Как проектировать электронные схемы

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

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

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

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

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

ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

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

Простая схема, приведенная на рис. 2.85, вполне подходит для решения данных задач.

На вход подается любой прямоугольный сигнал, например, сигнал с какого-либо делителя или тактового генератора. Можно использовать также регулярную последовательность импульсов, предназначенных для питания индикатора или для управления устройством памяти. Полученное на выходе схемы напряжение по абсолютной величине несколько меньше амплитуды прямоугольного сигнала. В ТТЛ схемах оно составляет приблизительно 4,5 В. Ток, потребляемый нагрузкой, не должен превышать нескольких миллиампер.

СОЕДИНЕНИЕ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА

Силовые трансформаторы радиоэлектронных устройств имеют, как правило, две одинаковые вторичные обмотки. В зависимости от предполагаемого применения их можно соединять либо последовательно — для удвоения напряжения, либо параллельно — для удвоения тока. Небольшие трансформаторы, закрепляемые непосредственно на печатной плате, обычно имеют стандартное расположение выводов. Соединение их обмоток выполняется по схеме, приведенной на рис. 2.86.

Для более сложных моделей (например, с тороидальным сердечником) при отсутствии документации необходимо с помощью осциллографа исследовать напряжения на обмотках во избежание соединения их в противофазе. Иначе возникает риск перегрева, а из-за этого может выйти из строя трансформатор и находящиеся рядом детали (не говоря уже об отсутствии напряжения на выходе).

ТРАНЗИСТОРНЫЕ МАТРИЦЫ

Управление несколькими светодиодами или реле осуществляется, как правило, с помощью нескольких одинаковых транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером (см. раздел «Защита управляющего транзистора»). К каждому транзистору обычно добавляют защитный диод, предотвращающий опасный выброс напряжения при отключении индуктивной нагрузки. В подобных случаях удобно воспользоваться одной из многих доступных на сегодняшний день интегральных транзисторных матриц. При этом достигается существенный выигрыш в занимаемой площади и сокращение времени сборки.

Наиболее распространенные микросхемы содержат по 7 транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером (рис. 2.87).

К каждому из транзисторов подключены защитный диод и резистор в цепи базы, позволяющий осуществлять непосредственное управление транзисторным ключом как в ТТЛ схемах (напряжение сигнала 5 В), так и в КМОП схемах (напряжение сигнала 3-18 В).

Расположение выводов микросхемы непривычно, однако в нем есть своя логика: входы (базы) и выходы (коллекторы) расположены друг против друга на противоположных сторонах корпуса. Общая точка (объединяющая все эмиттеры) находится на выводе 8, как в DIP16, точка присоединения всех диодных катодов — на выводе 9.

Последний вывод остается свободным, если диоды не используются (например, при управлении светодиодами). К популярным микросхемам семитранзисторных матриц относятся ULN2003 (ТТЛ) и ULN2004 (КМОП), примеры восьми транзисторных матриц — ULN2803 и ULN2804.

ПРИМЕНЕНИЕ СИМИСТОРОВ

В 80-е годы симистор являлся одним из самых популярных электронных компонентов. На его основе были созданы удобные и эффективные регуляторы света и другие модные устройства, построенные по аналогичному принципу. Симистор популярен и сегодня, однако его управление все чаще выполняется с помощью специализированных схем, которые не только осуществляют регулирование, но и уменьшают вредное воздействие мощных импульсных схем на характеристики электрической сети.

Симистор является мощным компонентом, способным коммутировать высокие токи при питании переменным напряжением (не обязательно равным 220 В) с помощью относительно простой процедуры включения. Управляющий импульс калиброванной амплитуды и длительности переводит симистор в проводящее состояние, которое сохраняется до момента перехода синусоидального напряжения питания через нулевое значение. Таким образом, выключение симистора осуществляется автоматически в конце каждого полупериода при условии окончания к этому моменту управляющего импульса. Запуск симистора может быть легко осуществлен и при помощи постоянного напряжения, но на практике этот способ применяется редко. Эффективные устройства импульсного управления легко построить без обращения к специализированным компонентам.