|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Арбітр сигналів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Початківцю радіоаматору Як ви думаєте, що спільного між математикою та електронікою? Читачі, знайомі з цифровою технікою, мабуть, пам'ятають, що математичні закони Булевої алгебри покладено основою дії логічних мікросхем. Однак, це ще не все. Виявляється, і в математиці, і в електроніці часто оперують таким поняттям порівняння. Але якщо вам доводиться порівнювати один з одним числові величини, то в електроніці відбувається порівняння електричних сигналів. Для виконання таких операцій створено навіть спеціальні пристрої – компаратори. Цікаво, що компаратори – близькі "родичі" вже знайомих нам тригерів. У чому їх схожість? По-перше, інформація на виходах цих пристроїв кодується лише двома логічними рівнями - високим та низьким; по-друге, і ті та інші перемикаються з одного логічного стану в інший тільки за наявності певної комбінації сигналів на входах. Як улаштовані і в чому полягає принцип дії компараторів? Давайте на якийсь час відвернемося від нашої розповіді і уявимо собі спортивні змагання з легкої атлетики, наприклад, з бігу. Після того, як спортсмен прийшов до фінішу, його результат порівнюють із рекордним часом для цієї дистанції. Якщо бігун не зумів перевищити світового досягнення, то кажуть, що "рекорд встояв". Але якщо час, за який спортсмен подолав дистанцію, виявився меншим за рекордний, то бігун тепер сам стає рекордсменом, а його результат відтепер заноситься замість колишнього у всі спортивні довідники як найвище досягнення. Таку ситуацію можна побачити, наприклад, у роботі найпростішого компаратора. Такий пристрій має два входи та вихід. На один із входів найчастіше подають напругу або струм, незмінні в часі, так званий опорний сигнал. З ним відбувається порівняння сигналу, рівень якого невідомий. Припустимо, ми хочемо зіставити напругу батареї від кишенькового ліхтаря з фіксованою напругою, поданою на опорний вхід компаратора. Якщо батарея сильно розряджена і її напруга нижче опорного, то жодних змін на виході компаратора не станеться. Але якщо потенціал батареї перевищить опорну напругу, компаратор перемкнеться, і на його виході з'явиться відмінний від початкового сигнал. Чи не так, аналогія зі змаганнями в бігу цілком себе виправдовує. Судіть самі. Вхідний сигнал менше опорного (час бігуна гірше рекордного) - логічний стан компаратора не змінюється (вище досягнення залишається незмінним). Вхідний сигнал перевищує опорний (результат спортсмена краще за світове досягнення) - логічний стан компаратора змінюється на протилежне (рекорд стає вищим). Таким чином, можна сказати, що компаратор як би виконує роль арбітра, що визначає, рівень якого сигналів виявився більшим. Ми познайомили вас із принципом дії лише одного типу компараторів. Насправді їх набагато більше, що відрізняються за різними ознаками. Наприклад, у техніці часто використовують компаратори, які можуть порівнювати два сигнали, що безперервно змінюються. Такий пристрій перемикається з одного логічного стану до іншого, коли рівні вхідних сигналів збігаються. Є компаратори, що виробляють при збігу вхідних сигналів короткий поодинокий імпульс або серію певної кількості імпульсів, що діють у момент збігу полярності вхідних сигналів. Застосовуються компаратори у багатьох галузях електроніки. Однак найважливіша сфера їхньої "діяльності" - пристрої, робота яких заснована на перетворенні аналогових сигналів у логічні. Ось найпростіший приклад – цифровий вольтметр. Один із його головних вузлів - компаратор, який керує роботою імпульсного генератора. Припустимо, що ми хочемо визначити напругу на виході низьковольтного мережного джерела живлення. Як діє у цьому випадку вимірювальний прилад? На один вхід компаратора подається напруга джерела живлення, а на другий - змінюється, що лінійно. Поки вони не зрівняються, генератор виробляє імпульси. У момент, коли величини напруги на входах компаратора співпадуть, він перемкнеться, і генерація припиниться. Імпульси підсумуються лічильниками вольтметра, і на його табло з'явиться результат виміру. Генератор приладу налаштований таким чином, що до моменту перемикання компаратора кількість вироблених імпульсів буде відповідати числовому значенню напруги вимірюваної з точністю, наприклад, до десятих або сотих часток вольта. Зі сказаного вище неважко зробити висновок, що компаратори успішно поєднали в собі властивості аналогових і цифрових пристроїв, а їх основне призначення - перетворення сигналів. Простий компаратор можна зібрати на операційному підсилювачі. Схема такого пристрою показана малюнку 1.
На вхід ОУ, що інвертує, через обмежувальний резистор R1 подано опорну напругу. Неінвертуючий вхід виконує роль вимірювального. Сигнал на нього подається через резистор R2. Щоб перетворити ОУ на компаратор, у схему введено ланцюг зворотного зв'язку, утворений резистором R3. Принцип дії такого пристрою нескладний. У вихідному стані напруга на виході операційного підсилювача дорівнює нулю. Якщо подати на вимірювальний вхід компаратора напруга, величина якого менше опорного, стан ОУ не зміниться. Коли напруга на вимірювальному вході пристрою перевищить опорну, вихідна напруга почне зростати. Через ланцюг зворотний зв'язок воно надійде на вимірювальний вхід, що, своєю чергою, призведе до зростання вхідного струму. В результаті вихідна напруга збільшиться ще більше. Коротше кажучи, процес стає лавиноподібним і напруга на виході ОУ стрибком зросте до максимального рівня. Таким чином, компаратор перейде з "нульового" стану в "одиничний". Чи не так, все дуже просто? Ну а тепер, коли ми познайомилися з пристроєм та принципом дії компараторів, можна перейти до їх практичного застосування. Для цього пропонуємо вам зібрати просту електронну гру. Вона заснована на вгадуванні одним суперником дій іншого. Беруть участь у змаганні двоє. Отже, уявіть собі невелику коробку, на лицьовій панелі якої встановлено світловий індикатор, перемикач кнопок, тумблер і електровимірювальний прилад, наприклад, вольтметр. Це – основний блок. До нього приєднані два виносні пульти, забезпечені регуляторами. Розподіливши ролі, учасники приступають до гри. Починається вона з того, що ведучий бере свій пульт і повертає регулятор на довільний кут (у межі вільного ходу). Другий гравець не бачить цих дій. Його завдання - якнайточніше повторити хід суперника. Допустимо, на це відпущено три спроби. Той, хто вгадує, бере свій пульт і повертає регулятор на необхідний, на його думку, кут. Потім він натискає кнопку та оцінює свій хід. Якщо світловий індикатор загорівся, то регулятор повернений недостатньо. Відсутність світлового сигналу вказує, що регулятор поверне більше, ніж потрібно. Далі той, хто вгадує, вирішує, що йому; тепер робити - повернути регулятор вперед (якщо індикатор світиться) або назад (якщо індикатор не світиться). Зробивши ще одну спробу, він знову натискає кнопку і станом індикатора оцінює свій другий хід. Потім повертає регулятор втретє і тепер уже вмикає тумблер. При цьому вольтметр доведе кінцевий результат гри. Якщо стрілка залишилася на нульовій позначці, значить, той, хто вгадує абсолютно точно "вирахували хід суперника. Якщо ж вона відхилилася від свого первісного положення, задум ведучого залишився нерозгаданим. Чим більше відхилення стрілки вольтметра, тим з більшою перевагою перемагає ведучий. Відлік результату роблять по шка Приладу Природно, у нашому випадку це будуть не вольти, а деякі умовні одиниці. Періодично змінюючись ролями, гравці можуть позмагатися між собою, а потім порівняти, у кого інтуїтивне чуття розвинене. краще. Якщо бажаючих взяти участь у змаганні багато, його можна провести за круговою системою, скласти таблицю результатів і визначити переможця. Одним словом, варіантів застосування даного грального автомата можна знайти чимало, головне – виявити трохи фантазії та вигадки. Зауважимо, що прилад має особливість - він показує кінцевий результат, величина якого, висловлюючись суворою математичною мовою, взята по модулю, тобто без урахування знака різниці. Щоб визначити його; потрібно додатково натиснути кнопку. Якщо індикатор не світиться, це означає, що у другого гравця відбувся перебір. Коли індикатор горить, значить, той, хто вгадує "недотягнув" до результату суперника. Отже, розібравшись у правилах гри, можна знайомитись із вмістом грального автомата. Його принципова схема показано малюнку 2.
Як і слід було очікувати, "серце" такого пристрою – компаратор. Він зібраний за знайомою нам схемою на операційному підсилювачі DA1. Резистори R4, R5 і R10 обмежують вхідні та вихідний струми мікросхеми, захищаючи її від навантаження, a R8 утворює ланцюг зворотного зв'язку. Як індикатор застосований світлодіод HL1, який вмикається кнопкою SB1. Роль вимірювального приладу виконує вольтметр постійної напруги PV1, встановлений діагональ випрямного мосту VD1-VD4. Його плечі включені, своєю чергою, між входами компаратора. Вимірювальний ланцюг вольтметра комутується тумблером SA1. Резистори R1, R3, R7 і R2, R6, R9 утворюють два керовані дільники напруги. При цьому змінні резистори R3 та R6 виконують функції регуляторів, встановлених у пультах. Як діє ігровий автомат? Припустимо, ведучий взяв перший пульт і встановив двигун змінного резистора R3 в середнє положення. При цьому напруга з верхнього за схемою дільника надійде на опорний вхід компаратора (вхід, що інвертує ОУ) і одночасно на діоди VD3, VD4 випрямного моста. Тепер у гру вступає вгадуючий. Він бере свій пульт і повертає двигун змінного резистора R6. В результаті напруга з нижнього за схемою дільника надходить на вимірювальний вхід компаратора (не вхід, що інвертує ОУ) і одночасно на діоди VD1, VD2. Якщо рівень напруги на виведенні 10 DA1 буде нижчим, ніж на виведенні 9, операційний підсилювач опиниться в "нульовому" стані. Натиснувши кнопку SB1, гравець переконується в цьому за світлом індикатора HL1. Якщо ж напруга на вимірювальному вході компаратора перевищить напругу на опорному вході, то ОУ переключиться на протилежний стан, і на його виході з'явиться логічна одиниця: світлодіод не горітиме. Необхідно зауважити, що перемикання операційного підсилювача відбувається, коли вимірювана напруга перевищить опорну приблизно на 0,3 В. Таким чином, при точному збігу вхідної напруги (а отже, і положень регуляторів R3 і R6) Н1.1 продовжує горіти. Беручи участь у грі, не забувайте про це. Після того, як усі спроби у другого гравця вичерпані, він включає тумблер БА1. Якщо рівні напруги на обох проводах компаратора повністю збігаються, стрілка вольтметра, як ми вже казали, залишиться на нульовій відмітці шкали. Якщо напруга на одному з входів перевищить напругу на іншому вході, стрілка відхилиться від нульової позначки і покаже різницю вхідної напруги. Так як прилад включений в діагональ випрямного моста, то незалежно від того, на якому вході ОУ рівень напруги виявився більшим. Полярність напруги на вольтметрі буде завжди однією і тією ж. Природно, що стрілка приладу також відхиляється тільки в один бік. Для визначення, на чиєму пульті регулятор повернутий більше наприкінці гри, як ми вже пропонували, можна натиснути кнопку БВ1 і станом індикатора НL1 зробити остаточний висновок. Живиться ігровий автомат від мережевого стабілізованого джерела з так званою штучною середньою точкою (рис. 3).
Якщо в конструкції застосовано мікросхему К140УД1Б, то вихідна напруга джерела живлення повинна становити 12 В. При використанні ІМС К140УД14 напругу необхідно зменшити до 9 В. Марка стабілітрона для останнього випадку вказана на схемі в дужках. Виготовлення ігрового автомата починають із монтажної плати, представленої на малюнку 4. Її найкраще зробити з листа фольгованого гетинаксу або склотекстоліту завтовшки 1-2 мм, розміром 35х30 мм.
З одного краю просвердліть два кріпильні отвори Ø 3 мм. Елементи джерела живлення розміщені на монтажній платі розмірами 75х30 мм, виконаною з фольгованого матеріалу (рис. 5). Транзистор не потребує радіатора.
Про деталі. Операційний підсилювач – К140УД1Б або К140УД1 А. Транзистор – будь-який із серій КТ601 – КТ603, КТ801, КТВ05, КТ815, КТ817, КТ819. Для джерела живлення з напругою 12 підійде стабілітрон Д811, Д813, Д814Г, Д814Д або КС211. Якщо напруга живлення необхідно знизити до 9, можна застосувати стабілітрон Д809, Д810, Д818А-Д818Г, Д814Б або Д814В. Діоди-Уй4 - будь-які із серій Д2, Д7, Д9, Д1В, Д20, Д206, Д220, Д223, Д226, Д237. Випрямний блок - КЦ405 з будь-яким буквеним індексом або чотири діоди середньої потужності, з'єднані за бруківкою. Світлодіод-марки АЛ 102 або АЛ307. Вольтметр постійної напруги - з межею вимірювання 5-6 В. Якщо такого не знайшлося, то як вимірювальний прилад можна застосувати міліамперметр із послідовно з'єднаним обмежувальним резистором необхідного опору. Конденсатор С1 – К50-6 або К50-16, С2 та C3 – К50-24. Постійні та змінні резистори - будь-якої марки. Мережевий трансформатор – малопотужний з напругою вторинної обмотки 12-18 В. Лампа Н1-2 – марки МН-2 або МН-3. Тумблери та кнопковий перемикач - будь-якого типу. Запобіжник має бути розрахований на струм не більше 0,5 А. ХР1 – стандартна мережева вилка. Зовнішній вигляд ігрового автомата показано на малюнку 6. Корпус для нього можна виготовити із пластмаси, фанери або алюмінію. Підійде і готова, наприклад, пластмасова скринька з-під ниток. На лицьовій панелі пристрою закріпіть вимірювальний прилад, тумблери, перемикач кнопок, світлодіод і неонову лампу. На одній із бічних стінок встановіть утримувач запобіжника. Нанесіть відповідне маркування біля органів управління. Монтажні плати та трансформатор живлення прикріпіть до основи корпусу. Резистор R11 припаяйте безпосередньо до одного з висновків "неонки". Усі необхідні з'єднання виконайте тонкими багатожильними проводами в ізоляції.
На задній стінці корпусу просвердліть три отвори: один для мережного кабелю, а два інших - для шнурів, що з'єднують прилад із виносними пультами. Як корпуси для них підійдуть звичайні мильниці. Змінні резистори забезпечте декоративними ручками. Для більшої зручності навколо кожного регулятора можна нанести по кілька міток - легше орієнтуватися, розраховуючи свої дії. Ігровий автомат не потребує налагодження. Якщо ви не припустилися помилок у монтажі та застосували справні деталі, можете бути впевнені у його працездатності. Автор: В.Янцев
Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
▪ Створено гібрид мобільника та телевізора ▪ Нова лінійка телевізорів R8 від Samsung ▪ Гонорар автора залежатиме від прочитаних сторінок ▪ Мурахи можуть будувати орієнтири, позначаючи дорогу додому
▪ розділ сайту Вимірювальна техніка. Добірка статей ▪ стаття Обприскувач. Креслення, опис ▪ стаття Штемпелювання латуні. Прості рецепти та поради ▪ стаття Живий олівець. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page