Rdlcmn11-122021 by shawdonna

Æóðíàë ðàçðàáîò÷èêîâ ýëåêòðîíèêè

WWW.RLOCMAN.RU

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Íîÿáðü-Äåêàáðü 2021 (117)

RC-ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÛ ÑÈÍÓÑÎÈÄÀËÜÍÛÕ ÑÈÃÍÀËÎÂ Ñ ÎÄÍÈÌ ÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÐÎÌ

ÐàäèîËîöìàí.Æóðíàë

www.rlocman.ru/magazine

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

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

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Íîÿáðü-Äåêàáðü 2021 (117)

Íîâîñòè 4 Renesas ïðåäñòàâëÿåò ïðîãðàììèðóåìûé èíòåëëåêòóàëüíûé äðàéâåð çàòâîðîâ äëÿ áåñùåòî÷íûõ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà

5 ACEINNA çàïóñêàåò â ïðîèçâîäñòâî ñèëüíîòî÷íûé äàò÷èê òîêà 6 Ñîâìåñòíûé ïðîäóêò Arduino Pro è Bosch Sensortec äåëàåò èíòåëëåêòóàëüíûå èçìåðåíèÿ äîñòóïíûìè äëÿ âñåõ

Ãëàâíûé ðåäàêòîð: À. Íèêîëàåâ

8 65-àìïåðíûé ÷èïñåò ePower êîìïàíèè EPC ìåíÿåò ïîäõîä ê ïðåîáðàçîâàíèþ ýíåðãèè 9 Analog Devices ïðåäñòàâèëà óëüòðàñòàáèëüíûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 10 Renesas ïðåäñòàâëÿåò ñåìåéñòâî 5-âîëüòîâûõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ RS-485/422 ñ ëó÷øåé â îòðàñëè óñòîé÷èâîñòüþ ê áûñòðûì ïåðåõîäíûì ïðîöåññàì

Äèðåêòîð: Ñ. Ìóðàò÷àåâ

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

Ñòàòüè 12 Æîíãëèðóåì ïðåðûâàíèÿìè: îñîáåííîñòè ðàáîòû ñ ìîäóëåì UART ìèêðîêîíòðîëëåðîâ STM8 26 Raspberry Pi Zero 2 W çà $15 óæå â ïðîäàæå 30 Ñðàâíåíèå ïîñëåäîâàòåëüíûõ è øóíòîâûõ ëèíåéíûõ ðåãóëÿòîðîâ íàïðÿæåíèÿ äëÿ 33 35 38 42 44 46 48 51

íåáîëüøèõ ôîòîãàëüâàíè÷åñêèõ áàòàðåé Ïðîñòîå èçìåðåíèå òåìïåðàòóðû ìèêðîêîíòðîëëåðîì ñ ïîìîùüþ äèîäà è êîíäåíñàòîðà Òî÷íîå èçìåðåíèå òîêà íàãðóçêè ñî ñòîðîíû «çåìëè» Äâóõïîëóïåðèîäíûé âûïðÿìèòåëü íà îäíîì òðàíçèñòîðå Ñëåäèòå çà ëþáîé êîìíàòîé âàøåãî äîìà ñ ïîìîùüþ Wi-Fi Íåòðàäèöèîííîå èñïîëüçîâàíèå âûõîäíîãî äðàéâåðà çàùèùàåò ìîíèòîð òîêà Òðàíçèñòîðíàÿ ïàðà óëó÷øàåò òî÷íîñòü ñõåìû èçìåðåíèÿ òîêà Ãåíåðàòîð ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ ñ êâàðöåâîé ñòàáèëèçàöèåé ÷àñòîòû Íàñòðîéêà êâàäðàòóðíîãî ýíêîäåðà íà ñëóõ

Ñõåìû Ïî âîïðîñàì ðàçìåùåíèÿ ðåêëàìû, ïóáëèêàöèè àâòîðñêèõ ìàòåðèàëîâ, ñ çàìå÷àíèÿìè è ïîæåëàíèÿìè îáðàùàòüñÿ: rlocman@rlocman.ru

+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

52 54 56 58 61 67 70 75 76 80 84 88 91 94 96 98 100 102 104 106 108 110 113 115 118 120 123 126 130 132 134 136

Ïðàâèëüíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü âêëþ÷åíèÿ íàïðÿæåíèé îáåñïå÷èâàåòñÿ äâóìÿ êîìïîíåíòàìè Ïðîñòûå äîïîëíåíèÿ ê àóäèîóñèëèòåëþ ïðåäîòâðàùàþò èñêàæåíèÿ ïðè áîëüøèõ Êîìïåíñàöèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ïîäâîäÿùèõ ïðîâîäîâ óëó÷øàåò ñòàáèëèçàöèþ Äèíàìè÷åñêàÿ ýëåêòðîííàÿ íàãðóçêà ñ ðåãóëèðóåìîé ñêîðîñòüþ íàðàñòàíèÿ Äâóõïîðîãîâûå òèðèñòîðû ON/OFF, ïåðåêëþ÷àåìûå ïî óðîâíþ âõîäíîãî ñèãíàëà Ñòðîáîñêîïè÷åñêàÿ ïðèñòàâêà ê îñöèëëîãðàôó ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ 1 ÃÃö Ïðîñòàÿ ñõåìà ýëåêòðîííîé íàãðóçêè äî 4.5 À ñ OLED äèñïëååì Àâòîìàòè÷åñêèé âûêëþ÷àòåëü ïðåäîòâðàùàåò ðàçðÿä àêêóìóëÿòîðà àâòîìîáèëÿ Èíòåðôåéñû, ðàáîòàþùèå íà îñíîâå òåõíîëîãèè «Touch'n'touch» Àíàëîãîâûé êàëüêóëÿòîð íà îñíîâå ØÈÌ îáåñïå÷èâàåò ÷åòûðåõêâàäðàíòíîå óìíîæåíèå è äåëåíèå Ãåíåðàòîð òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ, óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì Òåðìîñòàáèëüíûé 20-âàòòíûé óñèëèòåëü êëàññà AB Çàùèòà îò íåèñïðàâíîñòè ñ ïîìîùüþ ñëåäÿùåãî îãðàíè÷åíèÿ òîêà Ñõåìà àâòîìàòè÷åñêîãî îòêëþ÷åíèÿ áàòàðåéíîãî ïèòàíèÿ Òðåõôàçíûé ñèíóñ-ãåíåðàòîð ñ öèôðîâûì óïðàâëåíèåì Ñõåìà ïðîãðåññèðóþùåãî îãðàíè÷åíèÿ òîêà ëèíåéíîãî ðåãóëÿòîðà Óñèëèòåëü òî÷íî äåëèò íàïðÿæåíèå íà äâà RC-ãåíåðàòîðû ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ ñ îäíèì êîíäåíñàòîðîì Â ñõåìå ØÈÌ ôóíêöèþ òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà âûïîëíÿåò ïðåäîõðàíèòåëü Ãåíåðàòîð ñèíóñîèäàëüíûõ êîëåáàíèé íà îñíîâå ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîëíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñõåìà àâòîìàòè÷åñêîãî îòêëþ÷åíèÿ áàòàðåéíîãî ïèòàíèÿ ÊÌÎÏ èíâåðòîð ïðåîáðàçóåò ðàäèî÷àñòîòíûå ñèãíàëû â öèôðîâûå ëîãè÷åñêèå óðîâíè Ïîäêëþ÷åíèå öèôðîâîãî äàò÷èêà òåìïåðàòóðû âèòîé ïàðîé äëèíîé 1 êì Òîêîâûé óñèëèòåëü êëàññà AB ñ áîëüøèì ðàçìàõîì âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ Ñâîáîäíûå âûâîäû ìèêðîêîíòðîëëåðà ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êîíñòðóêöèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ Ïðîñòîé àíåìîìåòð íà îñíîâå ïîñëåäîâàòåëüíîé ïàðû òðàíçèñòîðîâ Ìîäåðíèçàöèÿ âèíòàæíîãî îñöèëëîãðàôà ñ ïîìîùüþ ëèíèè çàäåðæêè Ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû ñ ïàìÿòüþ ñîñòîÿíèÿ Çàðÿäîâûé íàñîñ ðàñøèðÿåò äèàïàçîí âõîäíûõ íàïðÿæåíèé òîêîèçìåðèòåëüíîãî óñèëèòåëÿ Òðàíñôîðìàòîð óïðàâëåíèÿ çàòâîðîì îáåñïå÷èâàåò áûñòðîå âûêëþ÷åíèå MOSFET Ñõåìà çàäåðæêè óïðàâëÿåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ âêëþ÷åíèÿ íàïðÿæåíèé Óïðàâëåíèå ðåçèñòèâíûì íàãðåâàòåëüíûì ýëåìåíòîì íå ñîçäàåò ïîìåõ ñèñòåìå

Renesas ïðåäñòàâëÿåò ïðîãðàììèðóåìûé èíòåëëåêòóàëüíûé äðàéâåð çàòâîðîâ äëÿ áåñùåòî÷íûõ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà Renesas Electronics àíîíñèðîâàëà èíòåëëåêòóàëüíûé äðàéâåð çàòâîðîâ RAA227063 äëÿ áåñùåòî÷íûõ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà. Íîâîå óñòðîéñòâî ïðîãðàììèðóåòñÿ ÷åðåç èíòåðôåéñ SPI, ÷òî ïîçâîëÿåò åìó ïîääåðæèâàòü êàê äâèãàòåëè ñ äàò÷èêàìè ïîëîæåíèÿ ðîòîðà, òàê è ïðèëîæåíèÿ áåç äàò÷èêîâ. Â äðàéâåðå ðåàëèçîâàíî ïðîãðàììèðîâàíèå íàïðÿæåíèÿ óïðàâëåíèÿ çàòâîðàìè, îáåñïå÷èâàþùåå ïîääåðæêó n-êàíàëüíûõ MOSFET, îáû÷íî èñïîëüçóåìûõ â êîíñòðóêöèÿõ èíâåðòîðîâ äâèãàòåëåé, à òàêæå GaN ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ, èñïîëüçóåìûõ òàì, ãäå òðåáóåòñÿ âûñîêàÿ ïëîòíîñòü ìîùíîñòè. RAA227063 ëåãêî àäàïòèðóåòñÿ äëÿ ïîääåðæêè ðàçëè÷íûõ òèïîâ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ, âêëþ÷àÿ øèðîêèé ñïåêòð ïðåäëîæåíèé Renesas.

Ïîìèìî óíèêàëüíîé ãèáêîñòè, òðåõôàçíûé äðàéâåð MOSFET RAA227063 îòëè÷àåòñÿ âûñîêîé ñòåïåíüþ èíòåãðàöèè. Îí ñîäåðæèò 500-ìèëëèàìïåðíûé ïîíèæàþùå-ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü äëÿ ïèòàíèÿ íèçêîâîëüòíîé ëîãèêè íåïîñðåäñòâåííî îò àêêóìóëÿòîðíîé áàòàðåè ñ áîëåå âûñîêèì ÊÏÄ (90%) ïî ñðàâíåíèþ ñ òðàäèöèîííûìè LDO (40%). Êðîìå òîãî, â óñòðîéñòâî èíòåãðèðîâàí 200-ìèëëèìïåðíûé LDO ðåãóëÿòîð, êîòîðûé ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïèòàíèÿ êàê ìèêðîêîíòðîëëåðà, òàê è äîïîëíèòåëüíîé àíàëîãîâîé ïåðèôåðèè. Òðè âñòðîåííûõ òîêîèçìåðèòåëüíûõ óñèëèòåëÿ ñ ïðîãðàììèðóåìûìè êîýôôèöèåíòàìè óñèëåíèÿ ïîçâîëÿþò ëåãêî íàñòðàèâàòü ñõåìó ïîä ðàçëè÷íûå êîíôèãóðàöèè äàò÷èêîâ òîêà.

Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè èíòåëëåêòóàëüíîãî äðàéâåðà çàòâîðîâ RAA227063 ! Âûñîêàÿ ñòåïåíü èíòåãðàöèè óïðîùàåò êîíñòðóêöèþ èíâåðòîðà è ïîçâîëÿåò àäàïòèðîâàòü ñõåìó ê ðàçëè÷íûì ìèêðîêîíòðîëëåðàì; ! Ïðîãðàììèðóåìîå íàïðÿæåíèå óïðàâëåíèÿ çàòâîðàìè ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü êàê ñ nêàíàëüíûìè MOSFET, òàê è ñ GaN ÌÎÏòðàíçèñòîðàìè; ! Ïîääåðæêà òðàïåöåèäàëüíîãî, ñèíóñîèäàëüíîãî è âåêòîðíîãî àëãîðèòìîâ óïðàâëåíèÿ; ! Èçìåðåíèå ïðîòèâî-ÝÄÑ óïðîùàåò áåññåíñîðíîå óïðàâëåíèå; ! Ïðîãðàììèðîâàíèå ÷åðåç SPI äëÿ ïîääåðæêè áåñùåòî÷íûõ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà ñ äàò÷èêàìè ïîëîæåíèÿ ðîòîðà íà îñíîâå ýíêîäåðîâ èëè ýëåìåíòîâ Õîëëà; ! Äî òðåõ ïðîãðàììèðóåìûõ êàíàëîâ èçìåðåíèÿ òîêà; ! Àäàïòèðóåòñÿ ïîä ðàçëè÷íûå ìèêðîêîíòðîëëåðû; ! Ðàñøèðåííûé íàáîð ôóíêöèé áåçîïàñíîñòè çàùèùàåò èíâåðòîð îò êàòàñòðîôè÷åñêèõ îòêàçîâ è îáåñïå÷èâàåò âûäà÷ó ïðåäóïðåæäåíèé î íåèñïðàâíîñòÿõ äëÿ îáëåã÷åíèÿ ïîèñêà è óñòðàíåíèÿ íåïîëàäîê;

Îöåíî÷íàÿ ïëàòà RTKA227063DE0000BU äëÿ òåñòèðîâàíèÿ ìèêðîñõåìû RAA227063.

ÍÎÂÎÑÒÈ

! Àäàïòèâíîå ìåðòâîå âðåìÿ ìèíèìèçèðóåò ïîòåðè ïåðåêëþ÷åíèÿ; ! Ñõåìà âûáîðêè è õðàíåíèÿ ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü äëÿ óïðàâëåíèÿ áåñùåòî÷íûìè äâèãàòåëÿìè ïîñòîÿííîãî òîêà ëþáûå ìèêðîêîíòðîëëåðû îáùåãî íàçíà÷åíèÿ, èìåþùèå íå ìåíüøå òðåõ ÀÖÏ è íå ìåíüøå òðåõ òàéìåðîâ.

Äîñòóïíîñòü RAA227063 óæå âûïóñêàåòñÿ â 48-êîíòàêòíîì êîðïóñå QFN ñ ðàçìåðàìè 7 ìì × × 7 ìì. Renesas ïðåäëàãàåò òàêæå îöåíî÷íûé íàáîð RTKA227063, ñîäåðæàùèé 500âàòòíûé èíâåðòîð, äëÿ óïðàâëåíèÿ êîòîðûì ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ ðàçëè÷íûå ïðîöåññîðíûå ïëàòû.

ACEINNA çàïóñêàåò â ïðîèçâîäñòâî ñèëüíîòî÷íûé äàò÷èê òîêà Ïîëíîñòüþ èçîëèðîâàííûé 65-àìïåðíûé äàò÷èê òîêà íà îñíîâå AMR äîñòóïåí â âåðñèÿõ 3.3 è 5 Â ACEINNA àíîíñèðîâàëà ñàìûé òî÷íûé è øèðîêîïîëîñíûé â îòðàñëè ñèëüíîòî÷íûé äàò÷èê òîêà MCx1101 ñ äèàïàçîíîì èçìåðåíèé ±65 À. Ýòîò îñíîâàííûé íà àíèçîòðîïíîì ìàãíåòîñîïðîòèâëåíèè (AMR) âûñîêîòî÷íûé äàò÷èê òîêà, îðèåíòèðîâàííûé íà ïðèëîæåíèÿ, â êîòîðûõ èñïîëüçóþòñÿ ñèëîâûå ïðèáîðû èç øèðîêîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ, èäåàëüíî ïîäõîäèò äëÿ øèðîêîãî ñïåêòðà ñèñòåì ïèòàíèÿ ñëåäóþùåãî ïîêîëåíèÿ. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ óæå äîñòóïíû êàê åäèíè÷íûå îáðàçöû, òàê è ïðîìûøëåííûå ïàðòèè íîâîãî ïðèáîðà.

Ìàëîå âðåìÿ îòêëèêà è øèðîêàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ MCx1101 èäåàëüíû äëÿ êîíòðîëÿ áûñòðîäåéñòâóþùèõ SiC è GaN èìïóëüñíûõ ñèëîâûõ êàñêàäîâ è ïîçâîëÿþò ðàçðàáîò÷èêàì ñèñòåì ïèòàíèÿ èñïîëüçîâàòü âîçìîæíîñòè ïîâûøåíèÿ ñêîðîñòè ïåðåêëþ÷åíèÿ è

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

âûáîðà áîëåå êîìïàêòíûõ êîìïîíåíòîâ, ïðåäîñòàâëÿåìûå øèðîêîçîííûìè êîììóòàòîðàìè. Âðåìÿ îòêëèêà íà âûõîäíîé ñêà÷îê òîêà ñîñòàâëÿåò âñåãî 0.3 ìêñ. MCx1101 òàêæå èìååò âñòðîåííûé ôëàã, êîòîðûé ïîìîãàåò ðåàëèçîâàòü êîíòðîëü ïåðåãðóçêè ïî òîêó, íåîáõîäèìûé â ñîâðåìåííûõ ñèñòåìàõ ïèòàíèÿ. Âðåìÿ ðåàêöèè íà òîêîâóþ ïåðåãðóçêó ìàëî è ñîñòàâëÿåò 0.2 ìêñ.

«Ïîëíîñòüþ èíòåãðèðîâàííûå äâóíàïðàâëåííûå äàò÷èêè òîêà MCx1101 êîìïàíèè ACEINNA îáåñïå÷èâàþò ãîðàçäî áîëåå âûñîêóþ òî÷íîñòü è äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí èçìåðåíèé ïîñòîÿííîãî è ïåðåìåííîãî òîêà ïî ñðàâíåíèþ ñ àëüòåðíàòèâíûìè ðåøåíèÿìè, – ãîâîðèò Òåîìàí Óñòóí (Teoman Ustun), âèöåïðåçèäåíò ïî ìàðêåòèíãó êîìïàíèè ACEINNA. – Íàïðèìåð, íîâûå âåðñèè ñ èçìåðÿåìûìè òîêàìè ±65 À èìåþò òèïîâóþ òî÷íîñòü ±3%. Íîâûé äàò÷èê òîêà, âûïóñêàåìûé â ñòàíäàðòíîì äëÿ îòðàñëè êîðïóñå SOIC-16 ñ íèçêîèìïåäàíñíûì ïóòåì èçìåðÿåìîãî òîê à

(0.9 ìÎì), ñåðòèôèöèðîâàí äëÿ èçîëèðîâàííûõ ïðèëîæåíèé ïî ñòàíäàðòàì UL/IEC/ EN60950-1». Â íîâîì äàò÷èêå òîêà ðåàëèçîâàíî óíèêàëüíîå ñî÷åòàíèå âûñîêîé òî÷íîñòè, ïîëîñû ÷àñòîò ñèãíàëà 1.5 ÌÃö ñ ýòàëîííîé äëÿ îòðàñëè çàâèñèìîñòüþ ôàçîâîãî ñäâèãà îò ÷àñòîòû, áûñòðîé ïåðåõîäíîé õàðàêòåðèñòèêè è íàïðÿæåíèÿ èçîëÿöèè 4.8 êÂ, ÷òî äåëàåò åãî èäåàëüíûì èçìåðèòåëåì òîêà â áûñòðîäåéñòâóþùèõ ñèñòåìàõ òîêîâîãî ðåãóëèðîâà-

íèÿ è çàùèòû, îáåñïå÷èâàþùèì âûñîêèå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, èíâåðòîðîâ è ïðèëîæåíèé óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëÿìè. Â äîïîëíåíèå ê íîâîé âåðñèè ñ äèàïàçîíîì èçìåðÿåìûõ òîêîâ ±65 À ñóùåñòâóþùåå ñåìåéñòâî äàò÷èêîâ ACEINNA âêëþ÷àåò 50-, 20- è 5-àìïåðíûå óñòðîéñòâà è ïðåäëàãàåòñÿ â âàðèàíòàõ êàê ñ ôèêñèðîâàííûì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ (MCA1101), òàê è ñ ëîãîìåòðè÷åñêèì óñèëåíèåì (MCR1101).

Ñîâìåñòíûé ïðîäóêò Arduino Pro è Bosch Sensortec äåëàåò èíòåëëåêòóàëüíûå èçìåðåíèÿ äîñòóïíûìè äëÿ âñåõ Ñàìàÿ ìàëåíüêàÿ íà ñåãîäíÿøíèé äåíü ïëàòà Arduino ãîòîâà âîñïðèíèìàòü è îñìûñëèâàòü ìèð: ñîâðåìåííûå òåõíîëîãèè ñî÷åòàþòñÿ ñ ïðîñòîé â èñïîëüçîâàíèè óíèâåðñàëüíîñòüþ ïåðâîãî ïðîäóêòà íîâîãî ñåìåéñòâà Nicla Arduino Pro è Bosch Sensortec îáúåäèíèëèñü, ÷òîáû óñòàíîâèòü íîâûé ñòàíäàðò èíòåëëåêòóàëüíûõ ñåíñîðíûõ ðåøåíèé. Nicla Sense ME – ýòî ñàìûé ïîñëåäíèé è ñàìûé ìèíèàòþðíûé ïðîäóêò Arduino Pro, â êîòîðîì èñïîëüçóåòñÿ òåõíîëîãèÿ äàò÷èêîâ Bosch ïîñëåäíåãî ïîêîëåíèÿ, ïîäíèìàþùàÿ âîçìîæíîñòè èçìåðåíèé è èíòåëëåêòà íà áåñïðåöåäåíòíûé óðîâåíü.

Êîáðåíäîâàÿ ïëàòà èíòåëëåêòóàëüíîãî äàò÷èêà äâèæåíèÿ ñ äåâÿòüþ ñòåïåíÿìè ñâîáîäû è 4D äàò÷èêà îêðóæàþùåé ñðåäû ñ ïîääåðæêîé èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü øèðîêèé ñïåêòð ïðèëîæåíèé äëÿ ðàçëè÷íûõ ñåãìåíòîâ ðûíêà Èíòåðíåòà âåùåé, ñîõðàíÿÿ ïðè ýòîì ïðîñòîòó èíòåãðàöèè è ìàñøòàáèðóåìîñòü, ïðèñóùèå Arduino.

Nicla Sense ME ïîñòàâëÿåòñÿ ñ ñåíñîðíîé ñèñòåìîé Bosch Sensortec BHI260AP AI, â êîòîðóþ èíòåãðèðîâàíû äàò÷èê äâèæåíèÿ, ìàãíèòîìåòð BMM150, äàò÷èê äàâëåíèÿ BMP390 è óíèêàëüíûé ñâåðõòî÷íûé âûñîêîëèíåéíûé ãàçîâûé äàò÷èê BME688 ñ èñêóññòâåííûì èíòåëëåêòîì, äîïîëíåííûé äàò÷èêàìè äàâëåíèÿ, âëàæíîñòè è òåìïåðàòóðû. Åãî ñïîñîáíîñòü âîñïðèíèìàòü è îáðàáàòûâàòü òàê ìíîãî ðàçëè÷íûõ òèïîâ äàííûõ óâåëè÷èâàåò àâòîíîìíîñòü è ñíèæàåò çàäåðæêè è ýíåðãîïîòðåáëåíèå, îáåñïå÷èâàÿ á?ëüøóþ êîíôèäåíöèàëüíîñòü è ñîêðàùàÿ îáúåì ïåðåäàâàåìûõ äàííûõ. «Ýòî êðîøå÷íàÿ ïëàòà ñ äåéñòâèòåëüíî îòëè÷íûì íàáîðîì äàò÷èêîâ è âûñîêîé âû÷èñëèòåëüíîé ìîùíîñòüþ, îòêðûâàþùàÿ ñîâåðøåííî íîâûé ñïåêòð ïðèëîæåíèé. Àâòîìàòèçàöèÿ óìíûõ çäàíèé, ìîáèëüíûå è íîñèìûå óñòðîéñòâà, ïðîìûøëåííîå è ïðîôåññèîíàëüíîå îáîðóäîâàíèå – âîò êëþ÷åâûå çàäà÷è, äëÿ ðåøåíèÿ êîòîðûõ ïðåäíàçíà÷åíà Nicla Sense ME», – ãîâîðèò Àäðèàíî ×èíåëëî (Adriano Chinello), ãëàâà Arduino Pro. Áîëåå òîãî, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî áëàãîäàðÿ ñâîåé íàäåæíîé êîíñòðóêöèè Nicla Sense ME ïîäõîäèò äëÿ ïðîåêòîâ, â êîòîðûõ íåîáõîäèìî ìàêñèìàëüíî èñïîëüçîâàòü âîçìîæíîñòè

ÍÎÂÎÑÒÈ

Ãàç

Li-po àêêóìóëÿòîð

Bluetooth

Ïðèìåð òèïè÷íîãî ðåøåíèÿ äëÿ äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû, âêëþ÷àþùåãî Arduino Nicla Sense ME, Arduino Portenta H7 è Li-Po àêêóìóëÿòîð.

èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà, åå ýíåðãîýôôåêòèâíîñòü è ÷åòêàÿ ñòðóêòóðà ïðîãðàììèðîâàíèÿ äåëàþò ïëàòó èäåàëüíîé òàêæå äëÿ èññëåäîâàòåëüñêèõ ïðîåêòîâ, áûñòðîãî ïðîòîòèïèðîâàíèÿ è ðàçðàáîòêè. Ôàêòè÷åñêè, ïëàòà óæå âêëþ÷åíà â «ñòàðòîâûé íàáîð», ïðåäîñòàâëÿåìûé âñåì êîìàíäàì, ó÷àñòâóþùèì â êîíêóðñå èííîâàöèé â îáëàñòè Èíòåðíåòà âåùåé Bosch Sensortec 2021, – óíèêàëüíîì îíëàéí-êîíêóðñå, â êîòîðîì ñòóäåíòû îáúåäèíÿþò àïïàðàòíûå è ïðîãðàììíûå èíñòðóìåíòû äëÿ ðàçðàáîòêè óâëåêàòåëüíûõ ðåøåíèé IoT, îñíîâàííûõ íà äàò÷èêàõ.

Ìàëî òîãî, Sense ME, ãäå «ME» îçíà÷àåò «Motion (äâèæåíèå)» è «Environment (îêðóæàþùàÿ ñðåäà)» – ëèøü ïåðâûé ïðîäóêò â íîâîì ñåìåéñòâå Nicla. Ýòà íîâàÿ ìîäóëüíàÿ ëèíåéêà èíòåëëåêòóàëüíûõ ïðîäóêòîâ, óäà÷íî íàçâàííàÿ â ÷åñòü ãðå÷åñêîé áîãèíè ïîáåäû, äîáàâèò â ýêîñèñòåìó Arduino íîâûé ðÿä ïðîñòûõ â èñïîëüçîâàíèè, ýêîíîìè÷íûõ, óíèâåðñàëüíûõ è äîñòóïíûõ èíñòðóìåíòîâ, êàê äëÿ ïðîäâèíóòûõ ïîëüçîâàòåëåé, òàê è äëÿ ýíòóçèàñòîâ.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Îñíîâíûå ïðåèìóùåñòâà Nicla Sense ME Nicla Sense ME îáúåäèíÿåò â ñåáå ìàëîïîòðåáëÿþùèå ñåíñîðíûå óçëû ñ âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûì ìîçãîì, ñïîñîáíûì íà âûñî÷àéøåì óðîâíå ðåøàòü çàäà÷è èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà è ìàøèííîãî îáó÷åíèÿ. Â ïëàòå ñî÷åòàþòñÿ ñêîðîñòü ïîäêëþ÷åíèÿ è ïðîñòîòà êîíôèãóðèðîâàíèÿ Arduino ñ ñîâðåìåííûìè êîìïîíåíòàìè Bosch Sensortec. Îíà ãîòîâà ê èñïîëüçîâàíèþ ñåãîäíÿ, íî òàêæå ñîîòâåòñòâóåò è òðåáîâàíèÿì áóäóùåãî, ïîñêîëüêó ïîçâîëÿåò óñòàíàâëèâàòü äîïîëíèòåëüíûå äàò÷èêè è ñîâìåñòèìà íå òîëüêî ñ ïåðñïåêòèâíûìè ïðîäóêòàìè Nicla, íî è ñ ñåìåéñòâàìè Arduino Pro MKR è Portenta. Âñå ýòî çàíèìàåò ïëîùàäü ëèøü 22.86 × × 22.86 ìì, ÷òî äåëàåò ïëàòó èäåàëüíûì âûáîðîì äëÿ ïðèëîæåíèé, òðåáóþùèõ êîìïàêòíûõ ðàçìåðîâ è íèçêîãî ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ. Nicla Sense ME ìîæåò ïèòàòüñÿ îò áàòàðåè è ëèáî èñïîëüçîâàòüñÿ êàê ïîëíîöåííàÿ àâòîíîìíàÿ ïëàòà, ëèáî ïîäêëþ÷àòüñÿ ê ïëàòå Arduino äëÿ ðàñøèðåíèÿ åå âîçìîæíîñòåé. Îò ïðîìûøëåííîãî Èíòåðíåòà âåùåé äî ñïîðòèâíîãî îáîðóäîâàíèÿ, îò ñðåäñòâ äîìàøíåé àâòîìàòèçàöèè äî óïðàâëåíèÿ ïðîôèëàêòè÷åñêèì îáñëóæèâàíèåì è îò êîíòðîëÿ êà÷åñòâà âîçäóõà äî ïðîòèâîêðàæíûõ ñèñòåì – êîìïàêòíàÿ è èíòåëëåêòóàëüíàÿ Nicla Sense ME ãîòîâà îáåñïå÷èòü ïîñòîÿííûé ìîíèòîðèíã äàííûõ ñ èñïîëüçîâàíèåì âîçìîæíîñòåé èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà â ëþáîì ìåñòå è äëÿ êàæäîãî. Ïëàòà Arduino Nicla Sense ME äîñòóïíà äëÿ ïðèîáðåòåíèÿ ïî öåíå ˆ59/$70.

65-àìïåðíûé ÷èïñåò ePower êîìïàíèè EPC ìåíÿåò ïîäõîä ê ïðåîáðàçîâàíèþ ýíåðãèè ! Êëþ÷åâûå îñîáåííîñòè èíòåãðàëüíîé ñõåìû EPC23101, èñïîëüçóþùåé çàïàòåíòîâàííóþ EPC òåõíîëîãèþ GaN ìèêðîñõåì, âêëþ÷àþò âñòðîåííûé ÌÎÏ-òðàíçèñòîð âåðõíåãî ïëå÷à ñ ñîïðîòèâëåíèåì îòêðûòîãî êàíàëà 3.3 ìÎì ñ äðàéâåðîì çàòâîðà, âõîäíîé ëîãè÷åñêèé èíòåðôåéñ, ñõåìó ñäâèãà óðîâíÿ, áóòñòðåïíóþ öåïü, áóôåðíûå ñõåìû äðàéâåðà çàòâîðà è âûõîä äðàéâåðà çàòâîðà äëÿ óïðàâëåíèÿ âíåøíèì eGaN ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîì íèæíåãî ïëå÷à.

Êîìïàíèÿ EPC àíîíñèðîâàëà íàáîð 100âîëüòîâûõ 65-àìïåðíûõ ìèêðîñõåì, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ DC/DC ïðåîáðàçîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ 48 Â â âû÷èñëèòåëüíûõ ïðèëîæåíèÿõ âûñîêîé ïëîòíîñòè, à òàêæå äëÿ äðàéâåðîâ 48-âîëüòîâûõ áåñùåòî÷íûõ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà, ýëåêòðîìîáèëåé, ðîáîòîòåõíèêè è áåñïèëîòíûõ ëåòàòåëüíûõ àïïàðàòîâ.

! eGaN ÌÎÏ-òðàíçèñòîð EPC2302 èìååò ñâåðõìàëîå ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòîãî êàíàëà, ðàâíîå âñåãî 1.8 ìÎì, à òàêæå î÷åíü íåáîëüøèå åìêîñòè çàòâîðà è íèçêèå çíà÷åíèÿ âûõîäíîé åìêîñòè è åìêîñòè çàòâîð-ñòîê. ! Îáà óñòðîéñòâà âûïóñêàþòñÿ â êîðïóñàõ QFN ñî ñíèæåííûì òåïëîâûì ñîïðîòèâëåíèåì è âñêðûòûì òåïëîîòâîäÿùèì îñíîâàíèåì, ðàñïîëîæåíèå âûâîäîâ êîòîðûõ îïòèìèçèðîâàíî äëÿ óäîáñòâà ìåæñîåäèíåíèé. Îáùàÿ ïëîùàäü íàáîðà, ñîñòàâëÿþùàÿ 7 ìì × 5 ìì, ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü èñêëþ÷èòåëüíî êîìïàêòíûå ðåøåíèÿ äëÿ ïðèëîæåíèé ñ ïîâûøåííîé ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè.

Íèòðèä-ãàëëèåâàÿ (eGaN) ìèêðîñõåìà EPC23101 è eGaN ÌÎÏ-òðàíçèñòîð EPC2302 îáðàçóþò íîâûé ÷èïñåò ePower, ñïîñîáíûé âûäåðæèâàòü ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå 100 Â è îáåñïå÷èâàòü òîê íàãðóçêè äî 65 À, ïåðåêëþ÷àÿñü ñ ÷àñòîòîé áîëåå 1 ÌÃö.

4 5

VDRV

CDRV 3

VDD Ëîãèêà ðàçðåøåíèÿ

VIN

Ñäâèã óðîâíÿ

150 k GND

HSIN

LSIN

Âåðõíåå ïëå÷î ìîñòà VBOOT 14 RBOOT 13 VIN 10, 12

Ñèíõð. áóòñòð.

CDD

CBOOT VIN

Äðàéâåð çàòâîðà

CIN SW 9, 11

Ëîãèêà + öåïè çàùèòû

VDRV VDD Ñîãëàñîâàíèå çàäåðæåê

Äðàéâåð çàòâîðà

RDRV 6 LGOUT 7

EPC2302

GND

EPC23101 8

PGND

Áëîê-ñõåìà ïðîòîòèïíîé ïëàòû EPC90142.

ÍÎÂÎÑÒÈ

Â ñõåìå ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ïîíèæàþùåãî íàïðÿæåíèå 48 Â äî 12 Â, ñâÿçêà EPC23101 è EPC2302 îáåñïå÷èâàåò ÊÏÄ 96% ïðè ÷àñòîòå ïåðåêëþ÷åíèÿ 1 ÌÃö è 97% ïðè ÷àñòîòå ïåðåêëþ÷åíèÿ 500 êÃö è ìîæåò îòäàâàòü â íàãðóçêó òîê 65 À, íàãðåâàÿñü ìåíåå ÷åì äî 50 °C.

Ïðîòîòèïíàÿ ïëàòà EPC90142.

eGaN ÌÎÏ-òðàíçèñòîð EPC2302.

Ñåìåéñòâî ïðîäóêòîâ ePower ïîçâîëÿåò ðàçðàáîò÷èêàì ëåãêî âîñïîëüçîâàòüñÿ ïðåèìóùåñòâàìè çíà÷èòåëüíîãî óëó÷øåíèÿ õàðàêòåðèñòèê, êîòîðûå ïðåäîñòàâèëà òåõíîëîãèÿ GaN. Èíòåãðèðîâàííûå óñòðîéñòâà óïðîùàþò êîíñòðóèðîâàíèå, ðàçâîäêó ïëàò è ñáîðêó, ýêîíîìÿò ìåñòî íà ïå÷àòíîé ïëàòå è ïîâûøàþò ÊÏÄ.

Ïðîòîòèïíàÿ ïëàòà Ïðîòîòèïíàÿ ïëàòà EPC90142 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé 100-âîëüòîâûé ïîëóìîñò ñ ìàêñèìàëüíûì âûõîäíûì òîêîì 65 À, ñîäåðæàùèé

ìèêðîñõåìó EPC23101 è GaN ÌÎÏ-òðàíçèñòîð EPC2302. Íàçíà÷åíèå ýòîé ïëàòû – óïðîñòèòü ïðîöåññ îöåíêè íàáîðà ìèêðîñõåì ePower. Ýòà ïëàòà ðàçìåðîì 50.8 ìì × 50.8 ìì ñ îïòèìèçèðîâàííûìè êîììóòàöèîííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè ñîäåðæèò âñå âàæíåéøèå êîìïîíåíòû, íåîáõîäèìûå äëÿ ëåãêîé îöåíêè íàáîðà.

Öåíû è äîñòóïíîñòü Ìèêðîñõåìû EPC23101 â ïàðòèÿõ èç 1000 óñòðîéñòâ ïðîäàþòñÿ ïî öåíå $5.28 çà øòóêó. Òðàíçèñòîðû EPC2302 â ïàðòèÿõ èç 1000 óñòðîéñòâ ïðîäàþòñÿ ïî öåíå $4.91 çà øòóêó. Îäíà ïðîòîòèïíàÿ ïëàòà EPC90142 ñòîèò $156.25.

Analog Devices ïðåäñòàâèëà óëüòðàñòàáèëüíûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ Analog Devices ïðåäñòàâèëà ïðåöèçèîííûé øóíòîâîé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæå-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

íèÿ ADR1399, îòëè÷àþùèéñÿ ïðåâîñõîäíîé òåìïåðàòóðíîé ñòàáèëüíîñòüþ â øèðîêîì äèàïàçîíå íàïðÿæåíèé, òåìïåðàòóð è ðàáî÷èõ òîêîâ. Âñòðîåííûé â àêòèâíûé ñòàáèëèòðîí íà ìîíîëèòíîé ïîäëîæêå êîíòóð ñòàáèëèçàöèè òåìïåðàòóðû ïðàêòè÷åñêè èñêëþ÷àåò èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ ñ òåìïåðàòóðîé. Âñå ïàðàìåòðû ñõåìû ïîäïîâåðõíîñòíîãî ñòàáèëèòðîíà ãàðàíòèðóþòñÿ ïðè ðàáî÷åì òîêå 3 ìÀ è îáåñïå÷èâàþò ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå øóìà (1.44 ìêÂ ïèê-ïèê â ïîëîñå îò 0.1 Ãö äî 10 Ãö) è ïðåâîñõîäíóþ äîëãîâðåìåííóþ ñòàáèëüíîñòü 7 ppm/ÖkHr (kHr – 1000 ÷àñîâ).

ADR1399 èìååò ãîðàçäî áîëåå íèçêîå âûõîäíîå äèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå (0.08 Îì), ÷åì ïðåäøåñòâåííèê LM399, ñíèæàÿ âëèÿíèå øóíòèðóþùåãî ðåçèñòîðà è èçìåíåíèé íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ íà âûõîäíîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå. ÂÈÄ ÑÂÅÐÕÓ

ÈÎÍ+

ÍÀÃÐÅÂÀÒÅËÜ–

ÍÀÃÐÅÂÀÒÅËÜ+

Í ÈÎÍ–

Êîíôèãóðàöèÿ âûâîäîâ ìèêðîñõåìû ADR1399.

Èäåàëüíûå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ADR1399 âêëþ÷àþò ñâåðõñòàáèëüíûå öèôðîâûå âîëüòìåòðû, ïðåöèçèîííîå êàëèáðîâî÷íîå îáîðóäîâàíèå è àíàëîãî-öèôðîâûå ïðåîáðàçîâàòåëè (ÀÖÏ) ñî ñâåðõâûñîêîé ïîâòîðÿåìîñòüþ õàðàêòåðèñòèê.

Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ! Óëüòðàñòàáèëüíûé øóíòîâîé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 7.05 Â; ! Íèçêèé òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò 0.2 ppm/°C; ! Ìàêñèìàëüíîå äèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå 0.08 Îì; ! Òèïîâîé âûõîäíîé øóì 1.84 ìêÂ ñ.ê.ç. â ïîëîñå ÷àñòîò 10 Ãö – 1 êÃö; ! Íà÷àëüíàÿ òî÷íîñòü â äèàïàçîíå îò –300 ìÂ äî +250 ìÂ;

! 4-âûâîäíîé ìåòàëëè÷åñêèé êîðïóñ TO-46; ! Ïðåäóñìîòðåí âíåøíèé òåïëîèçîëÿòîð; ! Çàìåíà óñòàðåâøåãî LM399.

Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ! Ïðåöèçèîííûå èñòî÷íèêè îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ ìóëüòèìåòðîâ; ! Ñòàíäàðòû íàïðÿæåíèÿ êàëèáðîâî÷íîãî îáîðóäîâàíèÿ; ! Ëàáîðàòîðíîå èçìåðèòåëüíîå îáîðóäîâàíèå; ! Ïðîìûøëåííûå ïðèáîðû êîíòðîëÿ è óïðàâëåíèÿ; ! Ñâåðõñòàáèëüíûå ïðåîáðàçîâàòåëè äàííûõ.

Öåíà è äîñòóïíîñòü Èñòî÷íèêè îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ADR1399 óæå ïîñòàâëÿþòñÿ çàêàç÷èêàì â 4-âûâîäíûõ ìåòàëëè÷åñêèõ êîðïóñàõ TO-46. Öåíà îäíîé ìèêðîñõåìû ïðè ïîêóïêå 1000 ïðèáîðîâ ñîñòàâëÿåò $10.27. Äîñòóïåí òàêæå îöåíî÷íûé íàáîð EVAL-ADR1399.

Îöåíî÷íàÿ ïëàòà ADR1399H-EBZ äëÿ óëüòðàñòàáèëüíîãî èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ADR1399.

Renesas ïðåäñòàâëÿåò ñåìåéñòâî 5-âîëüòîâûõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ RS-485/422 ñ ëó÷øåé â îòðàñëè óñòîé÷èâîñòüþ ê áûñòðûì ïåðåõîäíûì ïðîöåññàì Íîâûå äèôôåðåíöèàëüíûå ïðèåìîïåðåäàò÷èêè RS-485/422 äëÿ ïðèëîæåíèé ïðîìûøëåííîé àâòîìàòèçàöèè îáåñïå÷èâàþò óñòîé÷èâîñòü ê EFT äî ±5000 Â è ýëåêòðîñòàòè÷åñêèì ðàçðÿäàì äî ±16,000 Â Renesas Electronics ïðåäñòàâèëà ñåìåéñòâî RAA78815x 5-âîëüòîâûõ äèôôåðåíöèàëüíûõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ RS-485/422 ñ ëó÷øåé â îòðàñëè óñòîé÷èâîñòüþ ê áûñòðûì

ýëåêòðè÷åñêèì ïåðåõîäíûì ïðîöåññàì (electrical fast transient, EFT) äî ±5000 Â è çàùèòîé îò ýëåêòðîñòàòè÷åñêèõ ðàçðÿäîâ äî ±16,000 Â, ÷òî äåëàåò ýòè ïðîäóêòû èäåàëü-

ÍÎÂÎÑÒÈ

ðîâ è áåç íàðóøåíèÿ òðåáîâàíèé ïî ìàêñèìàëüíîé íàãðóçêå â 32 óñòðîéñòâà, ðåãëàìåíòèðîâàííûõ ñåòåâûì ñòàíäàðòîì RS-485. Â ðåçóëüòàòå ýòèõ èçìåíåíèé ñåìåéñòâî RAA78815x ïîçâîëèò ñíèçèòü çàòðàòû íà âíåäðåíèå è ïðîñòîè, ïîñêîëüêó îäíà ñåòü ìîæåò ïîääåðæèâàòü áîëüøå óçëîâ ñ ìåíüøåé âåðîÿòíîñòüþ ïðîáëåì, îáóñëîâëåííûõ ýëåêòðîñòàòè÷åñêèìè ðàçðÿäàìè è EFT.

Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äðàéâåðà (Â)

íûì ðåøåíèåì äëÿ ÷óâñòâèòåëüíûõ ê ïîìåõàì ñåòåé ïðîìûøëåííîé ñâÿçè. Øåñòü íîâûõ ïîëó- è ïîëíîäóïëåêñíûõ óñòðîéñòâ ïîâûøåííîé íàäåæíîñòè ñîîòâåòñòâóþò ñòàíäàðòàì ñâÿçè RS-485 è RS-422 è èäåàëüíî ïîäõîäÿò äëÿ ðàçëè÷íûõ ïðîìûøëåííûõ ñåòåé, ñåòåé óïðàâëåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèìè ïðîöåññàìè, ñèñòåì àâòîìàòèçàöèè çäàíèé, ïðîòÿæåííûõ ñåòåé è ñåòåâûõ ïðèëîæåíèé äëÿ êàìåð âèäåîíàáëþäåíèÿ. 3 2 1

RAA788158 Ñòàíäàðòíûé ïðèåìîïåðåäàò÷èê

0 –1 –2 –3

20 Ìáèò/c, êàáåëü UTP 50 ì, RÍ = 60 Îì 20 íñ/ÄÅË

Òèïîâûå âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè äðàéâåðîâ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ RAA78815xE.

Íîâûå óñòðîéñòâà ñîçäàíû íà îñíîâå óæå âûïóñêàåìûõ Renesas 5-âîëüòîâûõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ RS-485 ñåìåéñòâà ISL315x ïóòåì ïîâûøåíèÿ èõ óñòîé÷èâîñòè ê EFT. Â äîïîëíåíèå ê ëó÷øèì â îòðàñëè õàðàêòåðèñòèêàì EFT ñåìåéñòâî RAA78815x îáåñïå÷èâàåò èñêëþ÷èòåëüíûå óðîâíè äèôôåðåíöèàëüíûõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé, ñîñòàâëÿþùèå 3.1 Â íà òðåáóåìîé ñòàíäàðòîì RS-485 íàãðóçêå 54 Îì. Òîêè óòå÷êè íîâûõ âûñîêîñêîðîñòíûõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ íå ïðåâûøàþò 125 ìêÀ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò èñòèííî 1/8 åäèíèöû íàãðóçêè íà øèíó RS-485. Ðàçðàáîò÷èêè ìîãóò ïîäêëþ÷àòü ê îäíîé øèíå äî 512 ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ áåç èñïîëüçîâàíèÿ ðåïèòå-

Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ìèêðîñõåì ñåìåéñòâà RAA78815x ! Óñòîé÷èâîñòü ê EFT ±5000 Â; ! Óñòîé÷èâîñòü ê ðàçðÿäàì ñòàòè÷åñêîãî ýëåêòðè÷åñòâà ±16,000 Â: ! Äèôôåðåíöèàëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå 3.1 Â (òèïîâîå çíà÷åíèå) ïðè ñîïðîòèâëåíèè íàãðóçêè øèíû 54 Îì; ! Íèçêèå è óëüòðàíèçêèå òîêè: # òîê øèíû 125 ìêÀ, # òîê ïîòðåáëåíèÿ 550 ìêÀ, # òîê â ðåæèìå îæèäàíèÿ 70 íÀ; ! Ñâåðõìèíèàòþðíûå êîðïóñà MSOP ðàçìåðîì 3 × 5 ìì è SOIC ðàçìåðîì 6 × 8.6 ìì; ! Ïîääåðæêà ðàçëè÷íûõ ñêîðîñòåé îáìåíà äàííûìè è äâóõ ðåæèìîâ: ïîëíîäóïëåêñíîãî (RAA788150, RAA788153 è RAA788156) è ïîëóäóïëåêñíîãî (RAA788152, RAA788155 è RAA788158).

Äîñòóïíîñòü Ïðèåìîïåðåäàò÷èêè RAA78815x óæå âûïóñêàþòñÿ ñåðèéíî â êîðïóñàõ MSOP è SOIC ñ ÷èñëîì âûâîäîâ îò 8 äî 14. Äëÿ íîâûõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ äîñòóïíà òàêæå îöåíî÷íàÿ ïëàòà.

Îöåíî÷íàÿ ïëàòà RTKA788152DE0000BU 5âîëüòîâûõ ïîëóäóïëåêñíûõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ RS-485.

Æîíãëèðóåì ïðåðûâàíèÿìè: îñîáåííîñòè ðàáîòû ñ ìîäóëåì UART ìèêðîêîíòðîëëåðîâ STM8 Àëåêñàíäð Ðóñó, Îäåññà, Óêðàèíà

ÂÂûéäÿ íà ðûíîê íåäîðîãèõ 8-ðàçðÿäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ, êîìïàíèÿ STMicroelectronics ñäåëàëà «ïðåäëîæåíèå, îò êîòîðîãî íåëüçÿ îòêàçàòüñÿ». Ñóäÿ ïî êîëè÷åñòâó ïðîåêòîâ è ïóáëèêàöèé â ñåòè, ðàäèîëþáèòåëÿì è ïðîôåññèîíàëüíûì ðàçðàáîò÷èêàì îñîáî «ïîíðàâèëèñü» ìèêðîñõåìû áþäæåòíîé ñåðèè STM8S â êîìïàêòíûõ êîðïóñàõ TSSOP20. Íå ïîñëåäíþþ ðîëü â ýòîì, âîçìîæíî, ñûãðàëî íàëè÷èå íåäîðîãèõ ïëàò ñ ïðåäóñòàíîâëåííûìè ìèêðîñõåìàìè STM8S103F3P6 (Ðèñóíîê 1), êîòîðûå ìîæíî óñòàíîâèòü â áåñïàå÷-

Ðèñóíîê 1. Îòëàäî÷íàÿ ïëàòà ñ ìèêðîêîíòðîëëåðîì STM8S103F3P6.

íûå îòëàäî÷íûå ïëàòû, òàê îáîæàåìûå ïîêëîííèêàìè ïëàòôîðìû Arduino. È õîòü ñåé÷àñ èç-çà îáùåìèðîâîé íåõâàòêè ðàäèîýëåìåíòîâ ðîçíè÷íûå öåíû íà ìèêðîñõåìû ýòîé ñåðèè âîçðîñëè áîëåå ÷åì â ïÿòü ðàç, íà ñàéòå STMicroelectronics ïðè çàêàçå ïàðòèè íå ìåíåå ÷åì èç 10 òûñÿ÷ ïðèáîðîâ ìèêðîêîíòðîëëåðû STM8S003F3P6 âñå åùå äîñòóïíû ïî öåíå 0.28 USD çà øóòêó. À ýòî, â ñîâîêóïíîñòè ñ ïîñòåïåííûì ñíèæåíèåì ðîçíè÷íûõ öåí íà ýòè ìèêðîñõåìû, ïðîèñõîäèâøèì â òå÷åíèå 2021 ãîäà, âñåëÿåò íàäåæäó, ÷òî îíè ñíîâà ñòàíóò òàêèìè æå äîñòóïíûìè, êàê è ðàíüøå. ß òîæå íå óñòîÿë ïåðåä èñêóøåíèåì èñïîëüçîâàòü ýòè ìèêðîêîíòðîëëåðû â ñâîèõ ðàçðàáîòêàõ è ñîçäàë íà îñíîâå STM8S003F3P6 íåáîëüøóþ ñèñòåìó äîìàøíåé àâòîìàòèçàöèè, ïåðâàÿ âåðñèÿ êîòîðîé ÷åðåç íåñêîëüêî ìåñÿöåâ áóäåò ïðîõîäèòü èñïûòàíèÿ â óñòàíîâêå äëÿ âûðàùèâàíèÿ ðàññàäû. Ôàêòè÷åñêè ÿ ñîçäàë êîíñòðóêòîð, ñîñòîÿùèé èç óíèôèöèðîâàííûõ ìîäóëåé ñ îáùèì àïïàðàòíûì è ïðîãðàììíûì èíòåðôåéñîì (Ðèñóíîê 2), êîìáèíèðîâàíèå êîòîðûõ ïîçâîëÿåò ðåøàòü ñàìûå ðàçíûå çàäà÷è. Íàïðèìåð, â ïåðâîì âàðèàíòå ñèñòåìà áóäåò ïî ðàñïèñàíèþ óïðàâëÿòü ôèòîëàìïàìè, âêëþ÷àÿ èõ òîëüêî äíåì è ïðè óñëîâèè, ÷òî óðîâåíü âíåøíåãî îñâåùåíèÿ áóäåò íèæå çàïðîãðàììèðîâàííîãî ïîðîãà.

ÑÒÀÒÜÈ

Ñèñòåìíàÿ øèíà

GND VCC Ïèòàíèå

RS-485

GND VCC Ïèòàíèå

230 Â, 50 Ãö

Äàò÷èê îñâåùåííîñòè

RS-485

Ìîäóëü ðåëå

GND VCC Ïèòàíèå

RS-485

GND VCC Ïèòàíèå

Êîíòðîëëåð

RS-485

×àñû

Áëîê ïèòàíèÿ 12 Â Ôèòîëàìïà

Ðèñóíîê 2. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà àâòîìàòèçèðîâàííîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ôèòîëàìïàìè.

Â ýòîé ñòàòüå áóäóò ðàññìîòðåíû îñîáåííîñòè ðàáîòû ñ ìîäóëÿìè UART ìèêðîêîíòðîëëåðîâ STM8 ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðåðûâàíèé. Ñòàòüÿ áóäåò ïîëåçíà, â ïåðâóþ î÷åðåäü, ñïåöèàëèñòàì, íàõîäÿùèìñÿ íà íà÷àëüíûõ ýòàïàõ çíàêîìñòâà ñ ýòèìè ìèêðîñõåìàìè. ß íàäåþñü, ÷òî îíà äåéñòâèòåëüíî óñêîðèò íàïèñàíèå ïðîãðàììíîãî êîäà, ïîòîìó ÷òî ó ìåíÿ, íåñìîòðÿ íà íàëè÷èå ïðàêòè÷åñêîãî îïûòà ðàáîòû ñ àïïàðàòíûì UART íà ïëàòôîðìàõ AVR è PIC, íà ýòó ÷àñòü ïðîåêòà óøëî â íåñêîëüêî ðàç áîëüøå âðåìåíè, ÷åì ÿ ïëàíèðîâàë. Ìàòåðèàë ñòàòüè ðàññ÷èòàí íà ÷èòàòåëÿ, óæå èìåþùåãî îïðåäåëåííûé óðîâåíü ïîäãîòîâêè è çíàþùåãî ÷òî òàêîå UART, RS-485, ïðåðûâàíèÿ, ôëàãè, ðåãèñòðû, ïåðåìåííûå è ïðî÷èå ýëåìåíòàðíûå âåùè. Ýíöèêëîïåäè÷åñêèõ äàííûõ è ïåðåâîäîâ òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè â ýòîé ñòàòüå áóäåò ñîâñåì íåìíîãî – ðîâíî ñòîëüêî, ñêîëüêî íóæíî äëÿ ïîÿñíåíèÿ òîãî èëè èíîãî ìîìåíòà. Ïîýòîìó õîðîøèì äîïîëíåíèåì ê ýòîé ñòàòüå ñòàíóò îðèãèíàëüíàÿ òåõíè÷åñêàÿ äîêóìåíòàöèÿ, à òàêæå ïðèìåðû ðàáîòû ñ UART èç êàòåãîðèè «÷òî-òî ïðèíÿëè è ðàäóåìñÿ», êîòîðûå ìîæíî íàéòè íå òîëüêî â ñåòè, íî è â «ôèðìåííîé» áèáëèîòåêå STM8S/A Standard Peripherals Library (StdPeriph_Lib) [3].

Àïïàðàòíàÿ ÷àñòü ñèñòåìû Ýëåêòðè÷åñêèå ñõåìû âñåõ ìîäóëåé ñèñòåìû àíàëîãè÷íû (Ðèñóíîê 3), ïî êðàéíåé

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ìåðå, â ÷àñòè, ñâÿçàííîé ñ îáðàáîòêîé èíôîðìàöèè. Ïðèåìîïåðåäàò÷èêîì èíòåðôåéñà RS-485 ÿâëÿåòñÿ ìèêðîñõåìà DA2 (SP485). Îíà ñâÿçàíà ñ ìèêðîêîíòðîëëåðîì DD1 (STM8S003F3P6) ñ ïîìîùüþ òðåõ ëèíèé, äâå èç êîòîðûõ ñîåäèíåíû ñ èíòåãðèðîâàííûì ìîäóëåì UART (âûâîäû 2 è 3), à òðåòüÿ – ñîåäèíåííàÿ ñ âûâîäîì 1, íàñòðîåííûì â ðåæèìå îáû÷íîãî ïîðòà ââîäàâûâîäà, – èñïîëüçóåòñÿ äëÿ óïðàâëåíèÿ ïðèåìîïåðåäàþùåé ÷àñòüþ SP485. Â íîðìàëüíîì ðåæèìå ðàáîòû ìèêðîêîíòðîëëåð è ïðèåìîïåðåäàò÷èê RS-485 ïèòàþòñÿ íàïðÿæåíèåì 5 Â, ôîðìèðóåìûì ñòàáèëèçàòîðîì DA1. Îäíàêî èç-çà òîãî, ÷òî äåøåâûå âåðñèè ïðîãðàììàòîðà ST-LINK ìîãóò ðàáîòàòü òîëüêî ñ ñèãíàëàìè, óðîâåíü êîòîðûõ ðàâåí 3.3 Â, âî âðåìÿ ïðîãðàììèðîâàíèÿ è îòëàäêè ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ ïèòàòü ìèêðîêîíòðîëëåð è îñíîâíûå ìèêðîñõåìû ïðèõîäèòñÿ íàïðÿæåíèåì 3.3 Â, ïîëó÷àåìûì îò ïðîãðàììàòîðà ÷åðåç ðàçúåì X2. Îäíàêî ýòî äàæå îêàçàëîñü óäîáíûì, ïîñêîëüêó ïðè îòëàäêå âñþ ñèñòåìó ìîæíî çàïèòàòü îò îäíîãî USB-ïîðòà è íå âîçèòüñÿ ñ ãðîìîçäêèìè ëàáîðàòîðíûìè èñòî÷íèêàìè ïèòàíèÿ. Ìîæíî áûëî áû, êîíå÷íî, è ïåðåéòè íà îñíîâíîå ïèòàíèå 3.3 Â, îäíàêî ìèêðîñõåìû, ðàññ÷èòàííûå íà ðàáîòó ïðè òàêîì íàïðÿæåíèè, íàïðèìåð, MAX3485 èëè LM1117-3.3, ïî÷åìóòî ñòîÿò â íåñêîëüêî ðàç äîðîæå ñâîèõ 5âîëüòîâûõ àíàëîãîâ. Îñòàëüíûå ýëåìåíòû ÿâëÿþòñÿ «ñòàíäàðòíîé îáâÿçêîé», óñòàíîâëåííîé â ñîîò-

X1 Öåïü 1

GND

VCC

DA1 LM1117-5.0

100

RS485 B

RS485 A

100

+ C1

VD3 15Â

OUT

2 + C2

GND 1

10.0×16Â

220.0×6.3Â

R3 100

DA2

C3 0.1 VD1 VD2 7.5Â 7.5Â

SP485

8 VCC

RO 1

7 B

RE 2

R4 6 A

DE 3

5 GND

10ê R5

DI 4

10ê K1

X2 Öåïü 1

VCC

SWIM

GND

RST

R6 10ê

DD1

1 2 3 4

C4 0.1

5 6 7

C5 1.0

C6 0.1

9 10

PD4

PD3

PD5

PD2

10 R8 10ê

18 PD6

PD1

RESET

PC7

PA1

PC6

VD4 S1M

VT1 IRLML0030

STM8S003F3P6

17 16

PA2

PC5 14

VSS

PC4

VCAP

PC3

VDD

PB4

Öåïü Ê1.1

PA3

PB5

Ðèñóíîê 3. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ìîäóëÿ ðåëå.

âåòñòâèè ñ òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèåé íà âûáðàííûå ìèêðîñõåìû èëè íà îñíîâå îáùèõ ïðèíöèïîâ ïðîåêòèðîâàíèÿ ðàäèîýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ.

Ïðîòîêîë îáìåíà äàííûìè Îáìåí äàííûìè â ñèñòåìå ïðîèñõîäèò â ôîðìå äèàëîãà. Âåäóùåå óñòðîéñòâî (ìîäóëü êîíòðîëëåðà) ïåðèîäè÷åñêè ïîñûëàåò êàæäîìó ìîäóëþ êîìàíäó â îïðåäåëåííîì ôîðìàòå (Ðèñóíîê 4). Âî âðåìÿ ðàáîòû âñå âåäîìûå ìîäóëè «ñëóøàþò» èíôîðìàöèîííóþ øèíó è ïðè îáíàðóæåíèè ïàêåòà, àäðåñîâàííîãî èì (ïðè

ñîâïàäåíèè ïîëÿ «Íîìåð óñòðîéñòâà» ñ íàñòðîéêîé, çàïèñàííîé â ñîáñòâåííîé ýíåðãîíåçàâèñèìîé ïàìÿòè), ïåðåäàþò âåäóùåìó îòâåò, òàêæå â ôèêñèðîâàííîì ôîðìàòå (Ðèñóíîê 5). Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, ñòðóêòóðà îòâåòà âåäîìîãî îòëè÷àåòñÿ îò ñòðóêòóðû çàïðîñà âåäóùåãî ëèøü îäíèì ïîëåì – êîäîì îøèáêè. Áàéò 2 Áàéò 0 Áàéò 1 Äëèíà Íîìåð Êîä Äàííûå (íåîáÿçàòåëüíî) ïàêåòà óñòðîéñòâà êîìàíäû

Áàéò N Êîíòðîëüíàÿ ñóììà

Ðèñóíîê 4. Ôîðìàò êîìàíäû îò âåäóùåãî ê âåäîìîìó.

ÑÒÀÒÜÈ

Áàéò 0 Áàéò 1 Áàéò 2 Äëèíà Íîìåð Êîä ïàêåòà óñòðîéñòâà îøèáêè

Äàííûå (íåîáÿçàòåëüíî)

Áàéò N Êîíòðîëüíàÿ ñóììà

Ðèñóíîê 5. Ôîðìàò îòâåòà âåäîìîãî óñòðîéñòâà.

Êîä îøèáêè ÿâëÿåòñÿ êðèòåðèåì ïðàâèëüíîé ðàáîòû âåäîìîãî óñòðîéñòâà è êîððåêòíîñòè ïåðåäàííûõ äàííûõ. Íàïðèìåð, åñëè â ìîäóëå ÷àñîâ ïðîèçîøåë ñáîé â ðàáîòå ìèêðîñõåìû RTC (Real Time Clock), òî ïðè çàïðîñå âðåìåíè òåõíè÷åñêè ïðîùå ïåðåäàòü ïîñëåäíèå äàííûå, ïîëó÷åííûå îò ýòîãî óçëà, ñ êîäîì «Àïïàðàòíàÿ îøèáêà», ÷åì êàê-òî èíà÷å ñèãíàëèçèðîâàòü î íàëè÷èè íåèñïðàâíîñòè. Âåäóùåìó ýòîãî áóäåò âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ òîãî, ÷òîáû «ïîíÿòü», ÷òî ïîëó÷åííûì äàííûì î âðåìåíè âåðèòü íåëüçÿ, è ïðèíÿòü ìåðû ïî âîññòàíîâëåíèþ ðàáîòû ñèñòåìû (íàïðèìåð, ïåðåçàãðóçèòü àâàðèéíûé ìîäóëü è, åñëè îøèáêà íå èñ÷åçëà, «çàìèãàòü» àâàðèéíûì ñâåòîäèîäîì).

Èíèöèàëèçàöèÿ ìîäóëÿ UART Îñîáåííîñòè àïïàðàòíîé ÷àñòè ìîäóëÿ UART ìèêðîêîíòðîëëåðîâ STM8 è åãî ðàáîòû âî âñåõ âîçìîæíûõ ðåæèìàõ äîñòàòî÷íî õîðîøî îïèñàíû êàê â òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè, òàê è â ïðèìåðàõ, ïîýòîìó ÿ íå âèæó îñîáîãî ñìûñëà îñòàíàâëèâàòüñÿ íà ýòîì âîïðîñå. Ïðè èñïîëüçîâàíèè áèáëèîòåêè StdPeriph_Lib äëÿ íàñòðîéêè ìîäóëÿ ïðîùå âñåãî èñïîëüçîâàòü ôóíêöèþ UART1_Init (Ëèñòèíã 1), ïåðåäàâ â íåå çíà÷åíèÿ â âèäå çàðàíåå ïðåäîïðåäåëåííûõ êîíñòàíò. Â äàííîì ïðèìåðå ìîäóëü UART ïåðåâîäèòñÿ â ðåæèì, èñïîëüçóåìûé âî ìíîãèõ ðàäèîëþáèòåëüñêèõ ïðîåêòàõ: àñèíõðîííûé ðåæèì ðàáîòû (èñïîëüçóþòñÿ òîëüêî âûâîäû RX è TX), ñêîðîñòü îáìåíà äàííûìè – 9600 áîä, äëèíà ïàêåòà – 8 áèò, îäèí ñòîïîâûé áèò, áåç áèòà ÷åòíîñòè. Ïðè èíèöèàëèçàöèè ìîäóëÿ òàêæå ñðàçó ïðîèñõîäèò âêëþ÷åíèå è ïðèåìíèêà, è ïåðåäàò÷èêà – çà ýòî «îòâå÷àåò» ïîñëåäíèé âõîäíîé ïàðàìåòð, êîòîðîìó ïðèñâàèâàåòñÿ çíà÷åíèå UART1_MODE_TXRX_ENABLE.

Ëèñòèíã 1. Èñõîäíûé êîä èíèöèàëèçàöèè àïïàðàòíîé ÷àñòè. // âîññòàíîâëåíèå èñõîäíûõ íàñòðîåê UART UART1_DeInit(); // íàñòðîéêà UART UART1_Init((uint32_t)9600, UART1_WORDLENGTH_8D, UART1_STOPBITS_1, UART1_PARITY_NO, UART1_SYNCMODE_CLOCK_DISABLE, UART1_MODE_TXRX_ENABLE); // íàñòðîéêà ïîðòà ââîäà-âûâîäà, ñâÿçàííîãî ñ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîì RS485 GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_4, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST);

Ïåðåä íàñòðîéêîé ìîäóëÿ UART ðåêîìåíäóåòñÿ âûçâàòü âíà÷àëå ïîäïðîãðàììó UART1_DeInit (â áèáëèîòåêå StdPeriph_Lib ïîäîáíûå ïîäïðîãðàììû åñòü ó êàæäîãî ïåðèôåðèéíîãî ìîäóëÿ). Îíà ãàðàíòèðîâàííî âåðíåò ìîäóëü UART â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå, ïîñêîëüêó ïîäïðîãðàììà UART1_Init èçìåíÿåò ëèøü ÷àñòü íàñòðîåê, è åñëè â ìîìåíò âûçîâà UART1_Init äðóãèå íàñòðîéêè UART áûëè èçìåíåíû, òî ìîäóëü ìîæåò ðàáîòàòü íåêîððåêòíî. Â ýòîé ÷àñòè êîäà òàêæå ïðîèñõîäèò íàñòðîéêà ëèíèè 4 ïîðòà D (âûâîä 1 ìèêðîñõåìû) äëÿ ðàáîòû â êà÷åñòâå âûõîäà â ðåæè-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ìå Push-Pull (Ðèñóíîê 3). Ïîñëå èíèöèàëèçàöèè íà ýòîé ëèíèè ïîðòà ñðàçó óñòàíàâëèâàåòñÿ íèçêèé óðîâåíü, ïåðåâîäÿùèé ìèêðîñõåìó SP485 â ðåæèì ïðèåìà. (Çà âñå ýòè íàñòðîéêè îòâå÷àåò êîìáèíèðîâàííàÿ êîíñòàíòà GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_FAST).

Îñîáåííîñòè ïðåðûâàíèé ìîäóëÿ UART Ìîäóëü UART ìîæåò ãåíåðèðîâàòü âîñåìü ðàçëè÷íûõ ïðåðûâàíèé (Ðèñóíîê 6), ïåðåíàïðàâëÿþùèõ îñíîâíîé ïîòîê ïðîãðàììû íà îäèí èç äâóõ îáðàáîò÷èêîâ, âûçûâàåìûõ,

Òàáëèöà 1. Îïèñàíèå êîíñòàíò UART1_IT_TypeDef Êîíñòàíòà

Áèò óïðàâëåíèÿ ïðåðûâàíèåì

Ôëàã ïðåðûâàíèÿ

Ñîáûòèå

UART1_IT_TXE

CR2.TIEN

SR.TXE

UART1_IT_TC

CR2.TCIEN

SR.TC

Çàâåðøåíèå ïåðåäà÷è áàéòà

UART1_IT_IDLE UART1_IT_PE

CR2.ILIEN CR1.PIEN

SR.IDLE SR.PE

Ïðåêðàùåíèå ïðèåìà äàííûõ (ïðîñòîé ëèíèè) Îøèáêà áèòà ÷åòíîñòè

UART1_IT_OR UART1_IT_RXNE

CR2.RIEN CR2.RIEN

SR.OR SR.RXNE

Ïåðåïîëíåíèå ïðèåìíîãî áóôåðà Ïðèåì áàéòà (ðåãèñòð ïðèåìà íå ïóñòîé)

UART1_IT_RXNE_OR UART1_IT_LBDF

CR2.RIEN CR4.LBDIEN

SR.PE (!!!) CR4.LBDF

Ïðèåì áàéòà è ïåðåïîëíåíèå áóôåðà Îñòàíîâêà îáìåíà ïðè ðàáîòå ïî ñòàíäàðòó LIN

ñîîòâåòñòâåííî, ïðè ïåðåäà÷å è ïðèåìå èíôîðìàöèè. Îäíàêî íå âñå ïðåðûâàíèÿ íóæíû äëÿ íàøåé çàäà÷è. Íàïðèìåð, áèò ÷åòíîñòè ïðè ïåðåäà÷å/ïðèåìà ïàêåòà íå èñïîëüçóåòñÿ, ïîýòîìó ñîáûòèå, âîçíèêàþùåå ïðè îáíàðóæåíèè åãî íåñîîòâåòñòâèÿ, íàñ íå èíòåðåñóåò. Òî÷íî òàêæå íàñ íå èíòåðåñóþò äâà ñïåöèôè÷åñêèõ ïðåðûâàíèÿ, âîçíèêàþùèõ ïðè ðàáîòå ìîäóëÿ ïî ñòàíäàðòó LIN (Local Interconnect Network) (CR4.LBDF è CR6.LHDF). Òàêèì îáðàçîì, îñòàþòñÿ òîëüêî ïÿòü ñîáûòèé, êîòîðûå ìîæíî ïðàêòè÷åñêè èñïîëüçîâàòü â íàøåé çàäà÷å: îñâîáîæäåíèå ïåðåäàþùåãî áóôåðà (Transmit Data Register Empty, ÒXE), çàâåðøåíèå ïåðåäà÷è áàéòà (Transmission Complete, ÒÑ), ïðèåì áàéòà (Receive Data Register Not Empty, RXNE), ïåðåïîëíåíèå ïðèåìíîãî áóôåðà (Overrun Error, OR) è îñòàíîâêà ïåðåäà÷è äàííûõ â êàíàëå ïðèåìà (Idle Line Detected, IDLE). Â ìèêðîêîíòðîëëåðàõ STM8 ñèñòåìà êîíòðîëÿ è óïðàâëåíèÿ ïðåðûâàíèÿìè ïðèåìîïåðåäàò÷èêà UART «ðàçìàçàíà» ïî âñåìó ìîäóëþ. Íàïðèìåð, áèòû õIEN (Interrupt ENabled), âêëþ÷àþùèå ïðåðûâàíèÿ, ðàñïîëîæåíû â ÷åòûðåõ ðàçíûõ êîíôèãóðàöèîííûõ ðåãèñòðàõ (CR1, CR2, CR4 è CR6). Òî÷íî òàêæå ôëàãè, ïîêàçûâàþùèå, êàêîå ñîáûòèå ñòàëî ïðè÷èíîé âûçîâà îáðàáîò÷èêà, ðàñïîëîæåíû â òðåõ ðåãèñòðàõ, îäèí èç êîòîðûõ (Status Register, SR), êàê è ïîëîæåíî, îòíîñèòñÿ ê êàòåãîðèè ðåãèñòðîâ ñîñòîÿíèÿ, à âîò îñòàëüíûå (CR4 è CR6) – ê êîíôèãóðàöèîííûì ðåãèñòðàì (Control Register, CR). Íî ýòà ðàññðåäîòî÷åííîñòü íå îñîáî âëèÿåò íà ñêîðîñòü íàïèñàíèÿ ïðîãðàììíîãî êîäà. Íàïðèìåð, åñëè âîñïîëüçîâàòüñÿ ñïåöèàëèçèðîâàííûìè ôóíêöèÿìè èç áèáëèîòå-

Ðåãèñòð ïåðåäà÷è ïóñòîé (íà÷àëî ïåðåäà÷è áàéòà)

êè StdPeriph_Lib: UART1_GetITStatus , UART1_ClearITPendingBit è UART1_ITConfig, òî ìîæíî âîîáùå íå äóìàòü î òîì, â êàêîì èç ðåãèñòðîâ ôèçè÷åñêè íàõîäèòñÿ òîò èëè èíîé óïðàâëÿþùèé áèò èëè ôëàã. Äåëî â òîì, ÷òî îäíèì èç ïàðàìåòðîâ, ïåðåäàâàåìûõ â ýòè ôóíêöèè, ÿâëÿåòñÿ êîíñòàíòà òèïà UART1_IT_TypeDef, â êîòîðîé óæå çàêîäèðîâàíû è íîìåð íóæíîãî ðåãèñòðà, è íîìåð íóæíîãî áèòà (Òàáëèöà 1). Òàêèì îáðàçîì, âêëþ÷èòü è âûêëþ÷èòü ëþáîå ïðåðûâàíèå â ëþáîé ìîìåíò ìîæíî ñ ïîìîùüþ ôóíêöèè UART1_ITConfig (Ëèñòèíã 2), íå îñîáî äóìàÿ î òåõíè÷åñêèõ ïîäðîáíîñòÿõ ýòîé îïåðàöèè (õîòü è íåìíîãî â óùåðá áûñòðîäåéñòâèþ). Ëèñòèíã 2. Ïðèìåð âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ ïðåðûâàíèÿ TXE ñ ïîìîùüþ ïîäïðîãðàììû UART1_ITConfig. // âêëþ÷åíèå ïðåðûâàíèÿ TXE UART1_ITConfig(UART1_IT_TXE, ENABLE); // âûêëþ÷åíèå ïðåðûâàíèÿ TXE UART1_ITConfig(UART1_IT_TXE, DISABLE);

Îäíàêî ïðè èñïîëüçîâàíèè êîíñòàíò UART1_IT_TypeDef ñëåäóåò áûòü î÷åíü âíèìàòåë ü í û ì , ï î ñ ê îë ü ê ó ð àç ð à á îò ÷ è ê è StdPeriph_Lib íåìíîãî «ïåðåìóäðèëè» ñ ýòèì èíñòðóìåíòîì. Íàïðèìåð, ïðè èñïîëüçîâàíèè ïîäïðîãðàììû UART1_ITConfig äëÿ òîãî, ÷òîáû âêëþ÷èòü ïðåðûâàíèå ïðè ïðèåìå áàéòà è ïåðåïîëíåíèè âõîäíîãî áóôåðà, êîíòðîëèðóåìîå îáùèì áèòîì CR2.RIEN (Ðèñóíîê 6), ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü êîíñòàíòó UART1_IT_RXNE_OR. Ïðè âêëþ÷åííîé ïðîâåðêå çíà÷åíèé âõîäíûõ ïàðàìåòðîâ ïîïûòêà ïåðåäà÷è â ýò ó ïîäïðîãðàììó ê îíñòàíò UART1_IT_OR èëè UART1_IT_RXNE, ññûëàþùèõñÿ íà òîò æå óïðàâëÿþùèé áèò, ïðèâåäåò ê

ÑÒÀÒÜÈ

SR.ÒXE (Ðåãèñòð ïåðåäà÷è ïóñòîé)

CR2.TIEN SR.ÒÑ (Çàâåðøåíèå ïåðåäà÷è)

Ïðåðûâàíèå ïðè ïåðåäà÷å &

CR2.TCIEN

Ôëàãè, êîòîðûå ìîæíî ñáðîñèòü ïðîãðàììíî

SR.RXNE (Ïðèíÿò áàéò)

CR2.RIEN & SR.OR/LHE (Ïåðåïîëíåíèå áóôåðà) SR.IDLE (Ïðîñòîé èíòåðôåéñà)

CR2.ILIEN SR.PE (Îøèáêà áèòà ÷åòíîñòè)

Ïðåðûâàíèå ïðè ïðèåìå &

CR1.PIEN CR4.LBDF (Îñòàíîâêà èíòåðôåéñà LIN)

CR4.LBDIEN CR6.LHDF (Îáíàðóæåí çàãîëîâî÷íûé ïàêåò LIN)

CR6.LÍDIEN

Ðèñóíîê 6. Îðãàíèçàöèÿ ïðåðûâàíèé ìîäóëÿ UART ìèêðîêîíòðîëëåðîâ STM8.

ñðàáàòûâàíèþ êîíñòðóêöèè assert_param è ê áåçóñëîâíîìó ïåðåõîäó â öèêë îáðàáîòêè îøèáîê. Íî åñëè ýòó ïðîâåðêó îòêëþ÷èòü, ÷òî îáû÷íî äåëàåòñÿ â ïåðâóþ î÷åðåäü, êîãäà ïðîøèâêà óæå «íå âëåçàåò» â ïàìÿòü ïðîãðàìì, òî ðåçóëüòàò áóäåò àíàëîãè÷åí – áèò CR2.RIEN áóäåò óñòàíîâëåí èëè ñáðîøåí ïðè ïåðåäà÷å â ýòó ôóíêöèþ ëþáîé èç òðåõ êîíñòàíò UART1_IT_OR, UART1_IT_RXNE èëè UART1_IT_RXNE_OR. À âîò ïðè ïðîâåðêå ôëàãîâ ñ ïîìîùüþ ôóíêöèè UART1_GetITStatus êîíñòàíòó UART1_IT_RXNE_OR èñïîëüçîâàòü êàòåãîðè÷åñêè íåëüçÿ, ïîòîìó ÷òî îíà ïðîâåðÿåò ôëàã… îøèáêè áèòà ÷åòíîñòè. Äåëî â òîì, ÷òî ïðèíöèï êîäèðîâàíèÿ, èñïîëüçîâàííûé ïðè ôîðìèðîâàíèè çíà÷åíèé êîíñòàíò UART1_ IT_TypeDef, íå ïîçâîëÿåò ñîñëàòüñÿ îäíîâðåìåííî íà äâà áèòà (SR.OR è SR.RXNE). Ïîýòîìó àâòîðû StdPeriph_Lib, âèäèìî, íå ñìîãëè ïðèäóìàòü íè÷åãî ëó÷øåãî, êàê âìåñòî ôëàãà SR.OR, êîòîðûé, ñîãëàñíî òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè è çäðàâîìó ñìûñëó, íå ìîæåò áûòü óñòàíîâëåí ïðè îïóùåííîì ôëàãå SR.RXNE, ðåøèëè ïðîâåðèòü áèò

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

SR.PE, íå èìåþùèé íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê ýòèì ïðîöåññàì (çàòî ó íåãî íóëåâàÿ ïîçèöèÿ). Ïîýòîìó ïðè ïðîâåðêå ôëàãîâ ïðåðûâàíèé ñ ïîìîùüþ ôóíêöèé UART1_GetITStatus äëÿ ïðîâåðêè íàëè÷èÿ ïðèíÿòîãî áàéòà è ïåðåïîëíåíèÿ âõîäíîãî áóôåðà íóæíî èñïîëüçîâàòü òîëüêî ñîîòâåòñòâóþùèå êîíñòàíòû UART1_IT_RXNE è UART1_IT_OR. Íî îñîáîå íåäîóìåíèå âûçûâàåò ôóíêöèÿ UART1_ClearITPendingBit, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ ñáðîñà ôëàãà, âûçâàâøåãî ïðåðûâàíèå. Äåëî â òîì, ÷òî â ðåãèñòðå ñòàòóñà SR ïðîãðàììíî ìîæíî ñáðîñèòü âñåãî îäèí ôëàã – ôëàã çàâåðøåíèÿ ïåðåäà÷è áàéòà SR.TC (Òàáëèöà 2), íî êîíñòàíòû UART1_IT_TC â ñïèñêå ðàçðåøåííûõ ïàðàìåòðîâ ôóíêöèè UART1_ ClearITPendingBit ïî÷åìó-òî íåò. Çàòî åñòü êîíñòàíòà UART1_IT_RXNE, õîòÿ, ñîãëàñíî òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè, áèò SR.RXNE ïðîãðàììíî ìîæíî ñáðîñèòü òîëüêî â ìîäóëÿõ UART2 è UART3. Â îáùåì, êðîìå ôóíêöèè UART1_ITConfig, èíñòðóìåíòû, ðåàëèçîâàííûå â StdPeriph_Lib äëÿ ðàáîòû ñ ïðåðûâàíèÿìè ìîäóëÿ UART1, êàê-òî íå îñîáî âäîõíîâèëè íà èõ èñïîëüçî-

Òàáëèöà 2. Îïèñàíèå ðåãèñòðà SR (Status Register) Ôóíêöèÿ

Áèò, ðàçðåøàþùèé ïðåðûâàíèÿ

Àëãîðèòì ñáðîñà áèòà

Îøèáêà áèòà ÷åòíîñòè

CR1.PIEN

×òåíèå ðåãèñòðà SR ñ ïîñëåäóþùèì ÷òåíèåì ðåãèñòðà DR, ïåðåä ýòèì íóæíî äîæäàòüñÿ óñòàíîâêè ôëàãà RXNE

Áèò Îáîçí. 0

Îøèáêà êàäðà

—

×òåíèå ðåãèñòðà SR ñ ïîñëåäóþùèì ÷òåíèåì ðåãèñòðà DR

—

×òåíèå ðåãèñòðà SR ñ ïîñëåäóþùèì ÷òåíèåì ðåãèñòðà DR

Çàøóìëåííûé ïðèåì Ïåðåïîëíåíèå ïðèåìíîãî áóôåðà

CR2.RIEN

×òåíèå ðåãèñòðà SR ñ ïîñëåäóþùèì ÷òåíèåì ðåãèñòðà DR

IDLE

CR2.ILIEN

×òåíèå ðåãèñòðà SR ñ ïîñëåäóþùèì ÷òåíèåì ðåãèñòðà DR

RXNE Ïðèåì áàéòà

CR2.RIEN

×òåíèå ðåãèñòðà DR. Â ìîäóëÿõ UART2 è UART3 âîçìîæíà ïðîãðàììíàÿ óñòàíîâêà â «0»

Ïðåêðàùåíèå ïåðåäà÷è äàííûõ

Çàâåðøåíèå ïåðåäà÷è áàéòà

TXE

Ðåãèñòð ïåðåäà÷è ïóñò

CR2.TCIEN CR2.TIEN

×òåíèå ðåãèñòðà SR ñ ïîñëåäóþùåé çàïèñüþ â ðåãèñòð DR. Ïðîãðàììíàÿ óñòàíîâêà â «0» Çàïèñü â ðåãèñòð DR

Òàáëèöà 3. Îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ êîíñòàíò UART1_IT_TypeDef Êîíñòàíòà UART1_IT_TXE

UART1_GetITStatus

UART1_ClearITPendingBit

UART1_ITConfig

—

UART1_IT_TC

—

UART1_IT_IDLE UART1_IT_PE

+ +

— —

+ +

UART1_IT_OR UART1_IT_RXNE

+ +

— +

— —

UART1_IT_RXNE_OR UART1_IT_LBDF

— +

+ +

âàíèå, îäíàêî ýòî íå çíà÷èò, ÷òî èõ íåëüçÿ äîðàáàòûâàòü ïî ñâîåìó óñìîòðåíèþ. Â ëþáîì ñëó÷àå, ðàçðàáîò÷èêè StdPeriph_Lib âñå ýòè ìîìåíòû ïðîïèñàëè â èñõîäíîì êîäå ñîîòâåòñòâóþùèõ ìîäóëåé, ÷åñòíî íàïèñàâ â ëèöåíçèîííîì ñîãëàøåíèè, ÷òî îíè íå äàþò íèêàêîé ãàðàíòèè, ÷òî ýòîò êîä áóäåò ïðàâèëüíî ðàáîòàòü (òîëüêî, êòî æå âñå ýòî ÷èòàåò?). Ïîýòîìó ïðè èñïîëüçîâàíèè êîíñòàíò UART1_IT_TypeDef ñëåäóåò, ïî âîçìîæíîñòè, íå îòêëþ÷àòü êîíñòðóêöèè assert_param è ïîíÿòü, ÷òî, ãäå è êîãäà ìîæíî èñïîëüçîâàòü (Òàáëèöà 3). È ïîñëåäíåé îñîáåííîñòüþ ìîäóëÿ UART, íà êîòîðóþ íóæíî îáðàòèòü îñîáîå âíèìàíèå, ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïî÷òè âñå ôëàãè â ðåãèñòðå ñòàòóñà SR (Òàáëèöà 2) óñòàíàâëèâàþòñÿ è ñáðàñûâàþòñÿ òîëüêî àïïàðàòíî è íåäîñòóïíû äëÿ èçìåíåíèÿ ïóòåì ñòàíäàðòíûõ ïîáèòîâûõ îïåðàöèé. Ïðîòèâ àïïàðàòíîé óñòàíîâêè ôëàãîâ íèêòî îñîáî íå âîçðàæàåò – ðàäè ýòîãî âñå è çàäóìûâàëîñü èçíà÷àëüíî.

Îäíàêî íåâîçìîæíîñòü íàïðÿìóþ ñáðîñèòü íåíóæíûé ôëàã âûçûâàåò äîñòàòî÷íî ñèëüíûé äèñêîìôîðò ïðè íàïèñàíèè ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ. Íàïðèìåð, ôëàã SR.TXE (ðåãèñòð ïåðåäà÷è ïóñò) ìîæíî ñáðîñèòü òîëüêî ïóòåì çàïèñè èíôîðìàöèè â ðåãèñòð DR (Data Register – ðåãèñòð, ÷åðåç êîòîðûé ïðîõîäèò âñÿ ïðèíèìàåìàÿ è ïåðåäàâàåìàÿ èíôîðìàöèÿ) (Òàáëèöà 2). Íî åñëè âñå áàéòû óæå îòïðàâëåíû, òî çàïèñûâàòü â ýòîò ðåãèñòð óæå íåëüçÿ, èíà÷å ïåðåäàò÷èê òîëüêî áóäåò áåñêîíå÷íî ÷òî-òî ïåðåäàâàòü. Íî åñëè â ðåãèñòð DR íè÷åãî íå çàïèñàòü, òî ôëàã SR.TXE íå áóäåò îïóùåí, è ÿäðî ìèêðîêîíòðîëëåðà áóäåò áåñêîíå÷íî âûïîëíÿòü èíñòðóêöèè èç îáðàáîò÷èêà ïðåðûâàíèÿ. Åäèíñòâåííûì âûõîäîì â ýòîé ñèòóàöèè ÿâëÿåòñÿ îòêëþ÷åíèå ýòîãî ïðåðûâàíèÿ, â äàííîì ñëó÷àå – ïóòåì ñáðîñà áèòà CR2.TIEN. Â ýòîì è ñîñòîèò ãëàâíîå îòëè÷èå ðàáîòû ñ ïðåðûâàíèÿìè, ãåíåðèðóåìûìè ìîäóëåì

ÑÒÀÒÜÈ

UART, îò ðàáîòû ñ ïðåðûâàíèÿìè, ãåíåðèðóåìûìè, íàïðèìåð, òàéìåðàìè, ãäå áîëüøèíñòâî ôëàãîâ ïðèõîäèòñÿ ñáðàñûâàòü ïðîãðàììíî. Ïðåðûâàíèÿ ìîäóëÿ UART íóæíî âêëþ÷àòü òîëüêî òîãäà, êîãäà îíè íåîáõîäèìû, è âûêëþ÷àòü, êîãäà îíè íå íóæíû. Ýòî «æîíãëèðîâàíèå» ïðåðûâàíèÿìè ÿâëÿåòñÿ îáÿçàòåëüíûì. Â ïðîòèâíîì ñëó÷àå ïðîãðàììà áóäåò «âèñåòü» â îäíîì èç îáðàáîò÷èêîâ, îæèäàÿ ñáðîñà ôëàãà, êîòîðûé, âîçìîæíî, óæå íå áóäåò ñáðîøåí íèêîãäà. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïîäîáíîå «ïîâåäåíèå» ìîäóëÿ UART õàðàêòåðíî äëÿ ìíîãèõ ïëàòôîðì, â òîì ÷èñëå PIC è AVR. Îäíàêî STM8, íà ìîé âçãëÿä, ÿâëÿåòñÿ, àáñîëþòíûì ëèäåðîì ïî ñëîæíîñòè ñáðîñà ôëàãîâ ýòîãî óçëà.

Ïîäãîòîâêà ê ïðîöåññó ïåðåäà÷è/ ïðèåìà èíôîðìàöèè Èòàê, òåïåðü, êîãäà ìû ðàçîáðàëèñü ñî âñåìè òîíêîñòÿìè àïïàðàòíîé ÷àñòè, ïîïðîáóåì ðåàëèçîâàòü îáìåí äàííûìè ïî îïèñàííîìó ïðîòîêîëó. Â ýòîé ñòàòüå ÿ íå áóäó

çàòðàãèâàòü òîíêîñòè îáðàáîòêè êîìàíä, ïðîâåðêè êîíòðîëüíîé ñóììû è ïðî÷èõ âûñîêîóðîâíåâûõ ìîìåíòîâ. Ñ÷èòàåì, ÷òî â îïåðàòèâíîé ïàìÿòè ìèêðîêîíòðîëëåðà óæå ðàçâåðíóòà ñòðóêòóðà, ñîäåðæàùàÿ ïðèåìíûé è ïåðåäàþùèé áóôåðû, ïðè÷åì ïåðåäàþùèé áóôåð óæå ñîäåðæèò ñôîðìèðîâàííûé ïàêåò äàííûõ, ãîòîâûé äëÿ îòïðàâêè. Â ñâîèõ ïðîåêòàõ ÿ êîìïîíîâàë âñå ïåðåìåííûå, ñâÿçàííûå ñ ìîäóëåì UART, â âèäå îòäåëüíîé ñòðóêòóðû TCommunicator (Ëèñòèíã 3), ñîäåðæàùåé, â òîì ÷èñëå, è äâà áóôåðà äëÿ ïåðåäà÷è (Tx) è ïðèåìà (Rx) äàííûõ ðàçìåðîì 255 áàéò. Êîëè÷åñòâî ïðèíÿòûõ/ïåðåäàííûõ áàéò õðàíèòñÿ â ïåðåìåííîé DataCount. Ïîñêîëüêó îáìåí èíôîðìàöèåé âîçìîæåí òîëüêî â ïîëóäóïëåêñíîì ðåæèìå, òî îäíîé ïåðåìåííîé âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ýòîãî ïðîöåññà. Òàêæå ìíå ïîíàäîáèëèñü äâà ñîáñòâåííûõ ôëàãà (IsReceiveComplete è IsTransferComplete), ñèãíàëèçèðóþùèå âûñîêîóðîâíåâûì ôóíêöèÿì îá îêîí÷àíèè, ñîîòâåòñòâåííî, ïðèåìà è ïåðåäà÷è ïàêåòà.

LEDÄÐÀÉÂÅÐÛ SLD Óíèêàëüíîñòü â óíèâåðñàëüíîñòè Ìîùíîñòü: 50 è 80 Âò Ãàáàðèòû: 17õ30 ìì ÊÊÌ Çàùèòíîå çàçåìëåíèå íå òðåáóåòñÿ Ñòàáèëèçàöèÿ ïî íàïðÿæåíèþ è ïî òîêó

Ëèñòèíã 3. Îïèñàíèå ñòðóêòóðû TCommunicator. typedef struct { // óïðàâëåíèå ïðèåìîïåðåäàò÷èêîì RS-485 GPIO_TypeDef *RS485_Port; GPIO_Pin_TypeDef RS485_Pin; uint8_t uint8_t uint8_t

DataCount; Rx[255]; Tx[255];

bool IsReceiveComplete; bool IsTransferComplete; } TCommunicator;

// êîëè÷åñòâî áàéò // áóôåð ïðèåìà // áóôåð ïåðåäà÷è // ôëàã ïðèåìà êîìàíäû // ôëàã ïåðåäà÷è êîìàíäû

Óïðàâëåíèå ïðèåìîïåðåäàò÷èêîì RS-485 ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ëþáûì ïîðòîì ââîäàâûâîäà, ïîääåðæèâàþùèì ðåæèì Push-Pull. Íà ïðàêòèêå âûâîä ìèêðîñõåìû, ïîäêëþ÷àåìûé ê âûâîäàì 2, 3 ìèêðîñõåìû SP485 (Ðèñóíîê 3), ìîæåò âûáèðàòüñÿ èç äîñòàòî÷íî áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ñîîáðàæåíèé, â òîì ÷èñëå è èç ñîîáðàæåíèé óäîáñòâà ðàçâîäêè ïå÷àòíîé ïëàòû. Ïîýòîìó â ðàçíûõ ìîäóëÿõ ñèñòåìû (Ðèñóíîê 2) óïðàâëåíèå ïðèåìîïåðåäàò÷èêîì RS-485 ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ðàçíûìè âûâîäàìè ìèêðîêîíòðîëëåðà. ×òîáû ïîòîì «íå áëóæäàòü â äåáðÿõ» óæå íàïèñàííîãî êîäà, â ñòðóêòóðó TCommunicator áûëè äîáàâëåíû äâå ïåðåìåííûå RS485_Port è RS485_Pin, êîòîðûì íà ýòàïå èíèöèàëèçàöèè ìèêðîêîíòðîëëåðà ïðèñâàèâàþòñÿ íóæíûå çíà÷åíèÿ. Àëãîðèòìû ïåðåäà÷è è ïðèåìà ïàêåòîâ äëÿ âåäóùåãî è âåäîìîãî óñòðîéñòâ îäèíàêîâû. Ðàçíèöà çàêëþ÷àåòñÿ ëèøü â òîì, ÷òî âåäóùåå óñòðîéñòâî, â îòëè÷èå îò âåäîìîãî, íå ìîæåò áåñêîíå÷íî äîëãî íàõîäèòüñÿ â

ñîñòîÿíèè ïðèåìà. Åñëè â òå÷åíèå íåêîòîðîãî âðåìåíè ïîñëå îòïðàâêè çàïðîñà îò âåäîìîãî íåò îòâåòà, òî âåäóùèé ïåðåõîäèò ê ñëåäóþùåé îïåðàöèè, óñòàíîâèâ ñîîòâåòñòâóþùèå ôëàãè îøèáîê. Ïåðåä íà÷àëîì ïåðåäà÷è èëè ïðèåìà èíôîðìàöèè ñëåäóåò âûïîëíèòü ðÿä ñòàíäàðòíûõ îïåðàöèé, â òîì ÷èñëå è àêòèâèçèðîâàòü íóæíûå ïðåðûâàíèÿ. Ïåðåä íà÷àëîì ïåðåäà÷è ïàêåòà äàííûõ íåîáõîäèìî âíà÷àëå ïåðåêëþ÷èòü ïðèåìîïåðåäàò÷èê RS-485 â ðåæèì ïåðåäà÷è (Ëèñòèíã 4). Ïîñëå ýòîãî íóæíî çàïèñàòü â ðåãèñòð DR ïåðâûé áàéò áóôåðà Tx, ÷òî ïðèâåäåò ê ñáðîñó ôëàãîâ SR.TXE è SR.TÑ. È òîëüêî ïîñëå ýòîãî ìîæíî âêëþ÷àòü ïðåðûâàíèÿ, ïðè÷åì âíà÷àëå TC, à çàòåì TXE. Äåëî â òîì, ÷òî ïîñëå íà÷àëà ïåðåäà÷è ïåðâîãî áàéòà ðåãèñòð DR ïðàêòè÷åñêè ñðàçó ñòàíåò ïóñòûì è ïåðâîå ïðåðûâàíèå, ñâÿçàííîå ñ ïåðåäà÷åé, áóäåò ñãåíåðèðîâàíî åùå äî îêîí÷àíèÿ âûïîëíåíèÿ ïîäïðîãðàììû StartTransfer.

Ëèñòèíã 4. Ïîäïðîãðàììà íà÷àëà ïåðåäà÷è ïàêåòà äàííûõ. void Communicator_StartTransfer(TCommunicator* P) { // âêëþ÷åíèå ïåðåäàò÷èêà RS-485 if (P->RS485_Port != NULL) GPIO_WriteHigh(P->RS485_Port, P->RS485_Pin); // êîïèðîâàíèå äàííûõ UART1->DR = P->Tx[0]; P->DataCount = 1; // íàñòðîéêà ïðåðûâàíèé UART1_ITConfig(UART1_IT_TC, ENABLE); UART1_ITConfig(UART1_IT_TXE, ENABLE); }

ÑÒÀÒÜÈ

Ïðè ïîäãîòîâêå ê ïðèåìó äàííûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü äåéñòâèé ïðàêòè÷åñêè àíàëîãè÷íà (Ëèñòèíã 5), çà èñêëþ÷åíèåì îäíîé îñîáåííîñòè – ïåðåä âêëþ÷åíèåì ïðåðûâàíèé íóæíî î÷èñòèòü ðåãèñòð DR – âäðóã òàì íàõîäèòñÿ êàêîé-òî «ñòàðûé» íåîáðàáîòàííûé áàéò, êîòîðûé áóäåò óäåðæèâàòü ôëàãè â ðåãèñòðå ñòàòó-

ñà SR. Äåëàòü ýòî íóæíî ñòðîãî â ñîîòâåòñòâèè ñ òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèåé: âíà÷àëå ÷èòàåì ðåãèñòð SR, à çàòåì – ðåãèñòð DR, èíà÷å ôëàãè â ðåãèñòðå SR òàê è îñòàíóòñÿ ïîäíÿòûìè è ïîñëå âêëþ÷åíèÿ ïðåðûâàíèé ìû ñðàçó æå «âëåòèì» â îáðàáîò÷èê ïðèåìà äàííûõ, êîòîðûõ ïîêà åùå íå íèêòî íå îòïðàâëÿë.

Ëèñòèíã 5. Ïîäïðîãðàììà íà÷àëà ïåðåäà÷è ïàêåòà äàííûõ. void Communicator_ResetReceiver(TCommunicator* P) { // âûêëþ÷åíèå ïåðåäàò÷èêà RS-485 if (P->RS485_Port != NULL) GPIO_WriteLow(P->RS485_Port, P->RS485_Pin); // ïîäãîòîâêà ê ïðèåìó äàííûõ P->DataCount = 0; // î÷èñòêà ôëàãîâ ïðèåìà UART_Flags = UART1->SR; UART_Data = UART1->DR; // íàñòðîéêà ïðåðûâàíèé UART1_ITConfig(UART1_IT_RXNE_OR, ENABLE); UART1_ITConfig(UART1_IT_IDLE, DISABLE); }

Íåáîëüøàÿ ïðîáëåìà çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äàííûå, ïîëó÷åííûå èç ðåãèñòðîâ DR è SR, íåêóäà äåâàòü. Èç-çà ýòîãî êîìïèëÿòîð ìîæåò «ðóãàòüñÿ» íà ýòî ìåñòî â êîäå, ïîêàçûâàÿ íà âîçìîæíóþ îøèáêó. Â äàííîì ñëó÷àå ÿ ïðèñâîèë ýòè çíà÷åíèÿ äâóì ãë îáàëüíûì ïåðåìåííûì – UART_Flags è UART_Data . Ëîêàëüíûå ïåðåìåííûå â òàêîé ñèòóàöèè ëó÷øå íå èñïîëüçîâàòü, à åñëè è èñïîëüçîâàòü, òî ñ âûêëþ÷åííîé îïòèìèçàöèåé ýòîãî ó÷àñòêà êîäà, ïîòîìó ÷òî ïðè ôîðìèðîâàíèè èòîãîâîé ïðîøèâêè êîìïèëÿòîð ìîæåò èñêëþ÷èòü ýòè îïåðàöèè êàê áåññìûñëåííûå, ÷òî ïðèâåäåò ê òîìó, ÷òî ïðè ïðàâèëüíî íàïèñàííîì êîäå (íà Ñ/Ñ++) ðåãèñòðû SR è DR îñòàíóòñÿ áåç èçìåíåíèé. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî â ñàìîì íà÷àëå ïðèåìà äàííûõ ïðåðûâàíèå îò ïðîñòîÿ ëèíèè IDLE îòêëþ÷åíî – ïîêà íå ïðèíÿò ïåðâûé áàéò ïàêåòà, íàñ ýòî ñîñòîÿíèå ñîâåðøåííî íå èíòåðåñóåò.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Îáðàáîòêà ïðåðûâàíèÿ ïðè ïåðåäà÷å äàííûõ Â íà÷àëå ïåðåäà÷è äàííûõ ìû àêòèâèçèðîâàëè ïðåðûâàíèÿ îò âñåõ ñîáûòèé, ñâÿçàííûõ ñ ïðîöåññîì ïåðåäà÷è äàííûõ, ïîýòîìó îáðàáîò÷èê ýòîãî ïðåðûâàíèÿ áóäåò âûçûâàòüñÿ è ïðè îïóñòîøåíèè áóôåðà, è ïî îêîí÷àíèè ïåðåäà÷è áàéòà. Ñîãëàñíî òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè, ôëàã SR.TC (çàâåðøåíèå ïåðåäà÷è) ìîæåò áûòü ïîäíÿò òîëüêî ïðè ïîäíÿòîì ôëàãå SR.TXE (ðåãèñòð DR ïóñò). Ýòî çíà÷èò, ÷òî ñîáûòèå SR.TC äîëæíî ïðîèçîéòè âñåãî îäèí ðàç – â ñàìîì êîíöå ïåðåäà÷è ïàêåòà, êîãäà áóäåò ñôîðìèðîâàí ñòîï-áèò ïîñëåäíåãî áàéòà (Ðèñóíîê 7). Ïîýòîìó â ýòîì îáðàáîò÷èêå ïðîâåðÿòü ôëàãè ïðåðûâàíèÿ ñ ïîìîùüþ ôóíêöèè UART1_GetITStatus åñòü ñìûñë òîëüêî â ñëó÷àå, êîãäà ïðåðûâàíèÿ îò ìîäóëÿ UART ìîãóò îòêëþ÷àòüñÿ íà äëèòåëüíîå âðåìÿ. Â ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìå òàêîå ìàëîâåðîÿòíî, ïîýòîìó ïîäîáíàÿ ïðîâåðêà íå ðåàëèçîâûâàëàñü.

Îáðàáîò÷èê ïðåðûâàíèÿ (TransferByte) StartTransfer t SR.TXE t

SR.TÑ

t UART.TX t Áàéò 0

Áàéò 1

Áàéò 2

Áàéò 3

Ðèñóíîê 7. Ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå ïðè ïåðåäà÷å ïàêåòà, ñîäåðæàùåãî ÷åòûðå áàéòà.

Â ýòîì ñëó÷àå àëãîðèòì îáðàáîòêè ïðåðûâàíèÿ ïðè ïåðåäà÷å äàííûõ (Ëèñòèíã 6) îïðåäåëÿåòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî êîëè÷åñòâîì óæå ïåðåäàííûõ áàéò, ñîäåðæàùåìñÿ â ïåðåìåííîé DataCount. Åñëè çíà÷åíèå ýòîé ïåðåìåííîé ìåíüøå ðàçìåðà ïàêåòà, õðàíèìîãî â íóëåâîì ýëåìåíòå áóôåðà Tx, òî ìû êîïèðóåì â ðåãèñòð DR ñëåäóþùèé áàéò, ïîñëå ÷åãî óâåëè÷èâàåì íà åäèíèöó ïåðåìåííóþ DataCount. Ïîñëå ýòîãî íàì íóæíî ñíîâà ñðàâíèòü åå çíà÷åíèå ñ ðàçìåðîì ïàêåòà. Åñëè îêàçàëîñü, ÷òî ìû îòïðàâèëè íà ïåðåäà÷ó ïîñëåäíèé áàéò, òî ïðåðûâàíèå ïî ôëàãó SR.TXE íóæíî îòêëþ÷èòü, âåäü ÷òîáû åãî ñáðîñèòü â ñëåäóþùèé ðàç, íóæíî áóäåò ÷òî-

òî çàïèñàòü â ðåãèñòð DR, à ìû óæå çàïèñàëè â íåãî âñå, ÷òî áûëî íóæíî. Ïîñëå îòêëþ÷åíèÿ ïðåðûâàíèÿ TXE îáðàáîò÷èê áóäåò âûçâàí åùå ðàç, íî óæå â ñàìîì êîíöå ïåðåäà÷è ïàêåòà, êîãäà áóäåò ñôîðìèðîâàí ñòîï-áèò ïîñëåäíåãî áàéòà (Ðèñóíîê 7). Â ýòîì ñëó÷àå ïðåðûâàíèå áóäåò ãàðàíòèðîâàííî âûçâàíî ôëàãîì SR.TC, à ïåðåìåííàÿ DataCount áóäåò ðàâíà ðàçìåðó ïàêåòà, ïîýòîìó íàì íå îñòàåòñÿ íè÷åãî äðóãîãî, êàê âûêëþ÷èòü ïåðåäàò÷èê RS-485, îòêëþ÷èòü ïîñëåäíåå àêòèâíîå ïðåðûâàíèå è, ïîäíÿâ ôëàã IsTransferComplete, óêàçàòü âûñîêîóðîâíåâûì ôóíêöèÿì, ÷òî ïåðåäà÷à ïàêåòà çàâåðøåíà.

Ëèñòèíã 6. Îáðàáîò÷èê ïðåðûâàíèÿ ïåðåäà÷è äàííûõ. void Communicator_TransferByte(TCommunicator* P) { if (P->DataCount < P->Tx[0]) { UART1->DR = P->Tx[P->DataCount++]; // îòïðàâèëè ïîñëåäíèé áàéò – îòêëþ÷àåì ïðåðûâàíèå if (P->DataCount == P->Tx[0]) UART1_ITConfig(UART1_IT_TXE, DISABLE); } else { // âñå áàéòû ïîëíîñòüþ ïåðåäàíû UART1_ITConfig(UART1_IT_TC, DISABLE); // âûêëþ÷àåì ïåðåäàò÷èê RS485 if (P->RS485_Port != NULL) GPIO_WriteLow(P->RS485_Port, P->RS485_Pin); P->IsTransferComplete = TRUE; } }

ÑÒÀÒÜÈ

Îáðàáîòêà ïðåðûâàíèÿ ïðè ïðèåìå äàííûõ Îáðàáîòêà ïðåðûâàíèÿ, âîçíèêàþùåãî ïðè ïðèåìå äàííûõ, íà÷èíàåòñÿ ñî ñáðîñà ôëàãîâ (Ëèñòèíã 7). Çäåñü ñíîâà íóæíî ñòðîãî ñîáëþñòè îïðåäåëåííóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü äåéñòâèé: âíà÷àëå ÷èòàåòñÿ ðåãèñòð SR, à çàòåì DR. Òàê æå, êàê è â ïîäïðîãðàììå ResetReceiver, ÿ ñîõðàíèë çíà÷åíèÿ ýòèõ ðåãèñòðîâ â ïåðåìåííûå UART_Flags è UART_Data, õîòÿ, â ýòîì ñëó÷àå, òèï ïåðåìåííûõ – ëîêàëüíûå èëè ãëîáàëüíûå – íå ïðèíöèïèàëåí. Îáðàáîò÷èê ïðåðûâàíèÿ ïðè ïðèåìå äàííûõ ìîæåò áûòü âûçâàí òðåìÿ ñîáûòèÿìè: ïðèåìîì áàéòà, ïåðåïîëíåíèåì âõîäíîãî áóôåðà è ïðåêðàùåíèåì ïîñòóïëåíèÿ äàííûõ. Ïðè ïåðâûõ âûçîâàõ îáðàáîò÷èêà – êîãäà çíà÷åíèå ïåðåìåííîé DataCount ðàâíî íóëþ – ïðåðûâàíèå ïðè îáíàðóæåíèè ïðîñòîÿ ëèíèè îòêëþ÷åíî, ïîýòîìó, ïîïàâ â ýòîò îáðàáîò÷èê, ìû, â ëþáîì ñëó÷àå, ÷òî-òî ïðèíÿëè. Â ïåðâóþ î÷åðåäü íóæíî ïðîâåðèòü àïïàðàòíûå ôëàãè SR.NF (çàøóìëåííàÿ ïåðåäà÷à) è SR.FE (îøèáêà êàäðà). Óñòàíîâêà õîòÿ áû îäíîãî èç íèõ ñâèäåòåëüñòâóåò î íàëè÷èè ïðîáëåì íà àïïàðàòíîì óðîâíå, íàïðèìåð,

ïëîõîé ïàéêå èëè íåñîîòâåòñòâèè ñêîðîñòåé îáìåíà ïðèåìíèêà è ïåðåäàò÷èêà. Íàëè÷èå ïîäîáíûõ îøèáîê ÿâëÿåòñÿ âåñîìûì îñíîâàíèåì äëÿ èãíîðèðîâàíèÿ âñåõ ïðèíÿòûõ äàííûõ, ïîñêîëüêó îíè, ñ áîëüøîé âåðîÿòíîñòüþ, ÿâëÿþòñÿ íåêîððåêòíûìè. Íå ñàìûì õîðîøèì ñîáûòèåì ÿâëÿåòñÿ òàêæå è óñòàíîâêà ôëàãà SR.OR (ïåðåïîëíåíèå âõîäíîãî áóôåðà). Â òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè óêàçàíî, ÷òî ñðàçó ïîñëå óñòàíîâêè ýòîãî ôëàãà äàííûå åùå ìîæíî ïîëó÷èòü â ïîëíîì îáúåìå, îäíàêî ó ìîäóëÿ UART íåò íèêàêèõ èíñòðóìåíòîâ äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîëè÷åñòâà óæå ïîòåðÿííûõ áàéò. Ïîýòîìó ïðè óñòàíîâêå ôëàãà SR.OR ëó÷øå âñåãî ïðîèãíîðèðîâàòü âñå ñîîáùåíèå. À åñëè ýòîò ôëàã áóäåò ÷àñòî ïîäíèìàòüñÿ, òî ïðèäåòñÿ ïåðåñìîòðåòü âñå ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå – ïîõîæå, ìèêðîêîíòðîëëåð «íå óñïåâàåò» îáðàáàòûâàòü ïîòîê äàííûõ ñ íóæíîé ñêîðîñòüþ. È àïïàðàòíûå, è ïðîãðàììíûå ïðîáëåìû ïðèâåäóò ê ÷àñòè÷íîé ïîòåðå äàííûõ, èç-çà ÷åãî äàëüíåéøàÿ îáðàáîòêà ïîëó÷åííîé èíôîðìàöèè áóäåò íåâîçìîæíà. Ïîýòîìó åñëè õîòÿ áû îäèí èç ôëàãîâ SR.NF, SR.FE èëè SR.OR ïîäíÿò, ïðèåìíèê ïåðåâîäèòñÿ â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå ïóòåì âûçîâà ïîäïðîãðàììû ResetReceiver.

Ëèñòèíã 7. Îáðàáîò÷èê ïðåðûâàíèÿ ïðèåìà äàííûõ. void Communicator_ReceiveByte(TCommunicator* P) { // ñáðîñ ôëàãîâ UART_Flags = UART1->SR; UART_Data = UART1->DR; // ïðîâåðêà îøèáîê if (UART_Flags & (UART1_FLAG_NF | UART1_FLAG_FE | UART1_FLAG_OR)) { Communicator_ResetReceiver(P); return; } if (P->DataCount == 0) { // äëèíà êîìàíäû íå ìîæåò áûòü ìåíüøå 4 áàéò if (Data > 3) { // âêëþ÷àåì äðóãèå ïðåðûâàíèÿ UART1_ITConfig(UART1_IT_IDLE, ENABLE); // ñîõðàíÿåì äàííûå P->Rx[P->DataCount++] = UART_Data; }

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

} else { if (UART_Flags & UART1_FLAG_IDLE) { Communicator_ResetReceiver(P); } else { // ñîõðàíÿåì äàííûå P->Rx[P->DataCount++] = UART_Data; // ïðîâåðêà âñå ëè áàéòû ïðèíÿòû if (P->DataCount == P->Rx[0]) { // âûêëþ÷àåì ïðåðûâàíèÿ UART1_ITConfig(UART1_IT_RXNE_OR, DISABLE); UART1_ITConfig(UART1_IT_IDLE, DISABLE); P->IsReceiveComplete = TRUE; } } } }

Ïðèåì ïåðâîãî áàéòà íèêàê íå ãàðàíòèðóåò òîãî, ÷òî ìû ïðèíÿëè íà÷àëî ñîîáùåíèÿ, âåäü ïðèåìíèê ìîæåò «âêëþ÷èòüñÿ» â ïðîèçâîëüíûé ìîìåíò, íàïðèìåð, íà ñåðåäèíå ïàêåòà, àäðåñîâàííîãî äðóãîìó ìîäóëþ. Äîñòîâåðíî îïðåäåëèòü, ÷òî ïðèíÿòûé áàéò ÿâëÿåòñÿ ïåðâûì è ñîäåðæèò èíôîðìàöèþ î äëèíå èíôîðìàöèîííîé ïîñûëêè íåâîçìîæíî. Äàæå åñëè ââåñòè ñïåöèàëüíûé ìàðêåð íà÷àëà ïåðåäà÷è, íàïðèìåð, 0xFF, è ñëåäèòü çà òåì, ÷òîáû êîäû êîìàíä èëè ïàðàìåòðîâ íå ïðèíèìàëè ýòîãî çíà÷åíèÿ, âñå ðàâíî ñóùåñ-

UART.RX

òâóåò âûñîêàÿ âåðîÿòíîñòü íàëè÷èÿ ïîäîáíûõ áàéòîâ â ñåêöèÿõ äàííûõ èëè êîíòðîëüíîé ñóììû. À èñïîëüçîâàíèå áîëåå ñëîæíûõ ìàðêåðîâ ïðèâåäåò ê çíà÷èòåëüíîìó óâåëè÷åíèþ «íàêëàäíûõ» ðàñõîäîâ íà îáìåí äàííûìè, âåäü ïðè ìèíèìàëüíîé äëèíå êîìàíäû 4 áàéòà äîáàâëåíèå äàæå îäíîáàéòíîãî ìàðêåðà ïðèâåäåò ê óâåëè÷åíèþ äëèíû ñîîáùåíèÿ íà 25%. Ïîýòîìó â íàøåì ñëó÷àå îïðåäåëèòü, ÷òî ìû ïðàâèëüíî ñèíõðîíèçèðîâàëèñü ñ ïåðåäàò÷èêîì, ìîæíî òîëüêî â ñàìîì êîíöå ïðèå-

255

158 t

SR.RXNE t SR.IDLE t CR2.ILIEN t

IsReceiveComplete

t ResetReceiver t

ResetReceiver

Îáðàáîò÷èê ïðåðûâàíèÿ (ReceiveByte)

Ðèñóíîê 8. Ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå ïðè ïðèåìå ïàêåòà, ñîäåðæàùåãî ÷åòûðå áàéòà.

ÑÒÀÒÜÈ

ìà – ïðè àíàëèçå êîíòðîëüíîé ñóììû. Ïðè ïðèåìå ïåðâîãî áàéòà ýòî ïðèíöèïèàëüíî íåâîçìîæíî, ïîýòîìó â ñàìîì íà÷àëå, êîãäà ïåðåìåííàÿ DataCount ðàâíà íóëþ, ïðîèçâîäèòñÿ ëèøü ïðèìèòèâíåéøàÿ ïðîâåðêà: ìèíèìàëüíàÿ äëèíà ñîîáùåíèÿ íå ìîæåò áûòü ìåíüøå ÷åòûðåõ áàéò, ïîýòîìó åñëè ïåðâûé áàéò áîëüøå òðåõ, òî ñ÷èòàåì, ÷òî ïåðåäà÷à íà÷àëàñü. Â ýòîì ñëó÷àå ìû ñîõðàíÿåì áàéò â ïðèåìíûé áóôåð, óâåëè÷èâàåì íà åäèíèöó ïåðåìåííóþ DataCount è âêëþ÷àåì ïðåðûâàíèå ïðè îáíàðóæåíèè îñòàíîâêè îáìåíà. Âêëþ÷åíèå ïðåðûâàíèÿ ïî ôëàãó SR.IDLE ÿâëÿåòñÿ î÷åíü âàæíûì. Îíî ïîçâîëèò ïðèåìíèêó «íå çàâèñíóòü» ïðè íàðóøåíèè îáùåé ñèíõðîíèçàöèè. Íàïðèìåð, ïóñòü ïðèåìíèê íà÷àë «ñëóøàòü» øèíó â ñàìîì êîíöå ñîîáùåíèÿ è ïðèíÿë áàéò ñî çíà÷åíèåì, ðàâíûì 255 (Ðèñóíîê 8). Ïóñòü, ñðàçó æå ïîñëå ïåðåäà÷è ýòîãî áàéòà íà èíôîðìàöèîííîé øèíå íàñòóïèëà òèøèíà, ÷òî ìîæåò ïðîèçîéòè, íàïðèìåð, åñëè ïàêåò ïðåäíàçíà÷àëñÿ ýòîìó óñòðîéñòâó, è òåïåðü âåäóùèé æäåò îò íåãî îòâåòà. Îäíàêî ïðèåìíèê, äëÿ òîãî ÷òîáû ïðèñòóïèòü ê îáðàáîòêå ê ïàêåòà, äîëæåí ïðèíÿòü åùå 254 áàéòà, êîòîðûõ ïî èíôîðìàöèîííîé øèíå íèêòî íå ïåðåäàåò. Â ýòîì ñëó÷àå ÷åðåç íåêîòîðîå âðåìÿ, îáû÷íî ðàâíîå äëèòåëüíîñòè îäíîãî áàéòà, â ìîäóëå UART ïîäíèìåòñÿ ôëàã SR.IDLE, è ïðîèçîéäåò ïðåðûâàíèå, â äàííîì ñëó÷àå – èç-çà ïðåêðàùåíèÿ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè. Ïîñêîëüêó ñîîáùåíèå áûëî ïðèíÿòî íå äî êîíöà, ïðèåìíèê âåðíåòñÿ â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå è ïðè ïðèåìå ñëåäóþùåãî áàéòà, êîòîðûé ñ áîëüøîé âåðîÿòíîñòüþ îêàæåòñÿ íà÷àëîì íîâîãî ïàêåòà, èíôîðìàöèÿ áóäåò ïðèíÿòà êîððåêòíî. Íî åñëè äàæå òèøèíà íà èíôîðìàöèîííîé øèíå íå íàñòóïèò, è ïðèåìíèê âñå-òàêè ïðèìåò íåäîñòàþùèå 254 áàéòà, òî ñîîáùåíèå íå áóäåò èìåòü íóæíóþ ñòðóêòóðó, è ðàñ÷åòíîå çíà÷åíèå êîíòðîëüíîé ñóììû ñ âûñîêîé âåðîÿòíîñòüþ íå ñîâïàäåò ñî çíà÷åíèåì, õðàíÿùåìñÿ â ïîñëåäíåì áàéòå. Òàêèì îáðàçîì, ñèíõðîíèçàöèÿ ïåðåäàò÷èêà è ïðèåìíèêîâ íà óðîâíå èíôîðìàöèîííûõ ïàêåòîâ ðàíî èëè ïîçäíî ïðîèçîéäåò â

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ëþáîì ñëó÷àå, ïðîñòî àêòèâèçàöèÿ ïðåðûâàíèÿ ïðè îáíàðóæåíèè ïðîñòîÿ â ëèíèè ïîçâîëèò óñêîðèòü íàñòóïëåíèå ýòîãî ñîáûòèÿ. Åñëè æå ïðèåìíèê ïðèíèìàåò èíôîðìàöèþ ñèíõðîííî ñ ïåðåäàò÷èêîì, òî âûêëþ÷åíèå âñåõ ïðåðûâàíèé è óñòàíîâêà ôëàãà IsReceiveComplete ïðîèçîéäóò ñðàçó ïîñëå ïðèåìà ïîñëåäíåãî áàéòà – çàäîëãî äî óñòàíîâêè ôëàãà SR.IDLE è ïåðåâîäà ïðèåìíèêà â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå.

Çàêëþ÷åíèå Ìîäóëè UART ìèêðîêîíòðîëëåðîâ STM8, êàê è ëþáûå äðóãèå, èìåþò ñâîè îñîáåííîñòè, äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè. Ïðîâîäèòü ñðàâíèòåëüíóþ îöåíêó èõ ñ àíàëîãè÷íûìè ðåøåíèÿìè äðóãèõ ïðîèçâîäèòåëåé ëèøåíî âñÿêîãî ñìûñëà, âåäü âñå îíè îáåñïå÷èâàþò ãëàâíóþ ôóíêöèþ – îáìåí èíôîðìàöèåé ïî íóæíûì èíòåðôåéñàì. À òàêîå ïîíÿòèå êàê «óäîáñòâî ïîëüçîâàíèÿ», â äàííîì ñëó÷àå – «óäîáñòâî ïðîãðàììèðîâàíèÿ», – ÿâëÿåòñÿ ÷èñòî ñóáúåêòèâíûì. Âîò è ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî ñòðàäàíèÿ ïðîãðàììèñòîâ â ïðîöåññå ðàáîòû ñ ýòèìè ïåðèôåðèéíûìè ìîäóëÿìè âñåãäà ìîæíî îáúÿñíèòü íåäîñòàòêàìè è íåâåæåñòâîì ñàìèõ ïðîãðàììèñòîâ, íå óäåëèâøèõ äîëæíîãî âðåìåíè è âíèìàíèÿ èçó÷åíèþ òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè. À íà ñàìîì äåëå, äëÿ áûñòðî îñâîåíèÿ ýòèõ ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ íóæíî âñåãî ëèøü íåñêîëüêî õîðîøî îïèñàííûõ ïðàêòè÷åñêèõ ïðèìåðîâ, æåëàòåëüíî èç ðåàëüíûõ ïðîåêòîâ. Ïîýòîìó, ÿ íàäåþñü, ÷òî ýòà ñòàòüÿ ñòàíåò õîðîøèì ïîäñïîðüåì äëÿ ëþäåé, ðåøèâøèõ ðàçîáðàòüñÿ ñ ýòèìè ìèêðîêîíòðîëëåðàìè. ÐË

Äîïîëíèòåëüíàÿ èíôîðìàöèÿ 1. STM8S Series and STM8AF Series 8-bit microcontrollers. Reference Manual 2. STM8S Value line 3. STM8S/A Standard Peripherals Library 4. Íàñòðîéêà UART íà ìèêðîêîíòðîëëåðå STM8

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet STMicroelectronics STM8S003F3

Raspberry Pi Zero 2 W çà $15 óæå â ïðîäàæå Eben Upton Raspberry Pi

Ïðîøëî ïî÷òè øåñòü ëåò ñ òåõ ïîð, êàê íåîæèäàííî äëÿ âñåãî ìèðà ìû âûïóñòèëè Raspberry Pi Zero, ïðîäàâàâøóþñÿ çà 5 äîëëàðîâ. Èç âñåõ çàïóùåííûõ íàìè ïðîäóêòîâ Zero ïî-ïðåæíåìó îñòàåòñÿ òåì, ÷åì ÿ ãîðæóñü áîëüøå âñåãî: ýòà ïëàòà ëó÷øå âñåãî îëèöåòâîðÿåò íàøó ìèññèþ ïî óñòðàíåíèþ öåíîâûõ áàðüåðîâ äëÿ ïðåäîñòàâëåíèÿ äîñòóïà ê âû÷èñëèòåëüíûì ðåñóðñàì ìàêñèìàëüíî øèðîêîìó êðóãó ëþäåé. Ìû ïðîäàëè ïî÷òè ÷åòûðå ìèëëèîíà 10-äîëëàðîâûõ ïëàò Zero è åå áåñïðîâîäíîãî ñòàðøåãî áðàòà Zero W, êîòîðûå íàøëè ïðèìåíåíèå âî ìíîæåñòâå ïðèëîæåíèé, – îò óìíûõ äèíàìèêîâ äî àïïàðàòîâ èñêóññòâåííîé âåíòèëÿöèè ëåãêèõ. Íî åñëè ìîùíîñòü íàøèõ áîëåå êðóïíûõ ïðîäóêòîâ ñ ãîäàìè íåóêëîííî ðîñëà, ñïîñîáà ïîâûñèòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü óñòðîéñòâ â ôîðìôàêòîðå Zero ìû òàê è íå íàøëè.

Ðèñóíîê 1. Raspberry Pi Zero 2 W.

Raspberry Pi Zero 2 W Â Raspberry Pi Zero 2 W, êîòîðàÿ ïðîäàåòñÿ çà 15 äîëëàðîâ, èñïîëüçóåòñÿ òîò æå êðèñòàëë ÑíÊ Broadcom BCM2710A1, ÷òî è â ñòàðòîâîé âåðñèè Raspberry Pi 3, ñ ÿäðàìè Arm, ÷àñòîòà êîòîðûõ íåìíîãî ïîíèæåíà äî 1 ÃÃö, îáúåäèíåííûé â îäíîì êîðïóñå âìåñòå ñ 512 Ìáàéò ñèíõðîííîé äèíàìè÷åñêîé ïàìÿòè LPDDR2 (Ðèñóíîê 1). Òî÷íîå îïðåäåëåíèå óâåëè÷åíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïî ñðàâíåíèþ ñ Zero çàâèñèò îò ðàáî÷èõ íàãðóçîê, íî äëÿ ìíîãîïîòî÷íûõ ñèñòåìíûõ òåñòîâ îíà ïî÷òè â ïÿòü ðàç âûøå. Raspberry Pi Zero 2 W ìîæíî êóïèòü óæå ñåãîäíÿ â íàøåé ñåòè îôèöèàëüíûõ ðåñåëëåðîâ. Åñëè âû ÿâëÿåòåñü ïîäïèñ÷èêîì The MagPi (Ðèñóíîê 2), Zero 2 W âû ïîëó÷èòå áåñïëàòíî; âñå íîâûå ïîäïèñ÷èêè ïîëó÷àò óñòðîéñòâî â êà÷åñòâå ïðèâåòñòâåííîãî ïîäàðêà.

Ðèñóíîê 2. Zero 2 W íà îáëîæêå The MagPi.

ÑÒÀÒÜÈ

Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè Raspberry Pi Zero 2 W Âîò ÷òî íóæíî âûäåëèòü â ïåðâóþ î÷åðåäü: ! ×åòûðåõúÿäåðíàÿ 64-áèòíàÿ ÑíÊ Broadcom BCM2710A1 (Arm Cortex-A53 ñ òàêòîâîé ÷àñòîòîé 1 ÃÃö); ! 512 Ìáàéò ñèíõðîííîé äèíàìè÷åñêîé ïàìÿòè LPDDR2; ! Áåñïðîâîäíàÿ ëîêàëüíàÿ ñåòü IEEE 802.11b/g/n 2.4 ÃÃö, Bluetooth 4.2, Bluetooth Low Energy; ! Èíòåðôåéñ USB 2.0 ñ ïîääåðæêîé OTG; ! HAT-ñîâìåñòèìûé 40-êîíòàêòíûé ðàçúåì;

Îñîáåííîñòè êîðïóñà Ãëàâíûì ïðåïÿòñòâèåì äëÿ ðàñøèðåíèÿ âîçìîæíîñòåé Raspberry Pi Zero âñåãäà áûë ôîðì-ôàêòîð: íà êðîøå÷íîé ïëàòå ïðè îäíîñòîðîííåé óñòàíîâêå êîìïîíåíòîâ íåò ôèçè÷åñêîãî ìåñòà äëÿ ðàçìåùåíèÿ è îñíîâíîé ñèñòåìû íà êðèñòàëëå (ÑíÊ), è äèñêðåòíîãî êîðïóñà SDRAM. Òàê æå êàê Raspberry Pi 1 èëè Raspberry Pi Zero, Zero W ñäåëàíà íà áàçå ÑíÊ Broadcom BCM2835. Ýòî ïîçâîëèëî îáîéòè ïðîáëåìó çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ òåõíîëîãèè «êîðïóñ-íàêîðïóñå», êîãäà êîðïóñ SDRAM ðàñïîëàãàåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ïîâåðõ ÑíÊ (Ðèñóíîê 4).

! Ñëîò êàðòû MicroSD; ! Ïîðò Mini HDMI; ! Êîíòàêòíûå ïëîùàäêè äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ êîìïîçèòíîãî âèäåî è êíîïêè «Ñáðîñ»; ! Ðàçúåì ïîäêëþ÷åíèÿ êàìåðû CSI-2; ! Äåêîäèðîâàíèå âèäåî ñòàíäàðòîâ H.264 è MPEG-4 (1080p30), êîäèðîâàíèå H.264 (1080p30); ! Ãðàôè÷åñêèé èíòåðôåéñ OpenGL ES 1.1 è 2.0.

Ðèñóíîê 3. Êðîõîòíîå æèçíåííîå ïðîñòðàíñòâî.

Åñëè ìíîãîå èç ïåðå÷èñëåííîãî êàæåòñÿ çíàêîìûì, òî ýòî ïîòîìó, ÷òî Ñàéìîí Ìàðòèí (Simon Martin), ðàçðàáîòàâøèé è Zero 2 W, è ñèñòåìó-â-êîðïóñå RP3A0, íà êîòîðîé îñíîâàíà Zero 2 W, ñìîã âòèñíóòü âñå ýòè äîïîëíèòåëüíûå âîçìîæíîñòè â îðèãèíàëüíûé ôîðìôàêòîð Zero. Ïî÷òè âñå êîðïóñà è àêñåññóàðû, ðàçðàáîòàííûå äëÿ Zero, äîëæíû èäåàëüíî ïîäõîäèòü è ê íîâîé ïëàòå, âêëþ÷àÿ íàø ñîáñòâåííûé êîðïóñ è íàáîð êàáåëåé (Ðèñóíîê 3).

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Êîðïóñ

DRAM

Ïðîöåññîð Ïîäëîæêà

Ïðîâîëî÷íîå ñîåäèíåíèå

Øàðèêîâûé âûâîä

Ïëàòà Raspberry Pi Zero

Ðèñóíîê 4. 168-êîíòàêòíûé êîðïóñ ïàìÿòè LPDDR2 óñòàíîâëåí íåïîñðåäñòâåííî íà ÑíÊ BCM2835.

Êîðïóñ-íà-êîðïóñå – ýòî ýëåãàíòíîå ðåøåíèå, åñëè êðåìíèåâûé êðèñòàëë â ÑíÊ äîñòàòî÷íî ìàë, ÷òîáû âïèñàòüñÿ â ïîñàäî÷íîå ìåñòî ìåæäó øàðèêîâûìè âûâîäàìè âåðõíåãî êîðïóñà SDRAM. Ê ñîæàëåíèþ, êîãäà Broadcom äîáàâèëà ñíà÷àëà ÷åòûðåõúÿäåðíûé Cortex-A7 (äëÿ ñîçäàíèÿ BCM2836), à çàòåì ÷åòûðåõúÿäåðíûé Cortex-A53 (äëÿ ñîçäàíèÿ BCM2837), êðèñòàëë âûøåë çà ïðåäåëû ïîñàäî÷íîãî ìåñòà. Íà÷èíàÿ ñ Raspberry Pi 2 è äàëåå, ìû èñïîëüçóåì äèñêðåòíóþ ìèêðîñõåìó SDRAM, íî äëÿ áóäóùåãî Zero òàêîé âàðèàíò íå ãîäèëñÿ. Íî åñòü åùå îäèí ñïîñîá óõîäà îò èñïîëüçîâàíèÿ äèñêðåòíîé SDRAM, è åñëè âû ñëåäèëè çà Raspberry Pi ñ ñàìîãî íà÷àëà, âû óæå âñòðå÷àëèñü ñ íèì ðàíüøå. Â ñâîå âðåìÿ ó BCM2835 áûë íåìíîãî «çëîáíûé» äâîéíèê BCM2763, êîòîðûé îáúåäèíÿë êðèñòàëë SDRAM îáúåìîì 128 ÌÁ â îáùåì êîðïóñå ñ êðèñòàëëîì ÑíÊ; òàêàÿ êîíñòðóêöèÿ èçâåñòíà êàê ñèñòåìà â êîðïóñå. BCM2763 ïðåäíàçíà÷àëñÿ äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â êà÷åñòâå ãðàôè÷åñêîãî ñîïðîöåññîðà â ìîáèëüíûõ òåëåôî-

íàõ è áûë îñíîâîé îðèãèíàëüíîãî ïðîòîòèïà Raspberry Pi, êîòîðûé ìû ïðîäåìîíñòðèðîâàëè åùå â 2011 ãîäó (Ðèñóíîê 5).

Íèêîãäà íå óïóñêàâøèé âîçìîæíîñòè äëÿ õóäîæåñòâåííîãî ñàìîâûðàæåíèÿ, Ñàéìîí äàæå ñóìåë âòèñíóòü ëîãîòèï Raspberry Pi, ïðàâäà, ñ î÷åíü íèçêèì ðàçðåøåíèåì, â øàðèêîâûå âûâîäû êîðïóñà, ÷òî ìîæíî âèäåòü íà ôîòîãðàôèè è ðåíòãåíîâñêîì ñíèìêå êîðïóñà (Ðèñóíîê 7).

Îñîáåííîñòè ïå÷àòíîé ïëàòû

Ðèñóíîê 5. Ïðîòîòèï Raspberry Pi.

Ñàéìîí, äåñÿòü ëåò íàçàä ðàçðàáîòàâøèé êîðïóñ BCM2763 â êîìïàíèè Broadcom, òåïåðü ðàáîòàåò â Raspberry Pi. Â ïðîìåæóòêå ìåæäó ðàçðàáîòêàìè îôèöèàëüíîé ìûøè è êëàâèàòóðû, Âûñîêîêà÷åñòâåííîé êàìåðû è Raspberry Pi 400 îí íàøåë âðåìÿ äëÿ ñîçäàíèÿ RP3A0 – ñîâðåìåííîé ñèñòåìû â êîðïóñå SIP, îáúåäèíèâøåé êðèñòàëë BCM2710A1, èñïîëüçóåìûé â BCM2837A1, êðèñòàëë 4ãèãàáèòíîé ïàìÿòè LPDDR2 êîìïàíèè Micron è ðàçâÿçûâàþùèå êîíäåíñàòîðû, íåîáõîäèìûå äëÿ ñãëàæèâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ÿäðà (Ðèñóíîê 6). Êîðïóñ

Âåðõíèé êðèñòàëë

Íèæíèé êðèñòàëë

Èíòåðïîçåð Ïîäëîæêà

Ïðîâîëî÷íîå ñîåäèíåíèå

Øàðèêîâûé âûâîä

Ïëàòà Raspberry Pi Zero 2W

Ðèñóíîê 6. Ñèñòåìà-â-êîðïóñå RP3A0.

Ðèñóíîê 7. Íå ñàìûé ìàëåíüêèé ëîãîòèï Raspberry Pi, íî, âîçìîæíî, ñ ñàìûì íèçêèì ðàçðåøåíèåì.

Êîãäà â íåáîëüøîé êîðïóñ ïîìåùàåòñÿ áîëüøå ôóíêöèé, âîçíèêàåò ïðîáëåìà òåïëîâûäåëåíèÿ: ìîæåì ëè ìû îòâåñòè òåïëî, âûäåëÿåìîå áîëåå áûñòðûì ïðîöåññîðîì? Êàê è â äðóãèõ ïîñëåäíèõ ïðîäóêòàõ Raspberry Pi, â Zero 2 W äëÿ îòâîäà òåïëà îò ïðîöåññîðà èñïîëüçóþòñÿ òîëñòûå âíóòðåííèå ñëîè ìåäè. Åñëè âû âîçüìåòå â ðóêè Zero W è Zero 2 W, âû äåéñòâèòåëüíî ïî÷óâñòâóåòå ðàçíèöó â âåñå. Âñÿ ýòà äîïîëíèòåëüíàÿ ìåäü ïîâûøàåò ñòàáèëüíîñòü õàðàêòåðèñòèê; ìû îáíàðóæèëè, ÷òî ïðè òåìïåðàòóðå îêðóæàþùåé ñðåäû 20 °C Zero 2 W ìîæåò áåç òðîòòëèíãà áåñêîíå÷íî âûïîëíÿòü íàø ëþáèìûé ñòðåññ-òåñò ëèíåéíîé àëãåáðû LINPACK.

Ýêðàíèðîâàííàÿ ðàäèî÷àñòîòíàÿ ñõåìà Ðÿäîì ñ áîëüøèì êîðïóñîì RP3A0 âèäåí áîëüøîé ìåòàëëè÷åñêèé ýêðàí (Ðèñóíîê 8), êîòîðûé çàêðûâàåò ðàäèî÷àñòîòíóþ ñõåìó è çàùèùàåò åå îò âíåøíèõ ïîìåõ. Êàê è âñå ïðîäóêòû Raspberry Pi, íà÷èíàÿ ñ 3B+, Zero 2 W èìååò ñåðòèôèêàò FCC, ÷òî ñîêðàùàåò îáúåì ðàáîò íà ïîäòâåðæäåíèå ñîîòâåòñòâèÿ íîðìàòèâíûì òðåáîâàíèÿì, ñâÿçàííûõ ñ âêëþ÷åíèåì ïëàòû â êîíå÷íûé ïðîäóêò.

Ðèñóíîê 8. Ýêðàí ðàäèî÷àñòîòíîé ñõåìû.

ÑÒÀÒÜÈ

Íîâûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ äëÿ Raspberry Pi Zero 2 Â äîïîëíåíèå ê Zero 2 W ìû òàêæå çàïóñêàåì â ïðîèçâîäñòâî íîâûé îôèöèàëüíûé USB áëîê ïèòàíèÿ (Ðèñóíîê 9). Îí î÷åíü ïîõîæ íà áëîê ïèòàíèÿ Raspberry Pi 4, íî ñ ðàçúåìîì USB micro-B âìåñòî USB-C è ñ íåìíîãî ñíèæåííûì ïèêîâûì òîêîì 2.5 À. Äàæå ýòî èçëèøíå ïðè èñïîëüçîâàíèè Zero 2 W, íî áóäåò ïîëåçíî, åñëè âû çàõîòèòå ïîäêëþ÷èòü Raspberry Pi 3B èëè 3B+. Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ ñòîèò $8 è ïðåäëàãàåòñÿ ñ ñåòåâûìè âèëêàìè ñëåäóþùèõ òèïîâ: òèï A (ÑØÀ è Êàíàäà), òèï C (Åâðîïà), òèï D (Èíäèÿ), òèï G (Âåëèêîáðèòàíèÿ) è òèï I (Àâñòðàëèÿ, Íîâàÿ Çåëàíäèÿ è Êèòàé).

Äîñòóïíîñòü Raspberry Pi Zero 2 W Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïëàòà Raspberry Pi Zero 2 W äîñòóïíà â Âåëèêîáðèòàíèè, Åâðîïåéñêîì ñîþçå, ÑØÀ, Êàíàäå è Ãîíêîíãå. Ïî ìåðå çàâåðøåíèÿ íàøåé ðàáîòû ïî ïîäòâåð-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Ðèñóíîê 9. Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ BS 1363 FTW.

æäåíèþ ñîîòâåòñòâèÿ òðåáîâàíèÿì ðåãóëèðóþùèõ îðãàíîâ, ìû áóäåì äîáàâëÿòü íîâûå ñòðàíû; ïåðâûìè â êîíöå ãîäà ïîÿâÿòñÿ Àâñòðàëèÿ è Íîâàÿ Çåëàíäèÿ. Ê ñîæàëåíèþ, Zero 2 W íå çàñòðàõîâàíà îò íûíåøíåãî ãëîáàëüíîãî äåôèöèòà ïîëóïðîâîäíèêîâ. Â ýòîì êàëåíäàðíîì ãîäó ìû îæèäàåì îòãðóçèòü îêîëî 200 òûñ. ïëàò, à â ïåðâîé ïîëîâèíå 2022 ãîäà – åùå 250 òûñ. ÐË

Ñðàâíåíèå ïîñëåäîâàòåëüíûõ è øóíòîâûõ ëèíåéíûõ ðåãóëÿòîðîâ íàïðÿæåíèÿ äëÿ íåáîëüøèõ ôîòîãàëüâàíè÷åñêèõ áàòàðåé Stephen Woodward EDN

Ñîëíå÷íûå ôîòîãàëüâàíè÷åñêèå áàòàðåè, êàæåòñÿ, ñ êàæäûì äíåì ñòàíîâÿòñÿ äåøåâëå è ýôôåêòèâíåå, ÷òî äåëàåò èõ âñå áîëåå ïðàêòè÷íûìè äëÿ ïðèëîæåíèé âîçîáíîâëÿåìûõ è/èëè óäàëåííûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ. Ïðè ýòîì íàïðÿæåíèå, âûðàáàòûâàåìîå ëþáîé áàòàðååé, çíà÷èòåëüíî çàâèñèò îò íàãðóçêè, èíòåíñèâíîñòè ïàäàþùåãî ñâåòà è òåìïåðàòóðû, ïîýòîìó ÷àñòî òðåáóåòñÿ òà èëè èíàÿ ôîðìà ðåãóëèðîâàíèÿ. Êàê ïîêàçàíî â áîëåå ðàííåé ñòàòüå [1], îòñëåæèâàíèå òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè (Maximum Power Point Tracking, MPPT) è èìïóëüñíàÿ ñòàáèëèçàöèÿ ìîãóò çíà÷èòåëüíî óëó÷øèòü õàðàêòåðèñòèêè ôîòîãàëüâàíè÷åñêîé ñèñòåìû. Íî äëÿ íåáîëüøèõ ñîëíå÷íûõ áàòàðåé äîïîëíèòåëüíàÿ ñëîæíîñòü ñõåì MPPT è èìïóëüñíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìîæåò ïîêàçàòüñÿ íåîïðàâäàííîé, ÷òî äåëàåò ëèíåéíîå

ðåãóëèðîâàíèå áîëåå ïðîñòûì è ðàçóìíûì âûáîðîì. Â äàííîé ñòàòüå ðàññìàòðèâàþòñÿ èìåííî òàêèå ñèñòåìû â ïëàíå ñðàâíèòåëüíûõ ïðåèìóùåñòâ äâóõ òîïîëîãèé ðåãóëÿòîðîâ – ïîñëåäîâàòåëüíîé è øóíòîâîé. Äàâàéòå íà÷íåì ñ ãèïîòåòè÷åñêîé íåáîëüøîé ñîëíå÷íîé áàòàðåè, îïòèìèçèðîâàííîé äëÿ âûõîäíîé ìîùíîñòè 12 Âò (ïðè ïîëíîì 2 ïðÿìîì ñîëíå÷íîì ñâåòå ~1 êÂò/ì ) ñ òîêîì 1 À ïðè íàïðÿæåíèè 12 Â, ýôôåêòèâíîñòüþ ïðåîáðàçîâàíèÿ ñâåòà â ýëåêòðè÷åñòâî 20% è, ñëåäîâàòåëüíî, ñ ðàñ÷åòíîé ïëîùàäüþ 2 ~0.06 ì . Çàòåì äîáàâèì ê íåé ñõåìó ëèíåéíîãî ðåãóëÿòîðà äëÿ ïîääåðæàíèÿ ïîñòîÿííîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ 12 Â ïðè èçìåíåíèè òîêà íàãðóçêè îò 0 äî 1 À. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí îòâå÷àþùèé ýòèì òðåáîâàíèÿì ïîñëåäîâàòåëüíûé ðåãóëÿòîð, à íà Ðèñóíêå 2 – ñîïîñòàâèìàÿ òîïîëîãèÿ ñ øóíòîì. ×òîáû óïðîñòèòü ñðàâíåíèå ïðåèìó-

Ñîëíå÷íàÿ áàòàðåÿ

D45H8

12 Â/1 À

+ R3 1M

7 R4 6 300

LM10 4 1

– 8

16.5k

R3 =

R2(VOUT – 0.2) 0.2

VOUT = 12 Â 0…1À R2 16.9k + 100µF 16V R 2R 3 R1 = R2 + R 3

–

Ðèñóíîê 1. Âàðèàíò ïîñëåäîâàòåëüíîãî ðåãóëÿòîðà äëÿ íåáîëüøèõ ñîëíå÷íûõ áàòàðåé.

ÑÒÀÒÜÈ

Ñîëíå÷íàÿ áàòàðåÿ

12 Â/1 À

R3 1M 7 6

D44H8

LM10 4

R4 7.5 10 Âò

– 8

16.5k

R3 =

R2(VOUT – 0.2) 0.2

VOUT = 12 Â 0…1À R2 16.9k + 100µF 16V R 2R 3 R1 = R2 + R 3

–

Ðèñóíîê 2. Âàðèàíò øóíòîâîãî ðåãóëÿòîðà äëÿ íåáîëüøèõ ñîëíå÷íûõ áàòàðåé.

ùåñòâ ïàðàëëåëüíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì, â îáîèõ ðåãóëÿòîðàõ èñïîëüçóåòñÿ èäåíòè÷íàÿ ñõåìà èçìåðåíèÿ è óïðàâëåíèÿ, îñíîâàííàÿ íà ïî÷òåííîé êîìáèíèðîâàííîé ìèêðîñõåìå LM10, ñîäåðæàùåé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü è èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ. Íà ýòèõ ðèñóíêàõ âíóòðåííèé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 200 ìÂ ìèêðîñõåìû LM10 (âûâîäû 1 + 8) ïîäêëþ÷åí ê èíâåðòèðóþùåìó âõîäó îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (âûâîä 2) ÷åðåç ðåçèñòîð R1, îáåñïå÷èâàþùèé êîìïåíñàöèþ âõîäíîãî òîêà ñìåùåíèÿ, ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî ðàññ÷èòûâàåòñÿ êàê

R1 =

R 2R 3 , R2 + R3

òîãäà êàê íåèíâåðòèðóþùèé âõîä (âûâîä 3) ïîäêëþ÷àåòñÿ ê VOUT ÷åðåç äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ 60:1, îáðàçîâàííûé ðåçèñòîðàìè R2 è R3, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VSETPOINT êîòîðîãî ðàâíî

æR ö VSETPOINT = 200 ìÂ ´ çç 3 + 1÷÷ . è R2 ø Ýòî çíà÷èò, ÷òî íàïðÿæåíèå íà âûõîäå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (âûâîä 6) áóäåò îòðèöàòåëüíûì, êîãäà VOUT < VSETPOINT, è ïîëîæèòåëüíûì, êîãäà VOUT > VSETPOINT. Íà Ðèñóíêå 1 (ïîñëåäîâàòåëüíûé ðåãóëÿòîð) âûâîä 6 ÷ðåç òîêîîãðàíè÷èòåëüíûé ðåçèñòîð R4 ïîäêëþ÷åí ê áàçå ìîùíîãî p-n-p ïðîõîäíîãî òðàíçèñòîðà D45H8, ÷òî óâåëè÷èâàåò óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå è òîê íàãðóçêè, êîãäà VOUT < VSETPOINT, è óìåíüøàåò èõ, êîãäà VOUT > VSETPOINT. Íà Ðèñóíêå 2 (øóíòîâîé

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ðåãóëÿòîð) âûâîä 6 ïîäêëþ÷åí ê áàçå n-p-n øóíòèðóþùåãî òðàíçèñòîðà D44H8, îòâîäÿùåãî áîëüøå òîêà ñîëíå÷íîé áàòàðåè íà çåìëþ, êîãäà VOUT < VSETPOINT, è ìåíüøå, êîãäà VOUT > VSETPOINT. Èòàê, êàêîé òèï ðåãóëèðîâàíèÿ, øóíòîâîé èëè ïîñëåäîâàòåëüíûé, ëó÷øå, è êîãäà, è ïî÷åìó? ×òîáû îòâåòèòü íà ýòîò îáùèé âîïðîñ, ìû ðàññìîòðèì òðè êîíêðåòíûå õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû: 1. ÊÏÄ ðåãóëÿòîðà (ìàêñèìàëüíàÿ äîëÿ ìîùíîñòè áàòàðåè, îòäàâàåìàÿ â íàãðóçêó ïðè ïèêå ïîòðåáëåíèÿ). 2. Ïðîáëåìû óïðàâëåíèÿ òåìïåðàòóðíûì ðåæèìîì (â ïåðâóþ î÷åðåäü îïðåäåëÿåìûå òðåáóåìîé òåïëîåìêîñòüþ ðàäèàòîðà ñèëîâîãî òðàíçèñòîðà, êîòîðàÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, îïðåäåëÿåòñÿ ìàêñèìàëüíîé ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòüþ òðàíçèñòîðà). 3. Âëèÿíèå ñïîñîáà ðåãóëèðîâàíèÿ íà òåìïåðàòóðó ñîëíå÷íîé áàòàðåè è, ñîîòâåòñòâåííî, íà ýôôåêòèâíîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè.

ÊÏÄ ðåãóëÿòîðà Ïðè ïîëíîé íàãðóçêå (1 À) ÊÏÄ ïîñëåäîâàòåëüíîé òîïîëîãèè, êîãäà òðàíçèñòîð D45H8 âêëþ÷åí è ðàáîòàåò âáëèçè íàñûùåíèÿ, îãðàíè÷èâàåòñÿ òðåìÿ ôàêòîðàìè: 1. Òèïîâîå çíà÷åíèå òîêà, ïîòðåáëÿåìîãî ìèêðîñõåìîé LM10 è äåëèòåëåì íàïðÿæåíèÿ R2R3, ðàâíî 312 ìêÀ. 2. Áàçîâûé òîê òðàíçèñòîðà D45H8 ïðè òîêå êîëëåêòîðà 1 À ðàâåí 10 ìÀ. 3. Òèïîâîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà íàñûùåííîì òðàíçèñòîðå D45H8 ïðè òîêå êîëëåêòîðà 1 À ðàâíî 100 ìÂ.

Ñóììèðîâàíèå ýòèõ ïîòåðü äàåò îöåíî÷íîå çíà÷åíèå òèïîâîãî ÊÏÄ, ðàâíîå 98%. Â îòëè÷èå îò ýòîãî, â øóíòîâîé òîïîëîãèè ñèëîâîé òðàíçèñòîð D44H8 ïðè ìàêñèìàëüíîé íàãðóçêå ïîëíîñòüþ çàêðûò, à áàòàðåÿ íàïðÿìóþ ïîäêëþ÷åíà ê âûõîäó, ÷òî îñòàâëÿåò òîëüêî îäèí èç òðåõ ïåðå÷èñëåííûõ âûøå êîíêóðèðóþùèõ ôàêòîðîâ, à èìåííî, ïåðâûé: òîê 312 ìêÀ, ïîòðåáëÿåìûé ìèêðîñõåìîé LM10. Ýòî äàåò ïî÷òè èäåàëüíûé ÊÏÄ 99.97%. Âûâîä. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ÊÏÄ ïîñëåäîâàòåëüíàÿ òîïîëîãèÿ î÷åíü õîðîøà, íî øóíòîâàÿ (ïðàêòè÷åñêè) èäåàëüíà. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ýòîò ðåçóëüòàò îòëè÷àåòñÿ îò îñíîâàííûõ íà îáùèõ ñîîáðàæåíèÿõ îæèäàíèé, ÷òî ÊÏÄ ïîñëåäîâàòåëüíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ îáû÷íî äîëæåí áûòü âûøå, ÷åì øóíòîâîãî.

Ïðîáëåìû óïðàâëåíèÿ òåïëîâûì ðåæèìîì Ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ ïðîõîäíûì òðàíçèñòîðîì D45H8 ïîñëåäîâàòåëüíîãî ðåãóëÿòîðà, ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 1.33 Âò ïðè òîêå íàãðóçêè 0.66 À, ÷òî ìîæåò áûòü êîìïåíñèðîâàíî íåáîëüøèì ðàäèàòîðîì. Íàïðîòèâ, øóíòèðóþùèì òðàíçèñòîðîì D44H8 ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü ðàññåèâàåòñÿ ïðè íóëåâîì òîêå íàãðóçêè, ïðè÷åì â íàìíîãî áîëüøåì êîëè÷åñòâå – îêîëî 4.5 Âò, ÷òî òðåáóåò äîðîãîãî è ãðîìîçäêîãî ýêñòðóäèðîâàííîãî ðàäèàòîðà äëÿ îãðàíè÷åíèÿ ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû äî ïðèåìëåìîãî çíà÷åíèÿ (ïîðÿäêà 40 °C) â óñëîâèÿõ åñòåñòâåííîé êîíâåêöèè è èçëó÷åíèÿ. Ïî ýòîìó êðèòåðèþ ïîñëåäîâàòåëüíîå ðåãóëèðîâàíèå ÿâëÿåòñÿ î÷åâèäíûì ïîáåäèòåëåì ñ ïðåèìóùåñòâîì áîëåå ÷åì â 3 ðàçà.

Âëèÿíèå òèïà ðåãóëÿòîðà íà òåìïåðàòóðó ñîëíå÷íîé áàòàðåè Ïîëíàÿ ñîëíå÷íàÿ ýíåðãèÿ, ïîãëîùàåìàÿ ñîëíå÷íîé áàòàðååé, ìîæåò óõîäèòü òîëüêî ïî äâóì ïóòÿì: 1. Ïðåîáðàçîâûâàòüñÿ â ýëåêòðè÷åñêóþ ìîùíîñòü, ïîäàâàåìóþ â ïîäêëþ÷åííóþ ñõåìó; 2. Ðàññåèâàòüñÿ áàòàðååé â âèäå òåïëà. Ïåðâûé çàêîí òåðìîäèíàìèêè ãëàñèò, ÷òî ñóììà äâóõ ïîñëåäíèõ âñåãäà äîëæíà â òî÷-

íîñòè ðàâíÿòüñÿ ïåðâîìó. Ñëåäîâàòåëüíî, ÷åì ìåíüøå ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè ïîòðåáëÿåòñÿ ïîäêëþ÷åííîé íàãðóçêîé, òåì áîëüøå åå äîëæíî âûäåëÿòüñÿ áàòàðååé â âèäå òåïëà, ÷òî íåèçáåæíî ïîâûøàåò òåìïåðàòóðó áàòàðåè. Ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì ðåãóëèðîâàíèè áóëüøàÿ ÷àñòü ìîùíîñòè, íå ïðèíèìàåìîé íàãðóçêîé, ðàññåèâàåòñÿ áàòàðååé (ïîìíèòå, íàñêîëüêî õîëîäíûì îñòàåòñÿ D45H8), â òî âðåìÿ êàê ïðè øóíòîâîì ðåãóëèðîâàíèè ëèøíÿÿ ìîùíîñòü ðàññåèâàåòñÿ òðàíçèñòîì D44H8 è ðåçèñòîðîì R4. Òàêèì îáðàçîì, ïðè ÷àñòè÷íîé íàãðóçêå ñîëíå÷íàÿ ïàíåëü ñ øóíòîâûì ðåãóëèðîâàíèåì, èìåþùàÿ ýôôåêòèâíîñòü 20%, ðàáîòàåò ïðè òåìïåðàòóðå íà öåëûõ 10 °C áîëåå íèçêîé, ÷åì ïàíåëü ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì ðåãóëèðîâàíèåì. Ýôôåêòèâíîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ ñîëíå÷íîé áàòàðåè ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû ñíèæàåòñÿ íà 0.3–0.4% íà êàæäûé ãðàäóñ Öåëüñèÿ, òàê ÷òî â íåêîòîðûõ îáñòîÿòåëüñòâàõ ïàíåëü ñ øóíòîâûì ðåãóëèðîâàíèåì ìîæåò áûòü íà 3% èëè 4% ýôôåêòèâíåå, ÷åì ïàíåëü ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì ðåãóëèðîâàíèåì. Ïî ýòîìó êðèòåðèþ øóíòîâîé ðåãóëÿòîð ÿâíî ëó÷øå. Ïîäâîäÿ èòîã, ìû âèäèì íåîäíîçíà÷íóþ êàðòèíó: âûèãðûâàþò ëè øóíòîâûå ðåãóëÿòîðû â äåðáè êîíñòðóêöèé, ïîáåæäàÿ ïîñëåäîâàòåëüíûå â äâóõ çàåçäàõ èç òðåõ? Íà ýòîò âîïðîñ íåò îäíîçíà÷íîãî îòâåòà. Óðàâíîâåøèâàíèå êîíôëèêòóþùèõ êðèòåðèåâ ïðè âûáîðå ðàçðàáîò÷èêîì òèïà ðåãóëÿòîðà áóäåò çàâèñåòü îò êîíêóðèðóþùèõ ïðèîðèòåòîâ, ïîñêîëüêó èìåííî îíè áóäóò îïðåäåëÿòüñÿ â ïîäðîáíûõ òðåáîâàíèÿõ ê êîíêðåòíîìó ïðèëîæåíèþ. Âîò ïî÷åìó ìû, èíæåíåðû-êîíñòðóêòîðû, çàðàáàòûâàåì áîëüøèå äåíüãè! Êõì… ÐË

Ññûëêè 1. Êîíòðîëëåð ñîëíå÷íîé áàòàðåè íå èñïîëüçóåò óìíîæèòåëåé äëÿ ïîëó÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM10 2. Datasheet STMicroelectronics D44H8 3. Datasheet STMicroelectronics D45H8

ÑÒÀÒÜÈ

Ïðîñòîå èçìåðåíèå òåìïåðàòóðû ìèêðîêîíòðîëëåðîì ñ ïîìîùüþ äèîäà è êîíäåíñàòîðà Andreas Grün EDN

Èñïîëüçîâàíèå p-n ïåðåõîäà äèîäà äëÿ èçìåðåíèé òåìïåðàòóðû, êàê ïðàâèëî, îñíîâàíî íà èçìåíåíèè ïðÿìîãî íàïðÿæåíèÿ äèîäà, ñâÿçàííîãî ñ òåìïåðàòóðîé êîýôôèöèåíòîì 2 ìÂ/K. Îáû÷íî, ïðåæäå ÷åì ýòî íàïðÿæåíèå ìîæíî áóäåò èñïîëüçîâàòü â ìèêðîêîíòðîëëåðå, åãî íóæíî óñèëèòü è îöèôðîâàòü ñ ïîìîùüþ ÀÖÏ. Ìåíåå èçâåñòåí òîò ôàêò, ÷òî îáðàòíûé òîê äèîäà ñ p-n ïåðåõîäîì èìååò õîðîøóþ ýêñïîíåíöèàëüíóþ çàâèñèìîñòü îò òåìïåðàòóðû; óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû ïðèìåðíî íà 12 K óâåëè÷èâàåò òîê óòå÷êè âäâîå (Ðèñóíîê 1). Ïðîùå âñåãî èçìåðèòü òîê â ñòîëü áîëüøîì äèàïàçîíå çíà÷åíèé îò

äâóõ äî òðåõ äåêàä, çàðÿäèâ è ðàçðÿäèâ êîíäåíñàòîð è èçìåðèâ âðåìÿ èëè ÷àñòîòó. Ìèêðîêîíòðîëëåð çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð, ëèáî âðåìåííî èñïîëüçóÿ ëèíèþ ââîäà/âûâîäà êàê âûõîä, ëèáî ïîäêëþ÷àÿ âíóòðåííèé ïîäòÿãèâàþùèé ðåçèñòîð RPULLUP, èìå-

ÌÈÊÐÎÊÎÍÒÐÎËËÅÐ VCC

ÖÈÊË ÇÀÐßÄÀ

RPULLUP

C 1 nF

–10

ÎÁÐÀÒÍÛÉ ÒÎÊ (íÀ)

(à) –1 ÌÈÊÐÎÊÎÍÒÐÎËËÅÐ

–10

–1

–10

–2

–10

–3

ÖÈÊË ÐÀÇÐßÄÀ

Òèïîâàÿ çàâèñèìîñòü ÂÕÎÄ

C 1 nF

(á) 0

50 100 ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÀ ÏÅÐÅÕÎÄÀ (°C)

150

Ðèñóíîê 1. Îáðàòíûé òîê p-n ïåðåõîäà äèîäà ýêñïîíåíöèàëüíî çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû. Óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû ïðèìåðíî íà 12 K óäâàèâàåò òîê óòå÷êè.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Ðèñóíîê 2. Êîíäåíñàòîð C ñíà÷àëà çàðÿæàåòñÿ ÷åðåç ïîäòÿãèâàþùèé ðåçèñòîð ëèíèè âûâîäà-ââîäà ìèêðîêîíòðîëëåðà, ñêîíôèãóðèðîâàííîé êàê âûõîä (à). Çàòåì êîíäåíñàòîð ðàçðÿæàåòñÿ îáðàòíûì òîêîì óòå÷êè äèîäà D (á).

LED-ÄÐÀÉÂÅÐÛ ÄËß ÏÎÌÅÙÅÍÈÉ

Îò ÆÊÕ äî ñèñòåì óìíîãî äîìà! Ñåðèÿ APC 8/12/16/25/35 Âò Íèçêàÿ ñòîèìîñòü Çàçåìëåíèå íå íóæíî

Ñåðèÿ LDC 35/55/80 Âò ÊÊÌ Äèììèíã

Ñåðèÿ PLD 16/25/40/60 Âò ÊÊÌ Çàçåìëåíèå íå íóæíî

Ñåðèÿ PCD 16/25/40/60 Âò ÊÊÌ Äèììèíã

þùèéñÿ â íåêîòîðûõ ìèêðîêîíòðîëëåðàõ (Ðèñóíîê 2à). Ïîñëå çàðÿäà ýòîò âûâîä êîíôèãóðèðóåòñÿ êàê âûñîêîèìïåäàíñíûé âõîä, è êîíäåíñàòîð ðàçðÿæàåòñÿ òîêîì óòå÷êè äèîäà (Ðèñóíîê 2á). Òîãäà âðåìÿ ðàçðÿäà áóäåò ïðîïîðöèîíàëüíî òåìïåðàòóðå äèîäà. Äëÿ íåêîòîðûõ òèïîâ äèîäîâ ýêñïîíåíöèàëüíîå ïîâåäåíèå ìîæåò áûòü ïî÷òè èäåàëüíûì. Íåîáõîäèìà êàëèáðîâêà óñòðîéñòâà â íèæíåé òî÷êå øêàëû, ïîñêîëüêó àáñîëþòíûå çíà÷åíèÿ òîêà ïðè çàäàííîé òåìïåðàòóðå èìåþò ñèëüíûé ðàçáðîñ. Âûáîð òèïà äèîäà è åìêîñòè êîíäåíñàòîðà òðåáóåò îïðåäåëåííîãî âíèìàíèÿ. ×åì ìåíü-

øå p-n ïåðåõîä, òåì ìåíüøå îáðàòíûé òîê, è òåì áîëüøå âðåìÿ ðàçðÿäà. Ïåðèîäû áîëüøå íåñêîëüêèõ ñåêóíä îáû÷íî íå ïîäõîäÿò. Ñëèøêîì ìàëîå çíà÷åíèå åìêîñòè êîíäåíñàòîðà ïðèâîäèò ê îøèáêàì, ïîñêîëüêó íà÷èíàþò ñêàçûâàòüñÿ åìêîñòè êàáåëÿ è p-n ïåðåõîäà ñàìîãî äèîäà. Õîðîøèå ðåçóëüòàòû îáû÷íî äàþò ìîùíûå äèîäû, òàêèå êàê 1N4001 ñ åìêîñòüþ 1 íÔ. Âðåìÿ ðàçðÿäà, ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå ñîñòàâëÿþùåå ïðèìåðíî îò 0.3 ñ äî 1 ñ, ïðè 100 °C ïàäàåò â ìèëëèñåêóíäíûé äèàïàçîí. Â ñõåìå òàêæå ìîæíî èñïîëüçîâàòü p-n ïåðåõîä ìîùíîãî òðàíçèñòîðà. ÐË

ÑÒÀÒÜÈ

Òî÷íîå èçìåðåíèå òîêà íàãðóçêè ñî ñòîðîíû «çåìëè» Texas Instruments

Â áîëüøèíñòâå Â

ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ èçìåðåíèå ñèëû òîêà ïðîèçâîäèòñÿ ïóòåì èçìåðåíèÿ ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà òîêîèçìåðèòåëüíîì ðåçèñòîðå. Â öåïè íàãðóçêè åñòü äâà ó÷àñòêà, â êîòîðûå îáû÷íî äîáàâëÿþòñÿ òàêèå ðåçèñòîðû. Â ïåðâîì âàðèàíòå òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð íàõîäèòñÿ ìåæäó øèíîé ïèòàíèÿ è íàãðóçêîé. Ýòîò ìåòîä íàçûâàþò èçìåðåíèåì â öåïè ïèòàíèÿ (íàãðóçêè). Âî âòîðîì ñëó÷àå òîêîèçìåðèÈñòî÷íèê ïèòàíèÿ

Íàïðàâëåíèå ïðîòåêàíèÿ òîêà RSENSE

Èçìåðåíèå â öåïè ïèòàíèÿ

Ñèíôàçíîå íàïðÿæåíèå çàâèñèò îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ

ÍÀÃÐÓÇÊÀ Íàïðàâëåíèå ïðîòåêàíèÿ òîêà RSENSE

+ Èçìåðåíèå â öåïè îáùåãî ïðîâîäà

–

Ñèíôàçíîå íàïðÿæåíèå âñåãäà ïî÷òè íóëåâîå è èçîëèðîâàíî îò ñêà÷êîâ ïèòàíèÿ

Ðèñóíîê 1. Ìåòîäû èçìåðåíèÿ ñèëû òîêà.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

òåëüíûé ðåçèñòîð íàõîäèòñÿ ìåæäó íàãðóçêîé è øèíîé «çåìëè». Ýòîò ìåòîä íàçûâàþò èçìåðåíèåì â öåïè îáùåãî ïðîâîäà. Îáà ìåòîäà èçìåðåíèÿ ñèëû òîêà â íàãðóçêå ïîêàçàíû íà Ðèñóíêå 1. Ó êàæäîãî èç ýòèõ ìåòîäîâ åñòü ñâîè äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè. Îäíèì èç äîñòîèíñòâ èçìåðåíèÿ ñî ñòîðîíû «çåìëè» ÿâëÿåòñÿ âåëè÷èíà ñèíôàçíîãî íàïðÿæåíèÿ (èëè, ÷òî òî æå, ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ) íà âûâîäàõ òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà, áëèçêàÿ ê íóëþ. Ýòî îáëåã÷àåò ïðîåêòèðîâàíèå ïðàêòè÷åñêèõ ñõåì èëè âûáîð óñòðîéñòâ, ïîëó÷àþùèõ ñèãíàë ñ ðåçèñòîðà. Ïîñêîëüêó îäèí èç âûâîäîâ ðåçèñòîðà çäåñü «çàçåìëåí», ýòîò ìåòîä èçìåðåíèÿ òîêà ïðåäïî÷òèòåëåí ïðè î÷åíü âûñîêèõ íàïðÿæåíèÿõ èëè â òåõ óñòðîéñòâàõ, ãäå íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ìîæåò áûòü ïîäâåðæåíî âñïëåñêàì èëè âûáðîñàì. Íåâîñïðèèì÷èâîñòü ê âûñîêîâîëüòíûì âûáðîñàì íàïðÿæåíèÿ è ñïîñîáíîñòü êîíòðîëèðîâàòü òîê â âûñîêîâîëüòíûõ ñèñòåìàõ äåëàþò ìåòîä èçìåðåíèÿ ñî ñòîðîíû «çåìëè» ðàñïðîñòðàíåííûì âî ìíîãèõ àâòîìîáèëüíûõ, ïðîìûøëåííûõ è òåëåêîììóíèêàöèîííûõ ïðèëîæåíèÿõ. Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì ýòîãî ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ñèãíàë ñ òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà ÿâëÿåòñÿ ðàçíîñòüþ ïîòåíöèàëîâ ìåæäó «çåìëåé» èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ è «çåìëåé» íàãðóçêè (ñèñòåìû). Ýòî ìîæåò áûòü ïðîáëåìîé, åñëè ê «çåìëå» èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ

ïîäêëþ÷åíû äðóãèå ñõåìû. Ðåøåíèåì ÿâëÿåòñÿ ñîåäèíåíèå âñåõ öåïåé íàãðóçêè ñ îäíîé îáùåé «çåìëåé». Âûáîð ìèíèìàëüíî äîñòàòî÷íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà äåëàåò ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ «çåìåëü» íàèìåíüøåé. Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ

VOUT =

ÍÀÃÐÓÇÊÀ R1 V1

R2 (V1-V2) R1

+ VOUT

RSENSE

–

Ðèñóíîê 2. Ñõåìà íà ÎÓ äëÿ èçìåðåíèÿ ñèëû òîêà.

Èçìåðåíèå ñî ñòîðîíû «çåìëè» – ñàìûé ïðîñòîé ìåòîä ñ òî÷êè çðåíèÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ ñõåì èëè âûáîðà óñòðîéñòâ, ïîëó÷àþùèõ ñèãíàë ñ òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà. Áëàãîäàðÿ íèçêîìó ñèíôàçíîìó íàïðÿæåíèþ çäåñü ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñõåìó äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà êëàññè÷åñêàÿ ñõåìà äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ íà îñíîâå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (ÎÓ). Ïðè èñïîëüçîâàíèè ÎÓ â ñõåìå èçìåðåíèÿ òîêà åãî õàðàêòåðèñòèêè äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü íåñêîëüêèì óñëîâèÿì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ïðàâèëüíóþ ðàáîòó ñõåìû. Âî-ïåðâûõ, â ñëó÷àå îäíîïîëÿðíîãî ïèòàíèÿ ÎÓ äèàïàçîí åãî äîïóñòèìûõ âõîäíûõ ñèíôàçíûõ íàïðÿæåíèé äîëæåí âêëþ÷àòü 0 Â. Ïîñêîëüêó äèôôåðåíöèàëüíûé óñèëèòåëü îáû÷íî óñèëèâàåò ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ íà ñâîèõ âõîäàõ, äèàïàçîíû âõîäíûõ è âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé ÎÓ äîëæíû äîñòèãàòü íàïðÿæåíèé øèí ïèòàíèÿ, ÷òî íåîáõîäèìî äëÿ ïðàâèëüíîé ïåðåäà÷è ñèãíàëà íà âûõîä. Ïî ýòèì ïðè÷èíàì ÎÓ ñ rail-to-rail âõîäàìè è âûõîäàìè, êàê ïðàâèëî, ïðåäïî÷òèòåëüíåå äëÿ èçìåðåíèÿ òîêîâ. Èç-çà òîãî, ÷òî ïàðàìåòðû ÎÓ â êîíôèãóðàöèè äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ â äîêóìåíòàöèè íà

ìèêðîñõåìó íå íîðìèðóþòñÿ, òðóäíî ñêàçàòü, êàêèå õàðàêòåðèñòèêè ìîæíî ïîëó÷èòü â ðåàëüíîì ïðèëîæåíèè. Òàêèå ïàðàìåòðû ÎÓ, êàê ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ, âõîäíîé òîê, ïîäàâëåíèå ñèíôàçíîãî ñèãíàëà è äðåéô, óõóäøàþòñÿ ïðè äîáàâëåíèè â öåïü îáðàòíîé ñâÿçè ðåçèñòîðîâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ ñîçäàíèÿ ñõåìû èçìåðåíèÿ òîêà. Ñòåïåíü óõóäøåíèÿ ïàðàìåòðîâ çàâèñèò îò âåëè÷èíû êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ è ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ â åãî öåïÿõ îáðàòíîé ñâÿçè. Â ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 2 ñõåìå îòíîøåíèÿ ñîïðîòèâëåíèé R1 è R2 è èõ äîïóñêè èäåíòè÷íû. Ýòî íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè ðåàëèçàöèè ñõåìû íà äèñêðåòíûõ êîìïîíåíòàõ, ïîñêîëüêó ðàçáðîñ ïàðàìåòðîâ ýòèõ êîìïîíåíòîâ íàïðÿìóþ âëèÿåò íà ïîãðåøíîñòü êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ñõåìû. Åùå îäíèì ôàêòîðîì, êîòîðûé ñëåäóåò ó÷èòûâàòü ïðè ðåàëèçàöèè òîêîèçìåðèòåëüíîãî óñèëèòåëÿ íà äèñêðåòíûõ êîìïîíåíòàõ, ÿâëÿåòñÿ êîìïîíîâêà ïå÷àòíîé ïëàòû. Ðåçèñòîðû R1 è R2 íåîáõîäèìî ðàçìåùàòü êàê ìîæíî áëèæå ê ÎÓ è òîêîèçìåðèòåëüíîìó ðåçèñòîðó. Ïðè ðàçìåùåíèè ýòèõ êîìïîíåíòîâ ðÿäîì ñ ÎÓ ñíèæàåòñÿ âåðîÿòíîñòü íàâîäêè ïîìåõ íà åãî íåèíâåðòèðóþùèé âõîä. Ïîñêîëüêó ìíîãèå òîêîèçìåðèòåëüíûå óñèëèòåëè íàõîäÿòñÿ âîçëå DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëåé, íåîáõîäèìî òùàòåëüíî ïðîäóìûâàòü ðàçìåùåíèå âñåé òîêîèçìåðèòåëüíîé ñõåìû, ÷òîáû èçáåæàòü âëèÿíèÿ ñîçäàâàåìûõ ïðåîáðàçîâàòåëåì ïîìåõ. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíî âûðàæåíèå äëÿ ðàñ÷åòà êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ. Îäíàêî ëþáîå óâåëè÷åíèå èëè óìåíüøåíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ âëèÿåò íà óñòîé÷èâîñòü ñõåìû è ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ. Óñòîé÷èâîñòü ÎÓ òðåáóåò îñîáîãî âíèìàíèÿ â òåõ ïðèëîæåíèÿõ, ãäå ïðèñóòñòâóåò åìêîñòíàÿ íàãðóçêà, ÷òîáû èçáåæàòü âîçáóæäåíèÿ èëè ÷ðåçìåðíîãî «çâîíà» âûõîäíîãî ñèãíàëà. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà ñõåìà ñ èíòåãðàëüíûì òîêîèçìåðèòåëüíûì óñèëèòåëåì, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ ýôôåêòèâíûì ñïîñîáîì óñòðàíåíèÿ íåäîñòàòêîâ ñõåì íà äèñêðåòíûõ êîìïîíåíòàõ. Òîêîèçìåðèòåëüíûé óñèëèòåëü ñîäåðæèò íà êðèñòàëëå ðåçèñòîðû öåïåé îáðàòíîé ñâÿçè, ðåøàÿ ýòèì ìíîãèå ïðîáëåìû êîìïîíîâêè

ÑÒÀÒÜÈ

Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ

ÍÀÃÐÓÇÊÀ

VS = 2.7 … 26 Â

IN+

Îïîðíîå íàïðÿæåíèå REF

+ RSENSE

OUT

–

íà ÎÓ. Ìèêðîñõåìà èìååò ìàêñèìàëüíóþ ïîãðåøíîñòü óñèëåíèÿ 1.5% â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò –40 °C äî 105 °C. Íàïðÿæåíèå ñìåùåíèå íóëÿ INA199 ñîñòàâëÿåò ìåíåå 150 ìêÂ, à òåìïåðàòóðíûé äðåéô – ìåíåå 0.5 ìêÂ/°C. INA199 òàêæå èìååò âõîä îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ REF. Íàïðÿæåíèå, ïîäàâàåìîå íà âõîä REF, äîáàâëÿåòñÿ ê âûõîäíîìó íàïðÿæåíèþ ìèêðîñõåìû. Ýòî óäîáíî â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ñëåäóþùèì çà ýòîé ìèêðîñõåìîé óñòðîéñòâàì íåîáõîäèì ñèãíàë, ñäâèíóòûé ïî óðîâíþ.

IN– GND

Ðèñóíîê 3. Èçìåðåíèå ñî ñòîðîíû «çåìëè» ñ ïîìîùüþ INA199.

ïëàòû, ïðèñóùèå äèñêðåòíîé ñõåìå. Âíóòðåííèå ðåçèñòîðû ïîäâåðãàþòñÿ ïîäãîíêå äëÿ óìåíüøåíèÿ ðàçáðîñà ñîïðîòèâëåíèé, ÷òî óëó÷øàåò õàðàêòåðèñòèêè ïîãðåøíîñòè êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ. Ýòè óñèëèòåëè ïðåäâàðèòåëüíî ñêîíôèãóðèðîâàíû äëÿ óäîâëåòâîðåíèÿ ðàçëè÷íûõ òðåáîâàíèé ê êîýôôèöèåíòó óñèëåíèÿ. Íàïðèìåð, óñèëèòåëü INA199 äîñòóïåí ñ êîýôôèöèåíòàìè óñèëåíèÿ 50, 100 è 200 Â/Â. Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ è óñòîé÷èâîñòü ïðè åìêîñòíîé íàãðóçêå îïòèìèçèðîâàíû äëÿ êàæäîãî ïðåäóñòàíîâëåííîãî êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ïðè ìàêñèìàëüíîé åìêîñòè íàãðóçêè, óêàçàííîé â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè. Èíòåãðàöèÿ ðåçèñòîðîâ îáðàòíîé ñâÿçè ñíèæàåò âîñïðèèì÷èâîñòü ê ïîìåõàì, ïîçâîëÿåò ñîêðàòèòü ïëîùàäü ïå÷àòíîé ïëàòû è óïðîñòèòü åå ðàçâîäêó. Ðàçìåùåíèå ýòèõ ðåçèñòîðîâ íà êðèñòàëëå óñèëèòåëÿ íå îáÿçàòåëüíî îçíà÷àåò óâåëè÷åíèå ðàçìåðîâ åãî êîðïóñà. Òàê, INA199 äîñòóïåí êàê â âûâîäíîì êîðïóñå SC70-6 ðàçìåðîì 2 × 1.25 ìì, òàê è â êîðïóñå UQFN ðàçìåðîì 1.4 × 1.8 ìì. INA199 îáåñïå÷èâàåò òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ òîêà âûøå òîé, êîòîðóþ ìîæíî äîñòè÷ü ïðè èñïîëüçîâàíèè íåäîðîãèõ äèñêðåòíûõ ñõåì

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Ðåêîìåíäàöèè ïî âûáîðó äðóãèõ óñèëèòåëåé Äëÿ ñõåì èçìåðåíèÿ òîêà ñ ïîâûøåííûìè òðåáîâàíèÿìè ê òî÷íîñòè è êîìïàêòíîñòè ïîäõîäèò óñèëèòåëü INA185 â ìèíèàòþðíîì êîðïóñå SOT-563, îáåñïå÷èâàþùèé ïîãðåøíîñòü êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ 0.2%. Ñåìåéñòâî ìèêðîñõåì INA210-215, ïðåäíàçíà÷åííîå äëÿ âûñîêîêà÷åñòâåííûõ ïðèëîæåíèé, îáåñïå÷èâàåò íèçêîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ (ìàêñèìóì 35 ìêÂ) è ìàëóþ ïîãðåøíîñòü êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ (íå áîëåå 1%). Åñëè íåîáõîäèì âûñîêîòî÷íûé ìîíèòîð òîêà ñ öèôðîâûì èíòåðôåéñîì, ìîæíî âûáðàòü INA226 ñ ìàêñèìàëüíîì ñìåùåíèåì íóëÿ 10 ìêÂ è ïîãðåøíîñòüþ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ 0.1%. Äëÿ ïîðòàòèâíûõ èëè äðóãèõ óñòðîéñòâ ñ îãðàíè÷åííûì îáúåìîì ïðåäëàãàåòñÿ óñèëèòåëü INA231 â êðîøå÷íîì êîðïóñå ðàçìåðîì 1.68 × × 1.43 ìì. Åñëè òðåáóåòñÿ ìîíèòîð òîêà ñ âûõîäîì ïî íàïðÿæåíèþ è êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ, çàäàâàåìûì öèôðîâûì êîäîì íà âûâîäàõ ìèêðîñõåìû – èñïîëüçóéòå INA225. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments INA185 2. Datasheet Texas Instruments INA199 3. Datasheet Texas Instruments INA210 4. Datasheet Texas Instruments INA225 5. Datasheet Texas Instruments INA226 6. Datasheet Texas Instruments INA231

Äâóõïîëóïåðèîäíûé âûïðÿìèòåëü íà îäíîì òðàíçèñòîðå David L. Albean Electronic Design

Ïîêàçàííàÿ çäåñü ïðîñòàÿ ñõåìà, ñîäåðæàùàÿ âñåãî îäèí òðàíçèñòîð, âûïîëíÿåò äâóõïîëóïåðèîäíîå âûïðÿìëåíèå ñèãíàëà (Ðèñóíîê 1). Ýòî äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ ÿâëåíèÿ «èíâåðñèè óñèëåíèÿ», êîòîðîå âîçíèêàåò ñ ìîìåíòà, êîãäà òðàíçèñòîð íà÷èíàåò ðàáîòàòü â îáëàñòè íàñûùåíèÿ. Ñõåìà íàéäåò ïðèìåíåíèå â êà÷åñòâå äåòåêòîðà óðîâíÿ ñèãíàëà (äåòåêòîð ÀÐÓ), âûïðÿìèòåëÿ èëè äåòåêòîðà íàëè÷èÿ ñèãíàëà. VCC

RB1 10k

RL 3k

C1 10 µF

VOUT

VIN

RB2 13k

CX 10 µF

RE 3k

VCC = +12 Â Q1 – 2N3904 (ïîäõîäèò áîëüøèíñòâî n-p-n òðàíçèñòîðîâ)

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà, îñíîâàííàÿ íà ñâîéñòâå íàñûùåííîãî áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà, èçâåñòíîì êàê «èíâåðñíûé ðåæèì», ìîæåò âûïîëíÿòü äâóõïîëóïåðèîäíîå âûïðÿìëåíèå ñèãíàëà, èñïîëüçóÿ òîëüêî îäèí òðàíçèñòîð.

×òîáû ïîíÿòü ðàáîòó ýòîé ñõåìû, ñíà÷àëà ïðåäïîëîæèì, ÷òî òðàíçèñòîð ñìåùåí òàê, ÷òî íàõîäèòñÿ â íàñûùåíèè. Óñëîâèÿ íàñûùåíèÿ óñòàíàâëèâàþòñÿ ýëåìåíòàìè RB1 è RB2. RL è RE âûáèðàþòñÿ, èñõîäÿ èç æåëàåìîãî êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ è/èëè ñìåùåíèÿ ïî ïîñòîÿííîìó òîêó íà âûõîäå. Â òàêîé êîíôèãóðàöèè ñõåìà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîñòî íàñûùåííûé óñèëèòåëü ñ îáùèì ýìèòòåðîì. Äëÿ ïîñëåäóþùåãî àíàëèçà èñïîëüçóþòñÿ êîìïîíåíòû ñ íîìèíàëàìè, óêàçàííûìè íà ñõåìå. Ðàññìîòðèì ñèíóñîèäàëüíûé âõîäíîé ñèãíàë. Ïðè îòðèöàòåëüíîì âõîäíîì íàïðÿæåíèè VIN âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOUT ïîëîæèòåëüíî. Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñèãíàëà ïðèìåðíî ðàâåí

æ R || R X RL ö ÷ - çç L + RL + R X ÷ø è RE (íîðìàëüíàÿ ðàáîòà êàñêàäà ñ îáùèì ýìèòòåðîì). Îäíàêî äëÿ ïîëîæèòåëüíîãî âõîäíîãî ñèãíàëà ïåðåõîä êîëëåêòîð-áàçà ñòàíîâèòñÿ ñìåùåííûì â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè (òàê êàê òðàíçèñòîð íàñûùåí), è òðàíçèñòîð ðàáîòàåò êàê ýìèòòåðíûé ïîâòîðèòåëü. Â ýòîò ìîìåíò êîëëåêòîð ðàáîòàåò êàê ýìèòòåð ïðè ïðÿìîì ñìåùåíèè. Âûðàæåíèå äëÿ óñèëåíèÿ ïðèíèìàåò âèä:

RL . RL + R X

ÑÒÀÒÜÈ

VIN = 1 êÃö, 2 Â ïèê-ïèê Âûõîäíîé ñèãíàë ïðè Â (VIN) äâóõïîëóïåðèîäíîì âûïðÿìëåíèè 6.25

Â (VOUT) 6.25

6.0

5.75

5.75 VOUT

5.5 5.25 5.0 4.75

VOUT

5.5 5.25 5.0 4.75

VIN

4.5

Âûõîäíîé ñèãíàë ïðè îäíîïîëóïåðèîäíîì âûïðÿìëåíèè

Â (VIN)

Íàïðÿæåíèå (Â)

Â (VOUT)

VIN

4.5

4.25

4.25 0

1 Âðåìÿ (íñ)

2 (RX = ¥)

1 Âðåìÿ (íñ)

2 (RX = 3 êÎì)

Ðèñóíîê 2. Ïðè óñòàíîâêå RX = ¥ ïîëó÷àåòñÿ äâóõïîëóïåðèîäíûé âûïðÿìèòåëü. Àíàëèç â Spice ïðåäñêàçûâàåò, ÷òî ïðè RX = 3 êÎì âûïðÿìèòåëü áóäåò îäíîïîëóïåðèîäíûì.

Êîýôôèöèåíòû óñèëåíèÿ äâóõïîëóïåðèîäíîãî âûïðÿìèòåëÿ äëÿ ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ ñèãíàëîâ äîëæíû áûòü îäèíàêîâûìè ïî âåëè÷èíå, íî ïðîòèâîïîëîæíûìè ïî çíàêó. Äëÿ óñèëåíèÿ, ðàâíîãî 1, óñòàíîâèòå ñîïðîòèâëåíèå RX, ðàâíûì áåñêîíå÷íîñòè, òîãäà ïðèâåäåííûå âûøå ôîðìóëû óïðîñòÿòñÿ äî

RL = 1. RE Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïîëîæèòåëüíîãî âûïðÿìëåííîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ n-p-n òðàíçèñòîð. Èñïîëüçîâàíèå p-n-p òðàíçèñòîðà (è, ïðè íåîáõîäèìîñòè, ðåâåðñèðîâàíèå ïîäêëþ÷åíèé) äàñò îòðèöàòåëüíîå âûïðÿìëåííîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå. ×òîáû âûáðàòü íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ, íà÷íèòå ñî ñëåäóþùåãî (âåëè÷èíû åìêîñòåé êîíäåíñàòîðîâ ñâÿçè C1 è CX âûáèðàéòå íàñòîëüêî áîëüøèìè, íàñêîëüêî ýòî íåîáõîäèìî äëÿ èíòåðåñóþùåãî äèàïàçîíà ÷àñòîò): 1. Îáåñïå÷üòå íàñûùåíèå: VCC – IC(RL + RE) < < VCESAT, ãäå VCESAT – íàïðÿæåíèå íàñûùåíèÿ êîëëåêòîð-ýìèòòåð, IC – òîê êîëëåêòîðà. 2. Âûáåðèòå IC. 3. Âûáåðèòå çíà÷åíèÿ RL, RE äëÿ æåëàåìîãî êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

4. Â ñîîòâåòñòâèè ñ âûøåèçëîæåííûì, âûáåðèòå ñîïðîòèâëåíèÿ äåëèòåëÿ RB1 è RB2. Ðàñ÷åò äëÿ óñèëåíèÿ, ðàâíîãî åäèíèöå (RX = ¥), è IC = 2 ìÀ äàåò: RB1 = 10 êÎì, RB2 = = 13 êÎì, RL = RE = 3 êÎì. Ìîæíî ïîëó÷èòü óñèëåíèÿ ìåæäó 1 è 2, íî äëÿ ýòîãî äîëæíî áûòü âêëþ÷åíî ñîïðîòèâëåíèå RX, êàê óêàçàíî â áîëåå ñëîæíûõ ðàñ÷åòíûõ ôîðìóëàõ. Íà÷íèòå ñ ïðèâåäåííûõ âûøå ôîðìóë. Ïîâòîðÿéòå èòåðàöèè â Spice äî ïîëó÷åíèÿ îïòèìàëüíûõ çíà÷åíèé (Ðèñóíîê 2). Ýòó ñõåìó ñëîæíî ñìîäåëèðîâàòü òî÷íî èç-çà ïðèñóùåé åé íåëèíåéíîñòè. Ïîýòîìó íàèëó÷øèå ðåçóëüòàòû äàñò àíàëèç ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ â ñðåäå Spice (Ðèñóíîê 3). Äëÿ òî÷íîãî ïðåäñêàçàíèÿ ïîâåäåíèÿ ñõåìû â íàñûùåíèè âàæíî èìåòü õîðîøóþ ìîäåëü òðàíçèñòîðà. Êðîìå òîãî, âàæíî âêëþ÷èòü â Spice ìîäåëü ïàðàìåòð BR (êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà â èíâåðñíîì ðåæèìå), ïîñêîëüêó ðàáîòà ñõåìû îñíîâàíà íà èíâåðñíîì ðåæèìå òðàíçèñòîðà. Òàêæå ñ ïîìîùüþ Spice ìîäåëèðîâàíèÿ ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ ìîæíî ïðîâåðèòü ýòó ñõåìó íà áîëåå âûñîêèõ ðàáî÷èõ ÷àñòîòàõ. Ñòîèò ïðèíÿòü âî âíèìàíèå ïàðó çàìå÷àíèé: 1.Óñèëåíèå îãðàíè÷åíî ìèíèìàëüíûì çíà÷åíèåì 1. Ìàñøòàáèðîâàíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ è äîáàâëåíèå ïîñòîÿííîãî ñìåùåíèÿ ìîæíî âûïîëíèòü íà ñëåäóþùåì ýòàïå.

VIN = 1 êÃö, 2 Â ïèê-ïèê Äâóõïîëóïåðèîäíûé âûïðÿìèòåëü

Îäíîïîëóïåðèîäíûé âûïðÿìèòåëü

VOUT VOUT

VIN

VIN Âðåìÿ

Âðåìÿ

(à)

(á)

Ðèñóíîê 3. Îñöèëëîãðàììû ñèãíàëîâ ïîäòâåðæäàþò õàðàêòåðèñòèêè äâóõïîëóïåðèîäíîãî âûïðÿìèòåëÿ (à) è ïðåäñêàçàííûå àíàëèçîì â Spice õàðàêòåðèñòèêè îäíîïîëóïåðèîäíîãî âûïðÿìèòåëÿ (á).

2. Â êà÷åñòâå ýëåìåíòà ïîäñòðîéêè «ñèììåòðèè» èñïîëüçóéòå RX. Ýòî ïðèáëèçèò ê +1 óñèëåíèå âûïðÿìèòåëÿ äëÿ ïîëîæèòåëüíûõ âõîäíûõ ñèãíàëîâ. Âûïðÿìèòåëü ìîæíî ñäåëàòü îäíîïîëóïåðèîäíûì, âûáðàâ çíà÷åíèÿ íîìèíàëîâ, ïðè êîòîðûõ âûïîëíÿåòñÿ ðàâåíñòâî

RL || R X RL = . RE RL + R X

Ýòî ðàâåíñòâî òî÷íî êîìïåíñèðóåò ïîëîæèòåëüíûå è îòðèöàòåëüíûå êîýôôèöèåíòû óñèëåíèÿ äëÿ îòðèöàòåëüíûõ ïîëóïåðèîäîâ, ÷òî ïðèâîäèò ê îäíîïîëóïåðèîäíîìó âûïðÿìëåíèþ (òðàíçèñòîð áóäåò ðàáîòàòü êàê ýìèòòåðíûé ïîâòîðèòåëü òîëüêî äëÿ ïîëîæèòåëüíûõ âõîäíûõ ñèãíàëîâ). Íàïðèìåð, ïðè RX = 3 êÎì ïîëó÷èòñÿ îäíîïîëóïåðèîäíûé âûïðÿìèòåëü. ÐË

ÑÒÀÒÜÈ

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

Ñëåäèòå çà ëþáîé êîìíàòîé âàøåãî äîìà ñ ïîìîùüþ Wi-Fi William G. Wong Electronic Design

Êîìïàíèÿ Origin Wireless ðàçðàáîòàëà óíèêàëüíûé ïîäõîä ê îõðàíå æèëèùà. Âìåñòî êàìåð èëè äàò÷èêîâ äâèæåíèÿ â ñâîåé ñèñòåìå äîìàøíåé áåçîïàñíîñòè (Ðèñóíîê 1) êîìïàíèÿ èñïîëüçóåò Wi-Fi. Äëÿ óïðàâëÿþùåãî óñòðîéñòâà Wi-Fi ñëóæèò íå òîëüêî ñðåäñòâîì ñâÿçè ñ ñåòüþ, íî òàêæå è ñðåäñòâîì îïðåäåëåíèÿ äâèæåíèÿ â ïðåäåëàõ îõðàíÿåìîé îáëàñòè, íàïðèìåð, êîìíàò â äîìå. Êàê æå ýòî?

Ðèñóíîê 1. Ñèñòåìà äîìàøíåé áåçîïàñíîñòè Hex Home ñîñòîèò èç óïðàâëÿþùåãî õàáà è íåñêîëüêèõ íåáîëüøèõ äàò÷èêîâ.

×òî æ, â ïîñëåäíèõ ðåàëèçàöèÿõ Wi-Fi 5 è 6 èñïîëüçóþòñÿ íåñêîëüêî ïðèåìíûõ è íåñêîëüêî ïåðåäàþùèõ àíòåíí (MIMO). Áàçîâûå ñòàíöèè ïîñûëàþò ìíîæåñòâåííûå ñèãíàëû, à íà äðóãîé ñòîðîíå ýòà êîìáèíàöèÿ ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ïðîïóñêíóþ ñïîñîáíîñòü è ïîâûñèòü íàäåæíîñòü ñâÿçè, ïîñêîëüêó ìåæäó óñòðîéñòâàìè ñóùåñòâóþò àëüòåðíàòèâíûå ïóòè. Îáû÷íî óñòðîéñòâà èñïîëüçóþò ýòî äëÿ îòïðàâêè è ïîëó÷åíèÿ äàííûõ, à êà÷åñòâî ñèãíàëîâ èõ íå âîëíóåò – ëèøü áû îíî áûëî äîñòàòî÷íûì äëÿ êà÷åñòâåííîé ñâÿçè. Äåëî â òîì, ÷òî ñèãíàëû ìåíÿþòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ïîëîæåíèÿ è êîíñòðóêöèè îêðóæàþùèõ îáúåêòîâ – îò ñòåí äî ëþäåé. Ïåðåìåñòèòå îáúåêò, è ýòî íåìíîãî ïîâëèÿåò íà ìíîæåñòâåííûå ñèãíàëû Wi-Fi. Çàäà÷à çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òîáû îáíàðóæèòü ýòè èçìåíåíèÿ. Äðóãàÿ ïîëîâèíà çàäà÷è – ýòî àíàëèç äåòàëåé. Çäåñü íà ïîìîùü ïðèõîäèò öèôðîâîé ñèãíàëüíûé ïðîöåññîð. Òàì äàæå ìîãóò áûòü çàäåéñòâîâàíû íåêîòîðûå òåõíîëîãèè ìàøèííîãî îáó÷åíèÿ. Ñèñòåìà ó÷èòûâàåò âñå èçìåíåíèÿ ïðèíèìàåìîãî ñèãíàëà. Äàæå íåçíà÷èòåëüíûå äâèæåíèÿ ïîâëèÿþò íà íåêîòîðûå ñèãíàëû, èçìåíåíèå êîòîðûõ ñèñòåìà ñïîñîáíà îáíàðóæèòü. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ðåàêöèè ñèñòåìû íà äâèæåíèÿ ñóùåñòâóåò 10 ðåãóëèðóåìûõ óðîâíåé ÷óâñòâèòåëüíîñòè. Ñèñòåìà ñîñòîèò èç óïðàâëÿþùåãî õàáà è íåñêîëüêèõ áëîêîâ äàò÷èêîâ Hex Sense. Óïðàâëÿþùèé õàá – ýòî ñòàíäàðòíîå óñòðîéñòâî Wi-Fi, êîòîðîå ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ëîêàëü-

ÑÒÀÒÜÈ

Èíäèâèäóàëüíûé åæåíåäåëüíûé ãðàôèê

Íàñòðîéòå ïîä ñâîé äîì

Ñòàòèñòèêà äâèæåíèÿ â ðåàëüíîì âðåìåíè

Ðèñóíîê 2. Ïðèëîæåíèå Hex Home ìîæåò ñëåäèòü çà íåñêîëüêèìè êîìíàòàìè. Òàêæå ìîæåò îòîáðàæàòüñÿ èíôîðìàöèÿ äàò÷èêà (ñïðàâà).

íîé ñåòè Wi-Fi äëÿ ñâÿçè ñ îáëàêîì. Êîíå÷íî, ýòî óñòðîéñòâî Èíòåðíåòà âåùåé (IoT). Îáðàòíóþ ñâÿçü è òðåâîæíûå îïîâåùåíèÿ îáåñïå÷èâàåò ïðèëîæåíèå äëÿ ñìàðòôîíà Hex Home (Ðèñóíîê 2). Áëîêè äàò÷èêîâ ïîäêëþ÷àþòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ê íàñòåííîé ñèëîâîé ðîçåòêå, â òî âðåìÿ êàê óïðàâëÿþùèé õàá èìååò âíåøíèé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ. Äàò÷èêè ïîëó÷àþò ñèãíàëû Wi-Fi îò óïðàâëÿþùåãî õàáà, íî ñâÿçûâàþòñÿ ñ íèì ïî îòäåëüíîìó êàíàëó 2.4 ÃÃö äèàïàçîíà ISM. Â êàæäîì äàò÷èêå åñòü öèôðîâîé ñèãíàëüíûé ïðîöåññîð, âûïîëíÿþùèé àíàëèç ñèãíàëîâ. Ïî ñóòè, äàò÷èêè îòñëåæèâàþò ñòàíäàðòíûå ñèãíàëû Wi-Fi îò óïðàâëÿþùåãî õàáà è îòïðàâëÿþò ðåçóëüòàòû îáðàòíî â õàá. Ñèñòåìà îáíàðóæèâàåò äâèæåíèå, ÷òîáû ïîíÿòü, ïðèñóòñòâóåò ëè ÷òî-òî â îïðåäåëåííîé îáëàñòè. Îíà íå îïðåäåëÿåò àáñîëþòíîå ïîëîæåíèå èëè ðàññòîÿíèå îò òî÷êè, êàê ýòî äåëàþò ðàäàðû èëè îïòè÷åñêèå ñèñòåìû. Ïðåèìóùåñòâîì ñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü îõâàòà áîëüøîé ïëîùàäè âñåãî íåñêîëüêèìè äàò÷èêàìè. Ñ ïîìîùüþ ïðèëî-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

æåíèÿ ìîæíî óâèäåòü, êàê ðàáîòàåò ñèñòåìà ïðè ïåðåäâèæåíèè ëþäåé. Â ñèñòåìå òàêæå åñòü ñèðåíû ñ óðîâíÿìè ãðîìêîñòè 80 äÁ. Êàê è áîëüøèíñòâî äîìàøíèõ ñèñòåì áåçîïàñíîñòè, åãî ìîæíî íàñòðîèòü äëÿ îòñëåæèâàíèÿ, óâåäîìëåíèÿ èëè ïîäà÷è ñèãíàëà òðåâîãè ïðè îáíàðóæåíèè íåæåëàòåëüíîãî äâèæåíèÿ. Ñèñòåìó íåëüçÿ ðåãóëèðîâàòü ïî âûñîòå äâèæóùåãîñÿ îáúåêòà, êàê íåêîòîðûå äðóãèå ñåíñîðíûå ñèñòåìû, íî ìîæíî ðåãóëèðîâàòü åå ÷óâñòâèòåëüíîñòü. Ñèñòåìà òàêæå ìîæåò êîíòðîëèðîâàòü îòäåëüíûå çàäàííûå îáëàñòè. Ðàáîòà ñèñòåìû îòñëåæèâàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïðèëîæåíèÿ. Â ðàçðàáîòêå íàõîäèòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ óñëóãà ïðîôåññèîíàëüíîãî ìîíèòîðèíãà, àíàëîãè÷íàÿ òåì, ÷òî ïðåäîñòàâëÿþò îáû÷íûå îõðàííûå êîìïàíèè è ñèñòåìû îáíàðóæåíèÿ. Ñèñòåìà ìîæåò áûòü ñâÿçàíà ñ äðóãèìè óñòðîéñòâàìè, òàêèìè, íàïðèìåð, êàê êàìåðà íàáëþäåíèÿ, âêëþ÷àåìàÿ ïðè îáíàðóæåíèè äâèæåíèÿ. Îäíèì óïðàâëÿþùèì õàáîì è ïàðîé äàò÷èêîâ ìîæåò áûòü çàùèùåíà ïëîùàäü 1500 êâàä2 ðàòíûõ ôóòîâ (140 ì ). Öåíà ñèñòåìû íà÷èíàåòñÿ îò $179 ñ äîïîëíèòåëüíûìè äàò÷èêàìè Hex Sense çà $39. Äëÿ ïîäñâåòêè ïóòåé óñòðîéñòâà Hex Sense òàêæå îñíàùåíû ñâåòîäèîäàìè. Îáû÷íî îáëàñòü ïîêðûòèÿ ñèñòåìû îõâàòûâàåò îäèí ýòàæ, õîòÿ îáùåå ïîêðûòèå áóäåò çàâèñåòü îò êîíñòðóêöèè çäàíèÿ è íàõîäÿùèõñÿ â íåì ïðåäìåòîâ. Ýëåêòðîñòàòè÷åñêèé ýêðàí ìîæåò íàðóøèòü ðàáîòó ñèñòåìû, íî îáû÷íàÿ êîíñòðóêöèÿ çäàíèÿ îáû÷íî åé íå ìåøàåò. Åñëè Wi-Fi ðàáîòàåò â ïîìåùåíèè íîðìàëüíî, òî ñ ýòîé ñèñòåìîé íå äîëæíî áûòü íèêàêèõ ïðîáëåì. ÐË

Íåòðàäèöèîííîå èñïîëüçîâàíèå âûõîäíîãî äðàéâåðà çàùèùàåò ìîíèòîð òîêà Bob Urman Electronic Design

Â îäíîì èç âûïóñêàåìûõ íàìè èçäåëèé Â äàò÷èêîì òîêà ñëóæèò ñòàíäàðòíûé ðåçèñòîð äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà ìîùíîñòüþ 1/10 Âò, âêëþ÷åííûé ìåæäó øèíîé ïèòàíèÿ è íàãðóçêîé äëÿ îáíàðóæåíèÿ íåáîëüøèõ èçìåíåíèé âûõîäíîãî òîêà óñòðîéñòâà. Ïîñêîëüêó ýòà öåïü ñâÿçàíà ñ âûõîäíûìè êëåììàìè ïðèáîðà, îíà óÿçâèìà äëÿ êîðîòêèõ çàìûêàíèé, âîçìîæíûõ ïðè îøèáêàõ ïîäêëþ÷åíèÿ. Åñëè ïðè íåïðàâèëüíîì ìîíòàæå èçäåëèÿ ïðîèçîéäåò êîðîòêîå çàìûêàíèå âûõîäà,

ðåçèñòîð, íå ñïîñîáíûé ðàññåèâàòü áîëüøóþ ìîùíîñòü, áóäåò ðàçðóøåí. Çàùèòà ðåçèñòîðà ñ ïîìîùüþ óñòðîéñòâà ñ ïîëîæèòåëüíûì òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì çàòðóäíåíà èç-çà øèðîêîãî äèàïàçîíà âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé èçäåëèÿ, à èñïîëüçîâàíèå ïðåäîõðàíèòåëÿ íåâîçìîæíî, ïîñêîëüêó ïðèáîð çàëèò êîìïàóíäîì. Íàøå ðåøåíèå ñîñòîÿëî â òîì, ÷òîáû èñïîëüçîâàòü ñàìîçàùèùåííûé äðàéâåð âåðõíåãî ïëå÷à. Ìû ïîäàëè òîê èçìåðèòåëü-

VIN Òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð U1 (ìîíèòîð òîêà) 3 4 V + VIN– 5 IN 1 Out V+ GND 2

5 6 7 8 Ñõåìà óïðàâëåíèÿ ìîíèòîðîì òîêà

VBB VBB VBB VBB

+5 V

Out

Âî âíåøíèé ìèð

ST GND 1 U2 (BSP752T)

Âî âíåøíèé ìèð

Ðèñóíîê 1. ×òîáû çàùèòèòü òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð îò îøèáîê ïîäêëþ÷åíèÿ, êîòîðûå ìîãóò âûçâàòü êîðîòêîå çàìûêàíèå âûõîäà, ýòà ñõåìà ïîäàåò òîê ñ ðåçèñòîðà íà âõîä VBB ñàìîçàùèùåííîãî äðàéâåðà âåðõíåãî ïëå÷à.

ÑÒÀÒÜÈ

íîãî ðåçèñòîðà íà âõîäû VBB äðàéâåðà è ïîäêëþ÷èëè âûõîä äðàéâåðà ê âûõîäíûì êëåììàì óñòðîéñòâà (Ðèñóíîê 1). Õîòÿ êîíòðîëèðóåìûé òîê òåïåðü áóäåò âêëþ÷àòü íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî òîêà, ïîòðåáëÿåìîãî ñàìèì äðàéâåðîì, äëÿ íàøåãî ïðèëîæåíèÿ ýòîò òîê íåñóùåñòâåíåí ïî ñðàâíåíèþ ñ âûõîäíûì òîêîì íàãðóçêè, è åãî ìîæíî ñìåëî èãíîðèðîâàòü. Òàêîå èñïîëüçîâàíèå äðàéâåðà âåðõíåãî ïëå÷à, õîòÿ è íå òèïè÷íîå, äàåò äâà ïðåèìóùåñòâà. Âî-ïåðâûõ, âñòðîåííàÿ â äðàéâåð çàùèòà îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ ñòðàõóåò íàø ïðèáîð îò ïîâðåæäåíèé, ê êîòîðûì ìîãóò ïðèâåñòè îøèáêè ïîäêëþ÷åíèÿ. Êðîìå òîãî, ïîñêîëüêó àíàëîãîâûé âûõîäíîé ñèãíàë ìîíèòîðà òîêà äîñòóïåí äëÿ ñõåìû

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

óïðàâëåíèÿ íàøèì ïðèáîðîì, ýòà ñõåìà òàêæå ìîæåò êîíòðîëèðîâàòü âõîä ðàçðåøåíèÿ äðàéâåðà. Ñëåäîâàòåëüíî, â ñèòóàöèè, êîãäà äëÿ ñðàáàòûâàíèÿ âíóòðåííåé ñõåìû çàùèòû îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ âûõîäíîãî òîêà ìîæåò áûòü íåäîñòàòî÷íî, äðàéâåð ìîæåò áûòü îòêëþ÷åí. Îäíàêî òîê âñå ðàâíî áóäåò äîñòàòî÷íî áîëüøèì, ÷òîáû ïîâðåäèòü òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð. Ïîýòîìó íà âõîä ðàçðåøåíèÿ äðàéâåðà äîáàâëåí ðåçèñòîð, ïîäòÿãèâàþùèé åãî ê «çåìëå», êîòîðûé ãàðàíòèðóåò, ÷òî äðàéâåð îñòàíåòñÿ âûêëþ÷åííûì äî òåõ ïîð, ïîêà ñõåìà óïðàâëåíèÿ íå ïðîñíåòñÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Infineon BSP752T

Òðàíçèñòîðíàÿ ïàðà óëó÷øàåò òî÷íîñòü ñõåìû èçìåðåíèÿ òîêà Robert Zawislak EDN

Â èñòî÷íèêàõ ïèòàíèÿ ñ íåñêîëüêèìè âûõîäàìè, ê êîòîðûì ïîäêëþ÷àþòñÿ ñõåìû ñ ñîâåðøåííî ðàçíûìè ïîòðåáëÿåìûìè òîêàìè, íåîáõîäèìî êîíòðîëèðîâàòü òîê íàãðóçêè êàæäîãî âûõîäà è îòêëþ÷àòü èñòî÷íèê â ñëó÷àå îáíàðóæåíèÿ ïåðåãðóçêè â êàêîì-ëèáî êàíàëå. Ýòî îñîáåííî àêòóàëüíî äëÿ çàùèòû òîíêèõ ïðîâîäíèêîâ ïå÷àòíîé ïëàòû â ñëàáîòî÷íûõ ñõåìàõ. Â òèïè÷íîé ñõåìå äëÿ âêëþ÷åíèÿ öåïåé çàùèòû èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ èñïîëüçîâàëîñü áû ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà, ðàâíîå ïðèáëèçèòåëüíî 0.6 Â. È õîòÿ òàêîå ðåøåíèå íåäîðîãî, ÷ðåçìåðíàÿ çàâèñèìîñòü ýòîãî

ILOAD RSENSE VBA + ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÏÈÒÀÍÈß

Q1A

VBA + ILOADR SENSE - IER 2 - VBB = 0 .

VBB Q1B

íàïðÿæåíèÿ îò òåìïåðàòóðû äåëàåò ïîðîã ñðàáàòûâàíèÿ çàùèòû íåñòàáèëüíûì. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè óñòðàíÿåò ïðîáëåìó òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ áàçà-ýìèòòåð, âëèÿþùóþ íà òî÷íîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ïðîïîðöèîíàëüíîãî òîêó íàãðóçêè. Èñïîëüçóÿ äâà áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðà â îäíîì êîðïóñå, ìîæíî äîáèòüñÿ ïî÷òè èäåàëüíîãî ñîãëàñîâàíèÿ ýòèõ óñòðîéñòâ. Õîòÿ â ñòàòüå îïèñûâàåòñÿ ïîëîæèòåëüíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ, àíàëîãè÷íóþ ñõåìó ìîæíî ðåàëèçîâàòü äëÿ èçìåðåíèÿ âûõîäíîãî òîêà èñòî÷íèêà îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ, çàìåíèâ ñäâîåííûé np-n òðàíçèñòîð ñäâîåííûì p-n-p ïðèáîðîì. Íèæå ïðèâåäåí âûâîä ôîðìóëû, ïîêàçûâàþùåé ëèíåéíóþ çàâèñèìîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò òîêà íàãðóçêè (ñì. Ðèñóíîê 1):

RLOAD

[( VBA - VBB ) + (ILOADR SENSE )] - IER 2 = 0 .

VOUT – R4

IC + IB = IE . IC

( VBA - VBB ) + (ILOADR SENSE ) - (IC + IB ) R 2 = 0 . Ðèñóíîê 1. íàïðÿæåíèå íà âûõîäå ýòîé ïðîñòîé äâóõòðàíçèñòîðíîé ñõåìû ïðîïîðöèîíàëüíî òîêó, èäóùåìó ÷åðåç èçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð RSENSE.

IB =

IC . b

æ I ö ( VBA - VBB ) + (ILOADR SENSE ) - çç IC + C ÷÷ R 2 = 0 . bø è

ÑÒÀÒÜÈ

æ 1ö ( VBA - VBB ) + (ILOADR SENSE ) - IC çç1 + ÷÷ R 2 = 0 . è bø

ILOADR SENSE -

VOUT = ICR 3 .

VOUT R3

æ 1ö çç1 + ÷÷ R 2 = 0 . è bø

VOUT = ILOADR SENSE × IC =

VOUT . R3

( VBA - VBB ) + (ILOADRSENSE ) -

R3 æ 1 ö ç1 + ÷ . R 2 çè b ÷ø

Ïðè áîëüøèõ b

VOUT æ 1 ö ç1 + ÷ R 2 = 0 . R3 çè b ÷ø

Åñëè VBA = VBB, òî

VBA - VBB = 0

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

1 »1 b

VOUT =

ILOADR SENSER 3 ÐË . R2

Ãåíåðàòîð ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ ñ êâàðöåâîé ñòàáèëèçàöèåé ÷àñòîòû Gavin Watkins EDN

Ýòîò ïðîåêò âîçíèê èç-çà íåîáõîäèìîñòè ñîçäàíèÿ ñòàáèëèçèðîâàííîãî êâàðöåì ãåíåðàòîðà ëèíåéíî íàðàñòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ âûñîêî÷àñòîòíîãî ãåíåðàòîðà êà÷àþùåéñÿ ÷àñòîòû HP 8620C. Çà îñíîâó áûëà âçÿòà îïóáëèêîâàííàÿ ðàíåå êîíñòðóêöèÿ

ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíûõ ñèãíàëîâ [1]. Îäíàêî ýòà êîíñòðóêöèÿ èìåëà äâà íåäîñòàòêà: â íåé èñïîëüçîâàëñÿ íåñòàíäàðòíûé êâàðöåâûé ãåíåðàòîð 16.384 ÌÃö, à âðåìÿ ñïàäà/îáðàòíîãî õîäà/ãàøåíèÿ ïèëîîáðàçíîãî ñèãíàëà áûëî íóëåâûì.

Òàêòîâûé âõîä Òàêò 1 Äâîè÷íûé 2 ñ÷åò÷èê 4 8 Ñáðîñ

Òàêò

1 Äâîè÷íûé 2 ñ÷åò÷èê 4 8 Ñáðîñ

Áàíê ëîã. ýëåìåíòîâ «È»

Òàêò 1 Äâîè÷íûé 2 ñ÷åò÷èê 4 8 Ñáðîñ

Ðàçðåø.

Óñèëèòåëü è àòòåíþàòîð Âûõîä ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ

12-áèòíûé ÖÀÏ

Âûõîä ãàñÿùåãî ñèãíàëà >=1

Âõîä âíåøíåãî çàïóñêà

>=1

Àâòîíîìíûé ðåæèì Âíåøíèé çàïóñê

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ.

ÑÒÀÒÜÈ

Äëÿ ðåøåíèÿ ïåðâîé ïðîáëåìû â îïèñàííîì çäåñü ãåíåðàòîðå ïèëîîáðàçíûõ ñèãíàëîâ èñïîëüçóåòñÿ ñòàíäàðòíàÿ òàêòîâàÿ ÷àñòîòà 10 ÌÃö, ÷òî ïîçâîëÿåò èíòåãðèðîâàòü åãî â ñóùåñòâóþùóþ èñïûòàòåëüíóþ óñòàíîâêó. Âàæíî òàêæå, ÷òî áîëüøèíñòâó îáîðóäîâàíèÿ òðåáóåòñÿ îïðåäåëåííîå âðåìÿ äëÿ âîçâðàòà â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå ïåðåä íà÷àëîì íîâîãî öèêëà ðàçâåðòêè. Êîíñòðóêöèÿ, ïðåäñòàâëåííàÿ íà Ðèñóíêàõ 1 è 2 (ñì. íèæå), ïîçâîëèëà ðåøèòü ýòè ïðîáëåìû. Ñíà÷àëà áóäåò îïèñàíà ñåêöèÿ ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíûõ ñèãíàëîâ, ïîñêîëüêó ïðåäúÿâëÿåìûå ê íåé òðåáîâàíèÿ îïðåäåëèëè ñõåìó òàêòîâîãî ãåíåðàòîðà.

Ãåíåðàòîð ïèëîîáðàçíûõ ñèãíàëîâ Ñåðäöåì ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíûõ ñèãíàëîâ ÿâëÿåòñÿ 12-ðàçðÿäíûé öèôðîàíàëîãîâûé ïðåîáðàçîâàòåëü (ÖÀÏ), óïðàâëÿåìûé äâîè÷íûìè ñ÷åò÷èêàìè. ÖÀÏ – äèñêðåòíûé òèïà R-2R, ïîñêîëüêó íà ìîìåíò ðàçðàáîòêè ïîäõîäÿùàÿ ìèêðîñõåìà ÖÀÏ áûëà íåäîñòóïíà. Îí óïðàâëÿåòñÿ íàáîðîì ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «È» (òðè ìèêðîñõåìû 74HC08), êîòîðûå, â ñâîþ î÷åðåäü, óïðàâëÿþòñÿ äâóìÿ ñäâîåííûìè 4-áèòíûìè äâîè÷íûìè ñ÷åò÷èêàìè 74HC393, ïîëîâèíà îäíîãî èõ êîòîðûõ íå èñïîëüçóåòñÿ. 12 áèò ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü ìàêñèìàëüíîå âîçìîæíîå êîëè÷åñòâî ñîñòîÿíèé, ðàâíîå 4096. Óïðîùåííàÿ ñõåìà ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíûõ ñèãíàëîâ ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1. ×òîáû óñòàíîâèòü âðåìÿ ãàøåíèÿ, ÖÀÏ âûäàåò ëèíåéíî èçìåíÿþùååñÿ íàïðÿæåíèå

òîëüêî äëÿ ïåðâûõ 4000 ñîñòîÿíèé. Äëÿ îñòàâøèõñÿ 96 êîäîâ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óäåðæèâàåòñÿ ðàâíûì 0 Â, ÷òî îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íîå âðåìÿ äëÿ âîçâðàòà HP 8620C ê íà÷àëüíîìó çíà÷åíèþ ÷àñòîòû è ïîäãîòîâêè ê íîâîìó çàïóñêó. Âî âðåìÿ ôàçû íàðàñòàíèÿ íàïðÿæåíèÿ âûõîäíûå ñèãíàëû ñ÷åò÷èêà ïðîõîäÿò íà ÖÀÏ ÷åðåç ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû «È». Â ôàçå ãàøåíèÿ íà âõîäû ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «È» ïîäàåòñÿ «ëîã. 0», âõîäíîé êîä ÖÀÏ ñîäåðæèò òîëüêî íóëè, è âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíî 0 Â. Äâóõâõîäîâûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò «ÈËÈ» (äâà äèîäà 1N4148 è ðåçèñòîð) è ïÿòèâõîäîâûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò «È-ÍÅ» (ìèêðîñõåìà 74HC30, ÷åòûðå âõîäà êîòîðîé ñîåäèíåíû âìåñòå) ïðîïóñêàþò ÷åðåç ñåáÿ âûõîäíûå ñèãíàëû ñ÷åò÷èêà è óïðàâëÿþò îáùèì âõîäîì ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ «È» âî âðåìÿ ãàøåíèÿ. Òàêæå èìååòñÿ èíâåðòîð, îáðàçîâàííûé ëîãè÷åñêèì ýëåìåíòîì «ÈËÈ-ÍÅ» (74HC02), ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ïîëîæèòåëüíîãî èìïóëüñà ãàøåíèÿ, êîòîðûé ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ìîäóëÿöèè âõîäà Z îñöèëëîãðàôà. Äèîäíî-ðåçèñòîðíûé êîììóòàòîð íà âûõîäå ÖÀÏ òàêæå âêëþ÷àåòñÿ âî âðåìÿ ôàçû ãàøåíèÿ, ÷òîáû óñòàíîâèòü 0 Â íà âûõîäå ÖÀÏ. Âî âðåìÿ ôàçû íàðàñòàíèÿ íàïðÿæåíèÿ âûõîäíîé ñèãíàë ÖÀÏ óñèëèâàåòñÿ îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì, îáåñïå÷èâàþùèì òðåáóåìûé äëÿ HP 8620C ðàçìàõ ñèãíàëà 10 Â. Ãåíåðàòîð ïèëîîáðàçíûõ ñèãíàëîâ, â çàâèñèìîñòè îò ïîëîæåíèÿ ïåðåêëþ÷àòåëÿ, ìîæåò ðàáîòàòü àâòîíîìíî èëè çàïóñêàòüñÿ âíåøíèìè ñèãíàëàìè; íà Ðèñóíêå 1 îí ïîêà-

Ãåíåð. 10 ÌÃö

Âíåøí. 4 ÌÃö (1 ìñ)

800 êÃö (5 ìñ) 1 ¸5 2 4

1 ¸5 2 4

400 êÃö (10 ìñ)

80 êÃö (50 ìñ) 1 ¸5 2 4

¸2

2 ÌÃö (2 ìñ) ¸2

40 êÃö (100 ìñ)

8 êÃö (500 ìñ)

1 ¸5 2 4

¸2

200 êÃö (20 ìñ) ¸2

4 êÃö (1 c)

¸2

1 ¸5 2 800 Ãö (5 c) 4

20 êÃö (200 ìñ) ¸2

2 êÃö (2 c)

Ðèñóíîê 2. Ñõåìà ãåíåðàòîðà òàêòîâûõ ñèãíàëîâ.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

çàí â ðåæèìå âíåøíåãî çàïóñêà. Â ðåæèìå âíåøíåãî çàïóñêà RS-òðèããåð, îáðàçîâàííûé äâóìÿ ëîãè÷åñêèìè ýëåìåíòàìè «ÈËÈ-ÍÅ», ïåðåêëþ÷àåòñÿ ïåðåäíèì ôðîíòîì âûõîäíîãî ãàñÿùåãî èìïóëüñà äëÿ ñáðîñà 12-áèòíîãî ñ÷åò÷èêà. Ñáðîñ RS-òðèããåðà â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå, ïîçâîëÿþùèé 12-áèòíîìó ñ÷åò÷èêó ñíîâà íà÷àòü îòñ÷åò, ïðîèñõîäèò òîëüêî ïðè ïîñòóïëåíèè âíåøíåãî ñèãíàëà çàïóñêà.

Òàêòîâûé ãåíåðàòîð ×àñòîòà ñèãíàëà âíóòðåííåãî èëè âíåøíåãî îïîðíîãî ãåíåðàòîðà 10 ÌÃö äåëèòñÿ íà 12 îòäåëüíûõ çíà÷åíèé è âûáèðàåòñÿ 12ïîçèöèîííûì ãàëåòíûì ïåðåêëþ÷àòåëåì äëÿ ïîäà÷è íà ãåíåðàòîð ïèëîîáðàçíûõ ñèãíàëîâ. Ïîñêîëüêó ñèãíàë íà âûõîäå ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíûõ ñèãíàëîâ ñóùåñòâóåò òîëüêî â òå÷åíèå ïåðâûõ 4000 ñîñòîÿíèé âìåñòî 4096, ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñòàíäàðòíûå êîýôôèöèåíòû äåëåíèÿ 2, 5 è 10 ñäâîåííîãî äåêàäíîãî ñ÷åò÷èêà 74HC390, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 2. 74HC390 ñîñòîèò èç äâóõ îòäåëüíûõ ñ÷åò÷èêîâ-äåëèòåëåé íà 2 è íà 5, êîòîðûå ñêîíôèãóðèðîâàíû, êàê ïîêàçàíî íà ðèñóíêå. Ïîìèìî òàêòîâîé ÷àñòîòû íà êàæäîì âûõîäå â ñêîáêàõ óêàçàíî ñîîòâåòñòâóþùåå âðåìÿ ðàçâåðòêè. Èñêëþ÷åíèåì èç ïðèâåäåííîãî âûøå îáúÿñíåíèÿ ÿâëÿåòñÿ âðåìÿ ðàçâåðòêè 1 ìñ, äëÿ êîòîðîãî òðåáóåòñÿ òàêòîâàÿ ÷àñòîòà 4 ÌÃö. Ïîýòîìó ïåðâûé êàñêàä äåëèòåëÿ äåëèò âõîäíóþ ÷àñòîòó íà 2.5. Ýòî äîñòèãàåòñÿ ñíÿòèåì ñèãíàëà ñ ìëàäøåãî ðàçðÿäà ñ÷åò÷èêàäåëèòåëÿ íà 5. Íà êàæäûå ïÿòü âõîäíûõ èìïóëüñîâ îí âûäàåò äâà âûõîäíûõ èìïóëüñà: 000, 001, 010, 011, 100, 000, 001, 010, 011 è ò. ä. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ýòèõ 4-ìåãàãåðöîâûõ èìïóëüñîâ ìåíÿåòñÿ îò ïåðèîäà ê ïåðèîäó, ÷òî ïðèâåäåò ê íåçíà÷èòåëüíîìó äðîæàíèþ ïîëîæåíèÿ èìïóëüñîâ ïðè âðåìåíè ðàçâåðòêè 1 ìñ, íî ýòî áóäåò ïðîÿâëÿòüñÿ òîëüêî â ìëàäøåì áèòå ñ÷åò÷èêà ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ è íå ïîâëèÿåò íà

êà÷åñòâî ïèëîîáðàçíîãî ñèãíàëà. Ñóùåñòâóþò àëüòåðíàòèâíûå ñïîñîáû äåëåíèÿ íà 2.5 ñ ôèêñèðîâàííûì êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 50%, íî îíè áîëåå ñëîæíû [2].

Ðåçóëüòàòû Èç îñöèëëîãðàìì ñèãíàëîâ íà âûõîäàõ ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ è ãàñÿùåãî èìïóëüñà, ïîêàçàííûõ íà Ðèñóíêå 3, âèäíî, ÷òî îíè èìåþò òî÷íûé ïåðèîä 100 ìñ, à ïèëîîáðàçíîå íàïðÿæåíèå èìååò âûñîêóþ ëèíåéíîñòü.

Ðèñóíîê 3. Îñöèëëîãðàììû ñèãíàëîâ â ñõåìå: âûõîä ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ (æåëòûé), ãàñÿùèé èìïóëüñ (çåëåíûé).

Âñÿ ñõåìà ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ áûëà ñîáðàíà íà áåñïàå÷íîé ìàêåòíîé ïëàòå è ïîìåùåíà â îáùèé êîðïóñ ñ èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ, ñòàâ óäîáíûì ëàáîðàòîðíûì èíñòðóìåíòîì. ÐË

Ññûëêè 1. Neil Johnson, “Ramp Generator”, Everyday and Practical Electronics, July 1995, pp. 546-550. 2. Yongping Xia, “Divide by 2.5”, Electronics World + Wireless World, December 1991, pp. 1051.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD74HC02 2. Datasheet Texas Instruments CD74HC30 3. Datasheet Texas Instruments CD74HC390

ÑÒÀÒÜÈ

Íàñòðîéêà êâàäðàòóðíîãî ýíêîäåðà íà ñëóõ Michael Covington Electronic Design

××åëîâå÷åñêîå óõî î÷åíü õîðîøî óëàâëèâàåò øóì èëè ïðîïóùåííûå öèêëû ñèãíàëà, è ïîñêîëüêó ó íàñ äâà óõà, ìû ìîæåì îòñëåæèâàòü äâà ñèãíàëà îäíîâðåìåííî. Íåäàâíî ÿ ðåìîíòèðîâàë ñòàðûé ëàáîðàòîðíûé ïðèáîð, ñîäåðæàùèé êâàäðàòóðíûé ýíêîäåð, ñäåëàííûé èç ëàìïû íàêàëèâàíèÿ, äèñêà ñ ïðîðåçÿìè è äâóõ ôîòîýëåìåíòîâ (ñì. ëåâóþ ÷àñòü Ðèñóíêà 1). Îêàçàëîñü, ÷òî ÿðêîñòü ëàìïû, à çíà÷èò, è íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ áûëè äîâîëüíî êðèòè÷íûìè. Ñëåäîâàòåëüíî, ÷òîáû îáåñïå÷èòü íàäåæíóþ ðàáîòó, ïîòåíöèîìåòðû ïðèøëîñü ðåãóëèðîâàòü. Èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå âûõîäíîãî èíäèêàòîðà öèôðîâîé îñöèëëîãðàô áûëî òðóäíî, ïîñêîëüêó åãî äèñïëåé áûë ñêëîíåí çàâèñàòü

V+

êàæäûé ðàç, êîãäà ïðîèñõîäèëî ðåçêîå èçìåíåíèå – èìåííî òî, ÷òî ìû õîòèì, ÷òîáû öèôðîâîé îñöèëëîãðàô äåëàë â íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ. Àíàëîãîâîãî îñöèëëîãðàôà íå áûëî, ïîýòîìó â êà÷åñòâå âûõîäíîãî èíäèêàòîðà ÿ ðåøèë èñïîëüçîâàòü íàóøíèêè (ñì. ïðàâóþ ÷àñòü Ðèñóíêà 1). Ïðîöåäóðà ðåãóëèðîâêè çàêëþ÷àëàñü â ïðèãëóøåíèè ñâåòà â êîìíàòå, âðàùåíèè âàëà è ïðîñëóøèâàíèè æàëîáíîãî çàâûâàíèÿ â íàóøíèêàõ. ×òîáû óñòàíîâèòü êàæäûé ïîòåíöèîìåòð â ñåðåäèíó ðàáî÷åãî äèàïàçîíà, ìíå ïîòðåáîâàëîñü âñåãî íåñêîëüêî ìèíóò. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM393

V+ 1k

+ ½LM393 – Ôîòîýëåìåíò

V+

V+ + ½LM393 –

Äèñê ñ ïðîðåçÿìè

Ôîòîýëåìåíò

1k + Íàóøíèêè â ñòèëå Walkman

V 5.00 Â

Ðèñóíîê 1. Èñïîëüçóÿ ïàðó íàóøíèêîâ, ïîäêëþ÷åííûõ ê âûõîäó ýòîãî ñòàðîãî ëàáîðàòîðíîãî ïðèáîðà, àâòîð ñìîã íàñòðîèòü ïîòåíöèîìåòðû êâàäðàòóðíîãî ýíêîäåðà íà ñåðåäèíó ðàáî÷åãî äèàïàçîíà.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Ïðàâèëüíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü âêëþ÷åíèÿ íàïðÿæåíèé îáåñïå÷èâàåòñÿ äâóìÿ êîìïîíåíòàìè Alan Adamsky Electronic Design

Ñîâðåìåííûì öèôðîâûì ìèêðîñõåìàì, êàê ïðàâèëî, íóæíà ñëîæíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïîäà÷è íàïðÿæåíèé, äëÿ óïðàâëåíèÿ êîòîðîé îáû÷íî òðåáóþòñÿ ñïåöèàëüíûå ìèêðîñõåìû èëè ìèêðîïðîöåññîðû. Íî ÷òî, åñëè âàøè òðåáîâàíèÿ áîëåå ñêðîìíû? Äëÿ ïðåäñòàâëåííîé çäåñü ñõåìû óïðàâëåíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ âêëþ÷åíèÿ íàïðÿæåíèé íóæåí âñåãî îäèí îïòðîí è ðåçèñòîð.

48 Â

–48 Â

Ïðåäïîëîæèì, ÷òî äëÿ âêëþ÷åíèÿ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà åãî âûâîä Âêë/Âûêë äîëæåí áûòü ïîäàí íèçêèé óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ, à ïðè «ïëàâàþùåì» âûâîäå ïðåîáðàçîâàòåëü áóäåò îñòàâàòüñÿ âûêëþ÷åííûì (ñì. Ðèñóíîê 1). Áóäåì ñ÷èòàòü òàêæå, ÷òî â ýòîì ïðèìåðå íàïðÿæåíèå 5 Â äîëæíî âêëþ÷àòüñÿ ðàíüøå, ÷åì 3.3 Â. Óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà âûâîäå Âêë/Âûêë 5-âîëüòîâîãî ïðåîáðàçîâà-

5Â

+Âûõ +Âõ U1 DC/DC ïðåîáð. 5 Â Âêë/Âûêë Ïîäñòð. –Âõ

Îïòðîí

D1 1N4148 R4 100

R3 10k

+Âûõ +Âõ U3 DC/DC ïðåîáð. 3.3 Â Âêë/Âûêë Ïîäñòð. –Âõ

R2 TBD

–Âûõ

R1 100k

D2 1N4148 D4

D3 1N4148

Q2 R5 10k

R6 100 3.3 Â

–Âûõ

Ðèñóíîê 1. Äîáàâëåíèå îïòîèçîëÿòîðà (U2) è ðåçèñòîðà ê ýòîé ñõåìå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ – ýòî âñå, ÷òî íåîáõîäèìî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïðàâèëüíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè çàïóñêà ïðåîáðàçîâàòåëåé 3.3 è 5 Â.

ÑÕÅÌÛ

òåëÿ íèçêèé. Ïðè âûêëþ÷åííîì îïòîèçîëÿòîðå U2 âõîä Âêë/Âûêë ïðåîáðàçîâàòåëÿ 3.3. Â îñòàåòñÿ ïëàâàþùèì. Ïðè ïîäà÷å ïèòàíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëü 5 Â âêëþ÷àåòñÿ. Ïî ìåðå ïîâûøåíèÿ íàïðÿæåíèÿ 5 Â îïòîïàðà â êàêîé-òî ìîìåíò îòêðîåòñÿ, âêëþ÷èâ ïðåîáðàçîâàòåëü 3.3 Â. (Äëÿ íåèçîëèðîâàííûõ ïðèëîæåíèé îïòðîí ìîæåò áûòü çàìåíåí òðàíçèñòîðîì). Äëÿ ìíîãèõ ëîãè÷åñêèõ ìèêðîñõåì, ïèòàþùèåñÿ îò íåñêîëüêèõ íàïðÿæåíèé, äîïóñòèìàÿ ðàçíîñòü íàïðÿæåíèé íà âûâîäàõ 5 Â è 3.3 Â îãðàíè÷èâàåòñÿ, íàïðèìåð, çíà÷åíèåì 2.5 Â. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ýòîé ñõåìû äîïóñòèìàÿ ðàçíîñòü ìîæåò áûòü ïðåâûøåíà, åñëè íà âûõîäå U1 íàïðÿæåíèå 5 Â óñòàíîâèòñÿ äî âêëþ÷åíèÿ 3.3 Â, èëè åñëè ïðåîáðàçîâàòåëü 3.3 Â âûéäåò èç ñòðîÿ. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëåé èçìåíÿþòñÿ â òîì æå íàïðàâëåíèè, â êîòîðîì èçìåíÿþòñÿ íàïðÿæåíèÿ íà âûâîäàõ ïîäñòðîéêè. Ìíîãèå ïðåîáðàçîâàòåëè èìåþò âûâîä (Trim), ïîçâîëÿþùèé, ñîãëàñíî äîêóìåíòàöèè, ïîäñòðàèâàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå â ïðåäåëàõ ±5%, íî ÷àñòî ïîíèçèòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæíî åùå áîëüøå. Ðàçíîñòü íàïðÿæåíèé îãðàíè÷èâàåòñÿ, êîãäà ïåðåõîä áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q1,

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

à òàêæå äèîäû D1, D2 è D3 ïðîâîäÿò òîê. Òîãäà Q1 îòêðûâàåòñÿ, âêëþ÷àÿ òðàíçèñòîð Q2, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, ïðèòÿãèâàåò âûâîä ïîäñòðîéêè ê «çåìëå». Ïîýòîìó íàïðÿæåíèå íà âûõîäå 5-âîëüòîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ áóäåò ñòàáèëèçèðîâàòüñÿ íà óðîâíå, íà 2-2.5 Â ïðåâûøàþùåì íàïðÿæåíèå 3.3 Â. Ôàêòè÷åñêîå íàïðÿæåíèå ñòàáèëèçàöèè áóäåò çàâèñåòü îò òîãî, ïðè êàêèõ íàïðÿæåíèÿõ îòêðûâàþòñÿ p-n ïåðåõîäû. Âåëè÷èíà ñîïðîòèâëåíèÿ R2 çàâèñèò îò âûáðàííîãî òèïà ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ïîñëåäíåå òðåáîâàíèå ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû íå äîïóñòèòü ñèòóàöèè, êîãäà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðåîáðàçîâàòåëÿ 5 Â áîëåå ÷åì íà 0.7 Â íèæå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ 3.3 Â, ÷òî ìîæåò ïðîèçîéòè ïðè âûêëþ÷åíèè ñõåìû. ×òîáû èçáåæàòü ýòîé ïðîáëåìû, ñëåäóåò â êà÷åñòâå D4 èñïîëüçîâàòü äèîä Øîòòêè. Èñïîëüçîâàíèå D4 íå íîâî, è óïîìÿíóòî òîëüêî äëÿ ïîëíîòû êàðòèíû. Åñëè äîïóñòèìàÿ ðàçíîñòü íàïðÿæåíèé íà âûâîäàõ ïèòàíèÿ íå ðåãëàìåíòèðîâàíà, íî íàïðÿæåíèå 3.3 Â íå äîëæíî âêëþ÷àòüñÿ, ïîêà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå 5 Â îòëè÷àåòñÿ îò íîìèíàëüíîãî çíà÷åíèÿ áîëåå ÷åì íà 1015%, ìîæíî ïîñëåäîâàòåëüíî ñ R3 äîáàâèòü äèîäû èëè ñòàáèëèòðîí. ÐË

Ïðîñòûå äîïîëíåíèÿ ê àóäèîóñèëèòåëþ ïðåäîòâðàùàþò èñêàæåíèÿ ïðè áîëüøèõ óðîâíÿõ âõîäíîãî ñèãíàëà John Guy Electronic Design

Óñèëåíèå ÷åëîâå÷åñêîãî ãîëîñà ñòàâèò ïåðåä ðàçðàáîò÷èêîì íåñêîëüêî íåïðîñòûõ çàäà÷. Îäíà èç ñàìûõ ñëîæíûõ – îáåñïå÷åíèå äîñòàòî÷íîãî óñèëåíèÿ, ïîçâîëÿþùåãî óñëûøàòü òèõî ãîâîðÿùåãî ÷åëîâåêà, ïðè ñîõðàíåíèè äîñòàòî÷íî çàïàñà ïî óðîâíþ âûõîäíîãî ñèãíàëà äëÿ ëþäåé, êîòîðûå ãîâîðÿò ãðîìêî. Åñëè óñèëåíèå ñëèøêîì âåëèêî, ãðîìêèé ãîëîñ èëè øóì âûçûâàþò îãðàíè÷åíèå çâóêîâîãî ñèãíàëà, ÷òî äåëàåò åãî íåðàçáîð÷èâûì è íåïðèÿòíûì äëÿ óøåé.

1 µF

Îäíèì èç ðåøåíèé ýòîé äèëåììû ÿâëÿåòñÿ îãðàíè÷åíèå ñèãíàëà ñ ïîìîùüþ íåëèíåéíîé ïåðåäàòî÷íîé ôóíêöèè, ðåàëèçîâàííîé ïóòåì äîáàâëåíèÿ íåñêîëüêèõ êîìïîíåíòîâ â ñòàíäàðòíóþ ïðèêëàäíóþ ñõåìó (Ðèñóíîê 1). Êîãäà ïîëîæèòåëüíûé èëè îòðèöàòåëüíûé ïèê âõîäíîãî àóäèîñèãíàëà ïðåâûøàþò íàïðÿæåíèå âêëþ÷åíèÿ îäíîãî èç âñòðå÷íî âêëþ÷åííûõ äèîäîâ (D1), äèîä îòêðûâàåòñÿ è îñëàáëÿåò ëþáîå äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå àìïëèòóäû ñèãíàëà, ïîäàâàåìîãî íà óñèëè-

R1 1k

VDD +

1 2 3 4 5

D1 BAV99

–

1 µF

R2 1k

VDD

R3 100 0.1 µF

VDD IN+ IN– GND SHDN

PVDD OUT+ OUT– PGND SINC

U1 MAX9700A

10 9 8 7 6

0.1 µF

10 µF

Ðèñóíîê 1. Îãðàíè÷èâàÿ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óñèëèòåëÿ, öåïü èç ìàëîñèãíàëüíûõ äèîäîâ ïðåäîòâðàùàåò èñêàæåíèÿ çâóêîâîãî ñèãíàëà.

ÑÕÅÌÛ

2.00

Âûõîäíàÿ àìïëèòóäà (Â ñ.ê.ç.)

1.75 1.50 1.25 1.00 Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ 2.5 Â 3.3 Â 5Â 2.5 Â ñ îãðàíè÷åíèåì 3.3 Â ñ îãðàíè÷åíèåì 5 Â ñ îãðàíè÷åíèåì

0.75 0.50 0.25 0 0

0.2

0.4 0.6 0.8 1.0 Âõîäíàÿ àìïëèòóäà (Â ñ.ê.ç.)

1.2

Ðèñóíîê 2. Áëàãîäàðÿ îñëàáëåíèþ ñèãíàëà ïðîñòîé äèîäíîé öåïüþ ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà äëÿ âõîäíûõ ñèãíàëîâ ñ áîëåå âûñîêîé àìïëèòóäîé ñòàíîâèòñÿ íåëèíåéíîé.

òåëü ìîùíîñòè êëàññà D MAX9700A. Ðåçèñòîðû R1 è R2 äîáàâëÿþò ïîñëåäîâàòåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå, ïðåäîòâðàùàþùåå ïåðåãðóçêó èñòî÷íèêà çâóêà. Ïðè íîðìàëüíîé ðàáîòå âõîäíîé àóäèîñèãíàë ïðàêòè÷åñêè íå îñëàáëÿåòñÿ äèîäíîé

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

öåïüþ, à óâåëè÷åíèå âûõîäíîãî èìïåäàíñà èñòî÷íèêà èç-çà äîïîëíèòåëüíûõ ðåçèñòîðîâ R1 è R2 íå ïðèâîäèò ê çàòóõàíèþ ñèãíàëà áëàãîäàðÿ âûñîêîìó âõîäíîìó ñîïðîòèâëåíèþ ìèêðîñõåìû U1. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ àìïëèòóä âõîäíûõ ñèãíàëîâ ïåðåäàòî÷íàÿ ôóíêöèÿ ñìåùàåòñÿ (Ðèñóíîê 2). Êàê âèäèòå, äëÿ íèçêîóðîâíåâûõ ñèãíàëîâ âûõîä îòñëåæèâàåò âõîä. Ïðè âõîäíûõ óðîâíÿõ âûøå ïðèìåðíî 0.5 Â ñ.ê.ç. íàáëþäàåòñÿ ñíèæåíèå óñèëåíèÿ ñõåìû. Êîìïðåññèÿ óñèëåíèÿ íå çàâèñèò îò ïèêîâîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ÷òî ïîäòâåðæäàåòñÿ îòêëèêàìè äëÿ ðàçëè÷íûõ íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî îòêëèêè äëÿ îãðàíè÷åííûõ âõîäíûõ ñèãíàëîâ ïðè íàïðÿæåíèÿõ ïèòàíèÿ 3.3 è 5 Â àáñîëþòíî îäèíàêîâû, ïîýòîìó êðèâûå íàêëàäûâàþòñÿ äðóã íà äðóãà. Êðîìå òîãî, ïðè íàïðÿæåíèÿõ ïèòàíèÿ 2.5 è 3.3 Â èççà îãðàíè÷åííîãî äèàïàçîíà èçìåíåíèÿ âõîäíûå ñèãíàëû ñæèìàþòñÿ äàæå ïðè îòñóòñòâèè êîìïðåññèè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX9700A 2. Datasheet NXP BAV99

Êîìïåíñàöèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ïîäâîäÿùèõ ïðîâîäîâ óëó÷øàåò ñòàáèëèçàöèþ íàïðÿæåíèÿ W. Stephen Woodward Electronic Design

Ðåøåíèÿ, îñíîâàííûå íà ìèêðîñõåìàõ ëèíåéíûõ ðåãóëÿòîðîâ, ïðîñòû, ýôôåêòèâíû è äåéñòâåííû äëÿ ìíîæåñòâà ïðèëîæåíèé ñòàáèëèçàöèè íàïðÿæåíèÿ ìàëîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè. Îíè òàêæå ïðåäîñòàâëÿþò âîçìîæíîñòè äëÿ ìíîæåñòâà ïðîñòûõ, íî ïîëåçíûõ óëîâîê, êîòîðûå óëó÷øàþò èõ õàðàêòåðèñòèêè è äåëàþò áîëåå ïðèãîäíûìè äëÿ çàäà÷, òðåáóþùèõ íåìíîãî áîëüøèõ âîçìîæíîñòåé è áîëüøåé óíèâåðñàëüíîñòè, ÷åì ìîãóò îáåñïå÷èòü ìèêðîñõåìû ñàìè ïî ñåáå. Îäíèì èç ïðèìåðîâ ÿâëÿåòñÿ ïèòàíèå íàãðóçêè, îòäåëåííîé îò ðåãóëÿòîðà ñîåäèíèòåëüíûìè ïðîâîäàìè ñî çíà÷èòåëüíûì ñîïðîòèâ-

ëåíèåì, – íàïðèìåð, êîãäà ðåãóëÿòîð ðàñïîëîæåí íà íåêîòîðîì óäàëåíèè îò íàãðóçêè. Êëàññè÷åñêèì ðåøåíèåì ïðîáëåìû óõóäøåíèÿ ñòàáèëèçàöèè íàïðÿæåíèÿ íàãðóçêè èççà ñîïðîòèâëåíèÿ ïîäâîäÿùèõ ïðîâîäîâ, êîíå÷íî æå, ÿâëÿåòñÿ ÷åòûðåõïðîâîäíîå ïîäêëþ÷åíèå Êåëüâèíà, â êîòîðîì èçìåðèòåëüíûå ñîåäèíåíèÿ ðåãóëÿòîðà âûïîëíÿþòñÿ îòäåëüíî îò ñèëîâûõ ïðîâîäîâ, ïî êîòîðûì òå÷åò òîê íàãðóçêè. Óæå äàâíî äîñòóïíû óìíûå ñõåìû, ðåàëèçóþùèå ïîäêëþ÷åíèÿ Êåëüâèíà äëÿ ìèêðîñõåì ðåãóëÿòîðîâ [1]. Íî èíîãäà äîïîëíèòåëüíûå ñîåäèíåíèÿ è ðåàëèçàöèÿ òîïîëîãèè Êåëüâèíà áûâàþò íåóäîáíûìè è ÷ðåçìåðíî

RS1

V1 VIN

VIN LM317k

Adj

249

2k RV

Ìèí. 10k Ìàêñ.

0.001 µF

Ðåãóëèðîâêà íàïðÿæåíèÿ

VOUT

–

RS2

RS Ðåãóëèðîâêà êîìïåíñàöèè

Íàãðóçêà VOUT

V+ LT1494 èëè V– àíàëîã. +

Äîïóñòèìîå ñèíôàçíîå íàïðÿæåíèå è íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ÎÓ (V+) äîëæíû ñîîòâåòñòâîâàòü íàïðÿæåíèÿì ðåãóëÿòîðà èëè ïðåâîñõîäèòü èõ

RS3

VOUT = V1 – IL(RS1 + RS2 + RS3) V1 = VOUT + IL(RS1 + RS2 + RS3)

Ðèñóíîê 1. Ñôîðìèðîâàâ êîððåêòèðóþùåå íàïðÿæåíèå ñ ïîìîùüþ îòäåëüíîãî òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà, ðàçðàáîò÷èêè ìîãóò èñêëþ÷èòü äîïîëíèòåëüíîå ÷åòûðåõïðîâîäíîå ïîäêëþ÷åíèå Êåëüâèíà.

ÑÕÅÌÛ

VIN CIN 470 nF

RS1

V2 IL

RV Ðåãóëèðîâêà íàïðÿæåíèÿ

LM2941

Ìèí. 10k Ìàêñ.

Out 10k +

Adj

–

22 µF

Íàãðóçêà VOUT

V+ LT1494 èëè V– àíàëîã.

1k Gnd

RS2

RS Ðåãóëèðîâêà êîìïåíñàöèè

0.001 µF

20k

RS3

Ðèñóíîê 2. Ýòîò âàðèàíò ñõåìû îáåñïå÷èâàåò îòðèöàòåëüíóþ îáðàòíóþ ñâÿçü äëÿ ðåãóëÿòîðîâ, â êîòîðûõ èñïîëüçóåòñÿ îïîðíîå íàïðÿæåíèå, ïðèâÿçàííîå ê îáùåé øèíå, íàïðèìåð, LM2941.

çàòðàòíûìè. Â ýòîé ñòàòüå îïèñûâàåòñÿ àëüòåðíàòèâà, â êîòîðîé îíè íå èñïîëüçóþòñÿ. Äîïîëíèòåëüíûå èçìåðèòåëüíûå ïðîâîäà ìîãóò áûòü èñêëþ÷åíû, åñëè íåîáõîäèìîå íàïðÿæåíèå äëÿ êîððåêöèè VOUT ñîçäàåòñÿ ñ ïîìîùüþ îòäåëüíîãî òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà RS1 (Ðèñóíîê 1). Ðåçèñòîð RS1 äîëæåí èìåòü ïðèìåðíî òàêîå æå ñîïðîòèâëåíèå, ÷òî è ñîïðîòèâëåíèÿ ïîäâîäÿùèõ ïðîâîäîâ RS2 è RS3 (îáû÷íî îò íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ äî ñîòåí ìèëëèîì). Ôàêòè÷åñêè, ýòî ìîæåò áûòü ïðîñòî èçâèëèñòàÿ äîðîæêà íà ïå÷àòíîé ïëàòå. Çàòåì ÎÓ ñóììèðóåò ÷àñòü íàïðÿæåíèÿ, ñíèìàåìîãî ñ RS1, ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì ðåãóëÿòîðà V1 äëÿ ïîëó÷åíèÿ ñêîððåêòèðîâàííîãî ñèãíàëà îáðàòíîé ñâÿçè è íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ íàãðóçêè VOUT, îñòàþùåãîñÿ ïîñòîÿííûì è íåçàâèñÿùèì îò òîêà íàãðóçêè. Íåîáõîäèìàÿ ïîëÿðíîñòü êîìïåíñèðóþùåé îáðàòíîé ñâÿçè çàâèñèò îò òèïà èñïîëüçóåìîãî ðåãóëÿòîðà. Äëÿ ðåãóëÿòîðîâ, ïîääåðæèâàþùèõ ïîñòîÿííóþ ðàçíîñòü íàïðÿæåíèé ìåæäó âûõîäíûìè è ðåãóëèðîâî÷íûìè âûâîäàìè (íàïðèìåð, LM317), òðåáóåòñÿ ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü. Ðåãóëÿòî-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ðàì, â êîòîðûõ èñïîëüçóåòñÿ îïîðíîå íàïðÿæåíèå, ïðèâÿçàííîå ê îáùåé øèíå (íàïðèìåð, LM2941), òðåáóåòñÿ îòðèöàòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü (Ðèñóíîê 2). Íî â îáîèõ ñëó÷àÿõ ìàñøòàáíûé êîýôôèöèåíò îáðàòíîé ñâÿçè êîððåêòèðóåòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì îäíîé è òîé æå äâóõýòàïíîé ïðîöåäóðû: ! Â îòñóòñòâèå íàãðóçêè (IL = 0) ðåãóëèðîâêîé RV óñòàíàâëèâàåòñÿ íåîáõîäèìîå çíà÷åíèå VOUT. ! Ïðè ìàêñèìàëüíîé íàãðóçêå (IL = ìàêñ.) ðåãóëèðîâêîé RS âîññòàíàâëèâàåòñÿ çíà÷åíèå VOUT, óñòàíîâëåííîå íà ïåðâîì ýòàïå. ÐË

Ññûëêà 1. Jim Williams, Application Note No. 2, “Performance Enhancement Techniques for Three Terminal Regulators,” Linear Technology, 1984, Fig. 13.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM2941 2. Datasheet Texas Instruments LM317K 3. Datasheet Analog Devices LT1494

Äèíàìè÷åñêàÿ ýëåêòðîííàÿ íàãðóçêà ñ ðåãóëèðóåìîé ñêîðîñòüþ íàðàñòàíèÿ Chester Simpson Electronic Design

ÏÏîâåäåíèå ïðè íåñòàöèîíàðíûõ íàãðóç-

Â ïðîäàæå èìåþòñÿ äîðîãèå ýëåêòðîííûå íàãðóçêè, íî ÿ íå íàøåë íè îäíîé, ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ òîêà êîòîðîé áûëà áû âûøå 0.4 À/ìêñ, ÷òî ñëèøêîì ìåäëåííî äëÿ ïîëíîé ïðîâåðêè ïåðåõîäíûõ õàðàêòåðèñòèê ðåãóëÿòîðîâ íàïðÿæåíèÿ. Â ýòîé ñòàòüå ïîêàçàíî, êàê ñîçäàòü íåäîðîãóþ è ïðîñòóþ ýëåêòðîííóþ íàãðóçêó, êîòîðàÿ ìîæåò îáåñïå÷èòü ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ, ïðåâûøàþùèå 50 À/ìêñ.

êàõ ñòàëî íàèáîëåå âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé ðåãóëÿòîðîâ íàïðÿæåíèÿ, èñïîëüçóåìûõ äëÿ ïèòàíèÿ øèðîêîãî ñïåêòðà óñòðîéñòâ, ïîòðåáëåíèå òîêà êîòîðûõ áûñòðî ìåíÿåòñÿ â ïðîöåññå ðàáîòû. Äëÿ ïðîâåðêè ïåðåõîäíûõ õàðàêòåðèñòèê òðåáóåòñÿ íàãðóçêà, ñêîðîñòüþ èçìåíåíèÿ êîòîðîé ìîæíî óïðàâëÿòü.

+12 Â R1 5.6k Ðåã. ÷àñòîòû

R4 10k 4

R3 5.6k C1 22 µF C2 0.047 µF

Ðåã. ñïàäà

U2 LM555

Ðåã. øèðèíû èìï.

R7 1k U2 LM555

5 1

N/C C4 0.0033 µF

7 6

5 1

Ïðîâåðÿåìûé ðåãóëÿòîð

R10 RLOAD

R8 1k

Ñ Ç

N/C C5 (ñì. òåêñò)

Q1 È NDP 706AL

COUT

R9 2 C6 0.047 µF –

Çåìëÿ +12 Â

VOUT

D2 1N914 D1 1N914

R6 100k 2 6

Ðåã. íàðàñòàíèÿ

C3 0.001 µF

R2 100k

Äèíàìè÷åñêàÿ íàãðóçêà

R5 5.6k

LP38501-ADJ

GND

R11 0.050

Ðèñóíîê 1. Ýòîò ýëåêòðîííûé òåñòåð ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ â íàãðóçêå ïîçâîëÿåò ïîëüçîâàòåëÿì èçìåíÿòü êàê ÷àñòîòó, òàê è äëèòåëüíîñòü èìïóëüñîâ, óïðàâëÿþùèõ òîêîì íàãðóçêè. Òàêæå èìååòñÿ âîçìîæíîñòü óïðàâëåíèÿ ñêîðîñòüþ èçìåíåíèÿ òîêà íàãðóçêè.

ÑÕÅÌÛ

Â êà÷åñòâå êîììóòàòîðà äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ/îòêëþ÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè RLOAD ê âûõîäó ðåãóëÿòîðà â òåñòåðå èñïîëüçóåòñÿ n-êàíàëüíûé MOSFET Q1 (Ðèñóíîê 1). 50-ìèëëèîìíûé òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð, âêëþ÷åííûé ïîñëåäîâàòåëüíî ñ êîììóòàòîðîì, ïîçâîëÿåò íàáëþäàòü ôîðìó èìïóëüñà òîêà â íàãðóçêå. ×àñòîòà àâòîêîëåáàòåëüíîãî ãåíåðàòîðà íà ìèêðîñõåìå U1 ðåãóëèðóåòñÿ ïîòåíöèîìåòðîì R2, à äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà æäóùåãî ìóëüòèâèáðàòîðà íà ìèêðîñõåìå U2, ôîðìèðóþùåãî èìïóëüñ íàãðóçêè, – ïîòåíöèîìåòðîì R6. Òàêèì îáðàçîì, èìååòñÿ âîçìîæíîñòü ðåãóëèðîâêè êàê ÷àñòîòû, òàê è äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà òîêà íàãðóçêè. Ïðè ïîêàçàííûõ íà ñõåìå íîìèíàëàõ êîìïîíåíòîâ ÷àñòîòà ìîæåò èçìåíÿòüñÿ îò 130 Ãö äî 2 êÃö, à øèðèíà èìïóëüñà – ïðèìåðíî îò 20 ìêñ äî 400 ìêñ. C6 è R9 ñíèæàþò êîììóòàöèîííûé çâîí íà òðàíçèñòîðå Q1. Âûõîä ìèêðîñõåìû U2 óïðàâëÿåò çàòâîðîì òðàíçèñòîðà Q1, ïîýòîìó ñíèæåíèå ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ íàïðÿæåíèÿ çàòâîðà ñíèæàåò ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ òîêà MOSFET. Ýëåìåíòû D1, D2, R7, R8 è C5 óïðàâëÿþò âðåìåíàìè íàðàñòàíèÿ è ñïàäà íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå. D1 è D2 îáåñïå÷èâàþò íåçàâèñèìîñòü ðåãóëèðîâîê âðåìåíè íàðàñòàíèÿ è ñïàäà. Åìêîñòü êîíäåíñàòîðà C5 çàâèñèò îò òðåáóåìûõ çíà÷åíèé âðåìåíè íàðàñòàíèÿ è ñïàäà.

íî äî 11 Â, íî ñïàäàåò ëèøü äî óðîâíÿ «çåìëè». Ïîýòîìó âêëþ÷åíèå MOSFET ïðîèñõîäèò ãîðàçäî àêòèâíåå, ÷åì âûêëþ÷åíèå, ÷òî äåëàåò íàðàñòàþùèé ôðîíò èìïóëüñà íàãðóçêè áîëåå áûñòðûì, ÷åì ñïàäàþùèé. ×òîáû ïîëó÷èòü îäèíàêîâóþ êðóòèçíó ïåðåäíåãî è çàäíåãî ôðîíòîâ, åìêîñòü êîíäåíñàòîðà ñëåäóåò âûáèðàòü â ñîîòâåòñòâèè ñ æåëàåìîé ñêîðîñòüþ ñïàäà èìïóëüñà. Ñíà÷àëà ñ ïîìîùüþ ïîäñòðîå÷íîãî ðåçèñòîðà R7 óñòàíàâëèâàþò ïðàâèëüíóþ ñêîðîñòü ñïàäà èìïóëüñà òîêà, à çàòåì ðåçèñòîðîì R8 êðóòèçíó ïåðåäíåãî ôðîíòà äåëàþò ðàâíîé êðóòèçíå çàäíåãî. R7 è R8 – ýòî ìíîãîîáîðîòíûå ïîäñòðîå÷íûå ðåçèñòîðû, òîãäà êàê R2 è R6 – ñòàíäàðòíûå ïîòåíöèîìåòðû ñ ëèíåéíîé õàðàêòåðèñòèêîé. Íàãðóçî÷íûé ðåçèñòîð R10 äîëæåí áûòü áåçûíäóêòèâíûì, ïðåäïî÷òèòåëüíî óãëåðîäíî-ïëåíî÷íûì èëè ìåòàëëîîêñèäíûì. Òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð R11 òàêæå äîëæåí áûòü áåçûíäóêòèâíûì. Ðåêîìåíäóåòñÿ âûáðàòü ìåòàëëîïëåíî÷íûé ðåçèñòîð. Âñå êîíäåíñàòîðû, êðîìå òàíòàëîâîãî C2, êåðàìè÷åñêèå. Äëÿ óëó÷øåíèÿ òåïëîîòâîäà òðàíçèñòîð Q1 ïðèïàÿí ê ìåäíîé êîíòàêòíîé ïëîùàäêå ðàçìåðîì 5 × 5 ñì. Íà Ðèñóíêå 1 ýëåêòðîííàÿ íàãðóçêà ïîäêëþ÷åíà ê âûõîäó 3-àìïåðíîãî ëèíåéíîãî ðåãó-

Îòêëèê ðåãóëÿòîðà LP38501-ADJ

Åìêîñòü C5

Ñïàäàþùèé ôðîíò (À/ìêñ)

Ìèí.

Ìàêñ.

Ìèí.

Ìàêñ.

Íîëü

0.50

2.2

1000 ìêÔ

0.45

1.9

0.01 ìêÔ 0.047 ìêÔ

0.38 0.25

70 50

1.5 0.75

11 10

0.1 ìêÔ

0.21

0.50

7.5

Â Òàáëèöå 1 ïîêàçàíû ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ è ñïàäà èìïóëüñà òîêà òåñòåðà ïðè ñêà÷êå îò 0 äî 3 À äëÿ ðàçíûõ çíà÷åíèé åìêîñòè êîíäåíñàòîðà C5. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî õàðàêòåðèñòèêà óïðàâëåíèÿ ïî çàòâîðó Q1 èìååò àñèììåòðè÷íûé õàðàêòåð. Óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà U2 ïîäíèìàåòñÿ ïðèìåð-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Âîëüòû

Íàðàñòàþùèé ôðîíò (À/ìêñ)

1.85

VOUT

1.80 1.75 3.0

Àìïåðû

Òàáëèöà 1. Ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ è ñïàäà èìïóëüñà òîêà 0-3 À ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ åìêîñòè C5

2.0 1.0 0

ILOAD di/dt = 0.5 À/ìêñ

Âðåìÿ (40 ìêñ/äåë.)

Ðèñóíîê 2. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ ñ ìàëûì âðåìåíåì îòêëèêà íà èçìåíåíèÿ íàãðóçêè ïîêàçàëè ëèøü íåçíà÷èòåëüíûå âûáðîñû íà ôðîíòàõ âûõîäíîãî èìïóëüñà íàïðÿæåíèÿ ïðè áûñòðûõ èçìåíåíèÿõ òîêà íàãðóçêè.

ëÿòîðà LP38501-ADJ ñ áûñòðîé ðåàêöèåé íà ïåðåõîäíûå ïðîöåññû. Ðåãóëÿòîð òåñòèðîâàëñÿ ïðè âûõîäíîì íàïðÿæåíèè, óñòàíîâëåííûì ðàâíûì 1.8 Â, è ñ êåðàìè÷åñêèì êîíäåíñàòîðîì 10 ìêÔ â êà÷åñòâå COUT. Ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ è ñïàäà èìïóëüñà òîêà ýëåêòðîííîé íàãðóçêè áûëà óñòàíîâëåíà ðàâíîé 0.5 À/ìêñ ïðè èñïîëüçîâàíèè êîíäåíñàòîðà C5 åìêîñòüþ 0.1 ìêÔ, à çàòåì ðåãóëèðîâêîé R7 è R8 âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà 3-àìïåðíîãî èìïóëüñà, èçìåðåííûå ïî óðîâíÿì 10% è 90%, áûëè ñäåëàíû ðàâíûìè ïî 6 ìêñ. Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R10 áûëî âûáðàíî ðàâíûì 0.6 Îì.

Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé äåìîíñòðèðóþò íåáîëüøèå âûáðîñû íà ôðîíòàõ VOUT ïðè èçìåíåíèÿõ íàãðóçêè (Ðèñóíîê 2). Ïèêîâûå óðîâíè ýòèõ âûáðîñîâ ðàâíû ïðèìåðíî 40 ìÂ, ñîñòàâëÿÿ ïîðÿäêà 2.2% îò íîìèíàëüíîãî çíà÷åíèÿ àìïëèòóäû âûõîäíîãî ñèãíàëà, ÷òî ÿâëÿåòñÿ õîðîøèì ðåçóëüòàòîì ïðè èñïîëüçîâàíèè âûõîäíîãî êîíäåíñàòîðà ñòîëü íåáîëüøîé åìêîñòè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM555 2. Datasheet Texas Instruments LP38501-ADJ 3. Datasheet National Semiconductor NDP706AL

ÑÕÅÌÛ

Äâóõïîðîãîâûå òèðèñòîðû ON/OFF, ïåðåêëþ÷àåìûå ïî óðîâíþ âõîäíîãî ñèãíàëà M.A. Shustov International Journal of Circuits and Electronics

Äàíî îïèñàíèå íîâîãî êëàññà áèñòàáèëüíûõ ýëåìåíòîâ – äâóõïîðîãîâûõ òèðèñòîðîâ, âêëþ÷åíèå/âûêëþ÷åíèå êîòîðûõ èç îäíîãî ñîñòîÿíèÿ â äðóãîå ïðîèñõîäèò ïðè ïîäà÷å íà âõîä òèðèñòîðà óïðàâëÿþùèõ íàïðÿæåíèé äâóõ óðîâíåé («Âûñîêîãî» èëè «Íèçêîãî»), îòëè÷íûõ îò íóëÿ.

ÂÂ 1955 ãîäó àìåðèêàíñêèå ó÷åíûå â îáëàñòè ôèçèêè òâåðäîãî òåëà èç Bell Telephone Laboratories Äæîí Ëóèñ Ìîëë (John Louis Moll, 1921–2011), Ìîððèñ Òàíåíáàóì (Morris Tanenbaum, 1928–), Äæåéìñ/Äæèì Ì. Ãîëäè (James/Jim M. Goldey, 1926–2017) è Íèê Õîëîíüÿê (Nick Holonyak, Ìèêîëà Ãîëîíÿê, 1928–) îïóáëèêîâàëè ñòàòüþ, îïèñûâàþùóþ êîíñòðóêöèþ ÷åòûðåõñëîéíîãî ïîëóïðîâîäíèêîâîãî óñòðîéñòâà p-n-p-n-òèðèñòîðà – óïðàâëÿåìîãî êðåìíèåâîãî âûïðÿìèòåëÿ (Silicon Controlled Rectifier – SCR). Â 1956 ãîäó â Bell Telephone Laboratories áûëà ñîçäàíà êðåìíèåâàÿ ïîëóïðîâîäíèêîâàÿ ñòðóêòóðà p-n-p-n (SCR), íà îñíîâå êîòîðîé Ðîáåðò Íîýëü Õîëë/Õåëë (Robert Noel Hall, 1919–2016) è Ôðýíê Óèëüÿì (Áèëë) Ãóòöâèëëåð/Ãàöâèëëåð (Frank William (Bill) Gutzwiller, 1926–2011), èññëåäîâàòåëè ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî êîíöåðíà General Electric, â 1957 ãîäó ðàçðàáîòàëè ïåðâûå óïðàâëÿåìûå êðåìíèåâûå âûïðÿìèòåëè. Â 1981–1984 ãîäû êîìàíäà íåìåöêèõ ó÷åíûõ èç Ìþíõåíà – Ëþäâèã Ëåéïîëüä (Ludwig Leipold), Éåíñ-Ïåð Øòåíãëü (Jens-Peer Stengl) è Äæåíî Òèõàíüè (Jeno Tihanyi) – ðåøèëà ïðîáëåìó íèçêîãî âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ òèðèñòîðîâ (áûë ñîçäàí òèðèñòîð, ïðåä-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ñòàâëÿþùèé ñîáîé êîìáèíàöèþ MOSFET èëè ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà è òèðèñòîðà). Â 1984 ãîäó àìåðèêàíñêèé èíæåíåð Âèêòîð À.Ê. Òåìïë (Victor A.K. Temple) èç Harris Corporation ïðåäëîæèë âàðèàíò ìîùíîãî èíòåãðèðîâàííîãî òèðèñòîðà MOS (MOSFET) – êîìáèíàöèþ ÌÎÏ-òðàíçèñòîðà è òèðèñòîðà [1]. Îáû÷íûå òèðèñòîðû èìåþò ïî âõîäó îäèí íåóïðàâëÿåìûé ïîðîã ïåðåêëþ÷åíèÿ. Êîãäà ýòîò ïîðîã ïðåâûøåí, òèðèñòîðû ïåðåêëþ÷àþòñÿ â ïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå. Âîçâðàò òèðèñòîðîâ â èñõîäíîå («âûêëþ÷åííîå») ñîñòîÿíèå âîçìîæåí òîëüêî ïóòåì îòêëþ÷åíèÿ ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ èëè çàìûêàíèÿ ýëåêòðîäîâ àíîä-êàòîä òèðèñòîðà [2–9]. Â äîïîëíåíèå ê âûøåñêàçàííîìó, òèðèñòîðû ðàííèõ âûïóñêîâ èìåëè íèçêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå, âûñîêîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà îòêðûòîì òèðèñòîðå, íèçêîå áûñòðîäåéñòâèå è ðÿä äðóãèõ íåäîñòàòêîâ. Äëÿ ïîâûøåíèÿ âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ òèðèñòîðà (ñì. âûøå [1]) áûëî ïðåäëîæåíî îáúåäèíèòü ñâîéñòâà ÌÎÏ-òðàíçèñòîðà è òèðèñòîðà. ×òîáû âêëþ÷èòü/âûêëþ÷èòü òèðèñòîð ïóòåì ïîäà÷è âíåøíåãî óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà íà åãî óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä, áûëà ðàç-

Àíîä (Anode, A)

Óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä (Control electrode, CE)

VT1 2N7000

R1 1Ì

VS1 2N6073

1Ì VD1 1N4148

R4 62ê

VT2 2N7000

200 VT3 IRLZ44 On-Off

A VSLH

R5 62ê

Êàòîä (Cathode, C)

Ðèñóíîê 1. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà äâóõïîðîãîâîãî LH-òèðèñòîðà.

ðàáîòàíà êîíñòðóêöèÿ òèðèñòîðà, ñîäåðæàùàÿ âî âõîäíûõ öåïÿõ ïàðó òðàíçèñòîðîâ MOS-N è MOS-P – MOS-controlled thyristor (MCT) – òèðèñòîð, óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì) [1]. Ïåðåêëþ÷åíèå òàêîãî òèðèñòîðà ïðîèñõîäèò â òîì ñëó÷àå, åñëè íà åãî âõîä ïîäàåòñÿ èìïóëüñ ïîëîæèòåëüíîé èëè îòðèöàòåëüíîé ïîëÿðíîñòè. Î÷åâèäíî, ÷òî èñïîëüçîâàíèå óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ ðàçíîé ïîëÿðíîñòè ìàëî ïðèåìëåìî íà ïðàêòèêå. Äëÿ ðåàëèçàöèè ôóíêöèè äâóõïîðîãîâîãî ïåðåêëþ÷åíèÿ òèðèñòîðà îí äîëæåí èìåòü

ýëåêòðîííûå ýëåìåíòû, èìåþùèå äâà ðàçíûõ ïîðîãà ïåðåêëþ÷åíèÿ, êîòîðûå íå ðàâíû íóëþ. Íèæå (Ðèñóíêè 1–5) ïðèâåäåíû âàðèàíòû ñõåì íîâûõ ON/OFF äâóõïîðîãîâûõ òèðèñòîðîâ, ïåðåêëþ÷àåìûõ èç îäíîãî ñîñòîÿíèÿ â äðóãîå ïðè ïîäà÷å íà èõ âõîäû óðîâíåé íàïðÿæåíèÿ: «Íèçêîãî – L» è «Âûñîêîãî – H» (LH) èëè «Âûñîêîãî – H» è «Íèçêîãî – L» (HL). Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí ïðèìåð ïðàêòè÷åñêîé ðåàëèçàöèè äâóõïîðîãîâîãî áèñòàáèëüíîãî ýëåìåíòà (LH-òèðèñòîðà), âûïîëíåííîãî íà ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ VT1–VT3 è òèðèñòîðå VS1. Àíîä (A)

VT1 2N7000

Óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä (CE)

R5 1Ì

VD1 1N4148

VT2 2N7000 R6 62ê

VS1 2N6073

1Ì R4 62ê

R1 1Ì

200 VT3 IRLZ44 On-Off

A VSHL

VT4 2N7000 CE

Êàòîä (C)

Ðèñóíîê 2. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà äâóõïîðîãîâîãî HL-òèðèñòîðà.

ÑÕÅÌÛ

+8…20 Â SB1 OFF

SB2 ON

RLOAD

R1 100ê VD1 Óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä (CE)

1N4148 R4 100ê

VT1 2N7075

VT2 BC558

R2 100ê

R3 2ê VT3 2N7000

R5 300ê

UÂÛÕ 1/0 R7 100ê

62ê On-Off

A VSLH CE

Ðèñóíîê 3. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà äâóõïîðîãîâîãî LH-òèðèñòîðà, ïîëíîñòüþ âûïîëíåííîãî íà òðàíçèñòîðàõ, è ñïîñîá åãî óïðàâëåíèÿ ïî äâóõïðîâîäíîé ëèíèè.

Â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè (êîãäà ïîäàåòñÿ íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ è íà âõîäå îòñóòñòâóåò óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå) òèðèñòîð VS1 íàõîäèòñÿ â íåïðîâîäÿùåì ñîñòîÿíèè. Òðàíçèñòîðû VT1 è VT2 çàêðûòû, òðàíçèñòîð VT3 îòêðûò. Åñëè ïîäàòü óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå íà âõîä LH-òèðèñòîðà, ïîñòåïåííî óâåëè÷èâàÿ åãî (íàïðÿæåíèå íèçêîãî óðîâíÿ), òî ñíà÷àëà îòêðîåòñÿ òðàíçèñòîð VT1, îáåñïå÷èâàþùèé ïîäà÷ó íàïðÿæåíèÿ íà óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä òèðèñòîðà VS1. Òèðèñòîð îòêðûâàåòñÿ, òåì ñàìûì, ïîäêëþ÷àÿ ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè ê öåïè ïèòàíèÿ. Ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè íàïðÿæåíèÿ íà âõîäå CE (íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ), Ðèñóíîê 1, òðàíçèñòîð VT2 îòêðûâàåòñÿ, øóíòèðóÿ öåïè óïðàâëåíèÿ òðàíçèñòîðàìè VT1 è VT3. Îáà ýòèõ òðàíçèñòîðà çàêðûòû. Ñîîòâåòñòâåííî, òîê â öåïè òèðèñòîðà VS1 ïðåðûâàåòñÿ, îòêëþ÷àÿ ýòîò òèðèñòîð è ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè. Ïîðîã âêëþ÷åíèÿ òèðèñòîðà LH (Ðèñóíîê 1) íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå îò 3.9 äî 4.8 Â. Ïîðîã îòêëþ÷åíèÿ ïðåâûøàåò 4.9 Â. Ïîðîãè ïåðåêëþ÷åíèÿ äâóõïîðîãîâîãî òèðèñòîðà ìîæíî ðåãóëèðîâàòü ïóòåì âûáîðà íîìèíàëîâ ðåçèñòîðîâ R4 è R5. HL-òèðèñòîð (Ðèñóíîê 2) òàêæå èìååò äâà ïîðîãà óïðàâëåíèÿ. Îí ñîäåðæèò äîïîëíèòåëüíûé òðàíçèñòîðíûé êàñêàä-èíâåðòîð (òðàíçèñòîð VT4 è ðåçèñòîð R5). HL-òèðèñòîð

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ïåðåõîäèò â ïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå, åñëè íà óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä CE ïîäàåòñÿ íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ, è âûêëþ÷àåòñÿ, åñëè íà ýòîò ýëåêòðîä ïîäàåòñÿ íàïðÿæåíèå íèçêîãî óðîâíÿ. Ïîðîãîâîå çíà÷åíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ âêëþ÷åíèÿ HL-òèðèñòîðà ïðåâûøàåò 3.9 Â (Ðèñóíîê 2). Ïîðîã íàïðÿæåíèÿ îòêëþ÷åíèÿ íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå îò 3.2 äî 3.8 Â. Äâóõïîðîãîâûé áèñòàáèëüíûé ïåðåêëþ÷àþùèé ýëåìåíò (LH-òèðèñòîð), âûïîëíåííûé ïîëíîñòüþ íà òðàíçèñòîðàõ (Ðèñóíîê 3), ñî÷åòàåò â ñåáå âîçìîæíîñòü ðàáîòû â øèðîêîì äèàïàçîíå ïèòàþùèõ íàïðÿæåíèé (îò 8 äî 20 Â) ñ âûñîêîé íàãðóçî÷íîé ñïîñîáíîñòüþ, îáåñïå÷èâàåìîé MOSFET VT1 2N7075 èëè åãî àíàëîãîì. Äèàïàçîí ðàáî÷èõ íàïðÿæåíèé óñòðîéñòâà ìîæíî çàäàâàòü âûáîðîì íîìèíàëà ðåçèñòîðà R1, à òàêæå òèïà èñïîëüçóåìûõ òðàíçèñòîðîâ. Ðàáîòàåò óñòðîéñòâî ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ïóëüò óïðàâëåíèÿ, ñîäåðæàùèé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ, äâå êíîïêè óïðàâëåíèÿ SB1 è SB2, à òàêæå ðåçèñòîð R1, ñîåäèíåí ñ äâóõïîðîãîâûì áèñòàáèëüíûì ýëåìåíòîì ëèíèåé ñâÿçè. Ïðè êðàòêîâðåìåííîì íàæàòèè êíîïêè SB2 (ON) íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ïóëüòà óïðàâëåíèÿ ÷åðåç ðåçèñòîð R1 ïîäàåòñÿ íà âõîä óñòðîéñòâà. Íàïðÿæåíèå, ïîñòóïàþùåå íà âõîä óñòðîéñòâà, äåëèòñÿ íà ðåçèñòèâíîì äåëèòåëå R1, R4, R6, ïîýòîìó

+8…20 Â SB1 ON

SB2 OFF

RLOAD VT1 2N7075

R1 100ê VD1

Óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä (CE) R4 100ê

R2 100ê

R3 2ê

1N4148 R5 15ê

UÂÛÕ

VT3 2N7000

VT2 BC558

300ê

VT4 2N7000

1/0 R8 100ê

62ê On-Off

A VSHL CE

Ðèñóíîê 4. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà äâóõïîðîãîâîãî HL-òèðèñòîðà, ïîëíîñòüþ âûïîëíåííîãî íà òðàíçèñòîðàõ.

íàïðÿæåíèå, ïîäàâàåìîå íà çàòâîð ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà VT3, íåäîñòàòî÷íî äëÿ åãî îòêðûòèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ ýòîãî ñëó÷àÿ ïîëåâîé òðàíçèñòîð VT3 ìîæíî èñêëþ÷èòü èç ðàññìîòðåíèÿ. Â òî æå âðåìÿ íàïðÿæåíèå, ñíèìàåìîå ñ ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ (íàïðÿæåíèå íèçêîãî óðîâíÿ), äîñòàòî÷íî äëÿ îòêðûòèÿ òðàíçèñòîðîâ VT1 è VT2. Íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ, ñíèìàåìîå ñ ðåçèñòîðà R7 ÷åðåç ðåçèñòîð R5, ïîñòóïàåò íà çàòâîð òðàíçèñòîðà VT1. Ïðîèñõîäèò åãî «ñàìîçàùåëêèâàíèå». Äâóõïîðîãîâûé áèñòàáèëüíûé ýëåìåíò îñòàåòñÿ âî âêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè. Äëÿ òîãî ÷òîáû îòêëþ÷èòü íàãðóçêó, ñëåäóåò êðàòêîâðåìåííî íàæàòü êíîïêó SB1 (OFF). Â

ýòîì ñëó÷àå íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå òðàíçèñòîðà VT3 ïðåâûøàåò ïîðîã åãî ïåðåêëþ÷åíèÿ (îêîëî 2.1 Â). Òðàíçèñòîð VT3 îòêðûâàåòñÿ è øóíòèðóåò çàòâîð òðàíçèñòîðà VT1, â ñâÿçè ñ ÷åì òðàíçèñòîð VT1 ðàçáëîêèðóåòñÿ è ïåðåõîäèò â èñõîäíîå çàêðûòîå ñîñòîÿíèå. Íàãðóçêà RLOAD îòêëþ÷àåòñÿ îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Íà Ðèñóíêå 4 ïðèâåäåíû ñõåìà è ñïîñîá óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé äâóõïîðîãîâîãî HLòèðèñòîðà. Íà îñíîâå ðàññìîòðåííûõ ðàíåå óñòðîéñòâ ìîæåò áûòü ñîçäàí äâóõàíîäíûé MOSFET LH- èëè HL-òèðèñòîð ñ äâóõïîðîãîâûì óïðàâëåíèåì (Ðèñóíîê 5). Òàêîé òèðèñòîð èìååò ÷åòûðå êîíòàêòíûõ âûâîäà: A1, A2, CE è GND [8]. Äâóõàíîäíûé LH- èëè HL-òèðèñòîð ñ +12…20 Â

SB1

SB2 R1 100ê VD1

VT1 2N7075 A1

RLOAD1 ON/OFF VT2 2N7075 A2

R3 300ê

Óïðàâëÿþùèé 2ê 1N4148 ýëåêòðîä (CE) VT3 R4 2N7000 100ê R5

RLOAD2 OFF/ON

On-Off-On

62ê CE

A2 VSLH C

Ðèñóíîê 5. Äâóõàíîäíûé MOSFET LH-òèðèñòîð ñ äâóõïîðîãîâûì óïðàâëåíèåì. (Ðèñóíîê ïî ñðàâíåíèþ ñ îðèãèíàëîì ñòàòüè èçìåíåí àâòîðîì).

ÑÕÅÌÛ

+E SB1

SB2

OFF

EL1

+E SB1

SB2

OFF

EL1

R1 VSLH

VSHL CE

Ðèñóíîê 6. Ïðèìåðû óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé äâóõïîðîãîâîãî LH-òèðèñòîðà (ñëåâà) è HL-òèðèñòîðà (ñïðàâà).

äâóõïîðîãîâûì óïðàâëåíèåì ñïîñîáåí ðàáîòàòü íà äâå íàãðóçêè, ïåðåêëþ÷àÿ èõ ïî î÷åðåäè. Åñëè íåò íåîáõîäèìîñòè âî âòîðîé íàãðóçêå, âìåñòî íåå ìîæíî èñïîëüçîâàòü âûñîêîîìíûé ðåçèñòîð. Ïðàêòè÷åñêèå ñõåìû èñïîëüçîâàíèÿ äâóõïîðîãîâûõ òèðèñòîðîâ ïîêàçàíû íà Ðèñóíêàõ 6–8. Íà Ðèñóíêå 6 ïîêàçàíû ñõåìû óïðàâëåíèÿ íàãðóçêîé, íàïðèìåð, ëàìïîé íàêàëèâàíèÿ EL1, ñ ïîìîùüþ êíîïîê «ON» è «OFF». Óíèêàëüíîé îñîáåííîñòüþ ýòèõ ñõåì ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî íàãðóçêó ìîæíî âêëþ÷àòü è âûêëþ+E SB1

+E SB1

EL1

A VSLH

VSHL

Ðèñóíîê 7. Èñïîëüçîâàíèå äâóõïîðîãîâîãî LH- èëè HL-òèðèñòîðà â êà÷åñòâå êëàññè÷åñêîãî îäíîïîðîãîâîãî òèðèñòîðà.

+E SB1 ULOAD

EL1

ULOAD

CE C1

UOFF UON

VSLH UC1

UC1

C SB1 ON

Ðèñóíîê 8. Òàéìåð íà îñíîâå LH-òèðèñòîðà è äèíàìèêà ýëåêòðè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, èëëþñòðèðóþùàÿ åãî ðàáîòó.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

÷àòü ïî äâóõïðîâîäíîé ëèíèè ñ íåñêîëüêèõ îäèíàêîâûõ ïðîñòðàíñòâåííî ðàçíåñåííûõ ïóëüòîâ óïðàâëåíèÿ. Íà Ðèñóíêå 7 ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ äâóõïîðîãîâûõ LH- è HLòèðèñòîðîâ â êà÷åñòâå îáû÷íûõ, îäíîïîðîãîâûõ. Êðîìå òîãî, ïàðàëëåëüíî óïðàâëÿþùåìó ýëåêòðîäó è êàòîäó äâóõïîðîãîâîãî LHòèðèñòîðà ìîæåò áûòü ïîäêëþ÷åí ñòàáèëèòðîí, ê êîòîðîìó ÷åðåç ðåçèñòîð è êíîïêó óïðàâëåíèÿ ïîäàåòñÿ óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå. Íà îñíîâå äâóõïîðîãîâîãî LH-òèðèñòîðà ìîãóò áûòü ñîáðàíû òàéìåðû (Ðèñóíîê 8). Óíèêàëüíîé îñîáåííîñòüþ òàêîãî òàéìåðà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïîñëå çàìûêàíèÿ óïðàâëÿþùåãî êëþ÷à SB1 íàãðóçêà ïîäêëþ÷àåòñÿ ÷åðåç îïðåäåëåííîå âðåìÿ, îïðåäåëÿåìîå ñêîðîñòüþ çàðÿäêè êîíäåíñàòîðà C1 äî íàïðÿæåíèÿ ïåðâîãî ïîðîãà ïåðåêëþ÷åíèÿ. Íàãðóçêà îòêëþ÷àåòñÿ ïîñëå òîãî, êàê íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå C1 äîñòèãíåò âòîðîãî ïîðîãà ïåðåêëþ÷åíèÿ. Íà Ðèñóíêå 9 ïîêàçàíà äèíàìèêà ýëåêòðè÷åñêèõ ïðîöåññîâ íà âõîäàõ è âûõîäàõ äâóõïîðîãîâîãî LH-òèðèñòîðà (ñëåâà) è HLòèðèñòîðà (ñïðàâà) ïðè ïîäà÷å ëèíåéíî âîçðàñòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ íà âõîäû CE. Îñíîâíûå ïðåèìóùåñòâà äâóõïîðîãîâûõ LH- è HL-òèðèñòîðîâ: 1. Âûñîêîå âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå (äåñÿòêè è ñîòíè êÎì). 2. Ïîâûøåííàÿ ðàáî÷àÿ ÷àñòîòà (äåñÿòêè êÃö). 3. Ìèíèìàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè (äåñÿòûå-ñîòûå äîëè Îì). 4. Óïðàâëÿåìîå âêëþ÷åíèå è âûêëþ÷åíèå òèðèñòîðà.

ðåëåéíûõ è êîììóòàöèîííûõ ñõåìàõ, ýëåêòðè÷åñêèõ ïåðåêëþ÷àòåëÿõ, ãåíåðàòîðàõ èìïóëüñîâ, óäâîèòåëÿõ ÷àñòîòû è ò.ä. ÐË

+E RLOAD UÂÛÕ

UÂÕ UÂÛÕ

UOFF VSLH

UÂÕ CE

UON

C t +E RLOAD UÂÛÕ

UON VSHL

UÂÕ UÂÛÕ

A UÂÕ

UOFF

C t

Ðèñóíîê 9. Äèíàìèêà ýëåêòðè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, êîãäà íà âõîäå äâóõïîðîãîâîãî LH-òèðèñòîðà (ñëåâà) è HL-òèðèñòîðà (ñïðàâà) íàïðÿæåíèå UÂÕ ëèíåéíî âîçðàñòàåò.

5. Âîçìîæíîñòü óïðàâëåíèÿ (âêëþ÷åíèå/âûêëþ÷åíèå íàãðóçêè) ïî äâóõïðîâîäíîé ëèíèè. 6. Âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ äâóõàíîäíîãî òèðèñòîðà ñ äâóõïîðîãîâûì óïðàâëåíèåì. 7. Ðàñøèðåííàÿ âîçìîæíîñòü ñèíòåçà íîâûõ ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ. Äâóõïîðîãîâûå LH- è HL-òèðèñòîðû ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ â ñèëîâîé ýëåêòðîíèêå, â ñõåìàõ àâòîìàòè÷åñêîãî ðåãóëèðîâàíèÿ,

Ëèòåðàòóðà 1. Øóñòîâ Ì.À. Èñòîðèÿ ýëåêòðè÷åñòâà. – Ìîñêâà; Áåðëèí: Äèðåêò-Ìåäèà. 2019. 567 ñ. 2. Fraidoon Mazda. Power Electronics Handbook, Third edition, Newnes. 1997. 448 p. 3. Berde M.S., Thyristor Engineering (Power Electronics), Ninth Edition, New Delhi: Khanna Publishers. 2005. 739 p. 4. Rashid M.H., Power Electronics Handbook. 4th edition, Butterworth-Heinemann. 2017. 1510 p. 5. Shustov M.A. Push-button thyristor operation. Electronics World. 2001. V. 107. ¹ 4(1780). P. 299. 6. Øóñòîâ Ì.À. Àíàëîãè òðèíèñòîðîâ ñ ïîëåâûìè òðàíçèñòîðàìè. Ðàäèî. 2016. ¹ 12. Ñ. 27. 7. Shustov M.A., Shustov A.M. Electronic Circuits for All. – London: Elektor International Media BV. 2017. 397 p.; Elektronika za sve: Priruènik praktiène elektronike. – Niš: Agencija EHO. 2017; 2018. 392 St. (Serbia). 8. Shustov M.A., Shustov A.M., Giesberts T. DualAnode MOSFET Thyristor. ElektorLabs. 2019. V. 45. ¹ 3(495). P. 15–19. 9. Shustov M.A. Pseudo-thyristor. Elektor. 2020. Vol. 46. ¹ 6(504). P. 32.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Central Semiconductor 2N6073 2. Datasheet Microchip 2N7000 3. Datasheet Temic 2N7075 4. Datasheet Fairchild BC558B 5. Datasheet Vishay IRLZ44

ÑÕÅÌÛ

Ñòðîáîñêîïè÷åñêàÿ ïðèñòàâêà ê îñöèëëîãðàôó ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ 1 ÃÃö Hubert Houtman Electronic Design

Ýòîò ïîäêëþ÷àåìûé ìîäóëü ñòðîáîñêîïè÷åñêîãî îñöèëëîãðàôà ìîæåò çíà÷èòåëüíî ðàñøèðèòü ïîëîñó îòîáðàæàåìûõ ÷àñòîò ïðîñòîãî 10-ìåãàãåðöîâîãî îñöèëëîãðàôà äëÿ ïîâòîðÿþùèõñÿ ñèãíàëîâ (Ðèñóíîê 1). Èñïîëüçóÿ 5-êèëîîìíûé ïîòåíöèîìåòð è ñîáñòâåííûå ðåãóëèðîâêè îñöèëëîãðàôà, ñêîðîñòü ðàçâåðòêè ìîæíî ìåíÿòü îò 1 íñ/äåë

äî 50 íñ/äåë. Äëÿ áîëåå ìåäëåííûõ ðàçâåðòîê ìîäóëü äîëæåí áûòü ïðîñòî îáîéäåí, è îñöèëëîãðàô äîëæåí èñïîëüçîâàòüñÿ «êàê åñòü». Äîáàâèâ ïëàòó öèôðîâîãî çàïîìèíàþùåãî îñöèëëîãðàôà è êîìïüþòåð, óñòðîéñòâî ìîæíî ïðåâðàòèòü â öèôðîâîé ñòðîáîñêîïè÷åñêèé îñöèëëîãðàô. Íåñëîæíî ðåàëèçîâàòü è äðóãèå ìîäèôèêàöèè, òàêèå êàê èñïîëüçî-

2.5 Â

5Â

10M

LE 50

100 pF

MPSH81

MAX961

1 nF

MPSH10 15k 270 pF MBD301

15k

Îñöèëëîãðàô â íîðìàëüíîì ðåæèìå èëè â ðåæèìå X-Y

–5 Â

MPSH10

– +

1/2 TL082

250

470 1k

10M

X-Y Îñöèë.

150

– +

2.2k

Óðîâåíü 2k çàïóñêà 180

150

270 pF MBD301

MAX961 LE 1 nF

82 pF

1.5k 2.5 Â

VIN

–2.5 Â

Ñòðîá 150

40 13

40 pF Êîððåêòîð

Çàäåðæêà 40 íñ 8 ìåòðîâ êàáåëÿ RG58A/U

MBD301

1 pF

15M – +

100 nH

Áûñòðûé ïèëîîîáðàçíûé ñèãíàë

MBD301

1/2 TL082

– +

Çàïóñê è âûáîðêà

1M 150 Âåäóùåå ÓÂÕ

1k –2.5 Â

1/2 TL082 100 nF

50k

1 nF

Âåäîìîå ÓÂÕ

ÔÍ×

Ðèñóíîê 1. Â ýòîé ñòðîáîñêîïè÷åñêîé ïðèñòàâêå äëÿ îñöèëëîãðàôà âûõîäíîé ñèãíàë ãåíåðàòîðà ðàçâåðòêè (T) èëè ðåãóëèðóåìîå íàïðÿæåíèå (X) ïåðåñåêàþòñÿ ñ ñèíõðîíèçèðîâàííûì áûñòðûì ïèëîîáðàçíûì íàïðÿæåíèåì íà âõîäàõ êîìïàðàòîðà ñòðîáà, ÷òîáû ìíîãîêðàòíî ïåðåêëþ÷àòü òàíäåì èç âåäóùåé è âåäîìîé ñõåì ÓÂÕ, ñîáèðàÿ âûáîðêè íà âõîäå Y äëÿ îòîáðàæåíèÿ íà ýêðàíå âõîäíîãî ñèãíàëà VIN.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

âàíèå ñòðîáà â êà÷åñòâå ãåíåðàòîðà ñ ïåðåìåííîé çàäåðæêîé. Òàêæå ëåãêî ðåàëèçóåòñÿ ðåæèì «ñèíõðîñêîïà» ñ êîìïîíåíòàìè âíåøíåãî çàïóñêà, óñòàíîâëåííûìè âíóòðè ëèíèè çàäåðæêè. Âõîäíîé ñèãíàë VIN ïîñòóïàåò ÷åðåç ïîìåùåííûé â îòäåëüíûé êîðïóñ àìïëèòóäíîôàçîâûé êîððåêòîð, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé àòòåíþàòîð 4.6 äÁ, êîìïåíñèðóþùèé ïîëþñà ïåðåäàòî÷íîé ôóíêöèè íóëÿìè [1]. Ïî ñóòè, êîíäåíñàòîð åìêîñòüþ 40 ïÔ îòâîäèò áûñòðûå èçìåíåíèÿ ñèãíàëà â 40-íàíîñåêóíäíóþ ëèíèþ çàäåðæêè íà êàáåëå RG58A/U ìèìî èíäóêòèâíîé âåòâè Ò-îáðàçíîãî ôèëüòðà. Êàê áûëî ïðîâåðåíî ïðè èñïîëüçîâàíèè ýòîé ïðèñòàâêè â êà÷åñòâå èìïóëüñíîãî ðåôëåêòîìåòðà, âõîäíûå ñîïðîòèâëåíèÿ äâóõ îñíîâíûõ ïîðòîâ ðàâíû 50 Îì â ïîëîñå äî 1 ÃÃö. ×àñòîòíî-çàâèñèìûå ïîòåðè â êàáåëå çàäåðæêè äîñòàòî÷íî õîðîøî êîìïåíñèðóþòñÿ, ÷òî ïîäòâåðæäàåòñÿ îñöèëëîãðàììîé A íà Ðèñóíêå 2, íà êîòîðîé ïîêàçàí îòêëèê íà ñêà÷îê âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ñîçäàííûé ñ ïîìîùüþ ãåðêîíîâîãî ðåëå. Ïðè èñïîëüçîâàíèè îáû÷íîãî àòòåíþàòîðà 4.6 äÁ ôðîíòû ïîëó÷àþòñÿ çàâàëåííûìè (Ðèñóíîê 2, îñöèëëîãðàììà B). Õîòÿ èìïóëüñ çàïóñêà ðàçâåðòêè èçâëåêàåòñÿ èíäóêòèâíîé âåòâüþ èç âõîäíîãî ñèãíàëà, ïðè íåîáõîäèìîñòè ìîæíî ïîäêëþ÷èòü âíåøíèå çàïóñêàþùèå ñèãíàëû. Ýòè ñèãíàëû òàêæå ìîæíî íàáëþäàòü, íàïðàâèâ èõ â ïðèñòàâêó ÷åðåç ëèíèþ çàäåðæêè. Äëÿ êàæäîãî âõîäíîãî èìïóëüñà ëåâûé ïî ñõåìå êîìïàðàòîð MAX961 çàïóñêàåò ðåãóëèðóåìûé ôîðìèðîâàòåëü áûñòðîãî ïèëîîáðàçíîãî ñèãíàëà, âêëþ÷àÿ äâà òðàíçèñòîðà MPSH10 ñ îãðàíè÷èòåëÿìè íà äèîäàõ Øîòòêè. Â ýòî æå âðåìÿ 4-âîëüòîâûé ïåðåïàä íà åãî êîìïëåìåíòàðíîì âûõîäå áûñòðî âêëþ÷àåò ñîáñòâåííóþ âíóòðåííþþ çàùåëêó (âõîä LE), áëîêèðóÿ äàëüíåéøèå èçìåíåíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà. Ýòîò ñòðîáèðóåìûé êîìïàðàòîð ïîçâîëÿåò êîììóòèðóåìîìó èñòî÷íèêó òîêà íà òðàíçèñòîðàõ MPSH81 ëèíåéíî è íåïðåðûâíî çàðÿæàòü êîíäåíñàòîð 82 ïÔ îò –2 Â äî 2 Â. ×åðåç 500 íñ ðåçèñòîð ðàçðÿæàåò êîíäåíñàòîð 1 íÔ äî 0 Â, òåì ñàìûì âîññòàíàâëèâàÿ ðàáîòó êîìïàðàòîðà è ïîâòîðíî àêòèâèðóÿ öåïü ôîðìèðîâàíèÿ ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ. Íà íåèíâåðòèðóþùèé âõîä êîìïàðàòîðà ñòðîáà MAX961 ïîäàåòñÿ ëèáî ìåäëåííî íàðàñòàþùåå íàïðÿæåíèå ñ âûõîäà ãåíåðà-

B 1 Â/äåë

5 íñ/äåë

Ðèñóíîê 2. Íà ýòèõ îñöèëëîãðàììàõ âûõîäíûõ ñèãíàëîâ ñòðîáîñêîïè÷åñêîé ïðèñòàâêè êðèâàÿ A ïðåäñòàâëÿåò ðåàêöèþ íà ñêà÷îê ñèãíàëà ÷àñòîòîé 3.7 êÃö, ñîçäàííûé ãåðêîíîâûì ðåëå, êðèâàÿ B èëëþñòðèðóåò èñïîëüçîâàíèå íîðìàëüíîãî àòòåíþàòîðà, à êðèâàÿ C ïîëó÷åíà äëÿ 100-ìåãàãåðöîâîé ñèíóñîèäû.

òîðà ðàçâåðòêè îñöèëëîãðàôà (T), ëèáî óñòàíàâëèâàåìîå âðó÷íóþ ñ ïîìîùüþ 250îìíîãî ïîòåíöèîìåòðà ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå äëÿ ðåæèìà X-Y. Ýòî íàïðÿæåíèå èçìåíÿåòñÿ â òîì æå äèàïàçîíå îò –2 Â äî 2 Â, êîòîðûé èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ñèãíàëà ãîðèçîíòàëüíîãî îòêëîíåíèÿ. Êàæäûé ðàç, êîãäà áûñòðûé ïèëîîáðàçíûé ñèãíàë ïåðåñåêàåò ýòî íàïðÿæåíèå, óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ êîìïàðàòîðà ìåíÿåòñÿ ñ 2 Â íà –2 Â. Îäíîâðåìåííî åãî êîìïëåìåíòàðíûé âûõîä ïåðåêëþ÷àåòñÿ ñ –2 Â íà 2 Â. Âðåìÿ ïåðåõîäà îáîèõ âûõîäîâ èç îäíîãî ñîñòîÿíèÿ â äðóãîå, ñîãëàñíî äàííûì èç òåõíè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ìèêðîñõåìû, ñîñòàâëÿåò 2.3 íñ. Îíè òàêæå ñèììåòðè÷íî óïðàâëÿþò âêëþ÷åííûìè ïîñëåäîâàòåëüíî âåäóùèì è âåäîìûì ÓÂÕ (óñòðîéñòâî âûáîðêè è õðàíåíèÿ) íà äèîäíûõ ìîñòàõ, êîòîðûå ïîñëåäîâàòåëüíî âûáèðàþò ïðîøåäøèé ÷åðåç êàáåëü çàäåðæêè âõîäíîé ñèãíàë VIN. Ôàêòè÷åñêîå ñîáûòèå âûáîðêè ïðîèñõîäèò ïðè ïåðåõîäå îò ñëåæåíèÿ ê óäåðæàíèþ. Íà ýòî óõîäèò íåñêîëüêèõ ñîòåí ïèêîñåêóíä, â òå÷åíèå êîòîðûõ ñîïðîòèâëåíèå âåäóùåãî ìîñòà íà äèîäàõ Øîòòêè ïåðåêëþ÷àåòñÿ ñ íèçêîãî íà âûñîêîå. Ýòî ïåðåêëþ÷åíèå ïðîèñõîäèò â ïðåäåëàõ íåáîëüøîé ñðåäíåé ÷àñòè ïðèëîæåííîé 8-âîëüòîâîé ñòóïåíüêè. Ñëåäîâàòåëüíî, âðåìÿ åãî ïåðåêëþ÷åíèÿ äîëæíî ñîñòàâëÿòü ëèøü íåáîëüøóþ ÷àñòü âðåìåíè ïåðåêëþ÷åíèÿ êîìïàðàòîðà ñòðîáà.

ÑÕÅÌÛ

Çàùåëêîé êîìïàðàòîðà ñòðîáà óïðàâëÿåò RC-öåïü çàäåðæêè. Ïîêà âåäîìîå ÓÂÕ íàõîäèòñÿ â ðåæèìå ñëåæåíèÿ, ýòà çàùåëêà â òå÷åíèå 650 íñ áëîêèðóåò âåäóùåå ÓÂÕ â ñîñòîÿíèè óäåðæàíèÿ. Â òå÷åíèå ýòîãî ïåðèîäà 650 íñ âåäóùèé áèïîëÿðíî-ïîëåâîé óñèëèòåëü (ïîëîâèíà ìèêðîñõåìû TL082) ìîæåò áóôåðèçîâàòü âûáîðêó èìïóëüñà íà ñîáñòâåííîé âõîäíîé åìêîñòè ïîðÿäêà 15 ïÔ. Ýòî íàïðÿæåíèå ÿâëÿåòñÿ óìåíüøåííîé êîïèåé âûáðàííîãî íàïðÿæåíèÿ, ïîñòóïàþùåãî íà åìêîñòíîé äåëèòåëü 1 ìêÔ/15 ïÔ. Ïàðàëëåëüíî åìêîñòíîìó äåëèòåëþ ïîäêëþ÷åí ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü 15 ÌÎì/1 ÌÎì, êîòîðûé âìåñòå ñ åìêîñòíûì äåëèòåëåì îáðàçóåò çàêîí÷åííûé øèðîêîïîëîñíûé ÷àñòîòíî-êîððåêòèðîâàííûé àòòåíþàòîð. Ïîýòîìó âåäóùèé ìîñò îêàçûâàåòñÿ íàãðóæåííûì ëèøü íåáîëüøóþ âõîäíóþ åìêîñòü îêîëî 1 ïÔ. Ïîñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèå âêëþ÷åííîãî ìîñòà ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 100 Îì, ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè RC-öåïè ðàâíà ïðèìåðíî 100 ïñ. Ïîñòîÿííî áóôåðèçóÿ çàïîìèíàþùèé êîíäåíñàòîð 1 íÔ, áèïîëÿðíî-ïîëåâîé óñèëèòåëü âåäîìîãî ÓÂÕ (âòîðàÿ ïîëîâèíà ìèêðîñõåìû TL082) ôîðìèðóåò ñòóïåí÷àòîå íèçêî÷àñòîòíîå ïðåäñòàâëåíèå âõîäíîãî ñèãíàëà VIN. Äëÿ ðåæèìà îñöèëëîãðàôà ýòî ïðîèñõîäèò íà íèçêîé ïðîìåæóòî÷íîé ÷àñòîòå, à äëÿ ðåæèìà X-Y – íà íóëåâîé. Êîììóòàöèîííûå ïîìåõè óñòðàíÿþòñÿ ñ ïîìîùüþ ðåãóëèðóåìîãî ôèëüòðà íèæíèõ ÷àñòîò (ÔÍ×). Óñðåäíÿÿ âûõîäíîé ñèãíàë ïî ëþáîìó æåëàåìîìó êîëè÷åñòâó âõîäíûõ èìïóëüñîâ, ýòî óñòðîéñòâî çíà÷èòåëüíî ñíèæàåò óðîâåíü øóìà. Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ýòîé ñòðîáîñêîïè÷åñêîé ïðèñòàâêè ïðåâûøàåò 1 ÃÃö. Âðåìÿ åå óñòàíîâëåíèÿ ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 300 ïñ, ÷òî âìåñòå ñ âðåìåíåì íàðàñòàíèÿ ñèãíàëà â ãåðêîíîâîì ðåëå ïîðÿäêà 250 ïñ äàåò èçìåðåííóþ íà ýêðàíå äëèòåëüíîñòü ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà 400 ïñ (åùå ðàç âîçâðàùàåìñÿ ê

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

îñöèëëîãðàììå A íà Ðèñóíêå 2). Îñöèëëîãðàììà C èëëþñòðèðóþò êàëèáðîâêó âðåìåííîé øêàëû è ëèíåéíîñòü âåðòèêàëüíîé øêàëû íà ïðèìåðå 100-ìåãàãåðöîâîé ñèíóñîèäû ñ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé. Äëÿ ýòîãî âûñîêî÷àñòîòíîãî èçìåðåíèÿ èñïîëüçîâàëñÿ äåëèòåëü ÷àñòîòû, âêëþ÷åííûé ïåðåä êîìïàðàòîðîì çàïóñêà è âûáîðêè [2]. Äëÿ îòîáðàæåíèÿ áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîò ñ ïîìîùüþ ýòîé ïðèñòàâêè äåëèòåëþ äîëæåí ïðåäøåñòâîâàòü ïðåñêàëåð, òàêîé, íàïðèìåð, êàê ñõåìà íà ýëåìåíòàõ ýìèòòåðíî ñâÿçàííîé ëîãèêè, îïèñàííàÿ â [3]. Äîïîëíèòåëüíûå ýêñïåðèìåíòû ïîäòâåðäèëè, ÷òî êîëè÷åñòâî ñèíõðîíèçèðîâàííûõ êàíàëîâ ìîæíî äîâîëüíî ëåãêî óâåëè÷èòü, èñïîëüçóÿ ñòðîáèðóåìûé êîìïàðàòîð â êà÷åñòâå ðàçâåòâèòåëÿ, óïðàâëÿþùåãî äâóìÿ èëè áîëåå àíàëîãè÷íûìè êîìïàðàòîðàìè. ×åðåç îòäåëüíûå ëèíèè çàäåðæêè êàæäûé èç ýòèõ êîìïàðàòîðîâ óïðàâëÿåò îòäåëüíûìè ÓÂÕ äëÿ âûáîðêè íåñêîëüêèõ âõîäíûõ ñèãíàëîâ. ÐË

Ññûëêè 1. G. Amsel, R. Bosshard, R. Rausch, and C. Zajde, "Time Domain Compensation Of Cable Induced Distortions Using Passive Filters For The Transmission Of Fast Pulses," Review of Scientific Instruments, Vol. 42, No. 8, p. 1237-1246, August 1971. 2. H. Houtman, " Counter Circuit Improves Oscilloscope Triggering," Electronic Design, Vol. 48, No. 15, p. 126, July 2000. 3. F.I. Hufft, "Build This 1.6-GHz Counter Prescaler," Radio-Electronics, Vol. 61, 10, p. 47-54, October 1990.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TL082 2. Datasheet Maxim MAX961 3. Datasheet ON Semiconductor MBD301 4. Datasheet ON Semiconductor MPSH10 5. Datasheet ON Semiconductor MPSH81

Ïðîñòàÿ ñõåìà ýëåêòðîííîé íàãðóçêè äî 4.5 À ñ OLED äèñïëååì Stefan Wagner GitHub

TinyLoad – ýëåêòðîííàÿ íàãðóçêà ïîñòîÿííîãî òîêà íà ìèêðîêîíòðîëëåðå ñåðèè ATtiny45/85 ñ OLED äèñïëååì è ìàêñèìàëüíûì òîêîì äî 4.5 À

Îáùèå ñâåäåíèÿ Óñòðîéñòâî, ïîëó÷èâøåå íàçâàíèå TinyLoad, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðåãóëèðóåìóþ ýëåêòðîííóþ íàãðóçêó ïîñòîÿííîãî òîêà, ïðåäíàçíà÷åííóþ äëÿ îöåíêè ïàðàìåòðîâ áëîêîâ ïèòàíèÿ èëè àêêóìóëÿòîðîâ (Ðèñóíîê 1). Ïðèáîð âûïîëíåí íà ìèêðîêîíòðîëëåðå (ÌÊ) ñåðèè ATtiny45/85, êîòîðûé èçìåðÿåò íàïðÿæåíèå, òîê è òåìïåðàòóðó ðàäèàòîðà, âû÷èñëÿåò ìîùíîñòü, ýíåðãèþ, ñîïðîòèâëåíèå è åìêîñòü è îòîáðàæàåò âñå ïåðå÷èñëåííûå ïàðàìåòðû íà OLED äèñïëåå. Ñ ïîìîùüþ êíîïêè ïîëüçî-

âàòåëü ìîæåò ïåðåêëþ÷àòü ðåæèìû îòîáðàæåíèÿ ïàðàìåòðîâ (ìîùíîñòü/ñîïðîòèâëåíèå è ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü/åìêîñòü).

Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà Òèïîâàÿ ñõåìà óïðàâëåíèÿ ýëåêòðîííîé íàãðóçêîé, ñîñòîÿùàÿ, â îñíîâíîì, èç ïîòåíöèîìåòðà, îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, ñèëîâîãî MOSFET è òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà, îáåñïå÷èâàåò ïðîòåêàíèå íåèçìåííîãî òîêà, íåçàâèñèìîãî îò ïðèëîæåííîãî íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 2). Â íàøåì óñòðîéñòâå äëÿ ýòîé öåëè â öåïè íàãðóçêè âêëþ÷åí òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñÒîê íàãðóçêè =

Íàïðÿæåíèå ïîòåíöèîìåòðà Ñîïðîòèâëåíèå òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà

VCC

ÂÕÎÄ ÎÓ +

ÏÎÒ.

MOSFET

–

ÒÎÊÎÈÇÌÅÐÈÒÅËÜÍÛÉ ÐÅÇÈÑÒÎÐ

GND

Ðèñóíîê 1. TinyLoad – ýëåêòðîííàÿ íàãðóçêà c OLED äèñïëååì íà ìèêðîêîíòðîëëåðå ATtiny45/85.

GND

Ðèñóíîê 2. TinyLoad – òèïîâàÿ ñõåìà óçëà óïðàâëåíèÿ ýëåêòðîííîé íàãðóçêîé.

ÑÕÅÌÛ

Ýëåêòðîííàÿ íàãðóçêà

RESET

Ìèêðîêîíòðîëëåð ATtiny85 +5V

IN+

R1 10k

+5V

Q1 IRL540NPBF

GATE

U1 ATtiny85 1 PB5 2 PB3 3 PB4 4 GND

VSENSE ISENSE

D1 SS54

F1 5A

C1 100n

8 VCC 7 PB2 6 PB1 5 PB0

SCK MISO MOSI

GND

C2 47u

SHUNT R2 10k

GND

R3 R300 1W

GND

R4 R300 1W

GND

TEST KF301-2P +5V U3 LMV358

ISENSE R8 100k

1 8 VCC+ 2 OUT1 7 OUT2 -IN1 3 6 -IN2 +IN1 4 5 +IN2 GND

GATE SHUNT

R6 10k

IN+

+5V

GND FAN+

ICSP ICSP-6 MISO SCK RESET

GND

R9 10k

2 NTC Header

GND

RESET

OLED

4 SDA 3 SCK 2 VCC 1 GND

MOSI SCK

Èñïîëüçóéòå NTC òåðìèñòîð 3950B 10 êÎì, ïðèêëååííûé ê ðàäèàòîðó (äîïîëíèòåëüíî). 2

R12 SET 10k 3×6×2.5 1 2

NTC

GND

Äëÿ ìîùíîãî MOSFET èñïîëüçóéòå õîðîøèé ðàäèàòîð! RESET 3×6×2.5

OLED1 OLED

USB USB PWR Connector 1 +5 V 2 GND

Êíîïêè è äàò÷èê òåìïåðàòóðû

+5V

GND

Äèñïëåé

MOSI

GND

FAN– C5 100n

GND

2 4 6

FAN Header

NTC GND

1 3 5

+5V

SHUNT

C4 100n

GND

Ðàçúåìû

Óñèëèòåëü

R7 100k

C3 1u 50V

R5 R300 1W

Îõëàæäàéòå ðàäèàòîð 5-âîëüòîâûì âåíòèëÿòîðîì (äîïîëíèòåëüíî). Ìàêñèìóì 26 Â! Ìàêñèìóì 4.5 À! Ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü çàâèñèò îò ðàçìåðîâ ðàäèàòîðà! R3, R4, R5, R8, R9, R10, R11 ñ äîïóñêîì 1% èëè ëó÷øå. Q1 – ëþáîé MOSFET ñ ëîãè÷åñêèì óðîâíåì óïðàâëåíèÿ.

GND

Äàò÷èê íàïðÿæåíèÿ

Êîíòðîëëåð âåíòèëÿòîðà +5V

IN+ FAN+ R10 47k VSENSE

D3 1N4148W

C6 100n FAN–

D2 5V1

R11 10k

Q2 SI2302

MISO R13 1k

GND

Ðèñóíîê 3. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ýëåêòðîííîé íàãðóçêè TinyLoad c OLED äèñïëååì íà ìèêðîêîíòðîëëåðå ATtiny45/85.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

òîð 100 ìÎì, ñîñòîÿùèé èç òðåõ ðåçèñòîðîâ ïî 300 ìÎì, ñîåäèíåííûõ ïàðàëëåëüíî äëÿ íàäëåæàùåãî îòâîäà òåïëà (R3, R4, R5). Railto-rail îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü LMV358 ñðàâíèâàåò ýòî çíà÷åíèå ñ öåëåâûì çíà÷åíèåì, êîòîðîå çàäàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ìíîãîîáîðîòíîãî ïîòåíöèîìåòðà 10 êÎì, âêëþ÷åííîãî ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ðåçèñòîðîì 100 êÎì (Ðèñóíîê 3), è óïðàâëÿåò çàòâîðîì ñèëîâîãî òðàíçèñòîðà IRL540N (ñ ëîãè÷åñêèì óðîâíåì ïîðîãà), êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, ðåãóëèðóåò òîê ÷åðåç ñâîå âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå. Òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð, òàêæå óñèëèâàåòñÿ âòîðûì îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì è èçìåðÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ÀÖÏ) ÌÊ ATtiny. Íàïðÿæåíèå èçìåðÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ (R10, R11). Äëÿ èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû ñèëîâîãî MOSFET èñïîëüçóåòñÿ NTC òåðìèñòîð 10 êÎì (òèïà 3950B). Ïðè íåîáõîäèìîñòè, ìîæíî óñòàíîâèòü âåíòèëÿòîð îõëàæäåíèÿ ðàäèàòîðà, êîòîðûé âêëþ÷àåòñÿ ÷åðåç MOSFET Q2. Âñå ïðîåêòíûå ôàéëû äîñòóïíû äëÿ ñêà÷èâàíèÿ â ðàçäåëå çàãðóçîê, â ðåïîçèòîðèè íà ñàéòå Github [1], à òàêæå íà ñàéòå EasyEDA [2]. Âèä íèæíåãî ñëîÿ ïå÷àòíîé ïëàòû ñ óñòàíîâëåííûìè êîìïîíåíòàìè ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 4.

Èçìåðåíèå îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ Äëÿ íàèáîëåå òî÷íûõ èçìåðåíèé ñ ìàêñèìàëüíûì ðàçðåøåíèåì ñ ïîìîùüþ ÀÖÏ ÌÊ ATtiny â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ èñïîëüçóþòñÿ êàê íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ 5 Â, òàê è äâà âíóòðåííèõ èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ñíà÷àëà ñ èñïîëüçîâàíèåì âíóòðåííåãî èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 1.1 Â âûïîëíÿþòñÿ èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ÌÊ è îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 2.56 Â è âû÷èñëÿþòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèå êàëèáðîâî÷íûå êîýôôèöèåíòû. Ïðè êàæäîì èçìåðåíèè ñíà÷àëà ïðîâåðÿåòñÿ, êàêîé èç òðåõ èñòî÷íèêîâ îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ (5 Â, 2.56 Â èëè 1.1 Â) ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ïîäõîäÿùèì. Äàëåå ýòîò èñòî÷íèê âûáèðàåòñÿ äëÿ âûïîëíåíèÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ. Íà ìîìåíò âûïîëíåíèÿ ëþáîãî èçìåðåíèÿ ÌÊ ïåðåâîäèòñÿ â ñïÿùèé ðåæèì ñ öåëüþ ñíèæåíèÿ øóìà (ADC noise canceler). Äëÿ äàëüíåéøåãî

Ðèñóíîê 4. Âèä ïå÷àòíîé ïëàòû ýëåêòðîííîé íàãðóçêè TinyLoad ñî ñòîðîíû óñòàíîâêè êîìïîíåíòîâ.

óâåëè÷åíèÿ ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ïîñëåäîâàòåëüíî âûïîëíÿþòñÿ 64 èçìåðåíèÿ (ïåðåäèñêðåòèçàöèÿ), è èçìåðåííûå çíà÷åíèÿ ñóììèðóþòñÿ. Óñðåäíåíèå çíà÷åíèé âûïîëíÿåòñÿ òîëüêî â êîíöå ñëåäóþùèõ âû÷èñëåíèé, ÷òîáû íå ïîòåðÿòü ðàçðåøàþùóþ ñïîñîáíîñòü èçìåðåíèÿ. Êðîìå òîãî, òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò òî÷íîñòè èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 1.1 Â, è ïðè íåîáõîäèìîñòè åãî ìîæíî îòêàëèáðîâàòü âðó÷íóþ. 2 Ïðîòîêîë I C äëÿ óïðàâëåíèÿ OLED äèñïëååì ðåàëèçîâàí ìåòîäîì ïðîãðàììíîé ýìóëÿöèè. Àëãîðèòì ñïåöèàëüíî ðàçðàáàòûâàëñÿ ïîä îãðàíè÷åííûå ðåñóðñû ATtiny10 è Attiny13, íî äîëæåí ðàáîòàòü è íà íåêîòîðûõ äðóãèõ ìèêðîêîíòðîëëåðàõ AVR, âêëþ÷àÿ ATtiny84. Ôóíêöèè óïðàâëåíèÿ àäàïòèðîâàíû äëÿ êîíòðîëëåðà OLED äèñïëåÿ SSD1306, íî èõ ìîæíî ëåãêî èçìåíèòü äëÿ ðàáîòû ñ äðóãèìè äèñïëåÿìè. Â öåëÿõ ýêîíîìèè ðåñóðñîâ ðåàëèçîâàíû òîëüêî íåîáõîäèìûå äëÿ ýòîãî ïðîåêòà ôóíêöèè.

Òî÷íîñòü âû÷èñëåíèÿ ýíåðãèè è ìîùíîñòè Äëÿ òàêòèðîâàíèÿ ÌÊ è, ñîîòâåòñòâåííî, äëÿ ðàñ÷åòà çíà÷åíèé ýíåðãèè è åìêîñòè èñïîëüçóåòñÿ âíóòðåííèé RC-îñöèëëÿòîð, òî÷íîñòü êîòîðîãî ïîñëå çàâîäñêîé êàëèáðîâêè ñîñòàâëÿåò ±10%. Åå ìîæíî óëó÷øèòü äî ±2% ñ ïîìîùüþ äîïîëíèòåëüíîé ðó÷íîé êàëèáðîâêè èëè ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîãî óñòðîéñòâà [3]. Îïðåäåëåííîå òàêèì îáðàçîì çíà÷åíèå êàëèáðîâêè (OSCCAL) ìîæíî ïðîïèñàòü â èñõîäíîì êîäå.

ÑÕÅÌÛ

Êîìïèëÿöèÿ è çàãðóçêà Ïðè èñïîëüçîâàíèè Arduino IDE ! Óäîñòîâåðüòåñü, ÷òî â Arduino IDE óñòàíîâëåíî ÿäðî ATtinyCore [4]. ! Ïðîéäèòå Tools -> Board -> ATtinyCore è âûáåðèòå Attiny25/45/85 (No Bootloader). ! Îòêðîéòå Tools è âûáåðèòå ñëåäóþùèå îïöèè ïëàòû: # Chip: ATtiny45 èëè ATtiny85 (â çàâèñèìîñòè îò òîãî, êàêîé ÌÊ âû èñïîëüçóåòå â ñõåìå); # Clock: 8 MHz (internal); # Millis/Micros: disabled; # B.O.D.Level: B.O.D. enabled (2.7V); # Îñòàëüíûå îïöèè îñòàâüòå áåç èçìåíåíèé. ! Ïîäêëþ÷èòå ïðîãðàììàòîð ê ÏÊ è ðàçúåìó âíóòðèñõåìíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ íà ïëàòå. ! Ïåðåéäèòå ê Tools -> Programmer è âûáåðèòå ñâîé âíóòðèñõåìíûé ïðîãðàììàòîð (òî åñòü, USBAsp). ! Ïåðåéäèòå ê Tools -> Burn Bootloader äëÿ çàïèñè ôüþçîâ. ! Îòêðîéòå ñêåò÷ TinyLoad è êëèêíèòå Upload. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ïðåäâàðèòåëüíî ñêîìïèëèðîâàííîãî hex-ôàéëà ! Óäîñòîâåðüòåñü, ÷òî êîíñîëüíàÿ ïðîãðàììà AVRDude [5] óñòàíîâëåíà. ! Ïîäêëþ÷èòå ïðîãðàììàòîð ê ÏÊ è ATtiny. ! Îòêðîéòå òåðìèíàëüíóþ ïðîãðàììó. ! Ïåðåéäèòå â ïàïêó ñ hex-ôàéëîì. ! Âûïîëíèòå ñëåäóþùóþ êîìàíäó (ïðè íåîáõîäèìîñòè çàìåíèòå «t85» íà îáîçíà÷åíèå èñïîëüçóåìîãî ÌÊ è «usbasp» – íà èìÿ òîãî ïðîãðàììàòîðà, êîòîðûé èñïîëüçóåòå âû): avrdude -c usbasp -p t85 -U lfuse:w:0xe2:m -U hfuse:w:0xd5:m -U efuse:w:0xff:m -U flash:w:tinyload.hex

Ðàáîòà ñ ïðèáîðîì ! Ñ ïîìîùüþ ïîòåíöèîìåòðà óñòàíîâèòå ìèíèìàëüíûé òîê íàãðóçêè (ïîâåðíèòå äî óïîðà ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè). ! Ïîäêëþ÷èòå ïðèáîð ñ ïîìîùüþ êàáåëÿ microUSB ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ 5 Â.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

! Ïîäêëþ÷èòå ê òåñòîâûì êëåììàì ïðèáîðà èñïûòóåìûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ (èëè èñïûòóåìûé àêêóìóëÿòîð) ñ ñîáëþäåíèåì ïîëÿðíîñòè. ! Ïîâîðà÷èâàéòå ïîòåíöèîìåòð ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå äëÿ óñòàíîâêè òðåáóåìîãî òîêà íàãðóçêè.

Êàëèáðîâêà ïðèáîðà ÀÖÏ è âíóòðåííèå èñòî÷íèêè îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ÌÊ îáåñïå÷èâàþò âñå íåîáõîäèìîå, ÷òîáû ñäåëàòü ýëåêòðîííóþ íàãðóçêó äîñòàòî÷íî òî÷íûì èíñòðóìåíòîì, íî äëÿ ýòîãî ïîòðåáóåòñÿ íåáîëüøàÿ êàëèáðîâêà. Ïðîöåññ êàëèáðîâêè ñëåäóþùèé: ! Â ñêåò÷å óñòàíîâèòå çíà÷åíèÿ ULCAL è ILCAL, ðàâíûå «1», ñêîìïèëèðóéòå è çàãðóçèòå ñêåò÷ â ÌÊ; ! Ïîäàéòå íà ïðèáîð ñòàáèëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå 5 Â è ïîâîðà÷èâàéòå ïîòåíöèîìåòð äî òåõ ïîð, ïîêà íà äèñïëåå íå îòîáðàçèòñÿ çíà÷åíèå òîêà 0.7 À. Èçìåðüòå íàïðÿæåíèå è òîê ñ ïîìîùüþ ïðîâåðåííîãî è òî÷íîãî ìóëüòèìåòðà (èëè õîðîøåãî ëàáîðàòîðíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ); ! Ðàññ÷èòàéòå êàëèáðîâî÷íûå êîýôôèöèåíòû ñëåäóþùèì îáðàçîì: ULCAL = UM/UTL, ILCAL = IM/ITL (UM – íàïðÿæåíèå, èçìåðåííîå ìóëüòèìåòðîì, UTL – íàïðÿæåíèå, îòîáðàæàåìîå íà OLED äèñïëåå ïðèáîðà, IM – òîê, èçìåðåííûé ìóëüòèìåòðîì, ITL – òîê, îòîáðàæàåìûé íà OLED äèñïëåå ïðèáîðà); ! Óñòàíîâèòå ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ â ñêåò÷å, ñêîìïèëèðóéòå è ñíîâà çàãðóçèòå â ÌÊ.

Ïðåäîñòåðåæåíèÿ ! Èñïîëüçóéòå õîðîøèé ðàäèàòîð ñ âåíòèëÿòîðîì (ñ íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ 5 Â) äëÿ ñèëîâîãî MOSFET; ! Áóäüòå îñòîðîæíû ñ íàãðóçêîé áîëüøîé ìîùíîñòè – ýòî óñòðîéñòâî íå çðÿ íàçûâàåòñÿ TinyLoad; ! Ïåðåä ïîäêëþ÷åíèåì íàãðóçêè âñåãäà óñòàíàâëèâàéòå ïîòåíöèîìåòðîì ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå (äî óïîðà ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè); ! Èç-çà âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ìèíèìàëüíûé òîê íàãðóçêè ñîñòàâëÿåò 17 ìÀ. Âû ìîæåòå èñïîëüçîâàòü îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü

ëó÷øåãî êà÷åñòâà, íàïðèìåð OPA2330 èëè OPA2333; ! Ìàêñèìàëüíûé òîê íàãðóçêè ñîñòàâëÿåò 4.5 À, îäíàêî äëÿ ìàëûõ íàïðÿæåíèé îí ìîæåò áûòü ìåíüøå; ! Íå ïðåâûøàéòå ìàêñèìàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå 26 Â. ÐË

Ññûëêè 1. Ñòðàíèöà ïðîåêòà íà ñàéòå Github 2. Ïðîåêò â îíëàéí ñðåäå EasyEDA 3. TinyCalibrator – óñòðîéñòâî äëÿ êàëèáðîâêè âñòðîåííûõ îñöèëëÿòîðîâ 8-âûâîäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ ATtiny è ñáðîñà Fuse-áèòîâ

4. ßäðî ATtinyCore äëÿ Arduino IDE 5. Ïðîãðàììàòîð AVRDude

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microchip ATtiny10 2. Datasheet Microchip Attiny13 3. Datasheet Microchip ATtiny24/44/84 4. Datasheet Microchip Attiny25/45/85 5. Datasheet Vishay IRL540 6. Datasheet Texas Instruments LMV358 7. Datasheet Texas Instruments OPA2330 8. Datasheet Texas Instruments OPA2333 9. Datasheet Solomon Systech SSD1306

Çàãðóçêè Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà, ïðîåêò ïå÷àòíîé ïëàòû (Gerber), ñêåò÷, èñõîäíûå êîäû è ôàéë ïðîøèâêè

ÑÕÅÌÛ

Àâòîìàòè÷åñêèé âûêëþ÷àòåëü ïðåäîòâðàùàåò ðàçðÿä àêêóìóëÿòîðà àâòîìîáèëÿ Paul Moffat Electronic Design

ÂÂîñïîëüçîâàâøèñü â ïîõîäå òåðìîýëåêòðè÷åñêèì õîëîäèëüíèêîì, íà ñëåäóþùåå óòðî ÿ îáíàðóæèë, ÷òî àêêóìóëÿòîð ìîåãî àâòîìîáèëÿ ïîëíîñòüþ ðàçðÿäèëñÿ. ß íèêàê íå îæèäàë, ÷òî íàãðóçêà 3.5 À ñìîæåò ðàçðÿäèòü àêêóìóëÿòîð çà âîñåìü ÷àñîâ. Ïîýòîìó ÿ ðåøèë ñîçäàòü ñõåìó, êîòîðàÿ ìîãëà áû ïîìåñòèòüñÿ â ñòàíäàðòíîì øòåêåðå àâòîìîáèëüíîãî ïðèêóðèâàòåëÿ, òàêîì íàïðèìåð, êàê ïîêàçàííûé íà Ðèñóíêå 1 MPD APP-001. Â øòåêåðå èìåþòñÿ ïðåäîõðàíèòåëü è ñâåòîäèîä, êîòîðûå òàêæå áûëè èñïîëüçîâàíû â ñõåìå, ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 2.

Ðèñóíîê 1. Øòåêåð àâòîìîáèëüíîãî ïðèêóðèâàòåëÿ MPD APP-001.

Îñíîâíàÿ ïðîáëåìà çàêëþ÷àëàñü â òîì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü íà çàòâîðå MOSFET íàïðÿæåíèå, äîñòàòî÷íîå äëÿ äîñòèæåíèÿ ìèíèìàëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ îòêðûòîãî êàíàëà. Óïðàâëåíèå ïðîõîäíûì òðàíçèñòîðîì ñî ñòîðîíû øèíû ïèòàíèÿ êàçàëîñü íåïðàêòè÷íûì, ïîýòîìó ÿ èíâåðòèðîâàë ëîãèêó è èñïîëüçîâàë p-n-p êëþ÷åâîé òðàíçèñòîð (Q1). Q1 óïðàâëÿåòñÿ ñòàáèëèòðîíîì D2, çàäàþùèì ïîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ. Ðåçèñòîð R1 îãðàíè÷èâàåò òîê ÷åðåç òðàíçèñòîð. Ñîäåðæàùèåñÿ â øòåêåðå êîìïîíåíòû R2 è D1 èñïîëüçóþòñÿ äëÿ èíäèêàöèè ïðîòåêàíèÿ òîêà íàãðóçêè. MOSFET Q2 – ýòî âûõîäíîé êëþ÷. Ïðè ïîäà÷å íà åãî çàòâîð íå ìåíåå 12 Â òðàíçèñòîð

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

F1 +12 Â 3.5 … 7 À

R1 1k

Íàãðóçêà

Q1 2N4403

Êàáåëü ê õîëîäèëüíèêó R2 2.2k

D2 1N4743A GND

D1 LED

Q2 IRF540 Ïðè âêëþ÷åííîì õîëîäèëüíèêå ñâåòîäèîä ãîðèò

Êîìïîíåíòû, ñîäåðæàùèåñÿ â øòåêåðå APP-001

Ðèñóíîê 2. Ýòà ñõåìà, ðàçìåùåííàÿ â êîðïóñå ñòàíäàðòíîãî øòåêåðà äëÿ àâòîìîáèëüíîãî ïðèêóðèâàòåëÿ, îòêëþ÷àåò ïèòàíèå òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî õîëîäèëüíèêà, êîãäà íàïðÿæåíèå àêêóìóëÿòîðà ïàäàåò íèæå 12 Â.

ïîëíîñòüþ îòêðûâàåòñÿ, è ñîïðîòèâëåíèå åãî êàíàëà äîëæíî äîñòèãàòü íîìèíàëüíîãî çíà÷åíèÿ 44 ìÎì. Ïðè íàãðóçêå 7 À íà MOSFET áóäåò ðàññåèâàòüñÿ ìîùíîñòü îêîëî 2 Âò. Çàìåíèâ ñòàáèëèòðîí D2 íà ïðèáîð ñ äðóãèì íàïðÿæåíèåì ñòàáèëèçàöèè, ìîæíî àäàïòèðîâàòü ñõåìó ïîä òðåáîâàíèÿ êîíêðåòíîãî ïðèëîæåíèÿ. 12âîëüòîâûé ñòàáèëèòðîí ïîçâîëèò õîëîäèëüíèêó ðàáîòàòü â òå÷åíèå íåêîòîðîãî âðåìåíè ïîñëå îñòàíîâêè äâèãàòåëÿ. Íî åñëè âû çàáûëè âûíóòü øòåêåð èç ãíåçäà ïðèêóðèâàòåëÿ, ñõåìà îòêëþ÷èò íàãðóçêó, ÷òîáû ïðåäîòâðàòèòü ðàçðÿä àêêóìóëÿòîðíîé áàòàðåè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet TSC 1N4743A 2. Datasheet onsemi 2N4403 3. Datasheet Vishay IRF540

Èíòåðôåéñû, ðàáîòàþùèå

íà îñíîâå òåõíîëîãèè

«Touch'n'touch» Òåðåõîâ Àëåêñàíäð

Ëþáûì òåõíè÷åñêèì óñòðîéñòâîì, áåç êîòîðûõ æèçíü â ñîâðåìåííîì ìèðå êàæåòñÿ óæå íåâîçìîæíîé, ìû óïðàâëÿåì ïîñðåäñòâîì ôèçè÷åñêèõ èíòåðôåéñîâ. È åñëè ìíîãîîáðàçèå ñàìèõ óñòðîéñòâ óæå íå ïîääàåòñÿ ó÷åòó, òî èíòåðôåéñû ïðè ñðàâíåíèè îêàæóòñÿ, â ïðèíöèïå, óäèâèòåëüíî îäíîîáðàçíûìè. Âñå îíè (åñëè íå ó÷èòûâàòü óñòðîéñòâà îòîáðàæåíèÿ èíôîðìàöèè) ñîñòîÿò èç ñòàíäàðòíûõ ýëåìåíòîâ (ìàíèïóëÿòîðîâ). Ýòî êíîïêè, ðû÷àãè, ðàçëè÷íûå ïîëçóíêè, «êðóòèëêè» è «âîçèëêè» (ìûøêè, ñåíñîðíûå ïýäû è ýêðàíû). Òàê âîò, âñå ñóùåñòâóþùèå ìàíèïóëÿòîðû ïîñòðîåíû íà ïðèíöèïå îòñëåæèâàíèÿ äâèæåíèÿ òî÷êè â ðàáî÷åì ïðîñòðàíñòâå. Ïðèìåðîì ýëåìåíòàðíîãî ëèíåéíîãî ìàíèïóëÿòîðà ìîæåò ñëóæèòü îáûêíîâåííûé ïåðåìåííûé ðåçèñòîð, ãäå âäîëü ëèíåéíîãî ïðîâîäíèêà (ðàçìåðíîñòü ðàâíà 1) ïåðåìåùàåòñÿ «òî÷å÷íûé» ïîëçóíîê (ðàçìåðíîñòü 0). Èòîãîâàÿ ðàçìåðíîñòü ìàíèïóëÿòîðà 1 + 0 = 1. Ïåðåéäåì ê ïëîñêîñòíûì ìàíèïóëÿòîðàì, ñàìûå ðàñïðîñòðàíåííûå èç êîòîðûõ – êîìïüþòåðíûå ìûøü è òà÷ïýä (òà÷ñêðèí). Çäåñü ïî ðàáî÷åé ïëîñêîñòè (ðàçìåðíîñòü ðàâíà 2), â ñëó÷àå ìûøè – ýòî êîâðèê, à â ñëó÷àå òà÷ïýäà (òà÷ñêðèíà) – åãî ñåíñîðíàÿ ïîâåðõíîñòü, ïåðåìåùàåòñÿ òî÷å÷íûé îáúåêò (ðàçìåðíîñòü 0) – ÷óâñòâèòåëüíûé ýëåìåíò ìûøè èëè òî÷êà ñîïðèêîñíîâåíèÿ ñòèëóñà (ïàëüöà) è ñåíñîðíîé ïîâåðõíîñòè. Íå âäàâàÿñü â ïîäðîáíîñòè êîíñòðóêöèè êîíêðåòíûõ óñòðîéñòâ, ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ôîðìóëà ðàçìåðíîñòè ìàíèïóëÿòîðà â ýòîì ñëó÷àå 2 + 0 = 2.

Ãîðàçäî ìåíåå ðàñïðîñòðàíåíû 3Dìàíèïóïóëÿòîðû, ãäå ðàáî÷åå ïðîñòðàíñòâî òðåõìåðíî, à ïåðåìåùàåòñÿ â íåì, îïÿòü æå, «òî÷å÷íûé» îáúåêò, íàïðèìåð, ðàáî÷èé êîíåö ðóêîÿòêè 3D-äæîéñòèêà. Â ýòîì ñëó÷àå ñïðàâåäëèâà ôîðìóëà 3 + 0 = 3. Èíòåíñèâíî ðàçðàáàòûâàåìûå â ïîñëåäíåå âðåìÿ ïðîñòðàíñòâåííûå èíòåðôåéñû ñ âèäåîçàõâàòîì äâèæåíèé òîæå ìîæíî îòíåñòè ê ýòîìó êëàññó. Íî ïî÷åìó áû, íàïðèìåð, íå ðàçëîæèòü ðàáî÷åå ïðîñòðàíñòâî 2D-ìàíèïóëÿòîðà òàêèì îáðàçîì: 2 = 1 + 1 è ïåðåìåùàòü îäèí ëèíåéíûé ýëåìåíò îòíîñèòåëüíî äðóãîãî, íåïîäâèæíîãî? Ñîîòâåòñòâåííî ïðèíöèïó îòíîñèòåëüíîñòè (íå ïóòàòü ñ òåîðèåé îòíîñèòåëüíîñòè J), òî÷êà ïåðåñå÷åíèÿ ýòèõ ýëåìåíòîâ áóäåò ïåðåìåùàòüñÿ ïî ïëîñêîñòè, îñÿìè êîîðäèíàò êîòîðîé è áóäóò ÿâëÿòüñÿ ýëåìåíòû. Íà ïðàêòèêå ñàìûì ïðîñòîé ðåàëèçàöèåé èíòåðôåéñà 1 + 1 = 2 áóäåò ñèñòåìà èç äâóõ ëèíåéíûõ ïðîâîäíèêîâ, îäèí èç êîòîðûõ ïîäâèæåí îòíîñèòåëüíî âòîðîãî. ß íàçâàë ýòó ñèñòåìó 2D-ðåîõîðäîì. Åñëè ïîìíèòå èç øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè, íà çàðå ýëåêòðîòåõíèêè, åùå âî âðåìåíà Ýäèñîíà, ïðèìåíÿëñÿ òàêîé ïðèáîð – ðåîõîðä. Îí ñîñòîèò èç ïðîâîëîêè âûñîêîãî óäåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è ñêîëüçÿùåãî ïî íåìó êîíòàêòà (âòîðîé êîíòàêò çàêðåïëåí íà îäíîì èç êîíöîâ ïðîâîëîêè). Òî åñòü, ýòî – ïðàäåäóøêà ñàìîãî ðàñïðîñòðàíåííîãî â íàøå âðåìÿ ýëåêòðîðåãóëÿòîðà – ïåðåìåííîãî ðåçèñòîðà (äåäóøêà – ðåîñòàò, ãäå ïðîâîä íàìîòàí íà êàðêàñ).

ÑÕÅÌÛ

Òàê âîò, èäåÿ äî ñìåøíîãî ïðîñòà: áåðåì äâà ïðîâîäà, îäèí èç êîòîðûõ çàêðåïëåí, âòîðîé – ïîäâèæåí. Ïîëó÷àåì ðåîõîðä â êâàäðàòå: îòíîñèòåëüíî êàæäîãî ïðîâîäà âòîðîé ñëóæèò ñêîëüçÿùèì êîíòàêòîì. «Ñòðóíà» è «ñìû÷îê» ñëóæàò îñÿìè êîîðäèíàò îáùåé äëÿ íèõ ïëîñêîñòè. Âñå îòëè÷èå îò èìåþùèõñÿ ðåøåíèé â îáëàñòè 2D ìàíèïóëÿòîðîâ (ñàìûé ðàñïðîñòðàíåííûé – ïëàíøåò) – ïåðåìåùàþùèéñÿ îáúåêò ïðèâÿçàí ê íà÷àëó êîîðäèíàò, à îñè äâèæóòñÿ îòíîñèòåëüíî íåãî. ×òî, ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè, îäíî è òî æå. Ïîñðåäñòâîì 2D-Ðåîõîðäà ìû áóäåì èìåòü âîçìîæíîñòü ïëàâíî ìàíèïóëèðîâàòü äâóìÿ ïàðàìåòðàìè óïðàâëÿåìîãî ïðèáîðà. Óïðîùåííàÿ ñõåìà 2D-Ðåîõîðäà ïðåäñòàâëåíà íà Ðèñóíêå 1. Ïðè âêëþ÷åíèè óñòðîéñòâà âî âðåìÿ îòñóòñòâèÿ êîíòàêòà â òî÷êå «à» ïî ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 íà âûõîäàõ ÎÓ óñòàíàâëèâàåòñÿ íàïðÿæåíèå, áëèçêîå ê 0 Â. Çàòåì ïðè ñîçäàíèè êîíòàêòà â òî÷êå «à» (ñîïðèêîñíîâåíèå ïîäâèæíîé ñòðóíû Rc-d è íåïîäâèæíîé ñòðóíû íà êîðïóñå Rc-d) ïî öåïè VC – Rñ-à – Ra-å íà÷èíàåò ïðîòåêàòü ýëåêòðè÷åñêèé òîê, ñèëà êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ èñòî÷íèêîì ñòàáèëüíîãî òîêà ²1. Íà èíâåðòèðóþùèé âõîä DA1.1 ïîñòóïàåò íàïðÿæåíèå U1 = ²1 × Ra-å, íà íåèíâåðòèðóþùèé âõîä U2 = ²1 × (Rñ-à + Ra-å), à ðåçóëüòèðóþùåå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå OUT1 = K1 × ²1 × Rñ-à, ãäå K1 – êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ DA1.1. Íà íåèíâåðòèðóþùèé âõîä DA1.2 ïîñòóïàåò íàïðÿæåíèå U1 = ²1 × Ra-å, à ðåçóëüòèðóþùåå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå OUT2 = K2 × ²1 × Ra-å, ãäå K2 – êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ DA1.2. Òàêèì îáðàçîì, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íà OUT1 ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî äëèíå ó÷àñòêà (ñ-à) ïîäâèæíîé ñòðóíû, à íà OUT2 – ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî äëèíå ó÷àñòêà (à-å) íåïîäâèæíîé ñòðóíû. Äëÿ óïðîùåíèÿ êîíñòðóêöèè óñòðîéñòâà, à èìåííî «ñìû÷êà», ìîæíî âèäîèçìåíèòü ñõåìó â ñîîòâåòñòâèè ñ Ðèñóíêîì 2, ïðè ýòîì ïîäâèæíàÿ ñòðóíà ñîåäèíÿåòñÿ ñ óñòðîé-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

DA1.1 OUT1

–

OUT2

–

R×2

DA1.2

a e

Ðèñóíîê 1. Óïðîùåííàÿ ñõåìà 2D-Ðåîõîðäà.

ñòâîì òîëüêî îäíèì ïðîâîäîì, íî â õîëîñòîì ðåæèìå DA1.1 áóäåò âõîäèòü â íàñûùåíèå, è â ðåçóëüòàòå, êàê ïîêàçàëà ïðàêòèêà, òðóäíåå áóäåò áîðîòüñÿ ñ ïîñëåäñòâèÿìè äðåáåçãà êîíòàêòà â òî÷êå «à», êîòîðûé, ê ñîæàëåíèþ, íåèçáåæåí. Ïî ýòîé æå ïðè÷èíå íåæåëàòåëüíî çíà÷èòåëüíî ñíèæàòü ñèëó òîêà èñòî÷íèêà I1; îïòèìàëüíûì ìíå ïîêàçàëîñü çíà÷åíèå 10 – 25 ìÀ, õîòÿ ýòî çàâèñèò îò êîíêðåòíûõ óñëîâèé. VC

DA1.1 OUT1

–

OUT2

–

R×2

DA1.2

Ðèñóíîê 2. Óïðîùåííàÿ ñõåìà 2D-Ðåîõîðäà ñ ïîäêëþ÷åíèåì «ñìû÷êà» îäíîæèëüíûì ïðîâîäîì.

VC C1 100n

VR1 680

DA1 – MCP602

HL1

C2 R1 68

100n R2 Q1 2 R4 2k

R3 1k5

–

47k 1

OUT1

+ DA1.1

R6 47k

R5 91k

C3 100n C4 100n R8

R7 2k 6 5

47k –

+ 4

OUT2

DA1.2

R10 1k

R9 91k

Rx VR2 2k2 GND

Ðèñóíîê 3. Ïîëíàÿ ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà 2D-Ðåîõîðäà.

Ïîëíàÿ ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà 2DÐåîõîðäà ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 3. Â êà÷åñòâå ñòðóí èñïîëüçîâàëèñü îòðåçêè íèõðîìîâûõ ïðîâîäîâ äèàìåòðîì 0.2 – 0.3 ìì è äëèíîé 200 – 500 ìì. ÎÓ âûáðàíû íèçêîâîëüòíûå, rail-to-rail êàê ïî âõîäó, òàê è ïî âûõîäó. Â ïåðâûõ îïûòíûõ ïðèáîðàõ èñïîëüçîâàëèñü îáû÷íûå ÎÓ, íî ïðè ýòîì ñõåìà íåîïðàâäàííî óñëîæíÿëàñü. VR2 ñëóæèò äëÿ ïîäñòðîéêè óñèëåíèÿ óñèëèòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà íà DA1.2, à VR1 – äëÿ îáùåãî ìàñøòàáèðîâàíèÿ ïóòåì ðåãóëèðîâêè ñèëû òîêà èñòî÷íèêà òîêà íà òðàíçèñòîðå Q1. Êîíäåíñàòîðû Ñ2, Ñ3, Ñ4 ñãëàæèâàþò äðåáåçã êîíòàêòà. Ïðàêòè÷åñêîå ïðèìåíåíèå 2D-Ðåîõîðä íàøåë â êîíñòðóêöèè ÝÌÈ «Rheolin» («Ðåîëîí÷åëü»), ãäå 2D-Ðåîõîðä ïîäêëþ÷åí ê MIDIUSB êîíòðîëëåðó, ñîáðàííîìó íà Arduinomicro. Ïðîöåññ çâóêîèçâëå÷åíèÿ ìîæíî ïîñìîòðåòü íà Âèäåîðîëèêå 1. Íà Âèäåîðîëèêå 2 äåìîíñòðèðóåòñÿ òðåõñòðóííûé âàðèàíò Ðåîëîí÷åëè.

Òåîðåòè÷åñêè âîçìîæíû êîíôèãóðàöèè Nðàçìåðíûõ èíòåðôåéñîâ ïî ôîðìóëàì 1 + 1 + + 1 = 3, 2 + 1 = 3. (Êñòàòè, ïîïðîáóéòå ïðåäñòàâèòü è èçîáðàçèòü, êàê îíè áóäóò âûãëÿäåòü – ýòî áóäåò íåïëîõàÿ ðàçìèíêà äëÿ ïðîñòðàíñòâåííîãî âîîáðàæåíèÿ J). Íî ìû ýòè ýòàïû ïåðåïðûãíåì, è ïîèãðàåì ñ êîíôèãóðàöèåé… 2 + 2 = 4. Äà-äà, áóäåì ðàáîòàòü â 4-ìåðíîì ïðîñòðàíñòâå! Ïðàâäà, ïðîñòðàíñòâî ýòî áóäåò âèðòóàëüíîå, è, åñëè ìû ïëàíèðóåì, íàïðèìåð, óïðàâëÿòü ïåðåìåùåíèåì ðåàëüíîãî îáúåêòà, ÷åòâåðòûé ïàðàìåòð ìîæíî áóäåò èñïîëüçîâàòü, ñêàæåì, äëÿ óïðàâëåíèÿ âðàùåíèåì â êàêîéëèáî ïëîñêîñòè. Íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíîé ìîäåëüþ 4D- è äàæå 5D-ìàíèïóëÿòîðà, êàê ìíå ïðåäñòàâëÿåòñÿ, áóäåò 5D-ìûøü (Âèäåîðîëèê 3). 4D-êîíðîëëåð ìíå ïðåäñòàâëÿëñÿ äåëîì äàëåêîãî áóäóùåãî: èçãîòîâèòü âûïóêëóþ ñåíñîðíóþ ïîâåðõíîñòü – îïåðàöèÿ íå äëÿ êóñòàðíûõ óñëîâèé äîìàøíåé ìàñòåðñêîé.

ÑÕÅÌÛ

Ðèñóíîê 4. Îáùèé âèä «êîìïðîìèññíîé ìîäåëè» 4D-ìàíèïóëÿòîðà.

Ðèñóíîê 5. Îáùèé âèä 4D-ìàíèïóëÿòîðà ñ êîâðèêîì ìèíèìàëüíîãî ðàçìåðà.

Íî êàê-òî íàòêíóëñÿ íà îïèñàíèå ãèáêèõ ïëåíî÷íûõ ñåíñîðîâ, è, êàê îêàçàëîñü, îíè áûëè äîñòóïíû äëÿ çàêàçîâ íà Àìàçîíå. Êîíå÷íî, ñ ïîìîùüþ ãèáêèõ ñåíñîðîâ 4Dìûøü íå ñîîðóäèøü, íî, âûãíóâ îáà ñåíñîðà, ïðèäàâ èì «ïîëóöèëèíäðè÷åñêóþ» ôîðìó, ìîæíî äîñòèãíóòü òîãî æå ðåçóëüòàòà – ïðè íåïàðàëëåëüíîì âçàèìîðàñïîëîæåíèè ñåíñîðîâ ïðè ñîïðèêîñíîâåíèè âîçíèêàåò òî÷å÷íûé êîíòàêò. Òî åñòü, ñèñòåìà èç äâóõ öèëèíäðè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé òîïîëîãè÷åñêè ýêâèâàëåíòíà ñèñòåìå èç ñôåðè÷åñêîé è ïëîñêîé ïîâåðõíîñòåé. Â ðåçóëüòàòå ýêñïåðèìåíòîâ áûëà âûáðàíà îïòèìàëüíàÿ êðèâèçíà ñåíñîðíûõ ïîâåðõíîñòåé (ïðè ìàëîé êðèâèçíå òî÷êà êîíòàêòà ïðåâðàùàëàñü â êîíòàêòíîå ïÿòíî, è òî÷íîñòü ïîçèöèîíèðîâàíèÿ íåäîïóñòèìî ïàäàëà, à áîëüøàÿ êðèâèçíà ïðèâîäèëà ê ëîæíûì ñðàáàòûâàíèÿì áåç êîíòàêòà).

Íà Âèäåîðîëèêå 4 ìîæíî íàáëþäàòü ïðîöåññ óïðàâëåíèÿ âèðòóàëüíûì îáúåêòîì (êóáîì) â ïðîñòðàíñòâå ñ ïîìîùüþ 4Dìàíèïóëÿòîðà. Êîíå÷íî, â òàêîì âèäå 4Dìàíèïóëÿòîð ñóùåñòâåííî ìåíåå óäîáåí, ÷åì ãèïîòåòè÷åñêàÿ 4D-ìûøü. Íî, äàæå ïðîñòî óìåíüøèâ ðàçìåðû ñåíñîðîâ, îñîáåííî ïîäâèæíîãî, ïîëó÷àåì ýðãîíîìè÷åñêè áîëåå ïðèåìëåìûå ìîäåëè (Ðèñóíêè 4 è.5). Íà Âèäåîðîëèêå 5 ìîæíî ïîñìîòðåòü èñïîëüçîâàíèå 4D-ìàíèïóëÿòîðà êîìïðîìèññíîé êîíôèãóðàöèè â 2D-ãðàôèêå. «Ëèøíèå» ðàçìåðíîñòè îòâå÷àþò çà ðàçìåð è öâåò êèñòè. À ãèïîòåòè÷åñêèé âàðèàíò ñïåöèàëèçèðîâàííîãî ãðàôè÷åñêîãî 4D-ìàíèïóëÿòîðà (4D-êèñòü äëÿ ïëàíøåòà) ïðåäñòàâëåí Âèäåîðîëèêîì 6. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microchip MCP602

Çàãðóçêà âèäåîðîëèêîâ 1. Ðåîëîí÷åëü (Rheolin) â ðåæèìå èìèòàöèè Òåðìåíâîêñà 2. Òðåõñòðóííûé âàðèàíò Ðåîëîí÷åëè 3. 5D-ìûøü. Ñåíñîðíûå ïîâåðõíîñòè ðàñïîëîæåíû êàê íà êîâðèêå, òàê è íà ðàáî÷åé (íèæíåé) ïîâåðõíîñòè ìûøè 4. Ïðîöåññ óïðàâëåíèÿ âèðòóàëüíûì îáúåêòîì (êóáîì) â ïðîñòðàíñòâå ñ ïîìîùüþ 4D-ìàíèïóëÿòîðà 5. Ïðèìåíåíèå 4D-ìàíèïóëÿòîðà â 2D-ãðàôèêå 6. Ãèïîòåòè÷åñêèé âàðèàíò ñïåöèàëèçèðîâàííîãî ãðàôè÷åñêîãî 4D-ìàíèïóëÿòîðà

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Àíàëîãîâûé êàëüêóëÿòîð íà îñíîâå ØÈÌ îáåñïå÷èâàåò ÷åòûðåõêâàäðàíòíîå óìíîæåíèå è äåëåíèå Mark Thoren Electronic Design

ÄÄëÿ âûïîëíåíèÿ òî÷íîãî ÷åòûðåõêâàäðàíòíîãî óìíîæåíèÿ è äåëåíèÿ ìîæíî ñîçäàòü àíàëîãîâûé êàëüêóëÿòîð ñ èñïîëüçîâàíèåì øèðîòíî-èìïóëüñíîãî ìîäóëÿòîðà (ØÈÌ). Õîòÿ ýòîò ïîäõîä íå ïðåòåíäóåò íà ìàòåìàòè÷åñêóþ òî÷íîñòü, îí äåìîíñòðèðóåò íåêîòîðûå ïîëåçíûå ïîäñõåìû, ðàñøèðÿþùèå ôóíêöèîíàëüíûå âîçìîæíîñòè óïðàâëÿåìîãî íàïðÿæåíèåì ØÈÌ-ìîäóëÿòîðà TimerBlox LTC6992.

LTC6992-1 ïðåîáðàçóåò âõîäíîå íàïðÿæåíèå îò 0 äî 1 Â íà âûâîäå MOD â âûõîäíîé ñèãíàë ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ îò 0% äî 100% ïðè ÷àñòîòå îò 3.81 Ãö äî 1 ÌÃö. Ýòó ÷àñòîòó çàäàþò ðåçèñòîð íà âûâîäå SET è ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü, ïîäêëþ÷åííûé ê âûâîäó DIV. Â íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèÿõ ìîäóëÿòîð LTC6992 áóäåò íàõîäèòüñÿ â öåïè ïðÿìîé ïåðåäà÷è ñèãíàëà êîíòóðà îáðàòíîé

+5 Â 4

Out

LT6654-1.25

GND

+ –

1/3 74HC4053 2

1 LTC2054

+5 Â

3 GND R1 50k

GND

+5 Â

+5 Â 3

0.1 µF

G 2

G 1

VIN: REF_LO … REF_HI = Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ 0 … 100%

VCC = 5 Â VEE = «Çåìëÿ»

MOD

V+

DIV SET

OUT

Âûõîä ØÈÌ

GND 2

LTC6992-1

0.1 µF R2 R1 100k

GND

GND 1M

GND

Ðèñóíîê 1. Ýòîò áàçîâûé ëèíåàðèçîâàííûé ôîðìèðîâàòåëü ØÈÌ äàæå áåç âíåøíåãî ìåõàíèçìà îáðàòíîé ñâÿçè ìîæåò îáåñïå÷èâàòü òî÷íîñòü 0.1%.

ÑÕÅÌÛ

4 LT1991

1, 2, 3

Y (îïîðíûé óðîâåíü)

–

10k

Âûõîä = X/Y × Z

0.1 µF

GND

GND 10 4 LT1991

1, 2, 3

GND

1M 1

–

74HC04D Ñõåìà «ðåæèìà ïåðåâîðîòà»

GND

D = 50% × (1 + X/|Y|)

+5 Â X

Áóôåðèçîâàííûé âûõîä ØÈÌ

74HC04D

LT1671 +

3 3

+5 Â

–

3 4

+ –

1 4

LTC2054

3 50k

0.1 µF

5 V+ MOD DIV SET

OUT

GND 2

LTC6992-1

Ïîäêëþ÷åíèå ïèòàíèÿ LT1991: VEE = –5 Â, VCC = +5 Â LT1671: V– = –5 Â, V+ = +5 Â 74HC04: VCC = +5 Â LTC2054HV: V+ = +5 Â, V– = –5 Â 74HC4053: VEE = –5 Â, VCC = +5 Â

GND 100k

GND

1 3

= 1/3 74HC4053

Ðèñóíîê 2. Ýòî óñîâåðøåíñòâîâàíèå ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ðàñøèðÿåò äèàïàçîí àíàëîãîâîãî óìíîæåíèÿ/äåëåíèÿ íà âñå ÷åòûðå êâàäðàíòà àíàëîãîâûõ ñèãíàëîâ.

ñâÿçè ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ (êàê â êîíòðîëëåðå ñêîðîñòè äâèãàòåëÿ), ïîýòîìó åãî òèïîâàÿ ëèíåéíîñòü â 1% îáåñïå÷èâàåò ñòàáèëüíîñòü îáùèõ õàðàêòåðèñòèê êîíòóðà. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí áàçîâûé ëèíåàðèçîâàííûé ôîðìèðîâàòåëü ØÈÌ äëÿ ïðèëîæåíèé, òðåáóþùèõ òî÷íîé ØÈÌ áåç âíåøíåãî ìåõàíèçìà îáðàòíîé ñâÿçè. Ýòà ñõåìà ëåãêî îáåñïå÷èâàåò òî÷íîñòü ØÈÌ, ðàâíóþ 0.1%. Âûõîä LTC6992 óïðàâëÿåò îäíîé ñåêöèåé ñòðîåííîãî àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà 74HC4053, âûõîä êîòîðîãî ïåðåêëþ÷àåòñÿ ìåæäó çåìëåé è èñòî÷íèêîì îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ LT6654-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

1.25. Èíòåãðàòîð ñðàâíèâàåò ýòîò ñèãíàë ñ íàïðÿæåíèåì VIN íà óïðàâëÿþùåì âõîäå. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ áóäåò ïðîïîðöèîíàëåí äðîáíîé ÷àñòè îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 1.25 Â, ïðèñóòñòâóþùåãî íà âõîäå. Òåðìèí «äðîáíûé» îçíà÷àåò, ÷òî ýòà ñõåìà âûïîëíÿåò äåëåíèå, ïîñêîëüêó êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà ØÈÌ ðàâåí VIN/VREF. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 2 ðàñøèðÿåò ýòó êîíöåïöèþ, èñïîëüçóÿ X â êà÷åñòâå âõîäíûõ äàííûõ (÷èñëèòåëü) è Y â êà÷åñòâå îïîðíîãî óðîâíÿ (çíàìåíàòåëü). Ìèêðîñõåìà LT1991, ñêîíôè-

Òàáëèöà 1. Ïðîãðàììèðîâàíèå DIVCODE DIVCODE

POL

NDIV

Ðåêîìåíäîâàííàÿ ÷àñòîòà

R1 (êÎì)

62.5 êÃö – 1 ÌÃö

îáðûâ

ê.ç.

15.63 – 250 êÃö

976

102

2 3

0 0

16 64

3.906 – 62.5 êÃö 976.6 Ãö – 15.63 êÃö

976 1000

182 280

4 5

0 0

256 1024

244.1 Ãö – 3.906 êÃö 61.04 – 976.6 Ãö

1000 1000

392 523

4096

15.26 – 244.1 Ãö

1000

681

16384

3.815 – 61.04 Ãö

1000

887

8 9

1 1

16384 4096

3.815 – 61.04 Ãö 15.26 – 244.1 Ãö

887 681

1000 1000

10 11

1 1

1024 256

61.04 – 976.6 Ãö 244.1 Ãö – 3.906 êÃö

523 392

1000 1000

12 13

1 1

64 16

976.6 Ãö – 15.63 êÃö 3.906 – 62.5 êÃö

280 182

1000 976

14 15

1 1

4 1

15.63 – 250 êÃö 62.5 êÃö – 1 ÌÃö

102 ê.ç.

976 îáðûâ

ãóðèðîâàííàÿ êàê èíâåðòèðóþùèé óñèëèòåëü ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ –1, ôîðìèðóåò òî÷íóþ îòðèöàòåëüíóþ êîïèþ Y, ðàñøèðÿÿ ðàáî÷óþ îáëàñòü äî ÷åòûðåõ êâàäðàíòîâ (ïîëîæèòåëüíûå è îòðèöàòåëüíûå çíà÷åíèÿ X è Y) ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ D, ðàâíûì

æ X ö ÷. D = 50% ´ çç1 + | Y | ÷ø è Êàê è ïðè ëþáîé ôèçè÷åñêîé ðåàëèçàöèè äåëåíèÿ, íóëåâîå çíà÷åíèå çíàìåíàòåëÿ Y äàñò íåîïðåäåëåííûé âûõîäíîé ñèãíàë. Îòðèöàòåëüíîå íàïðÿæåíèå, ïðèëîæåííîå ê âõîäó Y, èíâåðòèðóåò ïîëÿðíîñòü ñèãíàëà

R2 (êÎì)

îáðàòíîé ñâÿçè èíòåãðàòîðà, ÷òî òðåáóåò åùå îäíîé èíâåðñèè ãäå-íèáóäü â êîíòóðå îáðàòíîé ñâÿçè, ÷òîáû îáðàòíàÿ ñâÿçü áûëà îòðèöàòåëüíîé. Íàïðÿæåíèå íà âûâîäå DIV âíóòðåííå ïðåîáðàçóåòñÿ â 4-áèòíûé êîä DIVCODE, òðè ìëàäøèõ áèòà êîòîðîãî (NDIV) çàäàþò êîýôôèöèåíò äåëåíèÿ ÷àñòîòû çàäàþùåãî ãåíåðàòîðà. Ýòî íàïðÿæåíèå ìîæåò áûòü ñôîðìèðîâàíî ðåçèñòèâíûì äåëèòåëåì, âêëþ÷åííûì ìåæäó øèíàìè VCC è GND (ñì. R1 è R2 íà Ðèñóíêå 1).Ñòàðøèé áèò DIVCODE (POL) îïðåäåëÿåò, èíâåðòèðóåòñÿ ëè ñèãíàë ØÈÌ ïåðåä ïåðåäà÷åé íà âûõîä. Êîãäà POL = 1, èçìåíåíèþ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îò 0 äî 1 Â

0.03 0.02

Îøèáêà (Â)

0.01 0

–0.01

Y = –0.5 Â Y = –1 Â Y = –1.5 Â Y = –2 Â Y = –2.5 Â Y=0Â

–0.02 –0.03 –100

–80

–60

–40

–20 0 20 Âõîä X (% îò Y)

Y=3Â Y = 2.5 Â Y=2V Y = 1.5 Â Y=1Â Y = 0.5 Â 60

100

Ðèñóíîê 3. Ýòîò ãðàôèê àáñîëþòíîé îøèáêè ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðè áîëüøèõ çíà÷åíèÿõ Y ïîãðåøíîñòü ñîñòàâëÿåò ìåíåå 0.1%.

ÑÕÅÌÛ

ñîîòâåòñòâóåò èçìåíåíèå âûõîäíîãî êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ îò 100% äî 0%. Íàïðÿæåíèå íà âõîäå SET óñòàíàâëèâàåò âåëè÷èíó òîêà, âûòåêàþùåãî èç ýòîãî âûâîäà. Êîëè÷åñòâî òîêà ïðîãðàììèðóåò ÷àñòîòó çàäàþùåãî ãåíåðàòîðà. Âåëè÷èíû NDIV îòðàæàþòñÿ âîêðóã VCC/2, ãäå ïåðåñòàíîâêà íîìèíàëîâ â ðåçèñòèâíîì äåëèòåëå èíâåðòèðóåò ïåðåäàòî÷íóþ ôóíêöèþ ïðè ñîõðàíåíèè òîãî æå çíà÷åíèÿ äåëèòåëÿ (ñì. Òàáëèöó 1). Êîìïàðàòîð LT1671 îïðåäåëÿåò ïîëÿðíîñòü ñèãíàëà íà âõîäå Y è ïîääåðæèâàåò ïðàâèëüíóþ ðàáîòó, óñòàíàâëèâàÿ ïîëÿðíîñòü ñîîòâåòñòâóþùèì ïåðåêëþ÷åíèåì íàïðÿæåíèÿ, ïîäàâàåìîãî íà ïîòåíöèîìåòð-äåëèòåëü. Äëÿ ýêñïåðèìåíòîâ õîðîøî ïîäõîäèò 10îáîðîòíûé ïîòåíöèîìåòð. Ïîñëå âûáîðà òðåáóåìîãî çíà÷åíèÿ NDIV ýòîò ïîòåíöèîìåòð ìîæíî çàìåíèòü ïîñòîÿííûì ðåçèñòîðîì. Âõîä Z óìíîæàåòñÿ íà ÷àñòíîå X/Y ïóòåì ïîäà÷è ñèãíàëîâ Z è –Z íà äðóãîé êîììóòàòîð. (Îïÿòü æå, LT1991 îáåñïå÷èâàåò òî÷íóþ èíâåðñèþ). Ýòî óìíîæèòåëü «øèðèíà èìïóëüñà/âûñîòà èìïóëüñà», òàêæå ðàáîòàþùèé â ÷åòûðåõ êâàäðàíòàõ.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà àáñîëþòíàÿ ïîãðåøíîñòü ñõåìû íà ÷àñòîòå 1.5 êÃö ïðè èçìåíåíèè X îò –Y äî +Y äëÿ çíà÷åíèé Y îò –3 Â äî +3 Â, êîãäà íà âõîäå Z ïîääåðæèâàåòñÿ ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå 5 Â. Äàæå ïðè çíà÷åíèè Y, ðàâíîì 0.5 Â (ãäå èñòî÷íèêè îøèáîê áîëåå çíà÷èòåëüíû), íàèõóäøàÿ ïîãðåøíîñòü ñîñòàâëÿåò îêîëî 0.6% è áûñòðî óìåíüøàåòñÿ ïðè áóëüøèõ çíà÷åíèÿõ Y. Èñòî÷íèêè îøèáîê âêëþ÷àþò ïîãðåøíîñòü 0.04% ìèêðîñõåìû LT1991, íåñîîòâåòñòâèå ñîïðîòèâëåíèé êîììóòàòîðà ìåæäó äâóìÿ åãî ïîëîæåíèÿìè ïî ñðàâíåíèþ ñ ñîïðîòèâëåíèåì âûõîäíîãî ôèëüòðà è ðåàêöèþ âûõîäîâ LT1991 íà ïåðåõîäíûå ïðîöåññû ïðè ïåðåêëþ÷åíèÿõ, âëèÿíèå êîòîðûõ áóäåò âàðüèðîâàòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò ÷àñòîòû ØÈÌ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT1671 2. Datasheet Analog Devices LT1991 3. Datasheet Analog Devices LTC2054 4. Datasheet Analog Devices LT6654 5. Datasheet Analog Devices LTC6992 6. Datasheet Texas Instruments CD74HC04 7. Datasheet NXP 74HC4053

Ãåíåðàòîð òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ, óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì Larry Stabile EDN

Àâòîêîëåáàòåëüíûå ãåíåðàòîðû ñ ïèëîîáðàçíî èëè ýêñïîíåíöèàëüíî èçìåíÿþùèìñÿ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíû è, êàê ïðàâèëî, ïðîñòû â èçãîòîâëåíèè. Íî èíîãäà òðåáóþòñÿ ñèãíàëû áîëåå ÷èñòîé ôîðìû, è ñïðîåêòèðîâàòü ãåíåðàòîðû ÷åòíîñèììåòðè÷íûõ ñèãíàëîâ íåìíîãî ñëîæíåå.

Âñå òðàíçèñòîðû 2N3904 è 2N3906 Äîïóñê âñåõ ðåçèñòîðîâ 1%

Ãåíåðàòîðû òðåóãîëüíûõ ñèãíàëîâ îáû÷íî ðåàëèçóþòñÿ ñ ïîìîùüþ èíòåãðàòîðà íà îñíîâå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ (ÎÓ) è êîìïàðàòîðà; ñì., íàïðèìåð, [2] è [3]. Îäíàêî ðàçðàáîòêà ãåíåðàòîðà òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ íà ÎÓ, ÷àñòîòà êîòîðîãî ìîãëà áû óïðàâëÿòüñÿ íàïðÿæåíèåì, òðåáóåò îïðåäåëåííûõ óñèëèé.

V+ = +12 Â

R11 2k

R13 9.1k

R15 1k

V+ – (VF – 3·VBE)

R R17

R10 9.1k

R19 1k

Q11

Óðàâëåíèå êîíòðîëåì 1k Q12

R3 2.2k

C 0.025 µF Q10

R1 12k

R2 6.8k

R4 820 R5 9.1k

R8 4.7k R7 9.1k R6 4.7k

R9 9.1k

VF Q6

VF – 3·VBE Q8

Q5 R12 9.1k

R R16 1k

R18 1k

R14 1k Âûõîä òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ãåíåðàòîðà òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ, óïðàâëÿåìîãî íàïðÿæåíèåì.

ÑÕÅÌÛ

Â ýòîé ñòàòüå ïðåäñòàâëåí óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì ãåíåðàòîð òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ õîðîøåé ôîðìû, ñ äîñòàòî÷íî øèðîêèì ÷àñòîòíûì äèàïàçîíîì è íåáîëüøèì êîëè÷åñòâîì êîìïîíåíòîâ. Îí íå íàìíîãî ñëîæíåå àâòîêîëåáàòåëüíîãî ãåíåðàòîðà ïèëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ, è â íåì èñïîëüçóåòñÿ âñåãî îäèí êîíäåíñàòîð. Õîðîøèå ðåçóëüòàòû ïîëó÷àþòñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè êîìïîíåíòîâ ñî ñòàíäàðòíûìè äîïóñêàìè, íå òðåáóþùèõ ïðåäâàðèòåëüíîãî ïîäáîðà. Ñõåìà ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1. ×àñòîòà ñèãíàëà íà âûâîäå «Âûõîä òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ» ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíîé ôóíêöèåé âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VF, ïîäðîáíî îïèñàííîé íèæå. Âûäåëåííûå æèðíûì øðèôòîì R è C ÿâëÿþòñÿ îáîçíà÷åíèÿìè îñíîâíûõ êîìïîíåíòîâ, îïðåäåëÿþùèõ ÷àñòîòó. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ øèðîêîãî äèàïàçîíà òðåáóåòñÿ âûñîêîèìïåäàíñíûé óñèëèòåëü, ïîçâîëÿþùèé ìàëûì òîêîì çàðÿæàòü êîíäåíñàòîð äî íåîáõîäèìîãî ïîðîãîâîãî óðîâíÿ. Òàêîé óñèëèòåëü ñ äèôôåðåíöèàëüíûì âõîäîì îáðàçóþò òðàíçèñòîðû Q2 è Q3. 12-êèëîîìíûé ðåçèñòîð ýìèòòåðíîãî ñìåùåíèÿ îáåñïå÷èâàåò âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ñî ñòîðîíû áàçû Q2 â äèàïàçîíå 1 ÌÎì. Ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ íàïðÿæåíèå íà áàçå òðàíçèñòîðà Q2 ðàâíî íóëþ, à íà áàçå Q3 – îêîëî 9 Â. Òàêèì îáðàçîì, Q3 âêëþ÷åí, à Q1, Q2, Q4 è Q5 âûêëþ÷åíû. Â ðåçóëüòàòå Q7 îòêðûâàåòñÿ è âêëþ÷àåò èñòî÷íèê òîêà íà òðàíçèñòîðå Q9, çàðÿæàþùèé êîíäåíñàòîð C, íàïðÿæåíèå íà êîòîðîì íà÷èíàåò ëèíåéíî íàðàñòàòü. Ïðè äîñòèæåíèè íàïðÿæåíèåì íà êîíäåíñàòîðå ïîðîãîâîãî óðîâíÿ (6 Â) òðàíçèñòîð Q2 íà÷èíàåò îòêðûâàòüñÿ, è ñëåäîâàòåëüíî, íà÷èíàåò îòêðûâàòüñÿ è Q1, âêëþ÷åííûé çäåñü êàê êàñêàä ñ âûñîêèì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ. Q1, â ñâîþ î÷åðåäü, îòêðûâàåò Q4, åùå áîëüøå ïîíèæàÿ ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå. Òàêàÿ ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü óâåëè÷èâàåò ñêîðîñòü ïåðåêëþ÷åíèÿ. Áëàãîäàðÿ çàäåðæêå, âíîñèìîé òðàíçèñòîðàìè Q5 è Q7/Q9 èëè Q6/Q8, êîíäåíñàòîð C ïðîäîëæàåò çàðÿæàòüñÿ, äàâàÿ íàì ãàðàíòèþ, ÷òî ïðîöåññ ïåðåêëþ÷åíèÿ çàâåðøèòñÿ. Â ýòîò ìîìåíò íàïðÿæåíèå íà áàçå Q2 íåìíîãî ïðåâûøàåò 6 Â, à ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå íà áàçå Q3 ñîñòàâëÿåò îêîëî 3 Â. Èñòî÷íèê òîêà Q8 âêëþ÷åí è çàáèðàåò òîê èç êîíäåíñàòîðà C ñ

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

òàêîé æå ñêîðîñòüþ, ñ êàêîé Q9 çàðÿæàë åãî. Êîãäà ïèëîîáðàçíîå íàïðÿæåíèå îïóñêàåòñÿ íèæå ïîðîãîâîãî óðîâíÿ, öèêë ïîâòîðÿåòñÿ. Èñòî÷íèêè òîêà, óïðàâëÿþùèå êîíäåíñàòîðîì C, ïèòàþòñÿ çàäàííûì íàïðÿæåíèåì VF (ìèíóñ íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð VBE) è åãî äîïîëíåíèåì, ñîçäàâàåìûì íà ýìèòòåðå è êîëëåêòîðå Q12, ñîîòâåòñòâåííî. Q11 ñíèæàåò âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå êîëëåêòîðà òðàíçèñòîðà Q12. Q10 óðàâíîâåøèâàåò Q11, âíîñÿ ñîîòâåòñòâóþùåå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ VBE íà ïåðåõîäå áàçà-ýìèòòåð. Ñëåäîâàòåëüíî, íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå R17 ðàâíî íàïðÿæåíèþ íà ðåçèñòîðå R16. Ïîñêîëüêó Q6 è Q7 ðàáîòàþò êàê êîìïëåìåíòàðíûå êëþ÷è, óïðàâëÿåìûå êëþ÷åâûì òðàíçèñòîðîì Q5, îíè ââîäÿòñÿ â íàñûùåíèå è íà÷èíàþò çàáèðàòü áàçîâûå òîêè èç ýìèòòåðîâ ñîîòâåòñòâóþùèõ òðàíçèñòîðîâ Q10 èëè Q11. Îäíàêî ýòè áàçîâûå òîêè äîâîëüíî ìàëû ïî ñðàâíåíèþ ñ òîêîì, èäóùèì ÷åðåç R, è îäèíàêîâû äëÿ êàæäîé èç ñòîðîí. Òàêèì îáðàçîì ñîõðàíÿåòñÿ ñèììåòðèÿ òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ. Â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî âûõîäíîé ñèãíàë ãåíåðàòîðà áåðåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ñ êîíäåíñàòîðà C, âïîñëåäñòâèè îí äîëæåí áûòü áóôåðèçîâàí óñèëèòåëåì ñ âûñîêîîìíûì âõîäîì. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíû îñöèëëîãðàììû ñèãíàëîâ, îáîçíà÷åííûõ íà ñõåìå â ñîîòâåòñòâèè ñ öâåòàìè è íîìåðàìè èíäèêàòîðîâ êàíàëîâ CHn. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ïîñòîÿííûå ñîñòàâëÿþùèå ñèãíàëîâ âñåõ êàíàëîâ, êðîìå êàíàëà 1, íå ïîêàçàíû. ×àñòîòà êîëåáàíèé ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà ïóòåì âû÷èñëåíèÿ âðåìåíè çàðÿäêè êîíäåíñàòîðà C èñòî÷íèêàìè òîêà â ïðåäåëàõ ìåæäó âåðõíèì è íèæíèì ïîðîãàìè VTH è VTL;

Ðèñóíîê 2. Îñöèëëîãðàììû ñèãíàëîâ â òî÷êàõ, ïîêàçàííûõ íà ñõåìå.

óäâîåíèå ýòîãî ÷èñëà äàåò ïåðèîä êîëåáàíèé. Ïîëó÷åííàÿ òàêèì îáðàçîì ÷àñòîòà F ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíîé ôóíêöèåé VF è îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:

VF - 3 VBE . 2( VTH - VTL ) RC

Ïðè íîìèíàëàõ êîìïîíåíòîâ, ïîêàçàííûõ íà ñõåìå, VTH = 9 Â, VTL = 3 Â è VBE = 0.68 Â:

VF - 2.01 . 2 × 6.0 × 1´ 10 -3 × 0.025 ´ 10 -6

Èçìåðåíèå ïîêàçàëî, ÷òî ïðè íàïðÿæåíèè VF, ðàâíîì 2.36 Â, ÷àñòîòà F = 1066.67 Ãö. Ýòî äîñòàòî÷íî õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñî çíà÷åíèåì 1004.96 Ãö, ïîêàçàííûì íà îñöèëëîãðàììå. Âõîäíîå íàïðÿæåíèå, íåîáõîäèìîå äëÿ ïîëó÷åíèÿ çàäàííîé ÷àñòîòû, îïðåäåëÿåòñÿ êàê:

VF = 2F( VTH - VTL ) RC + 3 VBE . Â êîíêðåòíîì ñëó÷àå çäåñü:

VF = 2 × F × 6.0 × 1´ 10 -3 × 0.025 ´ 10 -6 + 2.01. Êðóòèçíà óïðàâëåíèÿ ÷àñòîòîé ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 3 êÃö/Â èëè 3 Ãö/ìÂ, ÷òî ãîâîðèò î íåïëîõîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ãåíåðàòîðà ê âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ. Äëÿ ÷àñòîòû 2 êÃö ðàñ÷åò äàåò VF = 2.64 Â, à äëÿ 4 êÃö VF = 3.24 Â. Èçìåðåíèÿ íà ýòèõ ÷àñòîòàõ ïîêàçàëè çíà÷åíèÿ 2.71 Â è 3.46 Â, ñîîòâåòñòâåííî, ÷òî âïîëíå ñîãëàñóåòñÿ ñ ðàñ÷åòíûìè çíà÷åíèÿìè, îñîáåííî ñ ó÷åòîì ÷óâñòâèòåëüíîñòè. Õîðîøàÿ ñèììåòðèÿ òðåóãîëüíèêà ñîõðàíÿåòñÿ ïðèìåðíî îò 600 Ãö äî çíà÷åíèé ÷óòü âûøå 6 êÃö. Êîëåáàíèÿ ïðåêðàòÿòñÿ, êîãäà íàïðÿæåíèå íà ýìèòòåðå Q8 ñòàíåò áîëüøå íàïðÿæåíèÿ íèæíåãî ïîðîãà VTL. Â äàííîì ñëó÷àå ýòî ïîðÿäêà 3 Â èëè âõîäíîå íàïðÿæåíèå VF îêîëî 5 Â. Íèæíèé óðîâåíü VF äîëæåí áûòü ÷óòü áîëüøå 2 Â äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðåâûñèòü ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà òðåõ ïåðåõîäàõ áàçàýìèòòåð. Ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû, ïîêàçàííûå â êàíàëå 2 îñöèëëîãðàììû íà Ðèñóíêå 2, èçìåðåíû íà áàçå òðàíçèñòîðà Q3, òî åñòü íà ïîðîãîâîì âõîäå äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî âðåìÿ ñïàäà çíà÷èòåëüíî ìåíüøå âðåìåíè íàðàñòàíèÿ. Ýòî ñâÿ-

çàíî ñ òåì, ÷òî ïåòëÿ ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, êîòîðàÿ ðàáîòàåò ïðè íàðàñòàíèè èìïóëüñà, ñòàíîâèòñÿ íåýôôåêòèâíîé ïðè ñïàäå, ïîýòîìó Q4 è Q5 âûêëþ÷àþòñÿ ìåäëåííåå, ÷åì âêëþ÷àþòñÿ. Íî íà ôîðìó òðåóãîëüíîãî èìïóëüñà ýòî îêàçûâàåò ëèøü ìèíèìàëüíîå âëèÿíèå, ïîñêîëüêó ïîðîã âêëþ÷åíèÿ Q7 äîâîëüíî íèçêèé, ÷òî ãàðàíòèðóåò ñâîåâðåìåííîå èçìåíåíèå íàêëîíà èìïóëüñà. Îñöèëëîãðàììû, ïîêàçàííûå íà Ðèñóíêàõ 3 è 4, îòîáðàæàþò ýòî íåñîîòâåòñòâèå. Íà Ðèñóíêå 3 âðåìÿ ñïàäà ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 88 íñ, òîãäà êàê âðåìÿ íàðàñòàíèÿ íà Ðèñóíêå 4 ðàâíî 760 íñ. Îäíàêî îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî â êàíàëàõ 3 è 4 íà ýòèõ îñöèëëîãðàììàõ ïîêàçàíû âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà íà ýìèòòåðíûõ ðåçèñòîðàõ èñòî÷íèêîâ òîêà (Q8 è Q9), êîòîðûå îñòàþòñÿ íèçêèìè, íå âûõîäÿ èç äèàïàçîíà 75 íñ. Íî ïðè ýòîì ñóùåñòâóåò çàäåðæêà ïåðåêëþ÷åíèÿ, ðàâíàÿ ïðèìåðíî 600 íñ â îäíîì ñëó÷àå è ïðèìåðíî 1.6 ìêñ â äðóãîì. Âñå ðåçèñòîðû èìåþò äîïóñêè 1% è ñòàíäàðòíûå íîìèíàëû, è ïîýòîìó ìîãóò áûòü ïðèîáðåòåíû ëåãêî è íåäîðîãî. Èñïîëüçîâàííûå òðàíçèñòîðû íå ïîäáèðàëèñü â ïàðû è íå ñîãëàñîâûâàëèñü êàêèì-ëèáî èíûì îáðàçîì.

Ðèñóíîê 3. Âðåìÿ ñïàäà.

Ðèñóíîê 4. Âðåìÿ íàðàñòàíèÿ.

ÑÕÅÌÛ

Åñòü íåñêîëüêî âàðèàíòîâ èçìåíåíèÿ ñõåìû, êîòîðûå ìîãóò áûòü èíòåðåñíû äëÿ èçó÷åíèÿ. Ðàñøèðèòü ÷àñòîòíûé äèàïàçîí ìîæíî ñóæåíèåì ðàçíîñòè ìåæäó óðîâíÿìè âåðõíåãî è íèæíåãî ïîðîãîâ. Ðàçóìååòñÿ, òîãäà ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ äîïîëíèòåëüíîå óñèëåíèå. Êðîìå òîãî, ìîæíî áûëî áû äîáàâèòü óïðàâëåíèå êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ. Äîñòîéíûì âíèìàíèÿ òàêæå ìîæåò áûòü ïîèñê çíà÷åíèé R è C, êîòîðûå îïòèìèçèðóþò ïîòðåáëÿåìóþ ìîùíîñòü, ÷àñòîòíûé äèàïàçîí èëè ðàçðåøåíèå. Âûáðàííûå çäåñü íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ íåñêîëüêî ïðîèçâîëüíû, íî íå êðèòè÷íû; íàïðèìåð, ó ìåíÿ çàêîí÷èëèñü ðåçèñòîðû 10 êÎì, ïîýòîìó âìåñòî íèõ ÿ èñïîëüçîâàë 9.1 êÎì.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Èíòåðåñíîé çàäà÷åé ìîãëà áû áûòü ðàçðàáîòêà áîëåå ñèììåòðè÷íîé ñõåìû. Ýòî ìîæåò, íàïðèìåð, îáåñïå÷èòü ïîääåðæàíèå ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ïðè ïåðåñå÷åíèè êàê âåðõíåãî, òàê è íèæíåãî ïîðîãà, ÷òî ïîçâîëèëî áû ðåøèòü ïðîáëåìó âðåìåíè íàðàñòàíèÿ/ñïàäà è, âîçìîæíî, ðàñøèðèòü ÷àñòîòíûé äèàïàçîí. ÐË

Ññûëêè 1. Dufresne, Daniel, Scheme yields frequency-locked triangle waves, February 2, 1998 2. Chkalov, Valery G., EDN Access – 12.8.94 Summer linearizes ramp and triangle generator, December 8, 1994 3. Arturo Rivera. RC-öåïü ãåíåðèðóåò òðåóãîëüíûå èìïóëüñû

Òåðìîñòàáèëüíûé 20-âàòòíûé óñèëèòåëü êëàññà AB Jordan Dimitrov EDN

Óñèëèòåëè êëàññà AB áûëè ðàáî÷èìè ëîøàäêàìè â ìèðå àóäèî áëàãîäàðÿ ñâîåé ïðîñòîòå è ñïîñîáíîñòè îáåñïå÷èâàòü âûñîêèå óðîâíè ìîùíîñòè ïðè íèçêîì óðîâíå èñêàæåíèé. Íî åñòü òàêæå ðÿä ïîäâîäíûõ êàìíåé, ñêðûòûõ â àðõèòåêòóðå AB, â îñíîâíîì â âèäå íåñòàáèëüíîñòè ñìåùåíèÿ è äðóãèõ ïðîáëåì, ñâÿçàííûõ ñ òåìïåðàòóðîé. ß ðàçðàáîòàë ýòó ñõåìó, ÷òîáû óñòðàíèòü íåêîòîðûå íåïðèÿòíûå íåäîñòàòêè, ñ êîòîðûìè ÿ ñòîëêíóëñÿ â

êîíñòðóêöèÿõ óñèëèòåëåé ìîùíîñòè êëàññà AB, ñîõðàíèâ ïðè ýòîì âñå äîñòîèíñòâà, êîòîðûå îäèíàêîâî öåíÿòñÿ êàê èíæåíåðàìè, òàê è àóäèîôèëàìè. Ñòàíäàðòíàÿ òîïîëîãèÿ óñèëèòåëÿ ìîùíîñòè êëàññà AB ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1à. Ïðè îòñóòñòâèè âõîäíîãî ñèãíàëà ÷åðåç òðàíçèñòîðû ïðîòåêàåò îòíîñèòåëüíî íåáîëüøîé òîê, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü èõ â óñèëèòåëüíîì ðåæèìå. Ýòîò òîê ñìåùåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïàäåíè-

VCC

VCC R1

+ A1

Q1 D1

RCS1 VOUT

VIN D2

RCS2

– RCS1 VOUT

VIN R3

RCS2

– A2

+ R4 VEE

(à)

VEE

(á)

Ðèñóíîê 1. Òîïîëîãèè óñèëèòåëÿ ìîùíîñòè ñ äèîäíûì ñìåùåíèåì (à) è ñìåùåíèåì, ïîääåðæèâàåìûì îïåðàöèîííûìè óñèëèòåëÿìè (á).

ÑÕÅÌÛ

+20V R1 200k 1% 3 R2 68 1%

R7 100

A1 = OPA2991

8 1

A1A

–

D1 1N4148

R6 22 R5 1k

Q1 KSD1616

Q2 KSB1366 +

C1 100 µF 25 V

R8 0.1 W 1W 1% VOUT

VIN R3 68 1%

6 5

– A1B

D2 1N4148 7

R4 200k 1%

R9 1k

Q3 PN4250

R10 22 R11 100

R12 0.1 W 1W 1% Q4 + KSD2012

RL 8W 20 W

C2 100 µF 25 V

–20V

Ðèñóíîê 2. Ýòà ñõåìà ñ óâåëè÷åííûì âûõîäíûì òîêîì îáåñïå÷èâàåò ìîùíîñòü äî 20 Âò è äåìîíñòðèðóåò ÷åòêî îïðåäåëåííûé, íå çàâèñÿùèé îò òåìïåðàòóðû òîê ïîêîÿ.

ÿìè íàïðÿæåíèé íà äèîäàõ D1, D2, ïåðåõîäàõ áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðîâ Q1, Q2 è òîêîèçìåðèòåëüíûõ ðåçèñòîðàõ RCS1, RCS2. Ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ÷åòûðåõ p-n ïåðåõîäàõ íåîäèíàêîâû, è âñå îíè çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû. Ïîýòîìó îïðåäåëèòü íóæíîå çíà÷åíèå òîêà ñìåùåíèÿ äîâîëüíî ñëîæíî, è ÷àñòî òðåáóåòñÿ åãî ðåãóëèðîâêà. ×òîáû ñâåñòè ê ìèíèìóìó ýòè òåìïåðàòóðíûå ýôôåêòû, äèîäû è òðàíçèñòîðû óñèëèòåëÿ äîëæíû íàõîäèòüñÿ â òåñíîì òåïëîâîì êîíòàêòå, ÷òîáû îáåñïå÷èâàòü íîðìàëüíîå ñìåùåíèå ïðè ðàçëè÷íîé âûõîäíîé ìîùíîñòè. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1á ðåøàåò ïðîáëåìû ñìåùåíèÿ. Ïîñêîëüêó â êîíòóðå, îáðàçîâàííîì R2, A1, RCS1, RCS2, A2 è R3, òåìïåðàòóðíîçàâèñèìûõ êîìïîíåíòîâ íåò, òîê ñìåùåíèÿ ìîæåò áûòü òî÷íî ðàññ÷èòàí, è íå áóäåò çàâèñåòü îò òåìïåðàòóðû. Â ñõåìå, ïðèâåäåííîé â [1], òàêàÿ òîïîëîãèÿ èñïîëüçîâàëàñü äëÿ ñîçäàíèÿ 2-âàòòíîãî àóäèîóñèëèòåëÿ ñ õîðîøèìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Ïðåäëàãàåìàÿ çäåñü ñõåìà (ñì. Ðèñóíîê 2) ðàñøèðÿåò ïðåäåëû ìîùíîñòè ïðåäûäóùåé êîíñòðóêöèè. Îñíîâíûì ýëåìåíòîì ñõåìû ÿâëÿåòñÿ îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü OPA2991 ñ rail-to-rail âõîäàìè è âûõîäîì, ñïîñîáíûé ðàáîòàòü îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ±20 Â. Èñïîëüçóÿ òîêîèçìåðèòåëüíûå ðåçèñòîðû íåáîëüøîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è äâå ïàðû êîìïëåìåíòàðíûõ òðàí-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

çèñòîðîâ äëÿ óâåëè÷åíèÿ âûõîäíîãî òîêà, ñõåìà ìîæåò âûäàâàòü äî 20 Âò íà íàãðóçêå 8 Îì ïðè óìåðåííîì òîêå ïîêîÿ, ìàëûõ èñêàæåíèÿõ è øèðîêîé ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ. Â îòëè÷èå îò òðàäèöèîííûõ êîíñòðóêöèé êëàññà

Ðèñóíîê 3. Ñèãíàëû VIN è VOUT ïðè ìàêñèìàëüíîé âûõîäíîé ìîùíîñòè íà ÷àñòîòå 1 êÃö. Íà âåðõíåì ãðàôèêå ïîêàçàí ñïåêòð VIN, íà íèæíåì – ñïåêòð VOUT.

AB, åãî òîê ñìåùåíèÿ íå çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû è íå òðåáóåò ðåãóëèðîâêè. Äèîäû D1 è D2 âêëþ÷åíû, êîãäà òðàíçèñòîðû íå ïðîâîäÿò òîê, ïîýòîìó îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè âñåãäà íàõîäÿòñÿ â àêòèâíîì ðåæèìå. Õàðàêòåðèñòèêè óñèëèòåëÿ ïîä÷åðêèâàþò ïðåèìóùåñòâà åãî óñîâåðøåíñòâîâàííîé àðõèòåêòóðû: ! Âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ðàâíî 100 êÎì è íå çàâèñèò îò ÷àñòîòû. ! Ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè, ðàâíîì íóëþ, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 10 ìêÂ, è ñõåìà ïîòðåáëÿåò îò èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ 60 ìÀ. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíû ôîðìû ñèãíàëîâ VIN (îðàíæåâàÿ êðèâàÿ), VOUT (çåëåíàÿ êðèâàÿ) è èõ ñïåêòðû ïðè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè íà ÷àñòîòå 1 êÃö. Äðóãèå âàæíûå âûâîäû: ! Êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è ñîñòàâëÿåò 0.99. ! Ìîùíîñòü, îòäàâàåìàÿ â íàãðóçêó, äîñòèãàåò 20.4 Âò. ! Îò êàæäîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ñõåìà ïîòðåáëÿåò òîêè ïî 700 ìÀ. ! Êàæäûé èç òðàíçèñòîðîâ Q2 è Q4 ðàññåèâàåò ìîùíîñòü ïîðÿäêà 4 Âò, ÷òî òðåáóåò èõ óñòàíîâêè íà ñîîòâåòñòâóþùèå ðàäèàòîðû. Ìîäåëèðîâàíèå ïîêàçûâàåò, ÷òî ñõåìà èìååò çíà÷èòåëüíóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ è íèçêèå èñêàæåíèÿ. Íà ÷àñòîòå 1 êÃö óðîâåíü øóìà ïðèìåðíî íà 80 äÁ íèæå îñíîâíîãî ïèêà. Äâà ñïåêòðà ïðàêòè÷åñêè èäåíòè÷íû, ÷òî îçíà÷àåò, ÷òî ñõåìà íå âíîñèò èñêàæåíèé. Ñîãëàñíî ðåçóëüòàòàì ìîäåëèðîâàíèÿ, îáùèå ãàðìîíè÷åñêèå èñêàæåíèÿ (THD) ðàâíû 0.021%. Ðèñóíîê 4 èëëþñòðèðóåò âûøåñêàçàííîå äëÿ ÷àñòîòû 50 êÃö. Íà ÷àñòîòå 50 êÃö óðîâåíü øóìà ïðèìåðíî íà 60 äÁ íèæå îñíîâíîãî ïèêà. Øóìîâûå ñîñòàâëÿþùèå äâóõ ñïåêòðîâ ïðàêòè÷åñêè

Ðèñóíîê 4. Ñèãíàëû VIN, VOUT è èõ ñïåêòðû íà ÷àñòîòå 50 êÃö.

èäåíòè÷íû. Âáëèçè îñíîâíîãî ïèêà (â ëåâîé êîëîíêå ïðÿìîóãîëüíèêîâ íà ãðàôèêàõ) âûõîäíîé ñïåêòð íåìíîãî âûøå âõîäíîãî; ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ñõåìà âíîñèò çäåñü íåêîòîðûå èñêàæåíèÿ. Ìîäåëèðîâàíèå ïîêàçûâàåò, ÷òî THD = 0.216%. ÐË

Ññûëêà 1. Charles Wenzel. Âûñîêîêà÷åñòâåííûé àóäèî óñèëèòåëü

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments OPA2991 2. Datasheet Fairchild KSB1366 3. Datasheet MCC KSD1616 4. Datasheet Fairchild KSD2012 5. Datasheet Central Semiconductor PN4250A

ÑÕÅÌÛ

Çàùèòà îò íåèñïðàâíîñòè ñ ïîìîùüþ ñëåäÿùåãî îãðàíè÷åíèÿ òîêà Martin Galinski EDN

Ìîíîëèòíûå ëèíåéíûå ðåãóëÿòîðû ìîæÌ íî èñïîëüçîâàòü â áîëüøèíñòâå ïðèëîæåíèé ïðè òîêàõ íèæå 5 À. Äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ïîâðåæäåíèé â àâàðèéíûõ ñèòóàöèÿõ áîëüøèíñòâî ïðîèçâîäèòåëåé ýòèõ óñòðîéñòâ èíòåãðèðóþò â íèõ öåïè îãðàíè÷åíèÿ òîêà è îòêëþ÷åíèÿ ïðè ïåðåãðåâå. Äëÿ òîêîâ áîëåå 5 À â áîëüøèíñòâå ëèíåéíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ èñïîëüçóþòñÿ êîíòðîëëåðû, ïîçâîëÿþùèå ïîëüçîâàòåëþ âûáèðàòü âíåøíèé ïðîõîäíîé ýëåìåíò, ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçëè÷íûì òðåáîâàíèÿì ïî òîêó. Õîòÿ ýòè ëèíåéíûå êîíòðîëëåðû ìîãóò ïîääåðæèâàòü îãðàíè÷å-

íèå òîêà, òåïëîâîå îòêëþ÷åíèå â íèõ, êàê ïðàâèëî, íå ïðåäóñìîòðåíî. Ýòî îãðàíè÷åíèå òðåáóåò, ÷òîáû êîíñòðóêöèÿ âûäåðæèâàëà ìàêñèìàëüíóþ ðàññåèâàåìóþ ìîùíîñòü è ïîääåðæèâàëà ïðèåìëåìóþ òåìïåðàòóðó ïåðåõîäà ïðîõîäíîãî ýëåìåíòà. Ê ïðèìåðó, ïðåäñòàâèì, ÷òî èñïîëüçóåòñÿ ëèíåéíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ 1.8 Â/8 À, ðàáîòàþùèé îò øèíû 2.5 Â. Ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ ïðîõîäíûì ýëåìåíòîì, ðàâíà

( VIN - VOUT ) ´ IOUT = = (2.5 Â - 1.8 Â) ´ 8 À = 5.6 Âò.

Q1 SUB15POI-02

R1 10 mW

VIN

IC3 LM40411.2

R2 90.9

R5 3k

1 5

C2 0.1 µF

VIC3

R3 1k

R4 1k

R6 330k

IC2 MIC7221

GATE

VOUT

ADJ IC1 MIC5159

6 IOUT C4 100 µF

GND

– 5

C3 0.1 µF

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà îáåñïå÷èâàåò ïðîãðåññèðóþùåå îãðàíè÷åíèå òîêà, ñíèæàÿ òðåáîâàíèÿ ê ìîùíîñòè, ðàññåèâàåìîé ïðîõîäíûì ýëåìåíòîì.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Â çàäàííîì òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå ïðîõîäíîé ýëåìåíò äîëæåí áûòü ñïîñîáåí ðàññåèâàòü ýòî êîëè÷åñòâî ýíåðãèè è èìåòü ïðè ýòîì òåìïåðàòóðó ïåðåõîäà íèæå ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîé äëÿ äàííîãî óñòðîéñòâà. Äëÿ ðåàëèçàöèè òàêîãî ïîäõîäà, âîçìîæíî, ïîòðåáóåòñÿ îò òðåõ äî ÷åòûðåõ MOSFET â êîðïóñàõ ãàáàðèòà D-Pack. Ñåðüåçíàÿ ïðîáëåìà âîçíèêàåò, êîãäà áîëüøàÿ ìîùíîñòü ðàññåèâàåòñÿ ïðè äëèòåëüíîì êîðîòêîì çàìûêàíèè. Òîãäà ïðîõîäíîé ýëåìåíò äîëæåí îáåñïå÷èâàòü ðàññåèâàíèå ìîùíîñòè 20 Âò. Â ýòîì ñëó÷àå äëÿ ïîääåðæàíèÿ ïðèåìëåìîé òåìïåðàòóðû ïåðåõîäà ïðèøëîñü áû âêëþ÷èòü ïàðàëëåëüíî 10 MOSFET â êîðïóñàõ D-Pack. Ýòî çíà÷èò, ÷òî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ óñòîé÷èâîñòè óñòðîéñòâà ê âîçìîæíûì íåèñïðàâíîñòÿì ïîòðåáóåòñÿ ïåðåïðîåêòèðîâàíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, êîòîðîå ïîâëå÷åò çà ñîáîé óâåëè÷åíèå ñòîèìîñòè è ðàçìåðîâ ïå÷àòíîé ïëàòû. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ðåøàåò ïðîáëåìó ìîùíîñòè, ðàññåèâàåìîé îãðàíè÷èòåëåì òîêà. Â ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ îòäåëüíûé êîíòóð óïðàâëåíèÿ, âûïîëíÿþùèé ñëåäÿùåå îãðàíè÷åíèå òîêîâ âî âðåìÿ íåèñïðàâíîñòè, è íå ñîçäàþùèé ïðîáëåì äëÿ ëèíåéíîãî îãðàíè÷åíèÿ òîêà. Ïðè ëèíåéíîì îãðàíè÷åíèè ìîãóò âîçíèêàòü ïðîáëåìû ñ îòêëþ÷åíèåì îãðàíè÷èòåëÿ òîêà âî âðåìÿ çàïóñêà ñõåìû è ñ âîçâðàùåíèåì ê ðåæèìó ïîëíîé íàãðóçêè ïîñëå èñ÷åçíîâåíèÿ íåèñïðàâíîñòè. Ýòè ïðîáëåìû, êàê ïðàâèëî, ïðèâîäÿò ê áëîêèðîâêå ðåãóëÿòîðà â ñîñòîÿíèè îãðàíè÷åíèÿ òîêà. Ìèê-

VOUT

Âûõîäíîé òîê

Âûâîä IS

Ðèñóíîê 2. Öèêëè÷åñêîå èçìåíåíèå òîêà â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 â ñëó÷àå íåèñïðàâíîñòè.

ðîñõåìà IC3, ïîäêëþ÷åííàÿ ê âåðõíåé øèíå ïèòàíèÿ, ôîðìèðóåò îïîðíîå íàïðÿæåíèå, ìåíüøåå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, êîòîðîå ïîäàåòñÿ íà èíâåðòèðóþùèé âõîä êîìïàðàòîðà IC2. Êîìïàðàòîð ñðàâíèâàåò ýòî îïîðíîå íàïðÿæåíèå ñ ïîòåíöèàëîì âûâîäà ðåçèñòîðà R1, ïîäêëþ÷åííîãî ê MOSFET. Êîãäà òîê ïðåâûøàåò ïîðîã îãðàíè÷åíèÿ, íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC2 ñòàíîâèòñÿ âûøå, ÷åì íà íåèíâåðòèðóþùåì. Â ýòîì ñîñòîÿíèè íà âûõîäå êîìïàðàòîðà óñòàíàâëèâàåòñÿ íèçêèé óðîâåíü, ïðèòÿãèâàþùèé òîêîèçìåðèòåëüíûé âõîä IS ìèêðîñõåìû IC1 ê «çåìëå». Ïîðîã îãðàíè÷åíèÿ òîêà LIM ìîæíî ðàññ÷èòàòü ïî ñëåäóþùåé ôîðìóëå:

æ R2 ö ÷ VIN - çç VIC3 ´ R 2 + R 3 ÷ø è LIM = , R1 90.9 æ ö 2.5 - ç1.225 ´ ÷ 90.9 + 1000 ø è LIM = , 10 ìÎì LIM = 10.207 À . Êîãäà íàïðÿæåíèå íà òîêîèçìåðèòåëüíîì âûâîäå ñòàíîâèòñÿ íà 50 ìÂ íèæå âõîäíîãî, âûõîä ðåãóëÿòîðà îòêëþ÷àåòñÿ. Ýòî ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ òîêà äî íóëÿ è ïîÿâëåíèþ âûñîêîãî óðîâíÿ íà âûõîäå êîìïàðàòîðà. Êîìïàðàòîð èìååò âûõîä ñ îòêðûòûì êîëëåêòîðîì, ïîýòîìó íàïðÿæåíèå íà âûâîäå IS íàðàñòàåò ñî ñêîðîñòüþ, îïðåäåëÿåìîé ïîñòîÿííîé âðåìåíè R6C3. Âûõîä ðåãóëÿòîðà îñòàåòñÿ îòêëþ÷åííûì, íå ïîòðåáëÿÿ òîêà, äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèå íà âõîäå IS íå äîñòèãíåò óðîâíÿ, íà 50 ìÂ ìåíüøåãî, ÷åì VIN. Â ýòîò ìîìåíò âûõîä âêëþ÷àåòñÿ âíîâü. R5 è C2 îáåñïå÷èâàþò çàäåðæêó ïåðåä ïîâòîðíûì âêëþ÷åíèåì îãðàíè÷åíèÿ òîêà. Ýòà çàäåðæêà ïðåäîòâðàùàåò ïðåæäåâðåìåííîå ñðàáàòûâàíèå îãðàíè÷èòåëÿ îò òîêà, çàðÿæàþùåãî âûõîäíûå êîíäåíñàòîðû. Ýòî òàêæå äàåò ñõåìå âðåìÿ äëÿ ñòàáèëèçàöèè è îïðåäåëåíèÿ òîãî, ìîæåò ëè îíà îáåñïå÷èòü íàãðóçêó íåîáõîäèìûì âûõîäíûì òîêîì. Åñëè íàãðóçêà âñå åùå îñòàåòñÿ ñëèøêîì áîëüøîé, îãðàíè÷èòåëü ñðàáàòûâàåò ñíîâà. Íà Ðèñóíêå 2 ïðåäñòàâëåíû îñöèëëîãðàììû, èëëþñòðèðóþùèå ðàáîòó ñõåìû. Õîòÿ ýòî

ÑÕÅÌÛ

öèêëè÷åñêîå èçìåíåíèå òîêà ïåðèîäè÷åñêè óâåëè÷èâàåò åãî äî ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ IPK, âî âðåìåíè îí èíòåãðèðóåòñÿ â áîëåå íèçêèé ñðåäíèé òîê. Ñðåäíèé òîê IAVG ìîæíî ðàññ÷èòàòü êàê ïðîèçâåäåíèå ïèêîâîãî òîêà IPK íà îòíîøåíèå âðåìåíè âêëþ÷åííîãî (TON) è âûêëþ÷åííîãî (TOFF) ñîñòîÿíèÿ:

IAVG = IPK

TON 2 ìñ = 10.2 À ´ = 1 .2 À . TOFF 17 ìñ

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Òàêîå ñíèæåíèå ñðåäíåãî òîêà ýêâèâàëåíòíî ñíèæåíèþ ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè. Ïðè òîêå 1.2 À ðàññåèâàåìàÿ ìîùíîñòü ñíèæàåòñÿ äî 3 Âò. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microchip LM4041 2. Datasheet Microchip MIC5159 3. Datasheet Microchip MIC7221 4. Datasheet Vishay SUB15P01

Ñõåìà àâòîìàòè÷åñêîãî îòêëþ÷åíèÿ áàòàðåéíîãî ïèòàíèÿ Miguel Gimenez EDN

Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 îáåñïå÷èâàåò ïðîñòîé è íåäîðîãîé ñïîñîá çàùèòû îäíîãî èç ñàìûõ âàæíûõ êîìïîíåíòîâ ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâ – àêêóìóëÿòîðà. Ïåðå÷åíü ïðèëîæåíèé, ãäå ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ ýòà ñõåìà, âêëþ÷àåò âñå ïîðòàòèâíîå îáîðóäîâàíèå, òðåáóþùåå îãðàíè÷åíèÿ âðåìåíè ðàáîòû, íàïðèìåð, êîíòðîëüíî-èçìåðèòåëüíûå ïðèáîðû, ãèòàð-

íûå òþíåðû è ýëåêòðîííûå èãðóøêè. Íàæàòèå íà êíîïêó çàïóñêàåò ïðîöåññ, è ñõåìà ïîäàåò ïèòàíèå íà ñõåìó ïðèëîæåíèÿ. Åñëè â ëþáîé ìîìåíò íàæàòü íà êíîïêó åùå ðàç, ñõåìà îòêëþ÷èòñÿ è áóäåò «ñïàòü» äî ñëåäóþùåãî âêëþ÷åíèÿ. Íà ñëó÷àé, åñëè âû çàáóäåòå âûêëþ÷èòü ñõåìó, â íåé ïðåäóñìîòðåíà ôóíêöèÿ àâòîìàòè÷åñêîãî îòêëþ÷åíèÿ, êîòîQ2 BD140

+ –

R2 2.2k

IC1C CD4023B

11 12 13

RT 1M

1 2 8

IC1A CD4023B 9

R4 100k

CT 330 µF

C2 1 nF

R5 100k

C3 10 nF

8 VCC 2 4 5 6 7

IC1B CD4023B

R1 390k

S1 1

3 4 5

R7 2.2k

IC2 LMC555

R3 22k

VOUT Ê ÏÐÈËÎÆÅÍÈÞ

R9 100k

C6 1 µF

VIN ÁÀÒÀÐÅß 9Â

C4 10 nF

TRIG OUT RESET CONT THRES DISCH

LED

R6 10k

Q1 BC337

ÂÊË

GND 1 ÂÛÊË

ÂÛÊË

ÂÊË/ÂÛÊË ÊÍÎÏÊÀ ÁÅÇ ÔÈÊÑÀÖÈÈ

C1 100 nF

C5 10 nF

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà, ïîçâîëÿþùàÿ ýêîíîìèòü çàðÿä áàòàðåè, óäîáíà äëÿ ïðèëîæåíèé, òðåáóþùèõ îãðàíè÷åííîãî âðåìåíè ðàáîòû.

ÑÕÅÌÛ

ðàÿ ðàçîðâåò öåïü ïèòàíèÿ ÷åðåç ïðîìåæóòîê âðåìåíè, çàäàííûé ïàðàìåòðàìè âðåìÿçàäàþùåé öåïî÷êè. Ìèêðîñõåìà IC1 è ñâÿçàííûå ñ íåé êîìïîíåíòû îáðàçóþò áèñòàáèëüíûé ïåðåêëþ÷àòåëü è, êðîìå òîãî, îáåñïå÷èâàþò çàùèòó îò äðåáåçãà êîíòàêòîâ. IC1C áóôåðèçóåò ñèãíàë ïåðåêëþ÷åíèÿ è èçîëèðóþò çàðÿäíûé òîê öåïî÷êè R1-C1. Ýòîò ñèãíàë ïîñòóïàåò íà ìèêðîñõåìó òàéìåðà IC2, ñêîíôèãóðèðîâàííóþ êàê æäóùèé ìóëüòèâèáðàòîð, îñòàþùèéñÿ àêòèâèðîâàííûì â òå÷åíèå âðåìåíè t = 1.1×RTCT. Ýòî è åñòü èíòåðâàë âðåìåíè, ïî èñòå÷åíèè êîòîðîãî ïðîèñõîäèò àâòîìàòè÷åñêîå îòêëþ÷åíèå ïèòàíèÿ. Â äàííîì ïðèìåðå îí ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî øåñòü ìèíóò. Âûõîä òàéìåðà óïðàâëÿåò èíâåðòîðîì íà òðàíçèñòîðå Q1, êîòîðûé âêëþ÷àåò ïðîõîäíîé òðàíçèñòîð ñðåäíåé ìîùíîñòè Q2. Äëÿ ñíèæåíèÿ ïîòåðü â íàãðóçêå èñïîëüçîâàí p-n-p òðàíçèñòîð. Èñòî÷íèêîì ïîòåðü ÿâëÿåòñÿ òîëüêî íàïðÿæåíèå íàñûùåíèÿ òðàíçèñòîðà, êîòîðîå ïðè òîêå 100 ìÀ ðàâíî ïðèáëèçèòåëüíî 0.2 Â, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ìîùíîñòè 20 ìÂò. Äëÿ ïðèëîæåíèé, òðåáóþùèõ áîëüøåãî òîêà, ìîæíî âûáðàòü áîëåå ïîäõîäÿùèé òðàíçèñòîð. Åñëè íóæíî åùå áîëüøå ñíèçèòü ïîòåðè

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

â ðåæèìå îæèäàíèÿ èëè óìåíüøèòü ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ ìåæäó áàòàðååé è ñõåìîé ïðèëîæåíèÿ, áîëåå ýôôåêòèâíûì ðåøåíèåì ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíèå MOSFET Ïîòåðè â ðåæèìå îæèäàíèÿ ïðåíå-áðåæèìî ìàëû, ïîñêîëüêó ñõåìà ïèòàåòñÿ òîëüêî îò ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ÊÌÎÏ, íàõîäÿùåãîñÿ â âûêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè. Ñâåòîäèîä D1 èíäèöèðóåò ñòàòóñ âêëþ÷åíèÿ/âûêëþ÷åíèÿ ñõåìû. Íà ïèòàíèå ýòîãî ñâåòîäèîäà çàðÿä áàòàðåè íå ðàñõîäóåòñÿ, ïîñêîëüêó ñâåòîäèîä âêëþ÷åí â öåïü èñòî÷íèêà òîêà äðàéâåðà ïðîõîäíîãî òðàíçèñòîðà. Ïåðåõîä óðîâíÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà â íîëü â íà÷àëå òàéì-àóòà îáåñïå÷èâàåò çàïðîãðàììèðîâàííîå îòêëþ÷åíèå ïèòàíèÿ ÷åðåç êîíäåíñàòîð îáðàòíîé ñâÿçè C5, êîòîðîå ïåðåâîäèò áèñòàáèëüíóþ ñõåìó â âûêëþ÷åííîå ñîñòîÿíèå, âûïîëíÿÿ òó æå ôóíêöèþ, êîòîðóþ äîëæíû áûëè, íî, âîçìîæíî, çàáûëè âûïîëíèòü âû ñ ïîìîùüþ êíîïêè âêëþ÷åíèÿ/âûêëþ÷åíèÿ. Ýòà ïðîñòàÿ ñõåìà ïîëåçíà äëÿ òåõ ïðèëîæåíèé, êîòîðûì íå òðåáóåòñÿ ìèêðîêîíòðîëëåð. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4023B 2. Datasheet Texas Instruments LMC555

Òðåõôàçíûé ñèíóñ-ãåíåðàòîð ñ öèôðîâûì óïðàâëåíèåì Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Äàíî îïèñàíèå íèçêî÷àñòîòíîãî ãåíåðàòîðà òðåõôàçíûõ ñèãíàëîâ ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû, ÷àñòîòîé ðàáîòû êîòîðîãî ìîæíî óïðàâëÿòü ñòóïåí÷àòî ïðè ïîìîùè ñäâîåííîãî ðåçèñòèâíîãî 16-ïîçèöèîííîãî öèôðîâîãî ïîòåíöèîìåòðà íà îñíîâå ðåâåðñèâíîãî ñ÷åò÷èêà èìïóëüñîâ.

ÄÄëÿ ãåíåðàöèè ñèãíàëîâ ñèíóñîèäàëüíîé

å÷íûé ïîòåíöèîìåòð R3 ðåãóëèðóþò ïî ìèíèìóìó èñêàæåíèé ñèíóñîèäàëüíîãî ñèãíàëà. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü çàìåíû ìåõàíè÷åñêîãî ñäâîåííîãî ïîòåíöèîìåòðà åãî ýëåêòðîííûì öèôðîâûì àíàëîãîì. Ñäâîåííûé ðåçèñòèâíûé öèôðîâîé ïîòåíöèîìåòð âûïîëíåí ñ èñïîëüçîâàíèåì ìèêðîñõåìû ðåâåðñèâíîãî ñ÷¸ò÷èêà DD1 CD4516BE. Ïðè âêëþ÷åíèè óñòðîéñòâà ñ÷¸ò÷èê óñòàíàâëèâàåòñÿ â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå çà ñ÷¸ò öåïî÷êè C1R4. Íà÷àëüíàÿ ÷àñòîòà ðàáîòû ãåíåðàòîðà ñîñòàâëÿåò 6.8 êÃö. Ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì íàæàòèè íà êíîïêó SB2 «Óñòàíîâêà» è îòæàòîé êíîïêå SB1 «Íàïðàâëåíèå ñ÷åòà» ãåíåðàòîð ñòóïåí÷àòîãî ïîíèæàåò ÷àñòî-

ôîðìû çà÷àñòóþ èñïîëüçóþò ãåíåðàòîðû íà ôàçîñäâèãàþùèé öåïî÷êàõ, ëèáî ñ èñïîëüçîâàíèåì äâîéíîãî Ò-ìîñòà, ëèáî ìîñòà Âèíà – Ðîáèíñîíà. Äëÿ ñîçäàíèÿ ìíîãîôàçíûõ ãåíåðàòîðîâ ñèãíàëîâ ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëüçóþò ãåíåðàòîðû ñ ôàçîñäâèãàþùèìè öåïÿìè. Íà Ðèñóíêå 1 ïðèâåäåíà äîñòàòî÷íî òèïîâàÿ ñõåìà RC-ãåíåðàòîðà òðåõôàçíûõ ñèãíàëîâ ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû ñ ôàçîñäâèãàþùèìè öåïî÷êàìè. Äëÿ òîãî ÷òîáû îáåñïå÷èòü ïåðåñòðîéêó ÷àñòîòû òàêîãî ãåíåðàòîðà ê òî÷êàì X è Y (Ðèñóíîê 1) è îáùåé øèíå ïîäêëþ÷àþò ñäâîåííûé ïîòåíöèîìåòð. ÏîäñòðîR1 R2

56ê VD1 20ê 1N4738

62ê R5

20ê

20ê 9

+10 Â 2 3

– +

4 1

DA1.1 4.7í 11 LM324 Âûõ A

DA1.2 – +

20ê DA1.3 – +

4.7í Âûõ B

Âûõ C Y

Ðèñóíîê 1. Òðåõôàçíûé ãåíåðàòîð ñèíóñîèäàëüíîãî ñèãíàëà.

ÑÕÅÌÛ

+10 Â C1 10í

C2 10í

R1 100ê

DD1 CD4516BE 10 9

SB1

+/– CT2 +U R

1 V 4 1 12 2 13 4 3 8 15 C 5 PO

R4 100ê Íàïðàâë.

1 2 4 8

R2 100ê

16 VD1-VD4 1N4148 6

R5 80ê

R6 40ê

R7 20ê

R8 10ê

P 8 –U

R15

SB2

100ê

Óñòàíîâêà

C3 220í

ê DD1

R3 100ê VD5-VD8 1N4148

ê6 ê 11 ê 14 êX ê2

R13 51ê

R9 80ê R10 40ê R11 20ê R12 10ê êY R14 51ê

Ðèñóíîê 2. Ýëåêòðîííûé ñäâîåííûé ïîòåíöèîìåòð.

òó ãåíåðàöèè âïëîòü äî ÷àñòîòû 1 êÃö. Ïîñëåäóþùèå íàæàòèÿ íà êíîïêó SB2 èçìåíèòü ÷àñòîòó ãåíåðàöèè íå ìîãóò. Äëÿ èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû â îáðàòíóþ ñòîðîíó (â ñòîðîíó ïîâûf, êÃö 7 6 5 4 3 2 1 0

9 10 11 12 13 14 15 Ïîçèöèÿ óñòàíîâêè

Ðèñóíîê 3. Çàâèñèìîñòü ÷àñòîòû ãåíåðàöèè îò ïîçèöèè óñòàíîâêè ýëåêòðîííîãî ïîòåíöèîìåòðà.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

øåíèÿ ÷àñòîòû) íàæèìàþò è óäåðæèâàþò êíîïêó SB1 è îäíîâðåìåííî ïîñëåäîâàòåëüíî íàæèìàþò êíîïêó SB2. Ìîæåò ïîêàçàòüñÿ, ÷òî îäíîâðåìåííîå íàæàòèå êíîïîê SB1 è SB2 íåóäîáíî äëÿ ýêñïëóàòàöèè óñòðîéñòâà, îäíàêî ê ýòîìó ëåãêî ïðèâûêíóòü. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü ÷àñòîòû ãåíåðàöèè òðåõôàçíîãî ñèíóñîèäàëüíîãî ñèãíàëà îò ïîçèöèè óñòàíîâêè. Òðåõôàçíûå ñèãíàëû ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû ñíèìàþò ñ âûõîäîâ A, B è C ýëåìåíòîâ ìèêðîñõåìû DA1.1, DA1.2 è DA1.3; àìïëèòóäà âûõîäíûõ ñèãíàëîâ ñîñòàâëÿåò 250 ìÂ. Êîýôôèöèåíò íåëèíåéíûõ èñêàæåíèé âî âñåì äèàïàçîíå ÷àñòîò ãåíåðàöèè íå ïðåâûøàåò 0.4%. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM324 2. Datasheet Texas Instruments CD4516B

Ñõåìà ïðîãðåññèðóþùåãî îãðàíè÷åíèÿ òîêà ëèíåéíîãî ðåãóëÿòîðà Rafael García-Gil è JM Espí EDN

ÄÄëÿ ìíîãèõ ïðèëîæåíèé, ïîòðåáëÿþùèõ

VIN × IMAX. Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ðåãóëÿòîðà, ñïîñîáíîãî âûäåðæàòü ïåðåãðóçêó, èñïîëüçóþòñÿ êîìïîíåíòû, âûáèðàåìûå ñ áîëüøèì çàïàñîì, à êîíñòðóêöèÿ ÷àñòî îêàçûâàåòñÿ ÷ðåçìåðíî ñëîæíîé, åñëè òîëüêî íå áóäåò ïðåäóñìîòðåíà âîçìîæíîñòü ñíèæåíèÿ èëè ïðîãðåññèðóþùåãî îãðàíè÷åíèÿ âûõîäíîãî òîêà ïðè âîçíèêíîâåíèè íåèñïðàâíîñòè [2]. Â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 äëÿ çàùèòû ïðîõîäíîãî òðàíçèñòîðà ïðîãðåññèðóþùåå îãðàíè÷åíèå òîêà ðåàëèçîâàíî ïóòåì äîáàâëåíèÿ ðåçèñòîðà îáðàòíîé ñâÿçè R4. Â íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ òðàíçèñòîð Q2 çàêðûò, è ðåçèñòîðû R1 è R2 ïîääåðæèâàþò íà çàòâîðå MOSFET Q1 íàïðÿæåíèå, îòêðûâàþùåå òðàíçèñòîð. Ïðè ïåðåãðóçêå âûõîäà Q2 îòêðûâàåòñÿ, óìåíüøàÿ îòêðûâàþùåå íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå Q1, è, òàêèì îáðàçîì, óâåëè÷èâàÿ åãî ñîïðî-

îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ òîê â íåñêîëüêî àìïåð èëè ìåíüøå, óäîáíûì ðåøåíèåì, îáåñïå÷èâàþùèì ïðîñòîòó èñïîëüçîâàíèÿ, íèçêóþ ñòîèìîñòü è ïîëíóþ âñòðîåííóþ çàùèòó îò ïåðåãðóçêè, ÿâëÿþòñÿ òðåõâûâîäíûå ðåãóëèðóåìûå ëèíåéíûå ðåãóëÿòîðû íàïðÿæåíèÿ, òàêèå êàê LM317. Äîáàâëåíèå íåñêîëüêèõ êîìïîíåíòîâ ìîæåò ïîâûñèòü íàäåæíîñòü òðåõâûâîäíîãî ðåãóëÿòîðà çà ñ÷åò ðåàëèçàöèè ôóíêöèè áûñòðîäåéñòâóþùåãî îãðàíè÷èòåëÿ òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Îãðàíè÷èòåëü òîêà çàùèùàåò ðåãóëÿòîð îò ïîâðåæäåíèé, ïîääåðæèâàÿ ìàêñèìàëüíûé âûõîäíîé òîê íà ïîñòîÿííîì óðîâíå IMAX., áåçîïàñíîì äëÿ ðåãóëÿòîðà [1]. Êîãäà âîçíèêàåò íåèñïðàâíîñòü, ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ â ïðîõîäíîì òðàíçèñòîðå, ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíà

D2 VSEN RSC 0.73

30VIN R3A 100 R1 22k

R4 4.3k

R3B 100

Q1 IRF9130

Q2 BC557

C1 1 µF R2 22k

21VOUT

IC1 LM317 R6 240

D1 C2 1 µF

R5 3.9k

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà äîáàâëÿåò ïðîãðåññèðóþùåå îãðàíè÷åíèå òîêà äëÿ çàùèòû ëèíåéíîãî ðåãóëÿòîðà.

ÑÕÅÌÛ

IKNEE =

ISC =

(R3 + R 4 )VSEN R3 - ( VIN - VOUT ) . (1) RSCR 4 RSCR 4

(R 3 + R 4 )VSEN R3 - VIN . R SCR 4 R SCR 4

(2)

Íà ïðàêòèêå ñíà÷àëà âûáèðàþò òîêè IKNEE è ISC è ðàâíûå çíà÷åíèÿ R3A è R3B, à çàòåì èñïîëüçóþò ôîðìóëû (1) è (2) äëÿ ðàñ÷åòà ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ RSC è R4. Äëÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ìàêñèìàëüíûé âûõîäíîé òîê â ðåæèìå îãðàíè÷åíèÿ è òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ çàôèêñèðîâàíû íà óðîâíÿõ 0.7 À è 0.05 À, ñîîòâåòñòâåííî. Ïðè R3A è R3B, ðàâíûõ 100 Îì, ðåøåíèå óðàâíåíèé äàåò 0.73 Îì äëÿ RSC è 4.3 êÎì äëÿ R4.×òîáû ïðîäåìîíñòðèðîâàòü õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû, ìîæíî íàãðóçèòü åå ïåðåìåííûì ðåçèñòîðîì, ñîïðîòèâëåíèå êîòîðîãî ðåãóëèðóåòñÿ îò 0 äî 200 Îì. Êàê

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ÂÛÕÎÄÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ (Â)

òèâëåíèå ñòîê-èñòîê è îãðàíè÷èâàÿ òîê, ïðîòåêàþùèé ÷åðåç ðåãóëÿòîð IC1. Äîáàâëåíèå ðåçèñòîðà R4 äåëàåò òîê ñìåùåíèÿ òðàíçèñòîðà Q2 çàâèñèìûì îò âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VOUT, êîòîðîå óìåíüøàåòñÿ ïðè ïåðåãðóçêå. Äëÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ìàêñèìàëüíûé òîê â ðåæèìå ïðîãðåññèðóþùåãî îãðàíè÷åíèÿ è òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, IKNEE è ISC, ñîîòâåòñòâåííî, ìîæíî ðàññ÷èòàòü ïî ñëåäóþùèì ôîðìóëàì:

24 20 16 12 ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒ ÌÎÄÅËÜ

8 4 0

100

200 300 400 500 600 ÂÛÕÎÄÍÎÉ ÒÎÊ (ìÀ)

700 800

Ðèñóíîê 2. Ñìîäåëèðîâàííûé è èçìåðåííûé îòêëèêè ñõåìû ïðîãðåññèðóþùåãî îãðàíè÷åíèÿ ïðè èçìåíåíèè ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè îò 200 Îì äî 0.01 Îì äåìîíñòðèðóþò õîðîøåå ñîâïàäåíèå.

âèäíî èç Ðèñóíêà 2, ñìîäåëèðîâàííûå è èçìåðåííûå âûõîäíûå âîëüòàìïåðíûå õàðàêòåðèñòèêè (çàâèñèìîñòè VOUT îò IOUT) íàõîäÿòñÿ â õîðîøåì ñîîòâåòñòâèè. ÐË

Ññûëêè 1. Hulseman, Herb, "MOSFET enhances voltage regulator's overcurrent protection," EDN, March 3, 2005, pg 74. 2. Martin Galinski «Çàùèòà îò íåèñïðàâíîñòè ñ ïîìîùüþ ñëåäÿùåãî îãðàíè÷åíèÿ òîêà». ÐàäèîËîöìàí, 2021, 11-12, ñòð. 92.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Intersil IRF9130 2. Datasheet Fairchild LM317

Óñèëèòåëü òî÷íî äåëèò íàïðÿæåíèå íà äâà Glen Brisebois EDN

Â êëàññè÷åñêîé ðåàëèçàöèè ñõåìû äåëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïîïîëàì èñïîëüçóþòñÿ äâà ðåçèñòîðà ñ îäèíàêîâûìè íîìèíàëàìè. Ðåçèñòîðû ñ äîïóñêîì 1% îáåñïå÷èâàþò òî÷íîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äåëèòåëÿ 2%. Äëÿ áîëüøèíñòâà ïðèëîæåíèé òàêàÿ òî÷íîñòü ÿâëÿåòñÿ áîëåå ÷åì äîñòàòî÷íîé, à öåíà ðåøåíèÿ íèçêîé. Îäíàêî, êîãäà íåîáõîäèìà ìàêñèìàëüíàÿ òî÷íîñòü, ýòîò ïîäõîä òðåáóåò ñîîòâåòñòâóþùèõ òî÷íûõ ðåçèñòîðîâ è ìîæåò ñòàòü äîðîãîñòîÿùèì. Äîáàâëåíèå îáðàòíîé ñâÿçè âîêðóã èíñòðóìåíòàëüíîãî óñèëèòåëÿ ñ êîíå÷íûì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ äàåò ñõåìó äåëåíèÿ íà 2 ñ äîïîëíèòåëüíûì ïðåèìóùåñòâîì áóôåðèçîâàííîãî âûõîäà (Ðèñóíîê 1). Ðàáîòà ñõåìû ïðîñòà. Èçìåðèòåëüíûé óñèëèòåëü èìååò åäèíè÷íîå óñèëåíèå, ïîýòîìó íàïðÿæåíèå ìåæäó åãî âõîäàìè ðàâíî íàïðÿæåíèþ ìåæäó VREF è VOUT: VOUT – VREF = VIN(+) – VIN(–).

VIN

VIN(+)

ÈÍÑÒÐÓÌÅÍÒÀËÜÍÛÉ ÓÑÈËÈÒÅËÜ + VOUT

VIN(–)

–

VREF ÎÏÎÐÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ

Ðèñóíîê 1. Ïðîñòàÿ ñõåìà äåëåíèÿ íà 2 íà îñíîâå èíñòðóìåíòàëüíîãî óñèëèòåëÿ.

Íî, ðàññìàòðèâàÿ ñõåìó íà Ðèñóíêå 1, ìîæíî óâèäåòü, ÷òî VOUT = VIN(–) è VREF = 0. Ïîäñòàâëÿÿ ýòî â ïðåäûäóùóþ ôîðìóëó, ïîëó÷àåì VOUT = VIN(+) – VOUT, 2VOUT = VIN(+), èëè VOUT =1/2 VIN(+). Òàêèì îáðàçîì, ìû èìååì ñõåìó äåëåíèÿ íà 2. Îäíà èç èíòåðåñíûõ îñîáåííîñòåé ýòîãî ðåøåíèÿ ñîñòîèò â òîì, ÷òî âõîäíîå è âûõîä5V 8

15V VIN 1 nF

7 + VOUT = VIN/2 1 LT1167 8 – 56 4 3

VIN

10 nF

+IN 3

LTC2053

CS 2

–IN

–15V

(à)

(á)

OUT

VOUT = VIN/2 7

–

REF RG VS– EN 5

VS+

Ðèñóíîê 2. Ïðàêòè÷åñêàÿ ðåàëèçàöèÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1, èñïîëüçóþùàÿ ìèêðîñõåìû LT1167 (à) è LTC2053 (á).

100

ÑÕÅÌÛ

íîå íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ èíñòðóìåíòàëüíîãî óñèëèòåëÿ òàêæå äåëÿòñÿ íà 2. Ìîæíî ñîáðàòü ìàêåò ñõåìû, èñïîëüçóÿ èíñòðóìåíòàëüíûå óñèëèòåëè LT1167 èëè LTC2053 (Ðèñóíîê 2). Õîòÿ â òåñòàõ íåò íåîáõîäèìîñòè, ìîæíî ââåñòè RC-öåïî÷êó â ïåòëþ îáðàòíîé ñâÿçè, ÷òîáû îãðàíè÷èòü øóì è ãàðàíòèðîâàòü ïîâåäåíèå äîìèíèðóþùåãî ïîëþñà. Äëÿ ïðîâåðêè ñìåùåíèÿ ìèêðîñõåìû LT1167 ïîäàéòå 0 Â íà âõîä VIN(+), à íàïðÿæåíèå íà âõîäå VIN(–) ÷åðåäóéòå ìåæäó 0 Â è VOUT. Ýòîò òåñò ïîäòâåðæäàåò, ÷òî îáðàòíàÿ ñâÿçü óìåíüøàåò îáùåå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ âäâîå. Ïðè äåëåíèè 10 Â äî 5 Â ìèêðîñõåìà LT1167 äàåò îøèáêó 100 ìêÂ. Ïðè äåëåíèè 2.5 Â äî 1.25 Â ñ ïîìîùüþ áîëåå òî÷íîé ìèêðîñõåìû LTC2053 îøèáêà óìåíüøàåòñÿ äî ïî÷òè íåèçìåðÿåìîãî çíà÷åíèÿ 2.5 ìêÂ. Èñïîëüçóÿ îõëàæäàþùèé ñïðåé è ôåí, ìîæíî óâåëè÷èòü ýòó îøèáêó äî 15 ìêÂ. Îäíàêî, âîçìîæíî, íå ìåíüøèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò ðåçóëüòàòû, ðàññ÷èòàííûå äëÿ íàèõóäøåãî ñëó÷àÿ. Ðàñ÷åòû äëÿ íàèõóäøåãî ñëó÷àÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò 0 äî 70 °C ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 10 Â è âûõîäíîì íàïðÿæåíèè 5 Â ìàêñèìàëüíàÿ îøèáêà, âíîñèìàÿ ìèêðîñõåìîé LT1167, ñîñòàâëÿåò 1.22 ìÂ. Ýòîìó ÷èñëó ñîîòâåòñòâóåò îáùàÿ òåìïåðàòóðíàÿ îøèáêà 224 ppm. ×òîáû ãàðàíòèðîâàòü òàêóþ òî÷íîñòü, óõîä íîìèíàëà êàæäîãî ðåçèñòîðà â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð íå äîëæåí ïðåâûøàòü 112 ppm. Â ñëó÷àå èñïîëü-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

çîâàíèè ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ ïîòðåáîâàëàñü áû òî÷íîñòü íà÷àëüíîãî ñîãëàñîâàíèÿ èõ ñîïðîòèâëåíèé ïîðÿäêà 50 ppm ïðè òåìïåðàòóðíûõ êîýôôèöèåíòàõ ëó÷øå 1 ppm/°C. Ðàñ÷åòû äëÿ íàèõóäøèõ óñëîâèé ðàáîòû ìèêðîñõåìû LTC2053 ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 2.5 Â è âûõîäíîì íàïðÿæåíèè 1.25 Â äàþò ìàêñèìàëüíóþ îøèáêó 80 ìêÂ â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò 0 äî 70 °C. Ýòîìó ÷èñëó ñîîòâåòñòâóåò îáùàÿ òåìïåðàòóðíàÿ îøèáêà 64 ppm. Ðåçèñòîðû, êîòîðûå ãàðàíòèðîâàëè áû òàêóþ îøèáêó, äîëæíû â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð èìåòü ìàêñèìàëüíîå îòêëîíåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ 32 ppm. Ïîòðåáîâàëîñü áû íà÷àëüíîå ñîãëàñîâàíèå ñîïðîòèâëåíèé ïðèìåðíî 15 ppm (0.0015%) è ñîãëàñîâàíèå òåìïåðàòóðíûõ êîýôôèöèåíòîâ ëó÷øå 0.25 ppm/°C. Â ëþáîì ñëó÷àå ðåçèñòîðû òàêîãî êëàññà áûëè áû ÷ðåçâû÷àéíî äîðîãèìè, åñëè áû âîîáùå áûëè äîñòóïíû. Êðîìå òîãî, óñèëèòåëè îáåñïå÷èâàþò äîïîëíèòåëüíûå ïðåèìóùåñòâà â âèäå âûñîêîãî âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è áóôåðèçîâàííîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Áîëåå òîãî, â ðàñ÷åòàõ îøèáîê ó÷èòûâàëîñü âëèÿíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ, òîêà ñìåùåíèÿ, îøèáêè óñèëåíèÿ è êîýôôèöèåíòà ïîäàâëåíèÿ ñèíôàçíîãî ñèãíàëà, êîòîðûå âñå ðàâíî äîáàâèë áû îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü â ñõåìå ñ ðåçèñòèâíûì äåëèòåëåì. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT1167 2. Datasheet Analog Devices LTC2053

101

RC-ãåíåðàòîðû ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ ñ îäíèì êîíäåíñàòîðîì Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

RC-ãåíåðàòîðû ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ ñ ïëàâíîé ïåðåñòðîéêîé ÷àñòîòû, îïèñàíèå êîòîðûõ ïðèâîäÿòñÿ â ñòàòüå, ðàäèêàëüíî è âûãîäíî îòëè÷àþòñÿ îò ðàíåå èçâåñòíûõ ãåíåðàòîðîâ ïîäîáíîãî íàçíà÷åíèÿ íàëè÷èåì âñåãî îäíîãî ÷àñòîòîçàäàþùåãî êîíäåíñàòîðà.

RC RC -ãåíåðàòîðû

ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ áûëè è îñòàþòñÿ îäíèìè èç ñàìûõ âîñòðåáîâàííûõ óñòðîéñòâ â ðàäèîýëåêòðîíèêå. Íåñìîòðÿ íà ñâîþ ìíîãîäåñÿòèëåòíþþ èñòîðèþ, ñõåìîòåõíèêà òàêèõ ãåíåðàòîðîâ íå ïðåòåðïåëà ñóùåñòâåííûõ èçìåíåíèé. Â ÷àñòíîñòè, ëþáîé òàêîé ãåíåðàòîð òðåáóåò äëÿ ñâîåãî ïîñòðîåíèÿ êàê ìèíèìóì äâóõ ÷àñòîòîçàäàþùèõ êîíäåíñàòîðîâ.

DA1 TL064IN DA1.1 1

R1 10ê

11 R1 3ê

C1 13í

–

UÂÛÕ

100

8 êÃö R4 10ê

DA1.2 –

C1 10í

Ðèñóíîê 1. Ãåíåðàòîð ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ íà ìèêðîñõåìå LM324N.

102

–

UÂÛÕ

20…31 êÃö

DA1.2 – +

R3 13ê

7 R4 20ê

Ðèñóíîê 2. Ãåíåðàòîð ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ íà ìèêðîñõåìå TL064IN.

–12 Â

–10 Â

+12 Â 4

6 DA1 LM324N DA1.1 1

+10 Â

Íà Ðèñóíêàõ 1–3 ïðèâåäåíû ñõåìû íåñëîæíûõ RC-ãåíåðàòîðîâ ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ, âûïîëíåííûõ íà ïàðå îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé è ñîäåðæàùèõ êðîìå íåñêîëüêèõ ðåçèñòîðîâ âñåãî îäèí ÷àñòîòîçàäàþùèé êîíäåíñàòîð. RC-ãåíåðàòîð, Ðèñóíîê 1, ñîäåðæèò äâà îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿ DA1.1 è DA1.2 ìèêðîñõåìû LM324N. Ãåíåðàòîð ðàáîòàåò íà

ÑÕÅÌÛ

+5 Â

DA1 TL064IN DA1.1 1 R1 10ê

+ –

3 R2

R3 10ê

–5 Â R4.1 20ê 6 C1 10í

DA1.2 – +

R4.2 20ê UÂÛÕ 24…41 êÃö

Ðèñóíîê 3. Âàðèàíò ãåíåðàòîðà ñèíóñîèäàëüíûõ ñèãíàëîâ íà ìèêðîñõåìå TL064IN.

ôèêñèðîâàííîé ÷àñòîòå 8 êÃö. Àìïëèòóäà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 12 Â ñîñòàâëÿåò 4.8 Â ïðè êîýôôèöèåíòå íåëèíåéíûõ èñêàæåíèé (ÊÍÈ) 1.26%. Â ãåíåðàòîðå íà Ðèñóíêå 2 èñïîëüçîâàíà ìèêðîñõåìà TL064IN. Ýòà ñõåìà îòëè÷àåòñÿ îò ïðåäûäóùåé òàêæå íîìèíàëàìè RC-ýëåìåíòîâ è íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ. Ïðè ïîìîùè ïîòåíöèîìåòðà R4 ãåíåðàòîð ïåðåñòðàèâàåòñÿ â äèàïàçîíå ÷àñòîò îò 20 äî 31 êÃö. ÊÍÈ èçìåíÿåòñÿ ïðè ýòîì îò 0.85 äî 0.45%, à àìïëèòóäà âûõîäíûõ ñèãíàëîâ – îò 180 äî 230 ìÂ. Ñèãíàëû ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû ìîæíî ñíèìàòü è íåïîñðåäñòâåííî ñ âûõîäîâ

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé, íàïðèìåð, ñ âûõîäà DA1.2 àìïëèòóäà ñèãíàëà ðàâíà 8.4 Â, íî ïðè ÊÍÈ 1.32%. Â ãåíåðàòîðå, Ðèñóíîê 3, äëÿ ðåãóëèðîâêè ÷àñòîòû ãåíåðàöèè èñïîëüçîâàí ñäâîåííûé ïîòåíöèîìåòð R4.1, R4.2. Ýòîò ãåíåðàòîð ðàáîòàåò â äèàïàçîíå ÷àñòîò 24…41 êÃö. Àìïëèòóäà âûõîäíîãî ñèãíàëà ýòîãî ãåíåðàòîðà ìàëî çàâèñèò îò ÷àñòîòû. Ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 5 Â è ÷àñòîòå 24 êÃö àìïëèòóäà ñèãíàëà ðàâíà 3.25 Â (ÊÍÈ ðàâåí 0.05%); ïðè ÷àñòîòå 41 êÃö àìïëèòóäà ñèãíàëà ðàâíà 3.33 Â (ÊÍÈ ðàâåí 0.64%). ×àñòîòà ãåíåðàöèè ãåíåðàòîðà, Ðèñóíîê 3, îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòíîìó êîðíþ èç ïðîèçâåäåíèÿ C1(R1+R4.1). Åìêîñòü êîíäåíñàòîðà C1 äîëæíà ëåæàòü â ïðåäåëàõ îò 10 äî 100 íÔ. Ê íåäîñòàòêó ðàññìîòðåííûõ âûøå ãåíåðàòîðîâ ñëåäóåò îòíåñòè òî, ÷òî ÷àñòîòà èõ ãåíåðàöèè çàìåòíî çàâèñèò îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ýòî ñâîéñòâî ìîæíî èñïîëüçîâàòü âî áëàãî – ïðè ñîçäàíèè ãåíåðàòîðîâ ñ àâòîïîäñòðîéêîé ÷àñòîòû èëè ãåíåðàòîðîâ, óïðàâëÿåìûõ ïî ÷àñòîòå çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM324 2. Datasheet Texas Instruments TL064

103

Â ñõåìå ØÈÌ ôóíêöèþ òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà âûïîëíÿåò ïðåäîõðàíèòåëü Eugene Kaplounovski EDN

Âûñîêèé ÊÏÄ è, ñëåäîâàòåëüíî, íèçêèå ïîòåðè – îáû÷íûå òðåáîâàíèÿ, ïðåäúÿâëÿåìûå ê ïðîåêòèðóåìîé ñõåìå ØÈÌ. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí îäèí èç íåñêîëüêèõ êàíàëîâ ýôôåêòèâíîãî ØÈÌ-óïðàâëåíèÿ ãèäðàâëè÷åñêèìè êëàïàíàìè, èñïîëüçóåìûìè â òÿæåëîì ïðîìûøëåííîì îáîðóäîâàíèè. Îáû÷íî ýòè êëàïàíû èìåþò ñîïðîòèâëåíèå ïîñòîÿííîìó òîêó ïîðÿäêà 12 Îì è çíà÷èòåëüíîå èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå. Ðàáî÷åå íàïðÿ-

æåíèå ñîñòàâëÿåò 24 Â, à ÷àñòîòà ØÈÌ îáû÷íî íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ îò 50 äî 500 Ãö, ÷òîáû ïðåäîòâðàòèòü çàåäàíèå êëàïàíà. Äëÿ ìèíèìèçàöèè ïîòåðü, âíîñèìûõ ñîïðîòèâëåíèåì îòêðûòîãî êàíàëà ìîùíîãî MOSFET, â ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ òðàíçèñòîð MTP36N06, äàæå íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî åãî äîïóñòèìûé òîê çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàåò òðåáîâàíèÿ ê òîêó íàãðóçêè. Óïðàâëåíèå çàòâîðîì îáåñïå÷èâàåò äðàéâåð âåðõíåãî ïëå÷à MIC5021; åãî âûñî20…36 Â

C1 10 µF 1 ÂÕÎÄ ØÈÌ

2 3

C2 1 µF

VDD INPUT CT

GND

IC1 MIC5021

C3 10 nF VBOOST GATE

SENSE–

SENSE+

8 Q1 MTP36NO6

7 6

R1 1k

D1 1N4148

R2 1k

R3 330

Òî÷êà ñðàáàòûâàíèÿ 30…70 ìÂ D2 1N5819

D3 1N5819

F1 BUSS PCE-5 5A

D4 MUR420

ÍÀÃÐÓÇÊÀ

LLOAD

RLOAD

Ðèñóíîê 1. Ïðåäîõðàíèòåëü âûïîëíÿåò äâîéíóþ ôóíêöèþ çàùèòíîãî óñòðîéñòâà è òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà.

104

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

0.0265 0.026 ÑÎÏÐÎÒÈÂËÅÍÈÅ (Îì)

êàÿ ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ ñâîäèò ê ìèíèìóìó êîììóòàöèîííûå ïîòåðè â MOSFET. Äëÿ ðåàëèçàöèè ôóíêöèè çàùèòû îò ïåðåãðóçêè â äðàéâåðå çàòâîðà íåîáõîäèì òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð ñ íèçêèì ñîïðîòèâëåíèåì. Íîðìû áåçîïàñíîñòè è çäðàâûé ñìûñë òðåáóþò çàùèòû îò êàòàñòðîôè÷åñêîãî îòêàçà êîìïîíåíòîâ. Ê ñîæàëåíèþ, ñîïðîòèâëåíèå ïðåäîõðàíèòåëÿ óâåëè÷èâàåò ïîòåðè â ñõåìå. Ñóììàðíûå ïîòåðè â ïðåäîõðàíèòåëå è òîêîèçìåðèòåëüíîì ðåçèñòîðå ñîïîñòàâèìû ñ ïîòåðÿìè â îñòàëüíîé ÷àñòè ñõåìû. Èíîãäà òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð ìîæíî çàìåíèòü ïðåäîõðàíèòåëåì, óñòðàíèâ, òåì ñàìûì, îäèí èç äâóõ èñòî÷íèêîâ ïîòåðü. Ñîïðîòèâëåíèå ïîñòîÿííîìó òîêó ïðåäîõðàíèòåëÿ Buss PCE-5 5A íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå îò 20 äî 30 ìÎì, ÷òî äîâîëüíî áëèçêî ê çíà÷åíèþ, òðåáóåìîìó äëÿ ñõåìû çàùèòû îò ïåðåãðóçêè. Òî÷êà ñðàáàòûâàíèÿ êîìïàðàòîðà ïåðåãðóçêè MIC5021 íîìèíàëüíî ñîñòàâëÿåò 50 ìÂ, íî ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ îò 30 äî 70 ìÂ. Òàêîé øèðîêèé ðàçáðîñ äåëàåò íåâîçìîæíîé òî÷íóþ óñòàíîâêó ïîðîãà ñðàáàòûâàíèÿ çàùèòû ñ ïîìîùüþ ïðåöèçèîííîãî ðåçèñòîðà. Åùå îäíèì ïðåèìóùåñòâîì ïðåäîõðàíèòåëÿ ÿâëÿåòñÿ ïîëîæèòåëüíûé òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò åãî ñîïðîòèâëåíèÿ. Ýòè äâà òåìïåðàòóðíûõ êîýôôèöèåíòà â êàêîé-òî ñòåïåíè îòñëåæèâàþò äðóã äðóãà, îáåñïå÷èâàÿ íåêîòîðóþ òåìïåðàòóðíóþ êîìïåíñàöèþ. Ãðàôèê íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçûâàåò çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ ïðåäîõðàíèòåëÿ îò ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç íåãî òîêà. Äàííûå äëÿ ãðàôèêà ïîëó÷åíû íà îñíîâàíèè èçìåðåíèé 10 îáðàçöîâ ïðåäîõðàíèòåëÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì àïïðîêñèìàöèè ïîëèíîìèàëüíîé ôóíêöèåé âòîðîãî ïîðÿäêà, âûïîëíåííîé ñ ïîìîùüþ Matlab. Ñîãëàñíî äàííûì èç òåõíè÷åñêîãî îïèñàíèÿ MIC5021, çàâèñèìîñòü òî÷êè ñðàáàòûâàíèÿ îò òåìïåðàòóðû èìååò ëèíåéíûé õàðàêòåð.

0.0255 0.025 0.0245 0.024 0.0235 0.023 0.0225 0.5

1.5

2 ÒÎÊ (À)

2.5

Ðèñóíîê 2. Ïîëîæèòåëüíûé òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ ïðåäîõðàíèòåëÿ íà Ðèñóíêå 1 îáóñëîâëåí åãî ñàìîðàçîãðåâîì.

Ðåçèñòîðû R2 è R3, à òàêæå äèîäû D2 è D3 îáåñïå÷èâàþò çàùèòó âõîäîâ êîìïàðàòîðà îò îòðèöàòåëüíûõ èíäóêòèâíûõ âûáðîñîâ. Äîáàâëåíèå R1 ïîçâîëÿåò íàñòðàèâàòü òî÷êó ñðàáàòûâàíèÿ îãðàíè÷èòåëÿ òîêà. D1 âî âðåìÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû íå ïðîâîäèò òîê, íî çàùèùàåò êîìïàðàòîð îò ÷ðåçìåðíîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ â ñëó÷àå ñãîðàíèÿ ïðåäîõðàíèòåëÿ. Òîãäà R2 è R3 îãðàíè÷èâàþò òîê íàãðóçêè äî íèçêîãî è áåçîïàñíîãî óðîâíÿ. Óäàëåíèå ïðåäîõðàíèòåëÿ âî âðåìÿ ýêñïåðèìåíòà ïðèâîäèò ê íåìåäëåííîìó îòêëþ÷åíèþ, ïðè ýòîì íà âûõîäå ïîÿâëÿþòñÿ ëèøü î÷åíü êîðîòêèå èìïóëüñû äëèòåëüíîñòüþ â íåñêîëüêî ìèêðîñåêóíä. C2 îïðåäåëÿåò âðåìÿ èíòåðâàëà ìåæäó ïîïûòêàìè ïåðåçàïóñêà ñõåìû. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microchip MIC5021 2. Datasheet ON Semiconductor MTP36N06 3. Datasheet ON Semiconductor MUR420

105

Ãåíåðàòîð ñèíóñîèäàëüíûõ êîëåáàíèé íà îñíîâå ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîëíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ Lutz von Wangenheim EDN

Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 îñíîâàíà íà êëàññè÷åñêîì óíèâåðñàëüíîì ïðåîáðàçîâàòåëå ïîëíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ (generalized impedance converter – GIC). Ñõåìà ãåíåðàòîðà ñèíóñîèäàëüíûõ êîëåáàíèé àâòîìàòè÷åñêè ñòàáèëèçèðóåò àìïëèòóäó è îáû÷íî ðàáîòàåò îò äâóõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ. Îäíàêî åñëè ïîäêëþ÷èòü ê øèíå ïèòàíèÿ VCC äîïîëíèòåëüíûé ðåçèñòîð RCC, ñõåìà ñìîæåò ðàáîòàòü îò îäíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ (ïðè VEE = 0 Â). Èçìåíÿÿ ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R1, ìîæíî íàñòðàèâàòü ÷àñòîòó ãåíåðàöèè. RCOMP îáåñïå÷èâàåò ãåíåðàöèþ è íå âëèÿåò íà ÷àñòîòó êîëåáàíèé.

ÎÄÈÍ ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÏÈÒÀÍÈß VCC

Îñòàëüíûå ïàññèâíûå êîìïîíåíòû – ýòî ÷åòûðå ðåçèñòîðà ñ îäèíàêîâûìè ñîïðîòèâëåíèÿìè R è äâà êîíäåíñàòîðà åìêîñòüþ kC è C/k, ãäå k – ìàñøòàáíûé êîýôôèöèåíò. Ýòà ìîäèôèêàöèÿ êëàññè÷åñêîé ñòðóêòóðû GIC ñîäåðæèò äîïîëíèòåëüíûé ðåçèñòîð RN, âêëþ÷åííûé ìåæäó îáîèìè èíâåðòèðóþùèìè âõîäàìè îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé. Òîïîëîãèÿ GIC èìååò îòëè÷íûå âûñîêî÷àñòîòíûå õàðàêòåðèñòèêè, áëàãîäàðÿ êîòîðûì îíà øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â ñõåìàõ àêòèâíûõ ôèëüòðîâ. Ñòðóêòóðà GIC ìîæåò èìèòèðîâàòü çàçåìëåííóþ èíäóêòèâíîñòü èëè çàçåì-

VCC +

VOUT1

IC1 –

RCC 5k PORT 1 ZIN1 R1

2.5k (5k ÄËß ÎÄÍÎÏÎËßÐÍÎÃÎ ÏÈÒÀÍÈß)

kC 400 nF

–VEE R

–VEE

PORT 2 ZIN2 25 nF 0.95k

– IC2

C/k RCOMP

VOUT2

+ VCC

Ðèñóíîê 1. Ðåçîíàòîð íà îñíîâå GIC îáåñïå÷èâàåò ñòàáèëèçàöèþ àìïëèòóäû è íèçêèé óðîâåíü èñêàæåíèé.

106

ÑÕÅÌÛ

ëåííîå FDNR (frequency-dependent negative resistance – ÷àñòîòíî-çàâèñèìîå îòðèöàòåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå). Îáúÿñíåíèå ðàáîòû ñõåìû ìîæíî íà÷àòü ñ ðàññìîòðåíèÿ âõîäíîãî èìïåäàíñà GIC ñî ñòîðîíû óçëîâ Port 1 èëè Port 2. Ïðîñòîé àíàëèç ñõåìû äàåò ñëåäóþùåå âûðàæåíèå äëÿ âõîäíîãî èìïåäàíñà â òî÷êå Port 1:

ZIN1 = -

1 1 æ RN R COMP ö ç ÷. 2 w C R jwkC è R R ø 2

Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî, åñëè RCOMP = RN, âûðàæåíèå äëÿ ZIN1 ïðåäñòàâëÿåò âõîäíîé èìïåäàíñ èäåàëüíîãî FDNR. FDNR âìåñòå ñ îìè÷åñêèì ñîïðîòèâëåíèåì, øóíòèðóþùèì óçåë Port 1 íà çåìëþ, îáðàçóåò ñàìîâîçáóæäàþùèéñÿ êîëåáàòåëüíûé êîíòóð. Â äåéñòâèòåëüíîñòè, îäíàêî, êîëåáàíèÿ çàòóõëè áû èççà ïîòåðü â êîíäåíñàòîðàõ è íåñîâåðøåíñòâà óñèëèòåëåé. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 êîìïåíñèðóåò ýòè ïîòåðè çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ âòîðîé ÷àñòè âûðàæåíèÿ äëÿ ZIN1, êîòîðàÿ ïðè RCOMP < RN ïðåäñòàâëÿåò îòðèöàòåëüíóþ åìêîñòü. Íà ïðàêòèêå íóæíî âûáðàòü RN = R, à ñîîòíîøåíèå ðåçèñòîðîâ RCOMP/R äîëæíî áûòü áëèçêèì ê åäèíèöå (íàïðèìåð, RCOMP/R = = 0.95…0.98). Åñëè âûïîëíèòü àíàëèç äëÿ óçëà ñõåìû Port 2, âõîäíîé èìïåäàíñ ZIN2 áóäåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîé èäåàëüíóþ èíäóêòèâíîñòü ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì îòðèöàòåëüíûì ðåçèñòîðîì. Ïðè øóíòèðîâàíèè ýòîãî

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

èìïåäàíñà ðåçèñòîðíî-êîíäåíñàòîðíîé öåïî÷êîé (C/k è RCOMP íà Ðèñóíêå 1) îáðàçóåòñÿ èäåàëüíûé (áåç ïîòåðü) êîëåáàòåëüíûé LCêîíòóð. Ãåíåðàöèÿ âîçíèêàåò ïðè âûïîëíåíèè óñëîâèÿ RCOMP < R. Ñõåìà íàäåæíî çàïóñêàåòñÿ è ãåíåðèðóåò íà ÷àñòîòå:

f0 =

1 . 2pC RR 0

Ïðè óêàçàííûõ íà ñõåìå íîìèíàëàõ êîìïîíåíòîâ óñèëèòåëü IC2 íàñûùàåòñÿ, îãðàíè÷èâàÿ ñèíóñîèäàëüíûé ñèãíàë íà âûõîäå VOUT2. VOUT1 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòôèëüòðîâàííóþ âåðñèþ ýòîãî ñèãíàëà. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ñòàáèëèçàöèè àìïëèòóäû íå òðåáóåòñÿ íèêàêèõ äîïîëíèòåëüíûõ ñõåì. Îäíàêî êà÷åñòâî ñèíóñîèäàëüíîãî ñèãíàëà íà âûõîäå VOUT1 çàâèñèò îò äîáðîòíîñòè ðåçîíàíñíîãî êîíòóðà, âûðàæàåìîé ôîðìóëîé:

k × RR 0 . RN - R COMP

Ïðè ïîêàçàííûõ íà ñõåìå íîìèíàëàõ êîìïîíåíòîâ äîáðîòíîñòü Q áóäåò áîëüøå 100, åñëè k = 4, C = 100 íÔ è (RN – RCOMP) = 50 Îì. Îáùèå ãàðìîíè÷åñêèå èñêàæåíèÿ ñèãíàëà íà âûõîäå VOUT1 ñîñòàâëÿþò ìåíåå 1% ïðè ÷àñòîòå f0 = 1 êÃö. Ðàçìàõ ñèíóñîèäàëüíîãî ñèãíàëà ïðèìåðíî íà 1 Â ìåíüøå îáùåãî äèàïàçîíà íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. ÐË

107

Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñõåìà àâòîìàòè÷åñêîãî îòêëþ÷åíèÿ áàòàðåéíîãî ïèòàíèÿ Yongping Xia EDN

ÂÂ ïðåäûäóùåé ñòàòüå [1] îïèñûâàëñÿ ïðîñòîé ñïîñîá àâòîìàòè÷åñêîãî îòêëþ÷åíèÿ áàòàðåè ïî îêîí÷àíèè ïðåäóñòàíîâëåííîãî èíòåðâàëà âðåìåíè, ïîçâîëÿþùèé ïîäëèòü åå ñðîê ñëóæáû. Â ýòîé ñòàòüå ïðåäñòàâëåí åùå áîëåå ïðîñòîé ñïîñîá ðåàëèçàöèè òîé æå ôóíêöèè (Ðèñóíîê 1). Äâà âåíòèëÿ ìèêðîñõåìû IC1, ñîäåðæàùåé ÷åòûðå äâóõâõîäîâûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòà «È-ÍÅ» ñ òðèããåðàìè Øìèòòà íà âõîäàõ, îáðàçóþò ìîäèôèöèðîâàííûé òðèããåð. Ïðè ïîäêëþ÷åíèè ê ñõåìå 9-âîëüòîâîé áàòàðåè óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà ýëåìåíòà IC1A áóäåò âûñîêèì, ïîñêîëüêó íà÷àëüíîå íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå C1 ðàâíî íóëþ. Ñîîòâåòñòâåííî, íà âûõîäå IC1B áóäåò íèçêèé óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ, êîòî-

ðûé ÷åðåç ðåçèñòîð R2 ïåðåäàåòñÿ îáðàòíî íà âõîä IC1A. Êîíäåíñàòîð C3 çàðÿæàåòñÿ ÷åðåç ðåçèñòîð R3. Íà âûõîäå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà IC1C áóäåò «ëîã. 1», òàê êàê åãî âõîä ïîäêëþ÷åí ê çåìëå. Êëþ÷ íà p-êàíàëüíîì MOSFET Q1 çàêðûò, à íà âûõîäå IC1D óñòàíàâëèâàåòñÿ âûñîêèé óðîâåíü, îò êîòîðîãî, â ñâîþ î÷åðåäü, ÷åðåç ðåçèñòîð R2 çàðÿæàåòñÿ êîíäåíñàòîð C4. Ïðè íàæàòèè êíîïêè S1 íà îáà âõîäà IC1A áóäåò ïîäàí âûñîêèé óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ, ïîýòîìó ëîãè÷åñêèé óðîâåíü âûõîäà IC1A ñòàíåò íèçêèì, à âûõîäà IC1B – âûñîêèì. Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R2 íàìíîãî ìåíüøå, ÷åì R3, ïîýòîìó âî âðåìÿ íàæàòèÿ êíîïêè êîíäåíñàòîð C3 ïîääåðæèâàåò âûñîêèé ëîãè÷åñêèé Q1

R2 10k R1 1M

R5 10M

IC1 = MC14093 5

1 2

IC1A

IC1B

C2 100 µF R4 16V 1k

8 9

IC1C 7

C3 0.33 µF

R6 3.9M

Ê ÍÀÃÐÓÇÊÅ

12 13

D1 1N4148

Si4435

R3 100k C1 0.01 µF

IC1D

C4 0.022 µF

–

Ðèñóíîê 1. Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñõåìà àâòîìàòè÷åñêè îòêëþ÷àåò áàòàðåþ ïî èñòå÷åíèè óñòàíîâëåííîãî âðåìåíè.

108

ÑÕÅÌÛ

óðîâåíü. Ïîñëå îòïóñêàíèÿ êíîïêè S1 êîíäåíñàòîð C3 ðàçðÿæàåòñÿ ÷åðåç ðåçèñòîð R3. Âûêëþ÷èòü MOSFET êîììóòàòîð ìîæíî îäíèì èç äâóõ ñïîñîáîâ. Êîãäà òàíòàëîâûé êîíäåíñàòîð C2 çàðÿæàåòñÿ íàñòîëüêî, ÷òî íàïðÿæåíèå íà âõîäå IC1C ñòàíîâèòñÿ íèæå ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ, óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ IC1C èçìåíÿåòñÿ ñ íèçêîãî íà âûñîêèé, è MOSFET çàêðûâàåòñÿ. Âðåìÿ, ÷åðåç êîòîðîå ïðîèçîéäåò àâòîìàòè÷åñêîå îòêëþ÷åíèå, îïðåäåëÿåòñÿ çíà÷åíèÿìè C2 è R6. Ïðè èñïîëüçîâàíèè íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ, óêàçàííûõ íà ñõåìå, âðåìÿ îòêëþ÷åíèÿ ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî øåñòü ìèíóò. Ïðè ýòîì èçìåíåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ IC1D ñ âûñîêîãî óðîâíÿ íà íèçêèé ïåðåäàåòñÿ ÷åðåç êîíäåíñàòîð C4, âîçâðàùàÿ IC1A è IC1B â ñîñòîÿíèå îæèäàíèÿ. Êðîìå òîãî, âûêëþ÷èòü MOSFET ìîæíî âðó÷íóþ íàæàòèåì êíîïêè S1. Ïîñêîëüêó íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå C3 íèçêîå, çàìûêàíèå S1 óñòàíîâèò âûñîêèé óðîâåíü íà âûõîäå IC1A è íèçêèé óðîâåíü íà âûõîäå IC1B. Èçìåíåíèå óðîâíÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ýëåìåíòà IC1B ñ âûñîêîãî íà íèçêèé ïåðåäàåòñÿ íà IC1C, íàïðÿæåíèå íà åãî âûõîäå ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì, è MOSFET çàêðûâàåòñÿ. Ïîñêîëüêó åìêîñòü C2 äîâîëüíî âåëèêà, â ñõåìó äîáàâëåí äèîä D1, îáåñïå÷èâàþùèé ïóòü äëÿ òîêà áûñòðîãî ðàçðÿäà, çíà÷åíèå êîòîðîãî îãðàíè÷èâàåòñÿ ðåçèñòîðîì R4. Â ðåæèìå îæèäàíèÿ ñõåìà ïîòðåáëÿåò òîê ìåíåå 0.2 ìêÀ. Áëàãîäàðÿ íèçêîìó ñîïðîòèâëåíèþ îòêðûòîãî êàíàëà MOSFET, ïðè òîêå íàãðóçêè 100 ìÀ íà íåì ïàäàåò âñåãî 2 ìÂ. Ïðè íåîáõîäèìîñòè èíäèöèðîâàòü âêëþ÷åíèå ïèòàíèÿ ìîæíî ñî ñòîðîíû íàãðóçêè âêëþ÷èòü ñâåòîäèîä ñ òîêîîãðàíè÷èâàþùèì ðåçèñòîðîì. ÐË

Ññûëêè 1. Miguel Gimenez «Ñõåìà àâòîìàòè÷åñêîãî îòêëþ÷åíèÿ áàòàðåéíîãî ïèòàíèÿ». ÐàäèîËîöìàí, 2021, 11-12, ñòð. 94.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet onsemi MC14093 2. Datasheet Vishay Si4435

109

ÊÌÎÏ èíâåðòîð ïðåîáðàçóåò ðàäèî÷àñòîòíûå ñèãíàëû â öèôðîâûå ëîãè÷åñêèå óðîâíè Francis Rodes EDN

ÂÂ ðàçëè÷íûõ

ïðèëîæåíèÿõ, íà÷èíàÿ îò ÷àñòîòîìåðîâ è ñèíòåçàòîðîâ ÷àñòîò, è çàêàí÷èâàÿ ïðåîáðàçîâàíèåì ñèãíàëîâ äàò÷èêîâ, òðåáóåòñÿ ïðåîáðàçîâàíèå ðàäèî÷àñòîòíûõ ñèãíàëîâ â öèôðîâûå ëîãè÷åñêèå óðîâíè. Â òàêèõ ñèòóàöèÿõ ðàçðàáîò÷èêè, êàê ïðàâèëî, èñïîëüçóþò âûñîêîñêîðîñòíîé êîìïàðàòîð. Áëàãîäàðÿ áîëüøîìó êîýôôèöèåíòó óñèëåíèÿ êîìïàðàòîðû íàïðÿæåíèÿ îáû÷íî îáëàäàþò õîðîøåé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ, íî èì ïðèñóùè è íåêîòîðûå íåäîñòàòêè. Âûñîêîñêîðîñòíûå êîìïàðàòîðû äîðîãè, èõ íåïðîñòî êóïèòü, è ïðîèçâîäñòâî êàæäîé ìîäåëè ïîääåðæèâàåòñÿ îòíîñèòåëüíî íåäîëãî.

Äëÿ ÷àñòîò äî 180 ÌÃö ïðèâëåêàòåëüíûì ðåøåíèåì ìîæåò áûòü ñõåìà íà Ðèñóíêå 1. Èñïîëüçóåìàÿ â ýòîé êîíñòðóêöèè ìèêðîñõåìà 74LVCU04, ñîäåðæàùàÿ øåñòü âûñîêîñêîðîñòíûõ ÊÌÎÏ èíâåðòîðîâ, ëåãêîäîñòóïíà è èìååòñÿ ó ìíîãèõ ïðîäàâöîâ. Ê òîìó æå, âî ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ íåñêîëüêî òàêèõ èíâåðòîðîâ ìîãóò îñòàâàòüñÿ íåèñïîëüçîâàííûìè. Èíâåðòîð IC1A, ðàáîòàþùèé êàê ëèíåéíûé ïðåäóñèëèòåëü, îáðàçóåò âõîäíîé êàñêàä ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ðåçèñòîð R3 ñìåùàåò ðàáî÷óþ òî÷êó èíâåðòîðà â ëèíåéíóþ îáëàñòü, óñòàíàâëèâàÿ åãî âõîäíîå è âûõîäíîå íàïðÿæåíèÿ íà óðîâíå ïîëîâèíû íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ: VI1 = VO1 = VDD/2. ÏîñêîëüIDD CD2 10 nF

CD2 10 nF L1 100 nH

ÈÑÒÎ×ÍÈÊ Â× ÑÈÃÍÀËÀ

CD1 680 pF

CDC2 10 nF

IC1A 74LVCU04AD

VI1

VDD 3.3V

R2 56k

R1 5.6k

C1 3.6 pF VS

CD1 680 pF

R3 56k

CDC1 680 pF

ÂÛÕÎÄ ÄÀÍÍÛÕ IC1B IC1C 74LVCU04AD 74LVCU04AD

VO1

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ: ÂÑÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËß ÏÎÂÅÐÕÍÎÑÒÍÎÃÎ ÌÎÍÒÀÆÀ

Ðèñóíîê 1. Òðè áûñòðîäåéñòâóþùèõ ÊÌÎÏ èíâåðòîðà è íåñêîëüêî ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ îáðàçóþò ïðåîáðàçîâàòåëü ðàäèî÷àñòîòíûõ ñèãíàëîâ â öèôðîâûå ëîãè÷åñêèå óðîâíè.

110

ÑÕÅÌÛ

êó íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî ïåðåìåííîìó òîêó áûñòðîäåéñòâóþùåãî ÊÌÎÏ èíâåðòîðà îòíîñèòåëüíî íåâåëèê (VO1/VI1 » 7), çà ïðåäóñèëèòåëåì ñëåäóþò äîïîëíèòåëüíûå êàñêàäû óñèëåíèÿ. Â îáùåì ñëó÷àå ïðè îòñóòñòâèè âõîäíîãî Â× ñèãíàëà äîïîëíèòåëüíûå êàñêàäû èíâåðòîðîâ óõóäøàþò óñòîé÷èâîñòü ñõåìû íà íèçêèõ ÷àñòîòàõ è íà ïîñòîÿííîì òîêå. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 óñòðàíÿåò ýòîò íåäîñòàòîê áëàãîäàðÿ èñïîëüçîâàíèþ òîïîëîãèè, îñíîâàííîé íà òðèããåðå Øìèòòà è ñõåìå óñèëèòåëÿ IC1B è IC1C, êîòîðàÿ âêëþ÷àåò â ñåáÿ öåïü ÷àñòîòíî-çàâèñèìîé ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, ñîñòîÿùóþ èç R1, R2, CD1 è CD2. Â çàâèñèìîñòè îò âõîäíîé ÷àñòîòû öåïü âåäåò ñåáÿ ïî-ðàçíîìó: Íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ ïàðà ðàçâÿçûâàþùèõ êîíäåíñàòîðîâ CDC1 è CDC2 çàêîðà÷èâàåò ðåçèñòîð îáðàòíîé ñâÿçè R1, èñêëþ÷àÿ ïîñòîÿííóþ âðåìåíè, âíîñèìóþ öåïüþ ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè R1, R2 è âõîäíîé åìêîñòüþ èíâåðòîðà IC1B. Ñëåäîâàòåëüíî, íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ òðè èíâåðòîðà IC1A, IC1B è IC1C âåäóò ñåáÿ êàê òðè êàñêàäèðîâàííûõ âûñîêîñêîðîñòíûõ óñèëèòåëÿ, îáåñïå÷èâàþùèõ íàèëó÷øèå õàðàêòåðèñòèêè â ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ âõîäíîãî ñèãíàëà. Íà ïîñòîÿííîì òîêå è íèçêèõ ÷àñòîòàõ âëèÿíèåì ïàð ðàçâÿçûâàþùèõ êîíäåíñàòîðîâ CDC1 è CDC2 ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, à èíâåðòîðû IC1B, IC1C è öåïü ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè R1, R2 ðàáîòàþò êàê ñõåìà òðèããåðà Øìèòòà. Âûáîð íàïðÿæåíèé âåðõíåãî è íèæíåãî ïîðîãîâ VTH è VTL íà âõîäå òðèããåðà Øìèòòà VO1 ÿâëÿåòñÿ ðåçóëüòàòîì êîìïðîìèññà ìåæäó ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ âõîäà VS è îáåñïå÷åíèåì áåçóñëîâíîé óñòîé÷èâîñòè âûõîäà êîìïàðàòîðà. Íàïðÿæåíèÿ âåðõíåãî è íèæíåãî ïîðîãîâ ðàññ÷èòûâàþòñÿ ïî ñëåäóþùèì ôîðìóëàì:

VTH =

VDD æ R1 ö ç1 + ÷ » 1.8 Â. 2 çè R 2 ÷ø

(1)

VTL =

VDD æ R1 ö ç1 ÷ » 1.5 Â. 2 çè R 2 ÷ø

(2)

×òîáû êîìïåíñèðîâàòü ñïàä ÷óâñòâèòåëüíîñòè íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ, íà âõîä êîìïàðàòîðà äîáàâëåíà íèçêîäîáðîòíàÿ öåïü ñîãëàñîâàíèÿ èìïåäàíñîâ, ñîñòîÿùàÿ èç L1 è C1.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Ðèñóíîê 2. Íà ýòîé äèàãðàììå, ïîëó÷åííîé ñ ïîìîùüþ âåêòîðíîãî àíàëèçàòîðà öåïåé Agilent N3382A, ïîêàçàí ïàðàìåòð S11, èçìåðåííûé íà âõîäå ïåðâîãî èíâåðòîðà ïðè óðîâíå ìîùíîñòè èñòî÷íèêà ñèãíàëà –6 äÁì.

Èñõîäÿ èç öåëè ïîëó÷åíèÿ ïðèåìëåìîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè íà ÷àñòîòàõ äî 160 ÌÃö, ýòà öåïü äîëæíà îáåñïå÷èâàòü ñîãëàñîâàíèå 50-îìíîãî èñòî÷íèêà âûñîêî÷àñòîòíîãî ñèãíàëà ñ âõîäíûì èìïåäàíñîì ZI1 èíâåðòîðà IC1A íà ÷àñòîòå 150 ÌÃö. Ê ñîæàëåíèþ, ïðîèçâîäèòåëè öèôðîâûõ ìèêðîñõåì âõîäíûå èìïåäàíñû ëîãè÷åñêèõ óñòðîéñòâ îáû÷íî íå óêàçûâàþò. Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ñîãëàñóþùåé öåïè ïåðâîé çàäà÷åé ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå âåêòîðíîãî àíàëèçàòîðà öåïåé Agilent äëÿ èçìåðåíèÿ s-ïàðàìåòðà S11 íà âõîäå VI1 èíâåðòîðà IC1A. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà êðóãîâàÿ äèàãðàììà Ñìèòà äëÿ ïàðàìåòðà S11 èíâåðòîðà. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî

S11 =

ZI1 - Z C , ZI1 + Z C

(3)

äëÿ íàõîæäåíèÿ âõîäíîãî èìïåäàíñà ïåðâîãî èíâåðòîðà íà èíòåðåñóþùåé ÷àñòîòå ïðè ZC = 50 Îì ìîæíî èñïîëüçîâàòü äàííûå Ðèñóíêà 2. Äëÿ ÷àñòîòû 150 ÌÃö ýòî äàåò ZI1 = 106.1 Îì – j116.7 Îì (Ìàðêåð 4 íà Ðèñóíêå 2). ×òîáû îïðåäåëèòü íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ ñîãëàñóþùåé öåïè, ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ ëþáûì èç ïðîãðàììíûõ èíñòðóìåíòîâ, óêàçàííûõ ññûëêàìè [1] è [2]. Òîò, êòî íå çíàêîì ñ ðàñ÷åòàìè íà îñíîâå äèàãðàììû Ñìèòà, ìîæåò ïðîäîëæèòü àíàëèòè÷åñêèå âû÷èñëåíèÿ, èñïîëüçóÿ ñëåäóþùèé ìåòîä: 1. Ñ ïîìîùüþ ôîðìóë ïîñëåäîâàòåëüíîïàðàëëåëüíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ (4) è (5) ïðèâåäèòå âûðàæåíèÿ äëÿ âõîäíîãî èìïå-

111

RP =

R S2 + XS2 . RS

(4)

XP =

R S2 + XS2 . XS

(5)

Ïðèìåíåíèå ýòèõ ôîðìóë äëÿ ÷àñòîòû 150 ÌÃö äàåò RP = 233 Îì è XP = 213 Îì. (Íà ÷àñòîòå 150 ÌÃö ðåàêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ èìïåäàíñà XP ïðåäñòàâëåíà âõîäíîé åìêîñòüþ CP, ðàâíîé 5 ïÔ). 2. Ðàññ÷èòàéòå íà÷àëüíûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ öåïè, ÷òîáû âûïîëíèòü ñîãëàñîâàíèå âåùåñòâåííîé ÷àñòè âõîäíîãî èìïåäàíñà ïåðâîãî èíâåðòîðà RP ñ 50-îìíûì èñòî÷íèêîì âûñîêî÷àñòîòíîãî ñèãíàëà. Íîìèíàëû ñîãëàñóþùèõ êîìïîíåíòîâ ðàññ÷èòûâàþòñÿ ïî ôîðìóëàì (6) è (7) [3]:

R L1 = S w

RP - 1. RS

(6)

C1 +CP =

1 RP - 1. RP w R S

(7)

Äëÿ ÷àñòîòû 150 ÌÃö ýòè ôîðìóëû äàþò L1 » 100 íÃí è C1 + CP » 8.7 ïÔ. 3. Äëÿ ðàñ÷åòà çíà÷åíèÿ C1 âû÷òèòå âõîäíóþ åìêîñòü CP = 5 ïÔ èç ðåçóëüòàòà, ïîëó÷åííîãî ñ ïîìîùüþ ôîðìóëû (7):

C1 =

1 RP - 1 - CP » 3.7 ïÔ. RP w R S

(8)

250 ÂÕÎÄÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ (ìÂ ñ.ê.ç.)

äàíñà ïåðâîãî èíâåðòîðà ê ïàðàëëåëüíîé ôîðìå:

200

150

100

0 10 20 40 60 80 100 120 140 150 160 170 180 190 200 ×ÀÑÒÎÒÀ (ÌÃö)

Ðèñóíîê 3. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè óðîâíÿ âõîäíîãî ñèãíàëà îò ðàáî÷åé ÷àñòîòû âûñîêî÷àñòîòíîãî êîìïàðàòîðà, èçìåðåííûé îòíîñèòåëüíî îïîðíîãî óðîâíÿ èñòî÷íèêà âûñîêî÷àñòîòíîãî ñèãíàëà äî ÷èñòîãî ëîãè÷åñêîãî âûõîäà, ïîêàçûâàåò ÷óâñòâèòåëüíîñòü ëó÷øå 100 ìÂ íà ÷àñòîòå 160 ÌÃö è âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ñõåìû íà ÷àñòîòàõ äî 200 ÌÃö.

÷àñòîòû íà Ðèñóíêå 3, ïîâûøåííàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ñõåìû äëÿ ÷àñòîò îò 100 äî 170 ÌÃö íàãëÿäíî ïîäòâåðæäàåò ýôôåêòèâíîñòü ñõåìû ñîãëàñîâàíèÿ èìïåäàíñîâ. Ìîæíî îïòèìèçèðîâàòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü ñõåìû â ëþáîé äðóãîé èíòåðåñóþùåé ïîëîñå ÷àñòîò, ïðèìåíèâ ýòîò ìåòîä äëÿ âûáðàííîé ÷àñòîòû. Ìîùíîñòü, ïîòðåáëÿåìàÿ ïðåîáðàçîâàòåëåì, äëÿ âõîäíûõ ñèãíàëîâ â ïîëîñå îò 10 äî 180 ÌÃö èçìåíÿåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî. Â íàèõóäøèõ óñëîâèÿõ ïîòðåáëåíèå òîêà ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 3.3 Â íå ïðåâûøàåò 58 ìÀ. ÐË

Ññûëêè 1. Smith tool, Ansoft Corp. 2. Ansoft Designer: Student Version, Ansoft Corp.

Ïðè ïîñòðîåíèè ñõåìû èñïîëüçîâàíû ñòàíäàðòíûå íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ, íàèáîëåå áëèçêèå ê ðàñ÷åòíûì çíà÷åíèÿì: L1 = 100 íÃí è C1 = 3.6 ïÔ. Êàê âèäíî èç ãðàôèêà çàâèñèìîñòè óðîâíÿ âõîäíîãî ñèãíàëà îò ðàáî÷åé

112

3. Bowick, Chris, RF Circuit Design, HW Sams & Co, Indianapolis, IN, 1988.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments SN74LVCU04D

ÑÕÅÌÛ

Ïîäêëþ÷åíèå öèôðîâîãî äàò÷èêà òåìïåðàòóðû âèòîé ïàðîé äëèíîé 1 êì Alfredo Saab, Tina Alikahi Electronic Design

ËËó÷øèé

ñïîñîá èçìåðåíèÿ óìåðåííûõ òåìïåðàòóð ïðè ñðåäíèõ è íèçêèõ òðåáîâàíèÿõ ê òî÷íîñòè (ñ ó÷åòîì ðàçìåðîâ ðåøåíèÿ, ñòîèìîñòè, õàðàêòåðèñòèê è ïðîñòîòû èñïîëüçîâàíèÿ) – ýòî èñïîëüçîâàíèå ìèêðîñõåìû äàò÷èêà òåìïåðàòóðû. Íî áîëüøèíñòâî ìèêðîñõåì òåìïåðàòóðíûõ äàò÷èêîâ ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðèëîæåíèé, ãäå ñõåìû, ê êîòîðûì îíè ïîäêëþ÷àþòñÿ, íàõîäÿòñÿ ïîáëèçîñòè. Ïîýòîìó îáúåäèíåíèå â îäíîé ìèêðîñõåìå ôóíêöèé èçìåðåíèÿ, ïðåîáðàçîâàíèÿ â öèôðîâóþ ôîðìó è îáðàáîòêè ñèãíàëîâ çíà÷èòåëüíî óïðîùàåò êîíñòðóêöèþ òàêèõ äàò÷èêîâ è èíòåðôåéñà ñáîðà äàííûõ. Îäíàêî â íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèÿõ òðåáóåòñÿ ïîëó÷åíèå èíôîðìàöèè î òåìïåðàòóðå èç ìåñò, äîñòàòî÷íî óäàëåííûõ îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ è ýëåêòðîíèêè îáðàáîòêè äàííûõ. Ýòè ñèñòåìû òðåáóþò îñîáîé îñòîðîæíîñòè,

ïîòîìó ÷òî ëþáîå ñíèæåíèå êà÷åñòâà ñèãíàëà îò óäàëåííîãî äàò÷èêà ìîæåò óõóäøèòü êà÷åñòâî èçìåðåíèé. Âûáîð âàðèàíòà ñ îöèôðîâêîé è îáðàáîòêîé ñèãíàëà â òî÷êå èçìåðåíèÿ (ðÿäîì ñ äàò÷èêîì) çíà÷èòåëüíî ñíèæàåò ïðîáëåìó öåëîñòíîñòè ñèãíàëà. Îäíàêî òàêîé ïîäõîä òàêæå óñëîæíÿåò ïîäêëþ÷åíèå è ñîçäàåò ïðîáëåìó ïîäà÷è ïèòàíèÿ íà ñõåìó. Ëþáîé âàðèàíò êîíñòðóêöèè – êàê ñ óäàëåííîé îáðàáîòêîé ñèãíàëîâ, òàê è âîçëå äàò÷èêà – òðåáóåò ñëîæíîé èëè äîðîãîñòîÿùåé (èëè è ñëîæíîé, è äîðîãîñòîÿùåé) ïðîêëàäêè êàáåëåé. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí ïðîñòîé è ýêîíîìè÷íûé èíòåðôåéñ äëÿ óäàëåííûõ ìèêðîñõåì äàò÷èêîâ òåìïåðàòóðû. Ìèêðîñõåìà MAX6576 (IC1) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðåîáðàçîâàòåëü àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðû â ïåðèîä ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ, êîòîðûé îáúåäèíÿåò äàò÷èê ñ

1k +5 Â 0.22 µF 22 µF

VCC

RTERM

2.4k

OUT

–

IC1 MAX6576 TS0

GND

TS1

MAX9140 IC2

Êàáåëü òèïà «âèòàÿ ïàðà»

Âûõîä 10 µF

10k 220k 0Â

RTERM = Z0 (âîëíîâîå ñîïðîòèâëåíèå âèòîé ïàðû)

Ðèñóíîê 1. Ìèêðîñõåìà, îáúåäèíÿþùàÿ äàò÷èê òåìïåðàòóðû ñ ýëåêòðîíèêîé îáðàáîòêè ñèãíàëîâ, è ïðîñòàÿ ñõåìà ïðèåìíèêà íà îñíîâå êîìïàðàòîðà ïîçâîëÿþò ïî âèòîé ïàðå ïîëó÷àòü äàííûå îò óäàëåííîãî äàò÷èêà òåìïåðàòóðû.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

113

íåîáõîäèìîé ýëåêòðîíèêîé îáðàáîòêè ñèãíàëîâ. Îíà ïîäêëþ÷àåòñÿ ê ïðèåìíèêó (ïðîñòîìó êîìïàðàòîðó) ñ ïîìîùüþ êàáåëÿ íà îñíîâå âèòîé ïàðû, ïî êîòîðîìó îäíîâðåìåííî ïîäàåòñÿ ïèòàíèå íà äàò÷èê è ñíèìàþòñÿ ñèãíàëû ñ äàò÷èêà. Âîññòàíîâèòü äàííûå î òåìïåðàòóðå èç âûõîäíûõ èìïóëüñîâ êîìïàðàòîðà íà ñòîðîíå ïðèåìíèêà ìîæíî ñ ïîìîùüþ âûïîëíÿåìîé ìèêðîêîíòðîëëåðîì ïðîñòîé ïðîöåäóðû, èñïîëüçóþùåé òàéìåð/ñ÷åò÷èê. Èëè æå, â àíàëîãîâîé ôîðìå, ìîæíî èñïîëüçîâàòü ãåíåðàòîð ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ, ñèíõðîíèçèðîâàííûé ñ ïðèíèìàåìûìè èìïóëüñàìè, çà êîòîðûì ñëåäóåò ïèêîâûé ïðåîáðàçîâàòåëü íà îñíîâå ñõåìû âûáîðêè/õðàíåíèÿ (ÓÂÕ). Ïðè çàçåìëåííûõ âûâîäàõ TS0 è TS1 ìèêðîñõåìû MAX6576 êîíñòàíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ ðàâíà 10 ìêñ/K (Ðèñóíîê 1). Òàêèì îáðàçîì, ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå (300 K) ïåðèîä âûõîäíûõ èìïóëüñîâ äîëæåí ñîñòàâëÿòü 3000 ìêñ (3 ìñ), ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ÷àñòîòå ïîâòîðåíèÿ îêîëî 333 Ãö. Èç Ðèñóíêà 2 âèäíî, ÷òî ýòî äåéñòâèòåëüíî òàê, äàæå ïðè äëèíå êàáåëÿ 1000 ì. Àíàëîãè÷íûå ðåçóëüòàòû áûëè ïîëó÷åíû äëÿ êàáåëÿ äëèíîé 60 ñì. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíû âõîäíûå èìïóëüñû ïðèåìíèêà ïðè èñïîëüçîâàíèè 1000-ìåòðîâîãî êàáåëÿ ñ âèòîé ïàðîé. Âðåìåííûå ñîîòíîøåíèÿ áûëè òàêèìè æå, êàê ïðè äëèíå êàáåëÿ 60 ñì. Èçìåðåíèÿ äæèòòåðà âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ïðèåìíèêà (ãäå îáùàÿ îøèáêà èçìåðåíèÿ – ýòî îòíîøåíèå âåëè÷èíû äðîæàíèÿ ôðîíòà ê ïåðèîäó ñèãíàëà) ïîêàçûâàþò, ÷òî âëèÿíèå äæèòòåðà íåçíà÷èòåëüíî äàæå ïðè èñïîëüçîâàíèè äëèííîãî êàáåëÿ. Ýòà ñõåìà ïåðåäà÷è òàêæå ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ ñ ïðå-

114

Ðèñóíîê 2. Âûõîäíûå èìïóëüñû ïðèåìíèêà äëÿ 1000-ìåòðîâîãî êàáåëÿ íà îñíîâå âèòîé ïàðû èìåþò îæèäàåìûé ïåðèîä 3 ìñ.

Ðèñóíîê 3. Íà ýòîé îñöèëëîãðàììå ïîêàçàíû âõîäíûå èìïóëüñû ïðèåìíèêà ïðè äëèíå êàáåëÿ 1000 ì.

îáðàçîâàòåëÿìè òåìïåðàòóðû â ÷àñòîòó è äðóãèìè äàò÷èêàìè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX6576 2. Datasheet Maxim MAX9140

ÑÕÅÌÛ

Òîêîâûé óñèëèòåëü êëàññà AB ñ áîëüøèì ðàçìàõîì âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ Jerry Steele EDN

ÏÏðåäñòàâëåííûé íà Ðèñóíêå 1 âàðèàíò êîíñòðóêöèè, íà ñîçäàíèå êîòîðîé ìåíÿ âäîõíîâèëà ïðåêðàñíàÿ èäåÿ, ïîêàçàííàÿ â ñòàòüå Äæîðäàíà Äèìèòðîâà [1], ïîçâîëÿåò ñîçäàòü óñèëèòåëü, ñïîñîáíûé îáåñïå÷èâàòü áîëüøèé ðàçìàõ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ

äàæå ïðè èñïîëüçîâàíèè íà âõîäå ñòàíäàðòíûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé (íàïðèìåð, ñ ïèòàíèåì ±15 Â). Äëÿ ýòîãî ïîòðåáóþòñÿ äâà ïëàâàþùèõ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íà âûõîäå. Àâòîð îáíàðóæèë, ÷òî îòëè÷íûì âàðèàíòîì äëÿ ñàìîñòîÿ-

+15 +15

R2 200k

+15

+ R1 10

A1 OPA1622

–

–15

C1 750p

Q1 2N3904 Q2 MJ14002

D1 1N4148

R4 200

RIN

10m

10k

R15

R16

VIN RFB 220k

1k +15

R11 10

C11 750p

–

A11 OPA1622

+ R12 200k

–15

R14 200

D11 1N4148 R13

V1 24

VOUT

10m Q12 MJ14003

V11 24

Q11 2N3906

–15

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà òîêîâîãî óñèëèòåëÿ ñ áîëüøèì ðàçìàõîì âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Áîëüøîé ðàçìàõ îáåñïå÷èâàåòñÿ çà ñ÷åò ïëàâàþùèõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ è èñïîëüçîâàíèÿ êîëëåêòîðîâ òðàíçèñòîðîâ â êà÷åñòâå âûõîäíîãî óçëà. Îáðàòèòå âíèìàíèå íà îáùóþ îáðàòíóþ ñâÿçü, çàìûêàþùóþ ïåòëþ âîêðóã âûõîäíîãî êàñêàäà.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

115

òåëüíîãî èçãîòîâëåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ñòàíäàðòíûå ñåðâåðíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, äîñòóïíûå â âåðñèÿõ íà 12, 24 è 48 Â ïî î÷åíü íèçêîé öåíå ïðè áîëüøîé ìîùíîñòè. Ñàìûì äåøåâûì âàðèàíòîì âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ìîæåò áûòü îòðåìîíòèðîâàííûé ñòàðûé áëîê ïèòàíèÿ. Âûõîäíîé ñèãíàë ýòîé ñõåìû áåðåòñÿ ñ êîëëåêòîðîâ (èëè ñòîêîâ, åñëè èñïîëüçóþòñÿ MOSFET) èç óçëà, îáðàçîâàííîãî òî÷êîé ñîåäèíåíèÿ äâóõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ âûõîäíîãî êàñêàäà. Áëàãîäàðÿ òàêîé êîíôèãóðàöèè âûõîäíîé êàñêàä îáëàäàåò óñèëåíèåì ïî íàïðÿæåíèþ, ïîçâîëÿþùèì îáåñïå÷èòü íåîáõîäèìûé ðàçìàõ âûõîäíîãî ñèãíàëà ïðè èñïîëüçîâàíèè âõîäíûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé ñ íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ ±15 Â. Óñèëèòåëü òîêà ðàáîòàåò àíàëîãè÷íî ðàíåå óïîìÿíóòîé ñõåìå, íî â ýòîì ïðèìåðå íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ ìàñøòàáèðîâàíû äëÿ îáåñïå÷åíèÿ áîëåå âûñîêèõ òîêîâ. Â ðåçóëüòàòå ìàñøòàáèðîâàíèÿ íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ âûõîäíîãî êàñêàäà òîê ïîêîÿ âûõîäíûõ òðàíçèñòîðîâ ñîñòàâèë 75 ìÀ. Â ïðèìåðå ñõåìû ïàðà óñèëèòåëåé OPA1622 ïîêàçàíà òîëüêî ïîòîìó, ÷òî ó àâòîðà íå áûëî íè îäíîãî OPA2991, èñïîëüçîâàííîãî â ïðåäûäóùåé ñòàòüå, îäíàêî çäåñü ìîæíî èñïîëüçîâàòü ëþáîé èç ýòèõ óñèëèòåëåé, õîòÿ ïðåèìóùåñòâîì OPA2991 ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îí ñäâîåííûé. Ýòà ñõåìà ïðîâåðÿëàñü íà âûõîäíîé ìîùíîñòè äî 30 Âò ïðè íàãðóçêå 8 Îì è ïèòàíèè âûõîäíîãî êàñêàäà îò èñòî÷íèêà ±24 Â. Îáùàÿ îòðèöàòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü,

â äàííîì ñëó÷àå ðàññ÷èòàííàÿ íà îáùèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ 20, áåðåòñÿ ñ êîëëåêòîðíîãî âûõîäà è äîïîëíèòåëüíî êîððåêòèðóåòñÿ ñêîðîñòüþ çàêðûòèÿ òðàíçèñòîðîâ. Èíâåðòèðóþùàÿ ñõåìà ÿâëÿåòñÿ ñàìîé ïðîñòîé êîíôèãóðàöèåé, õîòÿ îíà íàêëàäûâàåò îãðàíè÷åíèÿ íà âåëè÷èíó âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ, êîòîðîå çäåñü ñîñòàâëÿåò 10 êÎì, ÷òî äîñòàòî÷íî äëÿ áîëüøèíñòâà ïðèëîæåíèé. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíû âõîäíîå íàïðÿæåíèå VIN (æåëòàÿ îñöèëëîãðàììà) è âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOUT (ñèíÿÿ îñöèëëîãðàììà) íà ÷àñòîòå 1 êÃö. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíû èõ ñïåêòðû ïðè ìàêñèìàëüíîé âûõîäíîé ìîùíîñòè è ÷àñòîòå 1 êÃö. Âíèìàòåëüíûé íàáëþäàòåëü ìîæåò çàäàòüñÿ âîïðîñîì, ïî÷åìó íà âõîäå äîëÿ âòîðîé ãàðìîíèêè âûøå. Àâòîð òðèæäû ïðîâåðèë ýòîò ôàêò è íà äàííûé ìîìåíò ìîæåò òîëüêî ñäå-

(à)

(á) Ðèñóíîê 2. Îñöèëëîãðàììû âõîäíîãî è âûõîäíîãî ñèãíàëîâ íà ÷àñòîòå 1 êÃö.

116

Ðèñóíîê 3. ÁÏÔ âõîäíîãî (à) è âûõîäíîãî (á) ñèãíàëîâ.

ÑÕÅÌÛ

ëàòü âûâîä, ÷òî ÁÏÔ âõîäíîãî ñèãíàëà óõóäøàåòñÿ èç-çà îãðàíè÷åíèé (íàïðèìåð, óðîâíÿ øóìà) ñàìîãî îñöèëëîãðàôà. ÐË

Ññûëêè 1. Jordan Dimitrov «Òåðìîñòàáèëüíûé 20-âàòòíûé óñèëèòåëü êëàññà AB». ÐàäèîËîöìàí, 2021, 1112, ñòð. 88. 2. Phase Margin Estimation Using the Rate-ofClosure (All About Circuits, Dr. Sergio Franco)

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

3. Op amp stability – Part 2 (TI Precision Labs) 4. Stability for Power Operational Amplifiers (Apex Microtechnology) 5. Simple, precise, bi-directional current source (EDN, Jerry Steele)

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments OPA1622 2. Datasheet onsemi MJ14002 3. Datasheet onsemi MJ14003

117

Ñâîáîäíûå âûâîäû ìèêðîêîíòðîëëåðà ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êîíñòðóêöèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ Steve Kendig Electronic Design

ÅÅñëè â ñèñòåìå åñòü ìèêðîêîíòðîëëåð,

ïîëüçóåìûé âõîä àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ÀÖÏ) è âûõîä øèðîòíî-èìïóëüñíîãî ìîäóëÿòîðà (ØÈÌ). Çàäàííîå îòðèöàòåëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñõåìû ðåãóëèðóåòñÿ èçìåíåíèåì êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ, óïðàâëÿþùèõ MOSFET Q1. Ïðîáëåìà ïîäà÷è îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè íà 12áèòíûé ÀÖÏ ìèêðîêîíòðîëëåðà, ðàáîòàþùèé òîëüêî ñ ïîëîæèòåëüíûìè ñèíôàçíûìè íàïðÿæåíèÿìè, ðåøàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïðîñòî-

ïî÷åìó áû íå âîñïîëüçîâàòüñÿ åãî ïðåèìóùåñòâàìè? Äëÿ ñîçäàíèÿ îäíîâàòòíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì –50 Â â ýòîé êîíñòðóêöèè èñïîëüçóåòñÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü, ðåàëèçîâàííàÿ ñ ïîìîùüþ ìèêðîêîíòðîëëåðà (Ðèñóíîê 1). Äëÿ çàìûêàíèÿ êîíòóðà îáðàòíîé ñâÿçè â áàçîâîé èíâåðòèðóþùåé òîïîëîãèè ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ íåñèììåòðè÷íî íàãðóæåííîé ïåðâè÷íîé èíäóêòèâíîñòüþ (SEPIC) â íåì çàäåéñòâîâàíû íåèñ-

Îïîðíîå íàïðÿæåíèå 2.8 Â Âõîä ÀÖÏ

Âñå êîíäåíñàòîðû êåðàìè÷åñêèå X7R èëè X5R T1: Coiltronics CTX100-3A

VCC 6…12 Â Ìèêðîêîíòðîëëåð ñ ØÈÌ è 12-áèòíûì ÖÀÏ

C2 4.7 µF

Âûõîä ØÈÌ

Q1 Si3430

Äðàéâåð N-êàíàëüíîãî MOSFET

R3 332

C1 1 µF 100 V

D1 MURA120

C3 1 µF 100 V

R1 10k Q2 MMBTA42 R2 200k C4 1 µF 100 V

Âûõîä –50 Â 20 ìÀ

Ðèñóíîê 1. Îñòàâøèåñÿ íåèñïîëüçîâàííûìè âûâîäû ìèêðîêîíòðîëëåðà óïðîùàþò ðåàëèçàöèþ ýòîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì –50 Â, çàìûêàÿ ÷åðåç ñåáÿ êîíòóð îáðàòíîé ñâÿçè èíâåðòèðóþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ SEPIC. Ïðîñòîé òðàíñëÿòîð óðîâíÿ îáåñïå÷èâàåò ïîëîæèòåëüíóþ ïîëÿðíîñòü íàïðÿæåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè äëÿ ìèêðîñõåìû ïðîöåññîðà.

118

ÑÕÅÌÛ

ãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ óðîâíÿ. N-p-n òðàíçèñòîð Q2 âìåñòå ñ ðåçèñòîðàìè R1, R2 è R3 îáðàçóþò òðàíñëÿòîð óðîâíÿ, ïðåîáðàçóþùèé îòðèöàòåëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå â ïðîïîðöèîíàëüíîå ïîëîæèòåëüíîå íàïðÿæåíèå îáðàòíîé ñâÿçè äëÿ ÀÖÏ. Êîíòóð îáðàòíîé ñâÿçè â ìèêðîêîíòðîëëåðå çàìûêàåòñÿ ïðîñòîé ïðîãðàììíîé ïðîöåäóðîé ïðîïîðöèîíàëüíî-èíòåãðàëüíîãî (ÏÈ) ðåãóëÿòîðà. Êîä äëÿ óïðàâëåíèÿ ïåòëåé îáðàòíîé ñâÿçè áûë íàïèñàí äëÿ öèôðîâîãî ñèãíàëüíîãî ïðîöåññîðà Freescale DSP56827,

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

íî åãî ìîæíî àäàïòèðîâàòü ê ëþáîìó ìèêðîêîíòðîëëåðó, ïîääåðæèâàþùåìó ôóíêöèþ óìíîæåíèÿ. Òèïè÷íûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ èíòåãðèðóþùåãî çâåíà ðàâåí 0.01, à ïðîïîðöèîíàëüíîãî – 0.2, íî, âîçìîæíî, äëÿ îïðåäåëåíèÿ îïòèìàëüíûõ çíà÷åíèé ïîòðåáóåòñÿ ïðîâåñòè íåêîòîðûå ýêñïåðèìåíòû. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet onsemi MMBTA42 2. Datasheet onsemi MURA120 3. Datasheet Vishay Si3430

119

Ïðîñòîé àíåìîìåòð íà îñíîâå ïîñëåäîâàòåëüíîé ïàðû òðàíçèñòîðîâ W. Stephen Woodward Electronic Design

ÑÑðåäè ðàçíîîáðàçíûõ ìåòîäîâ èçìåðåíèÿ ñêîðîñòè âîçäóøíîãî ïîòîêà òåïëîâûå ðàñõîäîìåðû ïðèâëåêàþò ñâîåé ïðîñòîòîé. Îíè òàêæå îòëè÷àþòñÿ íåñëîæíîé êîíñòðóêöèåé, íèçêîé ñòîèìîñòüþ è ïðåâîñõîäíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ ê ñëàáûì ïîòîêàì ìåíåå 1000 fpm (fpm – ôóò â ìèíóòó). Âî âñåõ òåðìîàíåìîìåòðàõ èñïîëüçóåòñÿ âçàèìîñâÿçü ìåæäó ñêîðîñòüþ ïîòîêà âîçäóõà AF è òåïëîâûì ñîïðîòèâëåíèåì ZT íàãðåâàåìîãî äàò÷èêà. Îäíèì èç ïðàêòè÷åñêèõ ïðèìåðîâ òàêîé âçàèìîñâÿçè ÿâëÿåòñÿ ýòà ìîäåëü òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ êîðïóñà ÒÎ-92:

ZT = ZJ +

1 , SC + K T A F

ãäå: ZJ = 44 °C/Âò – òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå ïåðåõîä-êîðïóñ, SC = 6.4 ìÂò/°C – òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå êîðïóñ-îêðóæàþùàÿ ñðåäà ïðè íåïîäâèæíîì âîçäóõå, KT = 75 ìêÂò/°C·Öfpm – êîýôôèöèåíò òåðìîäèôôóçèè â ôîðìóëå Êèíãà, AF – ñêîðîñòü ïîòîêà âîçäóõà â ôóòàõ â ìèíóòó. Â ýòîé ìîäåëè íåîáðàáîòàííûé âûõîäíîé ñèãíàë äàò÷èêà ïî ñâîåé ïðèðîäå íåëèíååí îòíîñèòåëüíî ñêîðîñòè ïîòîêà, ÷òî ÿâëÿåòñÿ îáùåé ïðîáëåìîé äëÿ âñåõ òåðìîàíåìîìåò-

120

ðîâ. Äëÿ êîìïåíñàöèè ýòîé íåëèíåéíîñòè â ñõåìå äîëæíû áûòü ïðåäóñìîòðåíû ñðåäñòâà ëèíåàðèçàöèè. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 îáúåäèíÿåò èäåè äâóõ áîëåå ðàííèõ ñòàòåé [1] è [2]. Îíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîñòîé ëèíåàðèçîâàííûé (ñ òî÷íîñòüþ ±5%) òåðìîàíåìîìåòð ñ êîìïåíñàöèåé òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû. Ýòî íàäåæíîå è ýíåðãîýôôåêòèâíîå óñòðîéñòâî, ïîòðåáëÿþùåå ìåíåå 1 Âò îáùåé ìîùíîñòè îò îäíîé øèíû ñòàáèëèçèðîâàííîãî ïèòàíèÿ 5 Â. Â ïðîöåññå ðàáîòû óñèëèòåëü A1 ñòàáèëèçèðóåò ðàçíîñòü òåìïåðàòóð (îêîëî 25 °C) ìåæäó òðàíçèñòîðàìè Q1 è Q2, íåçàâèñèìî îò èçìåíåíèé òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû. Äëÿ ýòîãî A1 ïîääåðæèâàåò ïîñòîÿííîå ñîîòíîøåíèå íàïðÿæåíèé áàçà-ýìèòòåð äâóõ òðàíçèñòîðîâ. Ýòî ìîæåò áûòü ñäåëàíî ïóòåì óïðàâëåíèÿ òîêàìè êîëëåêòîðîâ è, ñîîòâåòñòâåííî, ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòüþ ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ óñòðîéñòâ. Ïîñêîëüêó ÷åðåç îáà òðàíçèñòîðà ïðîõîäèò îäèí è òîò æå òîê IQ, èõ îòíîñèòåëüíàÿ ðàññåèâàåìàÿ ìîùíîñòü îïðåäåëÿåòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî ñîîòâåòñòâóþùèìè íàïðÿæåíèÿìè êîëëåêòîð-ýìèòòåð VQ1 è VQ2. Äëÿ âñåõ äîïóñòèìûõ ðåæèìîâ ðàáîòû VQ1 > VQ2 (çà ýòèì ñëåäèò òðàíçèñòîð Q3). Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ëþáîãî çàäàííîãî òîêà IQ òðàíçèñòîð Q1 âñåãäà áóäåò ðàññåèâàòü áîëüøå ìîùíîñòè è âûäåëÿòü áîëüøå òåïëà, à çíà÷èò, ïðè ðàáîòå îí

ÑÕÅÌÛ

R7 10k

+5 Â < 1 Âò

R2 309k

100 µF 6V

Q1 2N4401 Âîçäóøíûé ïîòîê 0 … 250 fpm

Q3 2N3904

20k 13k

Q2 2N4401

R6 10k

Óñòàíîâêà íóëÿ

VO 0 … 2.5 Â 1 Â = 100 fpm

1 µF + 2 – 3 +

8 4

100k

1 A1

R8 10k

21.5k

–

A2 7

5+ R1 12.1

A1, A2 – LT1013, LMC662 èëè èíîé ñäâîåííûé ÎÓ

R3 84.5k

Ðèñóíîê 1. Â ñõåìå, îáúåäèíèâøåé èäåè, ïðåäëîæåííûå â äâóõ áîëåå ðàííèõ ñòàòüÿõ, ðåàëèçîâàí ïðîñòîé ëèíåàðèçîâàííûé òåðìîàíåìîìåòð. Ýòî íàäåæíîå è ýíåðãîýôôåêòèâíîå óñòðîéñòâî ñ êîìïåíñàöèåé òåìïåðàòóðû îêðóæàþùåé ñðåäû.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

çàâèñèìîñòü ìåæäó IQ è îòíîñèòåëüíîé ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòüþ Q1/Q2 íåïëîõî ñïðàâëÿåòñÿ ñ êîìïåíñàöèåé íåëèíåéíîñòè. Çà ñ÷åò íåå óñòðàíÿþòñÿ âñå îøèáêè ëèíåéíîñòè âî âñåì äèàïàçîíå ñêîðîñòåé, çà èñêëþ÷åíèåì ïîãðåøíîñòè ïîëíîé øêàëû ±5%. Êðîìå òîãî, êàëèáðîâêà àíåìîìåòðà âûïîëíÿåòñÿ áûñòðî è ïðîñòî. Äëÿ ýòîãî ïàðà òðàíçèñòîðíûõ äàò÷èêîâ ïðîñòî ïîìåùàåòñÿ â ïîòîê ìåäëåííî äâèæóùåãîñÿ âîçäóõà (ïî÷òè, íî íå ñîâñåì íåïîäâèæíîãî; èäåàëüíî ïîäõîäèò çíà÷åíèå AF îò 5 äî 7 ôóòîâ â ìèíóòó). Çàòåì ñ ïîìîùüþ 2.5 2.0 Èäåàëüíûé îòêëèê +5% 1.5

Ðåàëüíûé îòêëèê

VO (Â)

áóäåò áîëåå ãîðÿ÷èì, ÷åì âêëþ÷åííûé äèîäîì òðàíçèñòîð Q2. Ñëåäîâàòåëüíî, ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ñêîðîñòè âîçäóøíîãî ïîòîêà è óìåíüøåíèÿ òåïëîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ óñèëèòåëü A1 ìîæåò ïîääåðæèâàòü ëþáîå âûáðàííîå ñîîòíîøåíèå òåìïåðàòóð òðàíçèñòîðîâ Q1/Q2 çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ IQ. Ðåçóëüòèðóþùèé òîê IQ, çàâèñÿùèé îò âîçäóøíîãî ïîòîêà, ñîçäàåò ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R1, êîòîðîå çàòåì ñìåùàåòñÿ è óñèëèâàåòñÿ óñèëèòåëåì A2. Â ñâîþ î÷åðåäü, îí ñòàíîâèòñÿ âûõîäíûì ñèãíàëîì àíåìîìåòðà VO ñ äèàïàçîíîì íàïðÿæåíèé îò 0 äî 2.5 Â, ìàñøòàáîì 10 ìÂ = 1 fpm (ïðèìåðíî 2.5 kts – íàâèãàöèîííûõ ìèëü â ÷àñ) è ïîëíîé øêàëîé 0 … 250 fpm. Ïðè ýòîì Q3 ñîâìåñòíî ñ A2 ñòðåìÿòñÿ îãðàíè÷èòü ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå íà R1 ïðèìåðíî äî 2 Â. Ýòî ñäåëàíî, ÷òîáû èçáåæàòü ðèñêà çàùåëêèâàíèÿ, êîòîðîå ìîãëî áû ïðîèçîéòè, åñëè áû âûõîäíîìó íàïðÿæåíèþ A1 áûëî ïîçâîëåíî ñëèøêîì ïðèáëèçèòüñÿ ê íàïðÿæåíèþ øèíû 5 Â. Â ýòîì ñëó÷àå VQ1 ïðèáëèçèòñÿ ê VQ2. Òîãäà áûëî áû íåâîçìîæíî äîñòè÷ü çàïðîãðàììèðîâàííîé ðàçíîñòè òåìïåðàòóð è îòíîøåíèÿ íàïðÿæåíèé áàçàýìèòòåð òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2, íåçàâèñèìî îò òîãî, íàñêîëüêî ìîã áû óâåëè÷èòüñÿ òîê IQ. Àíàëîãè÷íî, ðåçèñòîðû R7 è R8 çàùèùàþò îò çàùåëêèâàíèÿ ïðè ïåðâîì âêëþ÷åíèè ñõåìû. À êàê íàñ÷åò ëèíåàðèçàöèè èçìåðåíèé? Êàê âèäíî èç Ðèñóíêà 2, âíóòðåííÿÿ êâàäðàòè÷íàÿ

Èäåàëüíûé îòêëèê –5%

1.0

fpm Èäåàëüíûé îòêëèê VO = 100 0.5 0 0

100

150

200

250

Âîçäóøíûé ïîòîê (fpm)

Ðèñóíîê 2. Êâàäðàòè÷íàÿ çàâèñèìîñòü ìåæäó IQ è îòíîñèòåëüíîé ìîùíîñòüþ, ðàññåèâàåìîé òðàíçèñòîðàìè Q1/Q2, íåïëîõî óñòðàíÿåò âñå îøèáêè ëèíåéíîñòè âî âñåì äèàïàçîíå ñêîðîñòåé, êðîìå ±5% ïîãðåøíîñòè ïîëíîé øêàëû.

121

ïîäñòðîå÷íîãî ðåçèñòîðà R6 óñòàíàâëèâàþò íîëü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (VO = 0). «Òðàíåìîìåòð» («tranemometer» – òåðìèí, ïðèäóìàííûé àâòîðîì ñòàòüè, ïðèì. ðåä.) õàðàêòåðèçóåòñÿ êîíñòàíòàìè ñõåìû, êîòîðûå ìàñøòàáèðóþò åãî âûõîäíîé ñèãíàë äëÿ VO = 0.01 Â/fpm = 1 Â/kts. Âïðî÷åì, ïðè ñîîòâåòñòâóþùåì âûáîðå ñîïðîòèâëåíèé R1, R2 è R3 ñõåìà ìîæåò áûòü àäàïòèðîâàíà ïðàêòè÷åñêè äëÿ ëþáîãî äèàïàçîíà ñêîðîñòåé âîçäóøíîãî ïîòîêà. ÐË

122

Ññûëêè 1. "Low-Power Thermal Airspeed Sensor," Electronic Design, May 25, 1998, p. 116. 2. "Low-Power Solid-State Airflow Detector," Electronic Design, Jan. 22, 2001, p. 118.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LMC662 2. Datasheet Analog Devices LT1013 3. Datasheet onsemi 2N4401

ÑÕÅÌÛ

Ìîäåðíèçàöèÿ âèíòàæíîãî îñöèëëîãðàôà ñ ïîìîùüþ ëèíèè çàäåðæêè Robert Houtman EDN

Ñòàðèííûå îñöèëëîãðàôû ñî æäóùåé ðàçâåðòêîé íàõîäÿò ïðèìåíåíèå âî ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ. Îäíàêî èç-çà îòñóòñòâèÿ âíóòðåííåé ëèíèè çàäåðæêè îíè íå ìîãóò îòîáðàæàòü èìïóëüñ, çàïóñêàþùèé ðàçâåðòêó. Òå æå ðàííèå ëàáîðàòîðíûå îñöèëëîãðàôû, ó êîòîðûõ áûëà ëèíèÿ çàäåðæêè, èìåëè çàäåðæêó, íåäîñòàòî÷íóþ äëÿ îòîáðàæåíèÿ òàêèõ èìïóëüñîâ íà ëèíåéíîì ó÷àñòêå ðàçâåðòêè. Ïðè èñïîëüçîâàíèè òàêèõ îñöèëëîãðàôîâ îá èñòèííîé ôîðìå èìïóëüñà ìîæíî áûëî òîëüêî äîãàäûâàòüñÿ. Ýòè îãðàíè÷åíèÿ ìîæíî îáîéòè, äîáàâèâ âíåøíþþ ëèíèþ çàäåðæêè è ýêâàëàéçåð (àìïëèòóäíî-ôàçîâûé êîððåêòîð). Ñ òàêîé äîðàáîòêîé îñöèëëîãðàô ñìîæåò òî÷íî îòîáðàæàòü îñöèëëîãðàììó íåïîñðåäñòâåííî îò òî÷êè çàïóñêà ðàçâåðòêè. Ïîñëå ýòîãî ïðèáîð ñòàíîâèòñÿ ïðîùå â èñÊ ÂÕÎÄÓ ÂÍÅØÍÅÃÎ ÇÀÏÓÑÊÀ

5Â

28 pF

7 + AD8055 2 – 4

330

VIN 1.1M

560 290

ïîëüçîâàíèè, à èçìåðåíèÿ ñòàíîâÿòñÿ áîëåå äîñòîâåðíûìè. Íà êàæäóþ ìèêðîñåêóíäó çàäåðæêè, âíåñåííîé ñêîððåêòèðîâàííûì êàáåëåì, îñöèëëîãðàô ìîæåò îòîáðàæàòü äîïîëíèòåëüíóþ ìèêðîñåêóíäó èíôîðìàöèè, ïðåäøåñòâóþùåé çàïóñêó. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíû êîìïîíåíòû, íåîáõîäèìûå äëÿ ðåàëèçàöèè ýòèõ äîðàáîòîê ïðèìåíèòåëüíî ê 10-ìåãàãåðöîâîìó îñöèëëîãðàôó Philips PM3230. Ýòî øèðîêîïîëîñíûé óñèëèòåëü, âîññòàíàâëèâàþùèé ñèãíàë äî èñõîäíîãî óðîâíÿ è îáåñïå÷èâàþùèé çàïóñê, êàáåëü çàäåðæêè 750 íñ è ïàññèâíûé äâóõñòóïåí÷àòûé ýêâàëàéçåð. Òåëåâèçèîííûå êàáåëè, òàêèå êàê RG6U, RG59U è äðóãèå, îáû÷íî äîñòóïíû íà ãàðàæíûõ ðàñïðîäàæàõ è â ìàãàçèíàõ ñåêîíäõåíäà. Äëÿ ñîçäàíèÿ 750-íàíîñåêóíäíîé

ÄÂÓÕÑÒÓÏÅÍ×ÀÒÛÉ ÝÊÂÀËÀÉÇÅÐ 470 pF 24 nF

3.5

Ê ÎÑÖÈËËÎÃÐÀÔÓ ÊÀÁÅËÜ ÇÀÄÅÐÆÊÈ 75 ÍÀ 750 íñ

750

135

140 µH

2.8 µH

–5 Â

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà ìîäèôèêàöèè âèíòàæíîãî îñöèëëîãðàôà, íå èìåþùåãî âíóòðåííåé ëèíèè çàäåðæêè.

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

123

ëèíèè çàäåðæêè 75-îìíûå êàáåëè ñ òâåðäûì èëè âñïåíåííûì äèýëåêòðèêîì ïîäêëþ÷àþòñÿ ñ ïîìîùüþ ñòàíäàðòíûõ ðàçúåìîâ CATV. Ãëàçêîâàÿ äèàãðàììà íà Ðèñóíêå 2a îòîáðàæàåò îòêëèê ëèíèè çàäåðæêè íà áèïîëÿðíîå ñòóïåí÷àòîå âîçäåéñòâèå ïðè âîçáóæäåíèè åå íèçêîèìïåäàíñíûì äðàéâåðîì. Íà çâóêîâûõ ÷àñòîòàõ èç-çà ðåçèñòèâíûõ ïîòåðü ëèíèÿ çàäåðæêè ïåðåäàåò ëèøü ïðèìåðíî 65% ñèãíàëà, à íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ ñêèíýôôåêò óâåëè÷èâàåò ïîòåðè åùå áîëüøå. Òåîðåòè÷åñêàÿ ôîðìà îòêëèêà íà ñòóïåí÷àòîå âîçäåéñòâèå ñ ó÷åòîì ïîòåðü, äîáàâëÿåìûõ ñêèí-ýôôåêòîì, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äîïîëíèòåëüíóþ ôóíêöèþ îøèáîê

æ kl ö erfc ç ÷ è tø

(á)

(ñì. ([1]). Âðåìÿ t îòíîñèòñÿ ê íà÷àëó ñòóïåíüêè ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ êàáåëÿ äëèíîé l = 160 ì. Êîìïüþòåðíàÿ îöåíêà ýòîé ôóíêöèè ïîêàçûâàåò, ÷òî äëÿ íàèëó÷øåãî ñîîòâåòñòâèÿ ïåðåõîäíîé õàðàêòåðèñòèêå íà Ðèñóíêå 2à êîíñòàíòà äîëæíà áûòü ðàâíà

k = 2.6 × 10 -7

ñ . ì

Àäåêâàòíî ñêîððåêòèðîâàòü ýòó ôóíêöèîíàëüíóþ ôîðìó, èñïîëüçóÿ îáû÷íûé îäèíî÷íûé Ò-îáðàçíûé ôèëüòð, íåâîçìîæíî. Ïîýòîìó çàäà÷à ðåøàåòñÿ âî âðåìåííîé îáëàñòè ïóòåì êîìïåíñàöèè ïîëþñîâ íóëÿìè ñ ïîìîùüþ äâóõñòóïåí÷àòîãî ýêâàëàéçåðà, ïîêàçàííîãî íà Ðèñóíêå 1 [2]. Ôèëüòð íà äâîéíîì Ò-îáðàçíîì ìîñòå êîððåêòèðóåò âíîñèìûå êàáåëåì ôàçîâûå è àìïëèòóäíûå èñêàæåíèÿ â ïîëîñå 10 ÌÃö. Êàæäûé èç ýòèõ äâóõ ôèëüòðîâ ïî ñóùåñòâó ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðåçèñòèâíûé àòòåíþàòîð, íî áûñòðûå ïåðåïàäû â òå÷åíèå èíòåðâàëà, îïðåäåëÿåìîãî ïîñòîÿííîé âðåìåíè t, ìîãóò ïðîõîäèòü áåç àòòåíþàöèè. Íà èíòåðâàëå t íàãðóçêà ñî ñòîðîíû âõîäíîãî ïîðòà ýêâàëàéçåðà ïðåäñòàâëåíà òîëüêî êàáåëåì 75 Îì, ïîñêîëüêó êîíäåíñàòîð íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ ýêâèâàëåíòåí êîðîòêîìó çàìûêàíèþ. Äðîññåëü íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ ýêâèâàëåíòåí ðàçðûâó, ïîýòîìó íà îòðåçêàõ âðåìåíè t ðåçèñòîðû íå îêàçûâàþò âëèÿíèÿ. Â êîí-

124

(à)

Ðèñóíîê 2. Ôîðìû ñèãíàëîâ, ïðîøåäøèõ ÷åðåç êàáåëü 750-íàíîñåêóíäíîé çàäåðæêè (à) è ïîëíóþ ñõåìó, âêëþ÷àþùóþ êàáåëü (á), ðàçëè÷íû.

öå êîíöîâ, êîãäà âðåìÿ t, ïðîøåäøåå ñ íà÷àëà ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà, ïðåâûñèò t, êîíäåíñàòîð è äðîññåëü óñòóïàþò ìåñòî ðåçèñòèâíîìó àòòåíþàòîðó, ïðåäñòàâëÿþùåìó äëÿ âõîäà ýêâàëàéçåðà íàãðóçêó 75 Îì. Ïðè èñïîëüçîâàíèè òîëüêî ïåðâîãî ôèëüòðà ñ t =180 íñ ôîðìà ñòóïåí÷àòîãî îòêëèêà ñòàíîâèòñÿ îêðóãëîé. Ïðè èñïîëüçîâàíèè âòîðîãî ôèëüòðà ñ t = 25 íñ îòêëèê èìååò ðåçêèé êðóòîé ôîíò, îãðàíè÷åííûé òîëüêî ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ îñöèëëîãðàôà. Êàæäûé ôèëüòð íàõîäèòñÿ â äîðàáîòàííîì êîðïóñå ðàçâåòâèòåëÿ ñèãíàëà CATV. Ýòè 75-îìíûå ôèëüòðû ìîæíî ïîäêëþ÷àòü â ðàçëè÷íûõ ìåñòàõ âäîëü ëèíèè çàäåðæêè, íå îïàñàÿñü îòðàæåíèé. Ïîýòîìó ïðè èñïîëüçîâàíèè ýòîãî óñòðîéñòâà ìîæíî ñ ïîìîùüþ ðåôëåêòîìåòðà âûïîëíÿòü òî÷íóþ îïòèìèçàöèþ íîìèíàëîâ ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ äëÿ óñòðàíåíèÿ îñòàòî÷íûõ îòðàæåíèé. Óñèëèòåëü íà îñíîâå ìèêðîñõåìû AD8055 èìååò ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ áîëåå 100 ÌÃö, ÷òî ïîëíîñòüþ ñîîòâåòñòâóåò òðåáîâàíèÿì ê 10-ìåãàãåðöîâîìó îñöèëëîãðàôó. Åãî âõîäíîé èìïåäàíñ, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé ñîïðîòèâëåíèå 1 ÌÎì ñ ïàðàëëåëüíîé åìêîñòüþ 30 ïÔ, ñîãëàñóåòñÿ ñ âõîäîì îñöèëëîãðàôà è åãî íèçêîåìêîñòíûìè ùóïàìè. Íà

ÑÕÅÌÛ

Ðèñóíîê 3. Îñöèëëîãðàììû A è B ïîêàçûâàþò îòêëèê íà ñòóïåí÷àòîå âîçäåéñòâèå áåç ñõåìû çàäåðæêè è ñî ñõåìîé çàäåðæêè, ñîîòâåòñòâåííî.

Ðèñóíêå 2á ïîêàçàíà îêîí÷àòåëüíàÿ ãëàçêîâàÿ äèàãðàììà ñèãíàëà, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç óñèëèòåëü, äâóõêàñêàäíûé ýêâàëàéçåð è 750íàíîñåêóíäíóþ ëèíèþ çàäåðæêè. Åå ôîðìà ïî ñóùåñòâó èäåíòè÷íà ãëàçêîâîé äèàãðàììå, êîòîðàÿ ïîëó÷àåòñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè îñöèëëîãðàôà áåç ñõåìû íà Ðèñóíêå 1, çà èñêëþ÷åíèåì âðåìåííîãî ñäâèãà 750 íñ. Ïðåèìóùåñòâî ñõåìû íàãëÿäíî äåìîíñòðèðóåò îñöèëëîãðàììà íà Ðèñóíêå 3. Ëó÷ A ïîêàçûâàåò èñõîäíóþ èìïóëüñíóþ õàðàêòåðèñòèêó îñöèëëîãðàôà áåç ñõåìû. Ýòî ïðîñòî íåèíòåðåñíàÿ, íè÷åãî íå âûðàæàþùàÿ îñöèëëîãðàììà. Ëó÷ B ñîîòâåòñòâóåò ñëó÷àþ, êîãäà âõîäíîé èìïóëüñ ïðîõîäèò ÷åðåç óñèëèòåëü íà âõîä âíåøíåãî çàïóñêà, à çàòåì ÷åðåç ýêâàëàéçåð è êàáåëü çàäåðæêè íà âõîä îñöèëëîãðàôà. Ïîñêîëüêó åãî çàäåðæêà áîëüøå, ÷åì

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ñîáñòâåííàÿ çàäåðæêà çàïóñêà ðàçâåðòêè îñöèëëîãðàôà, íà ýêðàíå ïîÿâëÿåòñÿ ÷èñòûé èìïóëüñ äëèòåëüíîñòüþ ïðèìåðíî 20 íñ. Òåïåðü ýòîò íàáîð ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå ëàáîðàòîðíîãî îñöèëëîãðàôà ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ 10 ÌÃö. Âõîäíîé èìïóëüñ ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ÷åòíóþ ôóíêöèþ, ñîñòîÿùóþ èñêëþ÷èòåëüíî èç êîñèíóñîèä ñ íóëåâûìè ôàçàìè. Îäíàêî èìïóëüñíàÿ õàðàêòåðèñòèêà êàáåëÿ ÿâëÿåòñÿ ïðîñòî ïðîèçâîäíîé îò ôîðìû ñèãíàëà íà Ðèñóíêå 2à è ïðèîáðåòàåò äëèííûé, çàòÿíóòûé õâîñò. Ñëåäîâàòåëüíî, ýòà èìïóëüñíàÿ õàðàêòåðèñòèêà áîëüøå íå ÿâëÿåòñÿ ÷åòíîé ôóíêöèåé, ïîýòîìó êîñèíóñîèäàëüíûå ñîñòàâëÿþùèå, ïðîéäÿ ÷åðåç êàáåëü, ïðèîáðåòàþò ðàçëè÷íûå ôàçîâûå ñäâèãè. Ðèñóíîê 3 ïîêàçûâàåò, êàê ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 êîððåêòèðóåò ýòè ôàçîâûå ñäâèãè è èçìåíåíèÿ àìïëèòóäû. Íà îñöèëëîãðàììå B âèäåí êîðîòêèé ñèììåòðè÷íûé èìïóëüñ áåç «õâîñòà», ìàêñèìàëüíî ïîõîæèé íà âõîäíîé èìïóëüñ. ÐË

Ññûëêè 1. Nahman, NS, “The measurement of baseband pulse rise times of less than 10–9 second,” Proceedings of the IEEE, Volume 55, No. 6, June 1967, pg 855. 2. Hubert Houtman «Ñòðîáîñêîïè÷åñêàÿ ïðèñòàâêà ê îñöèëëîãðàôó ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ 1 ÃÃö». ÐàäèîËîöìàí, 2021, 11-12, ñòð. 67.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD8055

125

Ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû

ñ ïàìÿòüþ ñîñòîÿíèÿ Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Ðàññìîòðåíû ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû, îáëàäàþùèå ïàìÿòüþ ñîñòîÿíèÿ. Ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü èõ èñïîëüçîâàíèÿ ñ ýëåìåíòàìè êëàññè÷åñêîé ëîãèêè, à òàêæå ïðèâåäåíû ïðèìåðû ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ.

Êàê èçâåñòíî, â öèôðîâîé òåõíèêå äëÿ çàïîìèíàíèÿ äâîè÷íîé èíôîðìàöèè ïðåèìóùåñòâåííî èñïîëüçóþò òðèããåðû, ñîäåðæàùèå êàê ìèíèìóì äâà ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòà, îõâà÷åííûõ ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ. Íåäîñòàòîê òàêèõ òðèããåðîâ îáùåèçâåñòåí: èõ ïîâåäåíèå áåç îáåñïå÷åíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ìåð ìàëî ïðåäñêàçóåìî. Áîëåå íàäåæíûìè â ïëàíå îáåñïå÷åíèÿ ïðåäñêàçóåìîé ðàáîòû çàïîìèíàþùèõ óñòðîéñòâ (òðèããåðîâ) ÿâëÿþòñÿ ïðåäëîæåííûå â íàñòîÿùåé ñòàòüå èõ àíàëîãè – ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû ñ ïàìÿòüþ ñîñòîÿíèÿ (ËÝÏÑ èëè Logic elements with state memory – LESM).

VD1

C1 DA1.1 X SM R

R2 VT1 Y

R R3

DD1.1 R1

1/0 R2 VT1 DD1 CD4050

OFF R R3

1/0 R4

Y ON

0 0 1 1

0 1 0 1

0 0 1* 0

* – ïàìÿòü ñîñòîÿíèÿ (SM – Status Memory)

Ðèñóíîê 1. Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò ñ ïàìÿòüþ ñîñòîÿíèÿ íà îñíîâå êîììóòàöèîííîãî ýëåìåíòà ìèêðîñõåìû CD4066, åãî óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå è òàáëèöà èñòèííîñòè.

126

VD1

ËÝÏÑ

OFF

Ðèñóíîê 2. Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò ñ ïàìÿòüþ ñîñòîÿíèÿ íà îñíîâå ïîâòîðèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ ìèêðîñõåìû CD4050.

+E DA1 CD4066

ËÝÏÑ, Ðèñóíîê 1, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò, èìåþùèé âõîä(û) àêòèâàöèè âûõîäíîãî ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ Xn è âõîä R ñáðîñà ýòîãî ñîñòîÿíèÿ. Ðàáîòà ËÝÏÑ îñíîâàíà íà ïåðåêëþ÷åíèè è çàïîìèíàíèè ñîñòîÿíèÿ ïîðîãîâîãî ýëåìåíòà ïðè ïîäà÷å

VD1

DD1.1 R1

1/0 R2

OFF R4 R

VT1

R2 DD1 CD4050

0 0 1 1

0 1 0 1

0 0 0 1*

* – ïàìÿòü ñîñòîÿíèÿ (SM – Status Memory)

Ðèñóíîê 3. Âàðèàíò ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ñ ïàìÿòüþ ñîñòîÿíèÿ.

ÑÕÅÌÛ

X SM

X R

X1 X2

X2 R

X SM R

R X1

X SM

X SM R

0 0 1 1

0 1 0 1

1* 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 1

0 0 0 1*

X SM

X R

X1 Y

X SM

R X1 Y

X SM

³ ³1

0 0 1 1

0 1 0 1

0* 1 1 1

0 0 1 1

0 1 0 1

1 1 1 0*

Ðèñóíîê 4. Âàðèàíòû èñïîëüçîâàíèÿ ËÝÏÑ â ñî÷åòàíèè ñ ýëåìåíòàìè êëàññè÷åñêîé ëîãèêè.

íà åãî âõîä X óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà. Äåàêòèâèðîâàòü (ñíÿòü) ñîñòîÿíèå ïàìÿòè ìîæíî ïîäà÷åé óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà íà âõîä R. ËÝÏÑ, Ðèñóíîê 1, â êà÷åñòâå äàëåêî íå åäèíñòâåííîãî ïðèìåðà ñîäåðæèò ýëåìåíò ÊÌÎÏ-êîììóòàòîðà DA1.1. Ïðè ïîäà÷å ÷åðåç öåïî÷êó VD1 è R1 íà åãî âõîä X (ON) óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà âûñîêîãî ëîãè÷åñêîãî óðîâíÿ êîììóòàòîð ïåðåâîäèòñÿ â òîêîïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå, íà åãî ñîïðîòèâëåíèè íàãðóçêè R4 ïîÿâëÿåòñÿ íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ. Ýòî íàïðÿæåíèå ÷åðåç ðåçèñòîð R2 ïîñòóïàåò íà óïðàâëÿþùèé âõîä êîììóòàòîðà, ïðîèñõîäèò åãî «çàùåëêèâàíèå». Äèîä VD1 ïðåäíàçíà÷åí äëÿ èñêëþ÷åíèÿ ïîäà÷è íà óïðàâëÿþùèé âõîä êîììóòàòîðà íàïðÿæåíèÿ íèçêîãî óðîâíÿ. Äëÿ òîãî ÷òîáû âåðíóòü ËÝÏÑ â èçíà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå, íà âõîä R «OFF» ñëåäóåò ïîäàòü íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ. Òðàíçèñòîð VT1 îòêðîåòñÿ, íàïðÿæåíèå íà óïðàâëÿþùåì âõîäå êîììóòàòîðà óïàäåò äî íóëÿ, ËÝÏÑ ðàçáëîêèðóåòñÿ è âåðíåòñÿ â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå. Î÷åâèäíî, ÷òî âûõîäíîé ñèãíàë ËÝÏÑ íåñëîæíî èíâåðòèðîâàòü, ïîëó÷èâ òàêèì îáðàçîì ËÝÏÑ ñ äâóìÿ âûõîäàìè. Íà Ðèñóíêàõ 2 è 3 ïîêàçàíû âàðèàíòû âûïîëíåíèÿ ËÝÏÑ ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîâòîðèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ. Óñòðîéñòâî, Ðèñóíîê 3, îòëè÷àåòñÿ èíîé òàáëèöåé èñòèííîñòè. Ïîêàæåì äàëåå âîçìîæíûå âàðèàíòû èñïîëüçîâàíèÿ ËÝÏÑ ñ ýëåìåíòàìè òðàäèöè-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

îííîé ëîãèêè. Êàê ñëåäóåò èç Ðèñóíêà 4, ýëåìåíòû «ÍÅ», «È», «ÈËÈ», «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ» è ò.ï. ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû ïðè èõ ïîäêëþ÷åíèè êàê ê âõîäàì X èëè R ËÝÏÑ, òàê è ê åãî âûõîäó (âûõîäàì) Y. Ýòî ïîçâîëèò àäàïòèðîâàòü ñâîéñòâà ËÝÏÑ è åãî òàáëèöó èñòèííîñòè ïîä òðåáîâàíèÿ ïîòðåáèòåëÿ.

VD1–VDn

X2 X SM

Ðèñóíîê 5. Äèîäíûé ýëåìåíò nÈËÈ íà X-âõîäå ËÝÏÑ.

Òàê, íàïðèìåð, íà Ðèñóíêå 5 ïîêàçàíî ñî÷åòàíèå ËÝÏÑ è äèîäíîãî ìíîãîâõîäîâîãî ýëåìåíòà nÈËÈ, ïîäêëþ÷åííîãî ê åãî X-âõîäó. Òàêîå óñòðîéñòâî ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ êîíòðîëÿ ñîñòîÿíèÿ óçëîâ ðàäèîýëåêòðîííîãî îáîðóäîâàíèÿ: ïðè ïîÿâëåíèè íà ëþáîì èç âõîäîâ X1–Xn ñèãíàëà âûñîêîãî X1

X SM R

DD1 &

X2 R

X SM R

0 0 1 1 ~

X2 0 1 0 1 ~

R 0 0 0 0 1

Y 0 0 0 1* 0

Ðèñóíîê 6. Äâóõâõîäîâûé ËÝÏÑ è åãî òàáëèöà èñòèííîñòè.

127

VD1–VD4

X1 R3

X2 R

VT1 R5

X1 SM Y X2 R

CD4073 R8

X1 0 0 1 1 ~

X2 0 1 0 1 ~

R 0 0 0 0 1

Y 0 0 0 1* 0

Ðèñóíîê 7. Âàðèàíò âûïîëíåíèÿ äâóõâõîäîâîãî ËÝÏÑ è åãî òàáëèöà èñòèííîñòè.

óðîâíÿ ËÝÏÑ ïåðåêëþ÷èò è çàïîìíèò ñâîå ñîñòîÿíèå, îáåñïå÷èâ ñðàáàòûâàíèå ñèãíàëèçàöèè. Ñáðîñ ýòîãî ñîñòîÿíèÿ áóäåò âîçìîæåí ëèøü ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà íà âõîä R. Íà Ðèñóíêå 6 ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ íà îñíîâå äâóõ îäíîâõîäîâûõ ËÝÏÑ äâóõâõîäîâîãî ËÝÏÑ. Çàïîìèíàíèå èíôîðìàöèè (ïåðåêëþ÷åíèå óðîâíÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà ñ çàïîìèíàíèåì óðîâíÿ) ïðîèçîéäåò ëèøü â ñëó÷àå, åñëè îäíîâðåìåííî ëèáî ñ ðàçíåñåíèåì ïî âðåìåíè íà âõîäû X1 è X2 áóäóò õîòÿ áû êðàòêîâðåìåííî ïîäàíû óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû âûñîêîãî óðîâíÿ. Äâóõâõîäîâûé ËÝÏÑ, Ðèñóíîê 7, ìîæåò áûòü âûïîëíåí ñ èñïîëüçîâàíèåì â êà÷åñòâå áàçîâîãî ýëåìåíòà, íàïðèìåð, òðåõâõîäîâîãî ýëåìåíòà «È» (ìèêðîñõåìà CD4073). Îäíàêî

òàêîé ËÝÏÑ îòëè÷àåòñÿ îò ïðåäûäóùåãî, Ðèñóíîê 6, òåì, ÷òî åãî ïåðåêëþ÷åíèå è çàïîìèíàíèå ñîñòîÿíèÿ ïðîèçîéäåò ëèøü ïðè îäíîâðåìåííîì ïîÿâëåíèè óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ âûñîêîãî óðîâíÿ íà îáîèõ åãî âõîäàõ X1 è X2. Íà Ðèñóíêå 8 ïðèâåäåíà ñõåìà òðåõâõîäîâîãî ËÝÏÑ áåç âîçìîæíîñòè ñáðîñà çàïîìíåííîãî ñîñòîÿíèÿ. Ïåðåêëþ÷åíèå ñîñòîÿíèÿ ýòîãî ËÝÏÑ ïðîèçîéäåò ëèøü â ñëó÷àå, åñëè íà âñå åãî âõîäû îäíîâðåìåííî ïîñòóïÿò óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû âûñîêîãî óðîâíÿ. Òðåõâõîäîâûé ËÝÏÑ, Ðèñóíîê 9, ñìîæåò çàïîìíèòü ñîñòîÿíèå âûñîêîãî óðîâíÿ íà ñâîåì âûõîäå Y ïðè âûïîëíåíèè ñëåäóþùèõ óñëîâèé: íà âõîäû X1 è X2 îäíîâðåìåííî +E Uâûõ

X SM

R R2

R3 VD1–VD3

X1 X2 X3

CD4073 R6

R1 VD1

X1 0 Y 0 ~ 1

X2 0 1 ~ 1

X3 1 1 ~ 1

Y 0 0 0 1*

Ðèñóíîê 10. Ãåíåðàòîð èãëîîáðàçíûõ èìïóëüñîâ íà îñíîâå ËÝÏÑ. R1

Ðèñóíîê 8. Òðåõâõîäîâûé ËÝÏÑ áåç âîçìîæíîñòè ñáðîñà ñîñòîÿíèÿ.

+E X SM R

X1 X2 X3 R

X1 SM Y X2 R

VT1

Ðèñóíîê 9. Òðåõâõîäîâûé ËÝÏÑ ñ âîçìîæíîñòüþ ñáðîñà ñîñòîÿíèÿ.

128

Uâûõ Y

Ðèñóíîê 11. Ãåíåðàòîð ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ.

ÑÕÅÌÛ

Uâõ

R1 X SM R

VD1

Uâûõ

Ñáðîñ

Uâõ

X SM

F1/n n=2,4,6…

Uâûõ Y Uâõ Uâûõ

VT1

SB1

Ðèñóíîê 14. Ýëåìåíò çàäåðæêè âêëþ÷åíèÿ íàãðóçêè (ñðàáàòûâàíèÿ óñòðîéñòâà). Ðèñóíîê 12. Äåëèòåëü ÷àñòîòû âõîäíîãî ñèãíàëà íà ÷åòíîå ÷èñëî. +E SB1

VD1 R2

SB1

X SM R

Uâûõ

Rí

X SM C1

Y VT1

VT2

Ðèñóíîê 13. Æäóùèé ìóëüòèâèáðàòîð. Ðèñóíîê 15. Òàéìåð íà îñíîâå ËÝÏÑ.

ïîñòóïÿò óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû âûñîêîãî óðîâíÿ, à íà âõîä X3 ëèáî îäíîâðåìåííî, ëèáî ñ ðàçíåñåíèåì âî âðåìåíè ïîñòóïèò óïðàâëÿþùèé ñèãíàë. Îáëàñòü ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ ËÝÏÑ íå îãðàíè÷èâàåòñÿ èõ ñïîñîáíîñòüþ çàïîìèíàòü ñîñòîÿíèå. Íà îñíîâå ËÝÏÑ ìîãóò áûòü ñîçäàíû ãåíåðàòîðû èãëîîáðàçíûõ (Ðèñóíîê 10) è ïðÿìîóãîëüíûõ (Ðèñóíîê 11) èìïóëüñîâ, ðåãóëèðóåìûå äåëèòåëè ÷àñòîòû âõîäíîãî ñèãíàëà íà ÷åòíîå ÷èñëî

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

(Ðèñóíîê 12), æäóùèå ìóëüòèâèáðàòîðû (Ðèñóíîê 13), ýëåìåíòû çàäåðæêè âêëþ÷åíèÿ íàãðóçêè (Ðèñóíîê 14), òàéìåðû (Ðèñóíîê 15) è ìíîãèå äðóãèå óñòðîéñòâà. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4050A 2. Datasheet Texas Instruments CD4066B 3. Datasheet Texas Instruments CD4073B

129

Çàðÿäîâûé íàñîñ ðàñøèðÿåò äèàïàçîí âõîäíûõ íàïðÿæåíèé òîêîèçìåðèòåëüíîãî óñèëèòåëÿ Arpit Mehta, Bill O’Neil Electronic Design

Â äîïîëíåíèå ê òðàäèöèîííîé ñâèíöîâîêèñëîòíîé àêêóìóëÿòîðíîé áàòàðåå â ñîâðåìåííûå ýëåêòðè÷åñêèå/ãèáðèäíûå àâòîìîáèëè â êà÷åñòâå ðåçåðâíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ÷àñòî óñòàíàâëèâàþò êîíäåíñàòîð áîëüøîé åìêîñòè (40 Ô èëè áîëåå).Ýòîò êîíäåíñàòîð, ðàñïîëîæåííûé ïîä çàäíèì ñèäåíüåì, îáåñïå÷èâàåò äîïîëíèòåëüíîå âðåìÿ äâèæåíèÿ îò 10 äî 15 ìèíóò, ÷òî ïîçâîëÿåò äîáðàòüñÿ äî ñëåäóþùåé çàðÿäíîé ñòàíöèè èëè áåíçîêîëîíêè. Ñâèíöîâî-êèñëîòíûå áàòàðåè ðàçðÿæàþòñÿ âñåãî äî 8 Â èëè îêîëî òîãî, òîãäà êàê êîíäåíñàòîð ìîæåò ïîëíîñòüþ ðàçðÿæàòüñÿ äî 0 Â. Ýòà ñïåöèôèêà òðåáóåò òîêîèçìåðèòåëüíîãî óñèëèòåëÿ, ñïîñîáíîãî èçìåðÿòü âõîäíûå íàïðÿæåíèÿ îò 0 Â. Áîëüøèíñòâî òîêîèçìåðèòåëüíûõ óñèëèòåëåé, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ðàáîòû ñ äàò÷èêàìè òîêà, âêëþ÷åííûìè â öåïè ïèòàíèÿ, ðàáîòàþò â îãðàíè÷åííîì äèàïàçîíå âõîäíûõ ñèíôàçíûõ íàïðÿæåíèé è íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ. Âîçüìåì äëÿ ïðèìåðà ìèêðîñõåìó MAX4081, ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ ñèíôàçíîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ êîòîðîé ñîñòàâëÿþò 76 Â, à ìèíèìàëüíûå – ëèøü 4.5 Â. ×òîáû óñòàíîâèòü ðàáî÷óþ òî÷êó, ïîçâîëÿþùóþ âûïîëíÿòü èçìåðåíèÿ ïðè íóëåâîì òîêå íàãðóçêè, (òî åñòü, ãäå íàïðÿæåíèå VSENSE, ïàäàþùåå íà

130

ðåçèñòîðå RSENSE, ðàâíî 0 Â) äëÿ äâóíàïðàâëåííîãî ïðèëîæåíèÿ, êîíòðîëèðóþùåãî òîêè çàðÿäà è ðàçðÿäà, îáû÷íî ê âõîäó îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ (REF) ïîäêëþ÷àåòñÿ âíåøíèé îïîðíûé èñòî÷íèê (íàïðèìåð, +2.5 Â). Íèæíèé ïðåäåë ñèíôàçíîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ 4.5 Â äëÿ MAX4081 îáû÷íî èñêëþ÷àåò èñïîëüçîâàíèå ýòîé ìèêðîñõåìû â ïðèëîæåíèÿõ, òðåáóþùèõ èçìåðåíèÿ òîêà âáëèçè óðîâíÿ «çåìëè». Ðåøèòü ýòó ïðîáëåìó ðàçðàáîò÷èêè ìîãóò, äîáàâèâ ê ñõåìå çàðÿäîâûé íàñîñ (Ðèñóíîê 1). Êðîøå÷íûé çàðÿäîâûé íàñîñ IC2, êàê è òîêîèçìåðèòåëüíûé óñèëèòåëü, ïèòàåòñÿ íàïðÿæåíèåì +5 Â. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå –5 Â çàðÿäîâîãî íàñîñà èñïîëüçóåòñÿ â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà îòðèöàòåëüíîãî ïèòàíèÿ äëÿ âûâîäà «GND» ìèêðîñõåìû IC1. Âõîäû îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ REFA è REFB ìèêðîñõåìû IC1 ñîåäèíåíû ñ «çåìëåé». Âíóòðåííèé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü A2 ìèêðîñõåìû IC1 òåïåðü ðàáîòàåò îò øèíû ïèòàíèÿ 65 Â (äèàïàçîí èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ 10 Â), à ïîòåíöèàë åãî íåèíâåðòèðóþùåãî âõîäà (âûâîäû REF) íàõîäèòñÿ íà ñðåäíåì óðîâíå 0 Â. Ïðè VSENSE = 0 Â âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíî 0 Â. Òîãäà VSENSE óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì òîêà íàãðóçêè, à íà âûõîäå âûðàáàòûâàåòñÿ íàïðÿæåíèå, â 5, 20 èëè

ÑÕÅÌÛ

RSENSE Ñèíôàçíîå íàïðÿæåíèå 0 … 70 Â +

RS+

RS–

RG1

Íàãðóçêà IC1 (MAX4081)

RG2

RF +

– A1

5Â

–

VCC

Âûõîä

SHDN

Òîêîâîå çåðêàëî

125k 125k

C1+ 4.7 µF

REFA

REFB

IC2 MAX1852

VOUT

–5 Â

C1–

«GND»

4.7 µF GND

Ðèñóíîê 1. Èñïîëüçîâàíèå çàðÿäîâîãî íàñîñà äëÿ äîáàâëåíèÿ 25-âîëüòîâîé øèíû ê ýòîìó òîêîèçìåðèòåëüíîìó óñèëèòåëþ ðàñøèðÿåò åãî íèæíèé ïðåäåë ñèíôàçíûõ íàïðÿæåíèé ñ 4.5 Â äî 0 Â.

60 ðàç ïðåâûøàþùåå âõîäíîå, â çàâèñèìîñòè îò âûáîðà ñóôôèêñà â îáîçíà÷åíèè ìèêðîñõåìû – F, T èëè S. Ýôôåêòèâíàÿ øêàëà ñèíôàçíûõ íàïðÿæåíèé òåïåðü ðàñøèðÿåòñÿ äî äèàïàçîíà 0 … +70 Â ïðè íåèçìåííûõ èñõîäíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ (íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ ìåíüøå 0.6 ìÂ, îøèáêà óñèëåíèÿ ìåíüøå 0.6%). Èñïûòàíèÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàëè, ÷òî ñèíôàçíîå íàïðÿæåíèå òîêîèçìåðèòåëüíîãî óñèëèòåëÿ (ñ âûâîäîì «GND», ïîäêëþ÷åííûì ê 25 Â) ìîæåò áûòü ñíèæåíî äî 22.8 Â. Â òî æå âðåìÿ, ñèíôàçíîå íàïðÿæåíèå äëÿ ñòàíäàðòíîãî ïðèëîæåíèÿ (êîãäà âûâîä GND ïîäêëþ÷åí ê 0 Â) íå ìîæåò áûòü ìåíüøå +2.3 Â. Îäíàêî ïðè ïîäêëþ÷åíèè âûâîäîâ REFA è REFB ê «çåìëå» âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìîæåò áûòü íà 5 Â âûøå è íèæå ïîòåíöèàëà «çåìëè».

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

Òèïîâîé òîê 103 ìêÀ, ïîòðåáëÿåìûé ìèêðîñõåìîé IC1, ïðàêòè÷åñêè íå íàãðóæàåò çàðÿäîâûé íàñîñ IC2, ÷òî èñêëþ÷àåò âîçìîæíîñòü ïåðåãðóçêè è ïðîñåäàíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà åãî âûõîäå. Áóäüòå îñòîðîæíû, êîãäà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îïóñêàåòñÿ íèæå óðîâíÿ «çåìëè». Òîãäà òîê íàãðóçêè ïîòå÷åò èç âûâîäà GND ìèêðîñõåìû IC1 â çàðÿäîâûé íàñîñ, îòðèöàòåëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå êîòîðîãî ìîæåò â ðåçóëüòàòå óïàñòü ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå äî 0 Â. Â êà÷åñòâå êîíòðìåðû ìîæíî èñïîëüçîâàòü â çàðÿäîâîì íàñîñå êîíäåíñàòîðû áîëüøåé åìêîñòè èëè îãðàíè÷èòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå òîêîèçìåðèòåëüíîãî óñèëèòåëÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX1852 2. Datasheet Maxim MAX4081

131

Òðàíñôîðìàòîð óïðàâëåíèÿ çàòâîðîì îáåñïå÷èâàåò áûñòðîå âûêëþ÷åíèå MOSFET Rick Mally Electronic Design

Áëàãîäàðÿ ïðåâîñõîäíîé èçîëÿöèè è íàäåæíîñòè, òðàíñôîðìàòîðû óïðàâëåíèÿ çàòâîðîì (gate-drive transformer, GDT) ÷àñòî èñïîëüçóþòñÿ â äðàéâåðàõ ïîëóìîñòîâûõ ñèëîâûõ öåïåé. Îäíàêî åñëè íóæíî, ÷òîáû îáà êîììóòàòîðà áûëè âûêëþ÷åíû â òå÷åíèå äëèòåëüíîãî ïåðèîäà, GDT ñîçäàþò ïðîáëåìû. Â òàêîì ïðèëîæåíèè îáû÷íî òðåáóåòñÿ, ÷òîáû GDT óïðàâëÿëñÿ ñõåìîé ñ îòêðûòûì êîëëåêòîðîì, è ïðè ìàëîì âðåìåíè âêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ ìàãíèòíîå ïîëå òðàíñôîðìàòîðà íå áóäåò íàêàïëèâàòü äîñòàòî÷íî ýíåðãèè äëÿ ãàðàíòèðîâàííîãî âûêëþ÷åíèÿ óñòðîéñòâà. Â ýòîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî äîáàâèòü íàãðóçî÷íûé ðåçèñòîð, êîòîðûé óâåëè÷èò ïîòðåáëåíèå ìîùíîñòè è îáåñïå÷èò íå ëó÷øèå õàðàêòåðèñòèêè.

Ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 1 êîíñòðóêöèÿ ïîçâîëÿåò ñèãíàëó, óïðàâëÿþùåìó MOSFET, èìåòü êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ îò 50% äî 0%, îáåñïå÷èâàÿ ïðè ýòîì âûñîêóþ ñêîðîñòü âûêëþ÷åíèÿ, íåäîñòèæèìóþ ñ ïîìîùüþ ïðîñòîãî íàãðóçî÷íîãî ðåçèñòîðà. Êîãäà ïåðâè÷íàÿ îáìîòêà òðàíñôîðìàòîðà T1 íàõîäèòñÿ ïîä íàïðÿæåíèåì, òîê âòîðè÷íîé îáìîòêè ÷åðåç äèîä D1 çàðÿæàåò çàòâîð. Êîãäà ïåðâè÷íàÿ îáìîòêà òðàíñôîðìàòîðà ðàçìûêàåòñÿ, íà âòîðè÷íîé îáìîòêå âîçíèêàåò ìàëîìîùíûé îòðèöàòåëüíûé âñïëåñê, à çàòåì íàïðÿæåíèå íà íåé ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì íóëþ. Ïîêà íà çàòâîðå Q2 îñòàåòñÿ õîòü êàêîé-òî çàðÿä, Q1 øóíòèðóåò òîê íåïîñðåäñòâåííî íà èñòîê Q2, èñïîëüçóÿ âòîðè÷íóþ îáìîòêó òðàíñôîðìàòîðà òîëüêî â êà÷åñòâå

+12 Â Óïðàâëÿþùèé ñèãíàë: êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ 0% … 50% (Ðàçìàõ îò óðîâíÿ «çåìëè» äî +12 Â)

Q3 2N2222

D1 1N4148 T1 1:1

+12 Â

Z1 15 Â

D3 1N4148

R4 1k

D2 «Çåìëÿ» 1N4148

R1 560

R2 1k

Øèíà/âûõîä R3 10

Q2 Ìîùíûé MOSFET èëè IGBT

Q1 BC858

Z2 15 Â

Q4 2N2222 Øèíà/âûõîä «Çåìëÿ»

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà ñ òðàíñôîðìàòîðîì óïðàâëåíèÿ çàòâîðîì îáåñïå÷èâàåò ñèãíàëû óïðàâëåíèÿ MOSFET ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ îò 50% äî 0%, ñîõðàíÿÿ ïðè ýòîì ìàëîå âðåìÿ âûêëþ÷åíèÿ.

132

ÑÕÅÌÛ

Óïðàâëÿþùèé ñèãíàë: êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ +12 Â 0% … 50% (Ðàçìàõ îò óðîâíÿ «çåìëè» äî +12 Â) Q7 2N2222

D4 1N4148 T2 1:1

+12 V R8 1k

Øèíà +

D6 1N4148

D5 1N4148

R5 560

«Çåìëÿ»

Z3 15 Â

R6 1k

R7 10

Q6 Ìîùíûé MOSFET èëè IGBT

+ C1 D7

Q5 BC858

+ D8

Z4 15 Â

Q8 2N2222 «Çåìëÿ»

«Çåìëÿ»

+12 Â

D1 1N4148

Q3 2N2222 T1 1:1

+12 Â D3 1N4148

R4 1k D2 1N4148

«Çåìëÿ»

R1 560

Z1 15 Â

R2 1k

R3 10

Q2 Ìîùíûé MOSFET èëè IGBT +

Q1 BC858

Z2 15 Â

Q4 2N2222 Øèíà – «Çåìëÿ»

Ðèñóíîê 2. Â òèïè÷íîì ïðèëîæåíèè ïðÿìîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ èñïîëüçóþòñÿ äâà òðàíñôîðìàòîðà óïðàâëåíèÿ çàòâîðàìè ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè ñõåìàìè, ïîäêëþ÷åííûìè, êàê ïîêàçàíî íà ðèñóíêå.

èñòî÷íèêà óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà. Ýòî ïîçâîëÿåò áûñòðî ðàçðÿæàòü åìêîñòü çàòâîðà. ×òîáû ìàêñèìàëüíî ðàñøèðèòü âûáîð âàðèàíòîâ òðàíñôîðìàòîðà, â ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ óïðàâëåíèå ïî ïåðâè÷íîé îáìîòêå, êîòîðîå íå òðåáóåò íàëè÷èÿ ó GDT îòäåëüíîé îáìîòêè âîçâðàòà. Êîíå÷íî, ìîæíî èñïîëüçîâàòü íåñêîëüêî âòîðè÷íûõ îáìîòîê äëÿ óïðàâëåíèÿ íåñêîëüêèìè óñòðîéñòâàìè, êàæäîå èç êîòîðûõ èìååò ñâîþ ñîáñòâåííóþ âòîðè÷íóþ öåïü. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà ñõåìà, èñïîëüçóåìàÿ â òèïè÷íûõ ïðèëîæåíèÿõ ïðÿìîõîäîâûõ

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

ïðåîáðàçîâàòåëåé. Âêëþ÷åííûå âñòðå÷íî ñòàáèëèòðîíû ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ îãðàíè÷åíèÿ ëþáûõ áðîñêîâ íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå ìîãóò áûòü âûçâàíû óòå÷êàìè è ïàðàçèòíûìè èíäóêòèâíîñòÿìè. Îäíàêî íàãðóçî÷íîãî ðåçèñòîðà 560 Îì âìåñòå ñ åìêîñòüþ çàòâîðà è õîðîøåé êîíñòðóêöèåé òðàíñôîðìàòîðà, îáåñïå÷èâàþùåé ìàëûå óòå÷êè, îáû÷íî äîñòàòî÷íî äëÿ ïîäàâëåíèÿ òàêèõ âûáðîñîâ, ïîýòîìó ñòàáèëèòðîíû ìîãóò íå ïîíàäîáèòüñÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Infineon BC858

133

Ñõåìà çàäåðæêè óïðàâëÿåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ âêëþ÷åíèÿ íàïðÿæåíèé John Betten Electronic Design

Íà íåêîòîðûå ìèêðîñõåìû íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ äîëæíû ïîäàâàòüñÿ â îïðåäåëåííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Îäíèì èç ïðèìåðîâ ìîæåò ñëóæèòü ñõåìà èíòåðôåéñà àáîíåíòñêîé ëèíèè, êîòîðîé, â çàâèñèìîñòè îò ïðèëîæåíèÿ, ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ íåñêîëüêî îòðèöàòåëüíûõ è/èëè ïîëîæèòåëüíûõ íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ. Áîëåå âûñîêîå íàïðÿæåíèå îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿ äëÿ âûçûâíîãî çâîíêà, à áîëåå íèçêîå ïèòàåò òåëåôîí ïðè ñíÿòîé òðóáêå.

Â êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàññìîòðèì êîíñòðóêöèþ, äëÿ êîòîðîé òðåáóþòñÿ âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ –51 Â, +60 Â è –27 Â ïðè òîêàõ íàãðóçêè â íåñêîëüêî ñîòåí ìèëëèàìïåð. Ïðè ýòîì íàïðÿæåíèå –51 Â äîëæíî ïîäàâàòüñÿ ïåðâûì, çà íèì +60 Â, à íàïðÿæåíèå –27 Â – ïîñëåäíèì. Âòîðè÷íûå îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà îáðàòíîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ îáåñïå÷èâàþò òðè âûõîäíûõ íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 1). Â èñõîäíîé ñõåìå âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ ïîÿâëÿþòñÿ îäíîâðåìåííî, è ñäåëàòü òàê, Q1 Si2337DS

TP1

+60 V +

C1 1 µF

R1 49.9k

D1 10 V

R2 402k

C3 1 µF GND

+ TP2

R3 49.9k

C6 1 µF

D2 10 V

C5 1 µF –27 V

C7 D5

R4 402k

Q2 Si2308DS

C8 1 µF

TP3 –51 V

Ðèñóíîê 1. Äîáàâëåíèå ïàðû MOSFET è ñâÿçàííûõ ñ íèìè êîìïîíåíòîâ ê âûõîäàì ýòîãî òèïè÷íîãî îáðàòíîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîçâîëÿåò ðàçðàáîò÷èêàì óñòàíàâëèâàòü çàäåðæêè äëÿ äâóõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé. Òàêèì îáðàçîì îíè ìîãóò çàäàòü ïðàâèëüíóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü âêëþ÷åíèÿ íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ ìèêðîñõåìû.

134

ÑÕÅÌÛ

÷òîáû îäíî íàïðÿæåíèå îñòàâàëîñü âûêëþ÷åííûì, íå âëèÿÿ íà äâà äðóãèõ, íåâîçìîæíî. Äëÿ ðåàëèçàöèè òðåáóåìîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè çàïóñêà âêëþ÷åíèå âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé +60 Â è –27 Â äîëæíî áûòü çàäåðæàíî. Ýòî äîñòèãàåòñÿ ñ ïîìîùüþ äîïîëíèòåëüíûõ êîìïîíåíòîâ, ïîêàçàííûõ íà Ðèñóíêå 1. P-êàíàëüíûé MOSFET Q1, âêëþ÷åííûé â öåïü âûïðÿìëåííîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ +60 Â â òî÷êå TP1, íå îòêðûâàåòñÿ äî óñòàíîâëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ –51 Â. Ðåçèñòîðû R1 è R4 îáðàçóþò äåëèòåëü, âêëþ÷åííûé ìåæäó øèíàìè +60 Â è –51 Â, ïàðàìåòðû êîòîðîãî âûáðàíû òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïðè íàëè÷èè îáîèõ íàïðÿæåíèé +60 Â è –51 Â òðàíçèñòîð Q1 áûë ïîëíîñòüþ îòêðûò. Òàêèì îáðàçîì, êîìáèíàöèÿ R1, R4 è C1 ñîçäàåò ïðîãðàììèðóåìóþ çàäåðæêó âêëþ÷åíèÿ Q1. Êîìïîíåíòû ñ íîìèíàëàìè, ïîêàçàííûìè íà Ðèñóíêå 1, îáåñïå÷èâàþò çàäåðæêó ïðèìåðíî îò 5 äî 10 ìñ. Çàäåðæêà çàâèñèò îò ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ âêëþ÷åíèÿ MOSFET, î ÷åì íåîáõîäèìî ïîìíèòü ïðè îïðåäåëåíèè ôàêòè÷åñêîãî äèàïàçîíà âðåìåíè çàäåðæêè. Ñòàáèëèòðîí D1 çàùèùàåò ïðîìåæóòîê çàòâîð-èñòîê òðàíçèñòîðà Q1 îò ïîâûøåííîãî íàïðÿæåíèÿ, íî ïðè æåëàíèè åãî ìîæíî óäàëèòü. Òàê æå, êàê Q1 óäåðæèâàåò â âûêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè âûõîä +60 Â, òðàíçèñòîð Q2 óäåðæèâàåò âûõîä –27 Â. Çàòâîð Q2 óïðàâëÿåòñÿ âêëþ÷åíèåì âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ +60 Â. MOSFET Q2 äîëæåí áûòü n-êàíàëüíûì, ïîñêîëüêó íàïðÿæåíèå «çàïóñêà», ïîäàâàåìîå íà åãî çàòâîð äëÿ âêëþ÷åíèÿ, ÿâëÿåòñÿ ïîëîæèòåëüíûì, à íå îòðèöàòåëüíûì, êàê â ñëó÷àå ñ Q1. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ýòîé òåõíîëîãèè íåîáõîäèìî ñîáëþäàòü îïðåäåëåííóþ îñòîðîæ-

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

íîñòü. Ïîêà òðàíçèñòîðû Q1 è Q2 íàõîäÿòñÿ â âûêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè, êàíàëû ñ íàïðÿæåíèÿìè â òî÷êàõ TP1 è TP2 îñòàþòñÿ íåíàãðóæåííûìè. Ýòî ìîæåò ïðèâåñòè ê ïðåâûøåíèþ äîïóñòèìûõ íàïðÿæåíèé èç-çà âûïðÿìëåíèÿ ïè÷êîâ íàïðÿæåíèÿ. Ïèêè îáû÷íî âîçíèêàþò èç-çà èíäóêòèâíîñòè ðàññåÿíèÿ òðàíñôîðìàòîðà. Ýòîò ýôôåêò ìîæíî ñâåñòè ê ìèíèìóìó, äîáàâèâ ê âûïðÿìèòåëüíûì äèîäàì ñíàááåðíûå êîíäåíñàòîðû, èëè âêëþ÷èâ ðåçèñòîðû ïðåäâàðèòåëüíîé íàãðóçêè ïàðàëëåëüíî âûõîäíûì êîíäåíñàòîðàì. Êðîìå òîãî, íàïðÿæåíèÿ ñòîê-èñòîê òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q2 óâåëè÷èâàþòñÿ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ òîêîâ íàãðóçêè. Ñëåäîâàòåëüíî, ïîâûøåííàÿ íàãðóçêà óõóäøàåò ñòàáèëèçàöèþ íàïðÿæåíèÿ, åñëè â ñõåìå íå èñïîëüçóþòñÿ MOSFET ñ íèçêèìè ñîïðîòèâëåíèÿìè êàíàëîâ. Ëó÷øå âñåãî ñõåìà ðàáîòàåò ñ âûõîäíûìè íàïðÿæåíèÿìè âûøå 10 Â è òîêàìè íàãðóçêè ìåíåå 0.5 À, ïðè êîòîðûõ ñîïðîòèâëåíèÿìè êàíàëîâ îòêðûòûõ MOSFET ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü îòêëþ÷åíèÿ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé çàâèñèò îò âåëè÷èí íàãðóçîê âî âðåìÿ âûêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ. Íà ëþáîì âûõîäå, òîê íàãðóçêè êîòîðîãî äîñòàòî÷íî âåëèê, íàïðÿæåíèå áûñòðî óïàäåò èç-çà îãðàíè÷åííîãî êîëè÷åñòâà ýíåðãèè, íàêîïëåííîé â âûõîäíûõ êîíäåíñàòîðàõ. Ýòà ñõåìà ìîæåò áûòü äîáàâëåíà ê ëþáîìó íàáîðó âûõîäîâ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, íàïðÿæåíèÿ êîòîðûõ ðàçëè÷àþòñÿ íà äîñòàòî÷íî áîëüøóþ âåëè÷èíó. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Vishay SI2308DS 2. Datasheet Vishay Si2337DS

135

Óïðàâëåíèå ðåçèñòèâíûì íàãðåâàòåëüíûì ýëåìåíòîì íå ñîçäàåò ïîìåõ ñèñòåìå James Henden Electronic Design

ÝÝòà ñõåìà óïðàâëÿåò ðåçèñòèâíûì íàãðåâàòåëüíûì ýëåìåíòîì ñ ïîìîùüþ èñòî÷íèêà íàïðÿæåíèÿ íà îñíîâå íèçêî÷àñòîòíîãî øèðîòíî-èìïóëüñíîãî ìîäóëÿòîðà (ØÈÌ), îáåñïå÷èâàÿ òåïëîâóþ ìîùíîñòü, ïðÿìî è ëèíåéíî ïðîïîðöèîíàëüíóþ êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ óïðàâëÿþùèõ èìïóëüñîâ. Ìàëîìîùíûé è íèçêî÷àñòîòíûé (ïðèáëèçèòåëüíî 1 êÃö) äðàéâåð âíîñèò â ñèñòåìó î÷åíü íåçíà÷èòåëüíûå ïîìåõè, îñîáåííî åñëè â íåì èñïîëüçóåòñÿ óíèâåðñàëüíûé òðàíçèñòîð Äàðëèíãòîíà, èìåþùèé îòíîñèòåëüíî

V2 24 V D1 1N914

+ V1 –

R5 10k

Q2 2N3906

R3 50

R6 680 R4 1k

Q1 2N3904 C1 22 pF

675 600

X1 TIP141_FC

R2 1.2

Òîê ÷åðåç R3 (ìÀ)

R1 2.2k

áîëüøîå (3 ìêñ) âðåìÿ íàðàñòàíèÿ è ñïàäà. Êðîìå òîãî, íàáëþäàåìûå ñêà÷êè íàïðÿæåíèÿ î÷åíü ìàëû, åñëè îíè åñòü âîîáùå. ×òîáû îáåñïå÷èòü çàùèòó îò ïåðåãðóçêè ëèíèè ïîäêëþ÷åíèÿ íàãðåâàòåëÿ, ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ ìèêðîñõåìîé çàùèùåííîãî òðàíçèñòîðà, òàêîé êàê LM395. Îäíàêî òîãäà õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû îãðàíè÷èâàþòñÿ äîïóñòèìûìè çíà÷åíèÿìè íàïðÿæåíèÿ è òîêà èíòåãðàëüíîé ñõåìû. Êðîìå òîãî, â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ïîâåäåíèå LM395 ïðè ïåðåãðóçêå ìîæåò áûòü íå ñîâñåì àäåêâàòíûì, îñîáåííî åñëè âî âêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè íà÷èíàåò ðàññåèâàòüñÿ áîëüøàÿ ìîùíîñòü èç-çà âíóòðåííåãî îãðàíè÷èòåëÿ òîêà ìèêðîñõåìû.

450 300 150 0 0

Ðèñóíîê 1. Â ýòîé ñõåìå ïîèìïóëüñíîãî îãðàíè÷åíèÿ òîêà äëÿ óïðàâëåíèÿ ðåçèñòèâíûì íàãðåâàòåëüíûì ýëåìåíòîì èñïîëüçóåòñÿ ñèãíàë ØÈÌ, îáåñïå÷èâàþùèé òåïëîâóþ ìîùíîñòü, ïðÿìî è ëèíåéíî ïðîïîðöèîíàëüíóþ êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ óïðàâëÿþùèõ èìïóëüñîâ.

136

6 9 Âðåìÿ (ìêñ)

Ðèñóíîê 2. Åñëè ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè íèæå ìèíèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ, ñõåìà óïðàâëåíèÿ äîïóñêàåò òîëüêî íåçíà÷èòåëüíûå âñïëåñêè òîêà íà êàæäîì ïåðåõîäå ê âêëþ÷åííîìó ñîñòîÿíèþ.

ÑÕÅÌÛ

Îäíàêî, äîáàâèâ íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî äåòàëåé, ìîæíî ñîçäàòü áîëåå ýôôåêòèâíûé äðàéâåð ñ ïîèìïóëüñíûì îãðàíè÷åíèåì òîêà (Ðèñóíîê 1). Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñõåìà îïðåäåëÿåò òîê ýìèòòåðà òðàíçèñòîðà Äàðëèíãòîíà X1 è âêëþ÷àåò ñîñòàâíóþ p-n-p/n-p-n çàùåëêó, åñëè ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ îò òîêà, èäóùåãî ÷åðåç ðåçèñòîð R2, ïðåâûøàåò ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q1. Ïðè ñðàáàòûâàíèè çàùåëêà øóíòèðóåò ñèãíàë óïðàâëåíèÿ áàçîé òðàíçèñòîðà Äàðëèíãòîíà, èäóùèé ÷åðåç ðåçèñòîð 2.2 êÎì (R1). Íåáîëüøîé êîíäåíñàòîð (C1) ñòàáèëèçèðóåò ïîðîã ñðàáàòûâàíèÿ çàùåëêè ïðè íàëè÷èè ïîìåõ. Ïîêà ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòèâíîãî íàãðåâàòåëüíîãî ýëåìåíòà ïðåâûøàåò ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå, ñõåìà îáåñïå÷èâàåò ìàêñèìàëüíûé ðàçìàõ âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ïðè ëþáîì êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ. Ïðè ìåíüøèõ ñîïðîòèâëåíèÿõ íàãðóçêè çàùåëêà äîïóñêàåò òîëüêî íåçíà÷èòåëüíûå âñïëåñêè òîêà íà êàæäîì ïåðåõîäå ê âêëþ÷åííîìó ñîñòîÿíèþ

ÐàäèîËîöìàí 11,12-2021

(Ðèñóíîê 2). Ñõåìà äîâîëüíî ÷óâñòâèòåëüíà ê çíà÷åíèþ êðèòè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ è ïðè íàëè÷èè âõîäíîãî ñèãíàëà ØÈÌ, êîíå÷íî, ñàìîâîññòàíàâëèâàåòñÿ. (Åñëè êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ØÈÌ äîñòèãàåò 100%, çàùåëêà íå áóäåò ñáðîøåíà äî ïîÿâëåíèÿ ñëåäóþùåãî èìïóëüñà). Ñõåìå íå òðåáóåòñÿ áîëüøîé òåïëîîòâîä. Ñõåìà ìîæåò áûòü ìàñøòàáèðîâàíà äëÿ ðàçëè÷íûõ óðîâíåé íàïðÿæåíèÿ è òîêà. Îäíàêî èç-çà âîçðàñòàþùåé âåëè÷èíû áðîñêîâ òîêà, âîçíèêàþùèõ ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè, îíà ìîæåò íå ïîäõîäèòü äëÿ óðîâíåé ìîùíîñòè, ñóùåñòâåííî ïðåâûøàþùèõ 25 Âò. Îíà òàêæå áóäåò íå ëó÷øèì âûáîðîì äëÿ óïðàâëåíèÿ ëàìïîé íàêàëèâàíèÿ, åñëè òîëüêî ñîïðîòèâëåíèå õîëîäíîé ëàìïû íå äîñòàòî÷íî âåëèêî, ÷òîáû çàùåëêà ñáðîñèëàñü è ïîçâîëèëà ØÈÌ ïîäàâàòü òîê. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet STMicroelectronics TIP141 2. Datasheet Texas Instruments LM395

137

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!