Как проектировать электронные схемы

Галле Клод

Микросхема CD4046, выполняющая функцию ФАПЧ, содержит весь набор описанных элементов, за исключением счетчика. Вопрос об использовании счетчика и о выборе его коэффициента деления должен решаться разработчиком концепции устройства.

Рассмотренная схема (операционный усилитель и компаратор) может быть построена на дискретных аналоговых и цифровых элементах или исключительно с применением цифровой техники, что обеспечивает высокую надежность. Систему ФАПЧ в цифровом виде допустимо реализовать при помощи микроконтроллера в сочетании с относительно простой логической схемой (см. ниже).

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

Электрический

кабель является не единственным средством для передачи аналоговой и цифровой информации. Реже используется оптическое волокно, этот способ передачи информации относительно дорог. Пневматические устройства еще менее популярны, хотя и обладают рядом преимуществ, даже когда просто выполняют роль выключателя. Устройство, аналогичное выключателю с механическим приводом, содержит трубку с датчиком давления на конце. Другой конец трубки в простейшем случае снабжен резиновой грушей (рис. 2.60).

Датчик содержит мембрану, которая, деформируясь при повышении давления воздуха в трубке, замыкает контакт концевого типа.

В моделях, обладающих большей чувствительностью, для замыкания контактов используется небольшой подвижный шарик. Пневматический способ управления часто применяется в системах обеспечения безопасности. Некоторые бассейны оснащены насосом для тренировки в условиях плавания против течения. При этом удобнее управлять насосом, не выходя из воды. В подобных случаях пневматический выключатель незаменим. Пневматические устройства традиционно применяются в различных системах для выявления области пониженного давления. Сверхчувствительные пневматические датчики позволяют контролировать артериальное давление у тяжелых больных. При необходимости включается система оказания помощи.

Нетрудно сделать устройство, в котором для включения управляющего сигнала достаточно подуть в трубку. Для этого нужно подсоединить мундштук к гибкому шлангу подходящего диаметра, соединенному с датчиком давления.

В продаже довольно редко встречаются компоненты, из которых можно создать пневматическую систему управления. Исключением является датчики давления: они используются в некоторых моделях стиральных машин и продаются в числе прочих запасных деталей.

ПОЛНАЯ МОСТОВАЯ СХЕМА

Полная мостовая схема (Н-образный мост) содержит четыре выключателя, соединенных последовательно-параллельно. Широко распространен электронный вариант моста, где обычно используются транзисторы, работающие в режиме переключения. Такая схема часто служит для управления двигателем постоянного тока и позволяет изменять скорость и направление вращения.

Схема, приведенная на рис. 2.61а, иллюстрирует управление двигателем, который можно привести в одно из четырех различных состояний: вращения в одном или в другом направлении, отключения и принудительной остановки (торможения).

Последний вариант осуществляется путем одновременного замыкания двух нижних выключателей. В результате происходит закорачивание обмотки двигателя. Схема часто

используется для управления двигателями в радиоуправляемых моделях. Последовательность сигналов должна быть достаточно точной: нужно избежать одновременного замыкания двух переключателей в одной ветви, что привело бы к закорачиванию источника питания. Чтобы выполнить это условие, для формирования управляющих сигналов обычно применяется специальное устройство. Путем периодического прерывания тока в ветвях моста можно изменять среднее значение тока, протекающего через двигатель, а следовательно, и скорость его вращения.

Другим интересным примером использования полной мостовой схемы является генерация импульсного сигнала, у которого полный перепад уровней равен удвоенной величине напряжения источника питания (рис. 2.61б).

Для решения этой задачи периодически чередуют токи в двух противоположных ветвях, выполняя вышеуказанное условие. В зависимости от типа нагрузки, включенной на выходе моста (индуктивной или емкостной), время паузы в подаче сигналов подбирают так, чтобы ток успевал снизиться до прихода сигнала противоположной полярности. Описанная схема может использоваться для подачи сигнала повышенного напряжения на громкоговоритель или в выходных каскадах инвертора.

В качестве переключающих элементов все чаще применяются МОП транзисторы благодаря малому току, потребляемому по цепи управления. Однако переключение мощных транзисторов является непростой задачей, поскольку для этого необходимо располагать управляющим напряжением порядка 10 В относительно истока, который в данном случае является точкой с плавающим потенциалом. Есть несколько возможных решений данной проблемы, в частности подача управляющего сигнала через трансформатор, использование источника питания с незаземленным выходом или применение специализированных схем.

ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Часто возникает необходимость рассчитать схему делителя напряжения, один из резисторов которой является переменным. Такая задача появляется, когда требуется получить опорное напряжение для операционного усилителя с относительно точной регулировкой в узком диапазоне. В этом случае удобно задать ток, потребляемый делителем. Данный параметр часто важен и сам по себе, особенно когда схема работает от батарейки и желательно обеспечить минимальную потребляемую мощность.

На рис. 2.62 представлен делитель с тремя резисторами, один из которых является потенциометром. Допустим, при одном крайнем положении движка резистора нужно получить напряжение 1,5 В, а при другом — напряжение 2,5 В.

Вначале зададим максимальный ток, который будет протекать по делителю. Пусть эта величина составляет 500 мкА при напряжении питания 5 В. Отсюда сразу можно определить номинал потенциометра. Он равен 2 кОм (падение напряжения 1 В на его крайних выводах при токе 500 мкА). Используя тот же ход рассуждений, получаем номиналы остальных резисторов: 3 и 5 кОм. Разумеется, эти значения уточняются в зависимости от выбранной серии резисторов.