Как проектировать электронные схемы
Шрифт:
Потребляемый от сети ток будет определяться емкостью конденсатора, точнее, его сопротивлением переменному току, которое для частоты F рассчитывается по формуле Z = 1/С, где = 2F (Z выражено в омах, С — в фарадах, F — в герцах).
Резисторы, подключенные параллельно конденсатору, обеспечивают его разряд после отключения устройства от сети.
На выводах стабилитрона формируется прямоугольное напряжение амплитудой 5,6 В. Стоящие далее диод и конденсатор
Остается добавить два важных замечания. Рабочее напряжение конденсаторов никогда не должно быть ниже 400 В (лучше брать компоненты с допустимым напряжением 630 В). Поскольку такая схема и все подключенные к ней элементы связаны с сетью, необходимо принять элементарные меры безопасности. В частности, не следует использовать металлический корпус или компоненты с выходящими наружу металлическими деталями (оси потенциометров и т.д.). Кроме того, при наладке нельзя прикасаться к включенной схеме.
Неполярные конденсаторы
Довольно трудно найти неполярные конденсаторы (с изоляцией из слюды, бумаги или пленки) большой емкости с низким рабочим напряжением (< 25 В). Однако иногда нужны именно такие компоненты, в частности при построении импульсных генераторов на логических вентилях с очень большим периодом (например, при разработке таймера для часов). Получение большой постоянной времени RC-цепи за счет увеличения сопротивления имеет определенный предел для каждого типа схем.
Для формирования конденсатора большой емкости можно соединить два полярных (электролитических) конденсатора, чтобы получить один неполярный (рис. 2.25). При этом надо выбрать два компонента одинакового номинала и включить их последовательно, соединив между собой отрицательные электроды. Результирующая емкость будет равна половине емкости каждого конденсатора.
Определение емкости конденсатора
Маркировка конденсаторов при помощи цветового кода применяется очень редко. Значение емкости обычно пишется на корпусе прибора. Однако размер надписи на миниатюрных компонентах поверхностного монтажа столь мал, что ее невозможно прочесть. Иногда же маркировка неразборчива (из-за некачественной печати) или даже ошибочна и на классических компонентах.
Чтобы с достаточной точностью определить емкость конденсатора, можно собрать простую схему генератора импульсов, показанную на рис. 2.26.
Вначале измеряют частоту генератора с эталонным конденсатором или, по крайней мере, с конденсатором известной емкости, а затем его заменяют компонентом, емкость которого требуется определить. Повторно измеряют частоту и определяют требуемый параметр с помощью простого соотношения (см. главу 5, раздел «Классические импульсные устройства»). Такую схему можно без труда смонтировать на макетной плате, снабженной разъемом для подключения осциллографа.
ТРАНЗИСТОРЫ ДАРЛИНГТОНА
Интегральные транзисторы Дарлингтона обладают весьма привлекательными характеристиками: очень высоким усилением по току (порядка 1000), значительной допустимой рассеиваемой мощностью и малыми размерами. Некоторые из них содержат также защитный диод, включенный между эмиттером и коллектором (рис. 2.27). Это удобно для непосредственного управления индуктивной нагрузкой, например реле. Однако при проведении проверки транзистора с помощью тестера необходимо помнить о существовании диода.
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДРЕЙФ ПАРАМЕТРОВ ДИОДОВ
Диоды, как и все полупроводниковые приборы, подвержены температурному дрейфу характеристик, который может быть весьма значительным (именно эта особенность позволяет использовать диод в качестве датчика температуры). Об этом необходимо помнить как при проектировании устройства, так и при размещении его компонентов в корпусе. В частности, наиболее чувствительные элементы следует располагать как можно дальше от источников тепла: радиаторов, трансформаторов и т. д. Диодный детектор пиков, приведенный на рис. 2.28, является примером схемы, очень чувствительной к температуре.
ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩАЯ ЦЕПОЧКА
Дифференцирующая цепочка широко применяется в самых разнообразных схемах. Она используется, в частности, для генерации коротких импульсов, синхронизованных с фронтом прямоугольного сигнала, которые служат, например, для запуска симистора. Положительные и отрицательные перепады напряжения, поданные на дифференцирующую цепочку, генерируют импульсы различной полярности, которые при необходимости легко разделить (рис. 2.29). Параметры резистора и конденсатора выбирают с учетом нужной длительноcти выходных импульсов Ти в соответствии с приблизительным соотношением Ти = RC.
УДВОИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
Удвоитель напряжения (а в более общем случае умножитель напряжения) представляет собой определенное соединение диодов и конденсаторов. Этот принцип построения давно используется для получения очень высоких напряжений, например в телевизорах или в устройствах для ионизации газа. Небольшая схема, представленная на рис. 2.30, применяется для получения постоянного напряжения, приблизительно вдвое превышающего напряжение на входе.
Для работы схемы нужен сигнал прямоугольной формы низкой частоты. В данной схеме используются только положительные импульсы, что отличает ее от классических удвоителей, работающих от сети или от синусоидального напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора.
ДИСКРЕТИЗАЦИЯ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ
Дискретизация — операция, направленная на определение мгновенных значений сигнала сложной формы в заданные моменты времени (рис. 2.31).
Для выполнения дискретизации требуется стабильный тактовый генератор, который задает временные интервалы для вырезания части сигнала. Пиковый детектор фиксирует максимальное значение сигнала за данный период. Такое устройство можно построить на базе конденсатора, разряженного в исходном состоянии, который за интервал дискретизации заряжается до нужного уровня.
Устройство дискретизации сигнала входит в состав аналого-цифрового преобразователя, который преобразует мгновенные значения напряжения в соответствующую последовательность двоичных чисел (см. раздел «Аналого-цифровое преобразование»). Совершенно очевидно, что точность такой схемы зависит от частоты дискретизации. Чем она выше, тем меньше вероятность пропустить кратковременное изменение сигнала на входе. Согласно известной теореме, частота дискретизации должна равняться по крайней мере удвоенной максимальной частоте спектра сигнала, подвергаемого этой операции.