/
Tags: журнал журнал схемотехника
Year: 2000
Text
новый научно-технический журнал
АВТОЭЛЕКТРОНИКА
мим^^н»—
ЦИФРОВАЯ ТЕХНИКА
1, ПИТАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ ~
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ --------------
-В д^Д_-Д^аД1»&-Ь-_ЦИ—L— ——>-у »
№ 2 -- -
ноябрь E8S8
ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ
ВАШЕГО УСПЕХА
т L *
Всегда на складе в промышленных количествах широчайший ассортиме^
' компонентов заводов России и ближнего:
IOR
М MOTOROLA
intersil
EPCOS
muHutti
9 DAlA уыоп
Kingbright
C^YDOM
xielleman
Продукция ведущих мировых
производителей:
• активные компоненты INTERNATIONAL
RECTIFIER, INFINEON (SIEMENS),
MITSUBISHI, MOTOROLA, INTERSIL, ATMEL,
MAXIM, HEWLETT PACKARD,
ST-MICROELECTRONICS, PHILIPS,
TOSHIBA, TEXAS INSTRUMENTS
• пассивные компоненты EPCOS, BOURNS,
: ферриты, трансформаторы,
керамические фильтры, термисторы,
варисторы, разрядники, конденсаторы,
потенциометры, самовосстанавливаю-
щиеся предохранители
• TVS, диоды, диодные мосты
DC Components
• жидкокристаллические индикаторы
DA1AVISION
• оптоэлектронные приборы
• электролитические конденсаторы
• электромагнитные и твердотельные реле
ЕСЕ, CRYDOM, TTI
ни ассортиме^
зарубежья д
программаторы, эмуляторы, тестеры
паяльное оборудование,
радиомонтажный инструмент, газовые
паяльники
мультиметры, осциллографы
VELLEMAN, UNI-T
вентиляторы для охлаждения аппаратуры
JAMICON
плоский, коаксиальный, телефонный,
акустический кабель
акустические компоненты
корпуса для электронной аппаратуры
радиоконструкторы
//оставляем со склада и на заказ
весь ассортимент продукции
91S627
Пассивные компоненты гарантированного
качества производства Тайвань, Гонконг:
реле, полипропиленовые, танталовые
конденсаторы, индуктивности, резисторы,
чип-компоненты, разъемы
БЕСПЛАТНЫЙ КАТАЛОГ ВЫСЫЛАЕТСЯ
ПО ЗАЯВКАМ ПРЕДПРИЯТИЙ
International Rectified
мирового лидера на рынке
силовых полупроводниковых приборов:
Выпрямительные диоды и мосты
(50-4500 В, 1-1 000 А),
тиристоры (100-4500 В, 8-6000 А)
HEXFRED — ультрабыстрые
диоды и диоды с быстрым
восстановлением
(100-1200 В, 1-280 А, 1=17нс)
Диоды Шоттки (15-150 В, 1 -400 А)
HEXFET — самые эффективные
в мире полевые транзисторы
(2-1000 В, 1-350 А)
Самые современные IGBT
транзисторы
(250-1200 В, 5-1000 А)
Мощные диодные и диодно
тиристорные блоки
Уникальные высоковольт
интеграньные драйверы
MOSFET и IGBT
Микроэлектронные реле и
оптоизоляторы
Узнать цены сроки поставки и пол, ить техническ ю конс<льта ию Вы можете в головн м ^l-исе ПЛАТАН
Головной офис:
121351, Москва,
ул. Ивана Франко, д. 40, к. 1, стр.2
тел./факс: (095) 417-52-45, 417-08-11,
417-86-45; E-mail: platan@aha.ru
Почта: 121351, Москва, а/я 100
Офис в Санкт-Петербурге
С.- Петербург, Кронверкский просп., 73
тел./факс: (812) 232-83-06; 232-59-87
E-mail: platan@mail.wplus.net
Все товары в розницу в магазинах
www.chip-dip.ru ; E-mail: chipdip@aha.ru
Центральный магазин *
Москва, ул.Гиляровского, 39
м. «Проспект Мира»
тел./факс: (095) 281-99-17, 971-18-27, 971-31-45
Филиалы
Москва, ул.Ивана Франко, д.40, к.1, стр.2
тел.: (095)417-33-55
С.-Петербург, Кронверкский проси., 73
тел.: (812) 232-83-06, 232-59-87
Ярославль, ул.Нахимсона, 12
тел.: (0852)79-57-15
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ
факс: (3832) 16-33-66
тел./факс: (8432) 76-23-64
тел./факс: (8462) 35-26-09
тел./факс: (8352)62-17-61
Схемотехника Л4 л н къ \|/ о и I л А
№2 ноябрь 2000 1>Л Zlx d П |f| W
И.О. Главного редактора
Павел Асташ кевич
Редколлегия
Але сей Сигаев
Алек ;андр Фрунзе
Виктор Йовчик
Светлана Хабарова
Павел Праврсудов
Верстка и дизайн
Михаил Хабаров
В ктория Сычева (обложка)
Редакторы-переводчики
Андрей Асташкевич
Владимир Волков
Отдел рас п ростр а нения
Юрий Рубичев
Адрес редакции
: 121351, М осква, ул. И вана
Франко, д. 40, к. 1, стр. 2
Тел ./факс (095) 737-9279,
768-9456
e-mail: compitech@mtu-net.ru
www.compitech.ru
Издатель, учредитель:
Автоматика
Алгоритм Брезенхема в тиристорных регуляторах мощности 2
Автоэлектроника
Система электронного зажигания на IGBT транзисторах 5
Нетрадиционная противоугонная система для автомобиля 9
Замедленное отключение освещения в салоне автомобиля 10
Аудиотехника
Сабвуфер для музыкального центра
Предварительный усилитель с микроконтроллерной системой управления 12
Измерительная техника
Примененние ЖК-модулей МТ10Т7 в измерительных приборах 16
Цифровой термометр с датчиками фирмы Dallas Semiconductor 18
Выбор элементной базы для систем ввода/вывода аналоговых сигналов 20
Конкурс идей
1001-е зарядное устройство 21
Основы схемотехники
Инструментальные усилители 24
Генераторы прямоугольных импульсов на микросхемах КМОП 28
Особенности применения электролитических конденсаторов 30
Поведение микросхем при пониженном напряжении питания 32
ПЛИС: обзор архитектур и особенности применения 35
НД CICVAIEHZ
Отпечатано в ЗАО
“Фабрика офсетной печа и”
. Тираж 3000 экз.
: Заказ №
. Журнал зарегистрирован в
Министерс ве РФ по делам
печати, телерадиовещания и
средств массовых коммуникаций
Per № ПИ77-5262
Редакция не несет
ответственности за информацию,
привел иную в рекламных
й материалах
Полное или частичное
. воспроизведение: материалов
й допускается только с разрешения
ООО «ИД Скимен»
Датчики температуры 39
Питающие устройства
ИБП с микроконтроллерным управлением 42
Экономичный стабилизатор 45
Источник питания плюс тестер 46
Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания 48
Зарядное устройство с голосовой индикацией 50
Цифровая техника
ATMEL: AVR-микроконтроллеры в 2001 году 51
Как связать микроконтроллер и компьютер по каналу RS-232 54
Светотехника
Диммеры в светотехнике 56
Справочный листок
Интегральные стабилизаторы напряжения широкого применения 59
Софт
Особенности национального платостроения, или от P-CAD’a до P-CAD 2000 61
Технологии
Особенности использования позитивного фоторезиста фирмы
Cramolin
63
автоматика
Алгоритм Брезенхема в
тиристорных регуляторах
мощности
В данной статье приведено описание конструкций двух регуляторов
мощности для инерционной нагрузки. Применение микроконтролле-
ров позволило использовать алгоритм Брезенхема для равномерного
распределения импульсов тока в нагрузке и получить относительно
высокую частоту коммутации даже при шаге регулировки мощности
1%. Первый регулятор предназначен для регулирования мощности в
нагрузке, рассчитанной на сетевое напряжение. Этот регулятор обес-
печивает параметрическое регулирование мощности. Второй регуля-
тор предназначен для работы с низковольтной нагрузкой, которая
гальванически не связана с сетью. Этот регулятор обеспечивает ста-
билизацию мощности в нагрузке при колебаниях сетевого напряже-
ния
Многие тиристорные регулято-
ры мощности используют
принцип фазового управле-
ния. Принцип работы таких регулято-
ров основан на изменении момента
включения тиристора относительно
перехода сетевого напряжения че-
рез ноль (рис. 16). Нетрудно видеть,
что коммутация тиристора происхо-
дит при ненулевом значении сетево-
го напряжения, что вызывает резкое
изменение тока в нагрузке, и, как
следствие, высокий уровень радио-
помех. Такие регуляторы обязатель-
но должны иметь в своём составе
LC-фильтры, что делает их конструк-
цию громоздкой. Существует другой
метод регулировки мощности, осно-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
ванный на принципе подачи на на-
грузку нескольких полупериодов се-
тевого напряжения с последующей
паузой (рис. 1в). Преимуществом та-
ких регуляторов является то, что мо-
менты коммутации тиристора совпа-
дают с моментами перехода сетево-
го напряжения через ноль, поэтому
уровень радиопомех резко снижен
Кроме того, такой регулятор, в отли-
чие от регулятора с фазовым управ-
лением, не содержит аналоговых по-
роговых элементов, что увеличивает
стабильность работы и упрощает на-
стройку. Однако у таких регуляторов
есть, недостаток - пониженная часто-
та коммутации тока в нагрузке. Как
следствие такие регуляторы непри-
годны для управления лампами нака-
ливания. Зато они хорошо подходят
для управления инерционными на-
грузками. например нагревательны-
ми элементами электроплит, нагре-
вателями воды, паяльниками. По-
скольку коммутация нагрузки проис-
ходит только в моменты перехода се-
тевого напряжения через ноль, ми-
нимальная порция энергии, поступа-
ющая в нагрузку, равна энергии, по-
требляемой нагрузкой за один полу-
период. Поэтому для уменьшения
шага регулировки мощности прихо-
дится удлинять повторяющуюся по-
следовательность полупериодов.
Например, чтобы получить шаг в
10%, необходима длина повторяю-
щейся последовательности 10 полу-
периодов. На рисунке 2а показана
последовательность импульсов на
управляющем электроде тиристора
для мощности в нагрузке 30%. Как
видно, тиристор открыт в течение
первых трех полупериодов, а в тече-
ние семи последующих - закрыт. Да-
лее эта последовательность повто-
ряется. Частота коммутации у такого
регулятора для любой мощности,
меньшей 100%, равна 1/10 частоты
следования полупериодов. Гораздо
логичнее было бы распределить по-
лупериоды, в течение которых тирис-
тор открыт, равномерно по всей по-
следовательности. В общем случае
задачу равномерного распределе-
ния любого числа импульсов N в по-
следовательности длиной М (при N
меньшем или равном М) решает ал-
горитм Брезенхема, который обычно
используется в растровой графике
для построения наклонных отрезков.
Этот алгоритм реализуется с помо-
щью целочисленной арифметики,
что существенно упрощает его про-
граммирование. На рисунке 26 пока-
зана последовательность для той же
мощности в 30%, но с применением
алгоритма Брезенхема. В последнем
случае частота коммутации ё три ра-
за выше. Нужно отметить, что выиг-
рыш более заметен при малом шаге
регулировки мощности. Например, в
случае шага 1%, для той же мощнос-
ти в 30% выигрыш составит 30 раз.
Основой регулятора мощности
(рис. 3) является микроконтроллер
U1 типа АТ89С2051 фирмы Atmel.
Для питания схемы регулятора ис-
пользован маломощный трансфор-
матор Т1, что вместе с применением
оптотиристоров обеспечивает галь-
ваническую развязку от сети. Это
делает устройство более электробе-
зопасным. Еще одним полезным
свойством регулятора является то,
что он может быть использован с на-
грузками, рассчитанными на разное
рабочее напряжение. Для этого до-
статочно подать на вход тиристоров
требуемое напряжение с дополни-
тельного трансформатора. Напри-
мер, регулятор можно использовать
для питания низковольтного паяль-
ника. Необходимо только, чтобы на-
пряжение и ток не превышали мак-
симально допустимых для приме-
ненных тиристоров.
Регулировка мощности в нагрузке
осуществляется с помощью кнопок
SB1 и SB2. Короткое нажатие одной
из кнопок вызывает изменение мощ-
ности на один шаг. При удержании
кнопки происходит монотонное из-
менение мощности. Одновременное
нажатие двух кнопок выключает на-
грузку, если до этого она была вклю-
чена или включает максимальную
мощность, если нагрузка была вы-
ключена.
Для индикации мощности в на-
грузке служат светодиодные семи-
сегментные индикаторы HG1 - HG3
Для уменьшения количества эле-
ментов использована динамическая
индикация, которая реализована
программно. Катоды индикаторов
подключены к портам микроконт-
роллера, аноды включаются транзи-
сторами VT1 и VT2. Транзисторы уп-
равляются сигналами сканирования
индикаторов. В старшем разряде
возможно индицирование только
единицы, поэтому сегменты В и С
через резисторы подключены к од-
ному порту, а аноды индикаторов
HG1 и HG2 объединены. Импульс-
ный ток сегментов ограничен резис-
торами R1-R9 на уровне примерно
15 мА, что меньше максимально до-
пустимого тока для портов (20 мА),
но достаточно для получения необ-
ходимой яркости.
Встроенный в микроконтроллер
аналоговый компаратор осуществ-
ляет привязку к сетевому напряже-
нию. На его входы через ограничите-
ли R17, R18, VD1, VD2 поступает пе-
2
автоматика
Рис. 3
ременное напряжение с вторичной
обмотки трансформатора питания
(рис. 4а). На верхних (по схеме) вы-
водах резисторов R17, R18 действу-
ет напряжение с ограниченными от-
рицательными полуволнами (рис. 46,
в). Роль ограничителя для отрица-
тельной полярности выполняют дио-
ды выпрямительного моста. Положи-
тельные полуволны ограничиваются
с помощью диодов VD1, VD2 (рис 4г,
д). К входам компаратора приклады-
вается ограниченное с двух сторон
напряжение (рис 4е). На выходе
компаратора формируется меандр с
частотой сети (рис. 4ж). Переключе-
ния компаратора происходят в мо-
менты перехода сетевого напряже-
ния через ноль. Выход компаратора
опрашивается программно, и как
только обнаруживается изменение
его состояния, на выход управления
тиристорами (порт микроконтролле-
ра Into) выдается управляющий уро-
вень для включения тиристоров (ес-
ли текущий полупериод подлежит
пропуску, то управляющий уровень
не выдается). Для того чтобы преры-
вания индикации не влияли на мо-
мент открывания тиристора, циклы
индикации синхронны с сетевым на-
пряжением. Частота сканирования
индикаторов равна удвоенной сете-
вой частоте, т.е. 100 Гц. Порядок ра-
боты индикации следующий (рис.
5в): в момент перехода сетевого на-
пряжения через ноль на 4 мс включа-
ется индикация разряда 1 (индика-
тор HG3). Внутри этого интервала
происходит проверка нажатия кно-
пок и, если нужно, изменяется значе-
ние текущей мощности Затем сни-
мается управляющее напряжение с
тиристоров (рис. 56), и на 4 мс вклю-
чается индикация разряда 2 (индика-
торы HG1 и HG2). После этого в тече-
ние не более 4 мс ожидается новое
изменение состояния компаратора.
Если изменения не происходит, сис-
тема все равно начинает цикл, не
привязавшись к сети. Только в этом
случае тиристоры не открываются.
Это сделано для того, чтобы индика-
ция нормально работала даже без
импульсов привязки к частоте сети.
Такой алгоритм работы, однако, на-
кладывает некоторые ограничения
на сетевую частоту: она должна
иметь отклонение от 50 Гц не более
20%. На практике отклонение часто-
ты сети значительно меньше
Сигнал с порта Into поступает на
ключ, выполненный на транзисторах
VT3 и VT4, который служит для управ-
ления светодиодами оптотиристо-
ров. Когда активен сигнал Reset мик-
роконтроллера, на порту присутству-
ет уровень логической единицы По-
этому в качестве активного уровня
выбран ноль. Для коммутации на-
грузки используются два оптотирис-
тора, включенные встречно-парал-
лельно Светодиоды оптотиристоров
соединены последовательно. Ток
светодиодов задается резистором
R16 и равен примерно 100 мА.
Регулятор может работать в двух
режимах с разным шагом регулиров-
ки мощности. Выбор режима работы
производится перемычкой JP1. Со-
стояние этой перемычки опрашива-
ется сразу после сброса микроконт-
роллера. В режиме 1 шаг регулиров-
ки мощности составляет 1% При
этом на индикаторе отображаются
цифры от 0 (0%) до 100 (100%). В ре-
жиме 2 шаг регулировки мощности
составляет 10%. При этом на индика-
торе отображаются цифры от 0 (0%)
до 10 (100%). Выбор числа градаций
10 в режиме 2 обусловлен тем, что в
некоторых случаях (например, управ-
ление электроплитой) не требуется
малый шаг регулировки мощности.
Если регулятор предполагается ис-
пользовать только в режиме 2, то ин-
дикатор HG1 и резисторы R8, R9
можно не устанавливать. Вообще го-
воря, регулятор позволяет произ-
3
автоматика
вольно задать число градаций мощ-
ности для каждого из режимов. Для
этого необходимо в исходном тексте
программы определить желаемое
значение констант Pow100 и Pow10
для режимов 1 и 2 соответственно.
Нужно только помнить, что макси-
мальное число градаций в режиме 1
должно быть не более 127, а в режи-
ме 2 - не более 99, поскольку в этом
режиме индикация сотен невозмож-
на.
При токе нагрузки до 2А оптоти-
ристоры можно использовать без
радиаторов. При большем токе на-
грузки оптотиристоры необходимо
установить на теплоотводы площа-
дью 50- 80 см2. При использовании
регулятора с напряжением менее
50 В оптотиристоры могут быть лю-
бого класса по напряжению. При
работе с сетевым напряжением
класс оптотиристоров должен быть
не ниже 6. В качестве трансформа-
тора питания можно применить лю-
бой маломощный трансформатор с
напряжением вторичной обмотки 8-
10 В (переменное) и допустимым
током нагрузки не менее 200мА.
Диоды VD3-VD6 можно заменить
диодами КД208, КД209 или выпря-
мительным мостом КЦ405 с любой
буквой. Микросхема стабилизатора
U2 типа 7805 (отечественный ана-
лог КР142ЕН5А, КР1180ЕН5)радиа-
тора не требует. Транзисторы VT1-
VT3 - любые маломощные р-п-р.
Транзистор VT4 можно заменить
транзисторами КТ815, КТ817 с лю-
бой буквой. Диоды VD1, VD2 - лю-
бые кремниевые маломощные, на-
пример КД521, КД522. Кнопки SB1
и SB2 - любые малогабаритные без
фиксации, например ПКН -159. Ин-
дикаторы HG1-HG3 - любые семи-
сегментные с общим анодом. Же-
лательно только, чтобы они облада-
ли достаточной яркостью свечения.
Конденсаторы СЗ, С4, С6 - любые
электролитические. Остальные кон-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Рис. 5
ожидание
перехода
денсаторы - керамические. Резис-
тор R16 - МЛТ-0.5, остальные -
МЛТ-0.125. Еще удобнее применить
SMD-резисторы, например, Р1-12.
Микросхема U1 установлена на па-
нельке.
Если регулятор собран из ис-
правных деталей, а микроконтрол-
лер запрограммирован без ошибок,
то регулятор в настройке не нужда-
ется. Желательно только проверить
правильность привязки к сетевой
частоте. Для этого необходимо за-
синхронизировать осциллограф се-
тевым напряжением и убедиться,
что импульсы сканирования дис-
плея (на выводах RXD и TXD микро-
контроллера) синхронны с сетью и
имеют удвоенную сетевую частоту.
Если при подключении нагрузки из-
за помех синхронность нарушается,
необходимо между входами компа-
ратора (выводы 12, 13 микроконт-
роллера) включить конденсатор ем-
костью 1 - 4,7 нф.
При шаге регулирования мощнос-
ти 1% нестабильность сетевого на-
пряжения является основным источ-
ником погрешности установки мощ-
ности. Если нагрузка не связана
гальванически с сетью, то несложно
ожидание
перехода
измерить среднее значение прило-
женного к нагрузке напряжения и с
помощью цепи обратной связи под-
держивать его постоянным. Этот
принцип и реализован во втором ре-
гуляторе. Для работы в режиме ав-
томатического регулирования ис-
пользуются два Брезенхемовских
модулятора Бр. Мод. 1 и Бр. Мод. 2
(рис. 6), которые реализованы про-
граммно. На вход модулятора Бр.
Мод. 1 поступает код требуемой
мощности, который задается с по-
мощью кнопок управления. На выхо-
де этого модулятора формируется
импульсная последовательность,
которая после фильтрации фильт-
ром нижних частот ФНЧ 1 поступает
на один из входов компаратора. На
второй вход компаратора через
фильтр нижних частот ФНЧ 2 посту-
пает напряжение, снимаемое с на-
грузки. С выхода компаратора одно-
битный сигнал ошибки поступает на
вход микроконтроллера, где он под-
вергается цифровой фильтрации.
Поскольку цифровой фильтр ЦФ ра-
ботает синхронно с модуляторами,
обеспечивается эффективное по-
давление пульсаций на частоте по-
вторения выходных импульсных по-
следовательностей и на гармониках
этой частоты. С выхода цифрового
фильтра 8-битный сигнал ошибки
поступает на интегрирующий регу-
лятор ИР. Для повышения точности
интегрирующий регулятор работает
в 16-разрядной сетке. Младшие 8
бит выходного кода регулятора по-
ступают на вход модулятора Бр.
Мод. 2, на выходе которого форми-
руется импульсная последователь-
ность, поступающая на управление
тиристорами.
Программное обеспечение для
прошивки АТ89С2051 размещено по
адресу www.platan.ru/shem/
В следующем номере журнала бу-
дет подробно рассмотрен другой ва-
риант схемотехнической реализа-
ции регулятора мощности.
Леонид Ридико
wubblick@yahoo.com
Продолжение следует
4
автоэлектроника
Система электронного
зажигания на IGBT
транзисторах
Невозможно представить себе современный автомобиль без элек-
троники. Электронных устройств становится все больше, они внедряют-
ся во все системы автомобиля, и одним из важнейших таких устройств
является система электронного зажигания. На новых машинах она, как
правило, входит в штатное оборудование. При установке же на старые
автомобили, выполненные по классической схеме, это, пожалуй, един-
ственное устройство, способное качественно улучшить характеристики
машины, поднять их на новый уровень. А поскольку подавляющее боль-
шинство автомобилей в нашей стране, к сожалению, составляют имен-
но такие автомобили, то необходимость в разработке подобных схем с
годами не уменьшается. Кроме того, автолюбителям, которые не только
"держатся за руль", но и пытаются разобраться в том, что же у машины
находится под капотом, будет интересно и полезно узнать некоторые
особенности системы зажигания.
элементе достоинства полевых и би-
полярных транзисторов. У IGBT прак-
тически отсутствуют входные токи,
они имеют отличные динамические
характеристики, не уступающие (на
частотах до 20 - 50 кГц) характерис-
тикам MOSFET. В то же время потери
у них растут пропорционально току, а
не квадрату тока, как у полевых тран-
зисторов. Максимальное напряже-
ние IGBT ограничено только техноло-
гическим пробоем, и уже сегодня вы-
пускаются транзисторы с рабочим
напряжением свыше 2000 В. При
этом напряжение насыщения у них
не превышает 2 - 3 В в рабочих режи-
мах Основным недостатком IGBT
транзисторов пока остаются дина-
мические потери на высоких часто-
тах, обусловленные эффектом так
называемого "хвоста" - остаточным
током биполярного транзистора. Это
несколько снижает допустимый ток
коллектора на частотах выше 10 кГц.
Однако для силовых каскадов блоков
электронного зажигания, где рабо-
Введение
Напомним основные преимуще-
ства, которые дает система
электронного зажигания:
• более полное сгорание топлива
и связанное с этим повышение мощ-
ности и экономичности;
- снижение токсичности отрабо-
тавших газов;
* облегчение холодного пуска;
увеличение ресурса свечей за-
жигания;
• снижение энергопотребления;
• возможность микропроцессор-
ного управления зажиганием.
На сегодняшний день существует
множество схем электронного зажи-
гания. Выпускается также масса ин-
тегральных схем для серийного ис-
пользования в автомобилях. Однако
одна из проблем присущих всем по-
добным системам, полностью не ре-
шена до сих пор. Это проблема на-
дежности. Многие автолюбители
знают, что вывести систему зажига-
ния из строя может оборвавшийся
со свечи высоковольтный провод.
Оконечный силовой каскад блока
электронного зажигания работает в
очень напряженном электрическом
и тепловом режиме. Ни полевые, ни,
тем более, биполярные транзисторы
не способны дать гарантию безот-
казной работы во всех режимах,
особенно аварийных.
IGBT транзистор
MOSFET транзисторы, появившие-
ся в 80-х годах, имели характеристи-
ки, близкие к характеристикам иде-
ального ключа и являлись наиболее
популярными ключевыми элемента-
ми. Однако оказалось, что главным
параметром, ограничивающим об-
ласть их применения, является на-
пряжение стока. Высоковольтных
МОП-транзисторов с достаточно хо-
рошими характеристиками создать
пока не удается, так как сопротивле-
ние открытого МОП ПТ растет про-
порционально квадрату пробивного
напряжения. Кроме того, кристаллы
высоковольтных МОП ПТ имеют боль-
шую площадь и, соответственно,
большую стоимость, чем у биполяр-
ных .транзисторов. Справедливости
ради надо сказать, что многие фирмы
продолжают работать над созданием
высоковольтных полевых транзисто-
ров. В частности фирма IXYS выпус-
кает транзисторы по B1MOSFET тех-
нологии, рассчитанные на рабочее
напряжение до 1600 В. Однако на-
пряжение насыщения у них составля-
ет 7 В, соответственно и рассеивае-
мая на них статическая мощность
оказывается недопустимо большой.
В середине 80-х годов возникла
идея создания биполярного транзис-
тора с МОП-управлением, названно-
го IGBT - Insulated Gate Bipolar Tran-
sistor. В 90 — 91 году в каталогах ряда
фирм (среди которых одной из пер-
вых была фирма International Rectifier)
появились транзисторы IGBT. С тех
пор их изготавливают практически
все ведущие производители мощных
полупроводниковых приборов. Са-
мыми сильными разработчиками
IGBT транзисторов на сегодняшний
день являются International Rectifier,
IXYS, Siemens, Advanced Power Tech-
nology (APT).
Структурно IGBT представляет со-
бой PNP транзистор (Q), управляе-
мый от низковольтного МОП-транзи-
стора с индуцированным каналом
(М) через высоковольтный N-каналь-
ный полевой транзистор. N-каналь-
ный транзистор на структурной схе-
ме (рис.1) показан в виде нелиней-
ного резистора RN(MOD). Такую
структуру приводит в своей докумен-
тации фирма Toshiba. Новая техноло-
гия позволила соединить в одном
Таблица 1
Тип транзистора Производитель lc, A (25 C) Uce, V U ut, V (l=10A) Pmax, W (251 C) Корпус
BUZ384 (MOSFET) Thomson 10 500 6 125 TO-3
IRG4PC40F IR 49 600 1.3 160 TO-247
IRG4PC50F IR 70 600 1 200 TO-247
IRG4PF40W IR 51 900 1.6 200 TO-247
IRG4PH50K IR 45 1200 2 200 TO-247
IXSH24N60 IXYS 48 600 2.2 150 TO-247
IXSM30N60 IXYS 50 600 2.5 200 TO-3
IXSH25N100 IXYS 50 1000 3 200 TO-3
BUP604 Siemens 80 600 2.2 300 TO-247
APT30GT60 APT 55 600 2 200 TO-247
Рис.1. Структурная схема IGBT
чие частоты не превышают 200 - 300
Гц, на сегодняшний день транзисто-
ры IGBT подходят более других эле-
ментов. Например, в штатных комму-
таторах автомобилей ВА32108-09
полевой транзистор оконечного кас-
када можно заменить на IGBT, не де-
лая никаких доработок в принципи-
альной схеме и конструкции. В таб-
лице 1 приведены некоторые типы
транзисторов IGBT, пригодных для
установки в коммутатор "Самар”. В
первой строке даны параметры
MOSFET транзистора BUZ384, часто
применяемого в выходных каскадах
электронных коммутаторов. Обрати-
те внимание на то, что напряжение
насыщения Usat при рабочем токе 10
А у него составляет 6 В. Поскольку
5
автоэлектроника
составляет примерно 30 %, рассеи-
ваемая на полевом транзисторе
мощность за счет потерь проводи-
0,5 Ом), и стабилизация тока при ко-
лебаниях напряжения аккумулятора
не представляет трудности. Энер-
мости
Pd = I - Usat • 0,3 = 18 Вт
Поскольку напряжение насыще-
ния IGBT транзисторов ниже в 2 - 3
раза, то соответственно них будут
меньшие потери мощности, темпе-
ратура перегрева и выше ресурс
Как правило, энергия в системах
электронного зажигания запасается
в индуктивности катушки зажигания
или в накопительном конденсаторе.
Первый способ реализован в "клас-
сике" и в большинстве современных
систем зажигания, например в а/м
ВАЗ-2108, 2109. Первичная обмотка
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Circuit: FIRO
Date/Time run: 06/30/98 17:34.43 Temperature: 27.0
400V -
0s 5ms 10ms 15ms
° v(k)
Time
Рис. 3 Накопление энергии в катушке зажигания (6000 об/мин)
гия, запасенная в индуктивности
Eind, выражается следующим соот-
ношением:
Eind=L-l2/2,
где L - индуктивность первичной
обмотки катушки зажигания, I - ток.
Индуктивность выбирается так, что-
бы ток в катушке успевал нарасти до
необходимого значения при макси-
мальной частоте вращения коленча-
того вала, составляющей 200 Гц при
6000 об/мин. Ток стабилизируется
на уровне, обеспечивающем требуе-
мую энергию искры. Описанная сис-
тема зажигания является наиболее
распространенной среди серийных,
поскольку имеет возможность инте-
грального исполнения. Однако она
имеет и свои недостатки, главным из
которых является неэффективная ее
работа с высокоомной катушкой и
невысокая скорость нарастания на-
пряжения. Кроме того, в подобной
системе напряжение на транзисторе
определяется напряжением вторич-
ного пробоя в зазоре свечи, и опас-
ность выхода из строя высоковольт-
ного транзистора довольно велика.
В машинах с классической схемой
зажигания, где искра формируется
за счет прерывания тока в достаточ-
но высокоомной катушке механичес-
ким прерывателем, проблем еще
больше. Замена механического кон-
такта на электронный их не решает, и
применение электронных коммута-
торов от "Самар" или им подобных в
автомобилях с высокоомной катуш-
кой не дает ничего, кроме снижения
токовой нагрузки на контакт.
Дело в том. что RL параметры ка-
тушки должны удовлетворять проти-
воречивым требованиям. Во-пер-
вых, активное сопротивление R
должно ограничивать ток на уровне,
достаточном для накопления необ-
ходимого количества энергии при
пуске, когда напряжение аккумуля-
тора может упасть в 1,5 раза. С дру-
гой стороны, слишком большой ток
приводит к преждевременному вы-
ходу из строя контактной группы.
Во-вторых, для увеличения количе-
ства запасенной энергии необходи-
мо увеличивать индуктивность ка-
тушки. При этом с ростом оборотов
ток в катушке не успевает достигнуть
номинального значения, и энергия
искры, пропорциональная квадрату
тока, резко снижается. Например, в
системах зажигания ВА32101-2107
при частоте вращения коленчатого
вала 6000 об/мин ток разрыва ка-
тушки падает в полтора раза, а мощ-
ность, соответственно, более чем в
два, что приводит к повышенному
расходу топлива. Сказанное иллюст-
рируется эпюрами, приведенными
на рис. 2 и 3, где (снизу вверх) пока-
заны напряжение на контакте пре-
рывателя, ток катушки и запасенная
энергия. Все эпюры получены при
моделировании электронных схем
систем зажигания с помощью про-
граммы PSPICE. Из графиков видно,
что при увеличении частоты враще-
ния вала с 1500 об/мин до 6000
об/мин (что соответствует частоте
искрообразования 50 Гц и 200 Гц)
запасенная в катушке энергия пада-
ет с 50 мДж до 20 мДж.
Наиболее полно преимущества
электронной системы зажигания
проявляются в конденсаторной сис-
теме с непрерывным накоплением
энергии. Один из вариантов конден-
саторной системы зажигания и опи-
сан в данной статье. Подобные уст-
ройства отвечают большинству тре-
бований, предъявляемых к системе
зажигания. Однако их массовому
распространению препятствует на-
личие в схеме высоковольтного им-
пульсного трансформатора, изго-
товление которого представляет из-
вестную сложность.
В схеме с непрерывным накопле-
нием энергии высоковольтный кон-
денсатор постоянно подзаряжается
от вспомогательного генератора,
силовой транзистор подключает за-
6
автоэлектроника
Рис. 4 Принципиальная схема блока электронного зажигания
ряженный конденсатор к первичной
обмотке катушки зажигания, а ка-
тушка используется только как
трансформатор. Энергию, запасен-
ную в конденсаторе Есар, можно оп-
ределить следующим образом:
Есар = С • U2/2,
где С - емкость, a U - напряжение
на конденсаторе, которое выбирает-
ся исходя из требований к напряже-
нию вторичного пробоя. Обычно на-
пряжение на первичной обмотке
нормируется на уровне 300 - 350 В.
Наличие высокочастотного генера-
тора и стабилизация напряжения де-
лает величину запасаемой энергии
независимой от напряжения аккуму-
лятора и частоты вращения вала. Та-
кая структура получается гораздо
более экономичной, чем при накоп-
лении энергии в индуктивности, так
как ток через си повой транзистор и
первичную обмотку катушки течет
только в момент искрообразования.
Кроме того, высоковольтное напря-
жение на транзисторе стабилизиро-
вано и не зависит от напряжения
вторичного пробоя, как в индуктив-
ных системах, что повышает надеж-
ность работы силового транзистора.
На рис. 4 приведена принципиаль-
ная схема блока электронного зажи-
гания с непрерывным накоплением
энергии и стабилизацией выходного
напряжения. Подзарядка накопи-
тельного конденсатора СЗ произво-
дится от импульсного высоковольт-
ного трансформатораТ\/1, управляе-
мого автоколебательным генерато-
ром. Генератор собран по схеме
мультивибратора на компараторе D1
(LM311). Генератор отключается при
открывании транзистора VT1 по цепи
обратной связи при достижении на-
пряжения на конденсаторе заданного
значения. Напряжение стабилизации
задается стабилитроном VD2 и дели-
телем R8, R11. Такой способ регули-
рования напряжения повышает эко-
номичность схемы, так как заряд кон-
денсатора происходит сразу после
искрообразования, после чего гене-
ратор работает в режиме низкочас-
тотного подзаряда, практически не
потребляя энергии. При емкости на-
копителя 01 = 1 мкФ и напряжении
350 В, энергия искры в соответствии
с приведенной выше формулой со-
ставляет около 60 мДж.
На рис. 5 и 6, показано напряже-
ние на накопительном конденсаторе
и запасенная в нем энергия при час-
тоте вращения коленчатого вала
1500 об/мин и 6000 об/мин. Из эпюр
видно, что запасенная энергия, со-
ставляющая около 60 мДж, практи-
чески не изменяется. Не зависит она
также и от напряжения аккумулятора
благодаря стабилизации напряже-
ния на конденсаторе.
Импульсы с прерывателя или бес-
контактного датчика поступают на
вход блока, дифференцируются це-
почкой C5R13 и нормируются тригге-
ром Шмидта, входящим в состав ми-
кросхемы D2. Таким образом выра-
батывается пусковой импульс фикси-
рованной длительности (примерно 1
мс), открывающий IGBT транзистор
Q3, в результате чего происходит
сброс энергии в катушку зажигания.
Задачу формирования пускового им-
пульса, управления силовым транзи-
стором и защиту его от перегрузки
выполняет специализированная мик-
росхема-драйвер D2 -IR2125.
В данной схеме защита организо-
вана по напряжению насыщения
транзистора, которое пропорцио-
нально току коллектора. Такая защи-
та не требует использования мощно-
го резистора в цепи эмиттера тран-
зистора, создающего дополнитель-
ные потери. При включении транзис-
тора сумма прямого падения напря-
жения на диоде VD7 и на открытом
транзисторе Q3 через делитель R16
R17 поступает на вход защиты CS.
Если это напряжение превышает по-
роговый уровень (0,24 В), транзис-
тор отключается.
Драйвер выполняет еще одну
очень важную функцию. Для полного
открывания IGBT транзистора на его
затвор необходимо подать напряже-
ние не менее 10 В В противном слу-
чае он может перейти в линейный ре-
жим, при котором резко возрастают
потери мощности и транзистор мо-
жет выйти из строя. Такая ситуация
возможна при падении напряжения
аккумулятора (например, при работе
стартера). При этом питание выход-
ного каскада драйвера осуществля-
ется от так называемой бутстрепной
емкости С6, которая заряжается че-
7
автоэлектроника
Таблица 2
Поз. обозначение Номинал, рекомендуемый тип Производитель Количество
С1. С6 20мкФх16 2
С2 0 01мкФ 1
СЗ М КС-3441 м K0x4OOVdc/22OVac Philips 1
С4 ЗОООпФ 1
С5 0.1мкФ 1
С7 ЗООпФ 1
D1 LM311 National Semiconductor 1
D2 IR2125 International Rectifier 1
R1.R2, R12, 0.125Вт-ЗкОм 4
R17
R3 0.125Вт-15кОм 1
R4 0.125Вт-150кОм 1
R5.R13.R14 0.125Вт-ЮкОм 3
R6 0.125Вт-2кОм 1
R7, R9 0.25Вт-510кОм 2
R8 0.125Вт-13к Ом 1
R10 1 Вт-0.1 Ом 1
R11 0.5Вт-510кОм 1
R15 0125ВТ-33 Ом 1
R16 0.125Вт-62кОм 1
VD1 Стабилитрон 10В, 0.5Вт 1
VD2 Стабилитрон 6.8В, 0.5Вт 1
VD3, VD7 Диод MUR160 Motorola 1
VD4 Диод FR607 1
VD5, VD6 Диод 1N5408 Motorola 1
VT1.VT2 Транзистор ВС547 Philips 2
Q1 Транзистор BS107 Philips 1
02 Транзистор IRF630 International Rectifier 1
ОЗ Транзистор IRG4PC50FD International Rectifier 1
BR1 TRANSIL 1.5КЕ-20 ST-Microelectronics 1
BR2 TRANSIL 1.5КЕ-200 ST-M icroelectronics 1
BR3 TRANSIL 1.5КЕ-440 ST-Microelectronics 1
TV1 Трансформатор:
Сердечник - 40x25x12 электротехническая сталь Э350 зазор - 0.5мм.
O6motkh:W1 - 60 витков, провод ПЭВ-2, 0.56
W2 - 600 витков провод ПЭВ-2, 0.1
рез диод VD6. Поскольку токи управ-
ления очень малы, емкости 20 мкФ
хватает для управления транзисто-
ром в течение около 5 с. При падении
напряжения на емкости С6 ниже 9 В,
драйвер отключает транзистор.
Сбрасывается защита при нулевом
входном сигнале драйвера. Ток тран-
зистора Q2 генератора ограничен
цепью обратной связи и не превыша-
ет 3 А, поэтому управление от драй-
Circuit: FIRIG
Date/Time run: 07/02/98 15:21:48 Temperature: 27.0
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Time
Рис.6. Накопление энергии в конденсаторе (6000 об/мин)
вера не требуется. В качестве Q2
можно использовать любой MOSFET
или IGBT транзистор с напряжением
не менее 200В и током не менее 7А,
например IRF630 или IRG4BC20UD.
Перечень элементов схемы приве-
ден в таблице 2.
Для силового ключа Q3 можно вы-
брать любой IGBT транзистор из таб-
лицы 1 или аналогичный, напряже-
ние насыщения которого при рабо-
чем токе 10 А не превышает 2,5 В.
Средняя мощность, рассеиваемая
на нем при максимальных оборотах,
не превышает 2 Вт.
Как было показано выше, напряже-
ние на коллекторе силового транзис-
тора стабилизируется на уровне око-
ло 350В благодаря обратной связи по
напряжению. Однако за счет пара-
зитных индуктивностей линий связи,
благодаря высоким динамическим
характеристикам на транзисторах
могут возникать переходные перена-
пряжения в момент переключения.
Обычно для ограничения переходных
перенапряжений применяются вари-
сторы. В последние годы рядом
фирм стали выпускаться защитные
диоды, которые по быстродействию
и способности к поглощению энергии
намного превосходят варисторы.
Это, в частности, диоды Transil произ-
водства ST-Microelectronics (SGS-
Thomson) Время их срабатывания
составляет единицы пикосекунд, а
уровень поглощаемой мощности до-
стигает 1500 Вт за 1 мс. Именно та-
кие элементы установлены в схеме
параллельно транзисторам Q2 и Q3.
Это 1.5КЕ200 (BR2 - на напряжение
200 В) и 1.5КЕ440 (BR3 - на напряже-
ние 440 В). Для защиты низковольт-
ной части схемы служит диод BR1 на
напряжение 20 В. Наличие защитных
диодов исключает перегрузку по на-
пряжению в любых режимах работы,
включая аварийные
Все сказанное позволяет сделать
вывод, что транзисторы IGBT являют-
ся оптимальными для силового кас-
када блока электронного зажигания,
по какой бы схеме он ни выполнялся.
Следует отметить, что применение
этих транзисторов требует аккурат-
ного квалифицированного подхода и
достаточно высокой технологии изго-
товления. Нельзя забывать о том, что
IGBT, как и другие компоненты с изо-
лированным затвором, чрезвычайно
чувствительны к ESD (статическому
электричеству). Обязательным усло-
вием является также применение
средств защиты от перенапряжений.
В частности, установка упомянутых
диодов Transil рекомендуется и при
использовании штатного коммутато-
ра "САМАР".
Список литературы
1. Разевиг В. Д. "Применениепрограмм
P-Cad и РЗРЮЕдля схемотехнического
моделирования". М, 1992
2. Колпаков А. И. Моделирование MOS-
FET транзисторов с помощью PSPICE.
Новые компоненты, 1998, №5-6(8)
3. Иванов В. В., Колпаков А. И. Приме-
нение IGBT транзисторов. Электронные
Компоненты, 1996, №1
4. Колпаков А. И. MOSFET или IGBT
Практика выбора. Электронные компо-
ненты. 2000, №2
5. Колпаков А. И. Автоматизация тепло-
вого расчета оконечных каскадов на
IGBT транзисторах. Экспресс Электро-
ника, 1998, №5, 6
Андрей Колпаков,
kai@megachip.ru
8
автоэлектроника
Нетрадиционная
противоугонная система
для автомобиля
В настоящее время проблема защиты автомобиля является акту-
альной для многих автолюбителей. Импортные противоугонные сис-
темы и сигнализации, как правило, довольно дороги и их применение
не всегда оправдано, тем более что большинство серийно выпускае-
мых систем хорошо знакомы профессиональным угонщикам. В этой
статье предлагается простая, но необычная противоугонная система.
Поскольку конструкция системы совершенно нетипична для проти-
воугонных устройств, то можно надеяться, что она поставит в тупик
угонщика и вынудит его оставить ваш автомобиль в покое. Хотя, ко-
нечно, нельзя не признать, что угонщик - профессионал вознамерив-
шийся во что бы то ни стало угнать автомобиль, справится с любой
системой. Абсолютной защиты не существует
Система включает в себя кно-
почную клавиатуру, устанавли-
ваемую в удобном для водите-
ля месте. Для снятия автомобиля с
охраны водитель включает зажига-
ние и набирает на клавиатуре трех-
значный код. После этого необходи-
мо кратковременно включить одно
включенном зажигании нажатием
любой кнопки, не входящей в трех-
значный код.
Значительным улучшением ох-
ранных свойств системы может
стать установка бензоклапана. Элек-
трический бензоклапан - это элект-
ромагнит, который обеспечивает
на рис. 1. Устройство содержит кла-
виатуру SB1-SB9, кодозадающие
переключатели S1-S4, триггеры на
микросхемах DD1, DD2, элементы
совпадения на микросхеме DD3, ин-
верторы DD4, ключевой каскад на
транзисторе\/Т1, реле К1 и индика-
тор HL1, сигнализирующий о снятии
с охраны. Устройство работает сле-
дующим образом. При включении
зажигания ключом и появлении на-
пряжения питания, напряжение на
конденсаторе С1 возрастает с нуле-
вого значения до напряжения высо-
кого уровня не сразу, а с небольшой
задержкой, в течение которой все
триггеры включаются в нулевое со-
стояние и на базе транзистора VT1
напряжение отсутствует. При этом
реле К1 обесточено, питание на ка-
тушку зажигания (и на бензоклапан,
если он установлен) не поступает, и
автомобиль завести невозможно.
Нажатие кнопки, соответствующей
первой цифре кода переключает
триггер на элементах DD1.1, DD1.2.
Напряжение логической единицы с
вывода 3 элемента DD1.1 поступает
на вывод 2 элемента DD3.1. При на-
жатии следующей кнопки , соответ-
ствующей второй цифре кода, на вы-
вод 2 элемента DD3.1 также посту-
пает логическая единица. На выходе
КЛАВИАТУРА
+ 12В
+ 12В
Рис. 1
к катушке
зажигания
к бензоклапану
из штатных устройств электрообору-
дования автомобиля (вентилятор
отопителя, обогрев заднего стекла и
т. п.), выбор которого определяется
при установке системы. Вместо это-
го можно использовать секретную
кнопку, но места установки этих кно-
пок, как правило, хорошо известны
угонщикам. После всех этих манипу-
ляций питание подается на катушку
зажигания, и автомобиль можно за-
вести. Кроме того, система позволя-
ет заблокировать автомобиль при
прохождение бензина от бензобака
к двигателю только при подаче на
него питающего напряжения. Такие
бензоклапаны выпускаются серий-
но, и их можно легко приобрести. Ус-
тановив такое устройство в трудно-
доступном месте и подключив его к
предлагаемой системе, вы оконча-
тельно разрушите планы угонщика,
даже если он попытается напрямую
соединить катушку зажигания с акку-
мулятором.
Схема устройства представлена
элемента совпадения появляется
логический ноль, и триггер на эле-
ментах DD1.3, DD1.4 также срабаты-
вает. Аналогично предыдущим пере-
ключается триггер на элементах
DD2.1, DD2.2 при наборе третьей ци-
фры кода. Кратковременное включе-
ние тумблера питания одного из
штатных устройств вызывает сраба-
тывание триггера на элементах
DD2.3, DD2.4, и на базе транзистора
появляется напряжение высокого
уровня. Срабатывает реле К1 и свои-
9
автоэлектроника
ми контактами подает питание на ка-
тушку зажигания (и бензоклапан).
Кроме того, загорается зеленый
светодиод HL1, сигнализирующий о
снятии автомобиля с режима блоки-
ровки. Если в процессе набора кода
нажата кнопка с цифрой, не входя-
щей в него, то входы сброса тригге-
ров соединяются с общим проводом
и триггеры возвращаются в исход-
ное состояние. После этого код не-
обходимо набирать заново.
В качестве S1-S4 рекомендуется
использовать малогабаритные пе-
реключатели типа ВДМ-1 или анало-
гичные импортные: это позволит
оперативно изменять код Код уста-
навливается следующим образом:
на переключателях S1 -S3 включают-
ся по одному ключу (для примера на
схеме показан код "127"), на пере-
ключателе S4 включаются все ключи,
соответствующие цифрам, не входя-
щим в код.
Реле К1 можно использовать лю-
бое, с рабочим напряжением обмот-
ки 12 В (при установке бензоклапана
контакты реле должны обеспечивать
ток не менее 0,4 А). В качестве кла-
виатуры можно использовать клави-
атуру от телефона или малогабарит-
ные кнопки.
Предлагаемое устройство легко в
реализации, а главное - имеет низ-
кую себестоимость. Поэтому автор
надеется, что оно заинтересует мно-
гих читателей
Васлий Губенко
shem@compitech.mtu-net.ru
Замедленное
отключение освещения
в салоне автомобиля
Наверное, всем автолюбителям знакома ситуация, когда садишься
в вечернее или ночное время в автомобиль и приходится включать
освещение в салоне или держать дверь открытой, для того чтобы
вставить ключ зажигания или снять противоугонные устройства, так
как сделать это в темноте практически невозможно. Необходимо от-
метить, что держать дверь открытой небезопасно: этим могут вос-
пользоваться злоумышленники, а включать освещение выключате-
лем.неудобно и зачастую забываешь его выключить.
В этой статье приводится описа-
ние устройства, которое осу-
ществляет замедление на
10... 15 секунд отключения освеще-
ния в салоне автомобиля после за-
крывания дверей. В течение этого
времени водитель может спокойно
снять противоугонные устройства
(если они есть) с руля или рычага пе-
реключения передач, оглядеть при-
борную доску и вставить ключ зажи-
гания. В схеме, представленной на
рисунке, пунктиром показана часть
схемы электрооборудования авто-
мобиля. Здесь EL1 - лампа освеще-
ния салона автомобиля, S1 - выклю-
чатель освещения салона, S2, S3 -
датчики открывания дверей (их мо-
жет быть и больше). Устройство за-
медления подключается как показа-
но на рисунке и работает следую-
щим образом: при открывании две-
ри контакты S2 или S3 замыкаются и
реле К1 срабатывает (контакты реле
2 и 3 замыкаются), лампа в салоне
светится. После закрывания двери
реле К1 обесточивается и замкнув-
шимися контактами 1 и 2 подает по-
тенциал "масса" на конденсатор С1.
Таким образом, на входе интеграль-
ного таймера DD1 типа КР1006ВИ1
(вывод 2) формируется импульс за-
пуска отрицательной полярности.
Таймер запускается и выдает на вы-
ходе (вывод 3) импульс положитель-
ной полярности длительностью
10... 15 секунд. Длительность им-
пульса определяется номиналами
элементов R4, С2 (если необходимо
ее увеличить, то увеличивают номи-
налы элементов). С выхода таймера
управляющий импульс поступает на
транзистор VT1, который открывает-
ся и поддерживает работу лампы
EL1 в течение заданного времени
после закрывания двери автомоби-
ля. Важно отметить, что наличие
конденсатора СЗ обязательно, т. к.
он защищает таймер от ложных сра-
батываний из-за импульсных помех
при запуске двигателя и при его ра-
боте. Все элементы устройства яв-
ляются малогабаритными и могут
разместиться на маленькой печат-
ной плате, которая устанавливается
в любом удобном месте салона ав-
томобиля. Реле К1 можно заменить
любым другим малогабаритным на
рабочее напряжение 12 В. Описан-
ное устройство легко реализуется,
не нуждается в налаживании, имеет
малые габариты и высокую стабиль-
ность благодаря применению интег-
рального таймера.
Петр Загорелое,
shem@compitech.mtu-net.ru
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Редакция журнала “Схемотехника”
приглашает авторов к сотрудничеству.
Все публикуемые материалы
оплачиваются.
тел.: (095) 737-9279,768-9456
e-mail shem@compitech.m i-m ш
Издательство ООО “ИД Скимен”
приглашает к сотрудничеству
региональных представителей для
распространения журналов
“Схемотехника” и “Компоненты и
Технологии”
ю
аудиотехника
Сабвуфер для
музыкального
центра
В настоящее время в продаже имеется большое разнообразие ау-
диоцентров, воспроизводящих фонограммы с различных носителей и
рассчитанных на широкий диапазон запросов потребителей. Обладая
высокими электрическими характеристиками, музыкальные центры
комплектуются колонками с большой неравномерностью характерис-
тики по давлению [>26дБ]. Комплектование аудиоцентров добротны-
ми акустическими системами, стоимость которых превышает стои-
мость самого центра, сужает сектор потенциальных покупателей. По-
этому автором был выбран путь модернизации недорогого [$250-
300] музыкального центра путем доукомплектования его сабвуфером
самодельного изготовления и реализации т. н. трифоника со значи-
тельно меньшей неравномерностью характеристики по звуковому
давлению.
S сработка музыкального центра
(для примера речь идет о цен-
тре "Technics-510") сводится к
что необходимо наглухо за-
крыть отверстия фазоинвертора у
каждой из колонок. Данная опера-
ция устраняет "двухгорбный" вид ха-
рактеристики по давлению у штат-
ных колонок, а возникающий при до-
работке подъем характеристики (из-
за малолитражности объема коло-
нок) в области 100 -150 Гц можно ос-
лабить, если не пользоваться подъе-
мом низких частот при тембровой
обработке, предусмотренной в му-
зыкальном центре.
Собственно сабвуфер представля-
ет собой пример акустического уст-
ройства закрытого типа с звукопогло-
щающим покрытием внутренних сте-
нок. На лицевой панели расположен
200 мм динамик (динамическая гопо-
вка 25 ГД-1). Габариты сабвуфера
обеспечивают общий объем корпуса
около 40 литров с резонансной час-
тотой 50 Гц.
Электронная начинка сабвуфера,
из соображений пожаробезопаснос-
ти, вынесена на заднюю стенку ящи-
ка, что обеспечивает также возмож-
ность оперативного управления при
настройке сабвуфера.
По структуре электронная схема
(рис. 1) представляет собой после-
довательно соединенные функцио-
нально-законченные узлы: сумматор
сигналов, управляемый вручную
фильтр низких частот с диапазоном
регулирования 90- 180Гц, управляе-
мый вручную фазовращатель с глуби-
ной регулировки фазы от 0 - 360 гра-
дусов, регулятор уровня воспроизве-
дения и усилитель мощности Для
обеспечения синхронной регулиров-
ки громкости ручкой "volume" на му-
зыкальном центре сигнал на сабву-
фер снимается с гнезд для подключе-
ния колонок. Сумматор сигналов (ми-
кросхема ДА1) имеет коэффициент
ослабления 40 дБ и частоту среза
около 400 Гц. Активный фильтр ни-
жних частот (транзистор VT1) перест-
раивается спаренным сопротивлени-
ем R8-1, R8-2. Фазовращатель со-
бран на двух секциях, с изменением
фазы 0-180 градусов каждая (транзи-
сторы VT2 - VT4), Усилитель мощнос-
ти (транзисторы VT7-VT10) в особых
комментариях не нуждается.
Конструктивно электронная часть
размещена на "П"-образном шасси.
На дне находится транзистор с
фильтром и схемой стабилизации,
на двух платах расположен усили-
тель мощности и остальная часть
схемы (рис.1), на верхней боковой
стенке шасси прикреплены органы
оперативной регулировки, а на ни-
жней - входной разъем, предохра-
нитель и сетевой шнур.
Настройка трифоника заключается
в согласовании звукового давления,
развиваемого колонками на средних
частотах и сабвуфером на низких ча-
стотах. Причем подъем низких частот
обеспечивается регуляторами "уро-
вень” (R21) и "полоса" (R8-1, R8-2). В
зависимости от взаимного располо-
жения колонок музыкального центра
и сабвуфера и взаимоудаленности их
от слушателя, регулятором "фаза"
(R16-1, R16-2) подбирается такой
фазовый сдвиг, при котором появля-
ется ощущение "глубины" воспроиз-
водимой фонограммы.
Евгений Ходырев
mirbis@aha.ru
оконечный усилитель мощности
сумматор । фильтр низких частот
I фазовращатель
-^•+278 Ст
полоса
СЗ ЗЗн
DA1 140УД7
уровень
UZ1 -4хКД213Б
UZ2-4xKLl405A
-278Ст<—
^С1
R26
27k
С17
470,0
-VT11 R34
+28В
DAI - КР142ЕН8В
10000,0x500
DA2-79M1S
10000.0 к 50В
^общ.
VT1,VT5,VT6 - КТ315Г
VT2.VT3,VT4 - КПЗОЗН
VT7,VT8 - КТ3102Б
VT10-KT31028
VT11 -КТ3107Е
VT12 - КТ827А 1
VT13-KT825A J
УТ14-КТ815Г
VT9.VT15 - КТ814Г
C21 =7
470 0 > &
57VD2
yVD3
VD4.VD5.VD7.VD8 - Д814B
VD6.VD9 - Д814Б
Tp-p - мощность 100Вт
R8-1 ,R8-2 - спаренное сопротивление
(зависимость линейная)
R16-1.R16-2 - спаренное сопротивление
устанавливаются (зависимость линейная)
на теплоотводе R21 _ Зависимость-В-
0^=1111.= 20В
ВШ.= 22В
Рис. 1
1*1
аудиотехника
(Продолжение, начало в №1/2000)
Предварительный
усилитель с
микроконтроллерной
системой управления
Рассмотрим теперь более по-
дробно принципиальную схему
усилителя.
Со входных разъёмов сигнал по-
ступает на подстроечные резисторы
нормировки уровня R1 — R8 (рис.4). С
движков резисторов нормированный
сигнал поступает на релейный ком-
мутатор. Коммутатор выполнен та-
ким образом, чтобы входное сопро-
тивление не зависело от того, ис-
пользуется ли данный конкретный
вход для прослушивания, для записи,
или для того и другого одновремен-
но. Это необходимо, чтобы уровень
сигнала на выходе подстроечных ре-
зисторов оставался постоянным. Для
обеспечения постоянства входного
сопротивления использованы реле с
переключающими контактами. Если
вход не подключен к буферному уси-
лителю, то через нормально замкну-
тые контакты реле подключается ре-
зистор. который имитирует входное
сопротивление усилителя. Всего
имеется 32 таких резистора (R9-
R40).
С выхода коммутатора сигналы
для прослушивания и для записи по-
ступают на совершенно идентичные
включать или выключать монитор-
ные выходы, что необходимо для
предотвращения попытки записи с
деки на саму себя (это может приве-
сти к самовозбуждению системы)
РА-8000 имеет два входа со
встроенными предусилителями. Это
микрофонный вход (Mic) и вход маг-
нитного звукоснимателя (Phono).
Микрофонный предусилитель имеет
чувствительность 1 мВ и линейную
АЧХ. Построен он на ОУ DA1, DA2 и
малошумящих транзисторах VT1,
VT2 (рис.5). Предусилитель магнит-
ного звукоснимателя имеет чувстви-
тельность 5 мВ и стандартную АЧХ
RIAA. Он построен на ОУ DA3, DA4 и
малошумящих транзисторах VT3,
VT4. Элементы R25, R28, R29, С13,
С14 (R39, R42, R43, С22, С23) участ-
вуют в формировании АЧХ, поэтому
желательно, чтобы они имели откло-
нение от номинала не более 1% для
резисторов и не более 5% для кон-
денсаторов. На выходе предусили-
теля-корректора включен активный
ФВЧ Баттерворта второго порядка,
который реализован на ОУ DA5. Этот
ФВЧ предназначен для подавления
рокота и инфранизкочастотных со-
выходные разъемы. На задней пане-
ли селектора входов установлены
входные разъемы, внутри, на уголке,
установлены подстроечные резисто-
ры. В качестве входного разъема для
микрофона применен разъем 1/4
inch с выключателем, который замы-
кает вход предусилителя на землю,
когда штекер не вставлен. Это сдела-
но с целью уменьшения уровня шу-
мов на выходе предусилителя, когда
он не используется. Назначение
внешних разъемов селектора входов
следующее (рис. 4): Моп1 и Моп2 -
выходы на мониторные гнезда; SOut -
выход селектора входов; SPow - пи-
тание ±15 В; MonR-управление реле
мониторных выходов; RecR - управ-
ление реле селектора входов Record;
LisR - управление реле селектора
входов Listen.
С выхода селектора входов SOut
сигнал поступает на плату буферного
усилителя (рис.7), на разъём Bln. Да-
лее сигнал через разъём Tin поступа-
ет на вход регулятора тембров. С вы-
хода регулятора тембров сигнал по-
ступает на разъём TOut. Для отключе-
ния (обхода, Bypass) регулятора тем-
бров использовано реле К5. Реле поз-
воляет подключить к регуляторам
громкости и стереобаланса или непо-
средственно сигнал с разъёма Bln,
или сигнал, прошедший регуляторы
тембра с разъёма TOut. Одновремен-
но через разъём SOut сигнал подаёт-
ся на спектроанализатор. Таким обра-
зом, при включенных регуляторах
тембра их положение влияет на пока-
зания спектроанализатора. Спектро-
анализатор можно подключить и до
регулятора тембров, для этого на пла-
те буферного усилителя предусмот-
рен специальный разъем, помечен-
ный как Not Used. Известно, что шу-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
буферные усилители (рис.5), пост-
роенные на ОУ DA6 (запись) и DA7
(прослушивание). ОУ включены по
схеме неинвертирующих усилите-
лей. Делители обратной связи зада-
ют коэффициент усиления +10 dB. В
делителях применены прецизион-
ные резисторы, что обеспечивает
идентичные коэффициенты усиле-
ния в стереоканалах. С выхода бу-
ферного усилителя записи сигнал
поступает на коммутатор монитор-
ных выходов, который выполнен на
реле К17, К18 (рис. 4). Этот комму-
татор позволяет индивидуально
ставляющих, которые могут возни-
кать при проигрывании коробленых
грампластинок.
Конструктивно подстроечные ре-
зисторы нормировки уровней, реле
коммутации, буферные каскады и
предусилители размещены в отдель-
ном экранированном блоке - селек-
торе входов. В этом блоке находятся
три платы. На одной из них собраны
предусилители Mic и Phono, буфер-
ные усилители для прослушивания и
записи. На другой плате установлены
реле. Третья плата - коммутацион-
ная, на ней установлены входные и
мы, создаваемые переменными ре-
зисторами при регулировке, значи-
тельно растут, если в цепи движка
протекает постоянный ток. Для пре-
дотвращения попадания постоянной
составляющей на регулятор громкос-
ти включены разделительные конден-
саторы С19-С22. Для предотвраще-
ния щелчков при включении/выклю-
чении регулятора тембров, конденса-
торы поддерживаются заряженными
до напряжения смещения усилите-
лей. Это обеспечивается резистора-
ми R37-R40. Перед регуляторами
громкости и стереобаланса включен
*12
аудиотехника
коммутатор стереорежимов, который
выполнен на реле К2-К4. Через разъ-
ем VCIn сигнал поступает на регуля-
тор стереобаланса, который выпол-
нен на одиночном переменном резис-
торе R44 (группа А). Пределы регули-
ровки стереобаланса задаются рези-
сторами R43R45. В данном усилители
эти пределы выбраны небольшими
так как высококачественные источни-
ки сигнала обычно имеют очень хоро-
ший стереобаланс. В качестве регу-
лятора громкости применен блок ре-
зисторов R46R47 (группа В) с элект-
роприводом. С выхода регулятора
громкости сигнал через разъем
VCOut поступает на вход буферного
усилителя. Буферный усилитель вы-
полнен на ОУ U3. Коэффициент уси-
ления +8 дБ задан делителем обрат-
ной связи R26R27 (R31R32). В дели-
теле использованы прецизионные ре-
зисторы. С выхода ОУ сигнал через
разделительный конденсатор С15
(С18) и ограничительные резисторы
поступает на разъем BOUT, а далее -
землю, пока обмотка не запитана. Та-
кая реализация режима Mute обеспе-
чивает наименьшие щелчки при вклю-
чении и выключении питания. Выход-
ной ток ОУ ограничивается резисто-
рами R29 (R34). Резисторы R48 (R49)
ограничивают ток в ситуации, когда на
выход усилителя случайно подано ка-
кое-то напряжение. Нужно отметить,
что из-за ограничительных резисто-
ров выходное сопротивление усили-
теля довольно велико. Поэтому если
предполагается работать на емкост-
ную нагрузку (например, длинный
межблочный кабель), то номиналы
этих резисторов необходимо умень-
шить.
Сигнал с выхода ОУ U3 поступает
также на вход телефонного усилителя.
Телефонный усилитель представляет
собой ОУ U1 (U2), усиленный компле-
ментарным эмиттерным повторите-
лем VT1VT2 (VT3VT4). Коэффициент
усиления задан делителем R2R3
(R14R15) и равен +15 дБ. Ток покоя
эмиттерного повторителя задан це-
почкой R5R6VD1VD2 (R17R18VD3VD4)
и равен 10 А. Выходной ток ограничен
резистором R12 (R24).
Плата буферного усилителя уста-
новлена возле передней панели,
прямо в нее впаян разъем стереоте-
лефонов. Назначение внешних разъ-
емов платы следующее (рис.7): Bln -
вход буферного усилителя; BCnt -
управление реле; SOut - выход на
ти; BPow- питание +15 В.
Регулятор тембров собран на ОУ
DA1 (рис.6). Схема его заимствова-
на из [2], однако с некоторыми из-
менениями. В оригинальной схеме
регулятор тембра НЧ был связан по
постоянному току с входами ОУ. При
регулировке изменялось сопротив-
ление между входами ОУ и землёй
и, как следствие, изменялось на-
пряжение смещения на выходе ОУ
Это вызывало инфранизкочастот-
ные всплески на выходе усилителя
во время регулировки тембра НЧ.
Для предотвращения этого эффек-
та в схему введены разделительные
конденсаторы СЗС4 (С11С12). По-
тенциал на входах ОУ по постоянно-
му току зафиксирован с помощью
резисторов R3R4 (R15R16). Для то-
го чтобы устранить постоянную со-
ставляющую тока через регулятор
тембра НЧ, вызванную напряжени-
ем смещения ОУ, введён ещё один
разделительный конденсатор С2
(СЮ). Технические характеристики
регулятора тембров, а также реко-
мендации по изменению пределов
регулировки приведены в [2]. На
рис. 9 показана АЧХ регулятора
тембров, измеренная при крайних
положениях регуляторов.
Конструктивно регулятор тембров
выполнен на отдельной печатной
плате, которая установлена возле
передней панели. На плате с помо-
рие. 10. Блок фильтров спектроанализатора
на выходные разъемы усилителя, рас-
положенные на задней стенке корпу-
са. В выходной цепи включено реле
режима "Mute" К1, которое через нор-
мально замкнутые контакты закора-
чивает выход буферного усилителя на
спектроанализатор; VCOut - выход
регулятора громкости; BOut - выход
буферного усилителя на выходные
гнезда; TOut - выход регулятора
тембра; Tin - вход регулятора темб-
ра; VCIn - вход регулятора громкос-
щью уголка закреплены переменные
резисторы. Назначение внешних
разъемов платы следующее: TOut -
выход регулятора тембра; Tin - вход
регулятора тембра; TPow - питание
±15В.
13
аудиотехника
Как уже отмечалось, сигнал с вы-
хода регулятора тембров поступает
на спектроанализатор. Аналоговая
часть спектроанализатора содержит
буферный усилитель на ОУ DA1 (рис.
10) и набор из семи полосовых ак-
тивных фильтров Полосовые фильт-
полупериодному выпрямлению и
сглаживанию, затем через аналого-
вый коммутатор поступают на вход
АЦП. Вместе с детекторами, полосо-
вые фильтры выполнены на микро-
схемах типа К157 ДАК После сглажи-
вания выпрямленное напряжение
поступает на вход аналогового ком-
мутатора U1. Коммутатор позволяет
по очереди подключать сигнал каж-
дого фильтра на вход АЦП.
Конструктивно блок фильтров спе-
ктроанализатора выполнен на от-
дельной плате, которая расположена
под платой основной части процес-
сора. Назначение внешних разъемов
платы следующее: SOUT - сюда по-
ступает сигнал с буферного усилите-
ля; AIN - входной сигнал АЦП; FONT
12) содержит собственно микрокон-
троллер U1, регистр-защелку адре-
са U2, микросхему энергонезависи-
мой памяти U3 и шинные формиро-
ватели U4, U5. Когда усилитель пе-
реходит в дежурный режим (STAND-
BY), остается включенным лишь
один источник питания - DUTY +5 В,
который питает дежурную часть про-
цессора. В этом режиме шинные
формирователи U4, U5 выключают-
ся, отключая от шины обесточенные
внешние устройства.
Для долговременного хранения
параметров использована микро-
схема энергонезависимой памяти
U3 типа 24С04. Протокол шины 12С
реализован программно.
Дистанционное управление на
ui
31
EA/VP
|_“J|____.____—
*30^11 ZQlT
6MHz
18
9
Х1
Х2
RESET
РО.О
Р0.1
Р0.2
РО.З
Р0.4
Р0.5
Р0.6
Р0.7
TT
TT
Ts-
С INTO
k: inti
- то
39
38
37
36
35
34
33
32
DO
DI
D2
22
23
24
25
26
____9
DI
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
19
18
QI
Q2
Q3
Q4
05 Hi-
06 n—
07 -12-
Q8 —---
16
15
14
13
12
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B8
DO
TH"
"БГ
"dT
D5
D6
D7
А
RETO
RET1
сом
"STB
UP/DN
SND
LIS
REC
RETO
RET1
2
А
5
6.
8
Р1.0
Р1.1
Р1.2
Р1.3
Р1.4
Р1.5
Р1.6
Р1.7
Р2.0
Р2.1
Р2.2
Р2.3
Р2.4
Р25НН~
Р2.6 -%---
Р2.7 —----
C
ОС
74ALS573
1)C 74ALS245
U5
27
28
17
16
>29
'зсГ
WR ~
PSEN JS
ALE/P
TXD 4
RXD -
WR
U3
8
10
A
5
U+
WP
CLK
DATA
A0
Al
A2
GND
2
3
Bl
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B8
АТ89С51-РС24
24C04
74ALS245
Рис. 12. Дежурная часть процессора
STANDBY
SV DUTY
GND
ры имеют центральные частоты
17000 Гц, 7000 Гц, 3000 Гц, 1000 Гц,
375 Гц, 150 Гц и 60 Гц. Для того, что-
бы исключить "провалы" на индици-
руемом спектре, АЧХ фильтров сде-
ланы сильно перекрывающимися.
Измеренные АЧХ фильтров показаны
на рис. 11. Выходые сигналы поло-
совых фильтров подвергаются двух-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Таблица 1
Порт Активный уровень Назначение
INTO 0 вход декодера дистанционного управления (RC-5)
INTI - не используется
ТО 0 выход включения шинных формирователей
Т1 0 выход включения выходов внешних регистров
Р1.0 - вход считывания состояния компаратора АЦП
Р1.1 0 выход включения источников питания
Р1.2 - вход считывания состояния датчика положения галетного переключателя LISTEN
Р1.3 0 выход сигнала управления биппером
Р1.4 - вход считывания вывода подвижного контакта галетного переключателя LISTEN
Р1.5 - вход считывания вывода подвижного контакта галетного переключателя RECORD
Р1.6 - вход линии возврата 0 кнопок управления
Р1.7 - вход линии возврата 1 кнопок управления
TXD 0 выход сигнала SCL шины I2C
RXD 0 вход/выход сигнала SDA шины I2C
-управление аналоговым коммутато-
ром; FPOW- питание ±15 В.
Управление усилителем осуще-
ствляет микроконтроллер АТ89С51
фирмы Atmel. Для того чтобы сни-
зить энергопотребление в дежурном
режиме, блок процессора разбит на
две части: дежурный и основной.
Дежурная часть процессора (рис.
ИК-лучах использует код RC-5, что
позволяет применять стандартный
пульт. Фотоприемник применен ин-
тегральный, тип — SFH506 Он содер-
жит фотодиод, усилитель и форми-
рователь. На выходе фотоприемник
формирует стандартные ТТЛ-уров-
ни, которые поступают на вход пре-
рывания микроконтроллера INTO.
Декодирование кода RC-5 осуще-
ствляется программно. Назначение
портов микроконтроллера приведе-
но в таблице 1.
Конструктивно блок дежурной ча-
сти процессора выполнен на отдель-
ной плате. Назначение внешних
разъемов платы следующее: Data -
шина данных на основную часть про-
цессора; Addr - шина адреса на ос-
новную часть процессора; Pan -
разъем, через который подключает-
ся фотоприемник системы дистан-
ционного управления; Врг- питание
биппера; Ret - линии возврата кно-
пок управления на передней панели;
Rec - вывод подвижного контакта га-
летного переключателя Record; Lis -
вывод подвижного контакта галетно-
го переключателя Listen; S - выход
управления биппером; Sw - вход
датчика положения переключателя;
PPow - питание +5 В, +5 В дежурное
и сигнал Standby.
14
аудиотехника
Внимание: редакция приносит свои извинения за допущенный при публикации
первой части ряд ошибок:
• на схеме блока предусилителей (рис.5) цепочка R25C13 (R39C22) должна
подключаться не к нижнему, а к верхнему выводу резистора R22 (R36);
на схеме буферного усилителя (рис.7) присутствуют лишние соединения на
верхних выводах элементов R38, R40, С9, СЮ, нижнем выводе С24 и правой стрелке
указателя 1250 мВ; корректное соединение достаточно очевидно.
димо для выключения всех исполни-
тельных устройств на время дейст-
вия сигнала "сброс" микроконтрол-
лера и при инициализации.
Леонид Ридико
wubblick@yahoo.com
Основная часть процессора (рис.
13) содержит дешифратор адреса
Ши регистры U2-U6, являющиеся
расширением портов вывода микро-
контроллера. Выводы разрешения
выходов регистров ОС объединены
и управляются специальным сигна-
лом микроконтроллера, что необхо-
Продолжение следует
Будущее
микроконтроллерных
систем
В последнее время в такой ранее кон-
сервативном области, как микроконтрол-
лерная техника, происходят глобальные
изменения. Сейчас уже никого не уди-
вишь возможностью внутрисхемного
программирования, а через пару лет пе-
рестанет удивлять и удаленная отладка с
использованием сетевых интерфейсов.
Подключение микроконтроллерной сис-
темы к сети Internet обещает дать множе-
ство преимуществ, поэтому в скором бу-
дущем нас ожидает настоящий бум Inter-
net-холодильников, стиральных машин и
кофемолок (что уж тут говорить, если да-
же фирма Nokian Tyres готовит к выпуску
автомобильные покрышки с подключени-
ем к сети). Само собой, для подобного
скачка необходима соответствующая
элементная база.
Показателен в этом плане подход
фирмы Scenix, которая примерно через 6
месяцев планирует выпустить свой сле-
дующий продукт, обладающий очень ин-
тересными характеристиками:
• ядро, работающее на частоте
200MHz;
• 32Кх16 flash-память программ;
• 8Кх16 теневое ОЗУ программ;
- 4К ОЗУ;
аппаратный стек глубиной 16 уров-
ней;
• встроенный восьмиканальный 10-
разрядный АЦП;
два универсальных последователь-
ных порта (скорее, даже просто скорост-
ных преобразователя последовательных
данных в параллельные с буферировани-
ем);
• цена порядка $15.
При этом фирма Scenix, несмотря на
появившиеся в составе устройства АЦП и
последовательные порты, никоим оора-
зом не отказывается от своей концепции
виртуальной периферии (которая заклю-
чается в том, что все необходимые для ра-
боты микроконтроллера периферийные
устройства реализуются программным
способом с применением стандартных
модулей; подобный подход значительно
повышает гибкость использования микро-
контроллера). Упомянутые выше последо-
вательные порты позволят реализовывать
с их помощью работу в соответствии со
стандартами iOBase-T Ethernet. Full-
Speed USB 1.2, SPI, I2C и, конечно, UART.
Помимо этого, в новом устройстве
предполагается интересный подход к от-
ладочным средствам. Внутрисхемный
отладчик/программатор/эмулятор ре-
ального времени будет иметь Ethernet
интерфейс и работать по TCP/IR То есть
спокойно можно будет из Москвы отла-
живать устройство, стоящее у заказчика
в Иркутске, или в соседней комнате, или
в соседней стране - как больше нравит-
ся. С теми микроконтроллерами фирмы
Scenix, которые выпускаются в настоя-
щее время, и оболочкой SX-DEV такое, в
принципе, тоже возможно, но только на
уровне оболочки.
В целом, виртуальные инструменты
через некоторое время начнут заменять
реальные. Уже сейчас, к примеру, на
www.virtio.com можно создать и смодели-
ровать свою систему-на-кристалле пря-
мо в on-line. Очень скоро появятся и воз-
можности виртуального программирова-
ния и отладки реальных систем...
15
измерительная техника
Применение
ЖК-модулей
МТ10Т7
в измерительных
приборах
В настоящее время задачи вывода информации
в большинстве приборов и устройств решаются
при помощи жидкокристаллических индикаторов
[ЖКИ]. Все большую популярность получают ма-
тричные знакосинтезирующие ЖКИ, но часто,
особенно в недорогих приборах, оправдано при-
менение традиционных семисегментных. В этой
статье представлен опыт использования семисег-
ментного модуля ЖКИ МТ 10Т7 компании "МЭЛТ"
в измерительных приборах с микроконтроллерным
управлением на базе семейства х51.
Наверное, никого не надо убеждать в удобстве при-
менения модулей ЖКИ со встроенным контролле-
ром Что касается семисегментных ЖКИ, то на рын-
ке представлено не так много моделей этих устройств.
По мнению автора, лучшими для применения в измери-
тельных приборах оказались модули МТ10Т7 производ-
ства компании "МЭЛТ". Подробную информацию можно
найти на сайте фирмы по адресу www.melt.aha.ru. Модуль
имеет 10 знакомест, сегменты в которых управляются
независимо, что дает возможность выводить, например,
два четырехразрядных числа с точкой или некоторые до-
полнительные сообщения вроде Error и т. п. Простой че-
тырехразрядный
интерфейс моду-
ля требует всего 6
проводов.
На рис. 1 пока-
зан пример под-
ключения модуля
к микроконтрол-
леру. Вход WR2
можно при необ-
ходимости ис-
пользовать как
Chip Select. Рези-
стор служит для
подстройки кон-
трастности ЖКИ.
Если резистор от-
сутствует, контра-
стность мини-
мальная, если вы-
вод закоротить на
землю - макси-
мальная.
БИС контрол-
лера имеет 10 ре-
гистров данных,
расположенных
по адресам 0-9,
каждый из которых разбит на тетрады SGx(L) и SGx(H).
Запись данных в знакоместо производится за два такта:
сначала младшая, затем старшая тетрады. Инкремент
адреса происходит автоматически. По адресу OFh рас-
положен триггер управления шины BLK. Запись в него
нуля приводит к блокировке шины на 30 тактов WRx.
Рис. 2 отражает принцип работы шины. Соответствие
бит данных сегментам индикатора показано на рис.З.
Сегмент включается высоким уровнем.
Подробности изложены в фирменной документации.
Автор же предлагает обратиться к примерам практичес-
кого программирования.
Для удобства заготовим макросы генерации строба
WR1 при записи знакоместа и пары стробов A0/WR1,
нужных при записи адреса. Также пригодится подпро-
грамма для "ручной" установки шины DB.
Схемотехника №2 ноябрь 2000
MACRO %STROB„WR1
setb WR1
clrWRI
ENDMAC
MACRO %STROB ADDR
clr A0
setb WR1
clrWRI
setb A0
ENDMAC
SETJ3US: ; подпрограмма вывода младшей
; тетрады
аккумулятора на шину DB
clr С
ггс А
mov DB0,C
rrc А
mov DB1 ,С
rrc А
mov DB2.C
rrc А
mov DB3.C
ret
После включения питания содержимое регистров мо-
дуля не определено, так что необходимо произвести на-
чальную инициализацию. Надо записать в триггер блоки-
ровки шины BLK (по адресу OFh) значение 01 h и в регис-
тры всех знакомест SGx (адреса 0h-9h) занести нули.
INITJ-CD: ; подпрограмма инициализации
mov A,#0Fh
call SET BUS ; устанавливаем адрес OFh
%STROB ADDR
mov A,#01h
call SET BUS ; устанавливаём данные 01 h
%STROB_WR1
;сброс всех знакомест
mov A,#0
call SET BU ; устанавливаем на шине 0
%STROB_ADD ; генерируем строб записи адреса
mov R0,#0 ;на шине уже установлен 0,
IbIJnt: ; инкремент адреса производится
%STROBWR1 ; автоматически,
inc R0 • так что просто 20 раз
cjne R0,#20,lbMnt ; ;выдаем строб данных
ret
Приведенного выше кода вполне достаточно для рабо-
ты с модулем на примитивном уровне. Теперь рассмот-
рим задачу, обычно возникающую при разработке про-
грамм для измерительных приборов. Исходные данные:
число находится в паре регистров R5R4 в двоично-деся-
тичном формате (например, для десятичного числа 1234
R5 = 12h, R4 = 34h); положение десятичной точки задано в
регистре R3 как относительный номер знакоместа, в ко-
тором ее надо разместить (например, для числа 98.76
R3=2h, если точку отображать не надо, запишем в R3 Oh ).
Для красивой индикации необходимо погасить незнача-
щие нули в старших разрядах (числа типа 00.12 должны
отображаться как 00.12, а 0012 как 12).
Рис. 3 позволяет легко составить таблицу семисег-
ментных кодов для десятичных цифр.
CODE^.7: ; таблица семисегментных кодов цифр
DB OEEh, 060h, 02Fh, 06Dh, 0E1h; 0,1,2,3,4
DB OCDh, OCFh, 068h, OEFh, OEDh; 5,6,7,8,9
CODER: ; подпрограмма кодировки в
;семисегментный формат
mov PTR,; C0DEJ7
mov A,@R0 ; адрес кодируемой цифры в R0
move A,©A+DPTR
mov @R0,А ;замещаем исходную цифру кодом
ret
Так как получившиеся коды являются восьмиразряд-
ными, отображаемое число придется разместить в 4
ячейки ОЗУ. Назначим им адреса 20h-23h, начиная со
старшей цифры. Для вывода десятичной точки надо к се-
мисегментному коду цифры на соответствующем знако-
измерительная техника
месте добавить 10h. Заметим, что коды цифры 0 и ’’нуля
с точкой" будут теперь различны, так что алгоритм ис-
ключения лишних нулей очень прост: просмотреть число
слева направо, если встретился код "ноль без точки" EEh,
надо заменить его на код пробела 00h и так до первой ци-
фры с отличным от EEh кодом, или до третьего знакоме-
ста (ноль в последнем разряде надо отображать). Реали-
зуем все изложенное в подпрограмме PREPAR.
PREPAR:
mov 020h,#0
mov 021 h, 0
mov 022h, 0
mov 023h,#0
mov A,R5
mov R0,#021h
xchd A,@R0
swap A
mov R0,#020h
xchd A,@R0
mov A,R4
mov R0,#023h
xchd A,@R0
swap A
mov R0,#022h
xchd A,@R0
mov R0,#020h
call CODER
mov RO,#021 h
call CODER
mov R0,#022h
call CODER
mov R0,#023h
call CODER
movA,R3
jz Ibl pr1
mov A,#01 Fh
add A,R3
mov RO,A
mov A,@RO
add A,#01Oh
mov @R0, A
Ibl pr 1:
mov R0,#020h
Ibl pr2:
mov A,@R0
cjne A,#0EEh,lbLpr3
mov @R0,#0
inc RO
cjne R0,#023h,lbl pr2
lbEpr3:
ret
; подрограмма подготовки
; числа для индикации
; очищаем ОЗУ
; младшую тетраду R5
, помещаем
; в ОЗУ по адресу 21 h
; старшую тетраду в 20h
; аналогично для R4
; заменяем двоично-
; десятичный код
; на семисегментный
; размещем точку
; если R3-0,обходим процедуру
; вычисляем номер места
; где будет точка
; добавляем к коду
; цифры 10h
; заменяем лишние нули
;пробелом
; просматриваем цифры
; начиная с первой
; если это не 0, конец процедуры
если 0, пишем пробел
;идем дальше
; до третьей цифры
Поскольку модуль МТ10Т7 имеет четырехразрядную
шину данных, потребуется подпрограмма вывода в порт
микроконтроллера по тетрадам.
OUTA:
clr С
ггс А
mov DB0,C
ггс А
mov DB1 ,С
; подпрограмма вывода
содержимого
; аккумулятора на шину DB
загружаем в порт
младшую тетраду
ггс А
mov DB2,C
ггс А
mov DB3,C
%STROB WR1
; строб WR1
ггс А
mov DBOfC
rrc A
mov DB1 C
rrc A
mov DB2,C
rrc A
mov DB3,C
%STROB WR1
; строб WR1
ret
; генерируем первый
; загружаем в порт
; старшую тетраду
; генерируем второй
Последним шагом в решении задачи будет создание
подпрограммы DISPLAY. Число выводится начиная с 7-го
знакоместа, т. е. в правой части индикатора.
DISPLAY:
call PREPAR
mov A,#6
call SET BUS
%STROB„ADDR
mov R0,#020h
Ibl dis:
mov A,@RO
call OUT A
inc RO
cjne R0,#024h,lbl dis
ret
; вывод 4-х разрядного
^десятичного числа с точкой
;в модуль МТ 10Т7
; подготовка числа для
;индикации
; определяем знакоместо
; 1 -ой цифры
; последовательно выводим
; в порт 4 цифры, лежащие в
; ОЗУ по адресам 20h-23h
Как видно из приведенного примера, работа с модуля-
ми МТ10Т7 довольно проста. Но в то же время их оказы-
вается вполне достаточно для применения в большинст-
ве измерительных приборов, отображающих в каждый
конкретный момент времени только одну измеряемую
величину (представление которой может содержать до
10 знаков и десятичную точку).
Владимир Уголев
shem@compitech.mtu-net.ru
ФирМа"МЭЛТ"
Москва, ул. Ни Городская, 29 офис 407
тел./факс. (095) 278-96-60, 278-96-74, 913-84-21
E-mail: sales@meltaha.ru http://www.melt aha ru
измерительная техника
Цифровой термометр
с датчиками фирмы
Dallas Semiconductor
Появление на нашем рынке относительно дешевых цифровых дат-
чиков температуры и дешевых микроконтроллеров сделало возмож-
ным создание недорогого цифрового термометра, который не требует
калибровки и обладает широкими возможностями. Среди цифровых
датчиков температуры наиболее интересными являются микросхемы
DS1820 (DS18S20) иDS1821 фирмы Dallas Semiconductor
Хороши они тем, что используют
для обмена фирменный одно-
проводной интерфейс 1-WireTM.
Это значит, что датчики могут быть
подключены к термометру всего с
помощью 3-х проводов (датчик
DS1820 можно подключить даже с
помощью двух проводов). Датчик
DS1820 более точный, имеет мень-
шее время преобразования. Зато
DS1821 может быть запрограммиро-
ван в режим термостата для полно-
стью автономной работы.
Основные параметры термомет-
ра:
- диапазон измеряемых темпера-
тур - от -55.СГС до +99,9’0;
- количество датчиков температу-
ры - 2;
• тип датчиков температуры -
DS1820 или DS1821 (автоопределе-
ние);
• точность представления темпе-
ратуры - О, ГС для DS1820 и ГС для
DS1821;
- время измерения температуры -
0,5 сек для DS1820 и 2 сек для
DS1821;
- выход термостата для управле-
ния нагревателем или охладителем;
- возможность программирования
микросхем DS1821 в режим термо-
стата;
регулировка яркости индикато-
ров;
- сохранение всех параметров в
энергонезависимой памяти;
- потребляемый ток (по цепи +5 В)
- 80 мА (при максимальной яркости).
Параметры термометра в отноше-
нии погрешности измерений полно-
стью определяются датчиками, по-
этому нет смысла их здесь приво-
дить. Более подробную информацию
по цифровым датчикам температуры
можно найти в [1] или на сайте
www.dalsemi.com.
Термометр может работать в ре-
жиме термостата, осуществляя уп-
равление исполнительным устройст-
вом. Исполнительным устройством
может являться охладитель (напри-
мер, вентилятор, холодильный агре-
гат) или нагреватель Для этого име-
ется выход управления термостатом.
На этот выход поступает напряжение
0 или +5 В в зависимости от состоя-
ния термостата. Состояние опреде-
ляется запрограммированными по-
рогами и температурой, считывае-
мой с внешнего датчика. Два порога
позволяют задать необходимый гис-
терезис. Выход термостата может
использоваться для управления ти-
ристорами, транзисторами или реле,
которые, в свою очередь, коммутиру-
ют нагрузку.
Основой термометра является ми-
кроконтроллер U1 типа АТ89С2051
фирмы AtmeL
Для отображения значения темпе-
ратуры использованы семисегмент-
ные светодиодные индикаторы (HG1
и HG2) с общим анодом типа
LTD6610E. Для уменьшения количе-
ства элементов применена динами-
ческая индикация, которая реализо-
вана программно Катоды индикато-
ров подключены к порту Р1 микро-
контроллера, а аноды включаются
транзисторами VT1- VT3. Транзисто-
ры управляются линиями сканирова-
ния SO - S2. Импульсный ток сегмен-
тов ограничен резисторами R1-R8 на
уровне примерно 15мА, что меньше
максимально допустимого тока (20
мА), но достаточно для получения не-
обходимой яркости. Циклы сканиро-
вания формируются с помощью внут-
реннего таймера микроконтроллера.
За каждым циклом индикации следу-
ет "пустой" цикл, когда все индикато-
ры выключены. При настройке яркос-
ти свечения индикаторов регулирует-
ся отношение длительности цикла
индикации к длительности "пустого"
цикла. Яркость свечения индикатора
устанавливается в режиме индика-
ции температуры с помощью кнопок
Down и Up. Одновременное нажатие
двух этих кнопок устанавливает мак-
симальную яркость. Новое значение
яркости сохраняется в энергонезави-
симой памяти. Для субъективно по-
стоянной скорости изменения яркос-
ти в процессе регулировки применен
закон регулировки, близкий к гипер-
болическому
Для экономии портов микроконт-
роллера к линиям сканирования
подключена еще и 12С микросхема
flash-памяти U2. Циклы сканирова-
ния игнорируются микросхемой,
так как представляют собой череду-
ющиеся условия "старт" и "стоп".
Когда микроконтроллер обменива-
ется с микросхемой, циклы скани-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Рис. 1
18
измерительная техника
рования приостанавливаются.
Местная клавиатура использует в
качестве линий сканирования линии
данных дисплея, а в качестве линии
возврата RL- порт микроконтролле-
ра. Сканирование клавиатуры про-
исходит в циклах сканирования дис-
плея.
Внешний и внутренний датчики
температуры подключены к портам
микроконтроллера через защитные
цепочки. В цепи питания датчиков
включены небольшие резисторы для
защиты от короткого замыкания на
линиях термометров. Внешний дат-
чик подключен через 3-х контактный
3,5 мм разъем, который обычно ис-
пользуется для стереонаушников.
Внутренний датчик установлен непо-
средственно в корпусе термометра.
Один из датчиков можно не подклю-
чать. При отсутствующем датчике на
индикатор выводятся черточки. Под-
ключать и отключать датчики можно
и при работе термометра. Термо-
метр индицирует на светодиодном
дисплее температуру одного из дат-
чиков. Выбор желаемого датчика
осуществляется кнопкой Ext. При ин-
дикации температуры внешнего дат-
чика горит светодиод Ext. Спустя 4
секунды после переключения состо-
яние сохраняется в энергонезависи-
мой памяти и автоматически уста-
навливается при следующем вклю-
чении термометра. Термометр име-
ет режим автоматического переклю-
чения индикации, когда температура
внешнего и внутреннего датчиков
попеременно отображается на ин-
дикаторе. Включается этот режим
удержанием кнопки Ext более 0,5 се-
кунды. При этом длительность инди-
кации температуры каждого датчика
равна длительности удержания
кнопки и может лежать в пределах
0,5-25 секунд. Ее значение сохраня-
ется в энергонезависимой памяти.
Короткое нажатие кнопки выклю-
чает режим автоматического пере-
ключения индикации.
Выход управления термостатом
подключен к 2-х контактному 3,5 мм
разъему. На этом выходе установлен
двухтактный каскад на транзисторах
VT4 и VT5. Такой каскад обеспечива-
ет одинаковый втекающий и вытека-
ющий ток Этот ток ограничен резис-
тором R17 в целях защиты транзис-
торов. Оба транзистора включены по
схеме с общим эмиттером, что по
сравнению со схемой эмиттерного
повторителя обеспечивает размах
выходного напряжения, близкий к
напряжению питания.
Термостат имеет два температур-
ных порога: th 1 и thO. Порог th 1 оп-
ределяет, при какой температуре
выход управления термостатом пе-
реключится в состояние логической
единицы. Порог thO определяет, при
какой температуре выход переклю-
чится в состояние логического нуля.
Если пороги равны или внешний дат-
чик температуры отсутствует, то тер-
мостат выключен. При этом выход
все время находится в состоянии ло-
гического нуля. Поэтому схема уп-
равления нагревателем или охлади-
телем должна быть выполнена таким
образом, чтобы сигналом включения
являлась логическая единица. В за-
висимости от значений порогов воз-
можны два режима работы термо-
стата: режим нагревателя и режим
охладителя В режиме нагревателя
порог th 1 (порог включения) меньше
порога thO (порога выключения). В
режиме охладителя, наоборот, порог
th 1 (порог включения) больше поро-
га thO (порога выключения). Пороги
th1 и thO задаются с точностью до
ГС и могут иметь значение от -55 до
+99°С. Для задания порогов необхо-
димо нажать кнопку Select. При этом
на индикаторе появляется надпись
"th1", а спустя 2 секунды значение
порога th1. Теперь с помощью кно-
пок Down и Up можно установить же-
лаемое значение этого порога. Од-
новременное нажатие двух этих кно-
пок устанавливает порог равным 0
°C. При следующем нажатии кнопки
Select на индикаторе появляется
надпись "thO", а спустя 2 секунды -
значение порога thO, которое уста-
навливают аналогично. Следующее
нажатие кнопки Select возвращает
термометр в режим индикации тем-
пературы. Новые значения порогов
сохраняются в энергонезависимой
памяти, поэтому термостат продол-
жает работу даже после перебоя
электропитания.
Разъем Prg предназначен для про-
граммирования микросхемы DS1821.
При программировании использует-
ся линия данных внешнего термомет-
ра и выходное напряжение выхода
термостата (питанием DS1821 нужно
управлять при переводе микросхемы
из режима термостата обратно в ре-
жим термометра). Поэтому при про-
граммировании внешний термометр
и исполнительное устройство термо-
стата должны быть отключены.
Внимание! Для корректного про-
граммирования термометров требу-
ется точное соблюдение описанной
ниже последовательности:
1. Перед программированием
внешний датчик температуры и ис-
полнительное устройство термоста-
та должны быть отключены.
2. Вначале необходимо устано-
вить пороги термостата, как было
описано выше. Уровни сигнала на
выходе DS1821 после программиро-
вания будут такими же, как и на вы-
ходе управления термостатом (если
"thГ* больше, чем "thO", то будет за-
программирован высокий активный
уровень и наоборот).
3. После установки порогов тер-
мостата, когда термометр находится
в режиме индикации температуры,
необходимо нажать кнопку Select. В
тот момент, когда на индикаторе го-
рит надпись "thГ* или "thO" нужно од-
новременно нажать кнопки Down и
Up. При этом на индикаторе появит-
ся надпись "Рг".
4. Только после этого датчик
DS1821, подлежащий
программированию
можно подключить к
разъему для про-
граммирования.
5. После подклю-
чения датчика нужно
запустить процесс
программирования,
для чего необходимо
нажать кнопку Select.
6. После програм-
мирования на индикаторе появляет-
ся надпись "th" в случае успешного
программирования датчика DS1821
в режим термостата. В случае воз-
никновения ошибки на индикаторе
появляется надпись "Err".
7. Затем необходимо отключить
запрограммированный датчик
DS1821 от разъема для программи-
рования.
8. После этого нужно нажать од-
новременно кнопки Down и Up. При
этом термометр перейдет в режим
индикации температуры.
Для того чтобы вернуть ранее за-
программированный датчик DS1821
из режима термостата обратно в ре-
жим термометра, необходимо уста-
новить пороги термостата одинако-
выми и произвести описанную выше
процедуру программирования. В
случае успешного завершения про-
цедуры на индикаторе появляется
надпись "rd", символизируя перевод
DS1821 в one wire read mode.
Для того чтобы поменять пороги у
ранее запрограммированного в ре-
жим термостата датчика DS1821, не
обязательно переводить его в ре-
жим термометра. Достаточно про-
сто еще раз перепрограммировать
его в режим термостата, но уже с но-
выми порогами.
Для питания термометра исполь-
зуется небольшой трансформатор
Т1 мощностью 3-5 Вт с выходным
напряжением 8-10 В (переменное).
В качестве стабилизатора U3 приме-
нена микросхема 7805 (КР142ЕН5А),
которая может работать без радиа-
тора.
Микросхему АТ24С08 можно за-
менить любой из ряда 24С02 ..
24С16 (КР1568РР1 не работает кор-
ректно при использовании линий
сканирования в качестве SDA и
SCL!). Транзисторы можно заменить
любыми маломощными, например
КТ3102, КТ3107. В качестве индика-
торов можно использовать любые с
общим анодом. Важно только, чтобы
они обладали достаточной яркос-
тью
Исходные тексты и двоичный
файл программы микроконтроллера
для данного устройства доступны по
адресу www.platan.ru/shem/
Литература:
1. System Extension Data Book,
Dallas Semiconductor
Леонид Ридико
wubblick@yahoo.com
Редакция журнала “Схемотехника”
приглашает авторов к сотрудничеству.
Все публикуемые материалы
оплачиваются.
тел.: (095) 737-9279, 768-9456
e-mail: shem@compitech.mtu-net.ru
19
измерительная техника
Выбор компонентов для
систем ввода/вывода
аналоговых сигналов
1. Выбор резисторов
На высоких частотах (выше 10
кГц и в переключательных ре-
жимах) следует избегать при-
менения вы-сокоомных резисторов
(100 кОм и более) из-за влияния па-
разитных емкостей.
Если применяются дискретные
элементы, то лучше использовать
металлопленочные резисторы и из-
бегать применения угольных компо-
зитных и проволочных резисторов
[ 1, с. 160]. Это связано с тем, что ме-
таллопленочные резисторы имеют
меньшие температурные коэффици-
енты (порядка 5010Е-6) и лучшую
временную стабильность, а прово-
лочные резисторы имеют большую
паразитную индуктивность и ем-
кость [11, с. 15]. Если для нормаль-
ной работы схемы важно отношение
сопротивлений резисторов (напри-
мер, в делителях напряжения), вы-
бирайте резисторы в одном корпусе,
с тем чтобы компенсировать их тем-
пературные дрейфы.
2. Выбор конденсаторов
Главными требованиями к конден-
саторам интегрирования, хранения
напряжения являются высокое со-
противление изоляции и малая диэ-
лектрическая абсорбция. Качество
изоляции характеризуется постоян-
ной времени (МОм • мкФ), а величи-
на абсорбируемого (т.е. связывае-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
мого диэлектриком) заряда приво-
дится в процентах. Как видно из при-
веденной ниже таблицы [1,
с.192,с.303; 8, с.12; 11, с.159-162],
наилучшими являются фторопласто-
вые и полипропиленовые конденса-
торы (название по материалу диэле-
ктрика). Пол и стирольные конденса-
торы чувствительны к перегреву
(максимум 70°С), полистирол при
неаккуратной пайке может распла-
виться [1, с 160].
3. Выбор защитных
диодов
Для защиты аналоговых входов и
выходов от перенапряжений обычно
применяют резистивно-диодные ог-
раничители (рис.1). Диод, включен-
ный между аналоговым входом и
шиной питания, ограничивает вход-
ное напряжение на уровне "напря-
жение питания + прямое падение на-
пряжения на диоде". Резистор,
включенный последовательно в цепь
входного сигнала, ограничивает
входной ток. Необходимо помнить,
Таблица 1
Тип диэлектрика Абсорбция, МОм х мкФ Постоянная времени Пример
Полипропилен 0.01...0.05 10000... 100000 К78
Фторопласт 0.01...0.1 10000... 100000 ФТ, К72
Полистирол 0.03...0.1 1000... 10000 ПМ, К70, К71
Полиэтилентерефтала т (лавсан) 0.2...0.8 1000... 10000 К73
Поликарбонат 0.4...1.0 1000... 10000 К77
что допустимое постоянное входное
напряжение ограничено отношени-
ем сопротивления ограничительно-
го резистора к внутреннему сопро-
тивлению источника питания АЦП.
Емкость выхода источника питания
АЦП должна быть достаточной, что-
бы поглотить импульсные перена-
пряжения.
Ограничительные диоды должны
иметь минимальный ток утечки, что-
бы не уменьшать входное сопротив-
ление АЦП Можно использовать ди-
оды с малой утечкой, например типа
ID101 фирмы Intersil или 1N6099 [10,
с.9-6]. Поэтому в качестве диодов
используют переходы затвор-исток
полевых транзисторов (рис.2), токи
утечек которых очень малы (десятки
пикоампер) [1, с.303; 9, с.247]. Чаще
всего используют транзисторы
2N4117A [1, с.303] (ближайший ана-
лог 2П303Г), J201 [9, с.247].
При проектировании быстродей-
ствующих схем, менее критичных к
токам утечки можно, использовать
диоды Шоттки, так как они имеют
малое прямое падение напряжения -
около 0,4 В - и существенно боль-
шую частоту переключения Необхо-
димо учитывать, что некоторые дио-
ды с барьером Шоттки имеют малое
допустимое обратное напряжение
(менее 10 В).
4. Параметры операци-
онных усилителей
В качестве предварительного
усилителя на входе АЦП должен при-
меняться инструментальный усили-
тель с малым входным током и высо-
кими значениями коэффициентов
ослабления синфазных сигналов
(КОСС) и изменений питания (КО-
ИП). Напряжения смещения и дрей-
фа нуля существенны для схем АЦП,
не имеющих системной коррекции
нуля Обратите внимание на то, что
КОСС и КОПП резко падают с рос-
том частоты [2, с. 16]. Это важно, так
как АЦП питается от DC-DC конвер-
тора, генерирующего высокочастот-
ные пульсации напряжений питания
АЦП. Поэтому необходимо:
- изолировать высокоомные ана-
логовые входы от шин питания экра-
ном, соединенным с выходом повто-
рителя сигнала, а в случае отсутст-
вия выхода повторителя - с общей
шиной аналоговых сигналов;
- разделять шины питания анало-
говых и цифровых элементов, циф-
ровую и аналоговую общие шины со-
единять в одной точке - у выхода
единого источника питания либо у
АЦП при раздельных источниках пи-
тания;
- устанавливать индивидуальные
RC-фильтры питания (100 Ом С,1
мкФ) на каждую аналоговую микро-
схему (в некоторых случаях могут
потребоваться LC-фильтры).
Уменьшение КОСС легко устраня-
ется фильтрацией входного сигнала
RC-цепочкой.
Литература
1. Пейтон А. Дж., Волш В. Аналоговая
электроника на операционных усилите-
лях - М.:БИНОМ, 1994, с. 352
2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схе-
мотехники: В 3-х томах: T.2. Пер.с англ. -
4-е изд., перераб. и доп. М.: Мир, 1993, с.
371
3. Гутников В. С. Интегральная элек-
троника в измерительных устройствах. -
2-е изд., перераб.и доп. Л.: Энергоато-
миздат. Ленингр. отд-ние, 1988, с. 304
4. Федорков Б. Г., Телец В. А. Микро-
схемы ЦАП и АЦП: функционирование,
параметры, применение. М.: Энергоато-
миздат, 1990, с. 320
5. Чернов В. Г. Устройства ввода-вы-
вода аналоговой информации для циф-
ровых систем сбора и обработки данных.
М.: Машиностроение, 1988, с. 184
6. Гришанов А .А. и др. Интегрирую-
щие цифровые вольтметры / Гришанов А.
А., Кондюкова Е. И., Редькин Б. Е. М.:
Энергоиздат, 1981, с. 120
7. Мальцев Ю. С. Конструирование и
технология производства микроэлек-
тронных цифровых измерительных при-
боров. М.: Энергоиздат, 1981, с. 176
8. Конденсаторы: Справочник/ Чет-
вертков И. И., Дьяконов М. Н., Присняков
В. И. и др.: Под ред. Четверткова И. И.,
Дьяконова М. Н. М.: Радио и связь, 1993,
с. 392
9. Интегральные микросхемы: Микро-
схемы для аналого-цифрового преобра-
зования и средств мультимедиа. Выпуск
1 М.: ДОДЭКА, 1996, с. 384
10. MAXIM 1992. Applications And Prod-
uct Highlights/ 1992 Analog Design Guide
Senes. Book 2.
11. Резисторы, конденсаторы, транс-
форматоры, дроссели, коммутационные
устройства РЭА: Справ./Акимов Н. Н., Ва-
щуков Е. П., Прохоренко В. А., Ходоренок
Ю. П. Мн.:Беларусь,1994, с. 591
Вячеслав Дерябин
d_v_m@inaii.ru
20
конкурс идей
Опытных радиоэлектронщиков нередко посещают прекрасные идеи, реа-
лизовать которые им по тем или иным причинам не удается: нет сил, времени,
или просто не хватает средств. Причина проста: изобретателям часто быва-
ет сложно найти того, кто помог бы ми реализовать их идеи. Известные нам
журналы по радиоэлектронике принимают к публикации только готовые схе-
мотехнические узлы и конструкции. Так что если кто-то захочет поделиться
пришедшей к нему идеей, ему необходимо будет предварительно воплотить
ее в жизнь. А на это как раз и не хватает ни сил, ни времени. Замкнутый круг!
Давайте попытаемся разорвать этот круг. Редакция журнала
“Схемотехника" призывает всех, у кого есть интересные идеи, поделиться ими
с читателями нашего журнала Те идеи, которые будут представлять интерес
для читателей, будут публиковаться и оплачиваться так же, как и статьи с
завершенными разработками и конструкциями. Мы планируем путем опроса
читателей определять лучшую идею года и награждать ее автора ценным
подарком. А в качестве "затравки” предлагаем вам первый из таких
материалов Если кто-то из вас воспользуется им и воплотит эту идею "в
железе", мы с радостью опубликуем ваш материал.
1001-е зарядное
устройство
Широкое распространение устройств с автономным питанием: ау-
диоплееров, портативных измерительных приборов, систем охраны -
привело к столь же широкому распространению пальчиковых батаре-
ек и аккумуляторов. Последние, правда, несколько дороже первых и
уступают им в емкости, но при использовании аккумуляторов вам не
приходится их выбрасывать после разрядки и платить за новые: до-
статочно лишь поставить их на подзарядку. Поэтому рынок аккумуля-
торных зарядных устройств развивается достаточно бурно. Да и для
радиолюбителей эта тема перестала быть редкостью.
Ознакомившись с рекоменда-
циями по использованию NiCd
и NiMH аккумуляторов широ-
кого применения от фирм GP, Pana-
sonic и Varta, а также с описаниями
чуть ли не десятка зарядных уст-
ройств для них, опубликованными в
последние годы в справочной и пе-
риодической литературе по радио-
электронике, можно сделать вывод,
что авторы этих разработок плохо
знакомы с современными рекомен-
дациями крупнейших производите-
лей подобных аккумуляторов по ре-
жимам их эксплуатации. Однако
прежде чем изложить эти рекомен-
дации и возникшие в процессе их
изучения соображения о том, как
нужно делать зарядные устройства,
хочу познакомить читателей с двумя
поучительными случаями из моей
практики.
Первый произошел примерно год
назад. Мне понадобилось в одном из
устройств применить аккумуляторы
типоразмера АА (элемент 316), с
максимально возможной емкостью.
В одном из магазинов, специализи-
рующихся на продаже подобной
продукции, я приобрел 4 аккумуля-
тора Sanyo емкостью 1,5 А-ч. Про-
давцы убедили меня в том, что наше
родное полуторадолларовое заряд-
ное устройство ЗУ-01 М не в состоя-
нии нормально зарядить эти аккуму-
ляторы, и уговорили приобрести 25-
долларовое интеллектуальное за-
рядное устройство от GP.
Зарядив приобретенные аккуму-
ляторы ЗУ фирмы GP, я нагрузил их
током 200 мА и убедился в том, что
их емкость действительно соответ-
ствует заявленной: их хватило более
чем на 7 часов работы на такую на-
грузку. Конечно, можно было бы на
этом остановиться. Но я вставил их в
пресловутое ЗУ-01 М и провел 20-ча-
совой цикл зарядки 90-миллиампер-
ным током. Результат меня просто
поразил: после такой зарядки их
хватило на те же семь с лишним ча-
сов при том же 200-миллиамперном
токе нагрузки. Вывод №1: и 25-дол-
ларовое ЗУ от GP, и полуторадолла-
ровое ЗУ-01М заряжают хорошие
аккумуляторы одинаково хорошо,
практически до одинаковой емкос-
ти, причем той, которая заявлена
производителем.
Второй случай произошел спустя
пару месяцев. Мне нужно было при-
обрести партию аккумуляторов АА
емкостью 500...700 мА-ч. На митин-
ском рынке мне попалась коробка
аккумуляторов якобы от Panasonic
Capacity input (%)
Рис 1
емкостью 1,1 А-ч, причем по вполне
приемлемой цене. Продавец сразу
предупредил меня, что товар "ле-
вый", настоящим Panasonic'oM и не
пахнет, но примерно 750...800 мА ч
они должны дать.
Зарядив аккумуляторы при помо-
щи GP, я измерил ток и время разря-
да, и с грустью констатировал, что
они едва тянут на 300 мА-ч. Ради ин-
тереса я попробовал зарядить их в
ЗУ-01 М - результат оказался тем же.
Я предположил, что всему виной
пресловутый эффект памяти, осно-
вательно разрядил аккумуляторы,
после чего зарядил их снова - все
безуспешно. Ни к чему новому не
привела и моя попытка зарядить их
знакопеременным током: 300 мА ч, и
все. Вывод №2: и 25-долларовое ЗУ
от GP, и полуторадолларовое ЗУ-
01 М заряжают плохие аккумуляторы
одинаково плохо, практически до
одной и той же емкости, причем в
несколько раз меньше указанной на
этикетке.
Собственно, вышеупомянутые
выводы в первом приближении сни-
мают вопрос о зарядном устройст-
ве: покупайте недорогое ЗУ-01 М с
хорошими, не "левыми", аккумулято-
рами и у вас не будет никаких про-
блем. Точнее, почти никаких. Одна
все же есть - длительное время за-
рядки. Для измерительного прибо-
ра, не используемого в ночное вре-
мя, это непринципиально: поставил
аккумуляторы на ночь на подзарядку,
и утром они уже готовы. Но, напри-
мер, для пользователей плееров,
10-часовой перерыв на подзарядку
слишком велик. Поэтому есть нечто,
что может конкурировать с ЗУ-01 М,-
зарядное устройство, позволяющее
зарядить аккумуляторы не более чем
за 1-2 часа. Разработка зарядного
устройства, преследующего не эту, а
какую-нибудь другую цель - напри-
мер, заряд переменным током с ме-
няющимися в широких пределах
длительностями и величинами тока
заряда и разряда и т.д.,- вряд ли
экономически обоснована.
Итак, задача ясна - достаточно
простое и дешевое зарядное уст-
ройство, корректно заряжающее ак-
кумуляторы большим током. Кор-
21
конкурс идей
Схемотехника №2 ноябрь 2000
ректно - это так, как рекомендуют
производители аккумуляторов, а не
исследователи-любители. И здесь
настала пора познакомиться с тем,
что же действительно рекомендуют
GP, Varta, Sanyo и другие производи-
тели современных NiCd и NiMH акку-
муляторов.
На рис. 1 приведена диаграмма
заряда цилиндрических NiCd акку-
муляторов, взятая из документации,
предоставляемой фирмой GP, а на
рис. 2 - аналогичная для NiMH. Схо-
жий вид имеют эти диаграммы и для
цилиндрических аккумуляторов дру-
гих производителей. На приведен-
ных иллюстрациях отчетливо виден
"горб" в области 100%-го заряда:
когда аккумулятор заряжается до
емкости, на 10...20% выше номи-
нальной, напряжение на нем внача-
ле возрастает на 50... 100 мВ по
сравнению с напряжением при заря-
де до номинальной емкости, а затем
снижается на 30...60 мВ. При этом
относительная величина упомянуто-
го "горба" для NiMH аккумуляторов
несколько ниже, чем для NiCd.
Там же, на рисунках 1 и 2, написа-
ны рекомендации по быстрому заря-
ду (fast charging) - ток заряда может
быть выбран от 0,3...0,5°С до ГС,
правда, при температуре окружаю-
щей среды не ниже +20°С (при 10°С
не рекомендуется ток заряда выше
0,3°С, по крайней мере, для NiCd ак-
кумуляторов). С - это ток в миллиам-
перах, численно равный номиналь-
ной емкости в мА ч. Для аккумулято-
ров с номинальной емкостью, на-
пример, 1 A-ч, ток заряда ГС состав-
ляет 1 А, 0,3°С - 300 мА.
Далее обратим внимание на сле-
дующее. GP рекомендует заряжать
аккумуляторы большим током с не-
прерывным контролем напряжения
на аккумуляторе и прекращать за-
рядку, когда оно пройдет через мак-
симум и снизится на 10... 15 мВ в
сравнении с максимальным значе-
нием. Помимо этого, рекомендуется
контролировать температуру корпу-
са аккумулятора и прекращать за-
ряд, если она превысит +55°С (по
крайней мере, именно это значение
указывается для NiMH аккумулято-
ров). Кроме того, для NiMH аккуму-
ляторов допустимо после прекраще-
ния быстрого заряда провести окон-
чательную подзарядку в течение 2
часов током 0,1 °C или в течение 1 ча-
са током 0,2“С. Причем при этом не
указывается никаких конкретных
значений напряжения, соответству-
ющего полностью заряженным акку-
муляторам.
Таким образом, зарядное устрой-
ство должно не только формировать
требуемый ток, но и контролировать
температуру каждого из заряжаемых
аккумуляторов, динамику изменения
напряжения на каждом из них, опре-
делять момент, когда напряжение на
аккумуляторе прошло через макси-
мум и снизилось после этого на
10... 15 мВ, включать и выключать ток
заряда. Конечно, можно все это реа-
лизовать на аналоговых и цифровых
микросхемах малой и средней сте-
пени интеграции, но при этом оно
получится чрезвычайно сложным.
Гораздо проще использовать микро-
контроллер с многоканальным
10...12-разрядным АЦП и ЦАП’ом,
например, AduC812 или ему анало-
гичный. 8 измеряемых каналов поз-
воляют сразу на 4-х аккумуляторах
контролировать и напряжение, и
температуру. Однако такое решение
довольно дорогое: сам контроллер
стоит около 20 долларов, да и отла-
дочные средства к нему отнюдь не
дешевы.
Также вряд ли приемлем вариант
микроконтроллера и многоканально-
го АЦП, например, пара АТ89С2051 и
МАХ186. Контроллер достаточно де-
шев, но про АЦП этого не скажешь.
Ненамного дешевле обходится ис-
пользование одноканального АЦП
(например, МАХ187) с аналоговым
коммутатором. К сожалению, найти
хороший АЦП дешевле чем за 10-12
долларов вряд ли возможно, а уж
многоканальный - и вовсе нереаль-
но.
Раздумывая над этой проблемой,
я вспомнил, что лет 10 назад, не рас-
полагая хорошими монолитными
АЦП, мы реализовывали их с исполь-
зованием микроконтроллера, ЦАП и
компараторов. При этом четырехка-
нальный АЦП требовал одного кон-
троллера, одного ЦАП и четырех
компараторов, 8-канальный - того
же контроллера с ЦАП’ом и 8 компа-
раторов, и т.д. В настоящее время
10-разрядный ЦАП 572ПА2 все еще
не является дефицитным, да и цена
его более чем приемлема - на уров-
не 0,5 доллара. Также недороги и не-
дефицитны 554САЗ. Таким образом,
с использованием этих отечествен-
ных микросхем и контроллера
АТ89С51 можно создать 4-каналь-
ный АЦП не дороже 4-5 долларов,
причем в эту сумму входит и стои-
мость контроллера.
На рис. 3 изображена схема пред-
лагаемого устройства. Заранее ого-
ворюсь, что это не готовое устройст-
во, а "полуфабрикат", который мо-
жет содержать некоторые ошибки,
обычно обнаруживаемые и устраня-
емые при отладке. Часть микросхем
(ЦАП DD2, компараторы DA1-DA4,
ОУ DA5) изображены схематически,
однако суть идеи очевидна. Микро-
контроллер формирует на цифровых
входах ЦАП код, последовательно
возрастающий от 0 до 1024, и после
каждого увеличения кода анализи-
рует состояние компараторов. Мо-
мент изменения тем или иным ком-
паратором своего выходного напря-
жения фиксируется. Код, выданный
на ЦАП в этот момент, и является ре-
зультатом измерения канала, компа-
ратор которого перешел из единицы
в ноль. Опорное напряжение, подан-
ное на ЦАП, равно 2,5 В, поэтому
единица МЗР составляет 2,5
В/1024"2,5 мВ. Таким образом, сни-
жение напряжения на аккумуляторе,
равное 10... 15 мВ, составляет 4-6
единиц МЗР и может быть надежно
зарегистрировано.
Устройство рассчитано на заряд-
ку 2 аккумуляторов, что определено
числом выводов контроллера. В
принципе, возможно сделать его и
на 4 аккумулятора, но придется ста-
вить дополнительные регистры.
Помимо узла измерения, важную
роль играет узел формирования то-
ка, протекающего через заряжае-
мый аккумулятор. На схеме это со-
вершенно идентичные узлы А1 и А2.
К ним предъявляются следующие
требования. Во-первых, они должны
быть в состоянии разряжать аккуму-
лятор током 50... 100 мА для нейтра-
лизации эффекта памяти. Во-вто-
рых, они должны заряжать аккумуля-
тор большим током (целесообраз-
ными величины тока 700 мА, 1 А и 1,5
А; конкретное значение выбирается
пользователем перед началом за-
рядки в зависимости от типа заря-
жаемого аккумулятора). В-третьих,
они должны быть в состоянии доза-
ряжать аккумуляторы небольшим то-
ком порядка 50...70 мА. В-четвер-
тых, они должны индицировать, что
именно делается с аккумулятором:
разряжается ли он, заряжается
большим током или дозаряжается
малым. И в-пятых, они должны со-
держать термодатчик, контролирую-
щий температуру аккумулятора.
22
конкурс идей
Кроме того, они должны уметь опре-
делять, установлен аккумулятор в
гнездо или нет.
Изображенный на схеме узел А1
удовлетворяет всем перечисленным
требованиям. Разряд аккумулятора
осуществляется транзистором VT4,
при этом VT3 и VT1 должны быть за-
крыты Ток разряда определяется
номиналом резистора R9: !разр =
600 mB/R9"75 мА. Включение тока
разряда осуществляется подачей
единичного уровня на нижний по
схеме вывод резистора R16, выклю-
чение - подачей на него нулевого
уровня.
Заряд большим током осуществ-
ляет транзистор VT1 (КТ816Б, уста-
новленный на радиаторе). Значение
тока, заряжающего аккумулятор,
равно отношению бООмВ к номиналу
резистора, подключенного к эмитте-
ру VT1 (R1, R2 или R3). При заряде
большим током VT3 и VT4 должны
быть закрыты. Открывается VT1 по-
дачей единицы на нижний по схеме
вывод резистора R7, закрывается
подачей нулевого уровня. Дозаряд-
ка малым током осуществляется
транзистором VT3 при закрытых VT1
и VT4. Открывается VT3 подачей
единицы на нижний по схеме вывод
R12, закрывается подачей на R12 ну-
левого уровня. Светодиоды VD7 и
VD8 индицируют режим работы. При
заряде большим током должен го-
реть VD7 (красного цвета), при доза-
рядке - VD8 (зеленого цвета), при
разряде - оба, при отсутствии акку-
мулятора - оба должны быть пога-
шены. Для определения отсутствия
аккумулятора в гнезде служит рези-
стор R9. Если аккумулятор установ-
лен, напряжение в точке В не может
быть выше 1,3 -1,6 В, а при его от-
сутствии (если при этом VT1, VT3 и
VT4 закрыты), за счет прохождения
тока по цепи R17VT8R4, оно окажет-
ся равным примерно 2,5 В.
И последнее - о том, как измерять
температуру аккумулятора. Для этой
цели предназначен транзистор VT8
(КТ814).Транзистор нужно устано-
вить в гнездо зарядного устройства
так, чтобы плюсовой вывод аккумуля-
тора прижимался к соединенной с
коллектором транзистора металли-
ческой подложкой (рис. 4). Благодаря
непосредственному контакту под-
ложки с выводом аккумулятора, тем-
пература VT8 крайне мало отличается
от температуры вывода. Коллектор и
база VT8 объединены, и на них пода-
ется напряжение с точки В схемы. Ре-
зистор R17 задает ток через эмиттер
VT8, равный примерно 1 мА, при этом
увеличение температуры эмиттерно-
го перехода на ГС сопровождается
уменьшением падения напряжения
на нем примерно на 2 мВ. Падение
напряжения на переходе определя-
ется процессором путем вычитания
из результата измерения по каналу
компаратора DA1 результата по кана-
лу компаратора DA2
Алгоритм работы устройства дол-
жен быть таким. При включении га-
сятся светодиоды VD7, VD8, закры-
ваются VT1, VT3 и VT4, и контроллер
определяет, вставлен ли аккумуля-
тор в гнездо зарядки. Если нет - сно-
ва определяет, вставлен ли, и так до
тех пор, пока не обнаружит его.
Как только аккумулятор установ-
лен, контроллер включает VT4 и за-
жигает оба светодиода, разряжая
аккумулятор до необходимого уров-
ня (100...200 мВ). После этого VT4
закрывается, открывается VT1, и на-
чинается заряд с непрерывным кон-
тролем падения напряжения на акку-
муляторе и измерением температу-
ры. При этом горит красный свето-
диод. Как только аккумулятор заря-
дится, VT1 закроется, откроется VT3,
загорится зеленый светодиод, акку-
мулятор будет дозаряжаться малым
током, который не выведет его из
строя, даже если вы на длительное
время забудете о необходимости
извлечь аккумулятор из зарядного
устройства. При этом по-прежнему
контролируется температура акку-
мулятора. Если при заряде большим
током или при дозарядке малым
температура аккумулятора превысит
55°С, VT1, VT3 и VT4 закроются, оба
светодиода погаснут, и контроллер
перейдет в режим ожидания извле-
чения аккумулятора из гнезда. По-
сле извлечения контроллер опреде-
ляет, что аккумулятор отсутствует, и
вышеописанный цикл повторяется.
Описанный алгоритм оптимален
для современных аккумуляторов,
но его не реализует ни одно из рас-
пространенных зарядных устройств
стоимостью от 10 до 30 долларов.
Стоимость комплектующих для уст-
ройства, изображенного на рис. 3,
не превышает 10 долларов. Правда,
при этом не учитывается стоимость
труда на разработку, изготовление
и отладку устройства.
Еще раз обращаем внимание чи-
тателей на то, что схема на рисунке 3
- не готовое устройство, а "полуфаб-
рикат", который может содержать
некоторые ошибки, обычно обнару-
живаемые и устраняемые при отлад-
ке. Просим также тех, кому есть что
высказать по затронутым вопросам,
выступить на страницах журнала со
своими разработками. Ну а если
описанное устройство понравится
кому-то из читателей и будет им "до-
ведено до ума" - обязательно подго-
товьте материал для публикации.
Александр Фрунзе
alex.fru@mtij-net.rij
23
основы схемотехники
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Инструментальные
усилители
Когда возникает необходимость в линейном усилителе для измери-
тельной системы, в первую очередь вспоминают об операционных
усилителях с их функциональной гибкостью и широтой номенклатуры.
На втором плане остаётся необходимость в дополнительных прецизи-
онных элементах, точной измерительной аппаратуре для отладки и
затратах времени высококвалифицированных инженеров. Ситуация
ещё более осложняется, если всю измерительную систему приходит-
ся проектировать и отлаживать специалисту, основная эрудиция ко-
торого лежит в области дискретной техники или программирования.
Здесь могут быть очень полезны инструментальные усилители (1/1У).
ИУ появились в результате выделения в отдельную группу изделий
часто применяемых схем включения ОУ.
Первоначально к ИУ относили
прецизионные усилители с
дифференциальным входом и
усилением, устанавливаемым цепя-
ми обратной связи, не связанными
непосредственно с входными и вы-
ходными цепями. Сейчас такое опре-
деление относится только к одной из
подгрупп ИУ - прецизионным ИУ Из-
готовители относят к ИУ всё новые
разновидности изделий, в частности
усилители с цифровым управлением
усилением, ОУ с наборами прецизи-
онных резисторов, передатчики и
приёмники симметричных аналого-
вых линий передачи, интерфейса "то-
ковая петля", датчиков тока и других
специальных применений.
Важным требованием к ИУ являет-
ся простота применения. В частнос-
ти, усиление должно устанавливать-
ся максимально просто: подачей ло-
гического сигнала стандартного
уровня, установкой перемычки или
1...2 внешних резисторов величины,
определяемой из документации про-
изводителя. Желательна возмож-
ность подключения нагрузки ИУ не
только между его выходом и общей
шиной источника питания, но и отно-
сительно другого опорного уровня
без снижения точности. Для получе-
ния хороших результатов потреби-
тель не обязательно должен иметь
высокую квалификацию в области
аналоговой техники и детальные зна-
ния внутреннего устройства ИУ.
Ценой выше перечисленного яв-
ляется ограничение гибкости при-
менений. ИУ лучше операционных
усилителей (ОУ) выполняют только
одну задачу - линейное усиление
напряжения и связанные с этим
операции, такие как суммирование
и инверсия сигналов, преобразова-
ние напряжения в ток и обратно,
преобразование симметричных ли-
ний в несимметричные и обратно.
Интегрирование, дифференциро-
вание, нелинейные преобразова-
ния, например логарифмирование
или выпрямление, как правило, ос-
таются за ОУ.
ИУ широко используются в изме-
рительных и управляющих устройст-
вах, медицинских диагностических
приборах, аудиотехнике, промыш-
ленном интерфейсе "токовая петля
4...20 мА", высокоскоростных согла-
сующих устройствах.
ИУ выпускаются в виде модулей
из дискретных компонентов, гиб-
ридных и монолитных микросхем.
Наиболее распространёнными и
перспективными являются монолит-
ные ИУ, лидирующим производите-
лем которых в мире является компа-
ния Burr-Brown (таблица 1). Сегодня
в её каталогах содержатся 60 типов
изделий этой группы, пятнадцать из
которых появились в 1999г. и начале
текущего года. Ближайший конку-
рент - Analog Devices (таблица 2),
выпускающая 15 типов ИУ, на треть-
ем месте - Linear Technology (табли-
ца 3) - 9.
Можно выделить следующие под-
группы ИУ:
- прецизионные общего назначения;
- с цифровым управлением усилени-
ем;
- дифференциальные усилители;
- схемы промышленного интерфейса
"токовая петля 4- 20 мА".
Для построения ИУ используется
один из двух путей. Первый - комби-
нация нескольких операционных
усилителей и прецизионных резис-
торов. Этот путь появился раньше и
до сих пор широко используется,
особенно в модульных и гибридных
конструкциях, позволяя из немногих
стандартных элементов без доступа
к технологии монолитных интеграль-
ных схем строить ИУ, в том числе под
специфические задачи.
Второй путь, доступный только
производителям, владеющим техно-
логией монолитных интегральных
схем,- построение монолитных ИУ с
применением таких базовых узлов
аналоговых ИС, как дифференци-
альные каскады и управляемые ис-
точники тока. Позволяет уменьшить
число используемых транзисторов,
прецизионных резисторов и снизить
стоимость за счёт уменьшения пло-
щади кристалла ИС. Возможности
технологии и скорость её совершен-
ствования делают этот путь более
перспективным
Прецизионные инструмен-
тальные усилители
1.Требования
• Точное и стабильное значение
коэффициента усиления. В случае
использования внутренних резисто-
ров, определяющих коэффициент
усиления, точность начальной уста-
новки составляет обычно порядка
0,1.. 0,0005%.
- Высокое подавление синфаз-
ного сигнала. Усилитель должен
реагировать только на дифферен-
циальный входной сигнал (между
входами). Синфазный сигнал, по-
даваемый одновременно на оба
входа, должен быть подавлен. На
точность измерения сигналов уда-
лённых источников влияют паде-
ния напряжения в линии связи и
наводки на неё от посторонних ис-
точников, нередко превышающие
полезный сигнал. Для того чтобы
максимально снизить влияние пе-
речисленных источников погрешно-
стей, подавление синфазного сигна-
ла, характеризующее баланс диффе-
ренциальных входов, должно быть
высоким. Это свойство выражается
параметром CMRR (common mode
rejection ratio) - отношением усиле-
ния дифференциального сигнала к
усилению синфазного сигнала. Так
как это очень большие числа, чаще
используют логарифмическое пред-
ставление в децибелах (дБ): CMR =
20Log10CMRR Обычно CMR со-
ставляет порядка 70... 120 дБ и
растёт с усилением. Производите-
лем обычно указывается CMR для
максимально возможного синфаз-
ного напряжения CMV (common
mode voltage), которое зависит от
частоты и асимметрии выходного
импеданса источника. Его обычное
значение составляет несколько
вольт. Если не оговорено специ-
ально, значение относится к про-
мышленной частоте 50/60 Гц. С
увеличением частоты CMMR быст-
ро снижается. Значение 50 дБ на 1
МГц - хороший результат, достижи-
мый далеко не всеми ИУ.
• Высокие, равные входные импе-
дансы. Поскольку источник сигнала
может иметь высокий или асиммет-
ричный относительно общей шины
импеданс, ИУ должен иметь высо-
кие, желательно равные, импедансы
по обоим входам. Нередко их значе-
ние составляет 109...1012 Ом. Вход-
ная ёмкость находится в пределах от
единиц до десятков пикофарад и су-
щественно зависит не только от уси-
лительных каскадов, но и схемы за-
щиты входов от перенапряжений.
• Малое смещение по входному на-
пряжению. Поскольку усиление мо-
жет быть значительным, нередко
102... 103 и выше, смещение по вход-
ному напряжению (offset voltage)
должно быть малым и стабильным У
изделий, выполненных с применени-
ем современных достижений в техно-
логических процессах и топологии,
оно не превышает десятков мкВ. В по-
следнее время разработчики вновь
обратили внимание на изрядно забы-
тый, но распространённый в 40-50-е
годы метод снижения дрейфа с помо-
щью прерывателей (chopper). Сам
прерыватель в замкнутом состоянии
должен вносить очень малое смеще-
ние по постоянному напряжению, что
среди полупроводниковых приборов
легко получается с каналом полевого
транзистора. Существуют два основ-
ных варианта реализации. При мето-
де модуляции-демодуляции самая
низкочастотная часть сигнала с помо-
щью прерывателя преобразуется в
24
основы схемотехники
Таблица 1. Основные параметры прецизионных инструментальных усилителей Burr-Brown Corp.
Тип Питание Метод установки усиления Подавление синфазного сигнала 60Гц, К=10 Полоса Время уст. 0,01% К=10 Смещение по входу Напряжение шума на 1кГц Усиление Погрешность усиления К=10 Примечания
мА В ДБ кГц мкс мкВ мкВ/°С нА нВ/а/Гц %
INA103 9 ±9..±25 Резистор 100 800 3 3 3 2500 1 1...1000 0.05
INA114 ±2.25. +18 Резистор 110 10 20 50 0.1 2 11 1...10000 0.02
INA115 +2.25..±18 Резистор 110 10 20 12 4 0.5 11 1...10000 0.02
INA118 0 35 ±1.35..±18 +2.7..+36 Резистор 107 70 15 15 0.4 1 10 1...10000 0 0005
INA122 0.06 ±1.35.+18 +2.2.+36 Резистор 83 5 400 100 1 10 60 5...10000 0.1
INA125 0.46 ±1.35.+18 Резистор 100 83 50 0 25 10 38 4...10000 0.03
INA126 0.175 ±1.35.+18 Резистор 83 9 60 100 0.5 10 35 5...10000 0.02
INA2126 0.35 ±1.35..+18 Резистор 83 9 60 100 0.5 10 35 5...10000 0.02 2XINA126
INA128 0.7 ±2.25.+18 Резистор 120 200 7 20 0.4 2 8 1...10000 0.02
INA2128 +2.25+18 Резистор 120 200 7 20 0.4 2 8 1...10000 0.02 2xlNA128
INA129 0.7 +2.25..+ 18 Резистор 120 200 7 20 0.4 2 8 1...10000 0.02
INA131 ±2.25.+18 Резистор 110 10 100 10 0.5 0.5 12 100 0.03
INA141 0.7 +2.25..±18 Соединени е 120 200 4 20 0.2 2 8 10; 100 0.03
INA2141 +2.25+18 Соединени е 120 200 4 20 0.2 2 8 10; 100 0.03 2 х INA141
INA110 3 +6..±18 Соединени е 106 470 2 200 4 0 02 10 1; 10; 200; 500 0.01
INA111 ±6..±18 Резистор 106 450 2 150 3 0.002 10 1...10000 0 1
INA116 1 ±4.5..±18 Резистор 86 70 25 550 0.002п А 28 1...1000 0.01
INA121 0.45 ±2.25..±18 Резистор 96 50 20 220 0.0005 20 1...10000 0.01
INA155 +2.7..+5,5 Резистор 78 550 5 200 5 0.001 38 10; 50 0.05
INA156 +2.7..+5,5 Резистор 66 550 5 2500 5 0.001 38 10; 50 0.05
PGA102 Дискретный сигнал Несимметрич- ный вход 750 70 1 20 31 1, 10. 100 0015
PGA103 ±4.5..±18 Дискретный сигнал Несимметрич- ный вход 750 100 2 50 11 1, 10. 100 0.02
PGA202 ±6.+ 18 Дискретный сигнал 92 1000 2 1000 8 0.01 12 1, 10, 100, 1000 0.05
PGA203 ±6..±18 Дискретный сигнал 92 1000 2 1000 8 0.01 12 1.2,4, 8 0.05
PGA204 ±4.5..±18 Дискретный сигнал 110 80 23 12 0.1 0.5 13 1, 10, 100, 1000 0.01
PGA205 ±4.5..±18 Дискретный сигнал 110 100 23 12 0.1 0.5 13 1.2,4,8 0.01
PGA206 11 +4.5..±18 Дискретный сигнал 80 600 25 500 2 0.002 18 1.2,4,8 0.01
PGA207 11 ±4.5.+ 18 Дискретный сигнал 80 600 25 500 2 0.002 18 1.2,5, 10 0.01
переменное напряжение, усиливает- ИУ состоят из двух независимых уси- гут составлять, как, например, у IN А, ся и другим прерывателем преобра- лителей: входного и выходного, каж- от 3 фА (1 фемтоампер = 0,001 пА), зуется в постоянное, после чего сум- дый из которых вносит свой вклад. хотя обычно имеют значение поряд- мируется с остальной частью сигна- Вклад выходного в общую величину, ка 50 пА и согласованы заметно ху- ла. Благодаря применению схемы с определенную по RTI, обратно про- же. Входные токи ИУ с супербета би- прерывателем, смещение для порционален усилению входного уси- полярнымитранзисторамиистаби- LTC1100 удалось снизить до типично- лителя. Усиление обычно регулирует- лизацией прерывателем - одного го значения 1 мкВ [1] Хотя изготови- ся во входной части. Поэтому общее порядка с входными токами ИУ с по- тель не указывает прямо, можно по- смещение по напряжению оказывает- левыми транзисторами на входе, лагать, что использован метод моду- ся зависимым от усиления и может Падение напряжении от этих токов ляции-демодуляции с частотой пере- быть непропорционально последне- на несбалансированных выходных ключения 2,6 кГц. При методе перио- му. При большом усилении доминиру- сопротивлениях источников создают дической компенсации усилитель пе- ет вклад входного усилителя. дополнительное смещение по вход- риодически переключается в режим Малые входные токи и их раз- ному напряжению тем больше, чем измерения и запоминания собствен- ность. ИУ может иметь входные токи больше сопротивления, к тому же ного смещения, которое в режиме ра- смещения (bias current), втекающие импеданс источника необязательно боты включается на его компенсацию в усилитель (биполярные приборы) и стабилен. При очень больших сопро- этого смещения. Так построены про- вытекающие (токи утечки затворов тивлениях источников или связи с изводимый операционный усилитель полевых приборов). У приборов с ними через конденсаторы или AD8551 со смещением 5 мкВ и анон- обычными биполярными транзисто- трансформаторы следует помнить и сированный AD8571 со смещением 1 рами входные токи обычно лежат в о необходимости цепей для замыка- мкВ [2] Ряд параметров, в частности пределах 1...500 нА и отличаются ния входных токов. Нужно стремить- дрейф, обычно указываются приве- друг от друга на 10% или менее УИУ ся к снижению разбаланса входных денными к входу: RTI (referred to input) с полевыми транзисторами на входе токов (offset current), создающего те или RTO (referred to output). Многие при комнатной температуре они мо- же проблемы, что и разбаланс со-
25
основы схемотехники
противлений источников.
- Малая нелинейность В отличие
от усиления и смещения по напря-
жению. нелинейность очень трудно
откорректировать внешними эле-
ментами и обычно приходится при-
нимать ту, которая даётся изготови-
телем. Как правило, нелинейность
(от пика до пика). В полосе 0,1-10 Гц
обычно он имеет значение от единиц
до десятков мкВ п-п и зависит от ус-
тановленного коэффициента усиле-
ния. Данные лучших образцов значи-
тельно меньше (при усилении более
10 для LTC1101- 0,9, а для AD624 [3]
при усилении 200 и более - 0,2 мкВ
опускаясь ниже 1) нВ/ . Токовая со-
ставляющая шума нормируется ана-
логично: в пА п-п для 0,1-10Гцив пА/
для более высоких частот Для высо-
кокачественных ИУ она составляет,
соответственно, несколько десятков
пА п-п и несколько десятых пА/ . Сле-
дует отметить (рис.1), что точка пе-
Таблица 2. Основные параметры прецизионных инструментальных усилителей Analog Devices Inc
Тип Питание Метод установки усиления Подавле-ние синфазного сигнала 60Гц, К=10 Полоса К=1О Время уст. 0.01% К=10 Смещение по входу Напряже- ние шума на 1кГц Усиление Погрешность усиления К=1О Примеча- ния
мА В ДБ кГц мкс мкВ мкВ/ С нА рВ/а/гц %
AD622 1,3 ±2.3 ..±18 Резистор 86 800 10 125 1 5 12 1...1000 0.5 дешевый
AD623 0.575 ±2.5..±6 Резистор 90 100 20 200 2 25 35 1...1000 0.35 дешевый
+3..+ 12
AD626 2 ±2.5..±6 Соединение 67 100 24 500 1 250 10,100 0,5; 1
0 23 +2.4..+10
AD627 0 085 ±1.2..+18 Резистор 77 80(К=5) 135(К=5) 200 3 10 38 5...1000 0.35 Эконо- мичный
+2.2 ..+36
AD620 1,3 ±2.3 ..±18 Резистор 93 800 15 125 1 2 13 1...10000 0.3
AD621 1,3 ±23..±18 Соединение 93 800 12 250 2 17 10,100 0.15
AD629 1 ±2.5. +18 77(К=1) 500(К=1) 15 (К=1) 1000 20 550 1 0 05 (К=1) Входное напряже- ние <=250В
АМРОЗ 3,5 ±4.5..±18 80 3000 1 - - - 750 1 0,008 (К=1)
AD524 5 ±6..±18 Соединение 85 400 15 250 2 50 7 1. .1000 0.25
АМР01 4,8 +4.5 ..±19 Резистор 95 100 13 100 1 6 59 и. 1... 1 иии 0 0.8
AD624 5 ±6..±18 Соединение 90 1000 15 200 2 ±50 4 1...1000 ±0,05 (К=1)
AD625 5 ±5. +18 Резистор 90 400 15 200 2 ±50 4 1...10000 0.05
AD526 14 ±4.5. +16, 5 Дискретный сигнал Несиммет- ричный вход 350(К=16) 7 700 10 0.15 30 1,2,4,8, 16 0.07
(К=16)
SSM2017 10,6 +6+22 Резистор 74 2000 (’ЗдБ) - 100 - 6000 1...1000 0.2дБ Микро- фонный усилитель
приводится в % к полной шкале, те.
от предельно отрицательного до
предельно положительного значе-
ния выходного напряжения. Обычно
она составляет порядка 0,01%, хотя
у некоторых ИУ может быть менее
0,0001%.
• Низкие шумы. Поскольку ИУ
должны иметь возможность работы
с малыми сигналами, они должны
обладать низкими собственными
шумами, определяемыми суммой
двух случайных составляющих: шу-
мового напряжения и шумового то-
ка На самых низких частотах шум по
напряжению нормируется в мкВ п-п
п-п). Преимущества усилителей,
стабилизированных по постоянному
току прерывателем, начинают ска-
зываться ниже 0,01 Гц (таблица 4)
[4].
На больших частотах нормируется
спектральная плотность напряжения
шума в нВ/ . Для современных при-
боров снижение спектральной плот-
ности напряжения шума пропорцио-
нально частоте заканчивается на
0,6...0,7 Гц, так что для более высо-
ких частот она постоянна и обычно
приводится по измерениям на часто-
те 1 кГц. Обычно она составляет де-
сятки или сотни (в лучших образцах
региба кривой спектральной плотно-
сти, отделяющая область снижения
спектральной плотности напряжения
шума пропорционально частоте, ле-
жит значительно выше - порядка 1кГц
[1]. При расчёте шума следует также
учитывать шум источника сигнала и,
при его наличии, шум схемы защиты
входных цепей.
• Малая зависимость от внешней
температуры. Производитель должен
гарантировать оптимизированные
характеристики для определённых
условий применения без доработки,
исследований и установки пользова-
телем дополнительных прецизион-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Таблица 3. Основные параметры прецизионных инструментальных усилителей Linear Technology Corp.
Тип Питание Метод установки усиления Подавление синфазного сигнала 60Гц, К=10 Полоса К=10 Время уст. 0,01% К=10 Смещение по входу Напряжение шума на 1кГц Усиление Погрешность усиления К= 10 Приме- чания
мА В дБ кГц мкс мкВ мкВ/ С нА “Тв/Тгц^' —™
LTC1100 0.9 ±2.3..±15 Резистор 115 18 ±1 ±0.005 0.0025 1,9мкВ п-п 0...10ГЦ 1...10000 0.3 С преры- вателем
LTC1101 0.094 Резистор 100 37 - 60 0.4 0.006 43 10;100 0 008
LTC1102 3,3 ±2.3..±18 Соединение 98 3.5 - 180 0.003 20 10,100 0,0 1
LTC1167 0.9 +2.3..±18 Резистор 115 800 - 60 0.4 0.035 7.5 1...10000 0.08
LTC11787 +2.5..36 Фиксиро- ванное - - 75 0.5 ?0.12м А - 8 2 Сенсор тока
LTC1250 I30 150 - 5 0.01 0.05 ; 0,75мкВ п-п 0.1...10Гц С преры- вателем
LTC1920 1 ±2.3..±18 Резистор 75 - 30 1 0 5 7.5 1...1000 0.3
26
основы схемотехники
ных компонентов, за исключением 1 -
2 резисторов задающих коэффици-
ент усиления в некоторых типах ИУ
При этом температурный дрейф и
смещение по входному напряжению
от изменения питающего напряже-
ния RTI для ИУ, состоящих из входно-
го и выходного усилителей, задаются
двучленной формулой. Например,
для ИУ INA114BP [5] это, соответст-
венно, +0,25+5/G мкВ/°С и 3+10/G
мкВ/B, где G - установленный коэф-
фициент усиления Значительно луч-
шие результаты дают усилители с
прерывателями - для LTC1100 это
0,05 мкВ/°С. Температурное измене-
ние входного тока для полевых
транзисторов удваивается на каж-
дые 5°С, для усилителей на бипо-
лярных структурах эта зависимость
линейна, вследствие чего бипо-
лярные супербета транзисторы по
тепловому дрейфу входного тока
вполне конкурентоспособны с по-
левыми. Например, для упомянуто-
го выше INA114BP оно составляет 8
пА/°С. Очень хорошие характеристи-
ки можно получить при использова-
нии схем с прерывателями. Так, для
Таблица 4 Сравнение шумов усилителей с
биполярными транзисторами и
прерывателем (данные Analog Devices Inc.)
Полоса шума Биполярные С прерывателем
0.1-10Гц 0.238мкВ п-л 1.45мкВ п-п
0.0МГц 0.135мкВп-п 0 46мкВ п-л
0.001-0.1Гц 0.120мкВ п-п 0 145м кВ п-л
0.0001-0.01Гц 0.118мкВп-п 0.046м кВ п-п
ОУ AD8551 в диапазоне температур -
4О...+125°С входной ток не превыша-
ет 20 пА. Температурная зависимость
коэффициента усиления у лучших ИУ
дости гает 0, ОО01... 0, ООО 5 %/°С.
• Малая зависимость от питающих
напряжений. Изменение питающих
напряжений в допустимых пределах,
в первую очередь, влияет на смеще-
ние по входному напряжению. Обыч-
но зависимость составляет порядка
-100 дБ (0,001% от отношения номи-
нального напряжения питания к зна-
чению, для которого вычисляется
изменение)
• Полоса пропускания, достаточ-
ная для данного применения. Поло-
са пропускания существенно зави-
сит от типа обратной связи (по току
или напряжению), для которой скон-
струированы усилители, входящие в
структуру ИУ. Чаще всего применя-
ются усилители с обратной связью
по напряжению, для которых имеет
место постоянная величина произ-
ведения усиления на полосу пропус-
кания, соответствующая амплитуд-
но-частотной характеристике канала
с разомкнутой обратной связью, с
наклоном -20 дБ на декаду. Так, для
упоминавшегося INA114BP это зна-
чение составляет 1 МГц, у AD524 -25
МГц. Структуры с токовой обратной
связью позволяют получить широ-
кую полосу пропускания по малому
сигналу, практически независимую
от усиления Так, у PGA202 при уси-
лении от 1 до 100 это 1 МГц.
Валерий Авербух
shem@compitech.mtu-net.ru
Продолжение следует
Измерительная аппаратура
Internet для ремонта
Материалы и инструменты
Телевизоры
Видеомагнитофоны
Музыкальные центры
Периодичность - 8 номеров в год. Объем - 48 полос
Индекс по каталогу агентства ^Роспечать* - 79459 (для РФ), 72209 [длн других стран)
Принципиальные схемы и схемы включения, цоколевка микросхем,
справочные данные по компонентам, материалам и инструментарию
для ремонта. Советы и консультации. Ремонтный бизнес.
Теория и практика ремонта.
Темы журнала:
Средства связи
Оргтехника и компьютеры
Силовая электроника
0 Г2
техники
РЕМОНТ
Адрес: 109044, Мдекна, а/я 19. Тел./факс: (09
•Ремонт электронной техники» —
усПецный проект иэддтельстаа «Электронные компоненты»
27
основы схемотехники
Генераторы
прямоугольных
импульсов на
микросхемах КМОП
Основные требования, которым
должен отвечать генератор
прямоугольных импульсов:
• гарантия, что генератор зарабо-
тает при включении;
• работа на требуемой частоте;
• генерация правильной частоты
независимо от изменения напряже-
ния питания;
- малое энергопотребление:
Любое четное
количество инверторов
Рис. 1 Генератор, построенный на
нечетном количестве инверторов
• возможность подключения вы-
ходного сигнала к различным сери-
ям микросхем, как КМОП, так и ТТЛ;
- желательно наличие большого
коэффициента разветвления по вы-
ходу.
В этой статье будут обсуждаться
только генераторы, построенные на
собственную схему, генерирующую
прямоугольный импульс. Это снимет
много проблем при тестировании и
производстве прибора. В случае, ес-
ли характеристики генераторов не со-
ответствуют предъявляемым требо-
ваниям, для получения частоты в 1
Гц... 100 МГц можно воспользоваться
генератором, сделанным на микро-
схеме КМОП, так как КМОП удовле-
творяет вышеперечисленным требо-
ваниям к генераторам лучше других
технологий.
Стабильность работы генератора
зависит не столько от микросхемы,
сколько от стабильности работы RC-
цепочки. В большинстве схем этой
стабильности бывает вполне доста-
точно. Однако часто встречаются
схемы, требующие присутствия квар-
цевого резонатора для большей ста-
бильности генерируемой частоты.
Например:
• схемы для счета времени в тече-
ние большого интервала: ими могут
быть часы, работающие долго, или
таймер, работающий несколько се-
кунд, при строгих требованиях к точ-
ности срабатывания:
дующим квитированием- например,
системы, где ширина сигналов за-
проса и ответа (Request и Acknowl-
edge) должна быть строго выдержа-
на.
Генераторы на трех
инверторах
Любое нечетное количество ин-
верторов будет генерировать, если
их соединить в кольцо, как показано
на рис. 1. Каждый добавленный ин-
вертор будет переворачивать фазу
сигнала на 180°, соответственно на
вход первого инвертора будет все-
гда приходить сигнал противопо-
ложного уровня.
Полученная частота будет зави-
сеть от общего времени задержки
сигнала и может быть вычислена как
F=1/(2ntPD),
где F - частота осцилляции, tPD -
задержка сигнала на одном вентиле
и п - количество вентилей.
Естественно, приведенный выше
генератор не является предлагае-
мой для реализации схемой, но на
его примере можно понять, с какой
максимальной частотой может рабо-
тать генератор, построенный на ло-
гических микросхемах.
Практическая же задача - постро-
ить генератор, который бы работал
на желаемой частоте с наибольшей
стабильностью. Под стабильностью
подразумевается соответствие же-
лаемой и получаемой частоты, а так-
же малая зависимость последней от
Схемотехника №2 ноябрь 2000
микросхемах КМОП. Работа генера-
торов на логике ЭСЛ представляет
собой отдельную большую тему. Для
получения тактовых частот существу-
ют также генераторы прямоугольных
импульсов, производимые в гибрид-
ных модулях. Они часто применяются
при проектировании логических схем,
так как имеют хорошие характеристи-
ки и просты в применении. Гибридные
генераторы выпускаются в 4-вывод-
ных корпусах формы DIP-14 или в пла-
нарных корпусах. Диапазон частоты
гибридных генераторов широк - от 1
кГц до 250 МГц. Сигнал на выходе ги-
бридного генератора имеет прямо-
угольную форму со скважностью (ра-
бочим циклом) 50%. Если есть воз-
можность установить в схему такой
генератор, то лучше всего ей вос-
пользоваться и не создавать свою
схемы, где логическая микросхе-
ма работает в предельном режиме;
здесь точность работы нужна, чтобы
не превысить какие-либо предель-
ные характеристики микросхемы;
- генераторы тактовой частоты пе-
редачи данных в коммуникационных
системах:
любые системы, работающие по
принципу передачи данных с после-
внешних условий, таких как напря-
жение питания и температура. Для
построения такого генератора необ-
ходимо знать реальное время за-
держки сигнала на вентиле. Оно за-
висит от напряжения питания, тем-
пературы и емкости нагрузки (ри-
сунки 2а, Ь, с). С помощью этих трех
графиков можно вычислить задерж-
ку на вентиле, и частоту на выходе
схемы, показанной на рис. 1. Для
стабилизации генерируемой часто-
ты необходимо ввести в петлю об-
ратной связи пассивные компонен-
ты, которые уменьшили бы зависи-
мость генератора от изменяющихся
характеристик микросхем и опреде-
лили бы фиксированную частоту.
На рис. 3 показана часто исполь-
зуемая схема генератора на трех ин-
28
основы схемотехники
верторах. Вообще, в таких схемах
можно использовать не только ин-
верторы, а любые инвертирующие
вентили И-НЕ, ИЛИ-HE. Это удобно
при создании управляемых генера-
торов или генераторов, работающих
в нескольких режимах.
Рабочий цикл выходного сигнала
равен приблизительно 50%. Частота
может быть вычислена по формуле:
F=---------------
2ric< Г+?+о,б9з)
гл 1 г<2
Эта же формула может быть пред-
ставлена в эквивалентном виде:
F“ 20(0,405^ + 0,693^) ’
где Req= R1R2/(R1 + R2).
Вот три варианта с разными со-
противлениями резисторов, кото-
рые могут оказаться полезными на
практике:
• при R=R1=R2 F@0.559/(RC);
-при R=R2»R1 F@0,455/(RC);
-при R=R2«R1 F@0,722/(RC).
На рисунке 4 показаны осцилло-
граммы на выходе схемы (внизу -
VOUT) и на конденсаторе - V1. Напря-
жение V2 на входе третьего инверто-
ра отличается от напряжения V1 тем,
что оно ограничивается диодами,
которые имеются на входе микро-
схем КМОП. Поэтому напряжение V2
не будет больше напряжения пита-
ния или меньше напряжения земли.
Как только напряжение V1 дохо-
дит до уровня напряжения переклю-
чения инвертора 50% напряжения
питания), последний инвертор пере-
ключается (рис.4). Так как измене-
ние напряжения V1 главным образом
зависит от времени заряда конден-
сатора, которое более постоянно,
чем время задержки распростране-
ния сигнала на инверторе, то выход-
ная частота генератора стабилизи-
руется. В целом, работа схемы, по-
казанной на рисунке 3 зависит от на-
пряжения питания в малой степени.
Так как при малой частоте работы
время задержки сигнала относи-
тельно невелико, то чем меньше час-
тота переключения сигнала, тем ста-
бильнее работает схема. Стабиль-
ность работы также повышается при
увеличении сопротивления резисто-
ра Rv
Генераторы на двух
инверторах
На рис. 5а показан один из попу-
лярных генераторов Неприятная
особенность этого генератора за-
ключается в том, что он может не на-
чать работать. Это можно легко по-
казать, если допустить, что емкость
С1 почти равна нулю. Тогда эта схе-
ма может быть представлена как
схема на рисунке 5 В, которая ос-
циллировать не будет. Итак, схема
заработает не при любой емкости
конденсатора С1. Главное отличие
схемы с двумя инверторами от схе-
мы с тремя инверторами состоит в
том, что первая должна быть запу-
щена с помощью конденсатора С1, а
вторая запускается независимо от
него.
Единственное, хотя и несущест-
венное, преимущество этого гене-
ратора состоит в том, что он исполь-
зует на один инвертор меньше, чем
предыдущий.
Триггер Шмитта
в качестве генератора
На рис. 6 показана схема генера-
тора, построенная на одном тригге-
ре Шмитта. Так как микросхема
ММ74С14 содержит шесть венти-
лей, то используется одна шестая
часть микросхемы. Пять оставшихся
Рис.7. Временные диаграммы для
генератора на триггере Шмитта
вентилей можно использовать в сис-
теме в качестве инверторов или по
их прямому назначению. Некоторые
фирмы, например Motorola, Philips,
Texas Instruments, выпускают микро-
схемы, содержащие в миниатюрном
корпусе всего один вентиль. Это
очень удобно для таких схем
Напряжение, как видно из вре-
менной диаграммы на рис. 7, колеб-
лется между двумя пороговыми на-
пряжениями триггера Шмитта. Если
бы пороговые напряжения изменя-
лись пропорционально изменению
напряжения питания VCC, то такто-
вая частота не зависела бы от изме-
нений напряжения питания. Но, к со-
жалению, это не так Тем не менее,
из-за высокого порога переключе-
ния такой генератор показывает до-
вольно хорошую стабильность час-
тоты при изменениях напряжения
питания. Изменение порога напря-
жения составляет примерно 4-5%
при изменении напряжения питания
от 5 до 15 В.
Вадим Стрижов
strijov@ccas.ru
Продолжение следует
Редакция журнала “Схемотехника”
приглашает авторов к сотрудничеству.
Все публикуемые материалы
оплачиваются.
тел.: (09 737-9279, 768-9456
e-mail: shem@compitech.mtu-net.ru
Издательство С )О “ИД Скимен”
приглашает к сотрудничеству
региональных представителей для
распространения журналов
“Схемотехника” и “Компоненты и
Технологии”
29
основы схемотехники
Особенности
применения
электролитических
конденсаторов
Rs= R + k/(4Ti2fC); (2.6)
Как видно из (2.6), параметр Rs яв-
ляется частотно зависимым. График
зависимости Rs от частоты для ЭК
RIFA - 450 В/68 мкФ/85° приведен на
рис. 1. Это несколько затрудняет рас-
четы потерь. Кроме того, если ток
имеет сложный спектральный состав,
необходимо знать величину каждой
гармони-^
ки. Одна- Таблица 1
Электролитические конденсаторы [для краткости будем называть
их ЭК)- неотъемлемая часть большинства электронных схем. Старые
разработчики помнят те времена, когда надежность электронных уст-
ройств во многом зависела от надежности ЭК. Любой телемастер
знает, что отказ телевизора [особенно отечественного) чаще всего
происходит из-за конденсатора, потерявшего емкость.
ко, если
низшие
гармоники
достаточ-
но велики
и частотно
зависимый
компонент
Диаметр (мм) f(D)
35 30000
50 35000
65 45000
75 60000
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Причина, как правило, вовсе не
в том, что ЭК плох, а в том, что
при расчете схемы не были уч-
тены особенности режимов работы
ЭК. Сейчас многое изменилось.
Срок службы ЭК ведущих фирм, та-
ких как Evox-Rifa, теперь уже не яв-
ляется определяющим фактором и
может составлять немыслимые ра-
нее величины. Например, некоторые
конденсаторы фирмы Hitachi имеют
ресурс 310 тыс. часов при номиналь-
ном токе пульсаций и температуре
40°С.
Однако неграмотный выбор ЭК и
неправильный расчет режимов его
работы может заметно снизить на-
дежность аппаратуры и явиться при-
чиной неожиданных отказов. Осо-
бенностям применения и методике
выбора и расчета номиналов элект-
ролитических конденсаторов посвя-
щена данная статья
1. Особенности конст-
рукции
В обычном алюминиевом ЭК диэ-
лектриком является окись алюми-
ния. Она, подобно р-n переходу,
имеет одностороннюю проводи-
мость и способна выдерживать на-
пряжение только одной полярности.
Соответственно, также как и у диода,
при подаче обратного напряжения в
ЭК возникают токи утечки.
Оксидный слой не может иметь
равномерную толщину по всей по-
верхности. В точках наименьшей
толщины ток утечки будет макси-
мальным. Причиной его увеличения
является также наличие в электро-
лите примесей воды, которые сни-
жают, соответственно, и максималь-
но допустимое напряжение ЭК.
На параметры ЭК сильное влия-
ние оказывает температура. С ее
ростом увеличиваются емкость,
проводимость электролита, ток
утечки. За счет ускорения коррози-
онных процессов снижается надеж-
ность ЭК
Важное значение имеет времен-
ная стабильность параметров, опре-
деляющая время жизни ЭК. Одним
из таких параметров является Rs,
или ESR (эквивалентное последова-
тельное сопротивление) ЭК.
ESR состоит из:
RAl - сопротивление выводов и
алюминиевой фольги:
Re - сопротивление электролита;
Rox - сопротивление диэлектрика.
2. Потери в ЭК
Суммарные потери проще всего
оценить, зная ток утечки Ц, средне-
квадратичное (RMS) значение пере-
менного тока I, текущего через кон-
денсатор, и значения эквивалентных
сопротивлений ЭК.
Общее омическое сопротивление
R состоит из сопротивления металла
и электролита.
Диэлектрические потери пропор-
циональны энергии, запасенной в
конденсаторе - Wc=1/2CU2. Мощ-
ность PI, рассеиваемая в ЭК, может
быть записана следующим образом:
P^fWc + RP; (2.1)
где f - частота, с которой конден-
сатор заряжается и разряжается
Условимся, что ток через ЭК име-
ет синусоидальную форму. В этом
случае потери будут равны:
Pi = fCU2/2 + RR; (2.2)
Поскольку I = wCU, a w = 2nf, to
Pi = UI(1/47t + 27iRCf) = UI(A+Bf); (2.3)
Сомножитель (A+Bf) представля-
ет собой известный всем созф. Од-
нако пользоваться углом ф неудобно,
т.к. обычно он близок к 90°, поэтому
при расчетах ЭК применяют угол
5-90-ф, называемый углом потерь.
tan8=sin(90^)/cos(90-ij)) = 5ю(90-ф)
т.к. соз(90-ф) ~ 1. Формула приобре-
тает простой и понятный вид:
Pi = Ultan5; (2.4)
Ошибка, возникающая из-за при-
нятой аппроксимации, несущест-
венна для расчетов потерь в ЭК, а
измерение tand намного проще, чем
соэф. Этот параметр называется
тангенсом угла потерь и приводится
в данных на ЭК.
Подставляя в (2.2) U = 1/wC, полу-
чаем:
Рт = R(R + k/(47i2fC)); (2.5)
Таким образом можно определить
RS (ESR) - эквивалентное последо-
вательное сопротивление, значение
которого также приводится в техни-
ческих характеристиках (по крайней
мере у серьезных производителей).
мал по сравнению с омическим со-
противлением, расчет становится
простым. Обычно на частотах свыше
500 Гц Rs практически не зависит от
частоты.
Р, = RRS (f > 500 Гц); (2.7)
3. Тепловой расчет
Температура перегрева ЭК зави-
сит от Rs и среднеквадратичного
значения переменного тока I. Назо-
вем температуру в наиболее нагре-
той точке конденсатора (точке пере-
грева) Ths, а температуру окружаю-
щей среды - Та. В рабочем диапазо-
не перегрев является линейной
функцией мощности потерь Р. Тогда
справедливы следующие соотноше-
ния:
р= Rsf2; (3-1)
Ths = Ta+RthP: (3.2)
где Rth - тепловое сопротивление
"точка перегрева - окружающая сре-
да".
4- Ток утечки
Причиной возникновения тока
утечки Ц является несовершенство
оксидного слоя. Временная зависи-
мость 1-| после включения:
h = lI5(5/t)P; (4.1)
где ll5 - ток утечки через 5 минут
после подачи постоянного напряже-
ния на ЭК, а постоянная р имеет зна-
чение в диапазоне (0,5-1).
Общая формула в установившем-
ся состоянии имеет следующий вид:
lL = k*C'UR; (4.2)
где константа к=3-10'3.
5. Срок службы и надеж-
ность
Два основных параметра, влияю-
щих на ресурс и надежность ЭК,- это
рабочее напряжение и температура.
Для срока службы Lop можно запи-
сать соотношение.
LOp=L0pR(UR/Uop)n; (5 1)
где Uop - рабочее напряжение, UR
- предельно допустимое напряже-
ние, LopR - срок службы ЭК при на-
пряжении UR.
Показатель степени п=5 при
30
основы схемотехники
0,8UR<U<UR; п=3 при 0,5UR<U<0,8UR.
Это означает, что снижение рабочего
напряжения на 21% увеличивает срок
службы вдвое. Если U<0,5UR1 срок
службы практически не зависит от на-
пряжения.
Срок службы имеет экспоненци-
альную температурную зависи-
мость. График зависимости может
быть описан выражением:
ln(Lop) = А-В'Т; (5.2)
Надежность ЭК оказывается тем
выше, чем больше его диаметр.
Формула, учитывающая диаметр,
имеет следующий вид:
LopR = f(D)2(85-Ths)/i2; (5.3)
Для конденсаторов, рассчитан-
ных на 105°, вместо 85° в показателе
степени должно быть 105.
Значение f(D) для различных зна-
чений диаметра приведено в табли-
це 1.
Lop определяется как время, в те-
чение которого параметры ЭК нахо-
дятся в пределах определенных до-
Частота, Гц
Рис. 1
пусков. У каждой фирмы-производи-
теля значения допусков свои. RIFA
так определяет предельное состоя-
ние ЭК:
изменение емкости более 15%;
• увеличение tanS более чем в 1,3
раза;
- увеличение ESR более чем в 2
раза.
Когда большое количество ЭК (на-
зовем его No) испытывается при за-
данных условиях, то через опреде-
ленное время некоторые параметры
ЭК подойдут к своему предельному
значению. Количество ЭК, сохраня-
ющих свои параметры в пределах
допусков,- R(t) - будет со временем
становиться все меньше в соответ-
ствии с выражением:
R(t) = Noe-*t; (5.4)
где А. - частота отказов.
Вероятность отказа F(t) можно оп-
ределить как:
F(t)=1-S(t)=1-e*xt; (5.5)
где S(t) - вероятность, что 1 кон-
денсатор прослужит время t.
Можно также определить зависи-
мость срока службы Lop от вероят-
ности отказа следующим образом:
1 Ini ти1п1
НЭО '
X (1-F) (1-F)
(5.6)
где т - среднее время между от-
казами.
Lop и X экспоненциально зависят
от температуры:Л,-возрастает, a Lop
-убывает.
Упрощенное выражение для ^вы-
глядит следующим образом:
X = 2,5*10-7,2(Ths’85)/8 (5.7)
Для конденсаторов на 105° в по-
казателе степени надо заменить 85
на 105.
Пример: Рассчитать температуру
нагрева ЭК диаметром 50 мм при ус-
ловии, что он работает на предель-
ном напряжении (U=UR) и срок служ-
бы должен быть не менее 5 лет.
Решая формулу 5.3 для Ths, полу-
чим:
121п
Ths-85-—-
524-365
“3500
= 81
1п2
6. Электрическая модель
электролитического кон-
денсатора
Упрощенная эквивалентная элек-
трическая схема ЭК приведена на
рисунке 2, где L - суммарная индук-
тивность выводов; R - суммарное
омическое сопротивление выводов,
фольги и электролита; RL- сопротив-
ление утечки
Ток утечки lL может быть опреде-
лен как омический ток при рабочем
напряжении, не превышающем пре-
дельного значения. Данная модель
может быть использована при рас-
четах на PSPICE с достаточной сте-
пенью точности.
7. Тепловая модель элек-
тролитического конденса-
тора
Токи перезаряда конденсатора
вызывают потери на его омическом
сопротивлении. Потери также со-
здаются за счет тока утечки и изме-
нения напряжения на диэлектрике.
Эти потери проявляются в повыше-
нии температуры ЭК ДТ, пропорцио-
нальном мощности потерь Р:
AT = Rth-P,
где Rth - тепловое сопротивление
конденсатора.
Наиболее нагретая точка ЭК име-
ет температуру Ths. Обычно эта точ-
ка расположена в геометрическом
центре ЭК. Тепло распространяется
во все стороны через электролит,
фольгу, выводы, корпус и т.д. Обо-
значим Rthhc - тепловое сопротивле-
ние "точка перегрева - корпус", а
Rthca - тепловое сопротивление
"корпус - окружающая среда". Если
ЭК установлен на теплосток, появля-
ется тепловое сопротивление "кор-
пус - теплоотвод" Rthcc, зависящее
от размера, формы теплостока и
конвекции воздуха.
На тепловые режимы при им-
пульсном характере работы влияние
оказывает также тепловая емкость
конденсатора Cth, которая зависит
от массы и материала ЭК. В модели
ЭК такую емкость можно было бы ус-
тановить параллельно каждому со-
противлению Однако емкостью, па-
раллельной Rthca» можно пренебречь
ввиду низкой теплоемкости воздуха.
На рис. 3 приведены эквивалент-
ные тепловые схемы для случая ес-
тественного охлаждения (слева) и
установки ЭК на радиатор (справа).
Tt - температура выводов конденса-
тора. Температура корпуса Тс изме-
ряется в точке, противоположной
выводам.
В таблице 2 даны значения тепло-
вых сопротивлений для различных
Таблица 2
Размер корпуса Rthhc, ОС /Вт Rthca, °C /Вт Cth, Дж/юс
А/35х51 0,8 9,8 68
В/35х60 0,8 9 81
С/35x75 1 8,2 101
0/35x95 1.3 7,6 127
Н/50x75 0,6 5,7 205
J/50x95 0,6 5,2 260
К/50х105 0.7 5,1 287
0/65x105 0.4 3,8 486
R/65X145 0,7 3,5 671
1/75x78 0,5 3,6 482
Т/75х105 0,4 3,3 647
U/75x115 0,5 3,2 708
7/75x145 0.7 3 893
Х/75х220 0,5 2,9 1351
М/90х78 0,5 2.9 692
N/90x98 0.5 2,6 868
Y/90x145 0,4 2,3 1283
размеров ЭК фирмы RIFA при есте-
ственном охлаждении конденсато-
ра.
Приведенные цифры являются
основными данными для расчета на-
грева ЭК, в какой бы схеме он ни ра-
ботал. К сожалению, в каталогах
большинства фирм-производителей
(и в отечественных ТУ тоже) мы не
находим необходимых тепловых ха-
рактеристик.
Андрей Колпаков
kai@megachip.ru
Продолжение следует
31
основы схемотехники
Поведение микросхем
при пониженном
напряжении питания
Функции и поведение микросхемы полностью описываются в
документации, и основная часть вопросов, касающихся разработки с
использованием конкретной микросхемы, находит свои ответы. Но
иногда значения тех параметров, которые необходимо знать,
отсутствуют. Другая проблема - часть данных, указанных в
документации не проверяется при тестировании конкретной партии
микросхем, а устанавливается экспериментальным путем. Такие
параметры помечаются как "типичные". Часто инженеру приходится
делать собственные измерения параметров, чтобы удостоверится в
том, что используемая микросхема в данных режимах работы будет
удовлетворять требованиям.
Все микросхемы имеют допол-
нительные компоненты (неко-
торые из которых являются па-
разитными), не показанные в доку-
ментации. Чаще всего именно эти
компоненты играют решающую
роль, когда микросхема работает в
условиях, не рекомендованных про-
изводителем. Есть системы, состоя-
щие из блоков, которые включаются
не одновременно. При этом возни-
кает ситуация, когда часть блоков
уже работает в нормальном режиме,
а часть только включается. В этом
случае важно знать поведение мик-
росхем при различных напряжениях
питания и других условиях работы.
1. Поведение микросхем
при отключенном питании
Из множества серий микросхем,
имеющих различную внутреннюю
структуру, будут рассмотрены толь-
ко наиболее распространенные.
Обычно схемы, приведенные ниже,
печатаются в документации, где
описывается серия микросхем. Та-
кая документация выпускается фир-
мой-изготовителем микросхем и до-
стать ее нетрудно.
Биполярные схемы
Рис. 1 показывает упрощенную
схему микросхемы ТТЛ, которая
имеет диодный вход (как микросхе-
мы серии SN74LS). Следующее ут-
верждение может быть применено
ко всем биполярным микросхемам .
Если напряжение питания отсут-
ствует Vcc = О В, можно считать, что
вывод питания соединен с землей
через другие компоненты системы
Если теперь подать напряжение от О
до 5 В на вход микросхемы, то диод
D2 будет заперт. Ограничительный
диод D1 также будет заперт. Неболь-
шой ток, проходящий через микро-
схему, будет равен току утечки этих
диодов.
при отключенном питании ведут себя
по-разному. На рис. 2 показан выход
микросхемы серии ТТЛ, имеющий два
паразитных диода: D2, между коллек-
тором и подложкой, и добавочный ди-
од D3, между цепями питания и зем-
ли. Если вывод питания имеет потен-
циал земли и на выход микросхемы
подано напряжение, то диод D1 будет
заблокирован и выход микросхемы
окажется в состоянии высокого импе-
данса.
Микросхемы семейства ТТЛ
Шоттки (серии SN74LS, SN74S,
SN74ALS, SN74AS, SN74F) ведут се-
бя иначе. Если на выход микросхемы
(рис.З), при напряжении питания
равном О В, подать напряжение, то
паразитный диод D1 будет прово-
дить ток. Выход будет находиться в
состоянии низкого импеданса.
Микросхемы тех же самых серий,
но имеющие выходы с третьим со-
стоянием (рис.4), будут вести себя
иначе: диод D1, параллельный рези-
стору R, не играет никакой роли. При
схеме, когда резистор R соединен с
землей, выход остается в состоянии
высокого импеданса, при напряже-
нии питания равном О В.
Выход микросхем ТТЛ с открытым
коллектором находится в состоянии
высокого импеданса при отсутству-
ющем напряжении питания
Микросхемы КМОП
Поведение микросхем КМОП
обычно определяется конфигураци-
ей цепей защиты, которые предо-
храняют микросхему от электроста-
тических разрядов. На рис. 5 показа-
на упрощенная схема КМОП с доба-
вочными диодами на входе и выхо-
де. При отсутствующем напряжении
питания вход и выход будут нахо-
диться в состоянии низкого импе-
данса, ток при этом потечет через
диоды D1 и D3
2. Поведение микросхем
при низком напряжении
питания
Поведение микросхем при пони-
женном напряжении питания на прак-
тике трудно предсказать точно, по-
скольку здесь играет роль множество
конкретных факторов. Рассмотрим
поведение неинвертирующего буфе-
ра с открытым коллектором SN7407
при выключении и включении пита-
ния. Его внутренняя схема показана
на рис. 6. При напряжении питания
меньшем чем прямое напряжение на
диоде база-эмиттер, все транзисто-
ры блокируются. Выходное напряже-
ние Vo при этом будет изменяться
вслед за напряжением питания. Когда
напряжение питания достигнет при-
мерно 0,7 В (на рисунке обозначено
VBE), через резистор R3 потечет ток
на базу транзистора Q4. При этом вы-
ход переключится и будет иметь на-
пряжение низкого логического уров-
ня. Если напряжение питания продол-
жает подниматься и достигает 3xVBE
(конечно, при этом входное напряже-
ние должно быть равно уровню логи-
ческой единицы), то ток потечет на
базу транзистора Q3 через транзис-
32
е
ОСНОВНЫЕ ТОВАРНЫЕ ГРУППЫ:
ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ, ПРОИЗВОДСТВА И РЕМОНТА
В 2000 году в ЧитГиДигт.
ожидается более 1 000 000
покупателей!
В чем секрет?
В успехах
покупателей!
А также в том, что в действитель-
но самый широкий ассортимент компонентов
на складе с моментальным доступом и полным
порядком, продуманная до мелочей
технология обслуживания, приветливый и
хорошо подготовленный персонал.
В системе ЧиПиДип розничные магазины
• более 8 тысяч наименований импо|
ных полупроводниковых приборов
• все отечественные
полупроводниковые приборы
• оптоэлектронные приборы и
элементы индикации
• жидкокристаллические индикаторь
• конденсаторы, резисторы, кварцы,
дроссели - большинство товарных
групп полными рядами
эффективно сочетаются с оптовыми подраз-
делениями по обслуживанию предприятий.
Полный перечень продукции с ценами и техни-
ческой информацией публикуется
в нашем регулярном каталоге и на нашем
web-сервере: www.chip-dip.ru.
• реле отечественные и импортные
• разъемы отечественные и импортн
• установочные изделия: акустическ
приборы, трансформаторы,
предохранители, вентиляторы и др
• компоненты для ремонта бытовой г
промышленной электроники
• измерительные приборы (вт.ч.
осциллографы), программаторы,
источники питания и др.
На веб-сервере круглосуточно работает виртуаль-
ный магазин электронных компонентов.
В магазинах «Дип продается в розницу
вся продукция, поставляемая фирмой ПЛАТАН.
• корпуса для радиоаппаратуры
• все для радиомонтажных работ:
паяльное оборудование, инстумент
материалы и пр.
• специализированная литература
• и многие “мелочи”, без которых не
обойтись.
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОФИС
Москва, ул.Гиляровского, 39
м. “Проспект Мира”
www.chip-dip.ru
E-mail: sales@chip-dip.ru
тел./факс: (095) 284-56-78,
284-36-69, 281-99-17, 971-18-27
факс: (095) 971-31-45
Почта: 129110, Москва, а/я 996
ФИЛИАЛЫ _______________________________
1. Москва, ул.Ивана Франко, д.40, к.1, стр.2
пл. “Рабочий поселок”, 15 мин. от Белорусского в-ла
или от м. “Молодежная” (первый вагон из центра)
4 ост. на авт. 127,757 до ост. “ул.Партизанская”
тел. (095)417-33-55
Почта: 129110, Москва, а/я 996
E-mail: dipkorpus@platan.ru
2. С.-Петербург, Кронверкский просп., 73
тел.: (812) 232-83-06, 232-59-87
E-mail: platan@mail.wplus.net
3. Ярославль, ул.Нахимсона, 12
тел: (0852) 27-57-15
E-mail: dilver@yaroslavl.ru
^имметрон
Электронные компоненты
Интеллектуальные IGBT силовые модули MITSUBISHI Electric
5VLofl>c
Interface -
toMCU
Тип
DIP
Mini DIP
ASIPM
Примечание: DIP и Mini DIP IPM не имеют встроенных диодов AC-DC выпрямителя
PS21445
PS21455
Vces
В
PS11014
PSI 1023-A
PS11034
PS12014-A
PS21444
PS21454
PS11015
PSI1024-A
PS11035
PS12015-A
PS21443
PS21453
PS2I543
PS21553
PS11013
PSI1022-A
PSI1032 PSI1033
PSI2012-A PS12013-A
PS21442
PS21452 ”*
PS21542
PS21552
PS11012
PS11021-A
PS11016
PSI 1025-A
PS11036
Мощность электродвигателя, кВт
0,75
0,2
0,4
1,5
0,1
600
600
PSI Ю17
PS11011
600
PS12018-A
PS120I7-A
1200
MITSUBISHI
для компактного, высоконадёжного и
экономичного регулируемого приь^да
трёхц, _ зных элг-ктр^деигателей
переменного тока
промышленного (380 В) и
бытового (220 В) назначения.
Отличительные характеристики
- очень компактный корпус
- высокий КПД
- встроенные схемы драйверов
и цепи защиты
- широкая номенклатура изделий
Применение
устройств промышленной автоматики,
преобразователи электроэнергии
источники бесперебойного питания,
электроинструмент, стиральные и
кухонные машины, холодильники,
кондиционеры, электронасосы и т.п.
Пассивные электронные компоненты Murata и Epcos
Резисторы и конденсаторы
для поверхностного монтажа
195196, С-Петербург, а/я 29
E-mail: проа symmetron.ru
http://www. symmetron. ru
С-Петербург: (812) 278-8484,
Москва: (095) 214-2555
Екатеринбург: (3432) 703-384
Новосибирск: (3832) 119-081
Ростов-на-Дону: (8632) 923-273
Ставрополь: (8652) 357-775
Киев: (044) 239-2065
Харьков: (0572) 303-577
Минск: (017) 222-5959
Розничная
продажа
в магазинах
Минронина
аддод.тал- инструь.иты
С-Петербург,
пр. Новочеркасский 51
(812) 444-0488
Новосибирск
ул Геодезическая 2
(3832)119-045
Киев ул. М.Расковой, 13
(книги по электронике инструмент)
(044)517-7377,516-5942
ки КОМПОНЕНТЫ дистрибьютД
И DEVICES Новые сеРии аналого-цифровых преобразователей
ФИР]
16-kit Samplin
A/D Converts
• No Pipeline 9ehy
•670 kSPS
• No NUnine Coda
a-.
World's First л
8/10-/12-Ы1
ADCs in
ANALOG
DEVICES
TRACO
SOT-23
Single Su-,
Микросхема Число входов Разрядность бит Частота дискретизации Формат вых. данных опорного uannoix напряжения o^ZpmuusuD примечание POWER
AD9286 2 8 40/80/100 MSPS паралл. внутр./внешн. © лл С двоенный быстрый А ЦП с однополярным ОТ o.UU питанием
AD7476/7/8 1 12/10/8 1MSPS поел. внешн. 6.00/4.00/2.00 12/10/8-ратрядные АЦП в 6-вынодиом
корпусе SO Г-23 10/12-раэрядные экономичные АЦП с источником питания +2.7.5.25 В
AD7470/2 1 10/12 1.75/1.5 MSPS паралл. внешн. 4.50/9.00 ilmi
AD7492 1 12 1 MSPS паралл. внутр. от 9.00 Экономичный А1И1 с однополярным питанием
AD7475/95 1 12 1 MSPS поел. внутр./внешн. 5.50/6.75 12-разрядные АЦП с гибким интерфейсом в
8-выводном корпусе
AD7887/8 2/8 12 200/125 kSPS поел. внутр./внешн. от 4.60/от 5.50 Мккромошные 2-/8-кана (ьные АЦП с источником питания +2.7...+5.25 В
AD7899 1 14 400 kSPS паралл. внутр./внешн. от 14.50 АЦП с одним источником питания +5 В MOURNS
AD7660/4 1 16 100/570 kSPS посл./паралл. внешн. 10.00/24.00 Недорогие АЦ11 послеповатечьного приближения
AD1555/6 1 24 256 kSPS посл./паралл внешн. 100.00/34.00 Сигма-дельта А ЦП с PGA на кристалте
дчя сейсмических станций
ADuC812 - законченная система сбора данных на одном кристалле
Cl ARE
ANALOG DEVICES освоил серийный выпуск уникальной микросхемы, совмещающей на
одном кристалле 8-канальный 12-разрядный АЦП, 2 12-разрядных ЦАП-а, источник
опорного напряжения, датчик температуры окружающей среды, микроконтроллер 8051,
флэш-память и схемы мониторинга питания.
Основные характеристики :
АЦП - время преобразования - 5 мкс (без остановки контроллера); отношение сигнал/шум - 70 дБ
(часюта 100 кГц); интегральная нелинейность ±0.5 МЗР (тип)
ЦАП - время установки - 15 мкс; дифф.нелинейность ±0.5 МЗР (тип), ±1 МЗР (макс)
♦ питание - ЗВ или 5В, максимальный ток 3-40 мА
(рабочий режим)
♦ микроконтроллер - стандартный 8051
с дополнительными функциями
♦ память - Флэш программ - 8Кбайт,
Флэш данных - 640 байт, ОЗУ - 256 байт
♦ 2 последовательных порта (UART + SPI)
♦ температурный диапазон -40 °C - ±85 °C
♦ стоимость - от 280 рублей (с НДС) *
/Х1СОМ
EVAL-ADuC812 - Стартер-Кит : плата, подключаемая к компьютеру; блок питания;
программное обеспечение (ассемблер, симулятор, загрузчик, отладчик, С-компилятор);
полная документация: микросхемы ADuC812 * innn
w г * при заказе от 1000 шт.
Honeywell
ЗАО “АРГУССОФТ Компани”
и Наш адрес : 129085, Москва, Проспект Мира, 95
ж Тел.: (095) 217-2487, 217-2519, 217-2505 ; Факс : (095) 216-66-42 ;
Интернет : http://www.argussoft.ru ; e-mail: components@argussoft.ru
UlIlHuta
ПРОСТОЕ РЕШЕНИЕ СЛОЖНОГО КРОССВОРДА
Даже сложный
кроссворд решается просто,
если знаешь ключевое слово.
ШИРОКИЙ ВЫБОР ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ
♦ Постоянно но складе более 40 тысяч наименований микросхем, транзисторов, резисторов,
конденсаторов, разъёмов и других групп радиокомпонентов.
♦ Промышленные количества и низкие оптовые цены — идеальный выбор для производственных
предприятий.
♦ Высокая скорость обслуживания, удобные способы доставки товара, высококвалифицированный
и приветливый персонал — всё это оставит у Вас доброе впечатление от сделанных покупок.
БЕСПЛАТНАЯ БАЗА ДАННЫХ ПО ЭЛЕКТРОННЫМ КОМПОНЕНТАМ
Предлагаем Вашему вниманию бесплатную программу, позволяющую на Вашем рабочем месте
быстро и просто разобраться во всём многообразии радиокомпонентов, подобрать именно то,
что Вас устраивает по характеристикам и цене. Программа содержит:
- обновляемую базу данных по характеристикам, аналогам и взаимозаменяемости элементов;
- обновляемую базу данных по наименованиям, складским количествам, ценам и скидкам
на компоненты, поставляемые нашей фирмой;
- средство для быстрого составления заявки на радиокомпоненты. Заявка, сформированная
и отправленная с помощью этой программы, обрабатывается в полуавтоматическом режиме,
это значительно сокращает время выписки счёта к оплате.
Перепишите программу на нашем сайте: www.promelec.ru
ГОЛОВНОЙ ОФИС
620107 ЕКАТЕРИНБУРГ,
ул. Колмогорова, 70
Справочная служба:
Факс круглосуточно:
Отдел опт. торговли:
E-mail:
Отдел снабжения:
Взаимозачёты по налогам,
бартерные операции:
Заказ каталога (файл):
Заказ каталога (журнал):
(3432) 45-44-88
(3432) 45-33-28
(3432) 45-68-20
pr@promelec.ru
(3432) 45-32-02
(3432) 45-82-41
ms@promelec.ru
(3432) 45-40-11
5 МОСКВА (095) 281-66-01,2-й Волконский пер., 1, promtech@dol.ru
ь. С-ПЕТЕРБУРГ (812) 230-08-63, 233-27-02, ул.Гатчинская, 12, promel@peterlink.ru
О ЕКАТЕРИНБУРГ филиал (3432) 55-30-89, ул.Красноармейская, 34-6, alexey@trest.sky.ru
Ф НОВОСИБИРСК (3832) 66-46-89, ул.Восход, 9, planar@planar.nsk.ru
Ф НОВОСИБИРСК (3832) 22-76-20, 22-81-29, ул.Ленина, 12, оф. 1207, olga@sector-t.ru
£ ОМСК (3812) 69-35-07, 69-33-23, пр.Мира, 30, оф.ЗЮ, 316, elecom@omsknet.ru
о ОМСК (3812) 24-68-65, 39-87-79, ул.Красный Путь, 143, dan@omskelecom.ru
Q, ПЕНЗА (8412) 52-32-66, ул.Бакунина, 54/94, pep@sura.com.ru
ТОМСК (3822) 41-55-70, пр-т Ленина, 30, оф. 111, tcom@mail2000.ru
ТЮМЕНЬ (3452) 22-81-95, 22-96-00, ул.Республики, 143, radiocom@sbtx.tmn.ru
ЧЕЛЯБИНСК (3512) 66-74-53, Свердловский пр-т, 23-а, treck@chel.surnet.ru
ЧЕЛЯБИНСК (3512) 65-58-43, пр.Ленина, 89, оф.117, pallada@modem.ru
основы схемотехники
торы Q1 и Q2 и переключит его. Вслед
за Q3 переключится транзистор 04, и
напряжение на выходе поднимется до
уровня напряжения питания. На прак-
тике, работа микросхемы ТТЛ начина-
ет стабилизироваться при напряже-
нии питания 3,5 В, а нормальная ра-
бота начинается при напряжении 4 В.
Однако следует помнить, что соответ-
ствия реальных и описанных в доку-
ментации параметров микросхем при
такой работе может не быть. Это от-
носится как к электрическим, так и ко
временным параметрам.
Схемы КМОП при напряжении пи-
тания ниже порогового напряжения
МОП-транзисторов ведут себя так же,
как схемы ТТЛ. При увеличении на-
пряжения питания выходное напря-
жение будет изменяться, как показа-
но на рис. 6. Полноценная работа ми-
кросхем семейства SN74HC гаранти-
рована при напряжении питания 2 В,
74АС - 3 В. При этом максимальная
частота переключения микросхемы
зависит от напряжения питания. Это
утверждение действует не только в
рассматриваемом ’’критическом"
случае, но и при нормальной работе
микросхемы.
Исключением из вышесказанного
могут быть микросхемы, которые со-
зданы специально для работы в ре-
жимах с пониженным напряжением
питания. Например, шинные форми-
рователи БиКМОП ведут себя при
включении иначе, благодаря специ-
альной схеме, которая позволяет
удерживать выходы микросхемы в
третьем состоянии.
3- Частичное
выключение напряжения
питания
Во время работы больших систем
может возникнуть ситуация, когда
часть электронных блоков работает,
а часть - отключена. При этом есть
некоторый условный интерфейс, со-
стоящий из цепей между теми мик-
росхемами, которые работают, и те-
ми, которые не работают. Для того
чтобы система работала нормально,
нужно соблюдать два правила. Пер-
вое: та часть схемы, которая будет
продолжать работать, не должна пи-
таться или управляться от отключен-
ной части. Второе: отключенная
часть не должна быть постоянно пи-
таема напряжением работающих
блоков.
Эти правила можно без особого
труда выполнить, если использовать
биполярные микросхемы. Входы вы-
ключенных биполярных микросхем
находятся в состоянии высокого им-
педанса, поэтому они не будут вли-
ять на ту часть, которая остается ак-
тивной. Из тех выходов отключенной
части, которые соединены со входа-
ми активной части, в состоянии вы-
сокого импеданса находятся только
Рис.6. Поведение микросхем ТТЛ при низком напряжении питания: упрощенная
схема и зависимость выходного напряжения от напряжения питания
выходы микросхем шинных форми-
рователей, например SN74xx240 или
SN74xx245. Поэтому в подобных си-
стемах могут использоваться только
выходы таких микросхем.
Трудная, а иногда и неразреши-
мая ситуация может возникнуть при
использовании микросхем КМОП.
Как было показано на рис. 5, эти
компоненты имеют защитные диоды
на входах и выходах, подключенные
к шинам питания и земли. Если на-
пряжение питания VCC2 будет вы-
ключено (это показано на рисунке 7)
и при этом напряжение питания
VCC1 включено, то ток I потечет из
вентиля G1 через диод D1. Макси-
мальный ток через выходной диод
КМОП может составлять не более 20
мА, поэтому микросхема сгорит.
Чтобы предотвратить эту ситуа-
цию, предлагается много схемотех-
нических решений. Из них можно вы-
брать три, показанные на рис. 8. На
рис 8 а) входной ток выключенной
33
с)
Рис.8. Защита входов КМОП от разрушения
при отключенном напряжении питания
микросхем, которое произойдет че-
рез ограничивающий диод D1, пол-
ностью не предотвращено.
На рис. 8 в) ток ограничивается
диодом D3. Однако, для того чтобы
иметь возможность установить вы-
сокое состояние на входе вентиля
G1, пришлось поставить резистор,
соединенный с шиной питания. Это
плохо по двум причинам. Во-первых,
из-за резистора увеличивается по-
требление энергии. Во-вторых, диод
сдвигает уровень напряжения логи-
ческого нуля, и помехоустойчивость
микросхемы значительно (это зави-
сит от диода, где падение напряже-
ния ~ 0,5 В) снижается. Однако этот
вариант эффективен, поскольку ис-
ключает питание выключенных бло-
ков.
Диод D1 на рис. 8 с) не сгорит, ес-
ли вентиль G1 не является инверто-
ром. Ток проходит через этот диод,
если на его входе присутствует на-
пряжение высокого уровня. Благо-
даря диоду D7, ток через диод D1 и
цепь\/СС микросхемы G1 не потечет.
Вместо этого, ток течет через выход
вентиля G1 (который в это время на-
ходится в высоком состоянии) и пой-
дет в следующую микросхему
микросхемы ограничен резистором
R. Здесь входной ток цепи ограничен
и не превышает допустимого значе-
ния, так как входной ток микросхем
КМОП очень невелик, последова-
тельный резистор в несколько кОм
не может повлиять на работу схемы
негативно. Но питание последующих
Вадим Стрижов
strijov@ccas.ru
•1 ЯШ
и-г
Г®
С апреля 1999 года объем журнала 64 стр,, тираж 6700 зкз., распрост-
ранение преимущественно по подписке а любом почтовом отделении
J о Украине - по каталогу «Укрпочты», индекс 74221
* в России и других странах СНГ, а такжа Прибалтике « по ката-
логу * Рос печати», индекс 45955
✓ а странах дапьн&го зарубежья - по каталогу «Russian
Newspapers 4 Magazines-» агентства »Роспечать* http://www.rospf.ru
ИНТЕРНЕТ-самт журнала http://radiobobby.da.ru по дзиньим рейти»^
говьх систем Rambler, Ping, Apart, 1000 Stars и др. является самым популяр-
ным среди всех технических изданий как Украины, там и России
Стоимость размещения рекламы яа одной странице журнала (формат А4) ©
5 раз деюеяяе. чем рассылка эквивалентного тиражу количества писем
р>ес рад 03190, Кивй-190, ая 568, тел /факс ('4,4437153
E-maiL radiohobby ^maii.ru FiOO: 2:463/197.34
Тематика
J любительская и профессиональная связь
✓ аудиотехника ламповая и транзисторная, Hi-Fi и High-End
/ телевидение
•J микроконтроллеры, автоматика
/ автомобильная электроника
ремонт, обмен опытом
J новые электронные компоненты, техника и технология
измерительная техника
J компьютеры, ИНТЕРНЕТ, ФйдоНет в радиолюбительской и
инженерной практике
^схемотехнический дайджест из двух десятков зарубежных
журналов
Издается с января 1998 года коллективом известных
аотаров совместно с Лигой радиолюбителей Украины
Главный редактор Николай Сухое
Схемотехника №2 ноябрь 2000
м
34
основы схемотехники
Программируемые
логические интегральные
схемы: обзор архитектур и
особенности применения
В предыдущем номере журнала мы открыли цикл публи-
каций, посвященных программируемым логическим инте-
гральным схемам, которые в последнее время становятся
все более распространенной элементной базой для раз-
работчиков цифровых устройств.
Сходную с семействами МАХ3000,
МАХ7000 фирмы Altera архитек-
туру имеют ПЛИС ATF1500 фир-
мы Atmel. Более того, они выпускаются
в совместимых корпусах и поддержи-
вают САПР Max+Plus II от Altera.
В качестве другого примера пост-
роения архитектур микросхем CPLD
можно назвать микросхемы фирмы
CLK
Рис.7. Структура CPLD Mach5
Рис.8. Структура блока МАСН5
Vantis (бывшее подразделение AMD)
Mach4 и Mach5. Ныне Vantis куплена
Lattice.
На рис. 7 приведена обобщенная
структурная схема ПЛИС семейства
Mach5. В отличие от рассмотренных
выше МАХ3000, Mach5 имеет двуху-
ровневую архитектуру соединений.
16 макроячеек, имеющих PAL архи-
------------------------------НбЬОСТИ
Бесплатное программно обеспечение
фирмы Altera
Фирма Altera давно известна на россий-
ском рынке как один из ведущих миро-
вых производителей микросхем программи-
руемой логики. Разработка систем на базе
ПЛИС невозможна без использования соот-
ветствующего специализированного про-
граммного обеспечения. В настоящее время
фирмой Altera предлагается две основных си-
стемы проектирования устройств на базе
ПЛИС: Max+Plus II и Quartus; Первая система
поддерживает практически все типы ПЛИС,
выпускаемые фирмой, за исключением мик-
росхем нового семейства APEX2OK. Вторая
система, соответственно, позволяет работать
только с устройствами семейства АРЕХ2ОК.
Такое достаточно странное распределение
возможностей систем вызвано тем, что изна-
чально фирмой Altera разрабатывалась и вы-
пускалась только одна система — Max+Plus II.
Однако, после выхода семейства ПЛИС
АРЕХ2ОК, микросхемы которого обладают
огромным объемом {до 1,5 миллионов экви-
валентных вентилей), стало понятно, что ста-
рая система разработки не в состоянии обес-
печить требуемой функциональности хотя бы
из-за того, что она не позволяет одновремен-
но работать над проектом нескольким разра-
ботчикам. Поэтому была разработано новая
система, коренным образом отличающаяся от
предыдущей.
Помимо выпуска достаточно дорогостоя-
щих систем проектирования, фирма Altera]
предоставляет и их бесплатные версии, обла-
дающие значительно урезанными функцио-
нальными возможностями и ограниченным:
временем работы. На сегодняшний день
Altera предлагает две бесплатно распростра-
няемые системы разработки устройств с ис-
пользованием микросхем ПЛИС: Е+Мах и
Max+Plus II Baseline.
Обе эти системы позволяют: производить
ввод проекта как в виде схем, так и в виде тек-
стового описания на языке AHDL Ввод с ис-
пользованием языков VHDL или Verilog HDL
может производиться путем применения про-
граммного обеспечения сторонних производи-
телей: Exemplar Logic's Leonardo Spectrum-
Altera или Synopsys' FPGA Express. Помимо
этого, имеется возможность обмена данными с
некоторыми EDA системами (однако ни одна
из них не является распространенной в нашей
стране, поэтому эта возможность обычно ока-
зывается бесполезной). Также поддерживает-
ся иерархическая разработка проекта. Это
означает то, что проект может быть составлен
из блоков, описанных различным образом
(схематически, в текстовом виде, посредством
EDA-системы и т.п.).
Е+Мах, как и Max+Plus Baseline, поддер-
живает редактирование размещения логики
35
основы схемотехники
в- SCAN
±1
СП о У m о У СП о У m О У со о У m о У
CSC
Гюв
CLB
I^JOB
[ювХ
CLB
Routing Channels
[ювХ
[ювХ
+ 4
>
k IOB
1^1 IOB
RDBK
START-
UP
VersaRing Routing Channels
Рис.9. FPGA архитектура
тектуру объединяются в блоки, кото-
рые, в свою очередь, образуют сег-
менты по 4 блока. Сегменты имеют
общую матрицу межсоединений.
На рис. 8 приведена структура
блока МАСН5. Архитектура CPLD
является весьма привлекательной
для реализации цифровых автома-
тов, поскольку позволяет легко во-
плотить функции, заданные в виде
совершенных дизъюнктивных нор-
мальных форм. Они необходимы
при замене сложных схем, реали-
зованных на обычной логике. Од-
нако следует помнить, что несмот-
ря на наличие в ПЛИС многих про-
изводителей режима эмуляции от-
крытого коллектора, использовать
его не всегда разумно, а для интер-
фейса с внешними узлами удобно
на кристалле и имеет в своем составе библио-
теку параметризованных модулей (Library of
Parameterized Modules, LPM), которая значи-
тельно облегчает ввод схем. Оба пакета поз-
воляют производить автоматическое разме-
щение логики на кристалле и автоматическое
определение места ошибки. Кроме этого, воз-
можно проведение анализа задержек рас-
пространения сигнала, временного анализа,
функциональной симуляции проекта и созда-
ния выходных файлов для использования сов-
местно с программным обеспечением сторон-
них производителей.
Наличие встроенного программатора поз-
воляет производить программирование мик-
росхем с применением недорогого кабеля ти-
па ByteBlaster или ByteBlasterMV
Пожалуй, самым большим недостатком рас-
смотренных выше бесплатных систем разработ-
ки является сильное ограничение по части под-
держиваемых микросхем. Так, пакет Е+Мах поз-
воляет работать только с чипами семейств
МахЗОООА и Мах7000 (А, АЕ, В, S). Система
Max+Plus II Baseline поддерживает несколько
большее количество микросхем. В дополнение к
перечисленным выше, имеется поддержка чипов
семейств Мах5000, НехбООО, а также младших
чипов семейств Мах9000 (ЕРМ9320,
ЕРМ9320А), Flex8000 (EPF8452A, EPF8282A)
и FlexlOK (EPF10K10, EPF10K10A, EPF10K20,
EPF 10КЗО, EPF 10К30А). Но самое главное от-
личие пакета Max+Plus II Baseline от Е+Мах за-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Рис. 10 Структура CLB семейства Spartan фирмы Xilinx
ключается в том, то он полностью поддерживает
перспективное семейство микросхем програм-
мируемой логики фирмы Altera АСЕХ1К. Мик-
росхемы этого семейства имеют емкость от
10.000 до 250.000 эквивалентных вентилей,
обладая при этом весьма привлекательной це-
ной (например, розничная цена в Москве для
чипа EPl КЗО составляет порядка $ 16) и наличи-
ем некоторых расширенных возможностей (бло-
ки двухпортовой памяти, PLL и т.д.). Благодаря
наличию поддержки этого семейства, даже не-
смотря на урезанную поддержку остальных се-
мейств микросхем программируемой логики,
возможностей бесплатных пакетов часто оказы-
вается достаточно для применения их в коммер-
ческих разработках, и уж тем более их доста-
точно для обучения.
Про обучение хотелось бы сказать не-
сколько слов отдельно. У фирмы Altera есть
специальная программа поддержки универси-
тетов, по которой она бесплатно предостав-
ляет годовую подписку на полную версию
своего программного обеспечения, а также
обеспечивает учебное заведение необходи-
мым количеством комплектов демонстрацион-
ных плат (так называемый University Laborato-
ry Package). С учетом достаточно скудного
финансирования ВУЗов в нашей стране, это
предопределило широкое распространение
микросхем и технологий фирмы Altera в уни-
верситетской (и не только) среде.
36
основы схемотехники
использовать ИС стандартных се-
рий. Автор по старой привычке ча-
ще всего использует 1533ЛНЗ для
буфера с открытым коллектором,
530ЛА16 для работы на пятидеся-
тиомную нагрузку (если, конечно
такое требуется) и двунаправлен-
ные шинные формирователи
74НС245 (1564АП6) - для большин-
ства приложений. Подобная буфе-
ризация особенно необходима,
когда используются ПЛИС с пони-
женным напряжением питания, а
система требует ТТЛ уровней. Эта
ситуация типична при модерниза-
ции отдельных узлов и блоков су-
ществующей аппаратуры, да и
большинство российских протоко-
лов обмена между устройствами
также требуют ТТЛ или КМОП уров-
ней.
Однако CPLD ПЛИС не очень удоб-
ны для реализации алгоритмов циф-
ровой обработки сигналов. Дело в
том, что практически при реализации
алгоритмов ЦОС требуется выполне-
ние операций задержки на такт, пере-
множения и суммирования много-
разрядных чисел. Настоящая рево-
люция в средствах ЦОС произошла с
появлением ПЛИС, имеющих архи-
тектуру Field Programmable Gate Array
(FPGA). К FPGA относятся ПЛИС
XC2000, XC3000, ХС4000, Spartan
фирмы Xilinx, АСТ1, АСТ2 фирмы
Actel, а также семейства FLEX6000,
FLEX8000, FLEX10K фирмы Altera, не-
которые ПЛИС Atmel и Vantis.
Типичным примером FPGA ПЛИС
могут служить микросхемы семейст-
ва Spartan фирмы Xilinx (рис.9)
Множество конфигурируемых ло-
гических блоков (Configurable Logic
Block, CLB) объединяются с помо-
щью матрицы соединений Характер-
ными для FPGA архитектур являются
элементы ввода/вывода (Input/Out-
put Block, ЮВ), позволяющие реали-
зовать двунаправленный ввод/вы-
вод, третье состояние и т.п. На рис.
10 приведена структура CLB семей-
ства Spartan фирмы Xilinx.
Особенностью современных FPGA
является возможность тестирования
узлов с помощью порта JTAG (bound-
ary-scan), а также наличие внутренне-
го генератора (Osc) и схем управле-
ния последовательной конфигураци-
ей.
ПЛИС, построенные по архитекту-
ре FPGA, состоят из логических бло-
ков (ЛБ) и коммутирующих путей -
программируемых матриц соедине-
ний. Логические блоки таких ПЛИС
состоят из одного или нескольких
относительно простых логических
элементов, в основе которых лежит
таблица перекодировки (ТП, Look-
Up Table, LUT), программируемый
мультиплексор, D-триггер, а также
цепи управления.
На рис. 11 приведена структура ЛЭ
ПЛИС семейства FLEX6000 фирмы
Altera. В основе ЛЭ лежит четырех-
входовая таблица перекодировок
(LUT). Кроме того, в состав ЛЭ входят
цепи ускоренного цепочечного пере-
носа (carry-in, carry-out) и каскадиро-
вания (cascade-in, cascade-out).
Триггер ЛЭ может быть сконфигури-
рован с помощью логики сброса-ус-
тановки (clear/preset logic), тактиру-
ется одним из сигналов, выбираемых
Register Bypass Programmable
LE-Out
Carry-Out Cascade-Out
Рис.11 Структура ЛЭ ПЛИС семейства FLEX6000 фирмы Altera
CELL STRUCTURE
Рис. 12. ЛЭ ПЛИС семейства АТ600
логикой тактирования (clock select).
При необходимости сигнал с выхода
ТП может быть подан на выход ЛЭ в
обход триггера (register bypass).
Для обеспечения минимальной
задержки при реализации сложных
арифметических функций, таких как
счетчики, сумматоры, вычитатели и
т.п., используется организация уско-
ренных цепочечных переносов (carry
chain) между ЛЭ. Логика ускоренных
переносов автоматически формиру-
ется компилятором САПР Max+Plus II
или вручную при описании проекта.
При организации цепочечных пе-
реносов первый ЛЭ каждого ЛБ не
включается в цепочку цепочечных
переносов, поскольку он формирует
управляющие сигналы ЛБ. Вход пер-
вого ЛЭ в каждом ЛБ может быть ис-
пользован для формирования сигна-
лов синхронной загрузки или сброса
счетчиков, использующих цепочеч-
ный перенос.
Цепочка переносов, длиннее 9 ЛЭ
автоматически формируется путем
объединения нескольких Л Б вместе,
причем перенос формируется не в
соседний ЛБ, а через один, то есть
из четного в четный, из нечетного ЛБ
- в нечетный. Например, последний
ЛЭ в первом ЛБ в ряду формирует
37
основы схемотехники
Routing Tracks
Рис. 13. Технология Antifuse фирмы Actel
перенос во второй ЛЭ в третьем ЛБ в
том же ряду. Отсюда ясно, что длина
цепочки переносов не может быть
больше, чем половина ряда.
Другой разновидностью построе-
ния логического элемента является
ПЛИС АТ6000 фирмы Atmel (рис. 12).
Таких простых элементов может
быть достаточно большое количест-
во. У современных ПЛИС, емкостью
до 1 миллиона эквивалентных венти-
лей, число логических элементов до-
стигает нескольких десятков тысяч.
Большинство FPGA выпускаются
по технологии SRAM, поэтому для их
конфигурации требуется специаль-
ное ПЗУ или контроллер системы. В
этом отношении выделяются FPGA
фирмы Actel, выпускаемые по техно-
логии Antifuse ("Антиперемычка")
(рис.13).
При программировании ПЛИС
происходит образование области
металлизации между слоями метал-
лизации.
По этой технологии выпускаются
несколько семейств ПЛИС Actel.
На рисунке 14 приведены архи-
тектуры логических элементов
ПЛИС 54 SX фирмы Actel. Такие ЛЭ
объединяются в суперкластеры
(рис.15).
Владимир Стешенко
steshenk@sm.bmstu.ru
Продолжение следует
Рис. 14. ЛЭ ПЛИС 54SX фирмы Actel
R-Cell С-Се|1
Рис. 15. Суперкластеры 54SX
КОМПОНЕНТЫ
ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА
Фирм MURATA, SPRAGUE, SINCERA
> Чип резисторы, керамические чип конденсаторы
типоразмеры 1206,0805 0603 0402 .
4 Танталовые конденсаторы, подстроечные конденсаторы
и резисторы, высоковольтные конденсаторы до 2 КВ
> Индуктивности
типоразмеры 1812,0805 0604 на ток до 3 А
i Диоды, диоды Шотки, ультрабыстрые диоды,
диодные мосты
> Оптроны; светодиоды, варикапы, стабилитроны,
транзисторы
♦ Интегральные стабилизаторы
и другие микросхемы в SOT89, SOT23
i ПАВ резонаторы в корпусах SIP, ТО на 433,92 МГц
i Микросхема радиоприемника для ДУ и радиосистем
передачи цифровой информации до 4,8 Кбит/сек
♦ Модуль л иемника и перед ч ха для ради систе
передачи данных на небольшие расстояния,
частота 433,92 МГц
♦ Кнопки, батарейные отсеки, энкодер alps
т (095) 158-7396 ф. 943-8780
E-mail: SaJe@smp.aha.ru WWW.SMP.AHA.Rll
38
основы схемотехники
(Продолжение, начало в №1, 2000)
Датчики температуры
В предыдущем номере журнала мы начали знакомить вас с содер-
жанием учебника “Practical Design Techniques For Sensor Signal Con-
ditioning11, подготовленного специалистами фирмы Analog Devices.
Тогда речь шла о термопарах - одном из наиболее популярных клас-
сов датчиков температуры. Сегодня мы рассмотрим еще два класса
температурных датчиков: терморезисторы и термисторы.
Резистивные темпера-
турные датчики
Резистивные температурные
датчики (The Resistance Tem-
perature Detector, или RTD)-это
датчики, сопротивление которых из-
меняется с изменением температу-
ры. Выполненные в виде платиново-
го (иногда и медного - ред.) прово-
да, намотан-ного на керамическую
катушку, RTD более точны и более
Platinum (Pt) the Most Common
100 Ом, 1000 Ом Standart Values
Typical ТС = 0,385%/°С,
0,385 Ом/°С for 100 Ом Pt RTD
Good Linearity - Better than Thermocouple
Easily Compensated
Рис. 10. Температурный коэффициент
сопротивления платинового RTD и
коэффициент Сибека термопары типа S
линейны в значительно более широ-
ком температурном диапазоне, чем
термопары. Рисунок 10 показывает
зависимость от температуры темпе-
ратурного коэффициента сопротив-
ления (ТКС) 100-омного платиново-
го RTD и коэффициента Сибека S-
термопары. В широком диапазоне
(приблизительно от -200°С до
+850°С) RTD является наиболее ли-
нейным из всех температурных дат-
чиков. В итоге, линеаризация RTD
оказывается наиболее простой.
Основные особенности резистив-
ных температурных датчиков (RTD):
• платина (Pt) - наиболее часто ис-
пользуемый материал;
• 100 Ом и 1000 Ом - стандартные
номиналы;
• стандартное значение ТКС =
0,385%/°С; 0,385Ом/°С для 100-ом-
ных RTD;
• хорошая линеаризация - лучше,
чем в термопарах;
• легкая компенсация погрешнос-
тей.
Тем не менее, в отличие от термо-
пары, RTD - пассивный датчик и тре-
бует возбуждения электрическим
током, чтобы сформировать выход-
ной сигнал по напряжению. Низкий
температурный коэффициент RTD
(0.385%/°С) требует применения бо-
лее высоковольтных цепей, нежели
используемых с термопарами. Од-
нако падение напряжения на RTD
значительно больше, чем выходное
напряжение термопары. Разработ-
чик системы может выбрать RTD с
повышенным выходным напряжени-
ем, но высокоомные RTD характери-
зуются значительным временем от-
клика (это является следствием их
больших размеров, что определяет-
ся значительным количеством про-
волоки, необ-
ходимым для
их изготовле-
ния - ред.).
Кроме того, хо-
тя стоимость
RTD выше, чем
у термопары,
они используют
медные выво-
ды, и термо-
электрический
эффект в со-
единительных
проводах не
влияет на точ-
ность измере-
ний с их приме-
нением. И, на-
конец, так как
их сопротивле-
ние является
функцией аб-
солютной тем-
пературы, RTD не требуют компен-
сации напряжения холодного спая.
Необходимо очень осторожно от-
носиться к токовому возбуждению
RTD, поскольку ток, проходя через
RTD, вызывает нагревание послед-
него. Этот нагрев изменяет темпе-
ратуру RTD, что может привести к
R= 10,5 Ом
°—ГГП--------------1
COPPER |
100 Ом
PtRTD
R= 10,5 0м
О-------EZZI-------1
COPPER
Рис.11. Платиновый RTD сопротивлени-
ем 100 Ом с проводами тридцатого ка-
либра, длиной 30 м
Температурный коэффициент сопротив-
ления меди 0.40%/°С при 20°С
Температурный коэффициент сопротив-
ления меди платинового RTD 0.385%/°С
при 20°С
погрешности измерения. Следова-
тельно, при разработке сигнальной
цепи особое внимание должно быть
уделено тому, чтобы самонагрев не
превышал 0,5’С. Производители
указывают, какие погрешности могут
возникать за счет самонагрева RTD с
различными номиналами и раз-ме-
рами, как в условиях обдува, так и
при его отсутствии. Чтобы снизить
погрешность, вызванную самона-
гревом, следует выбирать мини-
мально возможный ток, обеспечива-
ющий требуемую разрешающую
способность, и выбрать максималь-
Рис.12. Четырехпроводное (Кельвинов-
ское) соединение платинового RTD для
повышения точности измерений
но возможное (с точки зрения вре-
менных характеристик)значение со-
противления RTD.
Другой эффект, оказывающий
влияние на точность измерений, -
это падение напряжения на соедини-
тельных проводниках RTD. Это осо-
бенно критично для низкоомных RTD
в двухпроводных схемах включения,
т. к. температурный коэффициент и
абсолютная величина сопротивле-
ния RTD при этом минимальны. Если
RTD помещен на большом удалении
от сиг-нальной цепи, то сопротивле-
ние подводящих проводников может
составлять от единиц до нескольких
десятков Ом, и падение напряжения
на них, создаваемое током возбуж-
дения, может внести заметную по-
грешность в измерение температу-
ры. Чтобы проиллюстрировать это,
предположим, что 100-омный плати-
новый RTD с медными проводниками
тридцатого калибра расположен на
расстоянии около 30 м от консоли
(источника тока возбуждения и сис-
темы измерений). Удельное сопро-
тивление проводника тридцатого ка-
либра составляет 0.347 Ом/м, а пол-
ное сопротивление двух проводов,
идущих к RTD, составит 21 Ом (для
схемы, показанной на рис. 11). Это
дополнительное сопротивление вне-
сет в измерение погрешность в 55°С!
К тому же, температурный коэффи-
циент сопротивления проводников
может вносить еще одну дополни-
тельную погрешность, иногда до-
вольно значительную. Чтобы исклю-
чить влияние на точность измерений
сопротивления проводников, ис-
пользуют четырехпроводные схемы
На рис. 12 показано четырехпро-
водное соединение (схема Кельви-
на), которое наиболее часто приме-
няется при измерении с RTD. Посто-
янный ток подается на так называе-
мые силовые проводники RTD, а на-
39
основы схемотехники
ТО MICROCONTROLLER
Рис. 13. Использование платинового RTD с
высокоразрешающим АЦП серии AD77xx
пряжение с него снимается с сен-
сорных проводов. Измерительным
прибором, расположенным на боль-
шом расстоянии, может быть цифро-
вой вольтметр или инструменталь-
ный усилитель, а высокая точность
измерений достигается только в том
случае, если он имеет высокое
входное сопротивление и/или очень
малый входной ток. Поскольку по
сенсорным проводникам практичес-
ки не течет ток, эта схема почти не-
чувствительна к длине соединитель-
ных проводов. Источниками погреш-
ностей в ней могут быть нестабиль-
ность источника возбуждающего тока
и недостаточность входного сопро-
тивления цифрового вольтметра
(большая величина входного тока ин-
струментального усилителя).
RTD, в основном, используются в
четырехрезисторных мостовых схе-
мах включения. Выходной сигнал
моста усиливается перед последую-
щей обработкой инструментальным
усилителем. Однако высокая точ-
ность измерений при помощи таких
АЦП, как AD77XX, позволяет непо-
средственно оцифровывать выход
RTD, без какого-либо предваритель-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
ного усиления. В этом случае линеа-
ризация может быть осуществлена в
цифровом виде, что снижает требо-
вания к аналоговым цепям.
На рисунке 13 показан 100-омный
платиновый RTD, возбуждаемый
400-микроамперным током. Выход-
ной сигнал оциф-ровывается одним
из АЦП серии AD77XX. Отметим, что
источник тока, возбуждающего RTD,
также вырабатывает опорное напря-
жение 2,5 В для АЦП при помощи со-
противления 6,25 кОм. Изменение
тока возбуждения не влияет на точ-
ность изме-рений, поскольку паде-
ние напряжения на RTD и опорное
напряжение изменяются синфазно с
током возбуждения. Обращаем вни-
мание читателей на то, что резистор
номиналом 6,25 кОм должен иметь
крайне низкий температурный коэф-
фициент со-противления, чтобы из-
бежать погрешностей измерения.
Высокая разрешающая способность
АЦП и входной усилитель с регули-
руемым коэффициентом усиления
(PGA), позволяющий усиливать
входной сигнал в 1, 2, 4, 8, ..., 128
раз, позволяют избежать дополни-
тельных усиливающих и согласую-
щих цепей.
ADT70 - законченный преобразо-
ватель сигнала от платинового RTD,
который при работе с RTD сопротив-
лением 1 кОм (см. рис. 14) выраба-
тывает на выходе сигнал с крутизной
преобразования 5мВ/’С. И платино-
вый RTD, и килоомный опор-ный ре-
зистор возбуждаются согласован-
ными источниками тока 1мА. Это
позволяет выполнять температур-
ные замеры в диапазоне от - 50“С до
+80СГС.
ATD70 содержит два согласован-
ных источника тока, прецизионный
"rail-to-rail" встроенный инструмен-
тальный усилитель, источник опорно-
го напряжения 2,5 В и независимый
"rail-to-rail" операционный усилитель.
ADT71, в отличие от ATD70, не имеет
встроенного источника опорного на-
пряжения. Так называемый режим
"shutdown” - пониженного энергопо-
требления - предусмотрен для ис-
пользования его в системах с бата-
рейным питанием. При переходе в
этот режим потребление микросхемы
снижается с 3 мА до 10 мкА. Усиление
или диапазон работы системы на базе
платинового RTD и ADT71 подбирает-
ся прецизионным резистором, под-
Рис. 15. Типовая зависимость сопротив-
ления 10-килоомного NTC-термистора
от температуры
соединенным к инструментальному
усилителю. Независимый ОУ может
и с-пользоваться для масштабирова-
ния сигнала, вырабатываемого внут-
ренним источником опорного напря-
жения, что может быть применено для
определения отключения RTD или
превышения температурой заданного
значения, а также для других целей,
определенных пользователем. ADT70
предназначен для работы в диапазо-
не от -40°С до +125°С, и выпускается в
два-дцативыводных DIP- и SOIC-кор-
пусах.
Термисторы
Сходные с терморезистивными
датчиками, термисторы представля-
ют собой достаточно дешевые тем-
пературно-чувствительные резисто-
ры, изготавливаемые из твердых по-
лупроводниковых материалов и
имеющие как положительные, так и
отрицательные температурные ко-
эффициенты. Хотя не так уж сложно
найти термистор с положительным
температурным коэффициентом,
термисторы с отрицательным тем-
пературным коэффициентом рас-
пространены гораздо шире.
Рис, 15 показывает зависимость
сопротивления от температуры для
40
основы схемотехники
Рис 16. Температурный коэффициент
10-килоомного NTC-термистора
широко используемых NTC-термис-
торов (Nega-tive Temperature Coeffi-
cient, термистор с отрицательным
температурным коэффициентом).
Термистор является чрезвычайно
нелинейным датчиком и наиболее
чувствительным из числа рассмот-
ренных.
Высокая чувствительность этого
термистора (типовое значение -44
000ррт/°С при +25°С, как показано
на рис. 15; 1ррт=1/106=0,0001 %, 44
000ррт/°С = 4.4%/°С), позволяет по-
чувствовать столь малое изменение
температуры, которое не может
быть обнаружено при помощи RTD
или термопары. Эта высокая чувст-
вительность является определен-
ным преимуществом термисторов
по сравнению с RTD, и при исполь-
зовании термисторов нет необходи-
мости в четырехпроводном соеди-
нении для компенсации погрешнос-
тей, вносимых измерительными
проводами. Чтобы проиллюстриро-
вать это, рассмотрим NTC-термис-
тор с номинальным сопротивлением
ЮкОм и типовым температурным
коэффициентом -44 000ррт/°С при
температуре +25’С, включенный в
схему, изображенную на рисунке 12
(заменим термистором стоомный
Рис. 17. Линеаризация характеристики
10-килоомного NTC-термистора при
помощи шунтирующего резистора со-
противлением 5.17 кОм
платиновый RTD). Как отмечалось,
общее сопротивление провода со-
ставит 21 Ом, и нетрудно посчитать,
что это внесет в измерение погреш-
ность порядка 0.05°С, что более чем
в 500 раз (практически в 1000 раз -
перев.) меньше, чем в случае с RTD.
Однако высокая температурная
чувствительность термисторов име-
ет свою оборотную сторону. Как сле-
дует из рисунка 16, температурный
коэффициент термистора уменьша-
ется с возрастанием температуры
нелинейно, в отличие от RTD. По-
этому термистору не только требу-
ется линеаризация, но и степень ее
гораздо выше, чем для терморезис-
тора. Применение термисторов ог-
раничено диапазоном в несколько
сотен градусов, в большинстве слу-
чаев из-за их разрушения при высо-
ких температурах В сравнении с
термопарами и RTD, термисторы -
хрупкие изделия, требующие акку-
ратного монтажа во избежание по-
ломки. Время отклика, термисторов
вследствие их малых размеров, не-
значительно. Но и это имеет свою
оборотную сторону: малая масса де-
лает их чувствительными к самона-
греву.
Преимущества термисторов оче-
видны: они являются очень чувстви-
тельными датчиками и в то же время
недороги. Однако, как следует из
вышесказанного, их температурные
коэффициенты заметно меняются с
ростом температуры. Например, для
рассмотренного выше образца - от -
44 000ррт/°С при температуре
+25°С до 29 000ррт/вС при темпера-
туре 10СГС. Эта нелинейность не
только является источником боль-
ших погрешностей при температур-
ных измерениях, но также лимитиру-
ет полезное применение рамками
узких температурных диапазонов,
если не использовать специальных
методов линеаризации.
Использование термисторов в бо-
лее широких температурных диапа-
зонах возможно, если разработчик
системы может принести в жертву
линейности характеристики термис-
тора его чувствительность. Один из
способов линеаризации - простое
шунтирование постоянным резисто-
ром. Параллельное включение тер-
мистора с постоянным резистором
значительно улучшает линейность
характеристики. Как показано на ри-
сунке 17, параллельная комбинация
резистора и термистора гораздо бо-
лее линейна, чем у самого термисто-
ра. Чувствительность же такого дат-
чика, хоть и снижается, но все же ос-
тается более высокой, чем у термо-
пары или RTD. Основным недостат-
ком такой линеаризации является
то, что улучшить линейность можно
лишь в узких диапазонах.
Параметры шунтирующего резис-
тора можно вычислить с помощью
формулы R = [RT2-(RT1 +RT3)-
2RT1-RT3]/(RT1+RT3-2*RT2), где
RT1 - сопротивление термистора
при температуре Т1 (самая низкая
температура в измеряемом диапа-
зоне), RT3 - сопротивление термис-
тора при температуре ТЗ (наивыс-
шая температура в измеряемом ди-
апа-зоне) и RT2 - сопротивление
термистора в средней точке,
Т2=(Т1+ТЗ)/2.
Для типового NTC-термистора
номиналом 10 кОм RT1=32 650 Ом
10 кОм NTC
THERMISTOR
0,294 В @ Т = 70°С
J 5,17 кОм
[linearization
RESISTOR
0.994В@Т = 0°С
AMPLFIER
OR ADC
AVwr/AT -10mB/°C
LINEARITY^ 2°C. 0°C TO +70°C
Рис. 18. Линеаризованный 10-кило-
омный NTC-термистор с усилителем
(преобразователем)
при 0°С, RT2=6 532 Ом при 35°С, и
RT3 = 1 752 Ом при 70°С. Значение
для R, полученное из приведенной
выше формулы, будет составлять
5,17 кОм. Точность преобразования
в таком контуре определяется ли-
нейностью полученной системы. В
рассматриваемом примере нели-
нейность изменяется в пределах от
-2,3 до +2,(УС.
Выход схемы может быть под-
ключен к АЦП для дальнейшего
улучшения линейности, как показа-
но на рисунке 18. Заметим, что кру-
тизна характеристики преобразо-
вания полученной системы, состо-
ящей из резистора и термистора,
снижается примерно до -10 мВ/°С,
чего достаточно для большинства
применений при обработке 12-бит-
ным АЦП.
Wall Kestler, James Bryant,
Wall Jung
Перевод и обработка Александра
Фрунзе и Андрея Асташкевича
Редакция журнала “Схемотехника”
приглашает авторов с сотрудничеству
Все публикуег е материалы
оплачиваются.
тел.: (095) 737-9279, 768-9456
e-mail: shem@compitech.rntu-net.ru
Издательство ООО “ИД Скимен”
приглашает к ссрудн лче :тву
региональных представителей для
распространения журналов
“Схемотехника” и “Компоненты и
Технологии”
41
питающие устройства
Источник
бесперебойного питания
с микроконтроллерным
управлением
В статье описана конструкция простого источника бесперебойного
питания, в котором для управления силовыми элементами схемы ис-
пользуется микроконтроллер. Несмотря на то, что схема рассчитана на
генерацию напряжения по американскому стандарту [120 В, 60 Гц], мы
сочли полезной ее публикацию, поскольку параметры выходного напря-
жения определяются в значительной степени программной частью, и
схема может быть легко модифицирована под российский стандарт на
напряжение в сети (220 В, 50 Гц].
Введение
Представленный в статье пре-
образователь напряжения рас-
считан на максимальную вы-
ходную мощность 2 кВт и предназ-
начен для питания устройств при
пропадании напряжения в электри-
ческой сети.
Преобразователь выполнен по тра-
диционной схеме с использованием
повышающих трансформаторов, од-
нако входной сигнал для трансформа-
торов генерируется в реальном вре-
мени с использованием ШИМ микро-
контроллером семейства PJC фирмы
Microchip. Микроконтроллер измеря-
ет выходное переменное напряжение
посредством восьмиразрядного АЦП
и соответствующим образом изменя-
ет ширину управляющего трансфор-
маторами импульса с использовани-
ем алгоритма замкнутой обратной
связи. Все функции по генерации уп-
равляющих сигналов, изменению ши-
рины импульса и контролю ошибок
(отключение при перегрузке) выпол-
нены программным путем, что значи-
тельно упрощает модификацию схе-
мы в случае необходимости.
Многие промышленные преобра-
зователи напряжения (включая источ-
ники бесперебойного питания для
персональных компьютеров) не в со-
стоянии обеспечить больших им-
пульсных токов, требуемых, напри-
мер, при начале работы многих элект-
родвигателей, особенно однофазных
с приложенной к валу нагрузкой.
Представленная в этой статье разра-
ботка может обеспечить необходи-
мый ток (во время одного из тестов
данная схема в течение нескольких
секунд, пока раскручивался электро-
двигатель, выдавала мощность 2 кВт,
при этом от батареи питания напря-
жением 12 В потреблялся ток порядка
200 А). Программное управление пре-
образователем позволяет ему не от-
ключаться в течение нескольких се-
кунд при перегрузке что дает время
для запуска электродвигателя.
Преобразователь тестировался
как на однофазном электродвигате-
ле мощностью 800 Вт, так и на рези-
стивной нагрузке мощностью более
1500 Вт, и показал при этом хорошие
результаты.
Эффективность работы преобра-
зователя (отношение выходной
мощности к потребляемой) состав-
ляет от 71 до 82 % и зависит от типа
нагрузки.
| BATTERY + 12V
MAIN FUSE
Main Battery
Terminal
(4 Gaude Wire)
150A
[ REMOTE ON SIGNAL
Remote Control
Connector
On Rear Of Unit
[ POWER RELAY
CONTROL FUSE
Power To All
Control Components
POWER
TIP 120
70A Relay
70A Relay
K2
22,5gF
200V AC
AC OUT
AC OUTPUT
<MCU RB5>
| PFC RELAY
TIP 120
BACK-EMF PROTECTION
470R
<MCU RB1>
TIP 120
LIMIT
Forced Air
Cooling
For Unit
Drivers and
Current
Umiter on
Separate
Board
Second
Driver
In
Parallel
| PHASE1
<MCU RB7>
| PHASE2
<MCU RB6>
J POWER DRIVERS AND TRANSFORMER
Two in System... Only One Shown Here
IRL2203N
220R
TIP 120
К
CURRENT SENSE MONITOR
To 7806 Regulator*
OverCurrent Limiter
Рис 1
10K
UMIT
Fifteen 0R05
5W Resistors
in Parallel
DR0033|
75W i
Current Sensing
Shunt
Separate 6V Regulator
For Reference
To Remote Control Connector
On Rear Of Unit
—СУЖМ5Е >
To ADC
On Control
Board
150R
TIP 120
TIP 120
IRL2203N
ZNR20V180
1N5359 QTYx4
24V ZENER
QTYx 12
18VCT.75A
BACK-EMF PROTECTION
Схемотехника №2 ноябрь 2000
2N2222
гГПУ]
U4A
LM339
ZNR20V180
1N5359 QTYx4
24V ZENER
QTYx12
CCommon
In/Out
Terms. >
42
питающие устройства
PIEZO
BEEPER
| +12В
М->-
1N4007
VCC
О
Рис. 2
Предупреждение
При работе приведенной схемы
возникают значительные токи в пер-
вичной части и высокое напряжение
во вторичной части. Несмотря на то,
что схема имеет защиту от перегру-
зок, в случае ее сбоя, возникающие
огромные токи (которые могут со-
ставлять до 1000 А) способны вы-
звать возгорание или взрыв некото-
рых элементов схемы. Выходное на-
пряжение преобразователя состав-
ляет 120 В, и работая с ним необхо-
димо соблюдать все обычные меры
предосторожности при работе с вы-
сокими напряжениями.
Описание схемы
Силовые драйверы и электро-
ника
Устройство выполнено по тради-
ционной схеме, использующей для
получения выходного напряжения
повышающие трансформаторы По-
стоянное входное напряжение 12 В
преобразуется в переменное, кото-
рое подается на первичную обмотку
трансформаторов При разработке
конструкции автором использовался
набор из двенадцати аккумуляторов,
взятых из системы резервного пита-
ния телефонной станции, напряже-
нием 2 В и емкостью 300 А*ч каждый.
Они были объединены в два банка по
шесть аккумуляторов. Получившая-
ся батарея имела, таким образом,
напряжение 12 В и емкость 600 Ач.
При работе преобразователя на на-
грузку в 1,5кВт ток в первичной об-
мотке трансформаторов составляет
порядка 150 А, поэтому управляю-
щая электроника должна быть спо-
собна выдерживать в течение про-
должительного времени токи до 200
А.
Самым сложным при создании схе-
мы было найти подходящие транс-
форматоры. Автор использовал
трансформаторы из старых преобра-
зователей напряжения для мощных
телевизионных передатчиков. Каж-
дый из них был рассчитан на работу от
120 В и имел напряжение во вторич-
ной обмотке порядка 12 В при макси-
мальном выходном токе 75 А. Таким
образом, мощность каждого транс-
форматора была более 1 кВт, а два та-
ких трансформатора обеспечивали
требуемую мощность в 2 кВт. Сопро-
тивление низковольтной обмотки этих
трансформаторов составляет поряд-
ка 0,008 Ом, поэтому к управляющей
схеме предъявляются достаточно же-
сткие требования относительно ее
сопротивления. В противном случае
КПД преобразователя будет очень
низким.
В данном преобразователе транс-
форматоры используются в push-
pull конфигурации со средней точ-
кой, подключенной к +12 В, и замы-
канием второго провода обмотки на
землю с использованием мощных
силовых MOSFET транзисторов.
Силовые драйверы, которые уп-
равляют подачей энергии в транс-
форматоры, состоят из двух банков
по шесть соединенных параллельно
транзисторов IRL2203 каждый. Эти
транзисторы, производства Interna-
tional Rectifier, имеют сопротивление
перехода во включенном состоянии
всего несколько мОм, а блок из шес-
ти транзисторов позволяет свести
потери энергии в них к допустимым
пределам. Документацию на транзи-
сторы IRL2203 можно найти на сайте
фирмы IRF (www.irf.com). Единствен-
ная проблема при использовании
этих транзисторов связана с тем, что
они рассчитаны на напряжение не бо-
лее 30 В. Для защиты транзисторов
можно применить мощные стабили-
троны на 24 В, включенные между
стоком и истоком транзисторов.
На схеме, приведенной на рис. 1,
показана только одна половина си-
ловых драйверов. Управляющий сиг-
нал подается на силовые транзисто-
ры через последовательные резис-
торы, что позволяет равномерно
распределить нагрузку между вклю-
ченными параллельно транзистора-
ми. Выход силового трансформато-
ра подключен к схеме измерения вы-
ходного напряжения. Центральная
точка двух трансформаторов под-
ключена к напряжению батареи +12
В через мощные реле и предохрани-
тель на 150 А.
Стабилитроны на 24 В включены в
схему для предохранения силовых
транзисторов от выбросов напряже-
ния с первичной обмотки трансфор-
матора. Указанное в схеме число
стабилитронов в каждом блоке (12)
оказалось достаточным для защиты
преобразователя при работе его на
индуктивную нагрузку.
Резистор сопротивлением 0,0033
Ом, мощностью 75 Вт используется
для измерения тока через преобра-
зователь. Резистор собран из пят-
надцати 5-ваттных резисторов, со-
противлением 0,05 Ом каждый. Этот
набор резисторов нуждается в при-
нудительном охлаждении вентиля-
тором, поскольку через них в про-
цессе работы преобразователя про-
текает достаточно большой ток.
Для управления силовыми тран-
зисторами используются специаль-
ные драйверы, управляемые стан-
дартными сигналами TTL-уровня.
В схему включен также ограничи-
тель тока, предназначенный, в ос-
новном, для предохранения схемы
от повреждения на этапе отладки
(например, при одновременном
включении обоих блоков силовых
транзисторов в результате про-
граммной ошибки; потребляемый
схемой ток при этом может соста-
вить до 1000 А, чего достаточно для
перегрева и возгорания). Ограни-
читель выполнен на компараторе,
сравнивающем напряжение на шун-
тирующем резисторе 0,0033 Ом с
опорным напряжением, и в случае
превышения током через резистор
значения порядка 200 А, подключа-
ющем входы силовых транзисторов
на землю (для этого используются
транзисторы TIP120). Необходи-
мость использования ограничителя
вызвана также тем. что предохрани-
тели на 150 А срабатывают недоста-
точно быстро.
Управляющая схема
Выходное переменное напряже-
ние измеряется с использованием
небольшого трансформатора , что
дает гальваническую развязку высо-
ковольтной выходной части преоб-
43
питающие устройства
разователя от низковольтной вход-
ной. Напряжение на выходе транс-
форматора выпрямляется диодом
1N4001 (рис.2) и интегрируется кон-
денсатором емкостью 10 мФ. Путем
измерения напряжения в один и тот
же момент, относительно волны вы-
ходного напряжения, микроконтрол-
лер имеет возможность получить
примерное среднее значение вы-
ходного напряжения.
Напряжение с интегратора пода-
ется на вход микросхемы восьми-
разрядного АЦП (ADC0831) с после-
довательным выходом.
Микроконтроллер (PIC16C84) ра-
ботает на частоте 3,6864 МГц. Он
считывает показания АЦП и устанав-
ливает ширину управляющего им-
пульса для следующего цикла. Кро-
ме этого, к микроконтроллеру под-
ключено несколько светодиодов для
индикации состояния и динамик.
Управляющий алгоритм
Основной функцией, возлагаемой
на программу микроконтроллера,
является генерация управляющего
сигнала длительностью от 4,1 мс до
8,2 мс. Ширина импульса зависит от
требуемого выходного напряжения.
Более широкий импульс позволяет
получить большее напряжение, а уз-
кий -соответственно, меньшее. По-
скольку микроконтроллер измеряет
напряжение на выходе преобразо-
вателя, он может регулировать ши-
рину импульса для поддержания на-
пряжения на выходе на уровне 115В.
Наличие такого управления требует-
ся, в первую очередь, для компенса-
ции влияния нагрузки на выходное
напряжение. Так, если будет под-
и ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ
IIJIAIAn ВАШЕГО УСПЕХА
iwrsuBSHi
i ELECTRIC
/"Infineon
IntemCltionCll Схема управления балластами
П £*£• флюорёсцентных ламп IR21571
КЖКеСПГЮГ фирмы International Rectifier
• Минимум дополнительных компонентов, простота
подключения и адаптации к различным типам ламп
• Высок в льп Ыи (600Е ) драй р схем пра ния
в одном корпусе
• Программируемое ер мя пр зрительного г
и программируемая частота
• Программируемое время ожидания и програмируемые
характеристики поджига
• Автоматический рестарт
• Защита от перегрева, защита от нерезонансной работы
♦ Защита от электростатического пробоя
• Рабочая температура -55 +150 ’С
Максимальный ток до 500МА
: + Red lied AC Line
рошшз
EPCOS
Honeywell
11ример
LXtM 1
применения
jnteitail
СП
RYDOIVI
Kingbright
imtRata
121351, ул. и»ана д. 40, к. 1, стр.2 Почта: 121351, Москва, а/я 100
тап./факс: (0С5) 417-52-45,417-08-11,417-88-45 E-mail: lr@platan.ru
www.platan.ru
Схемотехника №2 ноябрь 2000
ГО
ключена мощная нагрузка, напряже-
ние на выходе понизится, и микро-
контроллер должен будет увеличить
ширину управляющих импульсов для
поддержания напряжения на необ-
ходимом уровне. Фактически, такая
система работает как стабилизатор
напряжения.
Каждый импульс переменной ши-
рины состоит из двух частей. Пер-
вая из них имеет фиксированную
ширину, равную 1/240 секунды (од-
на четверть полного цикла для час-
тоты выходного напряжения 60 Гц).
В течение этого относительно боль-
шого промежутка времени микро-
контроллер считывает показания
АЦП и вычисляет требуемую ширину
второй части импульса. Значение
рассчитывается исходя из разности
между фактическим напряжением
на выходе преобразователя и требу-
емым (115 В)
По окончании вывода первой час-
ти импульса, генерируется вторая
часть переменной ширины. Ее дли-
тельность может составлять от 0 мс
до 4,0 мс. После того, как будет вы-
ведена вторая часть, первый банк
транзисторов отключается, про-
грамма ожидает некоторое время,
необходимое для того, чтобы общее
время генерации импульса состави-
ло 1/120 секунды (половину периода
выходного напряжения), и процеду-
ра генерации повторяется для вто-
рого банка транзисторов.
Таким образом, ширина управля-
ющих импульсов для каждого банка
может составлять от 50 до 97% от
половины периода выходного на-
пряжения (для частоты 60 Гц).
Помимо управления силовыми
транзисторами, на микроконтроллер
возложены так-
же функции ин-
дикации и опре-
деления пере-
грузки.
В начале ра-
боты мощного
электродвигате-
ля им потребля-
ется ток в 5-10
раз больше но-
минального. На-
пример, для дви-
гателя мощнос-
тью 800 Вт ток
потребления в
момент старта
может состав-
лятьдоЗО А. Дан-
ный преобразо-
ватель не может
выдавать такой
ток в течение
длительного вре-
мени. При запус-
ке электродвига-
теля программа
преобразователя
быстро увеличит
ширину управля-
ющих импульсов
до максималь-
ной, однако, не-
смотря на это,
напряжение на
выходе будет
продолжать по-
нижаться и мо-
жет опуститься
ниже допустимого уровня (вплоть до
90 В). В нормальных условиях это оз-
начало бы перегрузку и приводило бы
к отключению преобразователя. Но в
таком случае оказывается невозмож-
ным использование данного преобра-
зователя для питания электродвигате-
лей. Чтобы этого избежать, в програм-
му была добавлена задержка в 10 се-
кунд перед отключением при пере-
грузке. Такой промежуток времени до-
статочен для того, чтобы электродви-
гатель набрал обороты. Потребляе-
мый ток при этом быстро приходит в
норму, и преобразователь может про-
должать работу в штатном режиме.
Помимо временных перегрузок,
управляющая программа допускает
также "мягкую" перегрузку. Это оз-
начает, что преобразователь будет
продолжать работу даже в том слу-
чае, когда ширина управляющего
импульса максимальна, но напряже-
ние на выходе не опускается ниже
уровня 107 В. Такой прием позволя-
ет несколько увеличить максималь-
ную выходную мощность преобразо-
вателя, хотя и при меньшем выход-
ном напряжении.
Индикаторы, вынесенные на пе-
реднюю панель, отображают смену
ширины импульса, наличие пере-
грузки и отключение преобразовате-
ля в результате перегрузки.
Исходный текст программы для
микроконтроллера можно взять по
адресу www.piatan.ru/shein/
Использование схемы при ра-
боте с электрической сетью
220В/50ГЦ
В силу своей универсальности
описанная в данной статье схема
легко переделывается под россий-
ский стандарт на напряжение в элек-
трической сети. Для этого необходи-
мо выполнить два условия. Во-пер-
вых, в схеме должны использоваться
силовые трансформаторы 220:12 В,
а не 120:12 В, как было в оригинале.
И во-вторых, необходимо осущест-
вить переделку программной части
для генерации частоты 50 Гц вместо
60 Гц. Сделать это можно либо изме-
нив соответствующие задержки в
программном обеспечении, либо,
что намного проще, просто исполь-
зовать совместно с микроконтрол-
лером кварцевый резонатор на час-
тоту 3,072 МГц, что даст его замед-
ление на 5/6 по отношению к ориги-
налу.
М. Csele
http://technology.niagarac.on.ca/
people/mcsele/i2k.htm
перевод и обработка Алексея
Сигаева
44
питающие устройства
Экономичный
стабилизатор
При создании устройств с батарейным питанием вопросы энерго-
потребления тех или иных его узлов встают особенно остро. Порой
приходится выбирать включать в устройство относительно многопо-
требляющии узел или нет Включишь - улучшатся определенные ха-
рактеристики, расширятся возможности, но ресурс работы изделия от
одной зарядки аккумулятора до другой может оказаться недопустимо
мал. В итоге приходится от чего-то отказываться
нии. Очевидно, что с достаточно
большой степенью точности выход-
ное напряжение равно напряжению
стабилизации стабилитрона.
Параметры стабилизатора можно
значительно улучшить, если вместо
стабилитрона применить интеграль-
ный стабилизатор параллельного
типа КР142ЕН19 (рис. 2). При этом
появляется возможность установить
любое выходное напряжение в диа-
пазоне выше 2,5 В путем подбора
номиналов резисторов R1 и R2:
UBblx=2,5 (1+R1/R2).
Естественно, отказаться можно
не от каждого узла устройства.
Жертвами довольно часто ока-
зываются стабилизаторы напряже-
ния.. Характеристики большинства
современных аналоговых микро-
схем настолько хороши, что ИС
вполне приемлемо работают при
любом штатном напряжении пита-
ния: и при "свежезаряженных" акку-
муляторах, и при почти разряженных
(различие между ними обычно со-
ставляет процентов 20, однако ино-
гда и этого много).
Стабилизаторы напряжения для
автономных устройств, работающих
от пальчиковых аккумуляторов или
батареек, должны быть как можно
менее потребляющими. Если мы по
тем или иным причинам используем
линейные стабилизаторы последо-
вательного типа, это означает, что
они должны удовлетворять двум ос-
новным требованиям: минимально
недешевы (до 3-4 долларов за мик-
росхему); во-вторых, далеко не все-
гда можно купить их в единичных ко-
личествах, а в-третьих, они часто вы-
пускаются в столь малых корпусах,
что использование их без соответст-
вующего паяльного оборудования и
печатных плат крайне затруднитель-
но. Попытки использовать стабили-
заторы широкого применения
(LM317, LT1084) также приводят не к
самым лучшим результатам: на них
обычно падает напряжение не менее
1,5 и 1 В соответственно, и ток по-
требления стабилизатора с задаю-
щим резистивным делителем напря-
жения не может быть менее 6 мА
Остается один вариант - изгото-
вить стабилизатор на дискретных
элементах. Но схем, обеспечиваю-
щих такую совокупность параметров,
как малое количество элементов,
возможность установки любого на-
пряжения в диапазоне от 1,5...2,5 В
до 10 В, токовую защиту (и, как гово-
рилось ранее, малое собственное по-
требление и минимально допустимое
падение напряжения на стабилизато-
Коэффициент стабилизации полу-
ченного устройства при (JBblx = 3,4 В
оказался равным примерно 100,
температурный коэффициент на-
пряжения - менее 0,2 мВ/°С, мини-
мально допустимое падение напря-
жения (зависит от параметров VT1) -
от 0,4 до 0,6 В, ток потребления
практически полностью определяет-
ся током через DA1 и в зависимости
от входного напряжения составляет
1 ...2 мА. Ток ограничения стабилиза-
тора задается резистором R4:
R4—(UBblx—0,6) haiaVTi/'orp-
Для обеспечения минимального
падения напряжения ток ограниче-
ния в 3...4 раза должен быть выше
максимального тока нагрузки.
Илья Ефремов
shem@compitech.rntu-net.ru
допустимое падение напряжение на
стабилизаторе должно быть как
можно меньше, порядка несколько
десятых Вольта, и собственный ток
потребления должен составлять ес-
ли не сотни микроампер, то уж, во
всяком случае, не более единиц
миллиампер.
Стабилизаторы с подобными ха-
рактеристиками в большом количе-
стве производят фирмы Maxim, Lin-
ear Technology, National Semiconduc-
tor и ряд других. Но во-первых, они
ре), - описано
очень немного. Од-
на из них приведе-
на на рис. 1. Коэф-
фициент стабили-
зации подобного
стабилизатора от-
носительно невы-
сок (30...50), он ха-
рактеризуется до-
вольно значитель-
ным температур-
ным коэффициен-
том напряжения
(обычно от 2 до 6
мВ/°С), определя-
емым, в основном,
параметрами ста-
билитрона VD1.
Выходное на-
пряжение такого
стабилизатора оп-
ределяется соот-
ношением
^вых = Uvdi -
-ибэУГ2 + UVD3«
где UVD1 - на-
пряжение стаби-
лизации стабили-
трона, U63VT2 - па-
дение напряжения
на эмиттерном пе-
реходе VT2, UVD3 -
падение напряже-
ния на диоде VD3 в
прямом включе-
Универсальный программатор ST-011
- программирование более 500 типов BPROM. E2PROMf
FLASH, Seria!E2PROM, MPU/MCU. PAL, ELD производства
Россия, Altera, AMO, Intel. Microchip. National. Philips,
Siemens, SST.SGS-Thomson. 11, Win bond. Zilog и др.
- одна универеальнаяO1E40илиО1Е4221Е панель
- ©предел енменравильностиустанрвкимикросхем
- идентификация производителя и типа микросхемы
- быстродействующая защита от перегрузок
- встроенныйисгочникпитания
- RS-232 со скоростью обмена до 115 кбод
- программное обеспеченнее русскоязычным
интерфейсом и поддержкой «мыши»
- программное обновление версии через Internet
- дополнительно: адаптеры для микросхем а корпу сах
PLCC, БОРидр.
УФ-излучатель IIV-01
- устройство стираний микросхем EPRQM Ч|
таймер до 99 мин, звуковая сигнализация,
до 16 микросхем одновременно.
Более подробную информацию об изделиях и последние
версии ПО можно найти на нашем WWW-сервере:
http: //www.sterh.com
Изготовитель: НПО «БОНД» г. Бердск
а (38341) 5-15-62, E-mail: pprog@bond.nsk.su
.....
яТсчаа Опоры»
СЗнкт* Петербург г «ЭФОя ^(812) 247*89*00
Екатеринбург: «Институт радиотехники* ^Г(3432) 74*58*61
45
питающие устройства
Источник питания
плюс тестер
Многим из читателей хорошо знаком анекдот, в котором вопроша-
ется, что будет, если скрестить ужа и ежа. Ответ гласит, что на выходе
получится некоторое количество колючей проволоки. И хотя"колючка”
- не самая бесполезная на свете вещь, суть анекдота, как вы понима-
ете, состоит в том, что не стоит пытаться делать гибриды из всего то-
го, что попадается под руку.
Однако нет правил без исключений, и иногда оказывается, что по-
лученный гибрид не только жизнеспособен, но и обладает рядом
свойств, отсутствующих у его исходных составляющих. К подобным
исключениям относится описываемое ниже устройство, представля-
ющее собой объединенные в единую конструкцию блок питания и те-
стер. При этом в нем не только сохранены все характеристики и свой-
ства каждого из приборов, но и появились новые особенности, описа-
ние которых вы найдете в настоящей статье.
Наверное, нет такого электрон-
щика, в арсенале которого от-
сутствовал бы регулируемый
блок питания, вырабатывающий на-
пряжение от 0...1 до 15...30 В. Опи-
сания подобных источников можно
найти на страницах каждого второго
радиолюбительского журнала.
Встречаются они и в иной литерату-
ре. от радиолюбительских брошюр
до классического "Искусства схемо-
техники". В этом нет ничего удиви-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
тельного: источники питания явля-
ются самыми массовыми изделиями
радиоэлектроники, ибо без них ни-
какие другие устройства не работа-
ют.
Установка выходного напряжения
в таких блоках осуществляется- вра-
щением ручки переменного резис-
тора. Для контроля напряжения во
многие из них авторы встраивают
самостоятельные вольтметры, вы-
полняемые на базе стрелочных из-
мерительных приборов или микро-
схем типа 572ПВ2(5). Конструкции
попроще обходятся без встроенного
вольтметра, измерение осуществля-
ют при помощи тестера, самого рас-
пространенного из измерительных
приборов.
Сложнее обстоит дело с измере-
нием тока, потребляемого от источ-
ника питания налаживаемым элек-
тронным устройством. Здесь почти
всегда приходится обходиться тес-
тером, осуществляя соответствую-
щую коммутацию питающего и об-
щего проводов. При этом нередко
возникают непредвиденные сложно-
сти (например, тонкие выводы щу-
пов импортных тестеров болтаются
в розетке блока питания), а порой
большое количество пересекающих-
ся на столе проводов приводит к
ошибкам: короткому замыканию вы-
хода, неправильной полярности по-
данного на устройство напряжения и
т.д.
Неоднократно столкнувшись с
описанными выше ошибками и
сложностями, автор попытался изо-
брести конструкцию, свободную от
этих проблем. Собственно, суть ее
очевидна: нужно встроить в блок пи-
тания узел измерения напряжения и
тока и коммутировать его вход таким
образом, чтобы можно было осуще-
ствлять требуемые измерения. Яс-
но, что здесь не обойтись одной
стрелочной измерительной голо-
вкой с единственным масштабирую-
щим резистором: нужно несколько
точно подобранных резисторов,
причем некоторые из них должны
иметь "неудобные" номиналы (еди-
ницы и доли Ома). Также нужен пе-
реключатель, коммутирующий эти
резисторы. Фактически, нужно со-
здать блок питания со встроенным
тестером. И вот здесь возникает
мысль: а стоит ли самому создавать
этот тестер? Не дешевле ли обой-
дется купить на митинском рынке
всего рублей за 150... 160 простей-
ший готовый тестер китайского про-
изводства? А если он уже есть в хо-
зяйстве, то и вовсе не надо ничего
приобретать или изобретать. Нужно
лишь предусмотреть такую схему
его коммутации, которая позволит
не только измерять выходное напря-
жение и ток, но и сохранить все воз-
можности тестера как измеритель-
ного прибора: измерять напряжения
и токи в любых точках устройства,
мерить сопротивления, прозвани-
вать диоды и т.д.
Конечно, при этом тестер стано-
вится несколько менее мобильным:
его габариты и вес определяются те-
перь блоком питания, в который он
встроен. Но это не столь уж большая
проблема: редко кто увлекается со-
46
питающие устройства
зданием источников весом более
десятка килограмм и объемом в сот-
ню кубических дециметров. Плюсы
же подобного "гибрида" не менее
очевидны. Помимо упрощения про-
цедуры контроля выходного напря-
жения и потребляемого тока, снижа-
ется число ошибок в подключении, а
также появляется возможность ра-
ботать с тестером даже тогда, когда
подсела его батарейка (питать его в
этот момент от сети). Если же при
создании блока питания вы восполь-
зуетесь современной элементной
базой, то окажется возможным сде-
лать удобный и практичный прибор с
минимальными затратами времени.
Совершенно очевидно, что со-
здать блок питания, который удовле-
творил бы любого электронщика,
вряд ли возможно: одному нужны
высокие напряжения для работы с
лампами и экзотическими микрофо-
нами, другому - выходные токи до
десятка ампер, третьему - двупо-
лярный выход относительно общего
провода и т.д. Это определяется
спектром задач, которые нам прихо-
дится решать.
Общая схема описываемого в этой
статье блока питания приведена на
рис. 1. Он содержит два блока (А1 и
А2) с гальванически развязанными
независимыми друг от друга выхода-
ми, напряжение на которых меняется
в пределах от 1,2 до 20 В при макси-
мальном выходном токе 5 А. В состав
входит также тестер АЗ, переключа-
тели S2, S5, S6 и кнопки S3, S4, а так-
же трансформатор ТР1 и тумблер
включения S1.
Основа блока - переключатель S6
(5П6Н). Он соединяет входные гнез-
да тестера с выходами блоков А1 и
А2 (в положениях 2 и 4 соответствен-
но), а также со щупами, осуществля-
ющими все измерения, на которые
рассчитан тестер (S6 в положении
3). В положениях 2 и 4, независимо
оттого, с чем соединены щупы, осу-
ществляется измерение выходного
напряжения блоков А1 и А2 соответ-
ственно (при этом тестер должен на-
ходиться в режиме измерения на-
пряжения, шкала 20 В). В положении
3 входы тестера просто соединены
со щупами, как если бы он не входил
в состав описываемого блока. В
этом случае можно измерять любые
напряжения, токи, сопротивления и
т.д. (соответственно, переключая те-
стер в режим измерения этих вели-
чин). Единственное, что нужно по-
мнить,- перед переключением S6 из
положения 3 в положения 2 или 4 не-
обходимо обязательно перевести
тестер в режим измерения напряже-
ния.
Отдельно нужно сказать о способе
измерения потребляемого тока. В
этом случае тестер должен быть
вставлен в разрыв цепи, соединяю-
щей отлаживаемое устройство с плю-
совым или минусовым гнездом источ-
ника. Если такая коммутация осуще-
ствляется переключателем после то-
го как на отлаживаемое устройство
подано напряжение, в момент пере-
ключения устройство кратковремен-
но обесточивается. Кроме того, мно-
гие тестеры (особенно простейшие,
китайского производства) для изме-
рения тока более 100...200 мА требу-
ют перемещения щупа в специально
предназначенное для этого гнездо. И
того, и другого хотелось бы избежать,
поэтому вместо измерения тока на-
прямую в плюсовых цепях обоих бло-
ков, А1 и А2, размещено по прецизи-
онному резистору типа С5-16 с со-
противлением 0,1 Ом и производится
измерение падения напряжения на
этих резисторах, с последующим пе-
ресчетом его в ток по известной фор-
муле l=U/R. Падение напряжение на
этом резисторе, равное 100 мВ, соот-
ветствует току 1 А, 10 мВ -100 мА и т.д.
Другими словами, для измерения по-
требляемого от источника А1 или А2
тока, S6 нужно перевести в положе-
ние 1 или 5 соответственно, при этом
тестер должен находиться в режиме
измерения постоянного напряжения в
диапазоне 200 мВ или 20 мВ, а после
измерения определить ток по приве-
денной выше формуле. Правда, изме-
рять таким способом токи потребле-
ния порядка 1 мА и ниже невозможно,
т.к. разрешающая способность упо-
мянутых тестеров по постоянному на-
пряжению, как правило, не лучше 1
или 0.1 мВ. Поэтому измерение малых
токов осуществляется несколько ина-
че S6 по-прежнему устанавливается
в положение 1 или 5, а тестер - в ре-
жим измерения постоянного тока. В
момент измерения нажимается кноп-
ка S3 или S4, и резистор R3 (или R4),
шунтирующий тестер, отключается.
Очевидно, что если проводить изме-
рения тока без нажатия кнопки соот-
ветствующего канала, результаты из-
мерения будут искажены.
И еще об измерении выходного
тока. Перед возвратом переключа-
теля S6 из положений 1 или 5, соот-
ветственно, в положения 2 или 4 не
забывайте переводить тестер в ре-
жим измерения напряжения. Кстати,
если вместо тестера используется
неплохой цифровой вольтметр по-
стоянного тока, постоянно находя-
щийся в режиме измерения напря-
жения, неприятности, связанные с
забыванием переключать его в нуж-
ный режим, отсутствуют К примеру,
использование вместо тестера
вольтметра типа Щ1513 с автомати-
ческим переключением диапазона и
разрешающей способностью 10 мкВ
позволяет не только не заботиться о
переключении его поддиапазонов,
но и упростить конструкцию, так как
при этом отпадает необходимость в
кнопках S3 и S4.
Очевидно, что использование ре-
зисторов R3 и R4 увеличивает на 0,1
Ом выходное сопротивление источ-
ников А1 и А2. Для предотвращения
этого служат соединенные соответст-
вующим образом секции переключа-
теля S6.5, S6.6 и S6.3, S6.4 соответст-
венно. Первая пара секции закорачи-
вает резистор R3 во всех режимах, за
исключением режима измерения вы-
ходного тока блока А1, а вторая - ре-
зистор R4 во всех, за исключением
измерения выходного тока блока А2.
Отметим, что в подавляющем боль-
шинстве случаев возрастание выход-
ного сопротивления блоков А1 и А2
несущественно, поэтому, если вы не
можете найти переключатель на 6 на-
правлений, а только лишь на 2, можно
обойтись без коммутации, осуществ-
ляемой S6.5, S6.6 и S6.3, S6.4.
Переключатель S5 соединяет от-
рицательный вывод А1 с положи-
тельным выводом А2, преобразуя
блок в двуполярный относительно
общего провода которым являются
соединенные выводы.
Переключатель S2 в нижнем по
схеме положении обеспечивает пи-
тание тестера в тех случаях, когда
собственная батарейка последнего
села, а новой по тем или иным при-
чинам не оказалось под рукой. От-
метим, что при переключении А2 на
питание тестера необходимо уста-
новить на выходе блока максималь-
ное выходное напряжение. Это сде-
лано для того, чтобы можно было за-
питать тестер без предварительного
измерения и установки выходного
напряжения А2, ведь без батарейки
цифровой тестер не работоспосо-
бен.
Схемы блоков А1 и А2 не претен-
дуют на оригинальность (рис. 2), в
них использованы установленные на
радиаторы площадью по 200 кв. см.
монолитные регулируемые стабили-
заторы LT1084 в стандартной схеме
включения.
Александр Фрунзе,
alex.fru@mtu-net.ru
Редакция журнала “Схемотехника”
приглашает авторов к сотрудничеству.
Все публикуемые материалы
оплачиваются.
те. . 095) г37 9279, 768-9456
e-mail: shem@compitech.mtu-net.ru
Издательство ООО “ИД Скимен”
приглашает к сотрудничеству
региональных представителей для
распространения журналов
“Схемотехника” и “Компоненты и
Технологии”
питающие устройства
(Продолжение, начало в № 1/2000)
Трансформаторы и
дроссели для импульсных
источников питания
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Потери в проводе обмотки
Рассмотренный в предыдущем
номере журнала пример пока-
зывает что введение зазора в
сердечник дает возможность значи-
тельно увеличить максимальный ток
через КИ. Чем больше зазор, тем
больший ток сможет выдержать ка-
тушка. Чтобы сохранить при этом не-
изменной индуктивность, обмотка
должна содержать больше витков.
Однако, увеличивая число витков, мы
увеличиваем сопротивление обмот-
ки. Это ведет к дополнительным по-
терям мощности в проводах ("потери
в меди"):
Робм = Вобм ’’2 (Вт), (12)
где Яобм - сопротивление об-
мотки, Ом;
I - ток через обмотку, А.
Для расчета потерь в обмотке
требуется учитывать форму тока че-
рез КИ. Например, через дроссели в
фильтрах питания и во многих пони-
жающих преобразователях течет
практически постоянный ток. Для
них переменная составляющая тока
через КИ относительно мала и со-
ставляет 10-20% от величины посто-
янного тока через обмотку. Для рас-
чета потерь в меди переменной со-
ставляющей тока можно пренебречь
и использовать формулу (12) непо-
средственно, подставляя в нее ус-
редненное значение тока, протекаю-
щего через дроссель.
Форма тока в первичной обмотке
трансформатора двухтактного пре-
образователя имеет форму, близкую
прямоугольной. Если обмотка имеет
две половины, то каждая из них бу-
дет рассеивать 1/2 часть мощности,
найденной по формуле (12).
В ИИП с прерывистым током
дросселя ток будет иметь треуголь-
ную форму с паузами. В таком слу-
чае потери в проводе надо рассчи-
тывать по формуле:
Р<эбм ’ 'ампл2 ’
Робм = 1/3 -----------(Вт), (13)
tO+t1
где 1ампл - амплитудное значе-
ние тока, А;
t1 - время в течении кото-
рого через обмотку протекает ток
треугольной формы, мкс;
10 - время в течении кото-
рого ток через обмотку отсутствует,
мкс.
Используя более толстый обмо-
точный провод можно уменьшить со-
противление обмотки. В таблице 6
приведены параметры обмоточных
проводов. В частности, для толстых
проводов указано их сопротивление
на частоте 40 кГц, являющейся до-
вольно типичной рабочей частотой
ИИП. Увеличение сопротивления с
ростом частоты обусловлено так на-
зываемым скин-эффектом: на высо-
ких частотах протекающий ток вытес-
няется на наружную поверхность
провода. Наиболее заметно скин-эф-
фект проявляется именно для тол-
стых проводов, имеющих высокое от-
ношение площади поперечного сече-
ния к длине наружной поверхности
сечения провода. Для проводов диа-
метром менее 0,5 мм влияние скин-
эффекта на частотах до 100 кГц пре-
небрежимо мало. В качестве практи-
ческой меры борьбы со скин-эффек-
том можно рекомендовать намотку в
несколько проводов, причем диаметр
каждого проводника желательно вы-
бирать не более 1мм Одновременно
это облегчит и процесс намотки, по-
скольку совладать с толстыми прово-
дами не так-то просто. Но не следует
впадать и в другую крайность, наби-
рая очень много тонких проводников
в пучок, так как при этом процесс на-
мотки становится чрезмерно слож-
ным, а выигрыш незначителен. В
ИИП, работающих на частотах ниже
100 кГц, не дает практических пре-
имуществ и использование литценд-
рата, то есть провода заводского из-
готовления, состоящего из пучка тон-
ких изолированных проводников в
общей шелковой оплетке, который
предназначен для радиочастотных
цепей. Опять-таки, форма тока через
обмотку должна приниматься во вни-
мание, и для большинства дросселей
влияние скин-эффекта можно игно-
рировать.
Невозможно увеличивать сечение
обмоточных проводов беспредельно,
иначе обмотку не удастся разместить
на сердечнике. В таком случае необ-
ходимо использовать сердечник
большего размера. Больший сердеч-
ник будет иметь больший размер ок-
на для намотки провода и как прави-
ло, большую величину AL. Значит, на-
до будет намотать меньше витков,
чтобы получить ту же индуктивность.
Меньше витков - меньше поток маг-
нитной индукции в сердечнике, зна-
чит, можно уменьшить и величину за-
зора (в случае, когда зазор необхо-
дим). Это увеличит эквивалентную
магнитную проницаемость сердечни-
ка и даст еще большую величину AL и
т.д. Обратное тоже верно: если сер-
дечник слишком велик, то провода
потребуется немного, но габариты и
стоимость КИ окажутся высокими.
Вообще, степень заполнения сер-
дечника проводом может служить
неплохим косвенным признаком ка-
чества конструирования трансфор-
матора или дросселя. Если сердеч-
ник заполнен проводом менее, чем
наполовину, то, скорее всего, это
свидетельствует о том, что конст-
рукция КИ далека от оптимальной.
Трансформаторы
Эквивалентная схема трансфор-
матора приведена на рисунке 1. Без
учета омического сопротивления об-
моток и потерь в сердечнике транс-
форматор может быть представлен в
виде индуктивности первичной об-
мотки L, индуктивности рассеяния Ls,
емкости первичной обмотки С1 и
приведенной емкости вторичной об-
мотки С2".
Когда трансформатор использует-
ся для прямой передачи энергии из
первичной обмотки во вторичную, то
его стремятся сконструировать таким
образом, чтобы L имела максимально
возможную величину. Вообще говоря,
индуктивность L не играет никакой
"положительной" роли в таких случаях.
Увеличивая индуктивность, тем са-
мым уменьшают собственный ток КИ,
что делает ее "менее заметной" для
схемы. Большая индуктивность имеет
большее реактивное сопротивление и
в меньшей степени шунтирует пере-
Рис 1 Эквивалентная схема трансформатора
даваемые через трансформатор им-
пульсы. Намагничивание сердечника
трансформатора происходит только
тем током, который ответвляется в ин-
дуктивность первичной обмотки. Эле-
ктрическая энергия в трансформато-
ре передается из первичной обмотки
во вторичную непосредственно, как
бы минуя сердечник и не намагничи-
вая его. Соответственно, даже срав-
нительно малые трансформаторы
способны передавать значительную
мощность в нагрузку, если они имеют
большую индуктивность первичной
обмотки и малые потери в проводах.
Чтобы получить наибольшую ин-
дуктивность первичной обмотки, для
трансформаторов используют сер-
дечники без зазора и магнитные ма-
териалы с высокой проницаемостью.
Это обеспечивает максимальные ве-
личины AL сердечника Кроме того,
трансформаторы, как правило, долж-
ны иметь сравнительно большое чис-
ло витков в первичной обмотке. Од-
нако некоторые схемы управления
ИИП работают в режиме "жесткого
старта" в момент включения питания,
при этом длительность импульсов
может быть намного больше, чем в
рабочем режиме. В результате, при
запуске ИИП сердечник без зазора
входит в насыщение, силовые тран-
зисторы могут выйти из строя, а ра-
бота цепей обратной связи ИИП на-
рушается. Простым решением про-
блемы "жесткого старта" может слу-
жить введение небольшого зазора в
сердечник трансформатора. Однако
ни в коем случае не следует рассмат-
ривать такое решение как универ-
сальное, поскольку зазор, помогая
при старте, в нормальном режиме
вызывает дополнительные потери в
меди обмоток и в силовых ключах
ИИП. Хорошо сконструированная
48
питающие устройства
Таблица 6. Характеристики медных обмоточных проводов
Диаметр [мм] Площадь сечения, [мм2] Сопротивление постоянному току, [Ом/м] Сопротивление на частоте 40 кГц, [Ом/м] Предельно допустимый постоянный ток, [А]
0.05 0.00196 96 0.005
0.08 0.00503 3.73 0.0129
0.1 0.00785 2.35 0.0201
0.125 0.01227 1.486 0.0315
0.14 0.01539 1.178 0.0395
0.16 0.02011 0.897 0.0516
0.18 0.02545 0.706 0.0653
0.2 0.03142 0.57 0.0806
0.224 0.03941 0.452 0.1011
0.25 0.00491 0.365 0.1259
0.28 0.06158 0.29 0.1579
0.315 0.07793 0.229 0.1999
0.355 0.09898 0.179 0.2539
0.4 0.1257 0.142 0.3223
0.45 0.159 0.1117 0.4079
0.5 0.1964 0.0903 0.5036
0.56 0.2463 0.0721 0.6318
0.63 0.3117 0.0568 0.7996
0.71 0.3959 0.0448 1.016
0.75 0.4418 0.0402 1.133
0.8 0.5027 0.0353 1.289
0.85 0.5675 0.0313 0.0339 1.456
0.9 0.6362 0.0279 0.032 1.632
1 0.7854 0.0226 0.0254 2.015
1.12 0.9852 0.018 0.021 2.527
1.25 1.227 0.0145 0.0176 3.148
1.4 1.539 0.0115 0.0151 3.949
1.5 1.767 0 01003 0.0141 4.533
Примечание: предельно допустимый постоянный ток расчитан для плотности тока 2,565 [А/мм2]
схема управления обеспечит "мягкий
старт" и позволит ИИП надежно рабо-
тать без зазоров в сердечнике.
Исходные стадии расчета транс-
форматоров подробно освещены в
литературных источниках. Получен-
ное в результате таких расчетов зна-
чение минимальной необходимой
индуктивности первичной обмотки
следует использовать при создании
трансформатора на основе изло-
женной выше для КИ методики, то
есть выбрать из таблицы сердечник,
рассчитать требуемое количество
витков по формуле (7) и выбрать на-
моточные провода для первичной и
вторичной обмоток.
После этого следует проверить,
не входит ли сердечник в насыще-
ние. Зная величину индуктивности,
максимальную длительность им-
пульса и максимальное рабочее на-
пряжение первичной обмотки, мож-
но вычислить максимальный ток че-
рез индуктивность первичной об-
мотки ИИП (ток магнетизации):
U’t
'макс =--—(А)- <14)
где U - напряжение на пер-
вичной обмотке, В;
t - длительность им-
пульса, мкс;
L - индуктивность пер-
вичной обмотки, мкГн.
Подставляя полученное значение
в выражение (8), находим величину
плотности потока магнитной индук-
ции в сердечнике. Как отмечалось
выше, для ферритов она не должна
превышать ЗООмТ.
Выражение (14) можно преобра-
зовать таким образом, чтобы опре-
делить требуемую величину индук-
тивности первичной обмотки при за-
данном токе магнетизации:
U’t
L =--------(мкГн), (15)
I
где U - напряжение на КИ, В;
t - длительность импульса, мкс;
I - ток через КИ, А.
Потери в сердечнике
Однако недостаточно всего лишь
избежать насыщения сердечника.
Это необходимое условие нормаль-
ной работоспособности КИ, но кро-
ме этого следует обеспечить прием-
лемый уровень потерь в материале
сердечника ("потери в железе").
Никакой магнитный материал не
является идеальным. Некоторые фер-
риты имеют относительно низкое
удельное сопротивление, что вызыва-
ет потери за счет вихревых токов в
сердечнике. Кроме того, при перемаг-
ничивании магнитный материал не
возвращается точно в исходное со-
стояние, кривая намагниченности
всегда имеет петлю гистерезиса. По-
этому в каждом цикле работы сердеч-
ник отбирает часть энергии ИИП и
превращает ее в тепло. Чем меньше
ширина петли гистерезиса, тем мень-
ше потери в магнитном материале.
Одновременно,
чем меньше ча-
стота работы
ИИП, тем мень-
ше циклов пе-
ремагничива-
ния и меньше
потерь. Кроме
того, чем мень-
ше объем сер-
дечника тем,
меньше сумма
потерь в нем
при той же амп-
литуде измене-
ния магнитного
поля.
Ширина пет-
ли гистерезиса
зависит от мар-
ки материала, а
также от ампли-
туды изменения
потока магнит-
ной индукции в
сердечнике.
Для дросселей,
работающих
при больших, но
преимущест-
венно постоян-
ных токах об-
мотки, потеря-
ми в сердечни-
ке часто можно
пренебречь.
Магнитное поле
сердечника у
таких дроссе-
лей почти по-
стоянное, а пе-
ремагничива-
ние происходит
по так называе-
мой частной
петле гистере-
зиса, имеющей
малую площадь
и, соответственно, малые потери.
Однако это верно не всегда и, на-
пример, некоторые простейшие схе-
мы понижающих преобразователей
перемагничивают сердечник своего
дросселя по большому циклу, от ну-
ля до амплитудного значения. Для
трансформаторов поток магнитной
индукции меняется или от нуля до
амплитудного значения (однотакт-
ные преобразователи), или от отри-
цательного до положительного амп-
литудного значения (двухтактные
преобразователи). В таких случаях
потери в феррите могут быть очень
велики. Мне встречались неудачные
конструкции трансформаторов, в ко-
торых при длительной работе плас-
тиковый каркас обмотки расплав-
лялся из-за нагрева феррита.
Алексей Кузнецов
akouz@senet.com.au
Продолжение следует
49
питающие устройства
(Окончание, начало в №1/2000)
Зарядное устройство с
голосовой индикацией
Рассмотрим теперь более де-
тально программную часть уст-
ройства.
Программа МК должна выполнять
три основные функции:
- начальная инициализация со-
держимого flash-памяти путем его
загрузки через последовательный
порт с персонального компьютера;
• проигрывание звуковой инфор-
мации;
• управление процессом зарядки
аккумуляторов.
Для загрузки содержимого flash-
памяти с компьютера устройство не-
обходимо подключить к последова-
тельному порту. Для этого необходи-
мо воспользоваться конвертером
RS-232<->TTL, собранным по любой
из возможных схем. Демонстраци-
онную версию программного обес-
печения, включая исходные тексты
демонстрационной программы для
микроконтроллера, можно скачать
по адресу www/pl atan.ru/shem/.
Перед записью в МК программы
необходимо сначала подготовить
звуковые файлы с сообщениями.
Сделать это можно в любом редак-
торе звуковых файлов (например, в
SoundForge). Файлы должны иметь
следующий формат: 8Bit, 8kHz,
Mono. В оригинальной разработке
использовались файлы со следую-
щими сообщениями:
• "Устройство готово к работе" -
Ready. Wav;
[ ||| 1 Н М ДТ* ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ
ISHJ ПЛАТАН ВАШЕГО УСПЕХА
www.platan.ru
• ВИРТУАЛЬНЫЙ МАГАЗИН
РЕАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ
Наш сайт предоставляет широкие возможности
оформления заявок на поставку электронных ком-
понентов:
, Вы можете разместить заявку на требуемые
компоненты и отслеживать ее прохождение
на всех этапах. Очень удобный интерфейс и
абсолютная безопасность!
Воспользуйтесь нашей удобной системой
s' приема заявок на компоненты, которые нахо-
дятся на складе или на которые можно разме-
стить заказ.
Схемотехника №2 ноябрь 2000
у С нашего сайта Вы можете скачать нашу базу
z в формате EXCEL, проставить нужное Вам
количество компонентов и отправить этот
файл по нашему адресу.
ВСЕ ЗАЯВКИ, ПОЛУЧЕННЫЕ В ЭЛЕКТРОННОМ ВИДЕ,
ОБРАБАТЫВАЮТСЯ В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ
• НОВОСТИ, ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ,
СТАТЬИ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Новые поступления на склад ПЛАТАН, новости от
мировых производителей. Подробная техническая
документация на поставляемые компоненты, ста-
тьи и книги по электронной тематике Бесплатное
программное обеспечение.
121351, Мос«ял, ул. Ик.,на Франко, д. 40, к. 1, стр.2 Почта: 121351, Москва, а/я 100
тел./ф.кс: (095) 417-52-45,417-08-11,417-86-45 E>mall: Ь 9platan.ru
"Вставьте аккумулятор" -
insert.Wav;
- "Аккумулятор полностью разря-
жен" - Discharged.wav;
"Аккумулятор заряжен на
10%”..."Аккумулятор заряжен на
90%" - всего 9 сообщений, 10%.Wav
... 90%.Wav;
- "Аккумулятор полностью заря-
жен" - Charged Wav;
- "Зарядка аккумулятора заверше-
на" - Complete.Wav.
В принципе, вы можете использо-
вать и другой набор сообщений, од-
нако это потребует модификации
программы микроконтроллера. Если
же информационное содержание
сообщений вас устраивает, но есть
желание заменить голос, то доста-
точно просто перезаписать соответ-
ствующие wav-файлы.
После того, как все необходимые
звуковые файлы подготовлены, тре-
буется осуществить их запись во
flash-память. Следует однако учиты-
вать, что общий объем звуковой ин-
формации не может превышать 512
КЬ (что равно примерно 70 секундам
звучания). Время звучания можно
значительно увеличить, если приме-
нить какой-либо из алгоритмов сжа-
тия звука, однако, как правило, 70
секунд более чем достаточно. Все
звуковые сообщения в памяти хра-
нятся выровненными на размер
страницы, что значительно упроща-
ет работу с ни-
ми.
Запись звука
во flash-память
производится в
следующем по-
рядке:
- с помощью
программы Gen-
Table произво-
дится составле-
ние таблицы раз-
мещения звуко-
вой информации;
полученная в ре-
зультате ее рабо-
ты строка запи-
сывается в про-
грамму для мик-
роконтроллера
на место пере-
менной Mes-
sagesTable;
- компилиру-
ется полученная
программа для
микроконтрол-
лера;
- программи-
руется микрокон-
троллер; для это-
го можно вос-
пользоваться лю-
бым из распрост-
раненных уни-
версальных или
SPI-программа-
торов, например,
EPCOS
Honeywell
mtersil
cavnoM
Kingbright
jniDICOn
программой AVReal;
устройство подключается к ком-
пьютеру и с помощью программы
UpLoad производится загрузка ин-
формации во flash-память (при этом
порядок указания сообщений в про-
грамме UpLoad должен совпадать с
порядком, указанным в программе
GenTable).
После проведения всех этих опе-
раций устройство готово к работе.
Проигрывание звука осуществляет-
ся процедурой PlayMessage, на вхо-
де которой достаточно просто ука-
зать номер сообщения (сообщения
нумеруются в том порядке, в кото-
ром они указывались при работе
программ GenTable и UpLoad, но-
мер первого сообщения - 0). Кроме
того, с использованием процедуры
PlaySound можно запустить на про-
игрывание просто некоторое коли-
чество страниц flash-памяти начи-
ная с указанной. Проигрывание зву-
ка осуществляется по прерываниям
от таймера TimerO МК.
Подключение устройства к ком-
пьютеру позволяет также вести мо-
ниторинг процесса зарядки аккуму-
ляторов, а также считывать содер-
жимое EEPROM (эта возможность
предусмотрена для накопления ста-
тистики по заряжаемым аккумулято-
рам. однако в демонстрационной
версии программы не реализована).
После включения устройство ожи-
дает. пока не будет вставлен аккуму-
лятор. Наличие аккумулятора опреде-
ляется по току, протекающему через
резистор R18. После того, как аккуму-
лятор будет установлен, начинается
его заоядка током, указанным в пере-
менной ChargeCurrent (в полной вер-
сии программы параметры зарядного
процесса настраиваются и контрол-
лируются при помощи персонального
компьютера). При этом в переменной
TotalCells указывается количество ак-
кумуляторов в заряжаемой батарее
Критерием окончания зарядки служит
отрицательное падение напряжения
на аккумуляторах, либо превышение
максимального времени заряда. В
процессе зарядки, параметры заряд
ного процесса контролируются путем
измерения с использованием встро-
енного в микроконтроллер АЦП на-
пряжений на резисторе R18, диоде D1
и напряжения источника питания. Та-
кой механизм позволяет использо-
вать зарядное устройство с любым
источником питания. Необходимым
условием является лишь то, что его
напряжение должно превышать на-
пряжение заряжаемой батареи при-
мерно на 3-5 В (для обеспечения не-
обходимого зарядного тока).
В любой момент времени при на-
жатии кнопки РВ1 устройство проиг-
рывает звуковое сообщение, соответ-
ствующее его текущему состоянию,
либо степени заряженности аккуму-
ляторной батареи. Следует отметить,
что уровень заряженности контроли-
руется весьма приблизительно по на-
пряжению на ней поскольку не суще-
ствует точного критерия его оценки.
Алексей Сигаев
phantom@tversu.ru
50
цифровая техника
Atmel:
AVR-микроконтроллеры
в 2001 году
Микроконтроллеры семейства AT9OS [AVR-микроконтроллеры] за
сравнительно короткое время завоевали заслуженную популярность
во всем мире. Совокупность их характеристик - современная RISC ар-
хитектура, многократно перепрограммируемые Flash-память про-
грамм и EEPR0M данных, возможность программирования в системе
и наличие битов защиты от несанкционированного копирования - де-
лает AVR-микроконтроллеры исключительно удобной элементной ба-
зой для построения разнообразных приборов, от простейших домаш-
них игрушек до серьезных систем промышленной автоматики и уст-
ройств автомобильной электроники. В предлагаемой статье приво-
дится обзор AVR-микроконтроллеров, выпускаемых в настоящее
время,а также объявленных к выпуску в 2001 году.
Микросхемы Tiny оптимальны
для использования в недо-
рогих приборах типа интел-
лектуальных датчиков. Они харак-
теризуются малой потребляемой
мощностью. Нижняя граница на-
пряжений питания составляет 1,8 В
для микросхем с индексом ”V”,
2,7В для микросхем с индексом ”L”
и 4,0 В для микросхем без индекса.
Верхняя граница напряжения пита-
ния для всех микросхем составляет
5,5 В. При напряжении питания 3 В
и частоте генератора 4 МГц ток по-
требления в активном режиме со-
ставляет 2,2 мА, в режиме Idle - 0,5
мА, в режиме Power Down - менее 1
мкА. Выход из "спящего" состояния
происходит по изменению сигнала
на любом выводе микроконтролле-
Таблица 1. Tiny AVR
Микросхема Память SRAM, байт ЕЕРВОМ,байт Таймеры Напряжение АЦП Рабочая Корпус,
программ питания частота выводов
AtTinylO 1KB Нет Нет 1 4.0-5.5В нет 0-6MHZ 8
AtTinyl 1 1KB Нет Нет 1 4.0-5,5В нет 0-6MHZ 8
AtTinyl IL 1KB Нет Нет 1 2.7-5,5В нет 0-2MHZ 8
AtTinyl 2 1KB Нет 64 2 4.0-5 5В нет 0-8MHz 8
AtTinyl 2L 1KB Нет 64 2 2.7-5.5В нет 0-4MHZ 8
AtTinyl 2V 1KB Нет 64 2 1.8-5.5В нет 0-1 MHz 8
AtTinyl 5 1KB Нет 64 2 4.0-5 -5В 4 канала 1.6MHz 8
AtTiny22L 2KB 128 128 1 2.7-5.5В нет 1MHz 8
AtTiny28L 2 KB Нет Нет 1 2.7-5.5В нет 0-4MHZ 28
ра. Микросхемы AtTinylO пред-
ставляют собой вариант AtTinyl 1 с
однократным программированием.
Эти микросхемы поставляются в
партиях от 10 тысяч штук. AtTiny28
оптимизирована для работы в
пультах дистанционного управле-
ния.
Расширенным набором функций в
семействе AtTiny обладает микро-
схема AtTinyl 2. В этой микросхеме
шесть выводов имеют функции вво-
да/вывода сигналов. В качестве за-
дающего генератора можно исполь-
зовать дополнительный RC-генера-
тор, размещенный на кристалле.
Особенность этого генератора - воз-
можность подстройки частоты путем
записи байта в специальный регистр
OscCal. Запись значения 00 соответ-
ствует минимальной частоте генера-
тора, запись значения от 01 до FF
приводит к пропорциональному уве-
личению значения частоты RC-гене-
ратора.
Микроконтроллер AtTiny12 осна-
щен схемой слежения за уровнем
питающего напряжения (BOD,
Brown-Out Detector). Если работа
этой схемы разрешена (установлен
бит BODEn), то при снижении уровня
напряжения ниже порога на время,
превышающее 7 наносекунд, схема
вырабатывает сигнал сброса. Порог
срабатывания может быть выбран из
двух значений: 1,8 В или 2,7 В. Рабо-
ту схемы слежения обеспечивает
встроенный источник опорного на-
пряжения 1,22 В, который может
быть использован для формирова-
ния порогового напряжения встро-
енного аналогового компаратора
Самым многофункциональным
представителем семейства AtTiny яв-
ляется микроконтроллер AtTinyl 5. В
дополнение к вышеперечисленным
возможностям, AtTinyl 5 имеет также
быстрый ШИМ-модулятор и 4-каналь-
ный 10-битный АЦП. Скорость ШИМ-
модулятора повышена за счет исполь-
зования более высокой задающей ча-
стоты, которая формируется из базо-
вой (1,6 МГц) путем умножения на 16.
Максимальная частота ШИМ-модуля -
тора составляет 100 кГц.
Несколько слов об АЦП Он рабо-
тает как с одиночными, так и с диф-
ференциальными входными сигна-
лами. Для дифференциального вхо-
да предусмотрен входной усилитель
с коэффициентом усиления 20. АЦП
может работать в одном из двух ре-
жимов: одиночный запуск или не-
прерывная работа. Скорость работы
АЦП зависит от задающей частоты,
которая формируется из системной
путем деления в 2... 128 раз. Реко-
мендованная максимальная входная
частота АЦП - 200 кГц, хотя можно
использовать и более высокие час-
тоты. При этом реальная точность
АЦП уменьшается до 8-9 бит. На час-
тоте 200 кГц время преобразования
составляет 65 микросекунд. Для
снижения уровня помех от ядра мик-
роконтроллера рекомендуется на
время работы АЦП перевести мик-
роконтроллер в спящий режим.
В таблице 1 представлены крат-
кие технические характеристики ми-
кроконтроллеров семейства Tiny
AVR.
Микроконтроллеры семейства
Classic не требуют подробного рас-
сказа: о них уже достаточно написа-
но. Следует отметить только измене-
ния в номенклатуре. После перехода
на технологические нормы 0,35мкм
некоторые микросхемы более не бу-
дут выпускаться. Это позиции, у ко-
торых есть аналоги с большим объе-
мом памяти. Таким образом, вместо
микросхем AT90S2333, AT90S4414 и
AT90S4434 следует использовать со-
ответственно AT90S4333, AT90S8515
и AT90S8535 в идентичных корпусах.
В таблице 2 представлены крат-
кие технические характеристики ми-
кроконтроллеров семейства Classic
AVR.
Семейство Mega на сегодняшний
день представлено единственным
микроконтроллером - AtMega103
(вариант с низковольтным питанием
называется AtMega103L). Несмотря
на небогатый выбор, микросхема
оказалась настолько удачной, что по-
требность в ней превысила все про-
гнозы. Объем выпуска AtMega103 в
2000 году практически удвоился, од-
нако огромный спрос на них во всем
мире повлек за собой увеличение
сроков поставок и повышение отпу-
скных цен в полтора раза. В 2001 го-
ду именно в семействе AtMega ожи-
дается значительное пополнение.
Прежде всего - AtMega161. Этот
микроконтроллер совместим по
расположению выводов с микросхе-
мой AT90S8515 и включает в себя
несколько новых блоков: аппарат-
ный умножитель, второй последова-
тельный порт, блок автопрограмми-
рования.
Команда умножения двух 8-раз-
рядных операндов (как знаковых, так
и беззнаковых) выполняется за два
такта, умножение двух 16-разрядных
операндов занимает 17 тактов для
беззнаковых чисел и 19 - для знако-
вых. Умножение с накоплением так-
же выполняется за 19 тактов.
Микроконтроллер AtMega161 со-
держит два последовательных пор-
та, имеющих идентичные характери-
стики. Порты аппаратно поддержи-
вают режим работы в многопроцес-
сорных конфигурациях и могут пере-
давать данные на скорости до
912600 бод при частоте кварца
7,3728 МГц.
51
цифровая техника
Режим автопрограммирования
удобен для замены программы в
удаленном микроконтроллере. Для
реализации автопрограммирования
Таблица 2 Classic AVR
Микросхема Память SRAM, байт ЕЕРЯОМ.байт Таймеры П оследо вательны й АЦП Рабочая Корпус,
программ порт частота выводов
AT90S1200* 1КВ Нет 64 1 нет нет 0-12MHz 20
AT90S2313 2КВ 128 128 2 есть нет 0-IOMHz 20
AT90S2323 2КВ 128 128 2 нет нет O-IOMHz 8
AT90LS2323 2КВ 128 128 2 нет нет 0-4MHZ 8
AT90S2343* 2КВ 128 128 2 нет нет 0-10MHz 8
AT90LS2343' 2КВ 128 128 2 нет нет 0-4MHZ 8
AT90S4433 4КВ 128 256 2 есть 6 каналов 0-8MHZ 28 32
AT90LS4433 4КВ 128 256 2 есть 6 каналов 0-4MHZ 28,32
AT90S8515 8КВ 512 512 2 есть нет 0-8MHz 40,44
AT90S8535 8КВ 512 512 2 есть 8 каналов 0-8MHZ 40 44
AT90LS8535 8КВ 512 512 2 есть 8 каналов 0-4MHZ 40,44
* Микросхемы AT90S1200 и AT90S2343 имеют встроенный RC-генератор на 1МГц
в памяти программ выделяется об-
ласть для программы-загрузчика
(Boot-Block) размером от 256 байт
до 2 килобайт (устанавливается про-
граммно). Время записи сектора па-
мяти программ (128 байт) составля-
ет 10 мс.
Отдельно следует рассказать о ми-
кросхеме AtMega163. Полные техни-
ческие характеристики этого микро-
контроллера в настоящее время не
публикуются, поэтому он не внесен в
таблицу. Эта микросхема также будет
выпускаться в 40- и 44-выводных кор-
пусах, однако без второго UART. Вме-
сто этого у AtMega163 есть АЦП с
расширенными функциями: два диф-
ференциальных канала и входной
предусилитель с коэффициентом
усиления 1, 10 и 200. AtMega163 был
запланирован к серийному выпуску
на вторую половину 2000г., однако
впоследствии перенесен на весну
2001г. Вариант AtMega163 с 8 кило-
байтами памяти программ будет на-
зываться AtMega83
Вернемся к микросхеме AtMega103
Она всем удобна, однако, для макети-
рования приходится искать плату, на
которую можно распаять корпус TQFP-
64, единственный корпус для AtMega
на сегодня. Часто удобным выходом
является приобретение набора STK300
фирмы Atmel. Это макетная плата, на
Таблица 3. Mega AVR
Микросхема Память SRAM EEPROM Таймеры П о следо вательны e АЦП Рабочая Корпус,
программ порты частота выводов
AtMega103 128KB 4KB 4KB 3 есть 8 каналев 0-бМНг 64
AtMega 103L 128KB 4KB 4KB 3 есть 8 каналов 0-4MHZ 64
AtMega603 64KB 4KB 2KB 3 есть 8 каналов 0-6MHZ 64
AtMega603L 64KB 4KB 2KB 3 есть 8 каналов 0-4MHZ 64
AtMega 161 16KB 1KB 512 3 есть нет 0-6MHZ 40,44
AtMega 161L 16KB 1KB 512 3 есть нет 0 4MHz 40,44
которой установлена микросхема
AtMega103 или AtMega103L, панельки
для внешнего ОЗУ 32 килобайта и для
регистра-защелки адреса типа
74С373, разъем для внешнего ЖКИ и
микросхема ADM202 для стыковки с
портом RS-232. В комплект также вхо-
дит программирующий кабель, под-
ключаемый к параллельному порту
компьютера. Использование такой
платы существенно ускоряет этап раз-
работки, однако опыт работы выявил
некоторые неудобства STK300.
В итоге в фирме ’’АргусСофт
Компани” было создано аналогич-
ное устройство с расширенными
функциями - плата AS-Mega, прин-
ципиальная схема которой приве-
дена на рисунках 1 и 2. Отличия от
STK300 состоят в следующем. Пла-
та AS-Mega предназначена для ис-
пользования не только в качестве
учебной, для изучения работы мик-
роконтроллера AtMega 103, но и для
использования в составе конечного
устройства с повышенными требо-
ваниями к надежности. Поэтому из
платы исключены все панельки, а
микросхема внешнего ОЗУ 62256 и
регистр-защелка адреса 74С373
(рис.2) распаяны непосредственно
на плату. Во многих случаях в конеч-
ном устройстве используется ЦАП,
и в STK300 приходится добавлять
внешнюю плату, подключаемую к
разъему STK300. На плате AS-Mega
распаяна микросхема 8-разрядного
последовательного ЦАП с выходом
Схемотехника №2 ноябрь 2000
52
цифровая техника
по напряжению AD5300 в корпусе
microSOIC8. Вместо AD5300 можно
запаять 10- или 12-разрядный ЦАП
серии AD53XX в таком же корпусе. К
выходу ЦАП подключен один канал
операционного усилителя AD8532 с
повышенной нагрузочной способ-
ностью. Второй канал этого ОУ под-
ключен к одному из входов внутрен-
него АЦП AtMega103 в качестве
входного усилителя с коэффициен-
том усиления 15.
Практика показала, что на плате
удобно иметь накопитель данных до-
статочно большой емкости. В качест-
ве такого ПЗУ на плате AS-Mega мож-
но использовать микросхему после-
довательной Flash-памяти серии
AT45D021 ..161 емкостью, соответст-
венно, от 2 до 16 Мбит в корпусе
SOIC28. Таким образом, плата AS-
Mega представляет собой закончен-
ное решение, имеющее блок ввода
аналоговой информации, блок обра-
ботки оцифрованных данных, блок
хранения данных и блок вывода ана-
логовой информации. К плате также
может быть подключен стандартный
алфавитно-цифровой ЖКИ с 8-раз-
рядным интерфейсом. Для проверки
функционирования узлов платы AS-
Mega в нее ’’зашивается" демонстра-
ционная программа, показывающая
работу АЦП, ЦАП и последовательно-
го порта AtMega103. Исходный текст
этой программы приведен в конце
статьи, а кроме того ее можно загру-
зить по адресу: www.platan.ru/shem/.
Работой платы управляет программа
AS-Mega, функционирующая в среде
Windows.
Микроконтроллер AtMega103
программируется в схеме по интер-
фейсу SP1 через стандартный 10-
контактный разъем, идентичный
разъему платы STK300. Для про-
граммирования платы AS-Mega
можно использовать загрузочный
кабель, входящим в состав STK300,
однако, параллельный порт в ком-
пьютере обычно занят принтером
или ключом защиты какого-либо
программного пакета. Кроме того,
программное обеспечение этого
загрузочного кабеля неустойчиво
работает под WindowsNT/2000, что
вынуждает пользователя устанав-
ливать на компьютер Windows98.
Альтернативой является использо-
вание внутрисхемного программа-
тора AS1, разработанного специа-
листами "АргусСофт Компани".
Этот программатор подключается к
компьютеру через последователь-
ный порт, который обычно свобо-
ден. При этом скорость работы это-
го программатора в несколько раз
выше. Например, чтение содержи-
мого памяти программ микроконт-
роллера AtMega103 через кабель из
состава STK300 занимает почти две
минуты (точнее - 105 секунд), а при
использовании AS1 чтение проис-
ходит менее, чем за 17 секунд. Та-
ким образом, при многократном пе-
репрограммировании AtMega103 в
течение рабочего дня достигается
ощутимая экономия времени. Про-
граммное обеспечение программа-
тора AS1 - про-
грамма ASISP
имеет более удоб-
ный пользователь-
ский интерфейс и
фун кцио н и рует
под всеми версия-
ми Windows. Так
как программа
разработана в "Ар-
гусСофт Компани",
всегда можно проконсультировать-
ся по вопросу ее использования с
разработчиками. Программа ASISP
постоянно совершенствуется и до-
полняется новыми функциями.
Таким образом, применение AVR-
микроконтроллеров фирмы ATMEL
позволяет достигать конечного ре-
зультата в минимальные сроки и,
учитывая возможность быстрого пе-
репрограммирования непосредст-
венно в конечном изделии, прово-
дить модернизацию серийно выпус-
каемых приборов без каких-либо
монтажных работ.
Текущую версию программы
можно переписать с сайта
http://atmel.argussoft.ru. Получить
консультацию по применению пла-
ты AS-Mega и программатора AS1
можно у специалистов фирмы "Ар-
гусСофт Компани" по тел. (095)
217-2487, (095) 217-2519.
Николай Королев
korolev@argussoft. ru
Дмитрий Королев
atmel@argussoft.ru
Издательство ООО “ИД Скимен”
приглашает к сотрудничеству
региональных представителей для
распространения журналов
“Схемотехника” и “Компоненты и
Технологии”
53
цифровая техника
Процедура настройки порта.
(Продолжение, начало № 1/2000)
Как связать
микроконтроллер и
компьютер по каналу
RS-232
Состояние Received
Тут компьютер проверяет полу-
ченные символы на принадлежность
диапазону "0”..."9", "А"...'Т". Если
хотя бы один из них не попадает в
указанный диапазон, то ПК в праве
потребовать от микро-ЭВМ повтора
посылки, что он и делает, отвечая
символом NAK. Затем он возвраща-
ется в состояние Ready (стрелка 6).
Если же символы удовлетворяют
наложенному ограничению на диа-
пазон их значений, то компьютер
подтверждает удачный приём значе-
ния,посылая в линию символ XOFF, и
переходит на заключительную ста-
дию приёма значения. Это состоя-
ние Done, и переход в него обозна-
чен стрелкой 7. В этом состоянии
можно сохранить или отобразить по-
лученное от устройства значение.
Основные подпрограммы
для ПК
В этой части нашей статьи вы не
найдёте ничего принципиально но-
вого - здесь будут приведены и опи-
саны подпрограммы для обмена ин-
формацией по последовательному
каналу с точки зрения персонально-
го компьютера.
Настройка последовательного
порта
Прежде чем настроить последо-
вательный порт на обмен с заданной
скоростью и определить формат ин-
формационных пакетов, нужно опре-
делить, имеются ли на компьютере
последовательные порты и если
имеются, то определить и их адреса.
Лучше всего сделать определение
наличия COM-портов и их адресов
универсальным, чтобы иметь воз-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
можность переносить программу с
одного компьютера на другой, ниче-
го в ней не меняя.
Информацию о последователь-
ных портах, установленных на ком-
пьютере, можно почерпнуть из обла-
сти данных BlOS’a. Напомним, что
этой области отводится сегмент 40h
памяти ПК.
То, что нас интересует, располо-
жено в первых 4-х словах вышеука-
занной области. В этих четырёх сло-
вах памяти содержатся базовые ад-
реса COM-портов для СОМ1, COM2,
COM3 и COM4. Причём если какой-
то из этих портов отсутствует в ком-
пьютере, то в соответствующем сло-
ве содержится 0.
Приведем подпрограмму, демон-
стрирующую определение сущест-
вующих коммуникационных портов и
их базовых адресов:
Procedure Show_COMs;
Var
I : Integer;
E : Boolean;
Ad dr: Word;
Begin
E := False;
: For I := 0 to 3 do Begin
Addr MemW[$40:l*2j;
If Addr <> 0 then Begin
E :» True;
{ Выводит порт и его базовый адрес
1
WriteLn (’СОМ’, 1+1, ’ - \ Addr);
End;
End;
(Выводит сообщение, если не было
обнаружено ни одного СОМ-порта}
If not Е then WriteLn ('No COM-ports
available/);
End;
Примечание: автором был
использован компилятор Bor-
land Pascal 7.0.
Теперь несколько слов о
портах последовательных ка-
налов. Как уже было сказано,
каждый порт компьютера име-
ет свой базовый адрес. Это
означает, что для обмена ин-
формацией одного единствен-
ного однобайтового порта не-
достаточно и вспомогатель-
ные порты располагаются сра-
зу же за портом с базовым ад-
ресом. Т.е. если порт имеет базовый
адрес 3F8h, то первый дополнитель-
ный будет иметь адрес 3F9h
Procedure OpenCom (Base : Word; Bau-
dRate : Word; Config : Byte);
Begin
{ Ожидание завершения обмена
данными }
While Port[Base+5] and $60 <> $60 do;
{Настройка. }
Port[Base+3] := $8б;
Port[Base+l] := Baud Rateshr 8;
Po rt [ Ba se+0] := Ba и d Ra te a n d $ F F;
Port[Base+3] := Config;
Port[Base+4] := 0;
Port[Base+l ] := 0;
End;
Base - базовый адрес СОМ-порта;
BaudRate - константа, задающая
скорость обмена, а в константе Con-
fig содержится информация о коли-
честве бит, из которых непосредст-
венно состоят данные, о количестве
стоповых бит и режиме проверки
чётности.
Необходимые константы:
Const
{ Константы, определяющие скорость об-
мена, см. константу BaudRate }
BJ10 = 1040;
В_150 = 768;
В-300 = 384;
В-600 = 192;
В_1200 = 96;
В_2400 = 48;
В-4800 = 24;
В_9600 = 12;
В_1 9200 = 6,
В-38400 = 3;
В_57600 = 2;
В-115200 = 1;
{ Константы, определяющие форм
единичного информационного пакета }
{ и тип контроля чётности (константа
Config) }
Bit$-5 = 0; {5 бит данных }
В itS-6 = 1; { 6 б ит да н н ых }
Bit$-7 = 2; {7 бит данных)
Bits_8 = 3; { 8 бит данных - целый
байт }
Stops_l = 0; {1 столовый бит }
Stops_2 = 4; { 2 стоповых бита }
Parity_No = 0; { нет контроля
чётности }
Parity-Even = $18; {контрольна
чётность }
Parity-Odd = 8; { контроль на
нечётность }
В нашем случае используется
скорость обмена 9600 бод, целый
байт данных, 1 стоповый бит и отсут-
ствует контроль чётности. Значит
нам необходимо вызывать процеду-
ру следующим образом:
OpenCom ($3F8, В_9600,
В itS-8+Sto р $_ 1 + Pa г i ty_ No) ;
Для порта с базовым адресом
3F8h, например.
54
тема рубрики
Прием и посылка байта
Процедура посылки байта:
Pro ced иге S ёn d Chа г (Base : Wo rd; Va I и e
: Char);
Begin;
{ Ожидание момента конца посылки
предыдущего символа }
While Port[Base+5] and $20 = 0 do;
{ Посылка символа }
Р о rt [ Ba se] := Byte (Va I и e);
End;
Здесь Base - базовый адрес ком-
муникационного порта, a Value -
символ, который требуется послать.
Функция приема байта:
Function ReceiveChar (Base Word; Var
Value : Char;:
Var Status : Word): Boolean;
Begin
Status := Port(Base+5];
{ Если ошибка ввода/вывода (предыду-
щий байт не был вовремя считан, }
{ ошибка чётности или ошибке синхро-
низации }
IF (Status and $ 1Е <> 0) or
{ или есл в буфере ещё нет символа, }
(Status and 1 = 0) then
{ тогда вернуть False. }
ReceiveChar := False
Else Begin
{ Считать байт из буфера ввода. }
Value := Char(PortfBase]);
{ Вернуть True. }
•ReceiveChar :== True
End;
End;
ill и I ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ
UmLI IIJIAI АП ВАШЕГО УСПЕХА
Самовосстанавливающиёся предохранители серий
MF-R, MF-S, MF-SM, MF-MSM iMWW.bourns.com
• Предназначен^ для защиты электронных устройств от перегрузки по току
. или от перегрело;
• Принцип работы основан на свойстве резко увеличивать свое сопротив-
ления под воздви таием проходящего тока, превышающего номинальный
; рабочий ток. или под действием температуры окружающей среды, в не-
сколько раз п евосходящеи номинальную, и автоматически восстанавли-
вать свои первоначальные свойства после устранения этих причин.
Серия Диапазон номиналы?, токов, А Макс. . рабочее СОПр. в открг : сост.; Ом. Область применения
mf-r -^i: , 0.10 9.00 60 0 005-2 50 Общего применения, автомобильная эл ктроникэ
MF-S. MF-LS. MF-LR А* -Че 0.70 4 20 30 0.006-0.08S Защита аккумулято) ных б raj ей от ко|к>ткого замыкания, перегрева Никелевые выводы для точечной сварки н посредственно на ал мент баттреи
MF-SM 0.30-2.60 60 0.025-0.90 Для поверхмиотнии монтажа Компьютеры и Периферия, автомобильная электроника
MF-MSM 0.14-1 50 60 0.03-1.50 Для поверхностного монтажа, типоразмер 1812. Применяются в устройствах с высокой плотностью монтаж-?: жесткие ди- ки, PCMCIA- ка*1ты и др.
• Подстроечные и
переменные резисторы
• Миниатюрные кнопки и
переключатели
Фирмз ПЛАТАН’ являет я фициальным дистрибьютором фи мы " OURN5 САГУЭОЛЛ
и поставляет полный а сортимент ее продукции со склада и на заказ
В ПРОГРАММЕ ПОСТАВОК
Цифровые датчики угла
поворота (энкодеры)
Индуктивные
компоненты
121351, Москва, ул. Ммич Станко, д. 40, к. 1, стр.2 Почта: 121351, Мосж^о, а/я 100
тм./факс: (095) 417-52-45,417-08-11,417-86-45 E-mail: bourn8@platan.ru
www.platan.ru
Смысл параметра Base очевиден,
а прочитанный байт (символ) запи-
сывается в переменную Value.
Функция возвращает True, если
байт был успешно принят, в против-
ном случае возвращает False. Чтобы
определить причину неуспешного
принятия символа, нужно проанали-
зировать содержимое байта статуса
коммуникационного порта, который
записывается в переменную Status.
Если результат логического и (And)
этого байта со значением 1 Eh даст
отличное от нуля число, значит име-
ла место ошибка ввода/вывода. В
противном случае - буфер ввода был
пуст - и ошибок не было.
Примечание. Читатели, знаю-
щие о возможности использования
прерываний, сигнализирующих о
вновь поступившем символе или о
только что отправленном, могут не-
сколько удивиться тому примитив-
ному методу, который был использо-
ван в нашей разработке. Действи-
тельно, почему бы не использовать
столь удобный режим работы микро-
ЭВМ и ПК? Ответ на этот вопрос до-
вольно прост. Во-первых, данная
разработка рассчитана на людей,
которые сталкиваются с освещён-
ной в данной статье темой впервые,
и им нужно показать наиболее про-
стой метод решения задачи. А во-
вторых, как показала практика, ком-
муникационные порты ПК неустой-
чиво работают в режиме генериро-
вания прерывания по поступившему
и посланному символам
Пользовательское
описание программы /утя
International
IOR Rectifier
я систем
питания
'’’Infineon
EPCOS
Honeywell
Эта глава содержит пояснения по
работе с программой, написанной
идля компьютера.
Именно с ней
пользователь бу-
Идет иметь дело
| чаще всего - уп-
равлять из неё
процессами,
происходящими
' в устройстве, со-
бранном на базе
микро-ЭВМ се-
мейства МК-51, и
видеть в ней ре-
зультаты работы
этого устройства.
Главное окно
программы
Строка Status
отображает со-
стояние
граммы
,.Е„ _
Ошибка
информацией
"I” - Initializa-
tion - Инициали-
зация устройства
(в начале работы
и после ошибки)
”S” - Stopped -
; Обмен останов-
лен
Строка Value
отображает при-
нятое значение
| из устройства
Значение ле-
I жит в диапазоне
про-
Error -
обмена
ЭвАГАУШОП
Kingbright
0...4095 (12-разрядный АЦП устрой-
ства)
Строка Evaluated отображает вы-
численное по указанной в опциях
формуле значение функции, аргу-
ментом которой является значение,
принятое из устройства (см. строку
Value)
Кнопка Get 1 запрашивает одно
значение из устройства
Кнопка Get series запрашивает се-
рию значений из устройства
Параметры серии см. в опциях
программы
Кнопка Stop останавливает обмен
информацией (для нажатия этой вир-
туальной кнопки нужно пользоваться
клавишами Esc и S клавиатуры - спе-
цифика программы)
Опции программы
Меню General settings
[ ] Evaluate expression - вычисле-
ние нижеследующего выражения,
где параметром х является принятое
из устройства значение; помимо ар-
гумента х допустимы числа, круглые
скобки, знаки сложения, вычитания,
умножения, деления и возведения в
степень.
[ ] Save values to file - сохранять
значения в текстовый файл SerC-
trl2.Dat
Values limit - ограничение на дли-
ну серии значений, запрашиваемой
из устройства
по - нет ограничений
on count - ограничение по количе-
ству
on time - ограничение по времени
Count limit - предел серии значе-
ний в штуках
Time limit - предел серии по вре-
мени в секундах
Time quantity between two values -
временной промежуток между за-
просами значений в серии (в милли-
секундах)
Меню Port settings
Port - список для выбора последо-
вательного порта для обмена ин-
формацией с устройством
Baud rate - скорость обмена в Бо-
дах, на данный момент устройство
рассчитано на 9600 Бод
Timeout for 1 -st char - максималь-
ное время ожидания из устройства
первого символа, соответствующего
трехсимвольной шестнадцатерич-
ной нотации принимаемого значе-
ния (в миллисекундах)
Timeout for next chars - макси-
мальное время ожидания из устрой-
ства следующих за первым симво-
лов (в миллисекундах)
Меню File программы
View data file - Показать содержи-
мое файла SerCtrl2.Dat, в который
были сохранены значения, считан-
ные из устройства
Clear data file - Очистить файл
SerCtrl2.Dat от значений
Программа прошивки микроконт-
роллера размещена по адресу
www. platan. ru/shem/
Алексей Фрунзе
alexfru@mail.ru
55
светотехника
Диммеры в светотехнике
На рынке электроники приборы называемые электронными балла-
стами, представляют бурно развивающуюся отрасль вследствие рос-
та потребности в них и упрощения технологии. Основная функция эле-
ктронных балластов - регулирование мощности, подаваемой на под-
ключаемую к ним нагрузку. Диммер - это электронный балласт для
ламп накаливания, хотя с помощью него можно также управлять и од-
нофазным двигателем переменного тока или электронагревателем.
Электронные балласты для уп-
равления светом разделяются
на две группы, отличающиеся
по принципу своей работы: димме-
ры ламп накаливания и контроллеры
люминесцентных и галогенных ламп.
Галогенные лампы, по сравнению
с традиционными лампами накали-
вания, характеризуются более высо-
кой световой отдачей на ватт по-
требляемой мощности, превышаю-
щей световую отдачу обычной лам-
пы накаливания в 1,5-2 раза, и при-
мерно в 2 раза более длительным
сроком службы (до 2000 часов вмес-
то 1000 часов для лампы накалива-
ния). Их применение позволяет до-
биться значительной миниатюриза-
ции осветительных приборов. В кон-
це 70-х годов появились люминес-
центные лампы нового поколения,
так называемые компактные люми-
несцентные лампы.
Требования к функциям
диммеров
Диммеры используют в основном
профессиональные дизайнеры по
свету в театрах, концертах, любого
рода шоубизнесе и рекламе. Это и
определяет дополнительные требо-
вания к функциям диммера, а также
применяемую терминологию.
Световой картиной принято на-
зывать какое-либо состояние всех
одновременно используемых ламп.
Каждая лампа может изменять свое
состояние свечения при изменении
подаваемой на неё мощности. Для
управления диммерами используют
Схемотехника №2 ноябрь 2000
56
светотехника
специализированные пульты, со
сложившимися традициями дизай-
на, но еще формирующимися техно-
логиями работы; используют также
и персональный компьютер. Пульты
и диммеры связываются ставшим
стандартом для световых приборов
интерфейсом DMX-512, по электри-
ческим параметрам удовлетворяю-
щим стандарту RS-485. Кроме того,
диммер может иметь и собственное
(внутреннее) управление.
В своей работе дизайнеры по све-
ту манипулируют, как правило, не
только состоянием отдельных ламп,
но и целыми картинами. Если дим-
мер может сохранять в своей памяти
картины, его называют совмещен-
ным диммерным блоком. Комбина-
цию картин называют сценой. Слож-
ную работу представляет собой со-
зависимые нагрузки: от4 до 24. Каж-
дый выход диммера можно назвать
каналом диммера (так все и делают),
но при этом необходимо учитывать,
что термин "канал" в дизайне по све-
ту имеет другое значение. Из кана-
лов состоят картины, и один канал
картины может соответствовать не-
скольким каналам диммера. Под-
ключенные к одной DMX линии дим-
меры должны иметь DMX адреса
своих каналов В принятом стандар-
те DMX-512 используется 512 адре-
сов Протокол DMX линии определя-
ет посылку данных фреймами по од-
ному байту для каждого адреса по-
следовательно, в соответствии с ад-
ресом. На один бит отводится 4мкс и
используются два стоповых бита. Та-
ким образом, при использовании
всех 512 адресов максимальная час-
шению срока их работы. Для этих це-
лей принято ограничивать мощность
минимальным значением ("подкал"),
а также можно использовать ограни-
чение максимального значения. В
общем случае зависимость между
управляющим значением и выход-
ной мощностью может быть любой.
Эту зависимость называют кривой
регулирования. Практически в лю-
бых ситуациях помогает линейная
кривая регулирования с четырьмя
параметрами: нижним диапазоном
управляющих значений (от нуля), ко-
торому должна соответствовать ми-
нимальная выходная мощность
(первая двойка параметров), и верх-
ним диапазоном управляющих зна-
чений (до 255), для которому должна
соответствовать максимальная вы-
ходная мощность (вторая двойка);
здание световых эффектов. Чейзер-
эффект - самый простой эффект -
это перебор картин, в котором мож-
но задать время шага перебора и
время смены картин (время, за кото-
рое одна картина постепенно пере-
текает в следующую).
Диммеры ламп накаливания де-
лают с несколькими выходами на не-
тота посылок фреймов, а значит и
скорость смены управляющих зна-
чений для выходной мощности дим-
мера, не может превышать 50 Гц.
Для мощных ламп очень важно не
допускать резких переключений из
выключенного состояния в состоя-
ние максимальной мощности, так
как это ведет к серьезному умень-
между этими диапазонами зависи-
мость линейна.
Схемотехника диммеров
Контроллер люминесцентных и
галогенных ламп является сложным
и относительно дорогим устройст-
вом. Диммер ламп накаливания зна-
57
светотехника
чительно проще и дешевле, как,
впрочем, и сами лампы.
Вся схемотехника диммера ламп
накаливания сроится на использова-
нии в качестве силового элемента,
через который подается энергия на
нагрузку, симистора или пары тири-
сторов. Симистор выполняет роль
ключа: в течение первой части полу-
периода напряжения в сети он вы-
Таблица 1
кВт на канал Срабатывание защиты L±20%. Симистор 1000шт. 16 шт.
- 1 5А...8А 26 мГн BTA08-600TW $0.70 $2.00
3 15А...20А 9 мГн BTA20-600CW $1.20 $3.40
3 15А...20А 9 мГн BTA20-700BW $1.20 $3.90
3 15А...20А 9мГн MAC320A8FP $0.80 $2.80
4 20А...25А 8мГн ВТА25-700В $4.20 $8.00
4 20А...25А 8мГн ВТА26-600В $4.00 $5.80
4 19А...24А 8 мГн MAC224A8FP $0.98 $2.20
6 30А...40А 5мГн ВТА40-600В $6.10 $9.00
6 30А...40А 5 мГн ВТА41-700В $3.90 $7.20
6 30А...50А 5мГн BTW68-800 $3.00 $6.00
ключей, в течение второй - включен
Соотношением времен включенного
и выключенного состояний регули-
руются мощность в процентах от
максимальной потребляемой на-
грузкой.
Ламповый диммер все же доста-
точно сложен для неподготовленного
специалиста, но применение микро-
контроллера 8535-8JI-05 со специа-
лизированной программой макси-
мально упрощает его схемотехнику и
делает её доступной любому радио-
Схемотехника №2 ноябрь 2000
любителю.
Для функционирования любого
диммера необходимо организовать
ШИМ, синхронизированный с напря-
жением питающей сети, и какое-ни-
будь управление этим ШИМ-ом
Первые диммеры управлялись дели-
телем напряжения 0...10 В от про-
стого внешнего потенциометра. Та-
кие используются и сейчас, посколь-
ку они значительно дешевле димме-
ров, управляемых по DMX интер-
фейсу.
Схема на контроллере 8535-8JI-
05 использует минимально возмож-
ное количество компонентов при
минимальной стоимости и габари-
тах. Практически все функции интег-
рированы в микроконтроллере. При
этом диммер обладает всеми необ-
ходимыми возможностями: сохра-
няет 12 картин, 16 каналов имеет
DMX-512 интерфейс, кривые регу-
лирования и чейзер-эффект с регу-
лируемым временем перебора и
временем смены картин.
Диммер может управляться с
помощью двух кнопок и/или с DMX
интерфейса. Для организации DMX
интерфейса достаточно одной ми-
кросхемы драйвера линии типа
SN75176.
Для управления симисторами
требуются только оптроны обеспе-
чивающие гальваническую развяз-
ку. Если не используется DMX ли-
ния, можно обойтись и без гальва-
нической развязки, но понадобятся
транзисторы (или буферная микро-
схема типа MC74LCX16244) так как
нагрузочная способность выхода
микроконтроллера ограничивается
35 мА на один выход и 85 мА в сумме
по всем 16 выходам, а значит нужно
рассчитывать на максимальный ток
выхода до 5 мА. Однако для симис-
торов BTB08-xxxTW этого достаточ-
но, и они могут управляться напря-
мую микроконтроллером через ре-
зисторы. Для общего случая в схеме
(рис. 1) установлены и транзисторы,
и оптроны.
Для синхронизации с напряжени-
ем сети ШИМ-а микроконтроллера
на него с питающего трансформато-
ра подается напряжение вторичной
обмотки через резисторы. В микро-
контроллере для этого используется
вход аналогового компаратора Но-
миналы резисторов можно выбрать
в диапазоне 2... 1000 кОм. Для кана-
ла, выход которого установлен на
100% мощность, управляющий сиг-
нал микроконтроллера будет иметь
постоянно высокий уровень (т.е.
ШИМ на этом канале выключен).
Для индивидуальных творческих
изысканий исходя из требований
конкретного применения диммера,
остаётся лишь выбор симистора и
дросселя, включаемого последова-
тельно с ним
Дроссель используется из двух
соображений. Первое - ограничение
скорости нарастания тока при вклю-
чении симистора для снижения из-
лучаемых помех оттока, текущего по
проводам от диммера к лампе и про-
водам подключения диммера к сети.
Второе - ограничение скорости на-
растания напряжения на выключен-
ном симисторе в ситуации, когда на-
пряжение в сети резко возрастает в
результате коммутации рядом рабо-
тающих приборов с большой индук
тивностью. Скорость нарастания то-
ка можно рассчитать по формуле
Al=Umax/L-/At, где итах = 320 В. В
принципе, можно ограничится ин-
дуктивностью в 1 мГн, но эта величи-
на должна обеспечиваться во всем
диапазоне рабочего тока, т.е магни-
топровод не должен входить в насы-
щение. На рис. 2 приведена времен-
ная диаграмма тока нагрузки в 11 Ом
(20 A RMS или 4 кВт), с дросселем в
1мГн и без него, при 50% выходной
мощности (симистор включается на
половине полуволны синусоиды на-
пряжения питания).
При выборе симистора нужно учи-
тывать его максимальный рабочий
ток. Ток, который симисторы выдер-
живают в течение 1 полуволны, как
правило, превышает рабочий в де-
сять раз, а в течение секунды -
вдвое; предохранители (автомати-
ческие или плавкие) срабатывают в
течение секунды. Мощность, выде-
ляемая на симисторах, примерно 1 %
от мощности, выделяемой на на-
грузке. Температура симисторов не
должна превышать 60°С.
В таблице 1 указан ток срабатыва-
ния защиты от перегрузки и опти-
мальная для "сглаживания" формы
тока индуктивность
По вопросам приобретения ком-
понентов, печатных плат и за более
подробной информацией можно об-
ращаться в ЗАО "МикроЭм", занима-
ющеюся поставками электронных
компонентов. Так же можно обра-
щаться за любыми техническими
консультациями, как возможно свя-
занными с разработкой, улучшени-
ем или просто сборкой и наладкой
диммера, так и по многим другим
вопросам, при этом предпочтитель-
но использовать электронную почту:
serg30@iname.com, а также тел.:
(095) 535-6398
Евгений Горчагов,
gorchagov_evgeni@mail.ru
Редакция журнала “Схемотехника”
при лашает ai >в руд и1 :тву.
Все публикуемые материалы
оплачиваются.
тел.: ( 95) 737-9279, 768-9456
e-mail: shem@compitech.mtu-net.ru
Издательство ООО “ИД Скимен”
приглашает к сотрудничеству
региональных представителей для
распростр;енияжурналов
“Схемотехника” и “Компоненты и
Технологии”
58
справочный листок
(Продолжение, начало в №1, 2000)
Интегральные
стабилизаторы
напряжения широкого
применения
Исторически регулируемые ста-
билизаторы появились раньше
стабилизаторов на фиксиро-
ванные выходные напряжения: jllA723
(известный у нас как 142ЕН1) был
разработан R Видларом еще в 1967г.
Однако он требовал для работы ис-
пользования относительно большого
количества навесных элементов и не-
редко самовозбуждался. Кроме того,
предельно допустимый выходной ток
и рассеиваемая мощность были явно
недостаточными для большинства
применений, что вынуждало исполь-
зовать эти микросхемы с дополни-
тельными проходными транзистора-
ми. Им на смену пришли 4-выводные
изделия класса J1A78MG (и вместе с
ними |_iA79MG - на отрицательное на-
пряжение). Они были мощнее пред-
шественников, но стабильность вы-
рабатываемого ими выходного на-
пряжения оставляла желать лучшего.
Классическими же в этом ряду оказа-
лись LM117/217/317, быстро превра-
тившиеся в стандарт де-факто и вы-
пущенные (иногда с теми или иными
отличиями от оригинала) практичес-
ки всеми известными производите-
лями. Также чрезвычайно популярны-
ми оказались их "зеркальные собра-
тья" - LM137/237/337. В нашей стра-
не LM317 появился под названием
(КР)142ЕН12, a LM337 - (КР)142ЕН18.
Отдельного упоминания заслужи-
вают стабилизаторы
- LM1083/1084/1085;
- LT 1083/1084/1085;
- SD1083/1084/1085;
- DV1083/1084/1085 и им подоб-
ные, рассчитанные на выходные то-
ки от 3 до 7,5 А и характеризующие-
ся довольно малым значением ми-
нимального падения напряжения на
стабилизаторе (не более 1,3 В; на
практике же им нередко оказывает-
ся достаточно 1-1,1 В)
В приведенной ниже таблице 8
указаны наиболее распространенные
регулируемые стабилизаторы, а на
рисунках 5 -12 - их цоколевки и ос-
новные схемы включения. Наиболее
подробно описаны стабилизаторы,
выпускавшиеся и выпускаемые оте-
чественной промышленностью Бо-
Таблица 8
Тип Макс, входное напряжение, В Выходное напряжение,В Макс, выходной ток, А Макс. рассеиваемая мощность, Вт Тип корпуса, расположение выводов Схема включения, рис.
142ЕН1А...Г 9...20 3...12 0.18 0.95 4112.16-15.01 (5ж) 6
К142ЕН1А...Г 9...20 3...12 0.15 08 402.16-7 (5ж) 6
KPI 42ЕН 1 А...Г 9...20 3-12 0.15 0.8 2102 14-1 (5д) 6
142ЕН2А...Г 20...40 12.„30 0.18 0.95 41 12.16-15.01 (5ж) 6
К142ЕН2А...Г 20...40 12...30 0.15 0.8 402.16-7 (5ж)
КР142ЕН2А...Г 20...40 12.„30 0.15 0.8 2102.14-1 (5д) 6
142ЕНЗ 9...45 3...30 1 6 4116.8-3 (5и) 7
К142ЕНЗА(Б) 9-45 (40) 3...30 1 (0,75) 6 4116.8-3 (5и) 7
КР142ЕНЗ 9...40 3-30 0.7 2.5 1102.9-5 7
142ЕН4 9-45 (40) 3...30 1 (0,75) 6 4116.8-3 (5и) 7
К142ЕН4А(Б) 9...40 3-30 0.7 6 4116.8-3 (5и) 7
142ЕН10 -9...-40 -3...-30 1 5 4118.24-1
КР142ЕН10 -9...-40 -3...-30 0.7 2.5 1 102.9-5
142ЕН12А(Б) 5...40 1,2-36,5 1.5 8 4/3/16 1 1а
КР142ЕН12А(Б) 5...45 1,2-37 1.5 1/10** КТ-28-2 (1 ж) 1 1а
КР142ЕН14 9,5-40 2...37 0.15 0.8 2102.14-1
КР142ЕН18А(Б) -5...-30 -1,2...-26,5 1(1.5) 1/10** КТ-28-2 (1 и) 1 16
КР142ЕН19* 30 2,44-27 0.1 0.5 ТО-92 (1 el 12
TL431CLP* 40 2.5...36 0.1 0 775 ТО-92 (1е) 12
LM723. ЦА723 40 2...37 0.15 0.8 DIL-14 (5д) 10
LM723TO 40 2.„37 0.15 0.8 ТО-ЮО (5е) 10
L123 40 2...37 0.15 0.8 DIL-14 (5д> 10
L146CB 80 2...77 0.15 0.8 DIL-14 (5д> 10
L146CT 40 2...37 0.15 0.8 ТО-ЮО (5е) 10
TDB1146DP 80 2...77 0.15 0.8 DIL-14 (5д)
L200CV 40 3...37 2 ТО-220/5(5в) 8
TDB0200SP 40 3...37 2 ТО-220/5(5в) 8
LM117HV LM317HV 60 1,2-57 1.5 15 ТО-3 (1 к), ТО-39 (1л) 1 1а
LM3 1 7Т 40 1,2-37 1.5 15 ТО-220 (1 ж) 1 1а
LM317K 40 1,2-37 I.5 20 ТО-3 (1 к) 1 1а
LM317L 40 1,2-37 0.1 0.625 ТО-92 (Те) 1 1а
TL317MP 40 1,2-37 0.5 7 5 ТО-202 (1 ж) 1 1а
IZ317 40 1,2-37 1.5 10 ТО-220 (1ж) 1 1а
LT1085.LM 1085,SD1085,DV1085 40 1,2.„37 3 20 ТО-220 (1ж) 11а
LT1084,LM 1084,SD 1084.DV1084 40 1.2...37 5 30 ТО-220 (1 ж) 1 1а
LM 1083.LT 1083,SD 1083.DV 1083 40 1,2.„37 7.5 30 ТО-220 (1 ж) 1 1а
LM337T -40 -1,2.„37 1.5 15 ТО-220 (1 и) 1 16
LM337K -40 -1,2...37 1.5 15 ТО-3 (1 к) 1 16
LM337LZ -40 -1,2...37 0.1 0.625 ТО-92 (1е) 1 16
LIA78MG 40 5...30 0.5 ТО-220/4 (56) 9
11A79MG -40 -2,5...-30 0.5 ТО-220/4 (56) 9***
HA78GKC 33 5...30 1 12 (5г) 9
LIA78HGKC 30 5...24 5 50 (5г) 9
LM150.LM350 35 1,2.„32 3 30 ТО-220 (1 ж), ТО-3 (1 к) 11а
LM138.LM338 40 1,2-32 5 50 ТО-220 (1 ж), ТО-3 (1 к) 11а
59
справочный листок
лее подробная информация по ли-
нейным стабилизаторам, производи-
мым фирмами National Semiconduc-
tor, Linear Technology, Maxim, Analog
Devices и Burr-Brown, - в следующих
номерах журнала,
Валерий Авербух
shem@compitech.mtu-net.ru
Продолжение следует
Рис.7
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Рис. 5
Рис. 6
Редакция приносит извинения читателям
за ошибки, допущенные в рисунке 1 ста-
тьи "Интегральные стабилизаторы на-
пряжения широкого применения", опуб-
ликованной в предыдущем номере жур-
нала. Упомянутый рисунок должен выгля-
деть следующим образом:
вход
общий
выход
выход
вход
общий
выход
общий
вход
ВЫХОД (2)
общий (8)
ВХОД (17)
60
софт
Особенности
национального
платостроения, или от
P-CAD'a до P-CAD 2000
Если бы строители строили здания так же,
как программисты пишут программы, пер-
вый залетевший дятел разрушил бы цивили-
зацию.
Второй закон Вейнберга
Скорость появления новых вер-
сий ПО просто не оставляет
времени на написание мето-
дик их реального применения. До
сих пор системы САПР оставались
достаточно консервативными ко
всякого рода новшествам. Однако
времена меняются. В этой связи ав-
тору статьи кажется, что главное - не
в чем работать, а как. Поэтому здесь
лишь кратко описываются основные
особенности работы с новыми вер-
сиями САПР P-CAD 2000. Отличия от
предыдущих версий носят не прин-
ципиальный характер и относятся к
тонкостям, попросту ненужным
большинству российских разработ-
чиков.
Как известно, на просторах Рос-
сии внедрение систем проектирова-
ния плат на платформе PC началось
в самом конце 80-х годов с появле-
нием САПР Р-CAD версий 3.0-4.5.
Частично этот продукт был куплен
вполне легально, но в значительно
большем количестве разошлись
взломанные копии. Несмотря на то,
что в мире гораздо шире применя-
ются продукты семейства OrCAD, на
нашей почве прижился именно Р-
CAD и, как правило, старой доброй
версии 4.5. Причиной этого является
тот очевидный факт, что, начиная
примерно с 1991 года, в производст-
во прекратились какие-либо инвес-
тиции и промышленность имеет то,
что успела "отхватить" в сытые 80-е
годы. А "отхватили" Р-CAD, почему -
никто наверное уже и не скажет.
Как известно, Р-CAD несколько
раз менял хозяев (всего система
продавалась и покупалась различ-
ными фирмами более трех раз). Раз-
витие системы шло настолько хао-
тично, что новые версии то появля-
лись с 5-месячным интервалом, то
не выходили годами. Следующей по
распространенности в России стала
версия 8.5 (достойный продукт сво-
его класса) - ДОСовский САПР, поз-
воляющий проектировать платы 4-5
классов точности, с удобным и инту-
итивно понятным интерфейсом и
расширенной поддержкой перифе-
рии.
Обрушившийся в начале 1990-х
годов на СССР, а затем Россию, вал
всевозможных программных про-
дуктов, зачастую сомнительного ка-
чества и происхождения, породил у
некоторых разработчиков стремле-
ние попробовать все. Как известно,
учиться лучше на чужих ошибках, по-
этому хочется предостеречь читате-
ля от некоторых из них. Во-первых,
категорически не рекомендуется ис-
пользовать для оформления различ-
ных текстовых и графических доку-
ментов одновременно несколько
различных текстовых редакторов и
систем автоматизированного проек-
тирования печатных плат. Несмотря
на то, что данное правило очевидно,
сплошь и рядом встречаются группы
разработчиков, которые одновре-
менно используют MSWord (причем
различных версий), "Лексикон" и да-
же ChiWriter. Иногда доходит до того,
что принципиальные схемы выпол-
няются в P-CAD 3.0, затем формиру-
ется отдельный текстовый файл со-
единений, трассировка выполняется
в P-CAD 4.5, а на выведенном на
плоттер чертеже вручную выполня-
ются необходимые надписи и нано-
сятся размеры. Понятно, что в этом
случае иметь перед глазами всю
картину работы над проектом невоз-
можно в принципе, да и электронный
архив конструкторской документа-
ции не создать. Во-вторых, вся КД
(естественно, за исключением иду-
щей на экспорт, которая должна вы-
полняться в соответствии со стан-
дартами, принятыми у заказчика)
должна удовлетворять требованиям
ЕСКД Не бывает частичного удовле-
творения требованиям стандартов.
В третьих, необходимо тщательно
продумывать тактику и стратегию
использования САПР в рамках кол-
лектива разработчиков, для того
чтобы избежать нестыковок между
разработчиком схемы и конструкто-
ром, конструктором и технологом. К
сожалению, за долгие годы исполь-
зования САПР Р-CAD так и не сложи-
лось единой общеупотребительной
методики его использования. Автору
довелось читать руководящие тех-
нические материалы (РТМ) различ-
ных предприятий, принадлежавших
различным министерствам и ведом-
ствам бывшего СССР, и все они име-
ют массу различий, зачастую прин-
ципиальных. Поэтому, перед тем как
приступить к проектированию пла-
ты, необходимо согласовать все де-
тали, связанные с ее передачей в
производство.
Появление Windows привело к то-
му, что стали появляться продукты
под эту ОС. Пионером в области
САПР печатных плат стала OrCAD.
Вслед за ней, как известно, в 1996 г.
фирма ACCEL Technologies (бывший
владелец прав на марку P-CAD)
представила версию широко извест-
ной системы разработки печатных
плат Р-CAD для работы в ОС Win-
dows. Этот продукт получил новое
название ACCEL EDA 12.0. В дове-
денной до пригодного для работы
вида версии 12.1 уже можно было
проектировать достаточно серьез-
ные платы Однако первый блин ока-
зался комом и эта версия не получи-
ла широкого распространения.
В 1998 году вышла версия 14.0,
которая начала широко распростра-
няться по просторам СНГ, поскольку
в ней, с одной стороны, были устра-
нены недостатки, свойственные вер-
сии 12, а с другой стороны, в России
начали возрождаться производства,
способные работать с платами,
спроектированными по нормам 4-5
классов точности В качестве разви-
тия этой системы в конце 1999г. вы-
шла 15 версия продукта.
В январе 2000г. произошло слия-
ние двух ведущих разработчиков си-
ПОДПИСКА НА ЖУРНАЛ ’СХЕМОТЕХНИКА” НА 2000 И 2001 гг.
Банковские реквизиты:
Получатель: ООО "ИД Скимен", ИНН 7731195492, Кунцевское ОСБ 7971/1 146
г Москвы, р/с 40702810338190104019, к/с 30101810600000000342 в РКЦ ГУ ЦБ РФ,
БИК 044525342, ОКПО - 52744508, ОКОНХ - 87100
Почтовый адрес: 121351, Москва, ул. Ивана Франко, д. 40, к. 1, стр. 2, ООО "ИД Скимен".
Тел./факс: (095)737-92-79, e-mail: shem@compitech.mtu-net.ru
Заполните подписной талон (на обороте), указав номера журналов, которые вы хотите
получить. Вышлите карточку по адресу: 121351, Москва, ул. Ивана Франко, д. 40, к. 1, стр.
2, ООО "ИД Скимен", вложив в конверт копию документа об оплате (квитанцию почтового
перевода или копию платежного поручения банка).
61
софт
стем САПР - фирмы Protel interna-
tional и ACCEL Technologies - путем
поглощения последней фирмой Pro-
tel. Следует заметить, что продукты
фирмы Protel не слишком известны
российскому разработчику, но край-
не популярны на их родине в Австра-
лии.
Очередная версия 15.02 ACCEL
EDA сменила свое название на Р-
CAD 2000. При этом был внесен ряд
не слишком существенных измене-
ний.. В середине 2000 года в состав
P-CAD 2000 был добавлен новый
трассировщик. И, наконец, в августе
2000 года вышла так называемая
Trial-версия, обладающая всеми
функциями полноценного продукта,
но действующая 30 дней с момента
инсталляции. В принципе, этот мар-
кетинговый ход компании пришелся
многим по душе: по крайней мере,
появляется возможность проводить
обучение на легальном продукте,
ведь даже при ВУЗовских скидках
пакеты проектирования плат пока
еще остаются недоступными огром-
ному большинству разработчиков.
Рассмотрим некоторые новые
функциональные возможности Р-
CAD 2000:
• расширилась возможность зада-
ния форматов перечней компонен-
тов и других отчетов (РСВ, Schemat-
ic); имеется возможность по коман-
де File>Reports задавать перечень
полей отчета и порядок их следова-
ния;
• измерительный инструмент
Meter Tool распознает не только пря-
мые, но и произвольные углы, при-
нимая их в качестве точек "привяз-
ки" при выполнении измерений;
• увеличено до 5000 максималь-
ное количество секций в компоненте
и до 10000 - максимальное количе-
ство выводов компонента;
• появился механизм простого до-
ступа к информации о компонентах в
графических редакторах (РСВ,
Schematic); введена папка со спис-
ками URLs (адресов в Internet) всех
ведущих фирм-производителей по-
лупроводниковых компонентов;
- повышена точность представле-
ния данных и разрешение; дискрет-
ность измерения линейных разме-
ров составляет 0,1 mil в английской
системе (1 mil = 0,001 дюйма) и
0,001 мм в метрической системе, уг-
ловых размеров - 0,1 град.; появи-
лась возможность изменения систе-
мы единиц на любой стадии работы
с проектом без потери точности;
- опции отката стали многошаго-
выми (команды редактирования
Undo и Redo);
- доработка ПП и выпуск управля-
ющих файлов для фотоплоттеров, с
учетом особенностей технологии
конкретного оборудования, выпол-
няется с помощью программ третьих
фирм, например фирмы Lavenir или
САМ350; последний продукт наибо-
лее функционален.
P-CAD 2000 поставляется с боль-
шой библиотекой современных им-
портных ЭРЭ; кроме того, на веб-
сайте Accel Technologies опублико-
вано большое количество библио-
тек, которые постоянно обновляют-
ся; правда при пользовании стан-
дартными библиотеками стоит дове-
рять, но проверять: автор статьи не-
однократно обнаруживал ошибки в
графике корпусов и посадочных
мест в фирменных библиотеках Р-
CAD 2000.
P-CAD 2000 устанавливается на
ПК с процессором, начиная от Р-133
МГц, и работает под управлением
Windows 95/98/2000 или Windows NT.
Для графического редактора схем
ACCEL Schematic требуется 32Мб
ОЗУ, для графического редактора
печатных плат ACCEL P-CAD РСВ -
тоже 32 Мб, для программы SPECC-
TRA-64 Мб.
Кроме того, в P-CAD 2000 дорабо-
тана программа PCS (Parametric
Constraint Solver), представляющая
собой DBX-утилиту, данные в кото-
рую передаются из Schematic и Р-
CAD РСВ. В ней имеется окно для
просмотра списка компонентов и
списка цепей проекта. Программа
PCS вызывается автономно после
загрузки принципиальной схемы в
Schematic или печатной платы в Р-
CAD РСВ или выбором команды в
этих программах. Утилита Parametric
Constraint Solver позволяет задать
набор ограничений на правила про-
ектирования (зазоры, ширина про-
водников и т.п.) еще на этапе созда-
ния принципиальной схемы и на-
чальной стадии работы с печатными
платами. Ограничения на правила
проектирования задаются в виде
констант или математических выра-
жений, содержащих идентификато-
ры других правил.
Набор утилит Document Toolbox
предназначен для размещения на
чертежах схем или печатных плат
различных диаграмм и таблиц, со-
ставления различных списков и от-
четов, которые динамически обнов-
ляются, таблиц сверловки, данных о
структуре платы, технологической и
учетной информации, размещения
на чертежах схем списков соедине-
ний, выводов подключения питания
и другой текстовой информации.
Document Toolbox позволяет авто-
матизировать создание конструк-
торской документации.
Кроме того, выпущен новый авто-
трассировщик, работающий по так
называемой "бессеточной" техноло-
гии. Однако качественная трасси-
ровка в автоматическом режиме
возможна только в случае не очень
ответственных цифровых устройств,
работающих на невысоких частотах.
Во всех остальных случаях трасси-
ровка, как правило, выполняется
вручную. Что касается размещения
компонентов в автоматическом ре-
жиме, то автору неизвестно ни одно-
го успешного случая применения
этой функции. Единственная польза
от средств, обеспечивающих дан-
ный режим, - это возможность визу-
ализации трассировки печатных
проводников в виде гистограмм и
так называемых силовых векторов
для наиболее критичных участков
платы.
В целом, отличия P-CAD 2000 от
ACCEL EDA 15 достаточно незначи-
тельны, поэтому, с одной стороны,
переход на P-CAD 2000 может быть
произведен достаточно легко, но с
другой стороны, особенной необхо-
димости в таком переходе на сего-
дняшний день не ощущается.
В заключение хотелось бы отме-
тить, что у автора этой статьи недав-
но вышла книга, целиком посвящен-
ная различным аспектам проектиро-
вания электронных устройств в сис-
темах ACCEL EDA и P-CAD 2000.
Владимир Стешенко
Steshenk@sm.bmstu.ru
Схемотехника №2 ноябрь 2000
ПОДПИСНОЙ ТАЛОН ПОДПИСКА
Прошу оформить подписку и выслать отмеченные номера журнала:
□ № 3 □ № 1 □ № 2 □ № 3 □ № 4 □ № 5 □№ 6
декабрь/2000 первое полугодие 2001 года
Пожалуйста, заполните печатными буквами:
Адрес:___________________________________________________________
(индекс) (страна) (город) (область) (улица)
(дом, корпус, квартира) (телефон/факс) (e-mail)
Ф. И. О.:_________________________________________________________________________________
(полностью)
62
технологии
Особенности
использования
позитивного
фоторезиста фирмы
Cramolin
Применение современных фоторезистов в аэрозольной упаковке
позволяет изготавливать в домашних условиях платы очень хорошего
качества. Однако, несмотря на кажущуюся простоту технологии, качест-
во получаемой платы напрямую зависит от множества параметров ко-
торые, как правило, определяются опытным путем. В предлагаемой ва-
шему вниманию статье подробно излагается технология изготовления
печатных плат с применением позитивного фоторезиста фирмы
Cramolin, которая не требует никаких дефицитных материалов или спе-
циальных навыков и позволяет получать платы весьма приличного каче-
ства [при условии строгого соблюдения всех параметров].
Перед началом работы проверь-
те, есть ли у вас в наличии все
необходимые инструменты и
материалы. Для изготовления печат-
ной платы вам потребуются:
- программа разводки печатных
плат;
струйный или лазерный принтер
и пленка для вашего типа принтера;
черный маркер или гелевая руч-
ка;
- мягкая кисточка, не оставляю-
щая ворса;
- тонкая липкая лента, скотч;
- наждачная бумага-нулевка либо
войлочный круг с тонкой абразивной
пастой;
• фен или тепловентилятор;
- лампа дневного света (например
фирмы OSRAM, мощностью 11W);
кусок тонкого оргстекла доста-
точных размеров (можно использо-
вать прозрачную крышку от компакт-
диска);
• тяжелый груз;
• кювета или ванночка подходяще-
го размера;
- едкий натр (в комплекте с фото-
резистом идет маленький пакетик,
но его, как правило, не хватает);
- хлорное железо;
• раствор канифоли в спирте;
• ацетон, вата.
Итак, после того как вы в любой
программе нарисовали плату, не за-
будьте толстые проводники (земля,
питание) заменить сеточками, по-
скольку многие принтеры не в состо-
янии достаточно качественно напе-
чатать сплошную черную область и
посередине она получается полу-
прозрачной.
Предварительно вырезанный по
размеру будущей платы, с запасом
по 1-2 см с каждой стороны, кусок
стеклотекстолита необходимо тща-
тельно очистить. Для этого можно
использовать наждачную бумагу или
войлочный круг с тонкой абразивной
пастой. Фольгу необходимо довести
почти до зеркального состояния, по-
скольку каждая царапина потенци-
ально может привести к сложно об-
наружимому дефекту на плате. Про-
верьте, чтобы заготовка была ров-
ной, без изгибов и "винта", и выров-
няйте при необходимости.
Следующим этапом является на-
несение фоторезиста. Тщательно
взболтайте баллончик с фоторезис-
том и с расстояния в 20-30 см нано-
сите его на плату до получения види-
мого глазом синего слоя. Быстро,
пока он не начал застывать, кисточ-
кой поправьте неровности и уберите
волоски и соринки. После этого по-
ложите заготовку для начального
высыхания на 10 минут на ровную
поверхность в темном месте. Жела-
тельно это делать на.балконе или
под вытяжкой, поскольку фоторе-
зист разбавлен достаточно едким
растворителем. Запас в размерах
заготовки был необходим по той
причине, что на краях лак скорее
всего ляжет неровно.
Когда лак сверху слегка схватил-
ся, положите текстолит под фен на
15-25 минут (чем дольше, тем луч-
ше).
Если изготавливаемая плата
должна быть двусторонней, то после
сушки первой стороны процедуру
нанесения фоторезиста необходимо
повторить для другой стороны.
После подготовки стеклотексто-
лита, необходимо заняться фото-
шаблоном. Сначала выведите плату
на печать на лист бумаги, не забыв
пометить, какой стороной вы этот
лист вставляли в принтер. Нижняя
сторона (Bottom) должна быть напе-
чатана нормально, а верхняя (Тор) -
зеркально. Если отпечаток вас удов-
летворил, отрежьте от прозрачной
пленки кусок требуемого размера и
скотчем приклейте его на лист бума-
ги на место отпечатка. Приклеивать
нужно только верхний край! После
этого вставьте лист в принтер, по-
ставьте в опциях печати максималь-
ный расход тонера и печатайте вто-
рой раз. Отклейте пленку и посмот-
рите полученный отпечаток на про-
свет. Там, где тонер лег плохо, изоб-
ражение необходимо подретуширо-
вать. Аналогичным образом подго-
тавливается фотошаблон для другой
стороны платы (если плата двусто-
ронняя). Далее из двух полученных
фотошаблонов, предварительно
совместив изображение на них, нуж-
но при помощи липкой ленты изгото-
вить своеобразный конверт. Сторо-
на печати при этом должна оказать-
ся внутри конверта
Для прижима фотошаблона к пла-
те потребуется слегка изогнутый ку-
сок оргстекла. Получить его можно,
нагрев пластину оргстекла в кипя-
щей воде и слегка изогнув до полу-
чения требуемой кривизны (высота
изгиба должна составлять порядка
2-Змм).
Высохшую плату нужно вложить в
середину конверта из фотошабло-
нов (либо, если плата односторон-
няя, просто приложите к ней фото-
шаблон) и прикрепить скотчем к од-
ному из них. При этом пленка не
должна коробиться. Далее получен-
ный "бутерброд" размещается на ку-
ске мягкой резины (идеально подхо-
дят коврики для мышек), сверху на
него кладется оргстекло изгибом
вниз и по краям все это прижимает-
ся грузом. Просвета между пленкой
и текстолитом быть не должно.
Следующим этапом является экс-
понирование (засветка) фоторезиста
Для этого используется настольная
лампа дневного света с лампочкой ти-
па OSRAM, в спектре излучения кото-
рой содержится достаточно много
ультрафиолета (микросхемы ПЗУ сти-
раются под подобными лампами за 2
часа).
С расстояния 10 см плата засве-
чивается в течение 35 мин. При ис-
пользовании других ламп время за-
светки придется подбирать экспери-
ментально, это самая трудоемкая
часть данной технологии. Причем
время засветки может колебаться в
достаточно широких пределах: от 15
секунд (для лампы ДРЛ-250 с уда-
ленной внешней колбой) до 1 часа
(при засветке лампой дневного све-
та с большого расстояния) Для дву-
сторонней платы процесс экспони-
рования надо повторить для второй
стороны.
В случае, если вам все-таки при-
шлось подбирать время засветки,
проще всего это сделать при помо-
щи фотошаблона с множеством па-
раллельных полосок. Достаточно
просто через определенные проме-
жутки времени при экспонировании
закрывать следующую его часть и
отмечать время. После проявки сра-
зу станет видно, какое время являет-
ся оптимальным.
Пока плата засвечивается, необ-
ходимо подготовить в кювете рас-
твор NaOH (едкий натр) концентра-
ции 7 г/л. Раствор должен быть ком-
натной температуры и в нем не
должно быть крупинок. Травление
следует осуществлять только в све-
жеприготовленном растворе.
Если достаточно точных весов нет
- можно поступить следующим обра-
зом. Растворите немного едкого на-
тра в воде, а потом наблюдайте за
процессом проявления платы: если
за 2-3 минуты при внимательном
взгляде на плату в отраженном свете
вы не увидите контуров дорожек, то
растворите еще пару крупинок на-
тра. Когда контуры дорожек про-
явятся, добавьте еще одну-две кру-
пинки и завершайте проявку.
63
технологии
После приготовления раствора
аккуратно снимите с платы фото-
шаблоны. Засвеченные и незасве-
ченные участки будут слегка отли-
чаться по цвету. Положите плату в
раствор NaOH для проявки. Некото-
рое время ничего происходить не
будет, потом с платы взлетят облач-
ка синего цвета. Это означает, что
плата проявилась. Подержите ее в
растворе еще минут пять, после чего
промойте холодной водой.
Внимательно просмотрите полу-
ченную плату. Возникшие в некото-
рых местах из-за волосинок и пыли
дефекты необходимо отретуширо-
вать раствором канифоли в спирте,
подкрашенным синими чернилами.
Если вы остались довольны полу-
ченным результатом - можно страв-
ливать лишнюю медь Для этого
нужно воспользоваться раствором
хлорного железа большой концент-
рации комнатной температуры.
Очень хорошие результаты можно
получить, травя плату соляной кис-
лотой с добавлением перекиси во-
дорода: медь стравливается почти
мгновенно, но при этом сложно из-
бежать бокового подтравливания
тонких дорожек.
После травления защитное по-
крытие с платы удаляется ацетоном
или растворителем.
В заключение хочется отметить,
что в последнее время в продаже по-
явились также и фотомаски в аэро-
зольной упаковке, что позволяет из-
готавливать в домашних условиях
платы с паяльной маской или марки-
ровкой.
Евгений Краштан
eug@krashtan. kiev. ua
SIA "BIPOLARS”
MASKAVAS 1ELA 240,RIGA,
LV-1063, LATVIJA
REG. № 010300504,PVN LV 40103005044
RETUMA BANKA,kods 310101715,
KONTS 018801597,
Tel;371 +7189012,Fax/Tel. :371 +7109498
НТО "Биполяр", LV 1063, Латвия Рига,
ул. Маскавас 240
ТелДфакс: (371) 7109498; тел.: (371) 9211102
Дилеры в Москве:
ООО "Спецэлектроника", тел. 9181431, факс. 3627669;
Митинский ради о рынок,те л. 5235162 - Артур
Интегральная микросхема
высококачественного микромощного
операционного усилителя КР154УД1.
(Аналог НА 2700)
Микросхема КР154УД1 относится к классу операционных усилителей (ОУ) общего
применения с хорошими динамическими параметрами, обеспечивающими широкий
частотный диапазон при полном использовании динамического диапазона выходных
сигналов. При этом динамические параметры обеспечиваются без применения внеш-
них элементов компенсации. Одновременно этот ОУ обладает хорошими статическими
Таблица 1
Выюод ми*
1 №гуп и рое «а я муп я
2 И НВЙрТМ РУЮ ЩИ й «ход
3 ши й
4 Отр и иатййп ъ noet наггр яжемхе
6 Но ИСПС-ПЬ^У^ТСЯ
S Выход
7 Полож ИТ&Л t> HQO наг» ЯЖОХИ-&
8 Росул и рое ка я нул я
параметрами (малые входные токи, большие коэффициент усиления и подавление син- фазного сигнала). Микросхема КР154УД1 имеет защиту от короткого замыканию по вы- ходу, работает в широком диапазоне питающих напряжений. КР154УД1 отличается от стандартных ОУ малым потреблением при нормальной нагрузочной способности Такое сочетание динами- ческих и статических параметров позволяет эффективно применять этот ОУ в самых различных областях Отличные параметры ОУ достигнуты за счет современной техно- логии изготовления и оригинальных схемотехнических решений. В таблице 1 приведено назначение выводов микросхемы в 8 выводных корпусах DIP и SOP, в таблице 2 приведены значения предельно допустимых параметров, в таблице 3 даны значения параметров микросхем КР154УД1А (Б) и режимы измерения. Таблица 2
Порам&Тр Мим. Макс.
Напрйжймжь гжа&кду 7 и 4, 8 5 38
Диф ф меч» входнсха напряжение, В -18 18
С и нф аз ное входное напр яжение -12 12
Мощность рассеяния, мВт 300
Рабочая температура. -45 SS
Таблица 3 ,
Схемотехника №2 ноябрь 2000
Томп 154УД1А. 154УД1Б ПрИЬсТе
Мин. Тио | Майз. Мин. | Тип. 1 Маис чаний
E'-Z/Днью
Напряжение я, мВ 25чс 0.6 3 О.8 6
Раб. & 5
ЬЪс-ДНС'И ток; НА 25*0 5 20 20 40
Раб. 20 80
Разность входных тохте, мА 2-Мау 1О ТО 20
раб. во во
Пр-вдйяНьмый сигнал, О 25*0 11 11
П»а редатом
КООф ф ы t л имъмг ус И НЗД (И я 2S*C 5О0к ЮОк ЗООг.
Раб. 1SOK ТОК? См»1 writ'
Ф^ооффминомг ослабления сммфазмого сигмала, дБ 25*0 1ОО ©е. 100 исин=±68
Кк>эФф пимент влияния шлряжения питдммя, 25*0 10О ТОО 1)пит«*{10;1
Предельное напряжение А В 25ГС 12 13 12 13 Рм“2к»3>ги; Сн=1ООпФ
Раб 11 11
Предельный выходной ток; мА 25*0 ТО ю UnwT«i1S8
Ди
й^а 30 4<> ю 30 1 Пн» 2кОрл; Сн₽1ООпФ
Частота од и нмн усияеми я, М Гт 25*0
Потреб пение
ТОКП: ТрЙ<5ПйНИЯ, мкА 26"С ©О ПО <50 ПО
Раб. 1*»О 140
64
ZU in rCI Г/Т (095) 268-73-69 тел./факс
( Шг \rl Pl I (095) 268-88-60
VI111 JLULVI E-mail: info@chipselect.ru WWW.CHIPSELECT.ru
Analog Devices
Atmel
Dallas
<
^FranMar
MAXIM
Microchip
Motorola
Power One
POWERTIP
Sipex
dimEL
Traco
Широкий выбор светодиодных (LED) и
ЖКИ (LCD) индикаторов по низким
ценам, возможность заказа по
каталогу.
PROM, EEPROM, FLASH, SRAM, AVR
(^^MICROCONTROLLERS, DALLAS TOUGH MEMORY.
Высококачественные корпуса фирмы
OKW для ваших электронных изделии.
Осуществляем поставки любых
импортных комплектующих.
Доставка по территории России
экспресс-почтой.
Офидиалы-ьй представитель на Украине:
Фтрма “ТЕЛЕФОН*
г.Харькде, Тел.: (0572) 430285
E-mai: alex_irrpchp@mai.ru
> -----
*TH
ф MITSUBISHI
Ж W ELECTRIC
ERICSSON
I
- I I
International
I©R Rectifier
,-w
WELLS-CTI
Электронные компоненты
ERSA
С-Петербург: (812) 278-8484,
Москва: (095)214-2555
Екатеринбург 3432) 703-384
Новосибирск: ( ’832) 119-081
Ростов-на-Дону. 8632) 923-273
Ставрополь: 8652 357-775
Киев: (044) 239-2065
Харьков: (0572)303 577
Минск: (017) 222-5959
195196, С-Петербург, а/я 29
E-mail: npo@symmetron.ru
http://www.symmetron.ru
E'ecfronic-Tools
J
^elme