Как проектировать электронные схемы

Галле Клод

Дальнейшее увеличение двоичного слова на единицу (переход от 2 к 3 в десятичном коде) обеспечивает увеличение выходного сопротивления до 1500 Ом и т. д. Максимальное значение сопротивления составляет 7,5 кОм (все контакты отключены), оно реализуется при подаче двоичного слова 0FH.

Число разрядов и наименьшее сопротивление в наборе могут задаваться с учетом конкретных требований. Управление реле осуществляется с помощью дискретных транзисторов или от микросхем типа ULN2003, ULN2004. Если в наличии нет реле с нормально замкнутыми контактами, в схему управления можно включить логические инверторы. В таком случае необходимо проверить общее потребление тока, поскольку в состоянии покоя все реле должны быть включены.

Подобный вариант схемы можно использовать в сочетании с двоичным счетчиком, реализующим счет вперед или назад, или с микроконтроллером. Очевидно, что при управлении с помощью механических реле выходное сопротивление будет изменяться сравнительно медленно.

СЕРВОДВИГАТЕЛЬ В ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ

Серводвигатель — это миниатюрный двигатель, управляемый электронным устройством. Чаще всего это дешевые двигатели, используемые в радиоуправляемых моделях. Они приводятся в движение от источника постоянного напряжения и обычно соединены с механическим редуктором, который имеет большое передаточное отношение и обеспечивает значительный вращающий момент. Серводвигатель нередко используется для вращения потенциометра системы автоматического регулирования. При повороте оси потенциометра с контактов устройства снимается напряжение, пропорциональное угловому положению движка. Оно сравнивается с опорным напряжением, и сигнал, зависящий от их разности, подается на двигатель, который вращается в нужном направлении, пока не достигнет положения, соответствующего заданному опорному сигналу.

Перечисленные функции выполняются, как правило, специализированными схемами. При таком способе управления двигатели хорошо сочетаются с электронными устройствами. В данном случае применяется последовательность импульсов переменной длительности, посылаемых с постоянной частотой. Период импульсов составляет обычно 20 мс. Среднему (нейтральному) положению двигателя соответствует импульс длительностью 1,5 мс, два крайних положения достигаются при изменении этого параметра в пределах ±0,5 мс (рис. 2.81). Частота следования импульсов в данном случае соответствует частоте сети (50 Гц), однако ее изменение в широких пределах не влияет на работу двигателя.

Данный метод позволяет осуществлять управление с помощью любой цифровой схемы или с использованием микроконтроллера в сочетании с несложной программой. Номинальное напряжение источников питания и управления серводвигателем равно 4,8 В (4 аккумулятора по 1,2 В). Для этого хорошо подходит стандартный источник напряжения 5 В при условии, что он может обеспечить достаточный для вращения двигателя ток (приблизительно 500 мА). Если одновременно используется несколько двигателей, разумно предусмотреть для каждого отдельный источник питания, чтобы исключить возможные помехи.

Для подключения серводвигателя применяется малогабаритный соединительный элемент с тремя выводами, к которым подходят общий провод (черный), а также провода для подачи напряжения +5 В (красный) и управляющих импульсов (обычно оранжевый).

СУММАТОР И ВЫЧИТАТЕЛЬ АНАЛОГОВОГО ТИПА

Сумматор и вычитатель напряжений входят в число базовых аналоговых схем на операционных усилителях (рис. 2.82). Они находят широкое применение, особенно для обработки и усиления сигналов, поступающих от датчиков физических величин, например температуры, механической нагрузки или показателя кислотности (pH) воды. Чтобы достичь нужной точности, следует соблюдать идентичность парных резисторов. Это требование играет более важную роль, чем точный подбор абсолютных значений сопротивлений. Соображения, высказанные по

поводу резисторных цепей (см. выше), распространяются также и на данные устройства.

СИНХРОНИЗАЦИЯ ОТ СЕТИ

Напряжение электрической сети часто используется в электронных схемах в качестве опорного сигнала для генераторов тактовых импульсов или для синхронизации автоматизированных измерительных приборов. При измерении напряжений, содержащих остаточные пульсации на сетевой частоте, иногда проще произвести замер в определенный момент, чем выполнять тщательную фильтрацию сигнала (рис. 2.83а). При выполнении дискретных измерений через заданные промежутки времени на вход прерывания микроконтроллера часто подают прямоугольный сигнал, синхронизированный с напряжением сети. В этом случае обычно создаются оптимальные условия для снижения погрешностей измерения, связанных с различными помехами и наводками.

Для получения прямоугольных синхроимпульсов используется простая схема на стабилитроне в сочетании с резистором. Она ограничивает сверху переменное напряжение, снятое с любой точки вторичной обмотки трансформатора источника питания (рис. 2.83б).

Величина сопротивления вычисляется на основании максимального потенциала в выбранной точке относительно общей точки схемы, а не на основании эффективного значения напряжения на данной обмотке.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

При измерении температуры высокая точность обычно не требуется, особенно когда речь идет только о фиксации превышения заданного порогового значения. Это относится, в частности, к схемам термической защиты, которыми оснащены устройства определенного класса. Долгое время в таких схемах использовались электромеханические датчики температуры, однако в настоящее время разработчики все чаще применяют электронные компоненты, не обязательно специализированные. Измерить температуру можно и с помощью обычного транзистора, как это сделано в схеме на рис. 2.84.

Собственно датчиком служит переход база-эмиттер первого транзистора, так как при нагревании напряжение на переходе существенно изменяется. Два других транзистора нужны для усиления снимаемого с датчика напряжения и для его преобразования в логический сигнал, который переключается при достижении заданной температуры (обычно 80-100 °C). В данном устройстве необходимо обеспечить хороший тепловой контакт между датчиком и радиатором, как и в случае монтажа охлаждаемых компонентов. Однако на этом контакте должно соблюдаться условие полной электрической изоляции во избежание сбоев логического сигнала.

ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Иногда в устройстве необходимо создать отрицательное напряжение относительно общей точки, но по экономическим соображениям или из-за недостатка места нельзя использовать дополнительный источник питания, выполняющий функции выпрямления, фильтрации и стабилизации. Зачастую при этом не нужна высокая точность и стабильность отрицательного напряжения. К таким случаям относятся, например, задача сопряжения цифрового устройства с последовательной цепью стандарта RS232 и необходимость обеспечения симметричного питания операционного усилителя в устройствах обработки аналоговых сигналов (речь, музыка и т. д.).