàåò äîïîëíèòåëüíóþ ñòðàõîâêó. Êëàññè÷åñêèå êîíñòðóêöèè ïëàâêèõ âñòàâîê, ê êîòîðûì îòíîñÿòñÿ è 3AG, ôèçè÷åñêè íåñîâìåñòèìû ñî ìíîãèìè ñîâðåìåííûìè êîìïàêòíûìè óñòðîéñòâàìè.  ýòèõ ïðîäóêòàõ íåò ìåñòà äëÿ ïîäîáíîãî ïðåäîõðàíèòåëÿ, à ó ïîëüçîâàòåëÿ íåò âîçìîæíîñòè ïîïàñòü òóäà, ÷òîáû çàìåíèòü ïðåäîõðàíèòåëü, äà è âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ýòî áûëî áû ïëîõîé èäååé. Âîçüìåì, ê ïðèìåðó, ëèòèé-èîííûé àêêóìóëÿòîð ñ íåîáõîäèìîé ñèñòåìîé óïðàâëåíèÿ: åñëè ÷òî-òî äåéñòâèòåëüíî âûõîäèò èçïîä êîíòðîëÿ, íàëè÷èå ïðåäîõðàíèòåëÿ äëÿ ïðåêðàùåíèÿ ïðîõîæäåíèÿ òîêà ÿâëÿåòñÿ æåëàòåëüíûì äîïîëíèòåëüíûì óðîâíåì çàùèòû. Êðîìå òîãî, ïðåæäå ÷åì çàìåíèòü ïðåäîõðàíèòåëü è ñíîâà ïóñòèòü òîê, õîðîøî áû âûÿñíèòü, ÷òî ïðîèçîøëî è ïî÷åìó. ×òîáû ñîâìåñòèòü òðåáîâàíèÿ ìèíèàòþðèçàöèè ñ êîíñåðâàòèâíûìè ïðåäïî÷òåíèÿìè ïîëüçîâàòåëåé, ïîñòàâùèêè òåïåðü ïðåäëàãàþò ïðåäîõðàíèòåëè äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà â âèäå êðîøå÷íûõ, óäîáíûõ äëÿ

47

ïàéêè íà ïëàòó êîìïîíåíòîâ, êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò òàêîé æå óðîâåíü òîêîâîé çàùèòû, êàê êëàññè÷åñêàÿ ïëàâêàÿ âñòàâêà 3AG. Îíè äåëàþò ýòî íå çà ñ÷åò äàëüíåéøåé ìèíèàòþðèçàöèè òðàäèöèîííîãî òåïëîâîãî ýëåìåíòà, à çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ ðàçëè÷íûõ èííîâàöèîííûõ ñòðóêòóð è òåõíîëîãèé. Íàïðèìåð, Bourns âûïóñêàåò ëèíåéêó ïðîäóêòîâ SinglFuse, îñíîâàííûõ íà ñåìè ðàçëè÷íûõ òåõíîëîãèÿõ èçãîòîâëåíèÿ ïëàâêèõ ïðåäîõðàíèòåëåé: òîíêîïëåíî÷íîå íàïûëåíèå, òîíêîïëåíî÷íàÿ ïå÷àòíàÿ ïëàòà, ìíîãîñëîéíàÿ êåðàìèêà, êåðàìèêà ñ ëàìèíèðîâàííûìè ïîëîñòÿìè, ïðîâîëî÷íûé, êåðàìè÷åñêàÿ òðóáêà è êåðàìè÷åñêèé êóá (Ðèñóíîê 6). Ðàçìåðû êîðïóñîâ ýòèõ óñòðîéñòâ âàðüèðóþòñÿ îò ïî÷òè íåâèäèìîãî 0402 – 0.040× ×0.020 äþéìà èëè 1.0×0.5 ìì â äèàïàçîíàõ áîëåå íèçêèõ òîêîâ äî 3812 – 0.150×0.100 äþéìà èëè 3.81×2.54 ìì ïðè íîìèíàëüíûõ òîêàõ îò 62 ìÀ äî 100 À. Íåñìîòðÿ íà ñâîè íåáîëüøèå ðàçìåðû, îíè îäîáðåíû îðãàíàìè ñåðòèôèêàöèè UL/CSA/IEC, à íåêîòîðûå ìîäåëè òàêæå ñîîòâåòñòâóþò òðåáîâàíèÿì ñòàíäàðòà AEC-Q200 äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â àâòîìîáèëÿõ. Ñêàæó ÷åñòíî: ÿ áóäó ñêó÷àòü ïî ïîïóëÿðíîìó ïðåäîõðàíèòåëþ 3AG. ß çíàþ, ÷òî îí íèêóäà íå äåíåòñÿ, òàê êàê ïî-ïðåæíåìó ëó÷øå âñåãî ïîäõîäèò äëÿ ìíîãèõ ñöåíàðèåâ ïðèìåíåíèÿ. Îäíàêî ìíå òàêæå ïðèäåòñÿ

48

Òîíêîïëåíî÷íûé íàïûëåííûé Êåðàìè÷åñêèé êóáè÷åñêèé

Òîíêîïëåíî÷íûé íà ïëàòå

Êåðàìè÷åñêèé òðóá÷àòûé

Êåðàìè÷åñêèé ìíîãîñëîéíûé Ïðîâîëî÷íûé

Êåðàìè÷åñêèé ñ ëàìèíèðîâàííîé ïîëîñòüþ

Ðèñóíîê 6. Ñîçäàíèå ïðåäîõðàíèòåëåé äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà, ñïîñîáíûõ ðàáîòàòü â øèðîêîì äèàïàçîíå òîêîâ è îòâå÷àþùèõ òðåáîâàíèÿì ðåãóëèðóþùèõ îðãàíîâ, òðåáóåò èñïîëüçîâàíèÿ ðàçëè÷íûõ áàçîâûõ òåõíîëîãèé.

áûòü ãîòîâûì ê âñòðå÷å ñ ïðåäîõðàíèòåëÿìè, íà âèä íåîòëè÷èìûìè îò ëþáûõ äðóãèõ óñòðîéñòâ äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà, êîòîðûå áóäåò ñëîæíî è ïðîâåðèòü, è çàìåíèòü, êîãäà âîçíèêíåò ïðîáëåìà. Êðîìå òîãî, äàæå íà ïîäñîçíàòåëüíîì óðîâíå åñòü ÷òî-òî ïðèÿòíîå â òîì, ÷òîáû âûíóòü ïðåäîõðàíèòåëü 3AG èç äåðæàòåëÿ, ÷òîáû ïðîâåðèòü åãî è ïðè íåîáõîäèìîñòè çàìåíèòü. Êàê áû òî íè áûëî, âðåìåíà è òåõíîëîãèè òðåáóþò èçìåíåíèé, äàæå äëÿ òàêèõ ñêðîìíûõ óñòðîéñòâ, êàê ïðåäîõðàíèòåëè. ÐË

ÑÒÀÒÜÈ

Ïî÷åìó âû íèêîãäà íå âèäèòå ïòèö íà ëèíèÿõ ýëåêòðîïåðåäà÷è âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ?

John Dunn EDN

Ì

Ìû î÷åíü ÷àñòî âèäèì ñòàè ïòèö, ñèäÿùèõ íà äåðåâüÿõ, íà êðûøàõ äîìîâ, íà ìåñòíûõ ëèíèÿõ ýëåêòðîïåðåäà÷ è äàæå íà ðàäèîàíòåííàõ.

Îäíàêî ÿ çàìåòèë, ÷òî íèêîãäà íå âèäåë, ÷òîáû ïòèöû ñàäèëèñü îòäûõàòü íà ïðîâîäà ëèíèè ýëåêòðîïåðåäà÷è âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ. Âîçìîæíî, îáúÿñíåíèå ïðè÷èíû ýòîãî ÿ íàøåë íà ñàéòå NKT Photonics. Âçãëÿíèòå, ïîæàëóéñòà, íà Ðèñóíîê 3, íà êîòîðîì ïîêàçàíû èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû ïðîâîäîâ ëèíèè ýëåêòðîïåðåäà÷è ïðè ïåðåõîäå îò íîðìàëüíîãî ðåæèìà ðàáîòû ê àâàðèéíîìó. Âåðòèêàëüíàÿ îñü ýòîé äèàãðàììû íà÷èíàåòñÿ ñ òåìïåðàòóðû 62 °C, íî äàæå íîðìàëüíûå ýêñïëóàòàöèîííûå òåìïåðàòóðû ïðîâîäîâ ëåæàò çíà÷èòåëüíî âûøå. Ìîæåò áûòü ýòî è ñ÷èòàåòñÿ íîðìàëüíîé ðàáî÷åé òåìïåðàòóðîé, íî ýòî î÷åíü ÃÎÐß×Î.  îäíîì èç ïîñòîâ ÿ êàê-òî ãîâîðèë, ÷òî áèîëîãè÷åñêèé âðåä ìîæåò áûòü íàíåñåí óæå ïðè òåìïåðàòóðå 50 °C, à ýòî çíà÷èòåëüíî íèæå òåìïåðàòóðû ïðîâîäîâ, óêàçàííîé íà äèàãðàììå. Íå óäèâèòåëüíî, ÷òî ïòèöû íå

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Ðèñóíîê 2. Íà ëèíèÿõ ýëåêòðîïåðåäà÷è âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ ïòèöû îáû÷íî íå îñòàíàâëèâàþòñÿ.

ñàäÿòñÿ íà ýòè ïðîâîäà. Áóäü ÿ ïòèöåé, âû áû è ìåíÿ òàì íèêîãäà íå óâèäåëè. ÐË Òåìï. (°C) 127.0

Íà÷àëî àâðèéíîé ñèòóàöèè

Ðèñóíîê 1. Ïòèöû ÷àñòî ñàäÿòñÿ íà àíòåííû.

120.5 114.0 107.5 101.0 94.5 88.0 81.5 75.0 68.5 62.0 20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

Âðåìÿ (÷)

Ðèñóíîê 3. Ýòà äèàãðàììà ïîêàçûâàåò òåìïåðàòóðó ïðîâîäîâ ëèíèè ýëåêòðîïåðåäà÷è â íîðìàëüíîì è àâàðèéíîì ðåæèìàõ.

49

Ìèëëèîììåòð ñ 7-ñåãìåíòíûì ÆÊÈ ×àñòü 1 Àëåêñåé Êóçüìèíîâ, Ìîñêâà

 ñòàòüå ïðèâåäåíû àïïàðàòíûå è ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà öèôðîâîãî ìèëëèîììåòðà íà áàçå íîâîãî 51-ñîâìåñòèìîãî ìèêðîêîíòðîëëåðà (ÌÊ) EFM8LB12 ñ âñòðîåííûì 14ðàçðÿäíûì âûñîêîñêîðîñòíûì SAR ÀÖÏ, èíñòðóìåíòàëüíîãî óñèëèòåëÿ (ÈÓ) INA333 è ÎÓ OPA334. Ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé ìèëëèîììåòðà ñîñòàâëÿåò íå áîëåå 1%. Ïîêàçàíèÿ ïðèáîðà âûâîäÿòñÿ íà 8-ðàçðÿäíûé 7-ñåãìåíòíûé ÆÊÈ ÈÆÖ 13-8-7, ñîïðÿæåííûé ñ ÌÊ ñ ïîìîùüþ äâóõ êîíòðîëëåðîâ ÊÐ1820ÂÃ1. Ïðèáîð ðàñïîëîæåí â êîðïóñå ðàçìåðîì 120×60×40 ìì. Ïèòàåòñÿ ïðèáîð îò àêêóìóëÿòîðà ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì 3.7 Â: 18650-HG2 ðàçìåðîì (d×h) 18×65 ìì åìêîñòüþ 3 À·÷ (ïîïóëÿðíûé àêêóìóëÿòîð «øîêîëàäêà»).  ñòàòüå ïðèâîäÿòñÿ ïðèíöèïèàëüíûå ñõåìû, ðàçâîäêà ïëàò, èõ ôîòîãðàôèè è ôîòîãðàôèè ñàìîãî óñòðîéñòâà, ïîçâîëÿþùèå èçãîòîâèòü ïðèáîð ñâîèìè ñèëàìè.

Ââåäåíèå ×àñòî òðåáóåòñÿ èçìåðèòü äîñòàòî÷íî ìàëîå ñîïðîòèâëåíèå (ìèëëèîìû) íåêîòîðûõ îòíîñèòåëüíî íèçêîîìíûõ îáúåêòîâ èëè êîìïîíåíòîâ (âòîðè÷íûå îáìîòêè ñèëîâûõ òðàíñôîðìàòîðîâ, êàòóøêè èíäóêòèâíîñòè ñ íåáîëüøèì êîëè÷åñòâîì âèòêîâ, òîêîèçìåðèòåëüíûå ðåçèñòîðû, øóíòû è ò.ï.). Äëÿ èçìåðåíèÿ òàêèõ ìàëûõ ñîïðîòèâëåíèé âûïóñêàþòñÿ ñïåöèàëèçèðîâàííûå ïðèáîðû, íàçûâàåìûå ìèëëèîììåòðàìè. Ñòîèìîñòü ïîäîáíûõ ïðèáîðîâ äîâîëüíî âûñîêà è íà÷èíàåòñÿ îò $250 (ò.å. áîëåå 20000 ðóá.) ó ïðèáîðîâ ñ íå îñîáåííî âûñîêîé òî÷íîñòüþ. Áîëåå òî÷íûå ïðèáîðû ñòîÿò â íåñêîëüêî ðàç äîðîæå.  òî æå âðåìÿ îïûò, ïðèîáðåòåííûé àâòîðîì ïðè êîíñòðóèðîâàíèè öèôðîâîãî âîëüòìåòðà ñ âûñîêèì ðàçðåøåíèåì [1], è ìåòîä, ïðèìåíåííûé äëÿ èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèé â íåì, íàòîëêíóë àâòîðà íà èäåþ: à íåëüçÿ ëè ñêîíñòðóèðîâàòü ìèëëèîììåòð, ïðèìåíèâ ïîäî-

50

áíûé ìåòîä äëÿ èçìåðåíèÿ ìàëûõ ñîïðîòèâëåíèé? Íåáîëüøàÿ ñòîèìîñòü âîëüòìåòðà [1] (ïî ïîäñ÷åòàì àâòîðà, íå áîëåå $10), ïðîñòîòà åãî ñõåìû, à òàêæå äîñòàòî÷íî ïðèëè÷íàÿ òî÷íîñòü èçìåðåíèé ïîçâîëèëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî òàêîé ìèëëèîììåòð âðÿä ëè îáîéäåòñÿ äîðîæå, áóäåò íå íàìíîãî ñëîæíåå ïî ñõåìå è, êðîìå òîãî, âîçìîæíî, áóäåò îáëàäàòü äîñòàòî÷íî ïðèåìëåìîé òî÷íîñòüþ èçìåðåíèÿ ìàëûõ ñîïðîòèâëåíèé (â ìèèëèîìàõ). Êàê îêàçàëîñü âïîñëåäñòâèè, ïðåäïîëîæåíèÿ àâòîðà ïîëíîñòüþ ïîäòâåðäèëèñü; ìàëî òîãî, àâòîð ïîëó÷èë òàêîé ðåçóëüòàò, êàêîãî äàæå íå îæèäàë. Äàëüíåéøåå èçëîæåíèå áóäåò ïîñòðîåíî ñëåäóþùèì îáðàçîì. Âíà÷àëå áóäåò îáúÿñíåí ïðèíöèï èçìåðåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ, ïðèìåíåííûé â ìèëëèîììåòðå, çàòåì áóäóò ïðèâåäåíû ïðèíöèïèàëüíûå ñõåìû, ðàçâîäêà ïëàò è ôîòîãðàôèè ïëàò è âíóòðåííåãî óñòðîéñòâà ïðèáîðà. Äàëåå áóäóò îïèñàíû ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà, èñïîëüçóåìûå â ïðèáîðå, è

ÑÕÅÌÛ

Ñòàáèëèçàòîð ON/OFF

VÏ 3.5 Â)

VREFI

VREF

VREFI

ON/OFF VIN

VOUT GND

VREFM

VREFI

(2.5 Â)

LCR-90

(2.5 Â) VREF

100

Ê ÀÖÏ (1-é êàíàë)

VRÎÁÐ

ÈÓ VIN– RG

LCR-90

IRÎÁÐ

RX

RG

VRÎÁÐI

100

REF

INA333 RG VIN+

VOUT

VOUT

Ê ÀÖÏ (2-é êàíàë)

VOUT = G(VIN+ – VIN–) + VREF G=1 + 100K/RG

RÎÁÐ

Ðèñóíîê 1. Óïðîùåííàÿ ñõåìà èçìåðåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ òåñòèðóåìîãî ðåçèñòîðà.

äàíî ðóêîâîäñòâî ïî åãî íàñòðîéêå è èñïîëüçîâàíèþ. Ïîñëå ýòîãî áóäóò ïðèâåäåíû ïðèìåðû èçìåðåíèé ïðèáîðîì ìàëûõ ñîïðîòèâëåíèé (äî 0.5 ìÎì).

Ïðåäâàðèòåëüíûå çàìå÷àíèÿ Äëÿ òîãî ÷òîáû ïîíÿòü ïðèíöèïèàëüíûå ñõåìû ìèëëèîììåòðà, ïðèâåäåííûå äàëåå, íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà óïðîùåííàÿ ñõåìà, ïîÿñíÿþùàÿ ïðèíöèï èçìåðåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ òåñòèðóåìîãî ðåçèñòîðà RX. Ýòîò ïðèíöèï îñíîâàí íà èçìåðåíèè íàïðÿæåíèÿ URx íà ðåçèñòîðå RX, ÷åðåç êîòîðûé ïðîïóñêàåòñÿ îïðåäåëåííûé òîê IRx, òàêæå èçìåðÿåìûé. Ñîïðîòèâëåíèå RX âû÷èñëÿåòñÿ ïî çàêîíó Îìà:

RX =

URx .

IRx

Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé èç-çà ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ïðîâîäàõ, âîçíèêàþùåãî ïðè ïðîõîæäåíèè ïî íèì îòíîñèòåëüíî áîëüøîãî òîêà (äî 0.5 À), èñïîëüçóåòñÿ õîðîøî èçâåñòíàÿ äâóõêîíòóðíàÿ èçìåðèòåëüíàÿ ñõåìà Êåëüâèíà. Èçìåðÿåìûé ðåçèñòîð ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ýòèì êîíòóðàì ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëèçèðîâàííûõ çàæèìîâ, êîòîðûå òàêæå èìåíóþòñÿ çàæèìàìè Êåëüâèíà (â ñõåìå èñïîëüçóþòñÿ çàæèìû ìàðêè LCR-90).

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ òîêà IRx èñïîëüçóåòñÿ ñòàáèëèçàòîð íàïðÿæåíèÿ, ïîêàçàííûé íà Ðèñóíêå 1 â âèäå îòäåëüíîãî áëîêà. Íà âõîä ñòàáèëèçàòîðà (VIN) ïîäàåòñÿ íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ, óñëîâíî ïîêàçàííîå êàê VÏ. Ñòàáèëèçàòîð ìîæåò âêëþ÷àòüñÿ è âûêëþ÷àòüñÿ ñ ïîìîùüþ ñèãíàëà ON/OFF, ïîäàâàåìîãî íà îäíîèìåííûé âõîä. Êðîìå òîãî, íà âõîä VREF ñòàáèëèçàòîðà ïîäàåòñÿ îïîðíîå íàïðÿæåíèå VREF.  êà÷åñòâå VREF â äàííîì ñëó÷àå èñïîëüçóåòñÿ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå âíåøíåãî èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ (ÈÎÍ) íîìèíàëîì 2.5 Â. Ëþáîé ñòàáèëèçàòîð èìååò òàêæå èçìåðèòåëüíûé âõîä VREFI, íà êîòîðûé ïîäàåòñÿ íàïðÿæåíèå (VREFI), ñðàâíèâàåìîå ñ îïîðíûì (VREF). È, íàêîíåö, ñòàáèëèçàòîð èìååò âûõîä (VOUT), íàïðÿæåíèå íà êîòîðîì (VREFM) è èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ òîêà IRx. Îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ ñòàáèëèçàòîðà ÿâëÿåòñÿ ñïîñîá ïîäêëþ÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ ê èçìåðèòåëüíîìó âõîäó (VREFI). Îáû÷íî ê ýòîìó èçìåðèòåëüíîìó âõîäó ïîäêëþ÷àåòñÿ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñòàáèëèçàòîðà (VREFM), êîòîðîå è ñòàáèëèçèðóåòñÿ. Íî â äàííîì ñëó÷àå ê ýòîìó âõîäó, êàê âèäíî èç ñõåìû Ðèñóíîê 1, ïîäêëþ÷åíî íàïðÿæåíèå, âçÿòîå ñ êîíòàêòà çàæèìà ñ îáðàçöîâûì ðåçèñòîðîì, ò.å. VREFI. Òàêèì îáðàçîì, ñòàáèëèçàòîð âûäàåò òàêîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VREFM, ÷òîáû íàïðÿæåíèå VREFI áûëî ðàâíî îïîðíîìó (VREF), ïîñêîëüêó èìåííî íàïðÿæå-

51

íèå, ïîäàííîå íà èçìåðèòåëüíûé âõîä (VREFI), ñðàâíèâàåòñÿ ñ îïîðíûì.  ïåðâîì êîíòóðå (ñèãíàë VREFM – RX – RÎÁÐ – «çåìëÿ») òîê IRÎÁÐ ïðîõîäèò ÷åðåç èçìåðÿåìûé ðåçèñòîð RX è ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûé ñ íèì îáðàçöîâûé ðåçèñòîð RÎÁÐ. Ñèëîâûå ïðîâîäà (VREFM) è ïðîâîä, ñîåäèíÿþùèé íèæíèé (ïî ñõåìå) çàæèì ñ RÎÁÐ, äîëæíû èìåòü îòíîñèòåëüíî áîëüøîå ïîïåðå÷2 íîå ñå÷åíèå (íå ìåíåå 0.5 ìì ). Äëÿ îïðåäåëåíèÿ òîêà IRÎÁÐ íàïðÿæåíèå ñ îáðàçöîâîãî ðåçèñòîðà (VRÎÁÐ) ïîäàåòñÿ íà îäèí èç âõîäîâ ÀÖÏ ÌÊ (íàçîâåì åãî óñëîâíî êàê 1-é êàíàë ÀÖÏ). Çíàÿ íàïðÿæåíèå VRÎÁÐ è íîìèíàë îáðàçöîâîãî ðåçèñòîðà RÎÁÐ, ìîæíî îïðåäåëèòü òîê IRÎÁÐ (ñì. äàëåå), êîòîðûé òàêæå ïðîõîäèò ÷åðåç èçìåðÿåìûé ðåçèñòîð RX. Âòîðîé êîíòóð (ñèãíàë VREFI – RX – VRÎÁÐI) ïðåäíàçíà÷åí äëÿ èçìåðåíèÿ ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà èçìåðÿåìîì ðåçèñòîðå RX.  ýòîò êîíòóð âêëþ÷åí èíñòðóìåíòàëüíûé óñèëèòåëü (ÈÓ – INA333), ðàáîòàþùèé â äèôôåðåíöèàëüíîì ðåæèìå. Ñèãíàë VRÎÁÐI ÷åðåç 100-îìíûé ðåçèñòîð ïîäàåòñÿ íà íåèíâåðòèðóþùèé âõîä ÈÓ (VIN+), à ñèãíàë VRÎÁÐI ïîäàåòñÿ íà âõîä îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ÈÓ (REF) è ÷åðåç 100-îìíûé ðåçèñòîð – íà èíâåðòèðóþùèé âõîä ÈÓ (VIN–). Ïðîâîäà äëÿ ñèãíàëîâ VREFI è VRÎÁÐI (â ñâÿçè ñ ïðåíåáðåæèìî ìàëûì òîêîì â ýòîì êîíòóðå) ìîãóò áûòü ìåíüøåãî ñå÷åíèÿ, íî íå íàñòîëüêî, ÷òîáû èõ ìîæíî áûëî ëåãêî ïîðâàòü (ëó÷øå íå ìåíåå 0.1 – 2 0.05 ìì ). Äëÿ óñòàíîâêè êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ (G) ÈÓ ê åãî âõîäàì RG ïîäêëþ÷åí ðåçèñòîð RG. Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ÈÓ (ñîãëàñíî ñïðàâî÷íîìó ëèñòêó íà ÈÓ INA333) G = 1 + 100Ê/RG. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ÈÓ (VOUT) ïîäêëþ÷àåòñÿ ê óñëîâíî 2-ìó êàíàëó ÀÖÏ ÌÊ. Ýòî íàïðÿæåíèå äëÿ êëàññè÷åñêîãî ÈÓ, ïîñòðîåííîãî íà òðåõ ÎÓ (à èìåííî òàê óñòðîåí ÈÓ INA333), êàê èçâåñòíî, îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé:

VOUT = G ( VIN+ - VIN- ) + VREF .

(1)

Çäåñü ñëåäóåò ñäåëàòü íåêîòîðîå îòñòóïëåíèå îòíîñèòåëüíî ñïîñîáà âêëþ÷åíèÿ ÈÓ.  ñòàíäàðòíîì (èëè íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëüçóåìûì) ñïîñîáå âêëþ÷åíèÿ âõîä REF ÈÓ çàçåìëÿåòñÿ, âõîä VIN– òàêæå ïîäêëþ÷àåòñÿ ê «çåìëå» ÷åðåç êàêîé-ëèáî òîêîîãðàíè÷èâàþùèé ðåçèñòîð íåáîëüøîãî íîìèíàëà (íàïðèìåð, 100 Îì), à èçìåðÿåìûé ñèãíàë ïîäàåòñÿ

52

íà âõîä VIN+ òàêæå ÷åðåç íåáîëüøîé òîêîîãðàíè÷èâàþùèé ðåçèñòîð. Îäíàêî òàêîé ñïîñîá âêëþ÷åíèÿ èìååò äâà ñóùåñòâåííûõ íåäîñòàòêà. Âî-ïåðâûõ, ïðè òàêîì ñïîñîáå ïðèøëîñü áû îáðàçöîâûé ðåçèñòîð ïîäêëþ÷àòü ê âûõîäó ñòàáèëèçàòîðà (ò.å. ê VREFM), à èçìåðÿåìûé ðåçèñòîð – ìåæäó îáðàçöîâûì è «çåìëåé».  ýòîì ñëó÷àå ïðè èçìåðåíèè íàïðÿæåíèÿ íà îáðàçöîâîì ðåçèñòîðå ñ ïîìîùüþ ÀÖÏ âîçíèêëè áû ïðîáëåìû, ïîñêîëüêó ÀÖÏ èçìåðÿåò íàïðÿæåíèå îòíîñèòåëüíî «çåìëè» (à íå îòíîñèòåëüíî VREFM). Âî-âòîðûõ, íàïðÿæåíèå íà èçìåðÿåìîì ðåçèñòîðå èçìåðÿëîñü áû ÀÖÏ îòíîñèòåëüíî «çåìëè», è ïðè ìàëîì íîìèíàëå èçìåðÿåìîãî ðåçèñòîðà (ìèëëèîìû) ýòî íàïðÿæåíèå áûëî áû òàêæå ìàëî (äàæå ó÷èòûâàÿ óñèëåííîå ÈÓ). À ìàëûå íàïðÿæåíèÿ îòíîñèòåëüíî «çåìëè» ïðè èõ èçìåðåíèè ÀÖÏ èìåþò ìàêñèìàëüíóþ ïîãðåøíîñòü, ïîñêîëüêó âáëèçè «çåìëè» èíòåãðàëüíàÿ íåëèíåéíîñòü ìàêñèìàëüíà, äà è âîîáùå ÀÖÏ î÷åíü ïëîõî èçìåðÿåò ìàëûå íàïðÿæåíèÿ îòíîñèòåëüíî «çåìëè». Ïðè òîì æå ñïîñîáå âêëþ÷åíèÿ, ïîêàçàííîì íà Ðèñóíêå 1, èç îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ âû÷èòàåòñÿ ìàëîå íàïðÿæåíèå íà èçìåðÿåìîì ðåçèñòîðå, â ñâÿçè ñ ÷åì ðåçóëüòèðóþùåå íàïðÿæåíèå î÷åíü áëèçêî ê îïîðíîìó. À ÷åì áëèæå èçìåðÿåìîå íàïðÿæåíèå ê îïîðíîìó, òåì òî÷íåå îíî èçìåðÿåòñÿ ÀÖÏ, ïîñêîëüêó ÀÖÏ ñðàâíèâàåò èçìåðÿåìîå íàïðÿæåíèå ñ îïîðíûì, à íå ñ «çåìëåé». Êðîìå òîãî, èíòåãðàëüíàÿ íåëèíåéíîñòü ÀÖÏ ìèíèìàëüíà, åñëè èçìåðÿåìîå íàïðÿæåíèå áëèçêî ê îïîðíîìó. Ïîìèìî ýòîãî, ïðè ñïîñîáå âêëþ÷åíèÿ ÈÓ, ïîêàçàííîì íà Ðèñóíêå 1 (ò.å. ÈÓ êàê áû «ïåðåâåðíóò» ïî ñðàâíåíèþ ñî ñòàíäàðòíûì ñïîñîáîì âêëþ÷åíèÿ), íàïðÿæåíèå íà îáðàçöîâîì ðåçèñòîðå èçìåðÿåòñÿ ÀÖÏ ñ ìèíèìàëüíîé ïîãðåøíîñòüþ, ïîñêîëüêó ýòî íàïðÿæåíèå òàêæå áëèçêî ê îïîðíîìó. Òåïåðü âåðíåìñÿ ê ïðåðâàííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èçëîæåíèÿ. Ïîñêîëüêó ïîòåíöèàë ñèãíàëà VREFI âñåãäà âûøå ïîòåíöèàëà ñèãíàëà VRÎÁÐI (ýòîò î÷åâèäíûé ôàêò, íà âçãëÿä àâòîðà, íå íóæäàåòñÿ â ïîÿñíåíèè), âûøåïðèâåäåííàÿ ôîðìóëà (1) äëÿ óäîáñòâà ìîæåò áûòü ïåðåïèñàíà â âèäå (2):

VOUT = G ( VIN+ - VIN- ) + VREF = = -G ( VIN- - VIN+ ) + VREF .

(2)

ÑÕÅÌÛ

Èç (2) ìîæíî íàéòè ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ (íàïðÿæåíèå) íà ðåçèñòîðå RX (3):

VIN- - VIN+ =

VREF - VOUT .

G

(3)

Ðåàëüíîå íàïðÿæåíèå VOUT, åñëè îíî èçìåðÿåòñÿ ÀÖÏ, ìîæåò áûòü ïîëó÷åíî ïî åãî áåçðàçìåðíîìó ïîêàçàíèþ (îáîçíà÷èì åãî êàê UOUT), óìíîæåííîìó íà îïîðíîå íàïðÿæåíèå VREF (4).

VOUT = VREF × UOUT .

(4)

Çäåñü ñëåäóåò ñäåëàòü íåêîòîðîå óòî÷íåíèå. Ïóñòü èìååòñÿ 14-ðàçðÿäíûé ÀÖÏ, è ïóñòü åãî ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà èäåàëüíà. Òîãäà ïðè ïîäêëþ÷åíèè ê åãî âõîäó îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF åãî ïîêàçàíèÿ â äâîè÷íîì êîäå áóäóò ðàâíû U OUT_2 = = 111111111111112 (ò.å. 14 äâîè÷íûõ åäèíèö). Áåçðàçìåðíîå ïîêàçàíèå ÀÖÏ UOUT_10 ìîæíî 14 íàéòè, ðàçäåëèâ UOUT_2 íà (2 – 1):

UOUT _ 10 =

UOUT _ 2 214 - 1

= 1.

Äðóãèìè ñëîâàìè, â ýòîì ñëó÷àå UOUT = 1. Åñëè æå âõîä ÀÖÏ çàçåìëèòü, òî áåçðàçìåðíîå ïîêàçàíèå ÀÖÏ áóäåò íóëåâûì: UOUT = 0. Àíàëîãè÷íî ïî áåçðàçìåðíîìó ïîêàçàíèþ ÀÖÏ (URÎÁÐ) îïðåäåëÿåòñÿ ðåàëüíîå íàïðÿæåíèå (VRÎÁÐ) íà îáðàçöîâîì ðåçèñòîðå (5):

VROÁP = VREF × UROÁP .

(5)

Òîê IRÎÁÐ, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç îáðàçöîâûé ðåçèñòîð RÎÁÐ, ìîæåò áûòü íàéäåí ïî (6):

IROÁP =

VROÁP .

R OÁP

(6)

Èçìåðÿåìîå ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà RX ìîæåò áûòü íàéäåíî êàê ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ íà íåì (VIN– – VIN+), äåë¸ííàÿ íà ïðîõîäÿùèé òîê IRÎÁÐ, à ñ ó÷åòîì (3) – (6) ïîëó÷èì ôîðìóëó (7):

RX =

VIN- - VIN+ VREF - VOUT = × R OÁP = IROÁP G × VROÁP

V - VREF × UOUT = REF × R OÁP .

G × VREF × UROÁP

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

(7)

Ñîêðàòèâ ïîñëåäíåå âûðàæåíèå â (7) íà VREF, ïîëó÷èì ðàñ÷åòíóþ ôîðìóëó äëÿ âû÷èñëåíèÿ RX ïî ïîêàçàíèÿì ÀÖÏ (UOUT, URÎÁÐ), íîìèíàëó îáðàçöîâîãî ðåçèñòîðà RÎÁÐ è êîýôôèöèåíòó óñèëåíèÿ G ÈÓ (8):

RX =

1 - UOUT × R OÁP .

G × UROÁP

(8)

Èíòåðåñíîé îñîáåííîñòüþ ôîðìóëû (8) ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå â íåé îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî, âî-ïåðâûõ, îíî â ïðèíöèïå ìîæåò áûòü ëþáûì (êîíå÷íî, â ðàçóìíûõ ïðåäåëàõ) è, âî-âòîðûõ, ÷òî åãî àáñîëþòíîå çíà÷åíèå íå èãðàåò íèêàêîé ðîëè, ëèøü áû îíî (íàïðÿæåíèå) áûëî ñòàáèëüíî âî âðåìÿ èçìåðåíèÿ (êàê áóäåò âèäíî èç äàëüíåéøåãî èçëîæåíèÿ, ýòî âðåìÿ íå áîëåå ñåêóíäû). Ôîðìóëà (8) è áûëà èñïîëüçîâàíà äëÿ âñåõ ðàñ÷åòîâ â ïðîãðàììå äëÿ ÌÊ. Êîíêðåòíûå çíà÷åíèÿ íîìèíàëîâ îáðàçöîâûõ ðåçèñòîðîâ RÎÁÐ è êîýôôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ G áóäóò óêàçàíû â äàëüíåéøåì, èñõîäÿ èç ïðèíöèïèàëüíûõ ñõåì. Òåïåðü ïîñëå òàêèõ, íà âçãëÿä àâòîðà, äîñòàòî÷íî «ïðîñòðàííûõ» îáúÿñíåíèé ïðèíöèïà èçìåðåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ òåñòèðóåìîãî ðåçèñòîðà óæå íåòðóäíî ïîíÿòü è ïðèíöèïèàëüíûå ñõåìû, ïðåäñòàâëåííûå íèæå.

Ïðèíöèïèàëüíûå ñõåìû Óñëîâíî ñõåìó ïëàòû ìèëëèîììåòðà (Ðèñóíîê 2) ñ äîïîëíèòåëüíûìè óñòðîéñòâàìè (Ðèñóíîê 3) ìîæíî ðàçáèòü íà 2 ÷àñòè: öèôðîâóþ è àíàëîãîâóþ.  öèôðîâóþ ÷àñòü âõîäÿò: èíòåðôåéñû äëÿ ñîïðÿæåíèÿ ÌÊ ñ êîìïüþòåðîì (èõ äâà) äëÿ öåëåé åãî (ÌÊ) ïðîãðàììèðîâàíèÿ, èíòåðôåéñ ñ ÆÊÈ, íåñêîëüêî ñèãíàëîâ (áèò ñîñòîÿíèÿ), ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé ÌÊ, è íåñêîëüêî ñèãíàëîâ (áèò óïðàâëåíèÿ), ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ óïðàâëåíèÿ ÌÊ âíåøíèìè óñòðîéñòâàìè. Ïåðâûé âàðèàíò ïðîãðàììèðîâàíèÿ ÌÊ – ñ ïîìîùüþ USB DEBUG àäàïòåðà, êîòîðûé ñîïðÿãàåòñÿ ñ êîìïüþòåðîì ïî èíòåðôåéñó USB, à ñ ÌÊ – ïî äâóõïðîâîäíîìó èíòåðôåéñó C2. Äëÿ ýòîãî ïðåäíàçíà÷åí òðåõêîíòàêòíûé øòûðåâîé ðàçúåì XB, íà êîòîðûé âûâåäåíû äâà ñèãíàëà: RST/C2CK, C2D è «çåìëÿ». Äëÿ ñîïðÿæåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ êàáåëü, êîòîðûé îäíèì êîíöîì (îòâåòíàÿ òðåõêîí-

53

R3

R15

R3

5.22

2K 0.1%

R3 – RX24 5 Âò R1

R2

1K Ñ1 1.0

1K

2 RST/C2CK 3

VREF PLL-03 (2.5 Â) RST/C2CK C2D

2

1

DA3 REF3125 VREF 1 2 VIN VOUT (2.5 Â) GND Ñ4 3 10.0

CLUI 23 22 DIAP0/TxDM 21 DIAP1/RxDM 20 19

ADCIN_Vp

P00/VREF 3 GND 4 VDD 5 RST/C2CK 6 C2D

+3.5

2 3 4 PLL-04

RG

RG

1

2 RG(×1) 3

R3

2 3

2 VIN– 3 VIN+ 4 V–

R4

V+ VOUT REF

PLL-03

+3.5

8 7 6 5

R8 Ñ5 0.22

DJK-04B

ADCIN_RX

24

Ñ6 470

INA333 R5

REFI (2.5 Â) REFI

100 DD1

REFM Ñ7 10.0

18 ADC0.6/P10 17 ADC0.7/P11 16 P12 15 GND 14 P13

VT1 È

+3.5

ADCIN_RX ADCIN_R3

R10 100K

+3.5

Ñ

Ñ9

4 3 R13 1K

2 3

XLed LED

2 1

LED

PLL-02

Eï 5 –V 2 OPA334

+3.5

R12 100

6 DA2 +V 1

Vref (2.5 Â)

ENT R14

ÕÏ

6

1

CSML MOSI

5 4

PSLM-02

SCK

3

2 Ñ11 10.0 REFI (2.5 Â)

+3.5

2 1 PLL-06

VREF (2.5 Â)

CAL1

2

R3/VREF

R9

Øòàò.

1

R3

24

XR3Vref PLL-02

XN

CSST

1K Xref PLL-01 1

DD1 – EFM8LB12F64E-C-QFN24 VT1 – STD30PF03L-1

XREF 1

DJK-04B

Ñ10 22í

CAL1

Ñ8 10.0 REFM R11 1.5K

Ç

0.22

XD/RS 1 DIAP0/TxDM DIAP1/RxDM

R3I

×10

10K 0.1%

XR3

1

DA1

7 P23 CSST 8 P22/CSST CSML 9 P21/CSML MOSI 10 P20/MOSI MISO 11 P16/MISO SCK 12 P15/SCK ENT 13 P14/ENT

C2D

1 P01/ AGND

R6

Ñ2 470

CLUI/P03 TxD/DIAP0/P04 RxD/DIAP1/P05 P06 P07

Boot

1

PLL-02

24

XB

ADC0.1/P02

1

XRG

×100

1K 0.1%

100 CLUI 2

+3.5

24 R16 2K 0.1%

R3I

ÕÑ

Ñ3 1.0

R7

ADCIN_Vp

RST/C2CK

+3.5

+3.5

R17

+3.5

ADCIN_R3/VREF Ñ12 470

Ðèñóíîê 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ïëàòû ìèëëèîììåòðà.

òàêòíàÿ âèëêà) ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ðàçúåìó XB, à âòîðîé åãî êîíåö ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ñàìîìó USB DEBUG àäàïòåðó. Ñõåìó òàêîãî êàáåëÿ ìîæíî íàéòè â [2]. Öåïî÷êà R1R2C1 èñïîëüçóåòñÿ äëÿ øòàòíîé ðàáîòû èíòåðôåéñà C2. Âòîðîé âàðèàíò ïðîãðàììèðîâàíèÿ ÌÊ – ïî èíòåðôåéñó RS-232 ñ ïîìîùüþ COMïîðòà êîìïüþòåðà (COM1). Äëÿ ñîïðÿæåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ 4-êîíòàêòíûé øòûðåâîé ðàçúåì XD/RS, íà êîòîðûé âûâåäåíû äâà ñèãíàëà: TxDM, RxDM, ïèòàíèå (+3.5 Â) è «çåìëÿ». Ê ýòîìó ðàçúåìó ïîäêëþ÷àåòñÿ ïðåîáðàçîâàòåëü óðîâíåé èíòåðôåéñà RS-232-TTL, à ê íåìó – êàáåëü ñîïðÿæåíèÿ ñ COM-ïîðòîì êîìïüþòåðà. Âñå ñõåìû è ïîäðîáíîå îïèñàíèå

54

ýòîãî ðåæèìà ïðîãðàììèðîâàíèÿ ìîæíî íàéòè â [3]. Äëÿ ïåðåâîäà ÌÊ â ýòîò ðåæèì ïðîãðàììèðîâàíèÿ íåîáõîäèìî çàìêíóòü ïåðåìû÷êîé (äæàìïåðîì) êîíòàêòû 1-2 ðàçúåìà XB (ýòà ïåðåìû÷êà ïîêàçàíà ïóíêòèðîì, ñïðàâà îò êîòîðîé ñëîâî «boot» – ñì. [3]). Äëÿ ñîïðÿæåíèÿ ÌÊ ñ ÆÊÈ èñïîëüçóåòñÿ èíòåðôåéñ SPI è 6-êîíòàêòíûé øòûðåâîé ðàçúåì XN, íà êîòîðûé âûâåäåíû ñèãíàëû SPI, ïèòàíèå (+3.5 Â) è «çåìëÿ». Ê ýòîìó ðàçúåìó îäíèì êîíöîì (îòâåòíàÿ 6-êîíòàêòíàÿ âèëêà) ïîäêëþ÷àåòñÿ êàáåëü, êîòîðûé âòîðûì êîíöîì ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ÆÊÈ (îòâåòíàÿ 6êîíòàêòíàÿ âèëêà). Ñõåìà êàáåëÿ ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêàõ 3â, 3ã.

ÑÕÅÌÛ

Ïåðåêëþ÷àòåëü äèàïàçîíîâ

Àêêóìóëÿòîð è âûêëþ÷àòåëü

12

11¢

11

8¢

10

+3.5 1

RG(×1)

9 ×100

8

7

6

×10

XDK

5¢

5

4

2¢

3 DIAP1

GND

2 DIAP0

1

ÃÏ1 – ÏÃ2-17-3Ï4ÍÂ

2

BK1 3 SMTS102 KL1

+3.5Z

1

DIAP1

×100

2 3

DIAP0

×10

PBS1.27-03

REFM REFI

SCK

CSST

6

2 3

MOSI GND

CSML MOSI

5 4

4

+3.5

SCK

3

5 6

CSML

GND

CSST

+3.5

2 1

SCK

1

MOSI

2 3

+3.5 CSML CSST

PBS1.27-06

(â)

GND

1

SIP-02 KL2

BAT1 +

DJK-19S/ DC-055 GND (3 À·÷) BAT1 – 18650-HG2

6.3F

LCR-90

LCR-90

2

R3

1

R3I

DJK-10B

(ä) Êíîïêà

4

ÊÍ1

5 6

2

PLS2-06R

(ã)

XÊ3K Rx

ÕÆ Ñâåòîäèîä XCK

LED1

CLUI

2

XLedK 2

GND

1

1

PBS1.27-02

PBS1.27-02

1 PBS2-06

1

1 DJK-10B

1

GND

XREFK 2

ÆÊÈ XNK

2

Ïîäêëþ÷åíèå ðåçèñòîðà Rx

(à)

ÕÆK

+3.5Z

(á)

PBS1.27-03

Êàáåëü äëÿ ÆÊÈ

XZ

2

6.3F

XRGK 1

2 RG(×1) 3

GND

XÏÊ +3.5

DS-402

(å)

LED GND Æåëò.

(æ)

Ðèñóíîê 3. Ñõåìû äîïîëíèòåëüíûõ óñòðîéñòâ ìèëëèîììåòðà.

Óïðàâëåíèå ðåæèìàìè ðàáîòû ÌÊ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñèãíàëàìè DIAP0 è DIAP1, ëîãè÷åñêèå ñîñòîÿíèÿ êîòîðûõ («ëîã. 0» èëè «ëîã. 1») îïðåäåëÿþò òîò èëè èíîé ðåæèì ðàáîòû. Ýòè ñèãíàëû âûâåäåíû íà øòûðåâîé ðàçúåì XD/RS. Ê êîíòàêòàì 1-3 ýòîãî ðàçúåìà îäíèì êîíöîì (òðåõêîíòàêòíàÿ îòâåòíàÿ âèëêà) ïîäêëþ÷àåòñÿ êàáåëü, êîòîðûé âòîðûì êîíöîì ïðèïàÿí ê ãàëåòíîìó ïåðåêëþ÷àòåëþ ÃÏ1 (Ðèñóíîê 3à). Çäåñü ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî îáúåäèíåíèå â îäíîì è òîì æå ðàçúåìå (XD/RS) ñèãíàëîâ äëÿ ïðîãðàììèðîâàíèÿ ÌÊ ïî èíòåðôåéñó RS-232 è ñèãíàëîâ óïðàâëåíèÿ íå ïðèâåäåò ê êàêîé-ëèáî êîëëèçèè: ïðè ïðîãðàììèðîâàíèè ÌÊ ïðèáîð íå ðàáîòàåò è íè÷åãî íå èçìåðÿåò, à ïðè ðàáîòå îí îòêëþ÷åí îò èíòåðôåéñà RS-232. Ñèãíàë CLUI («ëîã. 0») çàïóñêàåò ìèëëèîììåòð â ðåæèì èçìåðåíèÿ, åñëè îí ïîÿâëÿåòñÿ ïîñëå âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ. Ýòîò ñèãíàë (è «çåìëÿ») âûâåäåí íà äâóõêîíòàêòíûé øòûðåâîé ðàçúåì XC, ê êîòîðîìó ïîäêëþ÷àåòñÿ îäèí èç êîíöîâ êàáåëÿ (îòâåòíîé äâóõêîíòàêòíîé âèëêîé), à âòîðîé åãî êîíåö ñîåäèíÿ-

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

åòñÿ ñ äâóõêîíòàêòíîé êíîïêîé ÊÍ1 (Ðèñóíîê 3å). Ïðè íàæàòèè êíîïêè CLUI = «ëîã. 0», ïðè îòïóñêàíèè CLUI = «ëîã. 1». Åñëè êíîïêà íàæàòà è óäåðæèâàåòñÿ â íàæàòîì ñîñòîÿíèè ïåðåä âêëþ÷åíèåì ïèòàíèÿ, à ïîñëå âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ îòïóñêàåòñÿ, òî ìèëëèîììåòð ïåðåõîäèò â ðåæèì óñòàíîâêè íóëÿ ïî âûáðàííîìó äèàïàçîíó èçìåðåíèÿ (ñì. äàëåå). Äëÿ óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé ñòàáèëèçàòîðà èñïîëüçóåòñÿ óïðàâëÿþùèé ñèãíàë ENT (ïîäàâàåìûé ÌÊ), ñîñòîÿíèå íà êîòîðîì âêëþ÷àåò («ëîã. 1») èëè âûêëþ÷àåò («ëîã. 0») ñòàáèëèçàòîð (ñì. äàëåå). Àíàëîãîâàÿ ÷àñòü âêëþ÷àåò â ñåáÿ ñëåäóþùèå óñòðîéñòâà. Ïðåöèçèîííûé èçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð R3, íàïðÿæåíèå íà êîòîðîì èçìåðÿåòñÿ ÀÖÏ ÌÊ, ÈÓ INA333 (DA1), ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî èçìåðÿåòñÿ ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà èçìåðÿåìîì ðåçèñòîðå, ÈÎÍ REF3125 (DA3) ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì VREF = 2.5  è ñòàáèëèçàòîð íà áàçå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (ÎÓ) OPA334 (DA2) è ìîùíîãî ïîëåâîãî p-êàíàëüíîãî òðàíçèñòîðà STD30PF03L-1 (VT1).

55

Ñèãíàë VREF ïîäêëþ÷åí ê âûâîäó 2 ÌÊ DD1 (P0.0/VREF). Ýòîò æå ñèãíàë âûâåäåí íà îäíîêoíòàêòíûé øòûðåâîé ðàçúåì Xref. Êîíäåíñàòîð C4 áëîêèðîâî÷íûé è ïîëîæåí äëÿ øòàòíîé ðàáîòû ÈÎÍ. Äëÿ èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà R3 ýòî íàïðÿæåíèå (ñèãíàë R3) ïîäàåòñÿ íà êîíòàêò 1 äâóõêîíòàêòíîãî ðàçúåìà XR3Vref.  øòàòíîì ðåæèìå ðàáîòû åãî êîíòàêòû 1-2 çàìûêàþòñÿ ïåðåìû÷êîé (äæàìïåðîì), â ðåçóëüòàòå ÷åãî íàïðÿæåíèå (íà R3) ñ êîíòàêòà 2 (ñèãíàë R3/VREF) ÷åðåç RC öåïî÷êó R9C2 ïîäàåòñÿ íà âûâîä 17 ÌÊ (ADC0.7) – ñèãíàë ADCIN_R3/VREF.  ðåæèìå êàëèáðîâêè ïîëíîé øêàëû ÀÖÏ (ñì. äàëåå) ïåðåìû÷êà ñ ðàçúåìà XR3Vref ñíèìàåòñÿ, è êîíòàêò 2 ðàçúåìà XR3Vref ñîåäèíÿåòñÿ ñ êîíòàêòîì ðàçúåìà Xref ïðîâîäîì ñ äâóìÿ îòâåòíûìè ãíåçäàìè íà åãî êîíöàõ.  ðåçóëüòàòå îïîðíîå íàïðÿæåíèå VREF ÷åðåç öåïî÷êó R9C2 ïîäàåòñÿ íà âõîä ÀÖÏ ADC0.7 ÌÊ (ñèãíàë ADCIN_R3/VREF). ÈÓ INA333 (DA1) âêëþ÷åí ïî ñõåìå, àíàëîãè÷íîé Ðèñóíêó 1.  çàâèñèìîñòè îò äèàïàçîíà èçìåðåíèÿ, ê åãî âõîäàì RG (âûâîäû 1, 8) ïîäêëþ÷àþòñÿ: ëèáî ðåçèñòîð R7 (1Ê), â ýòîì ñëó÷àå êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ G = = 1+100Ê/1Ê = 101, ëèáî ðåçèñòîð R6 (10Ê), òîãäà G = 1+100Ê/10Ê = 11, ëèáî íè÷åãî íå ïîäêëþ÷àåòñÿ, ò.å. âûâîäû 1, 8 ñâîáîäíû; â ýòîì ñëó÷àå G = 1. Äëÿ óñòàíîâêè òîãî èëè èíîãî êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñëóæèò ãàëåòíûé ïåðåêëþ÷àòåëü ÏÃ2-17-3Ï4Í (ÃÏ1, Ðèñóíîê 3à) íà 3 ïîëîæåíèÿ 4 íàïðàâëåíèÿ. Äëÿ óñòàíîâêè êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ G íà ïëàòå ïðåäóñìîòðåí òðåõêîíòàêòíûé øòûðåâîé ðàçúåì XRG. Ê ýòîìó ðàçúåìó ïîäêëþ÷àåòñÿ êàáåëü, íà îäíîì êîíöå êîòîðîãî ðàñïîëîæåíà îòâåòíàÿ òðåõêîíòàêòíàÿ âèëêà XRGK (êîòîðàÿ è ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ðàçúåìó XRG), à âòîðîé åãî êîíåö ïðèïàÿí ê êîíòàêòàì ÃÏ1 (Ðèñóíîê 3à). Ïîìèìî óñòàíîâêè êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ÈÓ ÃÏ1 ñ ïîìîùüþ âòîðîé ãðóïïû êîíòàêòîâ óñòàíàâëèâàåò â òî èëè èíîå ñîñòîÿíèå áèòû äèàïàçîíîâ DIAP0 è DIAP1 ÌÊ. Äëÿ ýòîãî ñëóæèò òðåõïðîâîäíûé êàáåëü, êîòîðûé îäíèì êîíöîì ïðèïàÿí ê êîíòàêòàì ÃÏ1 (Ðèñóíîê 3à), à íà âòîðîì åãî êîíöå óñòàíîâëåíà òðåõêîíòàêòíàÿ âèëêà XDK, êîòîðàÿ ïîäêëþ÷àåòñÿ ê êîíòàêòàì 1-3 ðàçúåìà XD/RS (Ðèñóíîê 2).  ïåðâîì (ëåâîì ïî ñõåìå Ðèñóíîê 3à) ïîëîæåíèè ÃÏ1 âñå åãî êîíòàêòû ðàçîìêíóòû, â ñâÿçè ñ ÷åì áèòû DIAP0 è DIAP1 íàõîäÿòñÿ â ñîñòîÿíèè «ëîã.

56

1», à êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ÈÓ G = 1. Âî âòîðîì (ñðåäíåì) ïîëîæåíèè çàìûêàþòñÿ êîíòàêòû 2'-2 è 8'-8, â ñâÿçè ñ ÷åì áèò DIAP0 óñòàíàâëèâàåòñÿ â ñîñòîÿíèå «ëîã. 0» (DIAP1 = «ëîã. 1»), à êîýôôèöèåíò G = 11 (ñì. âûøå).  òðåòüåì (ïðàâîì ïî ñõåìå) ïîëîæåíèè çàìûêàþòñÿ êîíòàêòû 2'-3 è 8'-9, â ñâÿçè ñ ÷åì áèò DIAP1 = «ëîã. 0» (DIAP0 = 1), a G = 101. Íåèñïîëüçóåìûå äâà íàïðàâëåíèÿ ÃÏ1 çàïàðàëëåëåíû ñ èñïîëüçóåìûìè äëÿ óâåëè÷åíèÿ íàäåæíîñòè è ñíèæåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ êîíòàêòîâ. Åñòü åùå îäíà (òåõíîëîãè÷åñêàÿ) êîìáèíàöèÿ áèò DIAP0 è DIAP1, êîãäà îáà áèòà óñòàíàâëèâàþòñÿ â ñîñòîÿíèå «ëîã. 0». Îíà èñïîëüçóåòñÿ äëÿ êàëèáðîâêè ïîëíîé øêàëû ÀÖÏ ÌÊ (ñì. äàëåå). Äëÿ ýòîãî ñ ðàçúåìà XD/RS ñíèìàåòñÿ îòâåòíàÿ òðåõêîíòàêòíàÿ âèëêà êàáåëÿ, ñîåäèíÿþùåãî ýòîò ðàçúåì ñ ïåðåêëþ÷àòåëåì ÃÏ1, è íà òðè êîíòàêòà (1-3) íàäåâàåòñÿ òðåõêîíòàêòíàÿ ïåðåìû÷êà (äæàìïåð), ñîåäèíÿþùàÿ âñå òðè êîíòàêòà, ò.å. çàçåìëÿþùàÿ ñèãíàëû DIAP0 è DIAP1. Ýòà ïåðåìû÷êà ïîêàçàíà ïóíêòèðîì ñïðàâà îò ðàçúåìà XD/RS (Ðèñóíîê 2), à åùå ïðàâåå ñòîèò ñëîâî «CAL1». Èçìåðÿåìûé ðåçèñòîð RX ïîäêëþ÷àåòñÿ ê çàæèìàì Êåëüâèíà LCR-90, ê êîòîðûì îäíèì êîíöîì ïðèïàÿíû äâà äâóõïðîâîäíûõ êàáåëÿ, êî âòîðûì êîíöàì êîòîðûõ ïðèïàÿíû äâóõêîíòàêòíûå ðàçúåìû – âèëêè DJK-10B (XREFK è XR3K) – Ðèñóíîê 3ä. Ýòè äâå âèëêè âñòàâëÿþòñÿ â äâå ðîçåòêè DJK-04B (XR3 è XREF, Ðèñóíîê 2), óñòàíîâëåííûå íà ëèöåâîé ïîâåðõíîñòè êîðïóñà ïðèáîðà. Ê ýòèì ðîçåòêàì ïðèïàÿíû äâà äâóõïðîâîäíûõ êàáåëÿ, êîòîðûå ñâîèì âòîðûì êîíöîì âïàÿíû â ïëàòó. Ñèëîâîé êîíòóð, ÷åðåç êîòîðûé òå÷åò áîëüøîé òîê, – REFM-RX-R3, èçìåðèòåëüíûé êîíòóð, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà RX, – REFI-RX-R3I. Ñèãíàë REFI ïîäêëþ÷åí ê âûâîäó REF ÈÓ DA1 (âûâîä 5) è ÷åðåç ðåçèñòîð R5 – ê âõîäó VIN– ÈÓ DA1 (âûâîä 2), à ñèãíàë R3I ÷åðåç ðåçèñòîð R4 ïîäêëþ÷åí ê âõîäó VIN+ (âûâîä 3 DA1), ò.å. èìåííî òàê, êàê ýòî îðãàíèçîâàíî íà Ðèñóíêå 1. Íàïðÿæåíèå ñ âûõîäà ÈÓ VOUT (âûâîä 6 DA1) ÷åðåç öåïî÷êó R8C6 ïîäàåòñÿ íà âûâîä 18 ÌÊ (ADC0.6) – ñèãíàë ADCIN_RX. Áëîêèðîâî÷íûé êîíäåíñàòîð C5 ñëóæèò äëÿ øòàòíîé ðàáîòû ÈÓ DA1.

ÑÕÅÌÛ

 ñîñòàâ ñòàáèëèçàòîðà âõîäèò ÎÓ OPA334 (DA2) è ìîùíûé p-êàíàëüíûé ïîëåâîé òðàíçèñòîð STD30PF03L-1 (VT1).  îòëè÷èå îò ñòàíäàðòíîé ñõåìû ñòàáèëèçàòîðà ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ íà ÎÓ è n-êàíàëüíîì ïîëåâîì òðàíçèñòîðå, íà ñòîê êîòîðîãî ïîäàåòñÿ âõîäíîå íàïðÿæåíèå, à ñ èñòîêà ñíèìàåòñÿ ñòàáèëèçèðîâàííîå, êàê âèäíî èõ ñõåìû Ðèñóíîê 2, â íåé èñïîëüçîâàí p-êàíàëüíûé òðàíçèñòîð, êîòîðûé «ïåðåâåðíóò», ò.å. âõîäíîå íàïðÿæåíèå (+3.5 Â) ïîäàåòñÿ íà åãî èñòîê, à ñòàáèëèçèðîâàííîå ñíèìàåòñÿ ñ åãî ñòîêà. Òàêîå âêëþ÷åíèå p-êàíàëüíîãî òðàíçèñòîðà èìååò îäíó îñîáåííîñòü.  ñòàíäàðòíîé ñõåìå äëÿ îòêðûòèÿ n-êàíàëüíîãî òðàíçèñòîðà òðåáóåòñÿ ïîäàòü íà åãî çàòâîð íàïðÿæåíèå âûøå íàïðÿæåíèÿ èñòîêà (ò.å. âûøå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ) íà 1 – 4  (ïîðîãîâîå). Íî ãäå åãî âçÿòü, åñëè êðîìå âõîäíîãî äðóãîãî íàïðÿæåíèÿ íåò?  äàííîé æå ñõåìå (Ðèñóíîê 2), âî-ïåðâûõ, íà ñòîêå íàïðÿæåíèå (âûõîäíîå – îêîëî +2.5 Â) áîëåå îòðèöàòåëüíî ïî îòíîøåíèþ ê íàïðÿæåíèþ èñòîêà (âõîäíîå – +3.5 Â), ò.å. p-êàíàëüíûé òðàíçèñòîð ðàáîòàåò â øòàòíîì ðåæèìå, à, âî-âòîðûõ, íà çàòâîð òðàíçèñòîðà äëÿ åãî îòêðûòèÿ òðåáóåòñÿ ïîäàòü íàïðÿæåíèå íå âûøå âõîäíîãî, à íèæå åãî íà òå æå 1-4  (ò.å. áîëåå îòðèöàòåëüíîå ïî îòíîøåíèþ ê íàïðÿæåíèþ èñòîêà). Ñ ýòèì ëåãêî «ñïðàâèòñÿ» ÎÓ DA2, ò.ê. íàïðÿæåíèå åãî ïèòàíèÿ ðàâíî +3.5 Â. Òðàíçèñòîð STD30PF03L-1 èìååò íèçêîå ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå (îêîëî 1 Â), ïîýòîìó ñõåìà áóäåò ðàáîòàòü äàæå ïðè ñèëüíîì ðàçðÿäå àêêóìóëÿòîðà (äî 2.7 Â). Êàê âèäíî èç ñõåìû, íà èíâåðòèðóþùèé âõîä ÎÓ (âûâîä 4 DA2) ÷åðåç ðåçèñòîð R13 ïîäàåòñÿ îïîðíîå íàïðÿæåíèå VREF, à íà åãî íåèíâåðòèðóþùèé âõîä (âûâîä 3 DA2) ïîäàåòñÿ íå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñòàáèëèçàòîðà (REFM), à íàïðÿæåíèå REFI, ò.å. òî, êîòîðîå ïîëó÷àåòñÿ â ìåñòå êîíòàêòà çàæèìà (ñ ðàçúåìîì XREFK) ñ èçìåðÿåìûì ðåçèñòîðîì (Ðèñóíîê 3ä). Äðóãèìè ñëîâàìè, ñòàáèëèçàòîð óñòàíàâëèâàåò îïîðíîå íàïðÿæåíèå VREF èìåííî â ìåñòå êîíòàêòà RX ñ çàæèìîì (íàïðÿæåíèå REFI). Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ÎÓ (âûâîä 1 DA2) ÷åðåç ðåçèñòîð R12 ïîäàåòñÿ íà çàòâîð òðàíçèñòîðà VT1. Ïðè ïîäêëþ÷åíèè íàãðóçêè ê âûõîäó ñòàáèëèçàòîðà åãî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå (REFM) áóäåò ïàäàòü, à âìåñòå ñ íèì óïàäåò è íàïðÿæåíèå REFI, à ïîñêîëüêó îíî ïîäêëþ÷åíî ê íåèíâåðòèðóþùåìó âõîäó ÎÓ DA2 (÷åðåç ðåçèñòîð R14), ñíèçèòñÿ

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

è âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ÎÓ. Ýòî ïðèâåäåò ê òîìó, ÷òî íàïðÿæåíèå çàòâîðà òðàíçèñòîðà òàêæå ñíèçèòñÿ, òðàíçèñòîð ïðèîòêðîåòñÿ, âîçâðàòèâ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå REFM, à ñ íèì è íàïðÿæåíèå REFI, íà ïðåæíèé óðîâåíü. Ïðè îòêëþ÷åíèè íàãðóçêè âñå ïðîèçîéäåò ñ òî÷íîñòüþ äî íàîáîðîò. Êîíäåíñàòîð C10 ïðåäîòâðàùàåò ñàìîâîçáóæäåíèå ÎÓ DA2. ÎÓ DA2 èìååò âõîä ðàçðåøåíèÿ (En – Enable) – âûâîä 5 DA2, íèçêèé óðîâåíü («ëîã. 0») íà êîòîðîì îòêëþ÷àåò âûõîä ÎÓ, ò.å. ïåðåâîäèò åãî â âûñîêîèìïåäàíñíîå ñîñòîÿíèå.  ýòîì ñëó÷àå çàòâîð VT1 îêàçûâàåòñÿ ïîäêëþ÷åííûì ê èñòîêó ÷åðåç ðåçèñòîð R10, ÷òî ïðèâåäåò ê çàêðûòèþ òðàíçèñòîðà. Åñëè íà âõîä En DA2 ïîäàí âûñîêèé óðîâåíü («ëîã. 1»), òî âûõîä ÎÓ âêëþ÷èòñÿ, ÷òî ïðèâåäåò ê ðàáîòå ñòàáèëèçàòîðà â øòàòíîì ðåæèìå. Êàê âèäíî èç ñõåìû, íîìèíàë R12 (100 Îì) íà 3 ïîðÿäêà íèæå íîìèíàëà R10 (100 êÎì), ïîýòîìó â ýòîì ñëó÷àå íà âêëþ÷åíèå òðàíçèñòîðà âëèÿíèå R10 íè÷òîæíî ìàëî. Âêëþ÷åíèå è âûêëþ÷åíèå ñòàáèëèçàòîðà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñèãíàëîì ENT, ïîäàâàåìûì ñ ÌÊ (âûâîä 13 DD1). Ê âûõîäó ñòàáèëèçàòîðà ïîäêëþ÷åí ñâåòîäèîä ÷åðåç äâóõêîíòàêòíûé øòûðåâîé ðàçúåì XLed (Ðèñóíîê 2) è äâóõïðîâîäíûé êàáåëü ñ îòâåòíûì ðàçúåìîì XLedK (Ðèñóíîê 3æ). Ñâåòîäèîä ðàñïîëîæåí íà ëèöåâîé ïîâåðõíîñòè êîðïóñà è ñèãíàëèçèðóåò î íàëè÷èè íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå ñòàáèëèçàòîðà. Îí çàãîðàåòñÿ òîëüêî â ïðîöåññå èçìåðåíèÿ (íå áîëåå ñåêóíäû). Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ïëàòû ñ óñëîâíûì çíà÷åíèåì +3.5  ïîñòóïàåò ñ äâóõêîíòàêòíîãî öàíãîâîãî øòûðåâîãî ðàçúåìà XÏ. Íà ñàìîì äåëå íàïðÿæåíèå ïîëíîñòüþ çàðÿæåííîãî àêêóìóëÿòîðà ñîñòàâëÿåò +4.2 Â, à ðàçðÿæåííîãî (íî åùå íàõîäÿùåãîñÿ â øòàòíîì ðåæèìå ðàáîòû) – +2.7 Â. Ê ðàçúåìó XÏ îäíèì êîíöîì ñ îòâåòíûì ãíåçäîì XÏÊ (Ðèñóíîê 3á) ïîäêëþ÷àåòñÿ äâóõïðîâîäíûé êàáåëü ïèòàíèÿ, êîòîðûé ñâîèì âòîðûì êîíöîì ïðèïàÿí ê âûâîäó 1 âûêëþ÷àòåëÿ ïèòàíèÿ ÂÊ1 (+3.5) (âûâîä 2 XÏÊ), à ïðîâîä GND (âûâîä 1 XÏÊ) ïðèïàÿí ê êëåììå KL2, ñîåäèíåííîé ñ ìèíóñîì àêêóìóëÿòîðà (BAT1). Ýòà êëåììà íàäåòà íà ëåïåñòîê, ïðèâàðåííûé ê ìèíóñó BAT1. Àíàëîãè÷íàÿ êëåììà KL1 íàäåòà íà ëåïåñòîê, ïðèâàðåííûé ê ïëþñó BAT1. Ýòà êëåììà (ñèãíàë +3.5Z) ñîåäèíåíà ïðîâîäîì ñ

57

âûâîäîì 3 âûêëþ÷àòåëÿ ÂÊ1 è îäíîâðåìåííî ñ âûâîäîì 2 ãíåçäîâîãî ðàçúåìà DJK-19S (XZ). Âûâîä 1 ðàçúåìà XZ (ñèãíàë GND) ñîåäèíåí ñ êëåììîé KL2. Êëåììû KL1 è KL2 – íàæèìíûå ðàçìåðîì 6.3 ìì. Ïðè íàæàòèè íà «ðó÷êó» òàêîé êëåììû îíà ëåãêî íàäåâàåòñÿ íà ïðèâàðåííûé ê àêêóìóëÿòîðó äîâîëüíî ìÿãêèé ëåïåñòîê (øèðèíîé 6 ìì è òîëùèíîé âñåãî 0.1 ìì), à ïðè îòïóñêàíèè – æåñòêî ôèêñèðóåòñÿ íà íåì (è áåç íàæàòèÿ åå óæå íå ñíÿòü). Åñëè èñïîëüçîâàòü îáû÷íóþ îáæèìíóþ êëåììó, òî ïðè íàäåâàíèè åå íà ëåïåñòîê ïîñëåäíèé î÷åíü ëåãêî ïîâðåäèòü (ïðåâðàòèâ åãî â «ãàðìîøêó»). Ðàçúåì XZ ïðåäíàçíà÷åí äëÿ çàðÿäêè àêêóìóëÿòîðà çàðÿäíûì óñòðîéñòâîì. Ýòîò ðàçúåì (DJK-19S) ïðèïàÿí íà ñïåöèàëüíóþ ïëàòó (ðàçâîäêà åå ïðèâåäåíà äàëåå), êîòîðàÿ äâóìÿ âèíòàìè Ì2 êðåïèòñÿ ê äíèùó êîðïóñà. Êîíåö ðàçúåìà âûâåäåí íàðóæó íà òîðåö êîðïóñà. Ê ýòîìó ðàçúåìó ïîäêëþ÷àåòñÿ îòâåòíàÿ âèëêà DJK-11K (2.5×0.7-L9) äâóõïðîâîäíîãî êàáåëÿ, êîòîðûé ñâîèì âòîðûì êîíöîì ïðèïàÿí ê ïëàòå õîðîøî èçâåñòíîãî çàðÿäíîãî óñòðîéñòâà íà áàçå TP4056. Ñàìà ïëàòà çàðÿäíîãî óñòðîéñòâà ïðèêëååíà ãèáêîé òåïëîïðîâîäÿùåé ïðîêëàäêîé ñ äâóñòîðîííèì ëèïêèì ñëîåì ê èãîëü÷àòîìó ðàäèàòîðó ñ ïëî2 ùàäüþ ïîâåðõíîñòè îêîëî 70 ñì (ñì. äàëåå). Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñîñòîÿíèÿ àêêóìóëÿòîðà (óðîâíÿ åãî ðàçðÿæåííîñòè) â ñõåìå èñïîëüçóþòñÿ äâà ðåçèñòîðà R15 è R16, òî÷êà ñîåäèíåíèÿ êîòîðûõ ÷åðåç öåïî÷êó R17C2 ïîäàåòñÿ íà åùå îäèí âõîä ÀÖÏ ÌÊ – ADC0.1 (âûâîä

24 DD1) – ñèãíàë ADCIN_Vp. Íàïðÿæåíèå â òî÷êå ñîåäèíåíèÿ ðåçèñòîðîâ äåëèòåëÿ (â 2 ðàçà) íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ èçìåðÿåòñÿ ÀÖÏ ÌÊ, è â çàâèñèìîñòè îò åãî çíà÷åíèÿ íà êðàéíèé ïðàâûé ðàçðÿä ÆÊÈ (îí îòäåëåí) âûâîäÿòñÿ ñåãìåíòû (èõ òðè), ïî êîëè÷åñòâó êîòîðûõ ìîæíî ñóäèòü î ñòåïåíè åãî ðàçðÿæåííîñòè (ñì. äàëåå). Âñå ðåçèñòîðû (êðîìå R3) è êîíäåíñàòîðû (êåðàìè÷åñêèå) – äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà ðàçìåðîì 0603 (êðîìå C4, C7, C8, C11 – èõ ðàçìåð 0805). Ðåçèñòîð R3 – 5-âàòòíûé â ìåòàëëè÷åñêîì êîðïóñå. Âñå ðàçúåìû (êðîìå XÏ, XR3 è XREF) – øòûðåâûå ñ øàãîì 1.27 ìì (PLL-0X), ðàçúåì XÏ – öàíãîâûé ñ øàãîì 2.54 ìì (PSLM-02). Î ðàçúåìàõ XR3 è XREF óæå áûëî óïîìÿíóòî âûøå. ÐË

Ëèòåðàòóðà 1. Êóçüìèíîâ À. Öèôðîâîé âîëüòìåòð ñ ïîâûøåííîé ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòüþ.

2. Êóçüìèíîâ À. Þ. Ñâÿçü ìåæäó êîìïüþòåðîì è ìèêðîêîíòðîëëåðîì. Ñîâðåìåííûå àïïàðàòíûå è ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà. Ì.: «Ïåðî». 2018.

3. Êóçüìèíîâ À. Ïðîãðàììèðîâàíèå ìèêðîêîíòðîëëåðîâ EFM8 ñ ïîìîùüþ âñòðîåííîãî çàãðóç÷èêà ïðîãðàìì. Ðàäèî. 2018. ¹ 12.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Silicon Labs EFM8LB12 2. Datasheet Texas Instruments INA333 3. Datasheet Texas Instruments OPA334 4. Datasheet Texas Instruments REF3125 5. Datasheet STMicroelectronics STD30PF03

Îêîí÷àíèå â ñëåäóþùåì íîìåðå

58

ÑÕÅÌÛ

Áûñòðîäåéñòâóþùèé âûñîêîâîëüòíûé óñèëèòåëü ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó Joseph Ting EDN

ÑÑõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïèòàåò èîííóþ ëîâóøêó ìèêðî- è íàíî÷àñòèö ÷åðåç âûñîêîâîëüòíûé òðàíñôîðìàòîð ñ ñîîòíîøåíèåì âèòêîâ 1:5. Îíà òàêæå óñïåøíî èñïîëüçóåòñÿ â êà÷åñòâå äðàéâåðà òðóá÷àòîãî ïüåçîñêàíåðà è â ñêàíèðóþùåì îïòè÷åñêîì ìèêðîñêîïå áëèæíåãî ïîëÿ. Ñõåìà íàäåæíà è ìîæåò ïèòàòüñÿ îò èñòî÷íèêîâ ñ íàïðÿæåíèÿìè â äèàïàçîíå îò ±50 äî ±230 Â. Çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ, èçìåðåííûå ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ ±230 Â, ñîñòàâëÿþò: êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ îò 26 äÁ íà ïîñòîÿííîì òîêå äî –3 äÁ íà ÷àñòîòå 7 ÌÃö, ðàçìàõ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ±200 Â, âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà 70 íñ ïðè ïåðåïàäå 350 Â, ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ 4100 Â/ìêñ è òîê ïîòðåáëåíèÿ 56 ìÀ. Êðàñíûå ñâåòîäèîäû D1 è D2 íà Ðèñóíêå 1 îáåñïå÷èâàþò ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ 1.8 Â; îíè áîëåå íàäåæíû, ÷åì ìèêðîñõåìû ïðåöèçèîííûõ èñòî÷íèêîâ îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ. Òîê, ïèòàþùèé ìèêðîñõåìó IC1, ïîäàåòñÿ ÷åðåç ðåçèñòîð R1 îò èñòî÷íèêà, îáðàçîâàííîãî ýëåìåíòàìè D1, R2, R3 è Q1. Äâèæîê ïîäñòðîå÷íîãî ðåçèñòîðà R3 óñòàíàâëèâàþò â

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

òàêîå ïîëîæåíèå, ïðè êîòîðîì òîê ïîêîÿ òðàíçèñòîðà Q2 ðàâåí ïðèìåðíî 15 ìÀ. Îïðåäåëèòü âåëè÷èíó ýòîãî òîêà ìîæíî, èçìåðÿÿ ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R4. Ýòà ðåãóëèðîâêà òàêæå óïðàâëÿåò ñìåùåíèåì âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. IC2 ñëóæèò ñèëüíîòî÷íûì äðàéâåðîì ñ åäèíè÷íûì óñèëåíèåì äëÿ òðàíçèñòîðà Q2. Äèîä D3 çàùèùàåò âõîä IC2 îò íàïðÿæåíèÿ, ìåíüøåãî îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Q3, D4, C1 è R5 îáåñïå÷èâàþò îòðèöàòåëüíîå ñìåùåíèå äëÿ ìèêðîñõåìû IC2. Q4 âûïîëíÿåò ôóíêöèþ êëþ÷à, îãðàíè÷èâàþùåãî âûõîäíîé òîê. Îí íà÷èíàåò âêëþ÷àòüñÿ, êîãäà âûõîäíîé òîê äîñòèãàåò 290 ìÀ. Òðàíçèñòîðû 2SC3955 (n-p-n, Q2 è Q6) è 2SA1381 (p-n-p, Q3 è Q7) ìîæíî çàìåíèòü ýêâèâàëåíòíûìè ïðèáîðàìè, äîïóñòèìîå íàïðÿæåíèå êîëëåêòîð-ýìèòòåð êîòîðûõ, òîê êîëëåêòîðà è ãðàíè÷íàÿ ÷àñòîòà íå ìåíåå 250 Â, 100 ìÀ è 100 ÌÃö, ñîîòâåòñòâåííî. Âñå ìîùíûå òðàíçèñòîðû äîëæíû áûòü óñòàíîâëåíû íà èíäèâèäóàëüíûå ðåáðèñòûå ðàäèàòîðû, îõëàæäàåìûå 3-äþéìîâûì âåíòèëÿòîðîì. Êîíñòðóêöèÿ ïå÷àòíîé ïëàòû íå

59

230V

R2 150 D1 LED

D4 20V 1W

R1 560

R3 100

Q1 2N2907

Q4 2N2907

R4 30 1W

1 2 IC2 EL2003CN

100k 1W

+ 47 µF 400V

2.4

33

6

4

0.01 µF

0.01 µF 1 kV

C1 0.1 µF

Q2 MTP2P50E

MTP2N50E

D3 1N914 2SC3955

Q3 2SA1381

15V 1W VIN

1k

1 2 IC1 EL2003CN

6.2V

6 R6 2.4k 1W

R8 240

1k

4

15V 1W

Q7 2SA1381 Q6 2SC3955

R7 2.4k 1W 10

100k 1W

1N914

0.1 µF

VOUT

10

R5 100k 1W

MTP2P50E

MTP2N50E 1 2 IC3 EL2003CN

100k 1W

6 33

2N2222

2.4

4 30

0.01 µF 1 kV D2 LED

100

2N2222 560

150

20V 1W

0.1 µF + 47 µF 400V –230V

Ðèñóíîê 1. Ýòîò âûñîêîâîëüòíûé óñèëèòåëü ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó èìååò ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ 4100 Â/ìêñ.

êðèòè÷íà è íå òðåáóåò çåìëÿíîãî ñëîÿ. Îäíàêî äëÿ ìèíèìèçàöèè çâîíà ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü çàçåìëåíèå â îäíîé òî÷êå. Ïðè èñïîëüçîâàíèè êîìïîíåíòîâ ñ íîìèíàëàìè, ïîêàçàííûìè íà Ðèñóíêå 1, ñõåìà î÷åíü óñòîé÷èâà è íå íóæäàåòñÿ åìêîñòíîé êîððåêöèè. Íà

60

Ðèñóíêå 2 ïîêàçàí îòêëèê ñõåìû íà áîëüøèå ïðÿìîóãîëüíûå âõîäíûå èìïóëüñû ðàçìàõîì ±9  ñ ÷àñòîòîé 1 ÌÃö. Ñõåìà èìååò ïîñòîÿííîå óñèëåíèå, ðàâíîå 20. Äëÿ áóëüøèõ óñèëåíèé ìîæíî óâåëè÷èòü ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ R6 è R7. Äëÿ áîëåå íèçêèõ çíà÷å-

ÑÕÅÌÛ

íèé ëó÷øå óñòàíîâèòü íà âõîäå àòòåíþàòîð, ïîñêîëüêó ìåíüøèå ñîïðîòèâëåíèÿ R6 è R7 ìîãóò ïðèâåñòè ê ðàññåÿíèþ ÷ðåçìåðíîé ìîùíîñòè. Íå ñëåäóåò ìåíÿòü âåëè÷èíó ñîïðîòèâëåíèÿ R8, òàê êàê îíà îïòèìèçèðîâàíà ïî ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ. Áóäüòå îñòîðîæíû ïðè èçìåðåíèÿõ è èñïîëüçîâàíèè ýòîé ñõåìû, ïîñêîëüêó â íåé èìåþòñÿ ñìåðòåëüíî îïàñíûå íàïðÿæåíèÿ. ÐË

50 Â/ÄÅË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 100 íñ/ÄÅË

Ðèñóíîê 2. Ñõåìà èìååò ÷èñòûé ïðÿìîóãîëüíûé îòêëèê ñ ìèíèìàëüíûì âûáðîñîì è îòñóòñòâèåì çâîíà.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

1. Datasheet Elantec EL2003 2. Datasheet Motorola MTP2N50E 3. Datasheet ON Semiconductor MTP2P50E 4. Datasheet Fairchild 2SA1381 5. Datasheet SANYO 2SC3955

61

Ãäå äâèæîê ïîòåíöèîìåòðà?

Chuck Wojslaw EDN

ÏÏîñëåäîâàòåëüíûå èíòåðôåéñû óïðàâëå-

äâèæêà, à â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ýòà èíôîðìàöèÿ âàæíà. Åñëè, íàïðèìåð, ïîòåíöèîìåòð èñïîëüçóåòñÿ äëÿ óïðàâëåíèÿ ïàðàìåòðîì â çàìêíóòîì êîíòóðå îáðàòíîé ñâÿçè â ïðèëîæåíèè ðåàëüíîãî âðåìåíè, äàííûå, îòðàæàþùèå îêîí÷àòåëüíûå óñòàíîâêè äâèæêà, ìîãóò áûòü ïîëåçíû êàê äëÿ îöåíêè õàðàêòåðèñòèê ïðîäóêòà, òàê è äëÿ ðàñ÷åòà ñõåìû. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 âåäåò öèôðîâóþ ðåãèñòðàöèþ ïîëî-

íèÿ up/down (áîëüøå/ìåíüøå) äàþò çíà÷èòåëüíûå ïðåèìóùåñòâà ïðîãðàììèðóåìûì öèôðîâûì ïîòåíöèîìåòðàì. Ïðîãðàììèðîâàíèå ñ ïîìîùüþ ïîñëåäîâàòåëüíîãî èíòåðôåéñà âûïîëíÿåòñÿ ïðîñòî è áûñòðî, è ðåãóëèðîâàòü ïîòåíöèîìåòð ìîæíî â ïðèëîæåíèÿõ ðåàëüíîãî âðåìåíè. Îäíàêî èíòåðôåéñ íå ïðåäîñòàâëÿåò èíôîðìàöèè î ïîëîæåíèè 5 8 3

2

U/D

1

INC

7

IC1 CAT5113/5114

6

5 DB0 (ÌËÀÄØÈÉ) DB1 DB2 DB3

CS 4

5Â C1 1 nF R1 1k

PE

5Â

15 10 1 IC2 5 CI CD4029B 6 4 11 JAM1 12 14 JAM2 13 2 JAM3 3 JAM4 CO 9 ÄÂÎÈ×ÍÛÉ ÄÅÑßÒÈ×ÍÛÉ

7

1

15

10

4 12 13

6 Q1 IC3 CD4029B

11 Q2 14 Q3 2 Q4

3

DB4 DB5 DB6 DB7 (ÔËÀÃ)

CI 5

9

ØÈÍÀ ÂÛÂÎÄ 16 = VCC = 5 Â ÂÛÂÎÄ 8 = VSS = 0 Â

Ðèñóíîê 1. Äâà ðåâåðñèâíûõ ñ÷åò÷èêà îòñëåæèâàþò ïîëîæåíèå äâèæêà ïðîãðàììèðóåìîãî öèôðîâîãî ïîòåíöèîìåòðà.

62

ÑÕÅÌÛ

æåíèÿ äâèæêà ïîòåíöèîìåòðà ñ ïîìîùüþ äâóõ ìèêðîñõåì IC2 è IC3 – ðåâåðñèâíûõ ñ÷åò÷èêîâ ñ ïðåäóñòàíîâêîé CD4029B. Ñ÷åò÷èêè êîíòðîëèðóþò óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû INC è U/D ìèêðîñõåìû öèôðîâîãî ïîòåíöèîìåòðà IC1. Ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ äâèæîê ïðèíèìàåò ïîëîæåíèå (00)10, êîòîðîå îí áåðåò èç ïðåäâàðèòåëüíî çàïðîãðàììèðîâàííîé ýíåðãîíåçàâèñèìîé ïàìÿòè. Êðîìå òîãî, âî âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ ýëåìåíòû R1 è C1 äèôôåðåíöèðóþò íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ 5 Â. Ýòîò äèôôåðåíöèðîâàííûé ñèãíàë èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïðåäóñòàíîâêè äâîè÷íûõ ñ÷åò÷èêîâ â ñîñòîÿíèå (0000 0000)2. Òàêèì îáðàçîì, êàê ñàì öèôðîâîé ïîòåíöèîìåòð, òàê è âíåøíèå ñ÷åò÷èêè IC2 è IC3 ïîñëå ïîäà÷è ïèòàíèÿ âñåãäà îêàçûâàþòñÿ â îäíîì è òîì æå ïîëîæåíèè. Óïðàâëÿþùèé óðîâíåì ñèãíàë up/down óñòàíàâëèâàåò íàïðàâëåíèå ïåðåìåùåíèÿ äâèæêà öèôðîâîãî ïîòåíöèîìåòðà è íàïðàâëåíèå ñ÷åòà ñ÷åò÷èêîâ. Ôðîíòû ñèãíàëà INC èíêðåìåíòèðóþò êàê ïîëîæåíèå äâèæêà, òàê è ñîñòîÿíèå ñ÷åò÷èêà. Âûâîä INC öèôðîâîãî ïîòåíöèîìåòðà ðåàãèðóåò íà ñðåç èìïóëüñà, à òàêòîâûé âõîä ñ÷åò÷èêà – íà ïåðåäíèé ôðîíò. Åñëè ñèãíàë, óïðàâëÿþùèé ëèíèåé INC, ÿâëÿåòñÿ èìïóëüñíûì (êàê ÷àùå âñåãî è áûâàåò), òî îáà âõîäà ñîâìåñòèìû.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Âûõîäû DB0-DB7 ñ÷åò÷èêîâ â äâîè÷íîì ôîðìàòå óêàçûâàþò ïîëîæåíèå äâèæêà. Ýòó ñõåìó ñ äâóìÿ ñ÷åò÷èêàìè ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñ öèôðîâûìè ïîòåíöèîìåòðàìè, äâèæêè êîòîðûõ èìåþò äî 256 ïîëîæåíèé. Êîãäà äâèæîê äîñòèãàåò ñâîåãî âåðõíåãî èëè íèæíåãî ïðåäåëà, öèôðîâîé ïîòåíöèîìåòð íå ñîâåðøàåò öèêëè÷åñêîãî ïåðåõîäà è ïðåêðàùàåò èíêðåìåíò/äåêðåìåíò óêàçàòåëÿ ïîëîæåíèÿ äâèæêà. Ñ÷åò÷èêè, îäíàêî, ïðîäîëæàþò öèêëè÷åñêèé ñ÷åò. ×òîáû îïðåäåëèòü ñëó÷àé, êîãäà ñ÷åò÷èê íå ñèíõðîíèçèðîâàí ñ öèôðîâûì ïîòåíöèîìåòðîì, ìîæíî â êà÷åñòâå ôëàãîâ èñïîëüçîâàòü ñòàðøèå áèòû ñ÷åò÷èêîâ. Äëÿ ïîòåíöèîìåòðîâ CAT5114 ñ 32 ïîëîæåíèÿìè äâèæêà è CAT5113 ñî 100 ïîëîæåíèÿìè ôëàãîì ìîæåò ñëóæèòü áèò DB7. Íà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå ñ÷åò÷èêîâ âî âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ ìîæíî èçìåíèòü íà ëþáîå çíà÷åíèå, îòëè÷íîå îò íóëÿ, ïðåäâàðèòåëüíî çàïðîãðàììèðîâàâ öèôðîâîé ïîòåíöèîìåòð è óñòàíîâèâ íà âõîäàõ JAM ñ÷åò÷èêîâ âûñîêèå è íèçêèå óðîâíè, ñîîòâåòñòâóþùèå òðåáóåìîé êîäîâîé êîìáèíàöèè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor CAT5113 2. Datasheet ON Semiconductor CAT5114 3. Datasheet Texas Instruments CD4029B

63

Ïðîñòàÿ ñõåìà âûñîêîâîëüòíîãî äðàéâåðà Francesc Casanellas EDN

Ï

Ïðîñòîé âûñîêîâîëüòíûé äðàéâåð íà MOSFET ðåøàåò ïðîáëåìó óïðàâëåíèÿ MOSFET âåðõíåãî ïëå÷à ñ ïîìîùüþ íèçêîâîëüòíîãî òðàíçèñòîðà Q1 è ñïåöèàëüíîé ñõåìû, âêëþ÷àþùåé äèîä D6 (Ðèñóíîê 1). Òàêîé äðàéâåð íàìíîãî áûñòðåå, ÷åì òå, â êîòîðûõ ïðèìåíÿþòñÿ îïòîïàðû, ïîýòîìó ïðîáëåìû ìåðòâîãî âðåìåíè ìèíèìàëüíû.  äðàéâåðå èñïîëüçóþòñÿ îáû÷íûå áëîêèðóþùèå äèîäû

D4 è D6, à òàêæå ïàðàëëåëüíûå äèîäû D5 è D8. Òðàíçèñòîð Q3 îáåñïå÷èâàåò âûêëþ÷åíèå Q2. Êîãäà Q3 âêëþ÷åí, çàòâîð òðàíçèñòîðà Q2 çàêîðî÷åí íà çåìëþ ÷åðåç ðåçèñòîð R4. Ðåçèñòîð R4 îãðàíè÷èâàåò òîê è äåìïôèðóåò êîëåáàíèÿ. Çàòâîð Q2 áûñòðî ðàçðÿæàåòñÿ, ïîñêîëüêó âðåìÿ ðàçðÿäà îãðàíè÷åíî òîëüêî çíà÷åíèåì R4. Áëàãîäàðÿ ðåçèñòîðó R2 òðàíçèñòîð Q1 îñòàåòñÿ çàêðûòûì, è C3 çàðÿæàåò-

L1 30 µH D1 R1

Ê ÄÐÓÃÈÌ ÈÍÂÅÐÒÎÐÀÌ

340 Â 4.7 C1 680 µF

+

C2 220 nF

BYV26C

D2

12 Â BYV26C D3 1N4148

C4 100 pF

R2 22k

C3 22 µF

+ D4 BYV28-50

Q1 2N2907A R3 1M

R4 22

D5 UF5406 Q2 IRFP450 D6 BYV28-50

ÂÛÕÎÄ

D7 1N4148 ØÈÌ R5 22

Q3 IRFP450

D8 UF5406

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà, âåðîÿòíî, ÿâëÿåòñÿ ñàìûì ïðîñòûì âûñîêîâîëüòíûì äðàéâåðîì, êîòîðûé ìîæíî ñäåëàòü.

64

ÑÕÅÌÛ

ñÿ äî 12  ÷åðåç äèîä D2. Èìïóëüñ çàòâîðà ñîçäàåò òîê ÷åðåç êîíäåíñàòîð C4, à äèîä D3 çàùèùàåò ïåðåõîä áàçà-ýìèòòåð Q1. Ïðè âêëþ÷åííîì Q2 ïðîèñõîäèò ñëåäóþùåå. Êîãäà óðîâåíü ñèãíàëà íà óïðàâëÿþùåì âõîäå ØÈÌ îïóñêàåòñÿ âíèç, Q3 áûñòðî çàêðûâàåòñÿ áëàãîäàðÿ äèîäó D7. Òîê ñìåùåíèÿ C4×dV/dt òå÷åò ÷åðåç C4 â áàçó òðàíçèñòîðà Q1. Q1 çàðÿæàåò âûõîäíóþ åìêîñòü Q3 è åìêîñòü çàòâîðà Q2, è Q2 âêëþ÷àåòñÿ. C3 îáåñïå÷èâàåò òîê êîëëåêòîðà. Åñëè ïåðèîä áîëüøîé, Q1 ïðîäîëæàåò ïðîâîäèòü òîê è êîìïåíñèðîâàòü óòå÷êó òðàíçèñòîðà Q3. Åñëè áû â êà÷åñòâå D6 áûë âûáðàí äèîä Øîòòêè, òîê óòå÷êè êîòîðîãî âåëèê, ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R1 ïðèøëîñü áû óìåíüøèòü.  òå÷åíèå êîðîòêîãî ïåðèîäà ìåæäó äâóìÿ MOSFET ñóùåñòâóåò ñêâîçíîé òîê. Ýòî ÿâëåíèå áîëåå çàìåòíî, êîãäà Q3 âûêëþ÷àåòñÿ, à Q2 âêëþ÷àåòñÿ. Íåáîëüøîé äðîññåëü L1, âêëþ÷åííûé ïîñëåäîâàòåëüíî ñ îñíîâíûì èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ, îãðàíè÷èâàåò áðîñêè òîêà. Äðîññåëþ íóæíà ñíàááåðíàÿ öåïü (ôèëüòð), îáðàçîâàííàÿ ýëåìåíòàìè D1, R1 è C2. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî èíäóêòèâíîñòü äðîññåëÿ íåâåëèêà è ìîæåò áûòü åùå ìåíüøå. Ïîêàçàííûå íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ ðàññ÷èòàíû íà òðåõôàçíûé 370-âàòòíûé äðàéâåð ñ ïåðåãðóçî÷íîé ñïîñîáíîñòüþ 150%. Ïðè çàìåíå MOSFET åìêîñòü êîíäåíñàòîðà C4 òàêæå äîëæíà áûòü èçìåíåíà â ñîîòâåòñòâèè ñ ñóììàðíûì çàðÿäîì çàòâîðà è âûõîäíîé åìêîñòüþ Q3, êîòîðàÿ, âïðî÷åì, íàìíîãî ìåíüøå è ìîæåò íå ó÷èòûâàòüñÿ. Òðàíçèñòîð Q1 óñèëèâàåò òîê êîíäåíñàòîðà, ïîýòîìó åìêîñòü C4 äîëæíà áûòü ïðîïîðöèîíàëüíà QG2×hFE1. Íå äåëàéòå åìêîñòü C4 áîëüøåé, ÷åì òðåáóåòñÿ, ïîñêîëüêó áàçîâûé òîê Q1

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

12 Â

1k

2N2222A

2.2 nF 300

ÂÛÕÎÄ 1N4148

ÂÕÎÄ 2.2k 560

2N2222A

Ðèñóíîê 2. Ýòîò áóôåð óâåëè÷èâàåò ñêîðîñòü ïåðåêëþ÷åíèÿ íà âõîäå ØÈÌ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1.

áóäåò ñëèøêîì áîëüøèì. ×òîáû ïîëó÷èòü âñå ïðåèìóùåñòâà áûñòðîäåéñòâèÿ ñõåìû, ñèãíàë ØÈÌ äîëæåí áûòü ñïîñîáåí áûñòðî óïðàâëÿòü òðàíçèñòîðîì Q3. Ïðè íåîáõîäèìîñòè ìîæíî èñïîëüçîâàòü áóôåðíóþ ñõåìó (Ðèñóíîê 2). Óïðàâëÿòü ñõåìîé ìîæíî ñ ïîìîùüþ îäíîãî ÊÌÎÏ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1, âåðîÿòíî, ÿâëÿåòñÿ ñàìûì ïðîñòûì âûñîêîâîëüòíûì äðàéâåðîì, êîòîðûé ìîæíî ñïðîåêòèðîâàòü. Îíà ñëóæèëà â òûñÿ÷àõ ïðèâîäîâ òðåõôàçíûõ äâèãàòåëåé ìîùíîñòüþ îò 0.37 äî 0.75 êÂò. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Vishay BYV26C 2. Datasheet Diotec 2N2907A 3. Datasheet Vishay BYV28-50 4. Datasheet Vishay IRFP450 5. Datasheet Vishay UF5406

65

Ïåðåäàò÷èê èçìåðÿåò îòíîñèòåëüíóþ âëàæíîñòü â òðåõ êàíàëàõ Shyam Tiwari EDN

ÍÍà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëåíà ñõåìà òðåõêàíàëüíîãî äàò÷èêà îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè ñ ðàäèîïåðåäàò÷èêîì. Äàò÷èêè 1 è 2 îáðàçóþò äâà ñòðîáèðóåìûõ ãåíåðàòîðà ñ ñîáñòâåííûìè ÷àñòîòàìè 10 êÃö è 5 êÃö, ñîîòâåòñòâåííî, ïðè îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè 50%. Äëÿ íàñòðîéêè ÷àñòîòû â ñòðîáèðóåìûõ ãåíåðàòîðàõ èñïîëüçóþòñÿ ïîäñòðîå÷íûå ðåçèñòîðû R2 è R3, ñîîòâåòñòâåííî. Âìåñòå ýòè äâà ãåíå-

R2 1M

R1 10M 4 5Â

5

ðàòîðà ôîðìèðóþò ñèãíàë ÷àñòîòíîé ìàíèïóëÿöèè (FSK) íà âûâîäå 6 ýëåìåíòà IC1B. Ãåíåðàòîð íà ýëåìåíòå IC2B ñ Äàò÷èêîì 3 ôîðìèðóåò ñèãíàë ïåðåêëþ÷åíèÿ èñòî÷íèêîâ ìàíèïóëÿöèè íåñóùåé ÷àñòîòû. Ñîáñòâåííàÿ ÷àñòîòà ãåíåðàòîðà íà ìèêðîñõåìå IC2B ïðè îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè 50% ðàâíà 1 êÃö. Ïîñêîëüêó åìêîñòü äàò÷èêà HS1101 ìåíÿåòñÿ îò 160 äî 200 ïÔ (180 ïÔ

13

IC2B

ÄÀÒ×ÈÊ 3 HS1101 160…200 ïÔ 1

IC1D 11

12

6

2

ÀÍÒÅÍÍÀ ÎÒÐÅÇÎÊ ÏÐÎÂÎÄÀ 170 ìì

ÄÀÒ×ÈÊ 1 HS1101 160…200 ïÔ

4

IC1B

5

6

1

IC1A 3

2

20 pF R1

R3 1M

IC2A 3

10

470

IC1C 8

9 ÄÀÒ×ÈÊ 2 HS1101 160…200 ïÔ

20 pF IC1, IC2 – 74HC132

Ðèñóíîê 1. Èñïîëüçóÿ FSK ìîäóëÿöèþ ìîæíî ñ ïîìîùüþ îäíîé ñõåìû ïåðåäàâàòü äàííûå òðåõ èçìåðåíèé îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè.

66

ÑÕÅÌÛ

ïðè îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè 50%), ÷àñòîòà ãåíåðàöèè ìåíÿåòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî íà ±20% â äèàïàçîíå çíà÷åíèé îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè îò 0 äî 100%. Ðàäèî÷àñòîòíûé ãåíåðàòîð íà ýëåìåíòå IC1A ïðè æåëàíèè ìîæíî íàñòðîèòü íà ëþáóþ ÷àñòîòó îò 27 äî 100 ÌÃö äëÿ ïåðåäà÷è â FM äèàïàçîíå. Íèæå ïåðå÷èñëåíû ñïîñîáû èíòåðïðåòàöèè ðàçëè÷íûõ ñèãíàëîâ íà ñòîðîíå ïðèåìíèêà (íà ñõåìå íå ïîêàçàí): ! Ñèãíàë Äàò÷èêà 3 – ýòî êîììóòàòîð ìàíèïóëèðóþùèõ ñèãíàëîâ, èìåþùèé íà ïðèåìíèêå ÷àñòîòó 1 êÃö ±20% äëÿ îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè îò 0 äî 100%. ! Ñèãíàë Äàò÷èêà 1 – ýòî âûñîêî÷àñòîòíûé ñèãíàë ìàíèïóëÿöèè íåñóùåé: 10 êÃö ±20% äëÿ îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè îò 0 äî 100%. ! Ñèãíàë Äàò÷èêà 2 – ýòî íèçêî÷àñòîòíûé ñèãíàë ìàíèïóëÿöèè íåñóùåé: 5 êÃö ±20%

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

äëÿ îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè îò 0 äî 100%. ! Ðàçíîñòü ìåæäó âåðõíåé è íèæíåé ÷àñòîòàìè ìàíèïóëÿöèè ñèãíàëà ñîîòâåòñòâóåò ðàçíîñòè ñèãíàëîâ îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè. Ñõåìó Äàò÷èêà 3 ìîæíî çàìåíèòü ëþáûì ãåíåðàòîðîì íà ìèêðîñõåìå ÒÒË ñ ÷àñòîòîé â äèàïàçîíå îò 100 Ãö äî 1 êÃö èëè äàò÷èêîì äðóãîãî òèïà. Ýòà ÷àñòîòà áóäåò äîñòóïíà íà ïðèåìíèêå, íå âëèÿÿ íà ñèãíàëû îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè îò Äàò÷èêîâ 1 è 2. Ìîæíî äàæå çàìåíèòü ñõåìó ñ Äàò÷èêîì 3 èñòî÷íèêîì ñèãíàëîâ ASCII ñ âûõîäíûìè óðîâíÿìè ÒÒË, ÷òîáû âìåñòå ñ ñèãíàëàìè îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè ïåðåäàâàòü äàííûå â êîäå ASCII. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet TE Connectivity HS1101LF 2. Datasheet Texas Instruments SN74HC132

67

 óñîâåðøåíñòâîâàííîì

ìîäóëÿòîðå èñïîëüçóåòñÿ «íåãàòðîí» Alexander Bell EDN

Ñ

Ñõåìó åìêîñòíîãî äàò÷èêà ñ FSK ìîäóëÿòîðîì è ðàäèî÷àñòîòíûì ïåðåäàò÷èêîì [1] ìîæíî óëó÷øèòü, èçìåíèâ ÷àñòü ìîäóëÿòîðà äëÿ ïîëó÷åíèÿ ëó÷øåé òî÷íîñòè. Äîïîëíèòåëüíûå óëó÷øåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ðåçóëüòàòîì äîáàâëåíèÿ «íåãàòðîíà» – êîíôèãóðàöèè ñõåìû, â êîòîðîé èñïîëüçóåòñÿ ýêâèâàëåíòíàÿ îòðèöàòåëüíàÿ åìêîñòü. Íåêîòîðîå ïðåäñòàâëåíèå îá èñïîëüçîâàíèè îòðèöàòåëüíîãî èìïåäàíñà äàåò [2]. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ðàáîòàåò ñ ðàäèî÷àñòîòíûì ïåðåäàò÷èêîì, àíàëîãè÷íûì îïèñàííîìó â [1] (Ðèñóíîê 2).  ìîäóëÿòîðå èñïîëüçóåòñÿ îïåðàöèîííûé

óñèëèòåëü IC1 â ñòàíäàðòíîé êîíôèãóðàöèè òðèããåðà (ñ äîáàâëåíèåì ðåçèñòîðà ñìåùåíèÿ R4 èç-çà ðàáîòû ñ îäíîïîëÿðíûì ïèòàíèåì).  «íåãàòðîííîé» ÷àñòè ñõåìû èñïîëüçóåòñÿ îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü IC2. Âûõîäíàÿ ÷àñòîòà f ìîäóëÿòîðà áåç íåãàòðîíà ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé ïîñòîÿííîé âðåìåíè tÌ:

tM = R 3 C S . Òàêèì îáðàçîì, ÷àñòîòà çàâèñèò îò çíà÷åíèÿ ôèçè÷åñêîãî ïàðàìåòðà, ñîäåðæàùåãîñÿ âî âõîäíîì ñèãíàëå (íàïðèìåð, äàâëåíèÿ

ÅÌÊÎÑÒÍÎÉ ÄÀÒ×ÈÊ

R1 15k VCC

R3 4.7M

CS

+

–

IC2

– C1 120 pF

Ê ÏÅÐÅÄÀÒ×ÈÊÓ

+ R4 1M

R2 12k

ÂÛÕÎÄ (f) IC1

VCC 5Â

R5 1M R6 1M

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ: ÎÏÅÐÀÖÈÎÍÍÛÅ ÓÑÈËÈÒÅËÈ – LT1124.

Ðèñóíîê 1. Ìîäóëÿòîð îáåñïå÷èâàåò óëó÷øåííûå õàðàêòåðèñòèêè ïî ñðàâíåíèþ ñî ñõåìîé [1]; íåãàòðîí óâåëè÷èâàåò ÷óâñòâèòåëüíîñòü è ðàçðåøàþùóþ ñïîñîáíîñòü.

68

ÑÕÅÌÛ

IC1A 74HC132

IC1B 74HC132

IC1C 74HC132

ÐÀÇÐÅØÅÍÈÅ

ÀÍÒÅÍÍÀ 28 ñì ÌÅÄÍÎÃÎ ÏÐÎÂÎÄÀ

Ê ÌÎÄÓËßÒÎÐÓ R2 1k C2 100 pF

L1

L2

C4 C5 22 pF 5 pF ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: L1 – 6 ÂÈÒÊΠÏÐÎÂÎÄÀ 0.6 ìì ÍÀ ÊÀÐÊÀÑÅ ÄÈÀÌÅÒÐÎÌ 5 ìì.

L2 – 18 ÂÈÒÊÎÂ ÏÐÎÂÎÄÀ 0.6 ìì Ñ ÂÍÓÒÐÅÍÍÈÌ ÄÈÀÌÅÒÐÎÌ 5 ìì.

Ðèñóíîê 2. Ýòîò ïðîñòîé ïåðåäàò÷èê èç [1] ïîçâîëÿåò äèñòàíöèîííî èçìåðÿòü ôèçè÷åñêèå ïàðàìåòðû.

èëè âëàæíîñòè). Ïîòåíöèàëüíàÿ òî÷íîñòü è ñòàáèëüíîñòü ìîäóëÿòîðà íà Ðèñóíêå 1 âûøå, ÷åì ó ìîäóëÿòîðà â [1], èç-çà íèçêèõ çíà÷åíèé âõîäíîé åìêîñòè è òåìïåðàòóðíîãî êîýôôèöèåíòà îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ LT1124 è âûñîêîé ñòàáèëüíîñòè ïîðîãà íàïðÿæåíèÿ, çàäàâàåìîãî ðåçèñòîðàìè R4 – R6. Äîáàâëåíèå íåãàòðîíà ê ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 óâåëè÷èâàåò îòíîñèòåëüíóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ÷àñòîòíîãî ìîäóëÿòîðà. Ýêâèâàëåíòíàÿ åìêîñòü íåãàòðîíà ðàâíà

CN = -C1

R2 .

R1

Åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî âõîäíàÿ ôèçè÷åñêàÿ âåëè÷èíà âûçûâàåò èçìåíåíèå åìêîñòè äàò÷èêà íà DC (ïî ñðàâíåíèþ ñ íà÷àëüíîé åìêîñòüþ äàò÷èêà C0), òî îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå âûõîäíîé ÷àñòîòû áåç íåãàòðîíà (äëÿ ìàëûõ DC) ðàâíî

Df DC = . f0 C0 Ñ äîáàâëåííûì íåãàòðîíîì âûðàæåíèå ïðèíèìàåò âèä

Df DC = . f0 C - C R 2 0 1 R1

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Ðåçóëüòàòîì ÿâëÿåòñÿ áîëåå âûñîêàÿ îòíîñèòåëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü èç-çà óìåíüøåíèÿ çíà÷åíèÿ çíàìåíàòåëÿ. Äëÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 åìêîñòü ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî –100 ïÔ. Äðóãèìè ñëîâàìè, ïðè çàäàííîì èçìåíåíèè âõîäíîãî çíà÷åíèÿ ïðîèñõîäèò áîëüøåå îòíîñèòåëüíîå îòêëîíåíèå ÷àñòîòû. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî äîáàâëåíèå íåãàòðîíà èçìåíÿåò ýêâèâàëåíòíóþ ïîñòîÿííóþ âðåìåíè:

æ R ö t = R 3 çç CS - C1 2 ÷÷ .

R1 ø è Ïîëó÷èòü æåëàåìóþ íà÷àëüíóþ ÷àñòîòó f0 ìîæíî ðåãóëèðîâêîé ñîïðîòèâëåíèÿ R3. Çàìåòèì òàêæå, ÷òî èçìåðåííûå çíà÷åíèÿ f0 è Df ìîãóò îòëè÷àòüñÿ îò ðàñ÷åòíûõ èç-çà ïàðàçèòíûõ ïàðàìåòðîâ è âõîäíîé åìêîñòè îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. ÐË

Ññûëêè 1. Shyam Tiwari. Ïåðåäàò÷èê èçìåðÿåò îòíîñèòåëüíóþ âëàæíîñòü â òðåõ êàíàëàõ. ÐàäèîËîöìàí. 2021, 01-02, ñòð. 66.

2. Belousov, Alexander, “Negative impedance improves capacitive sensors,” EDN, March 30, 1995, pg 82.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT1124 2. Datasheet Texas Instruments SN74HC132

69

Ôèëüòð Áàòòåðâîðòà ñ ðåãóëèðîâêîé ãðóïïîâîé çàäåðæêè William Stutz EDN Ðåàëèçàöèÿ Ð

Ñàëëåíà-Êè òðåõïîëþñíîãî ôèëüòðà Áàòòåðâîðòà ñ ÷àñòîòîé ñðåçà 5.25 ÌÃö èìååò êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ 2 Â/ è ìîæåò ðàáîòàòü íà ñîãëàñîâàííûé 75-îìíûé êîàêñèàëüíûé êàáåëü ñ óñèëåíèåì, ðàâíûì 1 (Ðèñóíîê 1). Ýòîò ôèëüòð, èñïîëüçîâàâøèéñÿ äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ êîìïîíåíòíîãî (Y, Pb, Pr) è RGB âèäåîñèãíàëîâ, èìååò âíîñèìûå ïîòå-

ðè áîëåå 20 äÁ íà ÷àñòîòå 13.5 ÌÃö è áîëåå 40 äÁ íà ÷àñòîòå 27 ÌÃö (Ðèñóíîê 2). Ïîäîáíî àíòèàëàéñèíãîâîìó ôèëüòðó ïåðåä ÀÖÏ, ýòîò ôèëüòð óäàëÿåò âûñîêî÷àñòîòíûå ðåïëèêè ñèãíàëà, ñëåäóþùåãî çà ÖÀÏ. ×òîáû ñîõðàíèòü êà÷åñòâî âèäåîñèãíàëà, íåîáõîäèìî ìèíèìèçèðîâàòü âàðèàöèè ãðóïïîâîé çàäåðæêè â ôèëüòðå è ëþáîé ðàçáðîñ ãðóïïîâûõ

100 pF

75

221

R1 332

VCC + MAX4390

R2 330 pF

75

–

C1 82 pF

VEE 604

604

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: 1. R3 – ÝÒÎ ÍÀÃÐÓÇÊÀ 75 Îì. ÏÐÈ ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÈÈ ÂÍÅØÍÅÉ ÍÀÃÐÓÇÊÈ R3 ÍÅÎÁÕÎÄÈÌÎ ÓÄÀËÈÒÜ.

2. ÄÎÏÓÑÊÈ ÂÑÅÕ ÐÅÇÈÑÒÎÐÎÂ 1%.

3. ÄÎÏÓÑÊÈ ÂÑÅÕ ÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÐÎÂ 2%.

4. R2 ÐÅÃÓËÈÐÓÅÒ ÃÐÓÏÏÎÂÓÞ ÇÀÄÅÐÆÊÓ.

R3 0 VCC

5Â +

0.1 µF

VEE 0.1 µF

10 µF

0 –5 Â +

10 µF

Ðèñóíîê 1. Ýòîò òðåõïîëþñíûé ôèëüòð Áàòòåðâîðòà äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ âèäåîñèãíàëà èìååò ðåãóëèðóåìóþ ãðóïïîâóþ çàäåðæêó.

70

ÑÕÅÌÛ

ÃÐÓÏÏÎÂÀß ÇÀÄÅÐÆÊÀ (íñ)

äÁ

0

–20

–40 100 Ãö

1 êÃö

10 êÃö

100 êÃö

1 ÌÃö

10 ÌÃö 100 ÌÃö

Ðèñóíîê 2. Òèïîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà ôèëüòðà íà Ðèñóíêå 1 ïðè R1 + R2 = 332 Îì.

çàäåðæåê ìåæäó ôèëüòðàìè. Ýòî òðåáîâàíèå ïðåäïîëàãàåò íàëè÷èå ñðåäñòâ ðåãóëèðîâêè ãðóïïîâîé çàäåðæêè ôèëüòðà, íå âëèÿþùèõ íà åãî ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ. Äîáàâëåíèå ê R2 â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 ïîñëåäîâàòåëüíîé öåïî÷êè èç C1 è R1 îáðàçóåò öåïü îïåðåæåíèÿ/îòñòàâàíèÿ ïî ôàçå. Ïîääåðæàíèå ñóììû ñîïðîòèâëåíèé R1 è R2 ïîñòîÿííîé è ðàâíîé ïåðâîíà÷àëüíîìó çíà÷åíèþ R1 ñîõðàíÿåò ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ íåèçìåííîé çà ñ÷åò ñîõðàíåíèÿ ÷àñòîòû äîìèíèðóþùåãî ïîëþñà. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, óâåëè÷åíèå çíà÷åíèÿ R1 ââîäèò ýëåìåíò «îïåðåæåíèÿ», êîòîðûé óìåíüøàåò ãðóïïîâóþ çàäåðæêó çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ ôàçû. Äëÿ R2 = 0 Îì è R1 = 332 Îì â ïðè-

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

80 70

R1 = 332 Îì, R2 = 0 Îì R1 = 301 Îì, R2 = 31.6 Îì R1 = 274 Îì, R2 = 59 Îì

60 50 40

4 5 ×ÀÑÒÎÒÀ (ÌÃö)

Ðèñóíîê 3. Âûáîð çíà÷åíèé R1 è R2 ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü èçìåíåíèåì ãðóïïîâîé çàäåðæêè â ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ ôèëüòðà.

âåäåííîé ñõåìå ñðåäíåå èçìåíåíèå ãðóïïîâîé çàäåðæêè â ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ ôèëüòðà ñîñòàâëÿåò îêîëî 25 íñ. Óâåëè÷åíèå R2 äî 31.6 Îì è óìåíüøåíèå R1 äî 301 Îì ñíèæàåò èçìåíåíèå ãðóïïîâîé çàäåðæêè ïðèìåðíî äî 15 íñ, à ïðè R2 =59 Îì è R1 =274 Îì çàäåðæêà ñíèæàåòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî äî 7 íñ. Âëèÿíèå ïîñëåäíåãî ñëó÷àÿ íà èçáèðàòåëüíîñòü íà ãðàíèöå ïîëîñû ñîñòàâëÿåò ìåíåå 0.5 äÁ, íî íå èçìåíÿåò øèðèíó ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ôèëüòðà ïî óðîâíþ 3 äÁ (Ðèñóíîê 3). ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX4392

71

Ñõåìà çàùèòû îò ïåðåïîëþñîâêè ïðåâîñõîäèò äèîäû Øîòòêè Mike Hovenga EDN

ÑÑõåìà çàùèòû îò ïåðåïîëþñîâêè íà Ðèñóí-

â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè ñîñòàâëÿåò 0.013 Îì. Ïðè òîêå íàãðóçêè 10 À è òåìïåðàòóðå 25 °C íà íèõ ïàäàåò íàïðÿæåíèå 0.13 Â. Ñðàâíèòå ýòî çíà÷åíèå ñ ïðÿìûìè ïàäåíèÿìè íàïðÿæåíèÿ â íåñêîëüêî ñîòåí ìèëëèâîëüò íà äèîäàõ Øîòòêè ïðè òåõ æå óñëîâèÿõ. Èç çà âíóòðåííèõ äèîäîâ MOSFET íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ïîñëåäîâàòåëüíîå âêëþ-

êå 1 ÿâëÿåòñÿ âûñîêîýôôåêòèâíîé àëüòåðíàòèâîé îáû÷íûì ïîñëåäîâàòåëüíûì äèîäàì (÷àñòî Øîòòêè). Íà ýòîé ñõåìå ïàäàåò ãîðàçäî ìåíüøåå íàïðÿæåíèå, ÷åì íà ëó÷øèõ äèîäàõ Øîòòêè.  ñõåìå èñïîëüçóþòñÿ MOSFET èç-çà èõ íèçêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè. Îáùåå ñîïðîòèâëåíèå ýòèõ òðàíçèñòîðîâ

Q2 IRF7425

Q1 IRF7822

+ D1 1N4002

100k

R2 2.2M R1 1.2k

7

ÂÕÎÄ

R3 2.2M 6

8

5

IC1 PVI5033

D2 14  ÄËß ÇÀÙÈÒÛ ÎÒ ÏÅÐÅÍÀÏÐßÆÅÍÈß 15.5 Â

1

2

3

ÂÛÕÎÄ Ê ÇÀÙÈÙÀÅÌÎÉ ÑÕÅÌÅ 4

10k –

Ðèñóíîê 1. Íàïðÿæåíèå, ïàäàþùåå íà ýòîé ñõåìå çàùèòû îò ïåðåïîëþñîâêè, ìåíüøå, ÷åì íà ëó÷øèõ äèîäàõ Øîòòêè.

72

ÑÕÅÌÛ

÷åíèå p- è n-êàíàëüíûõ òðàíçèñòîðîâ. Îïòîèçîëÿòîð îáåñïå÷èâàåò ñîîòâåòñòâóþùåå óïðàâëåíèå çàòâîðàìè MOSFET. Ïðè áîëåå íèçêèõ òîêàõ õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû åùå ëó÷øå. Äâà äèñêðåòíûõ òðàíçèñòîðà ìîæíî çàìåíèòü îäíèì êîðïóñîì ñ êîìïëåìåíòàðíîé ïàðîé MOSFET, òàêèì, íàïðèìåð, êàê IRF7389, îáùåå ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòûõ òðàíçèñòîðîâ êîòîðîãî ðàâíî 0.108 Îì. Ðåçèñòîðû R2 è R3 íåîáõîäèìû äëÿ çàêðûâà-

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

íèÿ òðàíçèñòîðîâ ïðè âûêëþ÷åííîé ìèêðîñõåìå IC1. R1 îáåñïå÷èâàåò íîìèíàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå 12 Â. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet International Rectifier IRF7425 2. Datasheet International Rectifier IRF7822 3. Datasheet Infineon IRF7389 4. Datasheet International Rectifier PVI5033

73

Àíàëîãî-öèôðîâîé ìíîãîêàíàëüíûé ÷àñòîòíûé êâàçèôèëüòð Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Îïèñûâàåòñÿ ïðèíöèï ðàáîòû è ñõåìà àíàëîãî-öèôðîâîãî ìíîãîêàíàëüíîãî ÷àñòîòíîãî êâàçèôèëüòðà íà îñíîâå ïðåîáðàçîâàíèÿ ÷àñòîòû âõîäíîãî ñèãíàëà â íàïðÿæåíèå è ïîñëåäóþùåãî ðàçáèåíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà íåñêîëüêî êàíàëîâ ïî íàïðÿæåíèþ ïðè ïîìîùè ìíîãîîêîííîãî êîìïàðàòîðà, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ðàçáèåíèþ âõîäíîãî ñèãíàëà íà íåñêîëüêî ïîëîñ ÷àñòîò. Âûõîäíûå ñèãíàëû êîìïàðàòîðîâ ïîñòóïàþò íà àíàëîãîâûå êîììóòàòîðû, ïðîïóñêàþùèå òó èëè èíóþ ïîëîñó ÷àñòîò âõîäíûõ ñèãíàëîâ áåç èñêàæåíèé, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ìíîãîêàíàëüíûé êâàçèôèëüòð.

÷àñòîòàìè ñðåçà è ïðîïóñêàåò íà âûõîä âõîäíîé ñèãíàë â ïîëîñå ïðîçðà÷íîñòè áåç èçìåíåíèé. Ìíîãîêàíàëüíûé ÷àñòîòíûé êâàçèôèëüòð ïîçâîëÿåò èçáèðàòåëüíî âûäåëÿòü èç øèðîêîïîëîñíîãî âõîäíîãî ñèãíàëà ïîëîñû ÷àñòîò, øèðèíó êîòîðûõ è èõ ïîëîæåíèå ïî øêàëå ÷àñòîò ìîæíî ëåãêî è ïëàâíî ïåðåñòðàèâàòü [4–10].

f/2 f/2

f/2

SA1

f/4

f/U

ÏÊÑÓ

UÂÕ1

UÓ1

UÓ2 UÓ3 UÓ4

Ä

Äëÿ ôèëüòðàöèè ñèãíàëîâ ïî ÷àñòîòå òðàäèöèîííî èñïîëüçóþò àêòèâíûå è ïàññèâíûå RC- èëè LC-, à òàêæå êâàðöåâûå ôèëüòðû. Òàêèå ôèëüòðû èìåþò îäíó èëè äâå äîñòàòî÷íî ðàçìûòûå ÷àñòîòû ñðåçà [1–3].  îòëè÷èå îò êëàññè÷åñêèõ ôèëüòðîâ àíàëîãî-öèôðîâîé ÷àñòîòíûé êâàçèôèëüòð îáëàäàåò ïðàêòè÷åñêè èäåàëüíî ïðÿìîóãîëüíûìè

UÓ5

0…FMAX/5 1

UÂÛÕ1

2 UÂÛÕ1: 0…FMAX/5 UÂÛÕ2: FMAX/5…2FMAX/5 UÂÛÕ3: 2FMAX/5…3FMAX/5 UÂÛÕ4: 3FMAX/5…4FMAX/5 UÂÛÕ5: 4FMAX/5…5FMAX/5

UÂÛÕ2

3

UÂÛÕ3

4

UÂÛÕ4 Êîììóòàòîð 5

UÂÛÕ5

Ðèñóíîê 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ïÿòèêàíàëüíîãî àíàëîãî-öèôðîâîãî êâàçèôèëüòðà.

74

ÑÕÅÌÛ

R1

R2

10ê C1

10ê

+15 Â DA1 – LM833 DD1 – CD4013 R3 10ê

330í 3 C4

R8

330í 10ê UÂÕ1

2

1

–

4

DA1.1

0…100 êÃö DD1.2

DD1.1 6

8

+

0…50 êÃö

S T 1 3 Q C 5 2 D Q 4 R

8

S T 13 11 Q C 9 12 D Q 10 R

R9

SA1

C3 330í

C2 14 330í DD1 7

R4 2ê C5 1í VD1, VD2 1N4148

R5

R6

24ê

15ê

6 5

– +

R7 10ê

7

UÂÛÕ 0…10 Â ê UÂÕ2

DA1.2

1Ì

Ðèñóíîê 2. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà âõîäíîé öåïè àíàëîãî-öèôðîâîãî êâàçèôèëüòðà èëè àíàëîãîâûé ÷àñòîòîìåð íà ïîëîñó ÷àñòîò îò 0 äî 100 êÃö (îò 0 äî 200 êÃö).

Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà àíàëîãî-öèôðîâîãî ìíîãîêàíàëüíîãî ÷àñòîòíîãî êâàçèôèëüòðà (ÀÖÌ×Ê) ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 1. Âõîäíîé ñèãíàë UÂÕ1 ïîñòóïàåò íà ïðåäóñèëèòåëü, êîòîðûé ïðåîáðàçóåò àíàëîãîâûé ñèãíàë â öèôðîâóþ ôîðìó; äëÿ öèôðîâîãî ñèãíàëà èçìåíåíèé ïðàêòè÷åñêè íå ïðîèñõîäèò. Äàëåå îöèôðîâàííûé ñèãíàë ïîñòóïàåò íà äåëèòåëü ÷àñòîòû (f/2), êîòîðûé äåëèò ÷àñòîòó âõîäíîãî ñèãíàëà íà 2. Ôîðìàëüíî â äåëåíèè ÷àñòîòû íåò íåîáõîäèìîñòè. Îñíîâíîå íàçíà÷åíèå äåëèòåëÿ ÷àñòîòû íà D-òðèããåðå – îáåñïå÷èòü ñêâàæíîñòü âûõîäíîãî ñèãíàëà, ðàâíóþ äâóì, è òåì ñàìûì ñíèçèòü âëèÿíèå êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ âõîäíîãî ñèãíàëà íà ïðîöåññ ïîñëåäóþùåãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ÷àñòîòû â íàïðÿæåíèå. Ïðè íåîáõîäèìîñòè ñ öåëüþ ñòóïåí÷àòîãî ðàñøèðåíèÿ äèàïàçîíà ÷àñòîò ôèëüòðàöèè èñïîëüçóåòñÿ âòîðîé äåëèòåëü ÷àñòîòû ñèãíàëà íà äâà (f/2). Ïåðåêëþ÷àòåëåì SA1 ìîæíî âûáðàòü òðåáóåìûé äèàïàçîí äåëåíèÿ âõîäíîé ÷àñòîòû – f/2 èëè f/4. Ïîñëå ïåðåêëþ÷àòåëÿ SA1 ñèãíàë ïîñòóïàåò íà ëèíåéíûé (èëè èíîé) ïðåîáðàçîâàòåëü «×àñòîòà – íàïðÿæåíèå» (f/U). Ïðåîáðàçîâàííûé òàêèì îáðàçîì ñèãíàë ïîñòóïàåò íà ïóëüò êîììóòàöèè ñèãíàëîâ óïðàâëåíèÿ (ÏÊÑÓ), êîòîðûé â çàâèñèìîñòè îò íàïðÿæåíèÿ âõîäíîãî ñèãíàëà ðàñïðåäåëÿåò è ïîäàåò óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû íà êîììóòàòîðû âõîäíîãî ñèãíàëà. Íà Ðèñóíêå 1 â êà÷åñòâå ïðèìåðà èçîáðàæåíî òîëüêî 5 êàíàëîâ êîììóòàöèè. Òàêèì îáðàçîì, â çàâèñèìîñòè îò àìïëèòóäû óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà èëè, ñîîòâåò-

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

ñòâåííî, ÷àñòîòû âõîäíîãî ñèãíàëà îòêðûâàåòñÿ òîò èëè èíîé ÷àñòîòíûé êëàïàí, è íà åãî âûõîä ïðîõîäèò îïðåäåëåííûé äèàïàçîí ÷àñòîò âõîäíîãî ñèãíàëà. Òàê, íàïðèìåð, íà âûõîä ïåðâîãî êîììóòàòîðà âõîäíîãî ñèãíàëà ïðîõîäÿò ñèãíàëû, ÷àñòîòà êîòîðûõ íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ îò 0 äî FMAX/5 (äëÿ ïÿòèêàíàëüíîãî ôèëüòðà, Ðèñóíîê 1), ãäå FMAX – ìàêñèìàëüíàÿ ÷àñòîòà âõîäíîãî ñèãíàëà; íà âûõîä âòîðîãî – FMAX/5…2FMAX/5 è ò. ä. Ðàâíîìåðíîñòü (íåðàâíîìåðíîñòü) ðàçáèåíèÿ èíòåðâàëîâ ÷àñòîò îïðåäåëÿåòñÿ ëèíåéíûì èëè, íàïðîòèâ, íåëèíåéíûì õàðàêòåðîì ïðåîáðàçîâàíèÿ ÷àñòîòû â íàïðÿæåíèå. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà âõîäíûõ öåïåé ÀÖÌ×Ê. Âõîäíîé óñèëèòåëü ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ îò 50 Ãö äî 125 êÃö íà óðîâíå –3 äÁ (íà ÷àñòîòå 200 êÃö –5.4 äÁ) è êîýôôèöèåíòîì ïåðåäà÷è 40 äÁ âûïîëíåí íà ìèêðîñõåìå DA1.1 LM833. Äàëåå ïîñëåäîâàòåëüíî ñëåäóþò äâà äåëèòåëÿ ÷àñòîòû íà D-òðèããåðàõ DD1.1 è DD1.2 CD4013. Ïåðåêëþ÷àòåëü SA1 ïîçâîëÿåò âûáðàòü äèàïàçîíû ÷àñòîò âõîäíûõ ñèãíàëîâ îò 0 äî 100 êÃö èëè îò 0 äî 200 êÃö. Âûõîäíîé ñèãíàë ñ òðèããåðîâ ïîñòóïàåò íà ïðåîáðàçîâàòåëü «×àñòîòà – íàïðÿæåíèå», âûïîëíåííûé íà ìèêðîñõåìå DA1.2, ãäå ïðîèñõîäèò ëèíåéíîå ïðåîáðàçîâàíèå ÷àñòîòû âõîäíîãî ñèãíàëà â íàïðÿæåíèå. Âñå óñòðîéñòâî, Ðèñóíîê 2, ôàêòè÷åñêè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé àíàëîãîâûé ÷àñòîòîìåð. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàí ïóëüò êîììóòàöèè ñèãíàëîâ óïðàâëåíèÿ èëè ïÿòèêàíàëüíûé ïðåîáðàçîâàòåëü àìïëèòóäû âõîäíîãî ñèãíà-

75

+15 Â R1 13ê

C1 100í

R5 20ê

R6 10ê

R7 20ê

4

R10 20ê

–

+

8 R14 1ê

14

20ê 13

+

10

–

C2 100í

DD1 7

8

UÓ4

+15 Â

UÓ2

20ê =1

R9 300ê

UÓ3

UÓ1

10 VD1, VD2

VT1 BC547 1N4148

12 13

12

R4 2ê

HL5

+15 Â R15 11

R3 2ê

HL2–HL4

DD1.1–DD1.3 5 4 6 =1

9

–

R13 20ê

R16 20ê

20ê 1

+

R2 2ê

UÓ5

R11

R12 20ê

2

–

6

9

UÂÕ2

HL1

+15 Â R8 7

DA1 – LM338N DD1 – CD4077B

14

DA1 3 5 +

=1

11

Ðèñóíîê 3. Ïÿòèêàíàëüíûé ïðåîáðàçîâàòåëü àìïëèòóäû âõîäíîãî ñèãíàëà â êîä ïåðåêëþ÷åíèÿ âûõîäíîãî óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ.

ëà â êîä ïåðåêëþ÷åíèÿ âûõîäíîãî óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Ýòîò óçåë âûïîëíåí íà îñíîâå ëèíåéêè êîìïàðàòîðîâ íà ìèêðîñõåìå DA1 LM339. Âûõîäíûå ñèãíàëû êîìïàðàòîðîâ ïîäàþòñÿ íà ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ» ìèêðîñõåìû DD1 CD4077, à òàêæå íà âõîä ýêâèâàëåíòà ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà «ÈËÈ-ÍÅ» íà äèîäàõ VD1, VD2, ðåçèñòîðå R9 è òðàíçèñòîðå VT1 BC547. Ñ ðîñòîì ÷àñòîòû èëè, ñîîòâåòñòâåííî, íàïðÿæåíèÿ íà âõîäå ÏÊÑÓ, ñâåòîäèîäû HL1–HL5 èíäèöèðóþò çàäåéñòâîâàííûé ÷àñòîòíûé êàíàë êîììóòàöèè. Ýòè ñâåòîäèîäû íå ÿâëÿþòñÿ îáÿçàòåëüíûìè ýëåìåíòàìè óñòðîéñòâà è ìîãóò áûòü èñêëþ÷åíû èç ñõåìû. Ñ âûõîäîâ ÏÊÑÓ óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû +15 Â

C1 10ìê ê UÂÕ1

R1 1Ì

UÓÏÐ

R2 10ê R4 1Ì

R3 1Ì

VT1, VT2 2N7000 R5 10ê

UÂÛÕ

Ðèñóíîê 4. Àíàëîãîâûé êîììóòàòîð âõîäíîãî ñèãíàëà.

76

ïîäàþòñÿ íà êîììóòàòîðû âõîäíîãî ñèãíàëà; âàðèàíòû ýòèõ óñòðîéñòâ ïîêàçàíû íà Ðèñóíêàõ 4 è 5. Àíàëîãîâûé êîììóòàòîð âõîäíîãî ñèãíàëà, Ðèñóíîê 4, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èñòîêîâûé ïîâòîðèòåëü. Ïðè ïîäà÷å íà âõîä UÓÏÐ ýòîãî êîììóòàòîðà óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà âûñîêîãî óðîâíÿ îò ÏÊÑÓ âûõîäíîé ñèãíàë êîììóòàòîðà çàêîðà÷èâàåòñÿ íà øèíó ïèòàíèÿ, è íà âûõîä êîììóòàòîðà ñèãíàë íå ïðîõîäèò. Äëÿ òîãî ÷òîáû ñëåäóþùèé êàñêàä íå ñîåäèíÿëñÿ íàïðÿìóþ ÷åðåç êîììóòàòîð ñ øèíîé ïèòàíèÿ óñòðîéñòâà, åãî ñëåäóåò îòäåëèòü êîíäåíñàòîðîì. Âòîðîé âàðèàíò êîììóòàòîðà, Ðèñóíîê 5, ïðè ïîäà÷å íà âõîä UÓÏÐ óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà âûñîêîãî óðîâíÿ îò ÏÊÑÓ øóíòèðóåò âõîäíûå öåïè êîììóòàòîðà è íå ïîçâîëÿåò òåì ñàìûì âõîäíîìó ñèãíàëó ïðîõîäèòü íà âûõîä êîììóòàòîðà.  êà÷åñòâå êîììóòèðóþùèõ óñòðîéñòâ ìîæíî èñïîëüçîâàòü è àíàëîãîâûå êîììóòàòîðû-ìèêðîñõåìû, íàïðèìåð CD4066. Ïðè âûäåëåíèè óçêîé ïîëîñû èç îáëàñòè âûñîêèõ ÷àñòîò ñ ïîìîùüþ ìíîãîïîëîñíîãî êâàçèôèëüòðà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí ñïîñîá ãåòåðîäèííîãî ïåðåíîñà ïîëîñû ÷àñòîò â íèçêî÷àñòîòíóþ îáëàñòü.

ÑÕÅÌÛ

+15 Â

Êîììóòàòîð 1

C1 10ìê ê UÂÕ1

R1 1Ì

VT1, VT2 2N7000 UÂÛÕ

R2 R5 10ê

10ê R3 1Ì

R4 1Ì

UÓÏÐ

Ðèñóíîê 5. Âàðèàíò àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà âõîäíîãî ñèãíàëà.

Äëÿ ðàñøèðåíèÿ äèàïàçîíà ðàáî÷èõ ÷àñòîò â âûñîêî÷àñòîòíóþ îáëàñòü âî âõîäíûõ öåïÿõ ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû ñïåöèàëèçèðîâàííûå âûñîêî÷àñòîòíûå óñèëèòåëè è ìèêðîñõåìû. Äëÿ äåëåíèÿ ÷àñòîòû ìîãóò ïðèìåíÿòüñÿ âûñîêî÷àñòîòíûå ìíîãîäåêàäíûå äåëèòåëè ÷àñòîòû.  êà÷åñòâå ÏÊÑÓ óäîáíî èñïîëüçîâàòü ïîëèêîìïàðàòîðíûå ìèêðîñõåìû, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ èíäèêàöèè óðîâíÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ñèãíàëîâ íèçêîé ÷àñòîòû ïðè ïîìîùè ñâåòîäèîäîâ. Êàê ïðàâèëî, òàêèå ìèêðîñõåìû èìåþò 5, 10 èëè 12 êàíàëîâ èíäèêàöèè è èìåþò âîçìîæíîñòü íàðàùèâàíèÿ êîëè÷åñòâà êàíàëîâ èíäèêàöèè. Ê òàêèì ìèêðîñõåìàì îòíîñÿòñÿ: A277D, AN6884, BA656/681A–683A/6104/6124/6125/ 6137/6144/6154/6820F/6822S/6822F, DBL1016, HA12010, IR2E02, KA2281/2283/2284/2285/ 2286–2288, KIA6966S, LB1403/1413/1423/ 1433/1493/1405/1407/1408/1410–1417/1419/ 1423/1426/1433/1436/1450/1460/1493, LM3914–LM3916, NTE1866, S1A2284A01– –S1A2284A04, SL322/325A/325B/325C, TA7666, TA7667, UAA180, UL1890N, UL1970, UL1980, U237B/247B/257B/267B/2068B/ 2069B, Ê1003ÏÏ1–Ê1003ÏÏ4 è äð. Äàííîå óñòðîéñòâî ìîæåò íàéòè ïðèìåíåíèå â êà÷åñòâå ìíîãîêàíàëüíîãî ôèëüòðà ýëåêòðè÷åñêèõ àíàëîãîâûõ èëè öèôðîâûõ ñèãíàëîâ, óñòðîéñòâà ÷àñòîòíîãî äèñòàíöèîííîãî äâóõïðîâîäíîãî óïðàâëåíèÿ ðàçëè÷íûìè íàãðóçêàìè, äëÿ ìíîãîêàíàëüíîé ñâÿçè ïî îäíîïðîâîäíîé ëèíèè, à òàêæå ïðè íàëè÷èè íåñêîëüêèõ ñìåííûõ ðàçíåñåííûõ êàíàëîâ ïðîâîäíîé èëè áåñïðîâîäíîé ñâÿçè îáåñïå÷èòü ïåðåäà÷ó àíàëîãîâûõ äàííûõ ñ äåêîäèðîâàíèåì èñõîäíîé èíôîðìàöèè íà ïðèåìíîé ñòîðîíå ñ ìàëîé âåðîÿòíîñòüþ åå âîññòàíîâëåíèÿ ñòîðîííèìè ïîëüçîâàòåëÿìè. ÐË

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Ëèòåðàòóðà 1. Ãóòíèêîâ Â.Ñ. Ôèëüòðàöèÿ èçìåðèòåëüíûõ ñèãíàëîâ. – Ë.: Ýíåðãîàòîìèçäàò, 1990. – 192 ñ.

2. Winder S. Analog and Digital Filter Design (2nd Ed., EDN Series for Design Engineers). – Boston: Newnes Press, 2002. – 450 p.

3. Passive, Active, and Digital Filters (3rd Edition, The Circuits and Filters Handbook) / Ed. by WaiKai Chen. – New York: CRC Press, 2005. – 828 p.

4. Øóñòîâ Ì.À. Ïðèìåíåíèå ïîëèêîìïàðàòîðíûõ ìèêðîñõåì â òåõíèêå ðàäèîñâÿçè // Ðàäèîëþáèòåëü. – 1997. – ¹ 6. – Ñ. 13–15.

5. Øóñòîâ Ì.À. Ìíîãîêàíàëüíàÿ ÖÌÓ // Ðàäèîõîááè. – 1999. – ¹ 1. – Ñ. 43.

6. Shustov M.A. Multichannel amplitude discriminator // Electronics World Incorporating Wireless World. – 2000. – V. 106. – ¹ 6 (1770). – P. 458.

7. Øóñòîâ Ì.À. Ìíîãîêàíàëüíûé êâàçèôèëüòð // Àâòîìàòèêà, ñâÿçü, èíôîðìàòèêà. – 2000. – ¹ 3. – Ñ. 45.

8. Øóñòîâ Ì.À. Ìíîãîïîëîñíûé êâàçèôèëüòð íà îñíîâå àìïëèòóäíîãî ìóëüòèïëåêñîðà // Ïðèáîðû è ñèñòåìû. Óïðàâëåíèå, êîíòðîëü, äèàãíîñòèêà. – 2001. – ¹ 11. – Ñ. 33–35.

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

10. Øóñòîâ Ì.À. Ñõåìîòåõíèêà. 500 óñòðîéñòâ íà àíàëîãîâûõ ìèêðîñõåìàõ. – ÑÏá.: Íàóêà è Òåõíèêà, 2013. – 352 ñ.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4013B 2. Datasheet Texas Instruments CD4077B 3. Datasheet Intersil LM339 4. Datasheet Texas Instruments LM833 5. Datasheet Fairchild BC547

77

Óëó÷øåíèå çàùèòû âûõîäíîãî êàñêàäà

êëàññà AB Peter Demchenko EDN

Ø

Øèðîêî èñïîëüçóåìàÿ äâóõòàêòíàÿ êîíôèãóðàöèÿ óñèëèòåëÿ êëàññà AB, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 1, òðåáóåò íåêîòîðûõ óëó÷øåíèé. Ïðåæäå âñåãî, äàâàéòå ïîñìîòðèì, êàê ðàáîòàåò åå òåðìîêîìïåíñàöèÿ. Òðàíçèñòîðû Q1 è Q2 íà ýòîé ñõåìå ñëåäóåò ðàññìàòðèâàòü êàê óñëîâíûå èçîáðàæåíèÿ ðåàëüíûõ óñòðîéñòâ, â êà÷åñòâå êîòîðûõ îáû÷íî ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ òðàíçèñòîðû Äàðëèíãòîíà èëè êîìïëåìåíòàðíûå ïàðû. Íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2 ñêëàäûâàåòñÿ èç íàïðÿæåíèÿ ñòàáèëèòðîíà D1 è íàïðÿæåíèé áàçà-ýìèòòåð (VBE) òðàíçèñòîðîâ Q4 è Q5, êîòîðûå çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû. Êàê ïðàâèëî, Q4 è Q5 óñòàíàâëèâàþòñÿ íà +V I0 5 ìÀ A I1

D1 TL431

R1 30

+E

Q1 R3 470 Q3

20.0

R4 470

I1 = I2 =

R3 - U1 2(R1 + R3) , R5

ãäå n – êîëè÷åñòâî òðàíçèñòîðîâ â êîìïåíñàöèîííîé öåïè (íà Ðèñóíêå 1 – äâà òðàíçèñòîðà, Q4 è Q5); Uk – íàïðÿæåíèå VBE òðàíçèñòîðà Qk (k = 1, 2, 3, 4). Ïóñòü R1/R3 = K, òîãäà

Íàãðóçêà

R6

Âçÿâ ïðîèçâîäíóþ, ïîëó÷àåì Q2

R2 30 B

I2

–E

Q4 Q5 Q3: BS170, BSS138

5 ìÀ –V

Ðèñóíîê 1. Â ýòó êîíôèãóðàöèþ óñèëèòåëÿ êëàññà AB äîáàâëåíû íåêîòîðûå óëó÷øåíèÿ.

78

( VZ + n × U4)

VZ + n × U4 - U1 2(K + 1) I1 = I2 = .

R5

R5

+ C1

òîì æå òåïëîîòâîäå (òåõ æå òåïëîîòâîäàõ), ÷òî è òðàíçèñòîðû Q1 è Q2. Îáû÷íî çíà÷åíèå VBE (Uk â íàøåì êîíòåêñòå) ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 0.8  (1.8-2.5 Â, åñëè èñïîëüçóåòñÿ êîíôèãóðàöèÿ Äàðëèíãòîíà). Òîê ïîêîÿ, èäóùèé ÷åðåç òðàíçèñòîðû Q1 è Q2, ðàâåí

n dU4 dU1 × dI1 2(K + 1) dT dT = , dT R5 ãäå ïðîèçâîäíàÿ dUk/dT îáîçíà÷àåò òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü íàïðÿæåíèÿ VBE òðàíçèñòîðà Qk.

ÑÕÅÌÛ

Òàê, íàïðèìåð, åñëè òåìïåðàòóðíûå êîýôôèöèåíòû íàïðÿæåíèÿ UBE òðàíçèñòîðîâ U1 è U4 áëèçêè, òî îïòèìàëüíûì óñëîâèåì áóäåò ñëåäóþùåå:

K=

n - 1, 2

÷òî áîëåå èëè ìåíåå î÷åâèäíî, íî ìû äîëæíû áûëè ïîëó÷èòü åãî ôîðìàëüíî. Êîìïåíñàöèþ ìîæíî óâåëè÷èòü ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî ïîäêëþ÷åíèÿ áîëüøåãî êîëè÷åñòâà òðàíçèñòîðîâ: âìåñòî îäíîãî èñïîëüçóþòñÿ äâà ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ òðàíçèñòîðà Q4 è Q5. Òàêèì îáðàçîì, èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ ìîæíî óâåëè÷èòü âäâîå. Ýòî òàêæå ïîìîãàåò, êîãäà òðàíçèñòîðû Q1 è Q2 íå èìåþò îáùåãî ðàäèàòîðà.  òàêîì ñëó÷àå Q4 (Q5) ìîæíî áûëî áû óñòàíîâèòü íà òîò æå ðàäèàòîð, ÷òî è Q1 (Q2), ÷òîáû èìåòü âîçìîæíîñòü êîíòðîëèðîâàòü òåìïåðàòóðó. Ïðåèìóùåñòâî ñòàáèëèòðîíà ïåðåä ðåçèñòîðîì â ýòîé ñõåìå çàêëþ÷àåòñÿ â ìåíüøåì îñëàáëåíèè òåïëîâîé îáðàòíîé ñâÿçè, ÷òî ïîçâîëÿåò äîñòè÷ü áîëåå òî÷íîé êîìïåíñàöèè. Ðåãóëÿòîð TL431 ïðåäïî÷òèòåëüíåå îáû÷íîãî ñòàáèëèòðîíà, ïîñêîëüêó TL431 èìååò ãîðàçäî áîëåå íèçêîå äèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå è ìîæåò ðàáîòàòü ïðè ìåíüøåì òîêå. Ó âñåõ òàêèõ âèäîâ òåìïåðàòóðíîé êîìïåíñàöèè åñòü îäíî ñëàáîå ìåñòî: ïîñêîëüêó äàò÷èê òåìïåðàòóðû (â íàøåì ñëó÷àå – Q4 è Q5) äîëæåí áûòü ðàçìåùåí íà ðàäèàòîðàõ âûõîäíûõ òðàíçèñòîðîâ (òî åñòü óäàëåííî, à íå íà îáùåé ïå÷àòíîé ïëàòå), ïîÿâëÿþòñÿ êàêèå-íèáóäü ñîåäèíèòåëüíûå ïðîâîäà, ñ ðàçúåìîì èëè áåç ðàçúåìà – ýòî ïî÷òè íåèçáåæíî (îáðàòèòå âíèìàíèå íà ïðîâîäà, èäóùèå ê Q4 è Q5 íà Ðèñóíêå 1). Åñëè öåïü äàò÷èêà òåìïåðàòóðû (â íàøåé ñõåìå ýòî D1, Q4 è Q5) ðàçîðâåòñÿ èç-çà ïëîõîãî êîíòàêòà â ðàçúåìå èëè ïðîñòî èç-çà îáðûâà ïðîâîäà, ýòî íåèçáåæíî ïðèâåäåò ê âîçíèêíîâåíèþ áîëüøîãî è íåêîíòðîëèðóåìîãî ñêâîçíîãî òîêà â òðàíçèñòîðàõ Q1 è Q2, è â êîíå÷íîì ñ÷åòå ê âîçìîæíîñòè òåïëîâîãî ïðîáîÿ è ðàçðóøåíèÿ òðàíçèñòîðîâ. Ïîäîáðàííûå â ïàðû âûñîêîêà÷åñòâåííûå ìîùíûå òðàíçèñòîðû Q4/Q5, ìîãóò áûòü äîâîëüíî äîðîãèìè, íî ïîäâåðãàþùàÿñÿ îïàñíîñòè ïîâðåæäåíèÿ íàãðóçêà ìîæåò áûòü íàìíîãî äîðîæå!

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Êðîìå òîãî, ñõåìà òàêîãî ðîäà ìîæåò âêëþ÷àòü â ñåáÿ ïîòåíöèîìåòð äëÿ ðåãóëèðîâêè òîêà ïîêîÿ, ÷òî äåëàåò ñõåìó çàâèñèìîé îò êà÷åñòâà ïîòåíöèîìåòðà. Íóæíî ÷òî-òî ïðåäóñìîòðåòü, ÷òîáû èñêëþ÷èòü âîçìîæíîñòü ïîäîáíîé àâàðèéíîé ñèòóàöèè. Âñå ýòè ïðîáëåìû ìîæåò ðåøèòü ñõåìà íà Ðèñóíêå 2. Îíà çàùèùàåò äîðîãèå âûõîäíûå òðàíçèñòîðû è íàãðóçêó îò áîëüøîãî íåêîíòðîëèðóåìîãî ñêâîçíîãî òîêà. Âîò êàê ðàáîòàåò çàùèòà: òðàíçèñòîð Q3 êîíòðîëèðóåò öåëîñòíîñòü öåïè D1, Q4, Q5. Åñëè öåïü ðàçðûâàåòñÿ, íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå Q3 ïîâûøàåòñÿ, îòêðûâàÿ òðàíçèñòîð è óìåíüøàÿ áàçîâîå ñìåùåíèå Q1 è Q2 ïî÷òè äî íóëÿ.  ñëó÷àå íàðóøåíèÿ öåëîñòíîñòè öåïè ýòî, êàê óæå îòìå÷àëîñü, îáåñïå÷èâàåò î÷åíü íèçêèå òîêè ïîêîÿ I1 è I2. ×òîáû ðàññ÷èòàòü íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ, íóæíî çíàòü ìàêñèìàëüíîå ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå çàòâîðà Q3, ïðè êîòîðîì ýòîò ïîëåâîé òðàíçèñòîð åùå îñòàåòñÿ ðàçîìêíóòûì (âûêëþ÷åííûì), êîòîðîå ìû îáîçíà÷èì êàê VGS_O (äëÿ BS170 è BSS138 VGS_O = 0.8 Â). Ïðè íîðìàëüíîé ðàáîòå, åñëè öåïü D1, Q4, Q5 íå ðàçîðâàíà, òðàíçèñòîð Q3 ðàçîìêíóò (âûêëþ÷åí) è íàïðÿæåíèå ìåæäó òî÷êàìè À è  îïðåäåëÿåòñÿ öåïüþ D1, Q4, Q5:

VAB = VZ + n × U4 ,

+V I0 5 ìÀ A R1 20

R7 2k2 D1

R8 1k I1

+E

Q1 R3 510 Q3

R5

+ C1 20.0

R4 510

Q2 R2 20 B

Íàãðóçêà

R6

I2

–E

Q4 Q5

5 ìÀ –V

Q3: BS170, BSS138

Ðèñóíîê 2. Ýòà ñõåìà çàùèùàåò äîðîãèå âûõîäíûå òðàíçèñòîðû è íàãðóçêó îò áîëüøèõ íåêîíòðîëèðóåìûõ ñêâîçíûõ òîêîâ.

79

ãäå, êàê è âûøå, U4 îçíà÷àåò íàïðÿæåíèå VBE òðàíçèñòîðà Q4, à VZ – íàïðÿæåíèå íà ñòàáèëèòðîíå. Ýòî ñïðàâåäëèâî â òîì ñëó÷àå, åñëè âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå

I0 (R1 + R2 + R3 + R4) > VZ + n × U4 . Òîê i14, èäóùèé ÷åðåç ðåçèñòîðû R1, R2, R3 è R4, ðàâåí

I14 =

VAB .

R1 + R2 + R3 + R4

Ïðåäïîëîæèì, ìû çíàåì òîê i0; åãî çíà÷åíèå ìîæíî îïðåäåëèòü íå òîëüêî èç ïðèâåäåííîãî âûøå íåðàâåíñòâà, íî è çíàÿ âûõîäíóþ ìîùíîñòü, óñèëåíèå âûõîäíûõ òðàíçèñòîðîâ Q1/Q2, ÷àñòîòíûé äèàïàçîí è ïàðàçèòíóþ åìêîñòü ñõåìû. Ðàçíîñòü i0 – i14 íå äîëæíà áûòü ìåíüøå ìèíèìàëüíî äîïóñòèìîãî òîêà ñòàáèëèòðîíà IZMIN:

I0 - I14 ³ IZMIN. ( òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè TL431 ìîæíî íàéòè, ÷òî ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå òîêà ñîñòàâëÿåò 1 ìÀ). Òîãäà äëÿ R2

n × U4 R2 £

VGS _ O 2 .

I0 - IZMIN

×òîáû áûòü óâåðåííûì, ÷òî òðàíçèñòîð ðàçîìêíóò (âûêëþ÷åí), äàâàéòå âîçüìåì òîëüêî ïîëîâèíó VGS_O: Çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé R3 (R4) âìåñòå ñ

I14 × R2 +

VGS _ O 2

£ n × U4 .

öåïüþ òåïëîâîé îáðàòíîé ñâÿçè (Q4, Q5, D1) äîëæíû îáåñïå÷èâàòü íåîáõîäèìîå ñìåùåíèå äëÿ òðàíçèñòîðîâ Q1 (Q2):

R3 = R4 ³

U1 + I1 × R5 .

I14

Òåïåðü äàâàéòå ïîñìîòðèì, ÷òî ïðîèñõîäèò, êîãäà öåïü D1, Q4, Q5 ðàçðûâàåòñÿ. Îáîçíà÷èì ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå VGS ïðè çàìêíóòîì (âêëþ÷åííîì) òðàíçèñòîðå Q3 êàê VGS_C.

80

Òîãäà äëÿ VZ ìû èìååì

I0 (R1 + R3 + R4) - VZ > VGS _ C . Èòàê, ïîëó÷àåì îêîí÷àòåëüíîå ñîîòíîøåíèå äëÿ VZ:

ì[ I0 (R1 + R3 + R4) - VGS _ C ] , ü VZ < min í ý. î[ I0 (R1 + R2 + R3 + R4) - n × U4 ]þ  ñõåìå íà Ðèñóíêå 2 âìåñòî ñòàáèëèòðîíà èñïîëüçóåòñÿ çåëåíûé ñâåòîäèîä. Ïðåèìóùåñòâà ýòîé ñõåìû çàêëþ÷àþòñÿ â ñëåäóþùåì: ! Ñâåòîäèîä èíäèöèðóåò öåëîñòíîñòü öåïè D1, Q4, Q5; ! Òîê ÷åðåç ñâåòîäèîä ìîæåò áûòü íàìíîãî ìåíüøå, ÷åì ÷åðåç ñòàáèëèòðîí èëè ðåãóëÿòîð TL431. Çåëåíûé ñâåòîäèîä çäåñü âûáðàí ïîòîìó, ÷òî îí èìååò íàèáîëåå ïîäõîäÿùåå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ (îêîëî 2.2 Â). Âàæíîå çàìå÷àíèå: ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ çàâèñèò îò òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ è äëÿ íåêîòîðûõ òèïîâ çåëåíûõ ñâåòîäèîäîâ ìîæåò ïðåâûøàòü 3 Â, òàê ÷òî èìåéòå ýòî â âèäó. Ñ ïîìîùüþ öåïî÷êè R7, R8 ìû ìîæåì óïðàâëÿòü ñêâîçíûì òîêîì I1 (I2). Ýòà öåïî÷êà òàêæå áóäåò ïîëåçíà â ñëó÷àå íåèñïðàâíîñòè ñâåòîäèîäà, îãðàíè÷èâàÿ íàïðÿæåíèå ìåæäó òî÷êàìè À è  è ñêâîçíîé òîê I1 (I2). Êîíäåíñàòîð C1 îáåñïå÷èâàåò íóëåâîé òîê ÷åðåç òðàíçèñòîðû Q1 è Q2 âî âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ ñõåìû. Îí òàêæå óñòðàíÿåò ðàçáàëàíñ ïî óðîâíÿì ñèãíàëîâ íà áàçàõ Q1 è Q2, óñòðàíÿÿ ïîòåíöèàëüíûé èñòî÷íèê èñêàæåíèé. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ïàðû ðåçèñòîðîâ R1, R2 è R3, R4 èìåþò îäèíàêîâûå ñîïðîòèâëåíèÿ. Ýòà ñèììåòðèÿ óìåíüøàåò ïîëíûå íåëèíåéíûå èñêàæåíèÿ (THD) âûõîäíîãî êàñêàäà [1]. ÐË

Ññûëêà 1. THD-Enhanced Bias Circuit Design Targets Class AB Buffers, Electronic Design

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Diodes TL431 2. Datasheet Vishay BS170 3. Datasheet ON Semiconductor BSS138

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí.Æóðíàë www.rlocman.ru/magazine Îôèöèàëüíûå âåðñèè òîëüêî çäåñü: áåç ðåãèñòðàöèè è íàçîéëèâîé ðåêëàìû, ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ ñêà÷èâàíèÿ.

ÐàäèîËîöìàí.Ôîðóì

www.rlocman.ru/forum

Îáñóæäàéòå ñòàòüè è íîâîñòè, îáùàéòåñü! Ïðèãëàøàåì ïðîôåññèîíàëîâ.

ÐàäèîËîöìàí.Öåíû

www.rlocman.ru/price

Ïîäáåðèòå îïòèìàëüíîãî ïîñòàâùèêà ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ, èçìåðèòåëüíîé è ýëåêòðîííîé òåõíèêè. Öåíû, óñëîâèÿ ïîñòàâêè è äîñòàâêè.

ÐàäèîËîöìàí.Ñîö.Ñåòè Îáíîâëåíèÿ â ïðèâû÷íîì ôîðìàòå.

vk.com/rlocman facebook.com/rlocman ok.ru/rlocman twitter.com/rlocman È åùå ìíîãîå äðóãîå íà ïîðòàëå:

ÐàäèîËîöìàí. ...

www.rlocman.ru

Òàéìåð 555 ïîòðåáëÿåò íóëåâîé òîê T. A. Babu EDN

Ð

Ðîñò êîëè÷åñòâà ïðèëîæåíèé ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì çàñòàâëÿåò ðàçðàáîò÷èêîâ ïîñòîÿííî èñêàòü ñïîñîáû ñíèæåíèÿ ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ ñâîèõ ïðîäóêòîâ è ñòàðàòüñÿ ìàêñèìàëüíî ïðèáëèçèòü ìîùíîñòü â ðåæèìå îæèäàíèÿ ê íóëþ çà ñ÷åò òùàòåëüíîãî óïðàâëåíèÿ òîêàìè ïîêîÿ óñòðîéñòâ.  ýòîé ñòàòüå ìû íàó÷èëè êëàññè÷åñêèé òàéìåð 555 [1] ïîòðåáëÿòü íóëåâîé òîê â ðåæèìå ïîêîÿ è áûñòðî ïðîñûïàòüñÿ â èçâåñòíîì ñîñòîÿíèè. Î÷åíü ïðèÿòíî íàéòè èííîâàöèîííûé ñïîñîá èñïîëüçîâàíèÿ ýòîãî êëàññè÷åñêîãî óñòðîéñòâà (Ðèñóíîê 1), ñ êîòîðûì íàñ ñâÿçûâàåò äîëãàÿ èñòîðèÿ ñîâìåñòíîé ðàáîòû. Íà ñàìîì äåëå, ÿ äî ñèõ ïîð ïîìíþ âîçáóæäåíèå îò èãðû ñ ìèêðîñõåìàìè òàéìåðà 555 âî âðåìÿ äîëãèõ ëåòíèõ øêîëüíûõ êàíèêóë â âîçðàñòå 15 ëåò.  êà÷åñòâå áëàãîäàðíîñòè çà ïðèÿòíûå âîñïîìèíàíèÿ ÿ ïîñâÿùàþ ýòó ñòàòüþ Ãàíñó Êàìåíçèíäó (Hans Camenzind)

5 êÎì

NPN

I/P

–

1

–

+

2 S

+

7 Ðàçðÿä

R

Âûõîä 3

6 Ñðàáàòûâàíèå Òðèããåð Âûõîäíîé äðàéâåð

Ñáðîñ 4

Q

5 Êîíòðîëü

555

Ðèñóíîê 1. Íà ýòîé óïðîùåííîé áëîê-ñõåìå ïîêàçàíî âíóòðåííåå óñòðîéñòâî òàéìåðà 555.

[2], êîòîðûé èçîáðåë ýòîò çàìå÷àòåëüíûé ìàëåíüêèé ÷èï. Îñíîâíûå îñîáåííîñòè ýòîé êîíñòðóêöèè (Ðèñóíîê 2) çàêëþ÷àþòñÿ â òîì, ÷òî îíà óíèâåðñàëüíà è ëåãêî àäàïòèðóåòñÿ, ïîñòðîåíà

R3 33k

VCC = 9 V

>1.2 V

5 êÎì

8 +Vcc

Çàïóñê 2

+

Q1 BC547

5 êÎì

Çåìëÿ 1

R2

D2

10k

1N4148

R1

D1

10k

1N4148

O/P

2 Vcc 3

6 2 3 1

IC1 555

8 4 5

T

C1 100µF

+

C2 10nF

C3 10µF

+

t

Ðèñóíîê 2. Íà ýòîì ðèñóíêå èçîáðàæåíà ñõåìà íà òàéìåðå 555 ñ íóëåâûì òîêîì ïîêîÿ.

82

ÑÕÅÌÛ

íà íåáîëüøîì êîëè÷åñòâå ñòàíäàðòíûõ êîìïîíåíòîâ, àêòèâèðóåòñÿ ïîëîæèòåëüíûì ôðîíòîì âõîäíîãî èìïóëüñà è ïîòðåáëÿåò íóëåâîé òîê.

Æäóùèé ðåæèì  ýòîì ðåæèìå òàéìåð ðàáîòàåò êàê æäóùèé ìóëüòèâèáðàòîð. Ñõåìà ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Êîðîòêèé èìïóëüñ (àìïëèòóäîé áîëüøå 1.2 Â), ïîäàííûé â òî÷êó I/P, îòêðûâàåò òðàíçèñòîð Q1, è ïîòåíöèàë îòðèöàòåëüíîé êëåììû 9-âîëüòîâîé áàòàðåè îêàçûâàåòñÿ î÷åíü áëèçêèì ê ïîòåíöèàëó çåìëè ñõåìû. Âîçíèêàþùèé íà âûâîäå 2 ïåðåïàä íåìåäëåííî çàïóñêàåò òàéìåð, è íà âûõîäå 3 òàéìåðà ôîðìèðóåòñÿ èìïóëüñ, êîòîðûé óäåðæèâàåò òðàíçèñòîð Q1 âêëþ÷åííûì â òå÷åíèå âðåìåíè, îïðåäåëÿåìîãî íîìèíàëàìè R3 è C1. Êîãäà íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå Ñ1 äîñòèãàåò 2/3 VCC, êîìïàðàòîð ñáðàñûâàåò âíóòðåííèé òðèããåð òàéìåðà, óñòàíàâëèâàÿ íà âûõîäå (âûâîä 3) íèçêèé óðîâåíü è òåì ñàìûì âûêëþ÷àÿ òðàíçèñòîð Q1. Êàê òîëüêî Q1 âûêëþ÷àåòñÿ, ïèòàíèå ñõåìû ïðåêðàùàåòñÿ, è âñÿ ñõåìà òåïåðü ïîòðåáëÿåò íóëåâîé òîê.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Óñòàíîâêà äëèòåëüíîñòè Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà òàéìåðà 555 ìîæåò áûòü óâåëè÷åíà èëè óìåíüøåíà â ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáîâàíèÿìè ïðèëîæåíèÿ ïóòåì èçìåíåíèÿ íîìèíàëîâ R3 è C1. Äëèòåëüíîñòü T âûõîäíîãî èìïóëüñà ðàâíà T = 1.1×R3×C1. Îáû÷íîå îãðàíè÷åíèå òàéìåðà 555 çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äëÿ íåãî òðåáóåòñÿ îòðèöàòåëüíûé ôðîíò âõîäíîãî èìïóëüñà, íî â ýòîé êîíñòðóêöèè îí çàïóñêàåòñÿ ïîëîæèòåëüíûì ïåðåïàäîì, êîòîðûé âûâîäèò ìèêðîñõåìó èç ñîñòîÿíèÿ ïîêîÿ ñ íóëåâûì òîêîì ïîòðåáëåíèÿ íà âðåìÿ, çàäàííîå âíåøíèìè êîìïîíåíòàìè. ÐË

Ññûëêè 1. 555 timer IC 2. Steve Taranovich. "555 timer inventor Hans Camenzind remembered".

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Diodes NE555

83

Äîáàâî÷íîå íàïðÿæåíèå äëÿ ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ Kieran O'malley EDN

Ï

Ïîäêëþ÷åíèå òîêîâîãî çåðêàëà ê îáû÷íîé ñõåìå ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîçâîëÿåò âûáèðàòü âåëè÷èíó äîáàâî÷íîãî íàïðÿæåíèÿ è îáåñïå÷èâàòü ïîñòîÿíñòâî ðàçíîñòè ìåæäó âõîäíûì è âûõîäíûì íàïðÿæåíèÿìè (Ðèñóíîê 1). Ýòà ñõåìà ïîëåçíà äëÿ ïðèëîæåíèé äðàéâåðîâ âåðõíåãî ïëå÷à, ãäå èñïîëüçîâàíèå ïðîñòîãî óäâîèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ íåâîçìîæíî èç-çà îãðàíè÷åííûõ äèàïàçîíîâ äîïóñòèìûõ íàïðÿæåíèé ïðèìåíÿåìûõ êîìïîíåíòîâ, èëè ãäå âõîäíîå íàïðÿæåíèå

ìîæåò èçìåíÿòüñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ. Ìîæíî òàêæå èñïîëüçîâàòü ýòó ñõåìó ïåðåä èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî ïðè íèçêîì âõîäíîì íàïðÿæåíèè êîíòðîëëåð ØÈÌ áóäåò èìååò äîñòàòî÷íî íàïðÿæåíèÿ äëÿ ïðàâèëüíîãî çàïóñêà. Ñõåìà ïîääåðæèâàåò ðàçíîñòü ìåæäó VIN è VOUT, ðàâíîé 10 Â, îäíàêî íè÷òî íå ìåøàåò ñäåëàòü ýòî çíà÷åíèå äðóãèì.  ñõåìå ØÈÌ ðåãóëÿòîðà íà Ðèñóíêå 1 èñïîëüçóåòñÿ ìèêðîñõåìà CS5171 êîìïàíèè ON Semiconductor, íî ïðåä-

VIN = 14 Â

+ ÂÛÊËÞ×ÅÍÈÅ

C1 22 µF

5 4 3

1 C2 0.01 µF R1 4.7k

L1 22 µH

VOC VSW

SS

8 BC856BDWLT1

IC1 CS5171

NC

6

PGND 7

+

MBRS120T3

VFB

VC AGND

VOUT = 24 Â D1

C3 22 µF

2

Q1A R2 10k

Q1B R4 8.2k R3 1.27k

Ðèñóíîê 1. Ïîäêëþ÷åíèå òîêîâîãî çåðêàëà ê ñõåìå ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü äîáàâî÷íûì íàïðÿæåíèåì.

84

ÑÕÅÌÛ

ëàãàåìàÿ èäåÿ ïðèìåíèìà ê ëþáîé ñõåìå ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ñõåìà òîêîâîãî çåðêàëà, ñîñòîÿùàÿ èç ñäâîåííîãî p-n-p òðàíçèñòîðà Q1 è ñâÿçàííûõ ñ íèì ðåçèñòîðîâ, îïðåäåëÿåò òîê, êîòîðûé çàâèñèò îò ðàçíîñòè íàïðÿæåíèé ìåæäó VIN è VOUT. Äîïóñòèìîå íàïðÿæåíèå êîëëåêòîð-ýìèòòåð ñäâîåííîãî p-n-p òðàíçèñòîðà ðàâíî 65 Â.  ýòîì ñëó÷àå VIN = 14  (íîìèíàëüíîå çíà÷åíèå), ïîýòîìó íóæíî, ÷òîáû íàïðÿæåíèå VOUT ñîñòàâëÿëî 24  (íîìèíàëüíîå çíà÷åíèå). Ñíà÷àëà ñëåäóåò âû÷èñëèòü çíà÷åíèå ñîïðîòèâëåíèÿ R2, ñîîòâåòñòâóþùåå âûáðàííîé âåëè÷èíå îïîðíîãî òîêà. Ïðè âûáîðå îïîðíîãî òîêà 1 ìÀ ïîëó÷àåì

VIN - V OUT - V BE (Q1A ) = R2 , 1 ìÀ 14  - 24  - 0.6  = 9.4 êÎì .

1 ìÀ

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Ïîñêîëüêó âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íå êðèòè÷íî, ìîæíî èñïîëüçîâàòü ðåçèñòîð 10 êÎì.

Q1B îòðàæàåò òîê è óñòàíàâëèâàåò íàïðÿæåíèå îáðàòíîé ñâÿçè äëÿ ñõåìû ØÈÌ.

CS5171 èìååò âíóòðåííèé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 1.28  (òèïîâîå çíà÷åíèå), ïîýòîìó ïðàâèëüíîå íàïðÿæåíèå îáðàòíîé ñâÿçè áóäåò ïàäàòü íà R3 ïðè ïðîòåêàþùåì ÷åðåç ðåçèñòîð òîêå 1 ìÀ.  ýòîì ñëó÷àå ïðè âûáîðå R3 = 1.27 êÎì âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíî 24 Â. Ïðè èçìåíåíèè VIN íàïðÿæåíèå VOUT îòñëåæèâàåò åãî è ïîääåðæèâàåò ìåæäó âõîäîì è âûõîäîì ïîñòîÿííóþ ðàçíîñòü â 10 Â.

R4 ïîìîãàåò ñíèçèòü ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìóþ òðàíçèñòîðîì Q1B. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor CS5171 2. Datasheet ON Semiconductor BC856BDW1T3 3. Datasheet ON Semiconductor MBRS120T3

85

Ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèå-òîê óïðàâëÿåò áåëûìè ñâåòîäèîäàìè Susanne Nell EDN

È

Èíîãäà áûâàåò íóæíî çàïèòàòü áåëûé ñâåòîäèîä îò îäíîé áàòàðåè 1.5 Â. Ê ñîæàëåíèþ, ïðÿìîå íàïðÿæåíèå áåëîãî ñâåòîäèîäà íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå îò 3 äî 4 Â. Ýòî çíà÷èò, ÷òî äëÿ ïèòàíèÿ ñâåòîäèîäà îò îäíîé áàòàðåè ïîíàäîáèòñÿ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü. Èñïîëüçóÿ ïðîñòóþ ñõåìó íà Ðèñóíêå 1, ñîñòîÿùóþ âñåãî èç íåñêîëüêèõ êîìïîíåíòîâ, ìîæíî óïðàâëÿòü îäíèì áåëûì ñâåòîäèîäîì èëè äâóìÿ ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûìè çåëåíûìè ñâåòîäèîäàìè. Ñõåìà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèå-òîê, ïðåîáðàçóþùèé íàïðÿæåíèå áàòàðåè â òîê, èäóùèé ÷åðåç ñâåòîäèîä. Ýòîò òîê è, ñëåäîâàòåëüíî, ÿðêîñòü ñâåòîäèîäà, ìîæíî ðåãóëèðîâàòü, èçìåíÿÿ ñîïðîòèâëå-

1

S1

2

íèå ðåçèñòîðà R3. Åñëè çàìêíóòü êëþ÷ S1, ÷åðåç ðåçèñòîð R2 â áàçó òðàíçèñòîðà Q2 ïîéäåò òîê. Q2 îòêðîåòñÿ, è åãî êîëëåêòîðíûé òîê ÷åðåç ðåçèñòîð R3 îòêðîåò òðàíçèñòîð Q1.  äðîññåëå L1 íà÷íåò íàðàñòàòü òîê. Ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ çàâèñèò îò èíäóêòèâíîñòè L1 è íàïðÿæåíèÿ áàòàðåè. Òîê äðîññåëÿ L1 óâåëè÷èâàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íå äîñòèãíåò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ, çàâèñÿùåãî îò êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ Q1. Òîê êîëëåêòîðà Q1 îãðàíè÷èâàåòñÿ ðåçèñòîðîì R3, êîíòðîëèðóþùèì åãî áàçîâûé òîê. Êàê òîëüêî òîê ÷åðåç L1 äîñòèãàåò ñâîåãî ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ, îí íà÷íåò ñïàäàòü, è ïîëÿðíîñòü íàïðÿæåíèÿ íà äðîññåëå èçìåíèòñÿ íà îòðèöàòåëüíóþ. Ýòî îòðèöàòåëüíîå Q1 BC558C

IDC = 10 ìÀ

ÂÊË/ÂÛÊË R1 22k

ÁÀÒÀÐÅß 1.5 Â Q2 BC548C

R2 100k

R3 1k

L1 680 µH

C1 1 nF

IÏÈÊ = 20 ìÀ D1 LED

Ðèñóíîê 1. Èñïîëüçóÿ ýòó ïðîñòóþ ñõåìó äëÿ ïèòàíèÿ áåëîãî ñâåòîäèîäà îò îäíîýëåìåíòíîé áàòàðåè, âû ìîæåòå îòêàçàòüñÿ îò äîðîãîñòîÿùèõ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëåé.

86

ÑÕÅÌÛ

íàïðÿæåíèå ïðîõîäèò ÷åðåç êîíäåíñàòîð C1 è âûêëþ÷àåò òðàíçèñòîð Q2, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, âûêëþ÷àåò Q1. Îòðèöàòåëüíîå íàïðÿæåíèå íà L1 óâåëè÷èâàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íå ñðàâíÿåòñÿ ñ ïðÿìûì íàïðÿæåíèåì ñâåòîäèîäà. Ñ ýòîãî ìîìåíòà ïèêîâûé òîê äðîññåëÿ L1 ïðîòåêàåò ÷åðåç ñâåòîäèîä è óìåíüøàåòñÿ äî íóëÿ. Òåïåðü Q2 ñíîâà âêëþ÷àåòñÿ òîêîì, èäóùèì ÷åðåç ðåçèñòîð R2, è öèêë íà÷èíàåòñÿ ñíîâà. Èçìåíÿÿ ñîïðîòèâëåíèå R3, ìîæíî óñòàíàâëèâàòü âåëè÷èíó ïèêîâîãî òîêà äðîññåëÿ è, ñîîòâåòñòâåííî, ïèêîâîãî òîêà ñâåòîäèîäà. ßðêîñòü ñâå÷åíèÿ ñâåòîäèîäà ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíîé ôóíêöèåé ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç íåãî òîêà. Òàêèì îáðàçîì, ÿðêîñòü ñâåòîäèîäà îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé ñîïðîòèâëåíèÿ R3. Âûáîð òèïà èñïîëüçóåìîãî ñâåòîäèîäà íå èìååò çíà÷åíèÿ; íàïðÿæåíèå íà ñâåòîäèîäå âñåãäà áóäåò ðàñòè äî òåõ ïîð, ïîêà ÷åðåç íåãî íå ïîòå÷åò ïèêîâûé òîê äðîññåëÿ L1. Îò

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

ïðÿìûõ íàïðÿæåíèé ñâåòîäèîäîâ çàâèñèò òîëüêî âðåìÿ âêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ (êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ), à ïèêîâûé òîê ÷åðåç ñâåòîäèîä îñòàåòñÿ íåèçìåííûì. Ïðè çíà÷åíèÿõ íîìèíàëîâ, óêàçàííûõ íà Ðèñóíêå 1, ñõåìà ðàáîòàåò íà ÷àñòîòå ïîðÿäêà 30 êÃö, îáåñïå÷èâàÿ ñâåòîäèîä ïèêîâûì òîêîì 20 ìÀ. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ çàâèñèò îò îòíîøåíèÿ íàïðÿæåíèÿ áàòàðåè ê ïðÿìîìó íàïðÿæåíèþ ñâåòîäèîäà. Îäíèì èç ïðåèìóùåñòâ ýòîé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî åé íå íóæåí ïîñëåäîâàòåëüíûé ðåçèñòîð äëÿ îãðàíè÷åíèÿ òîêà ñâåòîäèîäà. Ïèêîâûé òîê ñâåòîäèîäà îïðåäåëÿåòñÿ ñîïðîòèâëåíèåì ðåçèñòîðà R3 è êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ òðàíçèñòîðà Q1. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Fairchild BC548C 2. Datasheet Fairchild BC558C

87

Ëèíèÿ çàäåðæêè ñ øèðîêèì äèàïàçîíîì êîýôôèöèåíòîâ çàïîëíåíèÿ John Guy EDN

Ñ

Ñîâðåìåííûå öèôðîâûå ëèíèè çàäåðæêè ìîãóò îáðàáàòûâàòü èìïóëüñû íå êîðî÷å, ÷åì èõ âðåìÿ çàäåðæêè, ÷òî îãðàíè÷èâàåò ñôåðó èñïîëüçîâàíèÿ óñòðîéñòâ ïðèëîæåíèÿìè, â êîòîðûõ êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ îñòàåòñÿ áëèçêèì ê 50%. Íåáîëüøîé äèàïàçîí äîñòóïíûõ çàäåðæåê (îò 2 äî 100 íñ íà

îòâîä) åùå áîëüøå ñóæàåò îáëàñòü èõ ïðèìåíåíèÿ. Áîëåå äëèòåëüíûå çàäåðæêè ìîæíî ïîëó÷èòü ñ ïîìîùüþ æäóùèõ ìóëüòèâèáðàòîðîâ, âõîäÿùèõ â ñòàíäàðòíûå ñåìåéñòâà öèôðîâîé ëîãèêè, íî â ýòèõ óñòðîéñòâàõ òåðÿåòñÿ èíôîðìàöèÿ î êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ.

VCC VCC

4 2

ÂÕÎÄÍÎÉ ÑÈÃÍÀË

PRE 5 Q IC3A 74HCT74 6 C Q

IC4A 74HC05

D

IC2A 74HCT00 3

CLR VCC

2

1

R1 10k IC1A MAX907 2 – 4

C1 100 pF

1

1

+

1

3

IC2B 74HCT00 4 6 5

2

1k

VCC 0.1 µF

VCC

VCC

2k

0.1 µF 14

12 13

IC2D 74HCT00 11 0.1 µF

12 11

IC4B 74HC05

D

CLR 7 13

0.1 µF

VCC

10

9 PRE Q IC3B 74HCT74 8 C Q

ÇÀÄÅÐÆÀÍÍÛÉ ÂÛÕÎÄÍÎÉ ÑÈÃÍÀË

3

5 10k 4

100 pF

+

IC1B MAX907 6 – 4

14

9

8 7

8

10 7

IC2C 74HCT00

Ðèñóíîê 1. Ýòà ëèíèÿ çàäåðæêè, îñíîâàííàÿ íà ïðåöèçèîííîì ñäâîåííîì êîìïàðàòîðå, ôîðìèðóåò èìïóëüñû òî÷íîé äëèòåëüíîñòè.

88

ÑÕÅÌÛ

Ñõåìà ØÈÌ óïðàâëåíèÿ íà Ðèñóíêå 1 ìîæåò îòðàáàòûâàòü îòíîñèòåëüíî áîëüøèå çàäåðæêè, ñîõðàíÿÿ ïðè ýòîì èíôîðìàöèþ î êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ âõîäíûõ èìïóëüñîâ. Âåðõíÿÿ ïîëîâèíà ýòîãî ñäâîåííîãî ïðåöèçèîííîãî æäóùåãî ìóëüòèâèáðàòîðà ðàáîòàåò ïî íàðàñòàþùåìó ôðîíòó âõîäíîãî ñèãíàëà. Ïåðåäíèé ôðîíò ïåðåêëþ÷àåò Dòðèããåð IC3A, óñòàíàâëèâàÿ «ëîã. 0» íà âõîäå IC4A. Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò IC4A èìååò âûõîä ñ îòêðûòûì ñòîêîì, ïîýòîìó åãî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ýêñïîíåíöèàëüíî íàðàñòàåò â ñîîòâåòñòâèè ñ åäèíñòâåííîé ïîñòîÿííîé âðåìåíè R1C1. Êîìïàðàòîð IC1A ñðàâíèâàåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñ ïîñòîÿííûì íàïðÿæåíèåì, ðàâíûì 67% îò VCC, ñîçäàâàÿ óäîáíî ìàñøòàáèðóåìóþ çàäåðæêó, ðàâíóþ R1C1. Âûõîä êîìïàðàòîðà IC1A óïðàâëÿåò âõîäîì óñòàíîâêè RS-òðèããåðà (IC2B è IC2C). Ýòîò êîìïàðàòîð òàêæå ïîäàåò ñèãíàë îáðàòíî íà âõîäíîé òðèããåð, ñáðàñûâàÿ åãî äëÿ îæèäàíèÿ ñëåäóþùåãî íàðàñòàþùåãî ôðîíòà. Íèæíÿÿ ïîëîâèíà ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ðàáîòàåò àíàëîãè÷íûì îáðàçîì, íî ñðàáàòûâàåò ïî çàäíåìó ôðîíòó âõîäíîãî èìïóëüñà è óïðàâëÿåò âõîäîì ñáðîñà RS-òðèããåðà. Ïðîâåðèòü ñõåìó ìîæíî ñ ïîìîùüþ âõîäíîãî ñèãíàëà 100 êÃö ïðè íîìèíàëüíîé çàäåðæêå 1 ìêñ. Ïðè èçìåíåíèè êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

âõîäíûõ èìïóëüñîâ îò 10 äî 90% (îãðàíè÷åíèÿ, íàëàãàåìûå èñïûòàòåëüíûì îáîðóäîâàíèåì) îøèáêà êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ ñîñòàâëÿåò ìåíåå 0.1%. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ òàêèõ õàðàêòåðèñòèê íå òðåáóåòñÿ ñîãëàñîâàíèÿ íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ. Ñõåìà ôîðìèðóåò èìïóëüñû òî÷íîé øèðèíû äëÿ äëèòåëüíîñòåé, íà÷èíàÿ âñåãî îò 20 íñ. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òî÷íîñòè âðåìÿçàäàþùèå êîíäåíñàòîðû äîëæíû áûòü òèïà NP0 ñ äîïóñêàìè 5%, à ðåçèñòîðû äîëæíû èìåòü äîïóñêè 1%. Âûïóñêàåìûé Maxim êîìïàðàòîð MAX907 èìååò òðåáóåìûå äëÿ ñõåìû áîëüøîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå, âûñîêóþ òî÷íîñòü è íèçêóþ çàäåðæêó ðàñïðîñòðàíåíèÿ. Áûñòðîäåéñòâèÿ ëîãèêè 74HC/HCT äëÿ áîëüøèíñòâà ïðèëîæåíèé äîñòàòî÷íî, ÷òîáû îøèáêè, âíîñèìûå çàäåðæêàìè ðàñïðîñòðàíåíèÿ, áûëè ìèíèìàëüíûìè. Îáðàòèòå âíèìàíèå íà âêëþ÷åííûé èíâåðòîðîì ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò «È-ÍÅ» (IC2A), ïîâûøàþùèé òî÷íîñòü çà ñ÷åò âûðàâíèâàíèÿ çàäåðæåê ðàñïðîñòðàíåíèÿ â êàæäîì êàíàëå. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX907 2. Datasheet Texas Instruments SN74HC05 3. Datasheet Texas Instruments CD74HCT00 4. Datasheet Texas Instruments CD74HCT74

89

Áóòñòðåïíàÿ ñõåìà ðàñøèðÿåò äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé ÎÓ äî 0 Â Jim Williams EDN

Ä

Äëÿ ìíîãèõ ïðèëîæåíèé ñ îäíîïîëÿðíûì ïèòàíèåì òðåáóåòñÿ ðàçìàõ âûõîäíîãî ñèãíàëà óñèëèòåëÿ â ïðåäåëàõ 1 ìÂ, èëè äàæå äîëåé ìèëëèâîëüòà îò óðîâíÿ çåìëè. Îãðàíè÷åíèÿ, îáóñëîâëåííûå íàñûùåíèåì âûõîäíîãî êàñêàäà óñèëèòåëÿ, îáû÷íî èñêëþ÷àþò òàêóþ âîçìîæíîñòü. Áóòñòðåïíàÿ ñõåìà ïèòàíèÿ, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 1, ïîçâîëÿåò äîñòè÷ü æåëàåìûõ

5Â

5Â

3

ðåçóëüòàòîâ ñ ïîìîùüþ ìèíèìàëüíîãî êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ. Ìèêðîñõåìà óñèëèòåëÿ IC 1 , ñòàáèëèçèðîâàííîãî ïðåðûâàíèåì, èìååò âûõîä âíóòðåííåãî ãåíåðàòîðà. Ýòîò âûõîä êîììóòèðóåò òðàíçèñòîð Q1, îáåñïå÷èâàÿ óïðàâëåíèå äèîäíî-åìêîñòíûì çàðÿäîâûì íàñîñîì. Âûõîä çàðÿäîâîãî íàñîñà ïîäêëþ÷åí ê âûâîäó ïèòàíèÿ V– óñèëèòåëÿ IC1 è ñìåùàåò åãî ïîòåíöèàë íèæå 0 Â, ÷òî ïîçâî-

V+

7 IC1 6 LTC1150 2 – ÂÛÕÎÄ 8 ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ 4 V– 39k +

1k

10 µF + BAT85

Q1 2N3904 BAT85

+

10 µF

100k

Ðèñóíîê 1. Áóòñòðåïíàÿ ñõåìà ïèòàíèÿ ïîçâîëÿåò óñèëèòåëþ ñ îäíîïîëÿðíûì ïèòàíèåì ðàáîòàòü ïðè âûõîäíîì íàïðÿæåíèè 0 Â.

90

ÑÕÅÌÛ

A=5 Â/ÄÅË

B=0.2 Â/ÄÅË

5 ìñ/ÄÅË

Ðèñóíîê 2. Îñöèëëîãðàììà çàïóñêà ñõåìû ïîêàçûâàåò, ÷òî íàïðÿæåíèå íà øèíå ïèòàíèÿ V– óñèëèòåëÿ (Êàíàë B) ñòàíîâèòñÿ îòðèöàòåëüíûì ïîñëå íà÷àëà ðàáîòû âíóòðåííåãî ãåíåðàòîðà ìèêðîñõåìû.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

ëÿåò âûõîäíîìó ñèãíàëó îïóñêàòüñÿ äî óðîâíÿ çåìëè è íèæå. Èç îñöèëëîãðàììû íà Ðèñóíêå 2 âèäíî, ÷òî íàïðÿæåíèå íà âûâîäå V– (Êàíàë B) ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ (Êàíàë A) ñíà÷àëà íàðàñòàåò, íî ñòàíîâèòñÿ îòðèöàòåëüíûì ïðèìåðíî â ñåðåäèíå ýêðàíà, êîãäà íà÷èíàåòñÿ òàêòèðîâàíèå óñèëèòåëÿ. Ñõåìà îáåñïå÷èâàåò ïðîñòîé ñïîñîá ðàñøèðåíèÿ ðàçìàõà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äî 0 Â, ïîçâîëÿÿ ïîëó÷èòü èñòèííûé âûõîä «ðàáîòàþùèé ïðè íóëå». ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Linear Technology LTC1150 2. Datasheet Vishay BAT85S

91

Ïðîñòîé ìîíèòîð ðàçðÿäà äëÿ âûñîêèõ íàïðÿæåíèé áàòàðåè Jim Christensen Electronic Design

ÎÎáîðóäîâàíèþ ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì ÷àñòî òðåáóåòñÿ èíäèêàòîð íèçêîãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ ïðåäóïðåæäåíèÿ ïîëüçîâàòåëÿ î ðàçðÿäå áàòàðåè èëè äëÿ âûïîëíåíèÿ äðóãèõ ôóíêöèé, òàêèõ êàê ïåðåêëþ÷åíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ èëè âûêëþ÷åíèå óñòðîéñòâà. Äëÿ ýòèõ öåëåé ðàçðàáîòàíî ìíîæåñòâî ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ìèêðîñõåì, íî áîëüøèíñòâî èç íèõ ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ ñ îòíîñèòåëüíî íèçêîâîëüòíûìè ëèòèåâûìè èëè NiCd áàòàðåÿìè. Ïîýòîìó îíè íàïðÿìóþ íåñîâìåñòèìû ñ ïðèëîæåíèÿìè, èñïîëüçóþùèìè ñâèíöîâî-êèñëîòíûå àêêóìóëÿòîðíûå áàòàðåè, íàïðÿæåíèå íà êîòîðûõ âî âðåìÿ çàðÿäêè ìîæåò äîñòèãàòü 14 Â. Åñëè òðåáóåòñÿ ëèøü ïðîñòîå èçìåíåíèå ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ â îòâåò íà ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íèæå îïðåäåëåííîãî ïîðîãà, íå èìååò ñìûñëà ïåðåãðóæàòü êîíñòðóêöèþ ñëîæíûìè ñõåìàìè óïðàâëåíèÿ áàòàðåÿìè. Ýòó ðàáîòó ìîãóò âûïîëíÿòü êîìïàðàòîð è íåñêîëüêî äîïîëíèòåëüíûõ êîìïîíåíòîâ. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí ìîíèòîð, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ íåäîðîãèõ ñõåì, ïèòàþùèõñÿ íåïîñðåäñòâåííî îò áàòàðåè áåç ïðîìåæóòî÷íîé ìèêðîñõåìû ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ. Äëÿ ìîíèòîðà òðåáóþòñÿ òîëüêî êîìïàðàòîð, èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ, ÷åòûðå ðåçèñòîðà è êîíäåíñàòîð. Åñëè íàïðÿæåíèå áàòàðåè ïðåâûøàåò çàäàííûé ïîðîã, óðî-

92

âåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà áóäåò âûñîêèì. Êîãäà íàïðÿæåíèå áàòàðåè ïàäàåò íèæå ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ, óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà ñòàíîâèòñÿ íèçêèì è îñòàåòñÿ íèçêèì äî ñáðîñà, ïðîèñõîäÿùåãî ïðè ïîâòîðíîé ïîäà÷å ïèòàíèÿ. Êîìïàðàòîð U1 èìååò âûõîä ñ îòêðûòûì êîëëåêòîðîì (îòêðûòûì ñòîêîì), à â êà÷åñòâå îïîðíîãî èñòî÷íèêà âûáðàíà ìèêðîñõåìà LM136-2.5. Êîãäà áàòàðåÿ áóäåò ïîäêëþ÷åíà ê ñõåìå, îïîðíîå íàïðÿæåíèå íà âûâîäå 2 ìèêðîñõåìû U1 íà÷íåò áûñòðî ðàñòè äî 2.5  è îñòàíåòñÿ íà ýòîì çíà÷åíèè. Áëàãîäàðÿ êîíÁàòàðåÿ R1 10k

C1 10 µF

R2 3

+ 2 _ U1 LM393

2.5 V

8

1

Âûõîä

4 R3

U2 LM136 R4

Ðèñóíîê 1. Åñëè íàïðÿæåíèå áàòàðåè óïàäåò íèæå ðàñ÷åòíîãî íàïðÿæåíèÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ êîìïàðàòîðà, ýòà ñõåìà ïðåäóïðåäèò ïîëüçîâàòåëÿ î ðàçðÿäå áàòàðåè.

ÑÕÅÌÛ

äåíñàòîðó C1 íàïðÿæåíèå íà âûâîäå 3 ìèêðîñõåìû U1 áóäåò âûøå, ÷åì íà âûâîäå 2, è íà âûõîäå êîìïàðàòîðà ïîÿâèòñÿ âûñîêèé óðîâåíü. Êîãäà êîíäåíñàòîð çàðÿæàåòñÿ, íàïðÿæåíèå íà âûâîäå 3 ïðèíèìàåò çíà÷åíèå, îïðåäåëÿåìîå òîëüêî äåëèòåëåì íàïðÿæåíèÿ, ñîñòîÿùèì èç R2, R3 è R4. Äëÿ óñòàíîâêè íàïðÿæåíèÿ ñðàáàòûâàíèÿ êîìïàðàòîðà VTP ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî ñëåäóþùåå ñîîòíîøåíèå:

æ R2 + R3 ö VTP = VREF ç1 + ÷.

R4 ø è

âûõîäå ìèêðîñõåìû U2. Ïîêà íàïðÿæåíèå íà âûâîäå 3 ïðåâûøàåò VREF, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå êîìïàðàòîðà áóäåò îñòàâàòüñÿ âûñîêèì. Îäíàêî åñëè íàïðÿæåíèå íà âûâîäå 3 óïàäåò íèæå îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ, êîìïàðàòîð ñðàáîòàåò, åãî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñòàíåò íèçêèì, è âûâîä 3 îêàæåòñÿ ïðèâÿçàííûì ê çåìëå. Ïîýòîìó âûõîäíîé óðîâåíü áóäåò îñòàâàòüñÿ íèçêèì, äàæå åñëè íàïðÿæåíèå áàòàðåè âîññòàíîâèòñÿ, êàê ýòî ÷àñòî áûâàåò ïðè ñíÿòèè íàãðóçêè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM136-2.5-N

ãäå VREF – âåëè÷èíà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ íà

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

2. Datasheet Texas Instruments LM393

93

Äåøåâûé ñïîñîá óâåëè÷åíèÿ âûõîäíîãî òîêà ëèíåéíîãî ðåãóëÿòîðà îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ Chad L. Olson Electronic Design

Ä

Äîáàâëåíèå ÷åòûðåõ êîìïîíåíòîâ ê ëèíåéíîìó ðåãóëÿòîðó îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ (U1 íà Ðèñóíêå 1) óâåëè÷èâàåò òîê íàãðóçêè íà 60%. Äîïîëíèòåëüíûé ïðîõîäíîé òðàíçèñòîð è ñâÿçàííûå ñ íèì ðåçèñòîðû â ïàðòèÿõ èç 1000 øòóê ñòîÿò ìåíüøå $0.17. Ïîäêëþ÷åíèå âûâîäà SET ìèêðîñõåìû U1 ê çåìëå óñòàíàâëèâàåò íà åå âûõîäå íàïðÿæåíèå –2.5 Â. Ìàêñèìàëüíûé òîê íàãðóçêè U1 ñîñòàâëÿåò 200 ìÀ. Äîïîëíèòåëüíûå êîìïîíåíòû (Q1, R1, R2 è R3) äîáàâëÿþò ê ìàêñèìàëüíîìó òîêó íàãðóçêó åùå 120 ìÀ. Òàêèì

R1

VSS –5 Â ± 5%

îáðàçîì, îáùèé ìàêñèìàëüíûé òîê íàãðóçêè ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì 320 ìÀ áåç óõóäøåíèÿ êà÷åñòâà ñòàáèëèçàöèè. Ïîìèìî ñíèæåíèÿ ìîùíîñòè, ðàññåèâàåìîé â Q1, R1 ïðåäîòâðàùàåò òåïëîâîé ðàçãîí Q1 è îáåñïå÷èâàåò ìãíîâåííóþ çàùèòó îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ âûõîäà. Êðîìå òîãî, îãðàíè÷èâàÿ óñèëåíèå â ïåòëå óïðàâëåíèÿ Q1, ýòîò ðåçèñòîð ïðåäîòâðàùàåò ãåíåðàöèþ ñõåìû. Òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç ìèêðîñõåìó U1 îò âûâîäà OUT ê øèíå VSS, âûçûâàåò ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ VR2 íà ðåçèñòîðàõ R2 è R3,

Q1 CMPT2222A

9.1W W R2 18W W R3

2

18W W

C1 1 µF

IN

OUT

C2 0.1 µF

C3 1 µF MAX1735EUK25 U1 SET

ÂÊË GND

5

3

ÂÛÊË ÂÊË

SHDN

GND

–2.5  320 ìÀ

4 1

Ðèñóíîê 1. Ïðîõîäíîé òðàíçèñòîð è ñâÿçàííûå ñ íèì ðåçèñòîðû óâåëè÷èâàþò âûõîäíîé òîê ýòîãî ëèíåéíîãî ðåãóëÿòîðà îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ íà 60%.

94

ÑÕÅÌÛ

Òàáëèöà 1. Êîìïîíåíòû, èñïîëüçóåìûå â ïðèìåðå ñõåìû Êîìïîíåíò

Îïèñàíèå

Êîðïóñ

Ðàññåèâàåìàÿ ìîùíîñòü

Äîïóñòèìàÿ ðàññåèâàåìàÿ ìîùíîñòü ïðè +85 °C

R1

Ðåçèñòîð 9.1 Îì ±5%

1206

250 ìÂò ñíèæåíèå íà 4.55 ìÂò/°C âûøå +70 °C

181.75 ìÂò

R2 , R 3

Ðåçèñòîð 18 Îì ±5%

1206

250 ìÂò ñíèæåíèå íà 4.55 ìÂò/°C âûøå +70 °C

181.75 ìÂò

Q1

NPN òðàíçèñòîð CMPT2222A SOT23-3

350 ìÂò ñíèæåíèå íà 2.8 ìÂò/°C âûøå +25 °C

82 ìÂò

U1

LDO MAX1735EUK25, 200 ìÀ

571 ìÂò ñíèæåíèå íà 7.1 ìÂò/°C âûøå +70 °C

464.5 ìÂò

SOT23-5

÷òî ïîçâîëÿåò Q1 ïðîïóñêàòü òîê íàãðóçêè, êîãäà VR2 ïðèáëèæàåòñÿ ê ïîðîãîâîìó íàïðÿæåíèþ áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q1. Ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå ýòî ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî 0.7 Â. Âûáåðèòå ñîïðîòèâëåíèÿ R1, R2 è R3 òàêèìè, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ R2, R3 è Q1 ïðè ìàêñèìàëüíîì òîêå íàãðóçêè (â äàííîì ñëó÷àå 320 ìÀ), íå ïðåâûøàåò äîïóñòèìûõ çíà÷åíèé. Ïðè âûõîäíîì òîêå 320 ìÀ ÷åðåç U1 ïðîõîäèò òîê 200 ìÀ, à ÷åðåç òðàíçèñòîð Q1 – 120 ìÀ. Ïðè ìàêñèìàëüíîì òîêå íàãðóçêè êîìïîíåíòû ðàññåèâàþò ñëåäóþùóþ ìîùíîñòü:

PR1 = I R2 1 × R1 = 120 ìÀ 2 × 9.1 Îì » 131 ìÂò ;

PR 3 = I R2 3 × R3 = 100 ìÀ 2 × 18 Îì » 180 ìÂò ;

PU1 = VU1 ×IU1 = ( VSS - VR 2 - VOUT ) ×IU1 = = (5  - 1.8  - 2.5 Â) × 200 ìÀ » 140 ìÂò . ×òîáû óâåëè÷èòü âûõîäíîé òîê, ìîæíî ëåãêî èçìåíèòü ñõåìó, óâåëè÷èâ äîïóñòèìóþ ìîùíîñòü ðàññåèâàíèÿ ýëåìåíòîâ R1, R2, R3 è Q1.  Òàáëèöå 1 äàíû ïîäðîáíûå îïèñàíèÿ êîìïîíåíòîâ, íîìèíàëû êîòîðûõ ïîäîáðàíû äëÿ òîêà íàãðóçêè 320 ìÀ. Äëÿ ðàññåèâàíèÿ ìîùíîñòè ïå÷àòíàÿ ïëàòà äîëæíà èìåòü äîñòàòî÷íîå êîëè÷åñòâî ìåäè, ïîäêëþ÷åííîé ê âûâîäàì òåïëîâûäåëÿþùèõ êîìïîíåíòîâ. Òîãäà òåïëî ïðîõîäèò ÷åðåç âûâîäû êîìïîíåíòîâ ê ïå÷àòíîé ïëàòå, ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â îáëàñòè ìåäè è âûõîäèò èç ïëàòû çà ñ÷åò êîíâåêöèè. ÐË

PQ1 = VQ1 ×IQ1 = ( VSS - VR1 - VOUT ) ×IQ1 = = (5  - 1.1  - 2.5 Â) × 120 ìÀ » 168 ìÂò ; PR 2 = I R2 2 × R2 = 100 ìÀ 2 × 18 Îì » 180 ìÂò ;

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX1735 2. Datasheet Central Semiconductor CMPT2222A

95

SEPIC ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì 5  ïðè òîêå íàãðóçêè 100 ìÀ Dongyan Zhou EDN

Ä

Äëÿ íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèé òðåáóþòñÿ âõîäíûå íàïðÿæåíèÿ, ïðåâûøàþùèå ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèå âûâîäà ïèòàíèÿ ìèêðîñõåìû.  ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ è SEPIC (ïðåîáðàçîâàòåëü ñ íåñèììåòðè÷íî íàãðóæåííîé ïåðâè÷íîé èíäóêòèâíîñòüþ) ìîæíî îòäåëèòü âûâîä VIN ìèêðîñõåìû îò âõîäíîãî äðîññåëÿ è äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ìèêðîñõåìû èñïîëüçîâàòü ïðîñòîé ðåãóëÿòîð íà ñòàáèëèòðîíå. Íà

VIN

Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí SEPIC, ïðåîáðàçóþùèé âõîäíîå íàïðÿæåíèå îò 4  äî 28  â íàïðÿæåíèå 5  ïðè òîêå íàãðóçêè 100 ìÀ.  ýòîì ïðèëîæåíèè âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðåâûøàåò äîïóñòèìîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå IC1, ïîòîìó íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ äëÿ ìèêðîñõåìû ôîðìèðóåòñÿ ñõåìîé íà òðàíçèñòîðàõ Q1 è Q2. Äëÿ ýêîíîìèè çàòðàò âìåñòî ñòàáèëèòðîíà â ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ òðàíçèñòîð Q1. Ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèå ïåðåõîäà ýìèòòåð-

L1

4 … 28 Â

C2

47 µH 47k

Q2 2N7002

Q1 2N3904 4 C1 1 µF ÍÅ ÏÎÄÊËÞ×ÅÍ

0.22 µF

SHDN

5

1

VIN

SW

IC1 LT1613

FB

3

D1

L2 47 µH

C3 15 µF

VOUT 5 Â, 100 ìÀ

100k, 1%

GND 2

32.4k, 1%

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: L1, L2 – MURATA LQH3C470K34.

D1 – MOTOROLA MBR0540T3.

Ðèñóíîê 1. Â ýòîì SEPIC ñ øèðîêèì äèàïàçîíîì âõîäíûõ íàïðÿæåíèé òðàíçèñòîð Q1 çàìåíÿåò ñòàáèëèòðîí.

96

ÑÕÅÌÛ

áàçà äàåò ñòàáèëüíîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå 6 Â. Èñòîêîâûé ïîâòîðèòåëü íà òðàíçèñòîðå Q2 áóôåðèçóåò íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ äëÿ ìèêðîñõåìû. Ýòà ñõåìà ñëóæèò äåìîíñòðàöèåé íåäîðîãîãî ñïîñîáà ðàñøèðåíèÿ âõîäíîãî äèàïàçîíà èìïóëüñíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ.

SEPIC ìîæåò ïîâûøàòü èëè ïîíèæàòü âõîäíîå íàïðÿæåíèå. Ïîñêîëüêó ïëàâàþùèé êîíäåíñàòîð C2 ðàçðûâàåò ïóòü ïîñòîÿííîãî òîêà îò âõîäà ê âûõîäó, ïðè âûêëþ÷åíèè

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

óñòðîéñòâà âûõîä îòñîåäèíÿåòñÿ îò âõîäà, èñêëþ÷àÿ ëþáóþ âîçìîæíîñòü ïðîòåêàíèÿ òîêà íàãðóçêè, ÷òî âàæíî äëÿ ïîðòàòèâíûõ ïðèëîæåíèé, è ïðåäîòâðàùàåò ïîÿâëåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Linear Technology LT1613 2. Datasheet Microchip 2N7002 3. Datasheet ON Semiconductor MBR0540T3

97

Ãåíåðàòîð ñ ìîäóëÿöèåé àìïëèòóäû è ðåãóëèðîâêîé øèðèíû ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ Michael Fisch EDN

Í

Íåñêîëüêî ëåò íàçàä ÿ ðàáîòàë â êîìïàíèè, âûïóñêàþùåé äèñêîâûå íàêîïèòåëè. Ó íàñ áûë ãàëüâàíè÷åñêèé ó÷àñòîê, ãäå äëÿ óïðàâëåíèÿ âûñîêîâîëüòíîé óñòàíîâêîé íàíåñåíèÿ ïîêðûòèé òðåáîâàëèñü ïðÿìîó5Â

ãîëüíûå èìïóëüñû. Çàäà÷ó óñëîæíÿëî òî, ÷òî êàê øèðèíà ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ, òàê è èõ êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ äîëæíû áûëè áûòü ïåðåìåííûìè. Êðîìå òîãî, äîëæíà áûëà ðåãóëèðîâàòüñÿ àìïëèòóäà èìïóëüñîâ.

5Â

R1 100k

14 C1 4.7 µF

15

5Â 1 2 2.2k

R3 100k

R2 5.1k

3

R4 5.1k ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ ØÈÐÈÍÛ ÈÌÏÓËÜÑÀ

ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ ×ÀÑÒÎÒÛ 6

CEXT C2 4.7 µF

REXT/CEXT A

IC1B 74LS123

7 9

B

Q

CLR

Q

13

10

4

11

12 Â

CEXT –12 Â REXT/CEXT IC1A A 74LS123

10k 1 µF Q

B CLR

Q

6 _

5 12

4

2.2 µF

IC2A LT1057 5

+

10k

7

5Â 12 Â 2.2k

330 pF

2 _

4 1N4148

IC2B LT1057 3 2.2 µF

3

+

7 1

IC3 1N4148 OPA627 2 _

–12 Â

7.5k

D1 1N4148

8

1k

ÓÏÐÀÂËÅÍÈÅ ÀÌÏËÈÒÓÄÎÉ 0 … 12 Â DC

D2 1N4148

6

VOUT 1 2

4 5

1

+ 8 12 Â

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü ÷àñòîòîé âûõîäíûõ èìïóëüñîâ è ìîäóëèðîâàòü èõ àìïëèòóäó.

98

ÑÕÅÌÛ

Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 îòâå÷àåò âñåì ýòèì êðèòåðèÿì. Ñõåìà ôîðìèðóåò îäíîïîëÿðíûå (ðåãóëèðóåìûå îò 0 äî 12 Â) èìïóëüñû ñ óïðàâëÿåìîé ÷àñòîòîé è øèðèíîé. Çàäàþùèé ãåíåðàòîð ñäåëàí íà ïåðâîé ïîëîâèíå ñäâîåííîãî æäóùåãî ìóëüòèâèáðàòîðà ñ ïåðåçàïóñêîì (IC1A). Åãî ÷àñòîòà îïðåäåëÿåòñÿ 100-êèëîîìíûì ïîòåíöèîìåòðîì R1, à òàêæå ýëåìåíòàìè R2 è C1. R3, R4 è C2 óñòàíàâëèâàþò øèðèíó èìïóëüñà âî âòîðîé ñåêöèè ìóëüòèâèáðàòîðà IC1B. Íà âûõîäå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ IC2A, ñâÿçàííîãî ïî ïåðåìåííîìó òîêó è âêëþ÷åííîãî áåç îáðàòíîé ñâÿçè, ðàçìàõ èìïóëüñîâ óâåëè÷èâàåòñÿ äî ±12 Â.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

Äèîäû D1 è D2 óñòðàíÿþò îòðèöàòåëüíûå âûáðîñû íà ôðîíòàõ èìïóëüñîâ. Âòîðàÿ ïîëîâèíà îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (IC2B) ñëóæèò äëÿ ñäâèãà óðîâíÿ è ïîçâîëÿåò ðåãóëèðîâàòü àìïëèòóäó â äèàïàçîíå îò 0 äî 12 Â. Óðîâåíü âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ìîæíî ìîäóëèðîâàòü íèçêî÷àñòîòíûì ñèãíàëîì, ïîäàâàåìûì íà âõîä óïðàâëåíèÿ àìïëèòóäîé. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments SN74LS123 2. Datasheet Analog Devices LT1057 3. Datasheet Texas Instruments OPA627

99

Ïðîñòîå çàðÿäíîå óñòðîéñòâî äëÿ NiCd àêêóìóëÿòîðîâ ñ èíäèêàöèåé óðîâíÿ çàðÿäà Abel Raynus Electronic Design

ÍÍèêåëü-êàäìèåâûå àêêóìóëÿòîðû (NiCd)

Íåçàâèñèìî îò ñêîðîñòè, çàðÿäêà àêêóìóëÿòîðà äîëæíà îñóùåñòâëÿòüñÿ ïîñòîÿííûì òîêîì. Êðîìå òîãî, êîëè÷åñòâî ýíåðãèè, ïîäàâàåìîé â àêêóìóëÿòîð, äîëæíî ïðåâûøàòü åãî ôàêòè÷åñêóþ åìêîñòü, ÷òîáû êîìïåíñèðîâàòü ïîòåðè âî âðåìÿ çàðÿäêè. Îäíàêî ïðè ðàçðàáîòêå çàðÿäíîãî óñòðîéñòâà íåîáõîäèìî ðåøèòü äâå ïðîáëåìû: êàê

øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â áûòîâîé ýëåêòðîíèêå èç-çà èõ âûñîêîé óäåëüíîé ýíåðãîåìêîñòè, äëèòåëüíîãî ñðîêà ñëóæáû è íèçêîé ñêîðîñòè ñàìîðàçðÿäà. Ñòàíäàðòíûå íèêåëü-êàäìèåâûå ýëåìåíòû ìîæíî çàðÿæàòü ñ ðàçíûìè ñêîðîñòÿìè: áûñòðàÿ çàðÿäêà ñèëüíûì òîêîì èëè íî÷íàÿ çàðÿäêà ìàëûì òîêîì.

+5 Â

1

IC2 LM78L05

C1 0.1 µF

3

1

75% 50% 25%

LED4

2

LED3

3

LED2

4

LED1

6

Ïüåçîèçëó÷àòåëü

IC3 LM317 2

1 100%

+9 Â

3

2

R3 10

PA5

120 ìÀ

IC1 PA4 MC68HC908QT1 PA0

PA3

7

Çàðÿæàåìûé àêêóìóëÿòîð

+ –

R2 200k

3 2

Q2 2N3904

2 PA1

R1 100k 8

Q1 IRF520

1

1

3

Ðèñóíîê 1. Ïîñòîÿííûé çàðÿäíûé òîê, ôîðìèðóåìûé ëèíåéíûì ðåãóëÿòîðîì íàïðÿæåíèÿ è ðåçèñòîðîì, êîììóòèðóåòñÿ òðàíçèñòîðîì Q1, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, óïðàâëÿåòñÿ âûõîäîì ìèêðîêîíòðîëëåðà. ×åòâåðêà ñâåòîäèîäîâ, òàêæå óïðàâëÿåìûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîì, ïîêàçûâàåò ïîëüçîâàòåëþ ñîñòîÿíèå çàðÿäà.

100

ÑÕÅÌÛ

óñòàíîâèòü ïðàâèëüíîå çíà÷åíèå çàðÿäíîãî òîêà è êàê îñòàíîâèòü ïðîöåññ çàðÿäêè, ÷òîáû íå äîïóñòèòü ïåðåçàðÿäà, êîãäà àêêóìóëÿòîð ïîëíîñòüþ çàðÿæåí. Îïèñàííîå â ñòàòüå ïðîñòîå è íåäîðîãîå çàðÿäíîå óñòðîéñòâî ðåøàåò îáå ïðîáëåìû. Ñàìûé äåøåâûé è áåçîïàñíûé ñïîñîá çàðÿäêè NiCd àêêóìóëÿòîðà – ýòî çàðÿäêà â òå÷åíèå 16 ÷àñîâ òîêîì, ðàâíûì 10% îò åãî íîìèíàëüíîé åìêîñòè. Èñïîëüçóåìûé àêêóìóëÿòîðíûé áëîê ñîäåðæèò äâà NiCd ýëåìåíòà òèïîðàçìåðà AA åìêîñòüþ 1200 ìÀ·÷, ïîýòîìó àêêóìóëÿòîð äîëæåí çàðÿæàòüñÿ òîêîì 120 ìÀ.  óñòðîéñòâå, ñõåìà êîòîðîãî ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1, ïîñòîÿííûé çàðÿäíûé òîê ôîðìè-

ðóåòñÿ ñòàáèëèçàòîðîì òîêà, ñîñòîÿùèì èç ëèíåéíîãî ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ IC3 (LM317) è ðåçèñòîðà R3, ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî äîëæíî áûòü ðàâíî 1.25 Â/120 ìÀ, ÷òî ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 10 Îì.  êà÷åñòâå êîììóòèðóþùåãî òðàíçèñòîðà áûë âûáðàí MOSFET Q1 (IRF520) èç-çà åãî íèçêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ 0.3 Îì â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè. Ëó÷øèé ñïîñîá çàðÿäêè – èñïîëüçîâàíèå òàéìåðà, âûêëþ÷àþùåãî çàðÿäíîå óñòðîéñòâî ïî èñòå÷åíèè 16 ÷àñîâ. Òàêîé ïîäõîä íå òðåáóåò äàò÷èêà îêîí÷àíèÿ çàðÿäà è ãàðàíòèðóåò ïîëíóþ çàðÿäêó àêêóìóëÿòîðà. Ôóíêöèþ îòñ÷åòà âðåìåíè âûïîëíÿåò ìèêðîêîíòðîëëåð IC1, êîòîðûé òàêæå èíäèöèðóåò ñîñòîÿíèå çàðÿäà ñ ïîìîùüþ ñâåòîäèîäîâ.

Ñòàðò Èíèöèàëèçàöèÿ Íà÷àëî çàðÿäêè Ãëàâíûé öèêë

Íåò

TOF = 1? Äà Èíêðåìåíò ñ÷åò÷èêà CNT Äà

CNT > 1/4 MAX_CNT? Íåò Èçìåíèòü ñîñòîÿíèå LED1 íà ïðîòèâîïîëîæíîå

Âêëþ÷èòü LED1 Äà

CNT > 1/2 MAX_CNT? Íåò Èçìåíèòü ñîñòîÿíèå LED2 íà ïðîòèâîïîëîæíîå

Âêëþ÷èòü LED2 Äà

CNT > 3/4 MAX_CNT? Íåò Èçìåíèòü ñîñòîÿíèå LED3 íà ïðîòèâîïîëîæíîå

Âêëþ÷èòü LED3 Äà

CNT > MAX_CNT? Íåò Èçìåíèòü ñîñòîÿíèå LED4 íà ïðîòèâîïîëîæíîå

Âêëþ÷èòü LED4 Îñòàíîâèòü çàðÿäêó Êîíåö

Ðèñóíîê 2. Áëîê-ñõåìà îïèñûâàåò ïðîñòîé êîä ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ïðîâåðêè óðîâíÿ è ïîøàãîâîé èòåðàöèè äëÿ óïðàâëåíèÿ ñâåòîäèîäàìè èíäèêàöèè çàðÿäà.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

101

 îïèñûâàåìîì ïðîåêòå ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ ëþáîé ìèêðîêîíòðîëëåð.  äàííîì ñëó÷àå áûë âûáðàí âûïóñêàåìûé NXP 8âûâîäíîé ïðèáîð MC68HC908QT1. Êàæäûé ýòàï çàðÿäêè îáîçíà÷àåòñÿ âêëþ÷åíèåì ñîîòâåòñòâóþùåãî ñâåòîäèîäà. Êîëè÷åñòâî ýòàïîâ îïðåäåëÿåòñÿ êîëè÷åñòâîì äîñòóïíûõ âûõîäîâ ìèêðîêîíòðîëëåðà, êîòîðûå ìîæíî èñïîëüçîâàòü áåç êàêèõ-ëèáî äîïîëíèòåëüíûõ êîìïîíåíòîâ. Ïîñêîëüêó ìèêðîêîíòðîëëåð èìååò ïÿòü âûõîäîâ, îäèí èç íèõ ñëóæèò äëÿ çàïóñêà çàðÿäêè, à ÷åòûðå ìîãóò óïðàâëÿòü èíäèêàöèåé ýòàïîâ. Äëÿ ìèíèìèçàöèè êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ èñïîëüçîâàíû ñâåòîäèîäû ñ âñòðîåííûìè ðåçèñòîðàìè (WP710A10YD5V). ×òîáû ñäåëàòü ïðîöåññ áîëåå íàãëÿäíûì, ýòè ñâåòîäèîäû äîëæíû áûòü ðàñïîëîæåíû âíóòðè êîíòóðà àêêóìóëÿòîðà, íàðèñîâàííîãî âîêðóã íèõ, è òîãäà ïîñëåäîâàòåëüíîå âêëþ÷åíèå ñâåòîäèîäîâ áóäåò ÷åòêî èëëþñòðèðîâàòü õîä çàðÿäêè. Öåëåñîîáðàçíî âûáðàòü èíòåðâàëû âðåìåíè îäèíàêîâûìè, ïðè ýòîì ñâåòîäèîäû áóäóò ïîêàçûâàòü 25%, 50%, 75% è 100% âðåìåíè çàðÿäà àêêóìóëÿòîðà. Ïðîãðàììà íà÷èíàåò ìèãàòü ñîîòâåòñòâóþùèì ñâåòîäèîäîì â íà÷àëå êàæäîãî âðåìåííîãî èíòåðâàëà è äî åãî îêîí÷àíèÿ. Ïîñëå ýòîãî ñâåòîäèîä ãîðèò ïîñòîÿííî. Ïî çàâåðøåíèè çàðÿäêè âñå ÷åòûðå ñâåòîäèîäà îñòàþòñÿ âêëþ÷åííûìè, òàê ÷òî ñòàòóñ çàðÿäà â ëþáîå âðåìÿ èçâåñòåí ïîëüçîâàòåëþ. ( êà÷åñòâå äîïîëíèòåëüíîé ôóíêöèè ìîæíî äîáàâèòü ïüåçîèçëó÷àòåëü äëÿ ïîäà÷è çâóêîâîãî ñèãíàëà â êîíöå çàðÿäêè). Áëîê-ñõåìà ïðîãðàììû ìèêðîêîíòðîëëåðà, èçîáðàæåííàÿ íà Ðèñóíêå 2, î÷åíü ïðîñòà. (Òåêóùåå ñîñòîÿíèå ñ÷åò÷èêà ïåðèîäîâ îáîçíà÷åíî êàê CNT).

102

Ïåðèîä ìèãàíèÿ ñâåòîäèîäà óñòàíîâëåí ðàâíûì îäíîé ñåêóíäå. Âñòðîåííûé ãåíåðàòîð ìèêðîêîíòðîëëåðà ðàáîòàåò íà ÷àñòîòå 12.8 ÌÃö, îáåñïå÷èâàÿ äëèòåëüíîñòü öèêëà 312.5 íñ. Ïðè óñòàíîâêå êîýôôèöèåíòà ïåðåñ÷åòà ïðåäâàðèòåëüíîãî äåëèòåëÿ òàéìåðà, ðàâíûì 64, è çàïèñè â ðåãèñòð òàéìåðà ÷èñëà 50,000 (C350H) ïåðèîä ïåðåïîëíåíèÿ òàéìåðà (TOF) ðàâåí îäíîé ñåêóíäå (0.3125 ìêñ × × 64 × 50,000). Ïðîãðàììà ïåðåêëþ÷àåò ñâåòîäèîä â êàæäîì ïåðèîäå TOF. Íî÷íàÿ «äîëãàÿ» çàðÿäêà äëèòñÿ 16 ÷àñîâ, ïðè ýòîì êîíñòàíòà ñ÷åò÷èêà MAX_CNT ðàññ÷èòûâàåòñÿ êàê 16 × 60 × 60 = 57,600 (E100H). Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì ìîæíî óñòàíîâèòü ëþáîå ìàêñèìàëüíîå âðåìÿ çàðÿäêè. Î÷åâèäíî, ÷òî æäàòü 16 ÷àñîâ äëÿ òåñòèðîâàíèÿ ïðîãðàììû íåóäîáíî, è áîëåå ïðàêòè÷íûì áûë áû òàêîé ïåðèîä, êàê, íàïðèìåð, 20 ìèíóò. Äëÿ ýòîãî áîëåå êîðîòêîãî ïåðèîäà êîíñòàíòà MAX_CNT äîëæíà áûòü óñòàíîâëåíà ðàâíîé 20 × 60 = 1200 (04B0H). Ïîñëå ââîäà ìàêñèìàëüíîãî âðåìåíè çàðÿäêè ïðîäîëæèòåëüíîñòü êàæäîãî èç ÷åòûðåõ âðåìåííûõ èíòåðâàëîâ áóäåò óñòàíîâëåíà ïðîãðàììîé àâòîìàòè÷åñêè. Ýòîò ïîäõîä î÷åíü ãèáîê è ïðè âûáîðå ñîîòâåòñòâóþùåãî ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðà R3 ïðèìåíèì äëÿ çàðÿäêè ëþáîãî NiCd àêêóìóëÿòîðà. Êðîìå òîãî, äëÿ óñòðîéñòâà ïîäîéäåò ìèêðîêîíòðîëëåð ïðàêòè÷åñêè ëþáîãî òèïà, ïîñêîëüêó ïðîãðàììà ïðîñòà è èñïîëüçóåò òîëüêî ñòàíäàðòíûå èíñòðóêöèè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet NXP MC68HC908QT1 2. Datasheet Fairchild LM317 3. Datasheet Vishay IRF520 4. Datasheet Kingbright WP710A10YD5V

ÑÕÅÌÛ

Âûáîð ëó÷øåãî òàéìåðà 555 äëÿ óïðàâëåíèÿ ìîùíûì MOSFET Michael Covington Electronic Design

Î

Îðèãèíàëüíûé áèïîëÿðíûé òàéìåð 555 – NE555 – îòëè÷íî ïîäõîäèò äëÿ óïðàâëåíèÿ çàòâîðîì ìîùíîãî MOSFET. Áîëåå íîâûå ÊÌÎÏ âåðñèè, òàêèå êàê LMC555 è TLC555, ïîòðåáëÿþò ìåíüøóþ ìîùíîñòü, íî èõ âûõîäíîé òîê íåäîñòàòî÷åí äëÿ ïîëíîöåííîãî óïðàâëåíèÿ çàòâîðîì, ÷òî äàæå ìîæåò áûòü ïðè÷èíîé ïîâðåæäåíèÿ ìèêðîñõåìû èççà íåñîîòâåòñòâèÿ íàãðóçêè. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ÷àñòü ñõåìû øèðîòíî-èìïóëüñíîãî (ØÈÌ) óïðàâëåíèÿ ÿðêîñòüþ 12-âîëüòîâîé ëàìïû íàêàëèâàíèÿ. Ïåðâîíà÷àëüíî â íåé èñïîëüçîâàëñÿ ÊÌÎÏ òàéìåð TLC555, âûõîäíîé êàñêàä êîòîðîãî íåðåäêî ïîâðåæäàëñÿ. Êðîìå òîãî, MOSFET (IRF4905) íàãðåâàëñÿ ïðè ðàáîòå. Âûâîä 3 ìèêðîñõåìû 555 áûë íàïðÿìóþ ïîäêëþ÷åí ê çàòâîðó MOSFET. Èññëåäîâàíèå ñ ïîìîùüþ îñöèëëîãðàôà ïîêàçàëî, ÷òî âðåìÿ íàðàñòàíèÿ è ñïàäà íàïðÿæåíèÿ çàòâîðà ñîñòàâëÿëî îêîëî 2 ìêñ, ïîýòîìó ïðè óñòàíîâëåííîé ÷àñòîòå ïåðå+12  NE555 Out

3

82

MOSFET IRF4905

Ëàìïà íàêàëèâàíèÿ 12 Â

Ðèñóíîê 1. ÊÌÎÏ òàéìåð TLC555 íå ñïîñîáåí îáåñïå÷èâàòü äîñòàòî÷íûé òîê äëÿ áûñòðîé çàðÿäêè åìêîñòè çàòâîðà è ïðè íåïîñðåäñòâåííîì ïîäêëþ÷åíèè ê çàòâîðó âûøåë èç ñòðîÿ (åìêîñòíàÿ íàãðóçêà 3500 ïÔ). Îäíàêî áèïîëÿðíàÿ ìèêðîñõåìà NE555 ñ äîïîëíèòåëüíûì çàùèòíûì ðåçèñòîðîì 82 Îì óïðàâëÿåò MOSFET IRF4905 áåçîïàñíî è íàäåæíî.

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

êëþ÷åíèÿ ØÈÌ 100 êÃö îêîëî 40% êàæäîãî ïåðèîäà èìïóëüñîâ óõîäèëî íà íàðàñòàíèå è ñïàä. Ýòî îáúÿñíÿëî, ïî÷åìó MOSFET áûë ãîðÿ÷èì. Áîëüøóþ ÷àñòü âðåìåíè îí íå áûë íè ïîëíîñòüþ âêëþ÷åí, íè ïîëíîñòüþ âûêëþ÷åí, à íàõîäèëñÿ â ïðîìåæóòî÷íîì ñîñòîÿíèè ñ áîëüøèìè ïîòåðÿìè. Òèïîâîå çíà÷åíèå âõîäíîé åìêîñòè ñîñòàâëÿåò 3500 ïÔ. Èñïîëüçóÿ õîðîøî èçâåñòíóþ ôîðìóëó äëÿ çàðÿäíîãî òîêà

I=C

dV , dt

ìîæíî íàéòè, ÷òî òîêè çàðÿäà è ðàçðÿäà çàòâîðà ïðè óïðàâëåíèè 12-âîëüòîâûìè ïðÿìîóãîëüíûìè èìïóëüñàìè ðàâíû ïðèìåðíî 21 ìÀ, ÷òî âäâîå áîëüøå äîïóñòèìîãî âûõîäíîãî òîêà ÊÌÎÏ âåðñèè òàéìåðà 555. Ýòî îáúÿñíÿåò ïðè÷èíó ïðîáëåìû. Íî ðåøàåòñÿ ýòà ïðîáëåìà î÷åíü ïðîñòî. ÊÌÎÏ ìèêðîñõåìà òàéìåðà áûëà çàìåíåíà íà áèïîëÿðíóþ NE555, äîïóñêàþùóþ âòåêàþùèé è âûòåêàþùèé òîêè äî 200 ìÀ, è áûë äîáàâëåí ðåçèñòîð 82 Îì, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî òîê âñåãäà áóäåò íèæå 150 ìÀ, à ÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ áûëà ñíèæåíà äî 3 êÃö, ÷òîáû ñîêðàòèòü äîëþ âðåìåíè, ïðîâîäèìîãî «íà íàêëîííîé ÷àñòè» èìïóëüñà. Ïîëó÷åííàÿ ñõåìà ðàáîòàëà áîëåå íàäåæíî, à MOSFET íå íàãðåâàëñÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Diodes NE555 2. Datasheet Texas Instruments TLC555 3. Datasheet Infineon IRF4905

103

Èñòî÷íèê òîêà ðàñøèðÿåò äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé ÎÓ Frank Chan EDN

Î

15V

15V R1 10k

1600 1400 1200 VOUT (ìÂ)

Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü (ÎÓ) LM324 – ýòî õîðîøèé è íåäîðîãîé âûáîð, îñîáåííî êîãäà íóæíî, ÷òîáû âõîäíûå íàïðÿæåíèÿ ìîãëè äîñòèãàòü óðîâíÿ çåìëè. Îäíàêî, õîòÿ äèàïàçîí åãî âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé ôîðìàëüíî âêëþ÷àåò â ñåáÿ çåìëþ, ïëîõàÿ íàãðóçî÷íàÿ ñïîñîáíîñòü îãðàíè÷èâàåò îáëàñòü åãî ïðèìåíåíèÿ. Ïðè âûõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ íèæå 0.5  äèàïàçîí âòåêàþùèõ òîêîâ, êîòîðûå ñïîñîáåí ïðèíÿòü ÎÓ, ñîñòàâëÿåò âñåãî îò 2 äî 100 ìêÀ. ×òîáû îïóñòèòü íèæíþþ ãðàíèöó ïîëåçíûõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé äî óðîâíÿ ìèëëèâîëüò, ìîæíî äîáàâèòü âíåøíþþ ñõåìó èñòî÷íèêà âòåêàþùåãî òîêà.

1000 800 600 400 200 0 0

200

400

600

800 1000 1200 1400 1600 VIN (ìÂ)

Ðèñóíîê 2. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ñòàíîâèòñÿ ëèíåéíîé, íà÷èíàÿ óæå ñ óðîâíÿ ìèëëèâîëüò.

15V 120

R4 3.9k

R3 3.6k

100

LM324

R2 10k

+

+

–

VOUT VOUT (ìÂ)

VIN

–

Q1

Q2

80 60 R4 = 3.9 êÎì R4 = 30 êÎì

40 20 0

Ðèñóíîê 1. Âíåøíèé èñòî÷íèê òîêà ìîæåò ñíèçèòü ïîëåçíûé óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óñèëèòåëÿ LM324 äî åäèíèö ìèëëèâîëüò.

104

0

20

40

60

80

100

120

VIN (ìÂ)

Ðèñóíîê 3. Ïðè òîêå íàãðóçêè 0.5 ìÀ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå èçìåíÿåòñÿ ëèíåéíî îò 4 ìÂ.

ÑÕÅÌÛ

1600 1400 1200 VOUT (ìÂ)

1000 800 600 400 200 0 0

500

1000 VIN (ìÂ)

1500

2000

Ðèñóíîê 4. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÎÓ LM324 áåç äîïîëíèòåëüíîãî èñòî÷íèêà òîêà.

 ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 Q1, Q2 è R3 îáðàçóþò èñòî÷íèê, ñíàáæàþùèé òîêîì âûõîä ìèêðîñõåìû LM324. R4 – ýòî íàãðóçêà, ïðè êîòîðîé âòåêàþùèé òîê ðàâåí 4 ìÀ. Òðàíçèñòîðû 2N2222 âûáðàíû äëÿ ýòîé ñõåìû èç-çà èõ íèçêîãî íàïðÿæåíèÿ íàñûùåíèÿ. Íàñûùåíèå âûõîäíîé õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû îïðåäåëÿåòñÿ íàïðÿæåíèåì íàñûùåíèå äîáàâëåííûõ

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ýòîãî èñòî÷íèêà òîêà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ëèíåéíî ñíèæàåòñÿ äî 22 ì íàä óðîâíåì çåìëè. Íà Ðèñóíêå 2 è Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíû âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû. Íàèìåíüøåå ïîëåçíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå çàâèñèò îò íàãðóçêè (âòåêàþùåãî òîêà). Ïðè òîêå íàãðóçêè 0.5 ìÀ (R4 = 30 êÎì) âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ëèíåéíî, íà÷èíàÿ ñ 4 ìÂ. Íà Ðèñóíêå 4 ïðåäñòàâëåíà ñîáñòâåííàÿ âûõîäíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÎÓ LM324 ïðè ñîïðîòèâëåíèè íàãðóçêè R4 = 3.9 êÎì áåç äîïîëíèòåëüíîãî èñòî÷íèêà âòåêàþùåãî òîêà. Èñòî÷íèê òîêà ïðåäñòàâëÿåò äëÿ LM324 ôèêñèðîâàííóþ íàãðóçêó. Îñòàâøèéñÿ íåèñïîëüçîâàííûì â êîðïóñå âòîðîé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü ìîæíî ñêîíôèãóðèðîâàòü êîìïàðàòîðîì íàïðÿæåíèÿ äëÿ îòêëþ÷åíèÿ èñòî÷íèêà òîêà ïðè âûõîäíîì íàïðÿæåíèè âûøå 1 Â. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM324 2. Datasheet CDIL 2N2222

105

Ïåðåêëþ÷àòåëü ñ öèôðîâûì óïðàâëåíèåì Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Ïðèâåäåíà ñõåìà ïåðåêëþ÷àòåëÿ íà ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ, ïîçâîëÿþùåãî ïðè ïîäà÷å íà äâà åãî âõîäà óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ óðîâíåé «ëîã. 0» è/èëè «ëîã. 1» ïåðåêëþ÷àòü 4 óñòðîéñòâà.

È

Èñïîëüçîâàíèå äâóõ óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ öèôðîâîãî óðîâíÿ («ëîã. 0» è «ëîã. 1») ïîçâîëÿåò ñ ïîìîùüþ äåøèôðàòîðîâ óïðàâëÿòü ðàáîòîé ÷åòûðåõ óñòðîéñòâ. Îáû÷íî â êà÷åñòâå òàêèõ äåøèôðàòîðîâ èñïîëüçóþò ÒÒË- èëè ÊÌÎÏ-ìèêðîñõåìû, ðàáîòàþùèå â îãðàíè÷åííîì äèàïàçîíå ïèòàþùèõ íàïðÿæåíèé è èìåþùèå êðàéíå îãðàíè÷åííóþ íàãðóçî÷íóþ ñïîñîáíîñòü. Íà Ðèñóíêå 1 ïðèâåäåíà ñõåìà ïåðåêëþ÷àòåëÿ ñ öèôðîâûì óïðàâëåíèåì, âûïîëíåííîãî íà ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ 2N7000 èëè åãî àíàëîãàõ, ñïîñîáíîãî ðàáîòàòü â øèðîêîì

äèàïàçîíå ïèòàþùèõ íàïðÿæåíèé è èìåþùåãî ïîâûøåííóþ íàãðóçî÷íóþ ñïîñîáíîñòü. Óñòðîéñòâî ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ïðè îòñóòñòâèè âõîäíûõ ñèãíàëîâ (âõîäû À è  ñîåäèíåíû ñ îáùåé øèíîé) òðàíçèñòîðû VT1–VT3 çàïåðòû, íà èõ ñòîêàõ ïðèñóòñòâóåò íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ. Òðàíçèñòîð VT4 îòêðûò, íà åãî ñòîêå íàïðÿæåíèå íèçêîãî, áëèçêîãî ê íóëþ óðîâíÿ. (Ñì. òàêæå òàáëèöó èñòèííîñòè íà Ðèñóíêå 1). Ïðè ïîäà÷å íà âõîä À íàïðÿæåíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ (óðîâíÿ «ëîã. 1») òðàíçèñòîð VT1 îòêðûâàåòñÿ (âõîä  ñîåäèíåí ñ îáùåé

+E

A

B Âûõîä

0 1 0 1

0 0 1 1

1 2 3 4

VT1…VT4 – 2N7000 VD1…VD7 – 1N4148 R7

R1 10ê

R2 10ê 2

3

R4 10ê

R5 200ê 4

R6 10ê 1

VT1 VT2

A

R3 200ê

VT3

VT4

200ê R8 B 200ê

Ðèñóíîê 1. Ïåðåêëþ÷àòåëü ÷åòûðåõ êàíàëîâ íà ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ, óïðàâëÿåìûé öèôðîâûìè ñèãíàëàìè ïî âõîäàì À è Â.

106

ÑÕÅÌÛ

øèíîé), âñå îñòàëüíûå òðàíçèñòîðû ïåðåõîäÿò â òîêîíåïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå. Íà ñòîêå òðàíçèñòîðà VT1 (âûõîä 1) óñòàíàâëèâàåòñÿ íàïðÿæåíèå íóëåâîãî óðîâíÿ (óðîâíÿ «ëîã. 0»). Ïðè ïîäà÷å íà âõîä  íàïðÿæåíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ (âõîä À ñîåäèíåí ñ îáùåé øèíîé) îòêðûâàåòñÿ òðàíçèñòîð VT2, íà åãî ñòîêå (âûõîä 2) íàïðÿæåíèå ïîíèæàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè äî íóëÿ. Íàãðóçêà òðàíçèñòîðà – ðåçèñòîð R2 (âûõîä 3) ïîäêëþ÷åí ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ. Íàêîíåö, åñëè íà îáà âõîäà ïåðåêëþ÷àòåëÿ ïîäàåòñÿ íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ, îòêðûâàåòñÿ òðàíçèñòîð VT3, ïîäêëþ÷àåòñÿ

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

íàãðóçêà – ðåçèñòîð R4 (âûõîä 4). Äèîäû øóíòèðóþò âõîäíûå öåïè îñòàëüíûõ òðàíçèñòîðîâ, ãàðàíòèðóÿ èõ çàêðûòîå ñîñòîÿíèå. Íà ðèñóíêå íîìèíàëû íàãðóçîê ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ âûáðàíû ðàâíûìè 10 êÎì â ðàñ÷åòå íà òî, ÷òî ñèãíàëû ñ âûõîäîâ óñòðîéñòâà áóäóò èñïîëüçîâàíû äëÿ óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé äðóãèõ öåïåé. Íà ïðàêòèêå íîìèíàë ýòèõ ðåçèñòîðîâ ìîæåò áûòü ïîíèæåí äî óðîâíÿ, îãðàíè÷åííîãî ïðåäåëüíî äîïóñòèìûì òîêîì èñïîëüçóåìûõ òðàíçèñòîðîâ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microchip 2N7000

107

Ìèêðîìîùíàÿ ñõåìà ñáðîñà Philip Simpson EDN

Ê

Êîãäà óñòðîéñòâî, óïðàâëÿåìîå ïðîöåññîðîì, äîëæíî ðàáîòàòü íàäåæíî, ðàçðàáîò÷èêè ÷àñòî ïðåäïî÷èòàþò ïåðèîäè÷åñêè ñáðàñûâàòü ïðîöåññîð, à íå ïîëàãàòüñÿ íà ñòîðîæåâîé òàéìåð.  ìàëîìîùíûõ ñèñòåìàõ ýòà ñõåìà ïåðèîäè÷åñêîãî ñáðîñà ìîæåò ïîòðåáëÿòü çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü ìîùíîñòè ñèñòåìû èëè ìîæåò íå ðàáîòàòü ïðè íèçêèõ íàïðÿæåíèÿõ.

VCC

VCC

10M

10M +

CP

MAX919 10M

1 nF

–

RP 270k

VCC D1 1N4148 ÂÛÕÎÄ ÑÁÐÎÑÀ

1R1

C1 7.1M 130 nF

Íà âûõîäå ñõåìû èìåþòñÿ äèôôåðåíöèàòîð è äèîäíûé îãðàíè÷èòåëü Ïåðèîä âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ìîæíî ðåãóëèðîâàòü, èçìåíÿÿ íîìèíàëû R1, C1 èëè îáîèõ êîìïîíåíòîâ. Øèðèíîé îòðèöàòåëüíîãî èìïóëüñà ñáðîñà ìîæíî óïðàâëÿòü, èçìåíÿÿ íîìèíàëû RP, CP èëè îáîèõ êîìïîíåíòîâ, à äëÿ èçìåíåíèÿ ïîëÿðíîñòè èìïóëüñà äîñòàòî÷íî ñìåíèòü ïîëÿðíîñòü âêëþ÷åíèÿ äèîäà D1. Íà Ðèñóíêå 2à ïîêàçàíû âûõîäíûå èìïóëüñû êîìïàðàòîðà, èìåþùèå ïåðèîä ïðèáëèçèòåëüíî 1.3 ñ. Ïåðèîä èìïóëüñîâ ìåíÿåòñÿ îò 1.308 ñ ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 4.5  äî 1.306 ñ ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 1.8 Â. Íà Ðèñóíêå 2á â äåòàëÿõ ïîêàçàí îòðèöàòåëüíûé èìïóëüñ ñáðîñà, èìåþùèé ôîðìó âûõîäíîãî ñèãíàëà íîðìàëüíîãî ðåëàêñàöèîííîãî ãåíåðàòîðà. Ýêñïîíåíöèàëüíûé èìïóëüñ ñáðîñà èìååò äëèòåëüíîñòü 100 ìêñ ïî óðîâíþ 30%.

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà ïîòðåáëÿåò ìåíåå 1 ìêÀ è êàæäûå 1.3 ñ âûðàáàòûâàåò 100ìèêðîñåêóíäíûé èìïóëüñ ñáðîñà.

Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ôîðìèðóåò îòðèöàòåëüíûå èìïóëüñû ñáðîñà äëèòåëüíîñòüþ 100 ìêñ. Ñõåìà ïîòðåáëÿåò ìåíåå 1 ìêÀ è ðàáîòàåò îò èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ îò 1.8 äî 5 Â.  äèàïàçîíå ïèòàþùèõ íàïðÿæåíèé èçìåíåíèÿ ïåðèîäà âûõîäíûõ èìïóëüñîâ íåçíà÷èòåëüíû. Ñõåìà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé àäàïòàöèþ îáû÷íîãî ðåëàêñàöèîííîãî ãåíåðàòîðà.

108

(à)

(á)

Ðèñóíîê 2. Êîìïàðàòîð â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 âûðàáàòûâàåò ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ñ ïåðèîäîì 1.3 ñ (à); íà âûõîäå äèôôåðåíöèðóþùåé öåïè ôîðìèðóåòñÿ îòðèöàòåëüíûé èìïóëüñ äëèòåëüíîñòüþ 100 ìêñ ïî óðîâíþ 30% (á).

ÑÕÅÌÛ

Áëàãîäàðÿ ïîòðåáëÿåìîìó òîêó 350 íÀ, äèàïàçîíó íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ îò 1.8 äî 5.5  è êîðïóñó SOT-23, ìèêðîñõåìà MAX919 èäåàëüíî ïîäõîäèò äëÿ ýòîãî ïðèëîæåíèÿ. Èçìåðåíèÿ â ñõåìå ïîêàçàëè, ÷òî åå ðàáî÷èé òîê ñîñòàâëÿåò ìåíåå 1 ìêÀ. Ñòîëü íèçêîå ïîòðåáëåíèå ïîçâîëÿåò ñõåìå ïðè ïèòàíèè îò ëèòèåâîãî ýëåìåíòà òèïîðàçìåðà AA ðàáîòàòü â òå÷åíèå 250 ëåò. Ïðè ðàçóìíîì âûáîðå êîìïîíåíòîâ ñõåìà ìîæåò ãåíåðèðîâàòü èìïóëüñû ñ ïåðèîäîì îò ìèëëèñåêóíä äî ìèíóò. ×òîáû îáåñïå÷èòü õîðîøóþ òåìïåðàòóðíóþ ñòàáèëü-

ÐàäèîËîöìàí 01,02-2021

íîñòü, ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü ìåòàëëîïëåíî÷íûå ðåçèñòîðû R1 è RP, à êîíäåíñàòîðû C1 è CP äîëæíû èìåòü äèýëåêòðèê òèïà NP0. Ïîëàãàÿ, ÷òî ëîãè÷åñêèé ïîðîã âõîäà ñáðîñà ñîñòàâëÿåò 30% îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàþùåé øèíû, äëÿ óñòàíîâêè øèðèíû è ïåðèîäà âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñëåäóþùèå ôîðìóëû: øèðèíà – »0.36RP CP, ïåðèîä – »0.4R1 C1. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX919

109

Æóðíàë äëÿ òåõ, êòî èíòåðåñóåòñÿ ýëåêòðîíèêîé

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

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