Как проектировать электронные схемы - Галле Клод - Страница 20

ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Быстрое развитие электроники позволяет непрерывно совершенствовать основные параметры современных компьютеров: скорость вычислений, объем памяти, качество отображения информации на мониторе и др. Наряду с этим работа компьютеров все еще в значительной степени зависит от характеристик такого классического компонента, как электродвигатель. Вращение дискет, компакт-дисков и жесткого диска осуществляют двигатели постоянного тока, скорость вращения которых должна выдерживаться с максимальной точностью.

Для перемещения считывающих и печатающих головок применяются шаговые двигатели. Они имеют ротор в виде постоянного магнита и несколько обмоток, для питания которых используются четыре, шесть или восемь выводов. Переключение обмоток в определенном порядке вызывает угловое перемещение ротора на точно заданную величину, минимальный угол поворота ротора называется шагом. Шаговый двигатель может выполнять до 48 шагов за полный оборот, что обеспечивает угловое перемещение 7,5° за каждый шаг. Чтобы ротор вращался непрерывно, необходимо переключать питание обмоток в соответствии с определенной повторяющейся последовательностью. При изменении этой последовательности на противоположную двигатель начинает вращаться в обратном направлении. Скорость вращения зависит от частоты переключений и может достигать высоких значений. Если прервать последовательность управляющих сигналов, двигатель быстро останавливается в положении, соответствующем заданному соединению обмоток.

При этом на его оси сохраняется достаточный вращающий момент, гарантирующий высокую точность углового положения ротора. Хорошее представление о впечатляющих возможностях этих двигателей, не требующих специальных систем регулирования скорости вращения, дает наблюдение за перемещениями печатающей каретки принтера.

Шаговыми двигателями достаточно просто управлять с помощью специальных схем или путем программирования некоторого числа управляющих сигналов. На рис. 2.55 показана упрощенная схема питания обмоток двигателя посредством транзисторов, а также приведен пример последовательности управляющих сигналов.

Существуют также специализированные микросхемы для управления шаговыми двигателями, например SAA1027 и L297. На их входы подают два импульсных сигнала для выбора направления вращения и для подачи команды перехода к следующему шагу (последовательность переключения обмоток задается при этом автоматически).

Прежде чем подключать двигатель, следует внимательно изучить его параметры (напряжение питания, маркировку обмоток и т.д.).

При работе необходимо следить за тем, чтобы ось двигателя не перегружалась. Для увеличения вращающего момента можно применить редуктор, при этом соответственно увеличится число шагов за один оборот. На практике используются редукторы с фрикционной (для жестких дисков) и зубчатой передачей (для перемещения печатающей каретки).

ШИФРАТОР С ДВОИЧНЫМ КОДОМ

Некоторые логические функции удастся построить, не используя специализированные микросхемы. Устройство на дискретных элементах обычно оказывается дешевле и упрощает топологию печатной платы.

На рис. 2.56 показан шифратор с четырьмя входами и двумя двоичными выходами.

Такой компонент может служить полезным дополнением к переключателю, расположенному на лицевой панели. При этом каждому положению переключателя соответствует двоичное слово на выходе шифратора. Данное устройство может использоваться, например, для светодиодной индикации состояния переключателя. К нему не предъявляют специальных требований в отношении быстродействия и качества генерируемых сигналов, поэтому его схема предельно проста.

Переключатель может быть выполнен в виде двухрядного соединительного элемента с перемещаемой перемычкой. Весь набор компонентов размещается непосредственно на печатной плате и занимает немного места.

ПРИМЕНЕНИЕ ОПТОПАР

Оптопары обеспечивают полную электрическую изоляцию между частями схемы, получающими питание от разных источников. Как и транзисторы, они применяются в устройствах коммутации (в частности, при передаче данных с использованием оптоэлектронных систем) или в аналоговых схемах (например, в стабилизаторах напряжения).

Оптопары характеризуются значительным разбросом параметров от одного экземпляра к другому. Для проверки их характеристик достаточно построить небольшую схему, показанную на рис. 2.57.

Уровень входного напряжения, нужного для переключения выходного транзистора в режим насыщения (низкоомное состояние), может варьироваться на несколько вольт для приборов одного типа. В цифровой электронике этот разброс не играет существенной роли при правильном выборе входного напряжения и сопротивления в цепи светодиода (чтобы переключение на выходе осуществлялось для всех приборов).

В аналоговых схемах дело обстоит иначе, поэтому для обеспечения надежной работы необходимо предусмотреть ручную регулировку входного напряжения в достаточно широких пределах.

Наиболее распространенные оптопары имеют корпус типа DIP6 с шестью выводами. Два первых относятся к светодиоду, а три последних — к транзистору, вывод № 3 не задействован. Имеющийся вывод базы транзистора используется очень редко. Если этот вывод остается свободным, он функционирует подобно антенне и может принимать сигналы различного рода помех, возникающие, например, в импульсных источниках питания. Не всегда легко определить, с какой точкой схемы допустимо соединить этот вывод, не нарушив работу транзистора. В этом случае необходимо провести несколько тестов, не забывая о том, что неправильное подключение может иметь неприятные последствия для каскада, соединенного с выходом транзистора.

Проблемы такого рода не возникают при использовании более простой оптопары в корпусе типа DIP4, не имеющем вывода базы фототранзистора. Следует иметь в виду, что для таких корпусов предусмотрены различные варианты расположения выводов. Некоторые типы оптопар (например, SFH610 и SFH615) существуют в двух вариантах, единственное различие между которыми заключается в инверсном расположении выводов, соответствующих коллектору и эмиттеру фототранзистора.

ФОТОПРИЕМНИК ИК ДИАПАЗОНА

В современных электронных схемах широко используются приборы, выполняющие функции генерации, детектирования или измерения излучения. Повышенное внимание в последние годы уделяется приборам И К диапазона. Это связано с появлением и распространением устройств дистанционного управления, которыми оснащается практически вся аудио- и видеоаппаратура. Кодирование управляющих сигналов в таких устройствах постепенно стандартизируется, что расширяет область их применения.

Для детектирования сигналов ИК диапазона разработаны серийные модули, но радиолюбители могут без труда изготовить приемное устройство самостоятельно. В качестве детектора излучения используется фотодиод ИК диапазона. Такой диод обладает чувствительностью и в видимой части спектра, поэтому искусственное освещение является для него источником помех. Для их подавления детектор должен быть защищен оптическим фильтром (см. главу 1, раздел «Защита фотодиода от помех»). Как правило, корпус фотодиода обеспечивает широкую направленность приема излучения.

С целью ослабления помех от посторонних оптических сигналов следует ограничить угол, в пределах которого излучение может попадать на прибор.

На рис. 2.58 приведена схема усиления сигнала, генерируемого фотодиодом.