Как проектировать электронные схемы - Галле Клод - Страница 21

На выходе схемы формируется последовательность управляющих импульсов, амплитуда которых достаточно высока для выполнения дальнейшей обработки. Выходной операционный усилитель работает в режиме однополярного сигнала. Поэтому выходные импульсы наложены на постоянную составляющую, которую нетрудно убрать с помощью конденсатора или компаратора.

ПРИМЕНЕНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТОВ

В небольшом плоском пьезоэлементе возбуждаются механические колебания на звуковой частоте, равной частоте поданного на его контакты напряжения. Это позволяет использовать компонент в качестве зуммера. Наблюдается и обратный эффект: под воздействием механического напряжения на контактах пьезоэлемента возникает разность потенциалов, пропорциональная приложенной силе. При значительных усилиях пиковое значение разности потенциалов достигает десятков вольт. В таком режиме пьезоэлемент может использоваться в микрофонах.

Следует иметь в виду, что пьезоэлемент является высокоомным компонентом. Поэтому в большинстве случаев (если по цепи должен протекать хотя бы небольшой ток) параллельно ему необходимо подключить резистор или потенциометр с номиналом порядка 1 МОм.

ФАЗОВАЯ АВТОПОДСТРОЙКА ЧАСТОТЫ

Система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) представляет собой устройство, позволяющее генерировать цифровой сигнал, по фазе совпадающий с опорным. Область применения ФАПЧ весьма обширна и охватывает радиоприем (настройка на передатчик), частотное детектирование и устройства выборки.

Система ФАПЧ включает в себя два основных элемента (рис. 2.59): фазовый компаратор и генератор, управляемый напряжением (ГУН).

В качестве компаратора используется вентиль, выполняющий логическую функцию исключающее ИЛИ, работа которого была рассмотрена выше. Напомним, что такой вентиль переходит в состояние логического нуля на выходе, когда на его входах появляются идентичные сигналы. Генератор вырабатывает прямоугольные импульсы, частота которых регулируется путем изменения управляющего напряжения. Сигнал генератора поступает на один из входов вентиля, а на второй вход подается опорный сигнал. В случае их несовпадения на выходе вентиля появляется импульс, передний фронт которого опережает фронт опорного сигнала или отстает от него. После интегрирования импульс преобразуется в управляющее напряжение и подается на вход генератора, что обеспечивает корректировку частоты сигнала на выходе. При синхронизации сигналов выход вентиля находится в состоянии 0. Для индикации режима синхронизации к этому выходу обычно подключают светодиод.

Аналогичный способ применяется для индикации настройки радиоприемника на передающую станцию. Для того чтобы повысить гибкость и точность регулировки, между выходом генератора и входом компаратора включают делитель частоты (двоичный счетчик). Например, если частота опорного сигнала составляет 50 Гц и используется счетчик, включенный по схеме делителя на 128 (7 бит), то генератор будет функционировать на центральной частоте 6400 Гц (128х50). Тогда при работе системы автоподстройки колебания частоты синтезируемого сигнала будут менее резкими.

Микросхема CD4046, выполняющая функцию ФАПЧ, содержит весь набор описанных элементов, за исключением счетчика. Вопрос об использовании счетчика и о выборе его коэффициента деления должен решаться разработчиком концепции устройства.

Рассмотренная схема (операционный усилитель и компаратор) может быть построена на дискретных аналоговых и цифровых элементах или исключительно с применением цифровой техники, что обеспечивает высокую надежность. Систему ФАПЧ в цифровом виде допустимо реализовать при помощи микроконтроллера в сочетании с относительно простой логической схемой (см. ниже).

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

Электрический кабель является не единственным средством для передачи аналоговой и цифровой информации. Реже используется оптическое волокно, этот способ передачи информации относительно дорог. Пневматические устройства еще менее популярны, хотя и обладают рядом преимуществ, даже когда просто выполняют роль выключателя. Устройство, аналогичное выключателю с механическим приводом, содержит трубку с датчиком давления на конце. Другой конец трубки в простейшем случае снабжен резиновой грушей (рис. 2.60).

Датчик содержит мембрану, которая, деформируясь при повышении давления воздуха в трубке, замыкает контакт концевого типа.

В моделях, обладающих большей чувствительностью, для замыкания контактов используется небольшой подвижный шарик. Пневматический способ управления часто применяется в системах обеспечения безопасности. Некоторые бассейны оснащены насосом для тренировки в условиях плавания против течения. При этом удобнее управлять насосом, не выходя из воды. В подобных случаях пневматический выключатель незаменим. Пневматические устройства традиционно применяются в различных системах для выявления области пониженного давления. Сверхчувствительные пневматические датчики позволяют контролировать артериальное давление у тяжелых больных. При необходимости включается система оказания помощи.

Нетрудно сделать устройство, в котором для включения управляющего сигнала достаточно подуть в трубку. Для этого нужно подсоединить мундштук к гибкому шлангу подходящего диаметра, соединенному с датчиком давления.

В продаже довольно редко встречаются компоненты, из которых можно создать пневматическую систему управления. Исключением является датчики давления: они используются в некоторых моделях стиральных машин и продаются в числе прочих запасных деталей.

ПОЛНАЯ МОСТОВАЯ СХЕМА

Полная мостовая схема (Н-образный мост) содержит четыре выключателя, соединенных последовательно-параллельно. Широко распространен электронный вариант моста, где обычно используются транзисторы, работающие в режиме переключения. Такая схема часто служит для управления двигателем постоянного тока и позволяет изменять скорость и направление вращения.

Схема, приведенная на рис. 2.61а, иллюстрирует управление двигателем, который можно привести в одно из четырех различных состояний: вращения в одном или в другом направлении, отключения и принудительной остановки (торможения).

Последний вариант осуществляется путем одновременного замыкания двух нижних выключателей. В результате происходит закорачивание обмотки двигателя. Схема часто используется для управления двигателями в радиоуправляемых моделях. Последовательность сигналов должна быть достаточно точной: нужно избежать одновременного замыкания двух переключателей в одной ветви, что привело бы к закорачиванию источника питания. Чтобы выполнить это условие, для формирования управляющих сигналов обычно применяется специальное устройство. Путем периодического прерывания тока в ветвях моста можно изменять среднее значение тока, протекающего через двигатель, а следовательно, и скорость его вращения.

Другим интересным примером использования полной мостовой схемы является генерация импульсного сигнала, у которого полный перепад уровней равен удвоенной величине напряжения источника питания (рис. 2.61б).